KR100964883B1 - 트러스트 포일 에어베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따를 경우, 트러스트 플레이트 에어베어링의 톱 포일(900)의 램프(990)는 그 중심점(O)이 하부에 형성되도록 곡률을 이루고, 상기 램프(990)는 범프 포일(80)의 첫 번째 범프(81)와 수평으로 접하도록 설치된다.

트러스트 포일 에어베어링, 램프, 곡률

Description

트러스트 포일 에어베어링{Thrust foil air bearing}

본 발명은 트러스트 포일 에어베어링에 관한 것으로서 더욱 상세히는 하중지지력을 향상시킬 수 있는 트러스트 포일 에어베어링에 관한 것이다. 본 발명은 트러스트 포일 에어베어링의 톱 포일의 램프구조를 제공하여 베어링 내부에 형성되는 압력이 베어링디스크의 회전방향을 따라 압력강하가 없이 균일하게 형성되어 전체압력이 증가되도록 하며, 이에 따라 베어링의 하중지지력을 향상시킨다.

포일 에어베어링(Foil air bearing)은 로터(rotor)의 고속회전에 따라 로터 또는 베어링 디스크와 이와 접하는 포일 사이에 점성을 가지는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성하여 하중을 지지하는 베어링을 말한다.

도 1 및 2를 참고로, 이중 트러스트 포일 에어베어링(100)은 트러스트 플레이트(60)가 제공되고 그 상면에 범프 포일(80)이 배치되고, 상기 범프포일(80)의 상면을 따라 톱 포일(90)이 배치된다. 이때 톱 포일(90)은 그 일단의 에지부(94)가 상기 트러스트 플레이트(60)에 부착되며 램프(ramp)(99)를 거쳐 상기 범프 포일(80)의 범프(bump)(8)의 상부로 연장된다.

로터(10)의 회전에 따라 베어링 디스크(20)가 회전을 하게 되면, 점성을 가지는 공기가 톱 포일(90)의 램프(99)를 따라 유입되면서 톱 포일(90)과 베어링 디스크(20) 사이에 압력이 형성되어 하중을 지지하게 된다.

도 3을 참고로, 일반적으로 톱 포일의 램프(99)는 거의 직선으로 하거나 제작이 용이하도록 임의의 형상을 주고 있는데, 이러한 경우 램프가 끝나는 A에서는 압력이 증가하지만 이를 넘어서는 부분(B)에서는 압력이 강하되어 전체압력이 떨어지게 되어 하중지지력이 감소하게 된다.

에어베어링의 하중지지력은 베어링의 내부에 형성되는 공기의 전체압력에 의하여 결정되는 것으로서 전체압력을 높일 필요가 있는데, 본 발명은 톱 포일의 램프의 구조를 제공하여 베어링의 전체 공기압력을 향상시키고 이에 따라 하중지지력을 높인다.

본 발명의 목적은 베어링의 전체 공기압력을 향상시키고 이에 따라 하중지지력을 높일 수 있도록 하는 톱 포일의 램프구조를 가지는 트러스프 포일 에어베어링을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적에 따라 본 발명은 트러스트 플레이트의 상면에 배치되는 범프 포일과, 그 에지부가 상기 트러스트 플레이트에 부착되어 상기 범프 포일의 범프의 상부로 연장되어 배치되어 상기 에지부와 상기 범프 포일의 첫 번째 범프와의 사이에는 램프가 형성되는 트러스트 포일 에어베어링에 있어서, 상기 램프는 그 중심점이 하부에 형성되도록 곡률을 이루고, 상기 램프는 상기 범프 포일의 첫 번째 범프와 수평으로 접하도록 설치되며, 이때 상기 곡률은 아래 식

θ_B: 곡률

X_B: 상기 톱 포일의 에지부에서 상기 범프 포일을 향한 끝점으로부터 상기 톱 포일이 상기 범프 포일의 첫 번째 범프와 수평으로 접하는 곳까지의 거리의 수평거리.

R_T: 곡률반지름

h_B: 범프 포일의 범프의 높이

에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링을 제공한다.

이때, 만일 상기 톱 포일이 상기 범프 포일의 첫 번째 범프와 수평으로 접하는 점들을 이은 수평접선이 상기 톱 포일의 에지부에서 상기 범프 포일을 향한 끝점을 이은 에지선과 평행하지 않은 경우, 상기 X_B는 상기 에지선과, 상기 에지선과 평행한 선들 중 상기 수평접선과 접하는 에지선 평행 접선사이의 거리의 수평거리이다.

본 발명은 베어링의 전체 공기압력을 향상시키고 이에 따라 하중지지력을 높일 수 있도록 하는 톱 포일의 램프구조를 가지는 트러스프 포일 에어베어링을 제공한다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 톱 포일의 램프(990)구조를 보인다. 이 경우, 트러스트 플레이트(60)의 상면에 범프 포일(80)이 배치되고 있으며, 에지부(940)가 상기 트러스트 플레이트(60)에 점용접 등으로 부착된 톱 포일(900)이 램프(990)를 거쳐 상기 범프 포일(80)의 범프(81)(82)(83)(84)(85)의 상부로 연장되어 배치되고 있다.

이 경우, 상기 톱 포일(900)의 에지부(940)와 상기 범프 포일(80)의 첫 번째 범프(81)와의 사이에 램프(990)가 형성되어 있다.

본 발명에 따를 경우, 상기 램프(990)는 그 중심점(O)이 하부에 형성되도록 곡률을 이루고 있으며, 상기 범프 포일(80)의 첫 번째 범프(81)와 수평으로 접하도록 설치되고 있다.

이에 따라 상기 램프(990)가 상기 범프 포일(80)의 첫 번째 범프(81)와 수평으로 접하는 부분(818)은 상기 범프(81)를 이등분하는 수직선(9)과 수직으로 접하게 된다.

이러한 경우, 이때 상기 곡률은 아래 식에 의하여 결정된다.

θ_B: 곡률

X_B: 상기 톱 포일의 에지부(940)에서 상기 범프 포일을 향한 끝점(a)으로부터 상기 톱 포일(900)이 상기 범프 포일(80)의 첫 번째 범프(81)와 수평으로 접하는 곳(818)까지의 거리(S)의 수평거리.

R_T: 곡률반지름

h_B: 범프 포일의 범프의 높이

이 경우 X_B는 실질적으로 범프 포일(80)과 톱 포일(900)이 장착되는 거리를 나타내는 설계인자로서 전용프로그램을 통하여 최적 값을 얻을 수 있다. 또한 통상적으로 h_B는 베어링의 하중능력과 제작성을 고려하여 경험적으로 도출이 된다.

이러한 경우, 도 4를 참고로 삼각형 Oab는 직각삼각형을 이루게 되어 아래의 식이 성립되게 되고 이에 따라 상기 수학식이 이루어지는 것이다.

이러한 경우, 도 4의 상부의 압력분포도를 참고로, D1은 본 발명에 따른 압력분포도이고 D2는 종래의 것에 따른 압력분포도를 보이는데, 램프(990)가 끝나는 A에서 압력수준은 기존의 경우 보다 낮지만 B 영역으로 접어들면서 급격한 압력 강하가 발생하지 않고 더 높은 압력이 톱 포일(900)의 전 영역에서 고르게 형성이 되어 베어링의 하중 지지력이 상승하게 된다.

도 5의 (a)를 참고로, 상기 톱 포일(900)이 상기 범프 포일(80)의 첫 번째 범프(81)와 수평으로 접하는 점들을 이은 수평접선(890a)이 상기 톱 포일(900)의 에지부(940)에서 상기 범프 포일(80)을 향한 끝점을 이은 에지선(941)과 평행한 경우, 상기 X_B는 상기 에지선(941)과 상기 수평접선(890a)사이의 수평거리로 결정된다.

도 5의 (b)를 참고로, 만일 상기 톱 포일(900)이 상기 범프 포일(80)의 첫 번째 범프(81)와 수평으로 접하는 점들을 이은 수평접선(890b)이 상기 톱 포일(900)의 에지부(940)에서 상기 범프 포일(80)을 향한 끝점을 이은 에지선(941)과 평행하지 않은 경우, 상기 X_B는 상기 에지선(941)과, 상기 에지선(941)과 평행한 선들 중 상기 수평접선(890b)과 접하는 에지선 평행 접선(8940)사이의 거리(S)의 수평거리가 된다.

이와 같이 본 발명에 따를 경우 톱 포일의 램프의 곡률구조를 정의하고 있으며 이러한 경우 도 4의 D1과 같은 압력분포로서 전체적으로 압력이 증가하여 하중지지력이 향상된다.

이로서 본 발명의 목적이 달성되었음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 실시예를 중심으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상에 따라 그 권리범위는 다음의 청구범위에 의한다.

도 1은 일반적인 트러스트 포일 에어베어링의 구조를 보이는 도면;

도 2 및 도 3은 일반적인 트러스트 포일 에어베어링에서 램프구조와 압력분포를 보이는 도면;

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 트러스트 포일 에어베어링에서 램프구조와 압력분포를 보이는 도면.

Claims (2)

1. 트러스트 플레이트의 상면에 배치되는 범프 포일과, 그 에지부가 상기 트러스트 플레이트에 부착되어 상기 범프 포일의 범프의 상부로 연장되어 배치되어 상기 에지부와 상기 범프 포일의 첫 번째 범프와의 사이에는 램프가 형성되는 트러스트 포일 에어베어링에 있어서, 상기 램프는 그 중심점이 하부에 형성되도록 곡률을 이루고, 상기 램프는 상기 범프 포일의 첫 번째 범프와 수평으로 접하도록 설치되며, 이때 상기 곡률은 아래 수학식에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.

   

   θ_B: 곡률

   X_B: 상기 톱 포일의 에지부에서 상기 범프 포일을 향한 끝점으로부터 상기 톱 포일이 상기 범프 포일의 첫 번째 범프와 수평으로 접하는 곳까지의 거리의 수평거리.

   R_T: 곡률반지름

   h_B: 범프 포일의 범프의 높이
2. 제1항에 있어서,

   만일 상기 톱 포일이 상기 범프 포일의 첫 번째 범프와 수평으로 접하는 점들을 이은 수평접선이 상기 톱 포일의 에지부에서 상기 범프 포일을 향한 끝점을 이은 에지선과 평행하지 않은 경우, 상기 X_B는 상기 에지선과, 상기 에지선과 평행한 선들 중 상기 수평접선과 접하는 에지선 평행 접선사이의 거리의 수평거리인 것을 특징으로 하는 트러스트 포일 에어베어링.

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