KR101070887B1 - Air foil bearing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 댐핑 능력이 향상된 에어 포일 베어링을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전축이 회전할 수 있도록 그 내부에 공간이 형성되어 있으며 내주면을 따라 다수개의 슬롯들이 형성되어 있는 하우징, 상기 하우징의 슬롯들에 그 일단부가 고정되고, 원주 방향을 따라 상호 겹치도록 배치되어 있는 탑 포일들, 상기 하우징과 탑 포일들 사이에 개재되며, 적어도 일부분이 파동형상의 단면을 가지는 다수개의 범프 포일들, 및 상기 범프 포일들과 상기 하우징 사이에 개재되는 복수 개의 보조 포일들을 구비하고, 상기 보조 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 적어도 2개의 조각으로 분리되어 있고, 상기 보조 포일들 중 적어도 2개의 보조 포일들이 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 상이한 개수의 조각으로 분리되어 있으며, 상기 보조 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 서로 다른 조각으로 분리된 보조 포일들이 교번하여 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링을 제공한다.The present invention aims to provide an air foil bearing with improved damping capability, and in order to achieve this object, the present invention has a space formed therein so that the rotating shaft can rotate, and a plurality of slots are formed along the inner circumferential surface thereof. A housing, one end of which is fixed to the slots of the housing, the top foils disposed to overlap each other along the circumferential direction, interposed between the housing and the top foils, the at least part having a wave-shaped cross section A plurality of bump foils, and a plurality of auxiliary foils interposed between the bump foils and the housing, the auxiliary foils being partly divided into at least two pieces along the circumferential direction of the housing; At least two auxiliary foils of the foils differ in part along the circumferential direction of the housing The auxiliary foils are divided into a number of pieces, and the auxiliary foils are arranged so that the auxiliary foils, which are partially divided into different pieces, are alternately positioned along the circumferential direction of the housing.

Description

에어 포일 베어링{Air foil bearing}Air foil bearing
도 1a는 종래기술에 따른 에어 포일 베어링의 사시도이고,Figure 1a is a perspective view of an air foil bearing according to the prior art,
도 1b는 도 1a의 에어 포일 베어링에 배치되어 있는 탑 포일의 사시도이고,FIG. 1B is a perspective view of a top foil disposed on the air foil bearing of FIG. 1A,
도 1c는 도 1a의 에어 포일 베어링에 배치되어 있는 범프 포일의 사시도이고,1C is a perspective view of a bump foil disposed on the air foil bearing of FIG. 1A,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링의 사시도이고,2 is a perspective view of an air foil bearing according to an embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 에어 포일 베어링의 단면도이고,3 is a cross-sectional view of the air foil bearing of FIG.
도 4a는 도 2의 에어 포일 베어링에 배치되어 있는 탑 포일의 사시도이고,4A is a perspective view of a top foil disposed on the air foil bearing of FIG. 2,
도 4b는 도 2의 에어 포일 베어링에 배치되어 있는 범프 포일의 사시도이고,4B is a perspective view of a bump foil disposed on the air foil bearing of FIG. 2,
도 4c는 도 2의 에어 포일 베어링에 배치되어 있는 보조 포일의 사시도이다.4C is a perspective view of an auxiliary foil disposed in the air foil bearing of FIG. 2.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200 : 에어 포일 베어링 210 : 하우징200: air foil bearing 210: housing
220 : 탑 포일 230 : 범프 포일220: top foil 230: bump foil
240 : 보조 포일 250 : 슬롯240: secondary foil 250: slot
본 발명은 에어 포일 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 댐핑(damping)이 향상된 에어 포일 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to an air foil bearing, and more particularly to an air foil bearing with improved damping.
통상적으로 회전체의 축을 지지하기 위해서 에어 포일 베어링이 적용될 수 있다. 에어 포일 베어링은 기존의 볼 베어링이나 저널 베어링과 같이 유막을 이용하여 축을 지지하는 방식이 아니고, 에어 포일과 축 사이에 고압의 공기층을 형성하여 축을 지지하는 방식이다. 에어 포일 베어링은 특히 고속으로 회전하는 회전체의 축을 지지하는데 효과적이다. 보통 50,000rpm 이상부터 150,000rpm까지의 고속 터보기기의 베어링으로 사용되며, 기존의 볼 베어링, 유체막 베어링(fluid film bearing)을 대체할 수 있다. 특히 고속으로 회전하기 때문에, 소형, 경량의 터보기기의 베어링으로 사용되며, 산업상으로는 소형 터보기기, 공기 압축기, 가스 압축기, 냉매 압축기, 터보 블로워, 공기 사이클 기계에 적용될 수 있다.Typically an air foil bearing can be applied to support the axis of the rotor. The air foil bearing is not a method of supporting the shaft by using an oil film like a conventional ball bearing or a journal bearing, but a method of supporting the shaft by forming a high-pressure air layer between the air foil and the shaft. Air foil bearings are particularly effective for supporting the shaft of a rotating body rotating at high speed. It is usually used as a bearing for high speed turbomachinery from 50,000rpm to 150,000rpm, and can replace the existing ball bearing and fluid film bearing. In particular, since it rotates at a high speed, it is used as a bearing of a small and light turbo machine, and industrially, it can be applied to a small turbo machine, an air compressor, a gas compressor, a refrigerant compressor, a turbo blower, and an air cycle machine.
에어 포일 베어링에 관한 기술이 미합중국 등록특허 제4262975호, 제4465384호, 및 제6158893호에 개시되어 있다. 제4262975호에는 베어링 하우징과 회전부 사이에 회전부를 둘러싸는 포일과, 포일과 하우징 사이에 게재되는 파동 형상의 포일을 구비함으로써 회전 및 부하 능력이 향상된 에어 포일 베어링에 관한 기술이고, 제4465384호는 파동 형상의 포일들을 회전부의 길이 방향으로 분리하여 둘러쌈으로써 부하 능력을 향상시킨 에어 포일 베어링에 관한 기술이다. 또한, 제6158893호는 다층의 파동 형상의 포일들을 회전부의 길이 방향으로 분리하여 둘러쌈으로써 부하 및 회전 능력을 향상시킨 에어 포일 베어링에 관한 기술이다.Techniques for air foil bearings are disclosed in US Pat. Nos. 4,293,75, 4465384, and 6,615,393. 4262975 relates to an air foil bearing having improved rotational and load capability by having a foil surrounding the rotating part between the bearing housing and the rotating part, and a wave-shaped foil disposed between the foil and the housing, and heading 44.446 The present invention relates to an air foil bearing having improved load capacity by separating and enclosing foils having a shape in the longitudinal direction of the rotating part. Further, No. 6158893 relates to an air foil bearing which improves load and rotational ability by separating and wrapping a multi-layer wave-shaped foil in the longitudinal direction of the rotating part.
도 1a는 종래기술에 따른 에어 포일 베어링(100)의 개략적인 단면도를 도시 하고 있다. 도시된 바와 같이, 에어 포일 베어링(100)은 다수개의 슬롯(150)들이 형성되어 있는 하우징(110)과, 상기 슬롯(150)들에 일 단부가 고정되며, 하우징(110)의 내측 원주 방향을 따라 상호 겹치듯이 배치되어 있는 다수개의 탑 포일(top foil)(120)들 및, 탑 포일(110)들과 하우징(110) 사이에 위치하며 파동 형상의 단면을 가지는 범프 포일(bump foil)(130)들을 구비한다. 1A shows a schematic cross sectional view of an air foil bearing 100 according to the prior art. As shown, the air foil bearing 100 has a housing 110 in which a plurality of slots 150 are formed, one end of which is fixed to the slots 150, and has an inner circumferential direction of the housing 110. A plurality of top foils 120 and a bump foil positioned between the top foils 110 and the housing 110 and having a wave-shaped cross section along each other are arranged so as to overlap each other. 130).
도 1b를 참조하면, 탑 포일(120)들은 실질적으로는 사각형의 평면이며, 일 단부(110a)가 사각 형상으로 절곡되어 있어서 슬롯(150)에 삽입되어 고정된다.Referring to FIG. 1B, the top foils 120 are substantially rectangular planes, and one end 110a is bent into a square shape to be inserted into and fixed to the slot 150.
범프 포일(130)은 도 1c에 도시된 바와 같이, 파동 형상의 단면을 가지며, 일 단부(130a)가 "ㄱ" 형상으로 절곡되어 있어서, 탑 포일(120)과 슬롯(150)의 벽면 사이에 삽입되어 고정된다.Bump foil 130 has a wave-shaped cross section, as shown in Figure 1c, one end 130a is bent in a "b" shape, between the top foil 120 and the wall surface of the slot 150 Inserted and fixed.
이러한 탑 포일(120) 및 범프 포일(130)은 회전축을 지지할 뿐만 아니라, 회전축(미도시)의 진동이 있을 경우 이를 댐핑시킴으로써, 회전축(미도시)이 설치되어 있는 회전기기(미도시)의 안정성을 향상시킨다. The top foil 120 and the bump foil 130 not only support the rotating shaft, but also damp the vibration of the rotating shaft (not shown), so that the rotating shaft (not shown) of the rotating device (not shown) is installed. Improves stability.
그런데, 에어 포일 베어링에 의한 댐핑에는, 공기에 의한 점성(viscous) 댐핑, 포일의 마찰작용에 의한 마찰 댐핑, 및 히스테리시스에 의한 댐핑이 있다. 그런데, 공기는 점도가 낮기 때문에, 점성에 의한 댐핑은 크지 않고 증가시키기도 어렵다. 또한, 히스테리시스에 의한 댐핑은 포일들의 물성치에 따라 결정되므로, 포일들의 재질을 바꾸지 않는 한 히스테리시스에 의한 댐핑을 증가시키는 것은 더욱 어렵다. 따라서, 에어 포일 베어링의 댐핑을 증가시키기 위해서는, 마찰작용에 의한 마찰 댐핑을 증가시켜야 한다. By the way, damping by air foil bearing includes viscous damping by air, friction damping by friction action of foil, and damping by hysteresis. By the way, since air has a low viscosity, the damping by viscosity is not big and it is difficult to increase. In addition, since damping due to hysteresis is determined according to the properties of the foils, it is more difficult to increase damping due to hysteresis unless the material of the foils is changed. Therefore, in order to increase the damping of the air foil bearing, it is necessary to increase the friction damping by the friction action.                         
그런데, 종래기술에 따른 에어 포일 베어링에서, 탑 포일과 범프 포일은 각각 내부적으로 분리되어 있지 않기 때문에, 실질적으로 전체가 동일한 운동을 하게 된다. 따라서, 탑 포일과 범프 포일 사이의 마찰 작용에 의하여 발생되는 댐핑이 제한되는 문제점이 있다.By the way, in the air foil bearing according to the prior art, since the top foil and the bump foil are not each separated internally, the entire movement is substantially the same. Therefore, there is a problem in that damping generated by the friction action between the top foil and the bump foil is limited.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 댐핑 능력이 향상된 에어 포일 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an air foil bearing with improved damping capability.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전축이 회전할 수 있도록 그 내부에 공간이 형성되어 있으며 내주면을 따라 다수개의 슬롯들이 형성되어 있는 하우징, 상기 하우징의 슬롯들에 그 일단부가 고정되고, 원주 방향을 따라 상호 겹치도록 배치되어 있는 탑 포일들, 상기 하우징과 탑 포일들 사이에 개재되며 적어도 일부분이 파동 형상의 단면을 가지는 다수개의 범프 포일들 및 상기 범프 포일들과 상기 하우징 사이에 개재되는 복수 개의 보조 포일들을 구비하고, 상기 보조 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 적어도 일부분이 2개의 조각으로 분리되어 있고, 상기 보조 포일들 중 적어도 2개의 보조 포일들이 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 상이한 개수의 조각으로 분리되어 있으며, 상기 보조 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 서로 다른 조각으로 분리된 보조 포일들이 교번하여 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링을 제공한다.In order to achieve the above objects and other objects, the present invention is a housing in which a space is formed therein so that the rotating shaft can rotate, and a plurality of slots are formed along the inner circumferential surface thereof, one end of the slots of the housing And a plurality of bump foils interposed between the housing and the top foils, the bump foils being interposed between the housing and the top foils, the bump foils having the wave shaped cross section, and the bump foils and the housings being fixed and arranged to overlap each other along the circumferential direction. And a plurality of auxiliary foils interposed therebetween, the auxiliary foils being separated into two pieces at least partially along the circumferential direction of the housing, wherein at least two of the auxiliary foils are arranged in the circumferential direction of the housing. Along the portion are separated into different numbers of pieces, the auxiliary foils being An air foil bearing, characterized in that arranged along the circumferential direction of the housing is arranged so that the auxiliary foils are divided into pieces in different parts.
본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 탑 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 적어도 2개의 조각으로 분리되어 있고, 상기 탑 포일들 중 적어도 2개의 탑 포일들이 상기 하우징의 원주 방향을 따라 상이한 개수의 조각으로 분리되어 있을 수 있다.In the present invention, the top foils are preferably partly divided into at least two pieces along the circumferential direction of the housing, and at least two top foils of the top foils have a different number along the circumferential direction of the housing. It may be separated into pieces.
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본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 범프 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 적어도 2개의 조각으로 분리되어 있고, 상기 범프 포일들 중 적어도 2개의 범프 포일들이 상기 하우징의 원주 방향을 따라 상이한 개수의 조각으로 분리되어 있을 수 있다.
본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 탑 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 서로 다른 조각으로 분리된 탑 포일들이 교번하여 위치하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 범프 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 서로 다른 조각으로 분리된 범프 포일들이 교번하여 위치하도록 배치될 수 있다.
In the present invention, preferably, the bump foils are partially separated into at least two pieces along the circumferential direction of the housing, and at least two bump foils of the bump foils have a different number along the circumferential direction of the housing. It may be separated into pieces.
In the present invention, preferably, the top foils may be arranged such that the top foils, which are partially divided into different pieces, are alternately positioned along the circumferential direction of the housing.
In the present invention, preferably, the bump foils may be arranged such that bump foils, which are partially divided into different pieces, are alternately positioned along the circumferential direction of the housing.
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이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링(200)이 도시되어 있다. 도 2는 에어 포일 베어링(200)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 에어 포일 베어링(200)을 하우징(210)의 길이 방향으로 절단한 단면도이 다.2-4C, an air foil bearing 200 is shown in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the air foil bearing 200, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the air foil bearing 200 of FIG. 2 cut in the longitudinal direction of the housing 210.
도시된 바와 같이, 에어 포일 베어링(200)은 내주면을 따라 슬롯(250)들이 형성되어 있고 회전축(미도시)이 삽입될 수 있도록 환상형 단면을 가지는 하우징(210)과, 상기 슬롯(250)들에 일 단부가 고정되며, 하우징(210)의 내측 원주 방향을 따라 상호 겹치듯이 배치되어 있는 다수개의 탑 포일(220)들, 탑 포일(220)들과 하우징(210) 사이에 개재되며 파동 형상의 단면을 갖는 범프 포일(230)들 및 , 범프 포일(230)들과 하우징(210) 사이에 개재되며 실질적으로 평면인 보조 포일(240)들을 구비한다. 슬롯(250)들은 하우징(210)의 내주면을 따라 45도의 각도마다 총 8개가 형성되어 있으며, 각 슬롯(250)의 단면은 사각의 형상을 가지며, 하우징(210)의 길이 방향을 따라 형성되어 있다.As shown, the air foil bearing 200 has a housing 210 having an annular cross section so that the slots 250 are formed along the inner circumferential surface and a rotating shaft (not shown) can be inserted therein, and the slots 250 One end is fixed to, the plurality of top foils 220, interposed between the top foils 220 and the housing 210 are arranged so as to overlap each other along the inner circumferential direction of the housing 210, and the wave shape Bump foils 230 having a cross-sectional view, and auxiliary foils 240 interposed between the bump foils 230 and the housing 210 and substantially planar. A total of eight slots 250 are formed at an angle of 45 degrees along an inner circumferential surface of the housing 210, and a cross section of each slot 250 has a rectangular shape and is formed along the longitudinal direction of the housing 210. .
도 4a를 참조하면, 탑 포일(220)들은 실질적으로는 사각형의 평면인 제1마찰부(220b) 및, 제1마찰부(220b)의 일 단부에 형성되며 사각 형상으로 절곡되어 있는 제1고정부(220a)를 구비한다. 탑 포일(220)의 전체가 하우징(210)의 원주 방향 또는 길이 방향으로 이동되는 것을 방지하기 위하여, 제1고정부(220a)가 슬롯(250)에 삽입되어 고정된다.Referring to FIG. 4A, the top foils 220 are formed at one end of the first friction portion 220b and the first friction portion 220b, which are substantially rectangular planes, and are bent in a square shape. The government 220a is provided. In order to prevent the entirety of the top foil 220 from moving in the circumferential or longitudinal direction of the housing 210, the first fixing part 220a is inserted into and fixed to the slot 250.
또한, 겹치듯이 배치되어 있는 탑 포일(220)들 안쪽에 삽입되는 회전축(미도시)의 원활한 회전을 위하여, 회전축(미도시)과 마주보는 탑 포일(220)들의 면들에는 코팅층(미도시)이 형성되어 있다.In addition, a coating layer (not shown) may be provided on the surfaces of the top foils 220 facing the rotating shafts (not shown) for smooth rotation of the rotating shafts (not shown) inserted into the top foils 220 disposed to overlap each other. Is formed.
탑 포일(220)들이 일 방향으로 겹치듯이 배치되어 있기 때문에, 회전축(미도시)은 특정 방향으로는 회전이 원활해지고, 다른 방향으로는 회전이 제한된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링(200)의 경우, 회전축(미도시)이 시계 방향으로의 회전은 원활하지만, 반시계 방향으로의 회전은 상대적으로 제한된다.Since the top foils 220 are arranged so as to overlap in one direction, the rotation axis (not shown) is smoothly rotated in a specific direction, and the rotation is restricted in the other direction. In the case of the air foil bearing 200 according to the exemplary embodiment of the present invention, the rotation axis (not shown) rotates clockwise smoothly, but the rotation in the counterclockwise direction is relatively limited.
또한, 제1마찰부(220b)의 단부가 3개의 조각으로 분리되어 있다. 분리되는 조각의 수는 탑 포일(220)마다 동일할 수도 있으나, 이들의 수가 상이할 경우 회전축(미도시)과 범프 포일(230)들 사이에서 마찰 댐핑이 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 일 실시예에서는 원주 방향으로 2개의 조각과 3개의 조각이 교번하도록 탑 포일(220)들이 배치되어 있다. 전체 슬롯(250)들이 개수가 8개이기 때문에, 탑 포일(220)들의 개수도 8개이다.Moreover, the edge part of the 1st friction part 220b is isolate | separated into three pieces. The number of pieces to be separated may be the same for each of the top foils 220, but if the number of pieces is different, friction damping may be increased between the rotating shaft (not shown) and the bump foils 230. Therefore, in one embodiment according to the present invention, the top foils 220 are arranged such that two pieces and three pieces alternate in the circumferential direction. Since the total number of slots 250 is eight, the number of top foils 220 is eight.
탑 포일(220)들은 다양한 재료로 제조될 수 있으나, 바람직하게는 고온에서도 변형이 발생하지 않는 강성 재질인 인코넬(Inconel)이 이용될 수 있다.The top foils 220 may be made of various materials, but Inconel, which is a rigid material that does not generate deformation even at a high temperature, may be used.
도 4b를 참조하면, 범프 포일(230)은 파동 형상의 단면을 가지는 제2마찰부(230b) 및, 제2마찰부(230b)의 일 단부에 형성되며, 실질적으로는 평면으로서 "ㄱ" 형상으로 절곡되어 있는 제2고정부(230a)를 구비한다. 범프 포일(220)의 전체가 하우징(210)의 원주 방향 또는 길이 방향으로 이동되는 것을 방지하기 위하여, 제2고정부(230a)가 슬롯(250)에 삽입되어 있는 제1고정부(220a)와 슬롯(250)의 벽면 사이에 삽입되어 고정된다.Referring to FIG. 4B, the bump foil 230 is formed at a second friction portion 230b having a wave shaped cross section and at one end of the second friction portion 230b, and is substantially “a” shaped as a plane. It is provided with a second fixing part 230a which is bent. In order to prevent the entirety of the bump foil 220 from moving in the circumferential or longitudinal direction of the housing 210, the first fixing part 220a having the second fixing part 230a inserted into the slot 250 and It is inserted and fixed between the wall surfaces of the slots 250.
또한, 도시된 바와 같이, 제2마찰부(230b)의 단부가 3개의 조각으로 분리되어 있다. 분리되는 조각의 수가 범프 포일(230)마다 동일할 수도 있으나, 이들의 수가 상이할 경우 탑 포일(220)들과 보조 포일(240)들 사이에서 마찰 댐핑이 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 일 실시예에서는 원주 방향으로 2개의 조각 과 3개의 조각이 교번하도록 범프 포일(230)들이 배치되어 있다. 전체 슬롯(250)들이 개수가 8개이기 때문에, 범프 포일(230)들의 개수도 8개이다.In addition, as shown, the end of the second friction portion 230b is separated into three pieces. Although the number of pieces to be separated may be the same for each bump foil 230, friction damping may be increased between the top foils 220 and the auxiliary foils 240 if they differ. Therefore, in one embodiment according to the present invention, the bump foils 230 are disposed such that two pieces and three pieces alternate in the circumferential direction. Since the total number of slots 250 is eight, the number of bump foils 230 is eight.
범프 포일(230)들은 다양한 재료로 제조될 수 있으나, 고온에서도 변형이 발생하지 않는 강성 재질인 인코넬(Inconel)이 이용되는 것이 바람직하다.The bump foils 230 may be made of various materials, but Inconel, which is a rigid material that does not generate deformation even at high temperature, is preferably used.
또한, 도 4c를 참조하면, 보조 포일(240)은 실질적으로 평면의 박막인 제3마찰부(240b) 및, 제3마찰부(240b)의 일 단부에 형성되며 "ㄱ" 형상으로 절곡되어 있는 제3고정부(240a)를 구비한다. 보조 포일(240)의 전체가 하우징(210)의 원주 방향 또는 길이 방향으로의 이동되는 것을 방지하기 위하여, 제3고정부(240a)가 슬롯(250)에 삽입되어 있는 제2고정부(230a)와 슬롯(250)의 벽면 사이에 삽입되어 고정된다.In addition, referring to FIG. 4C, the auxiliary foil 240 is formed at one end of the third friction portion 240b and the third friction portion 240b, which are substantially flat thin films, and are bent to have a "a" shape. A third fixing part 240a is provided. In order to prevent the entirety of the auxiliary foil 240 from moving in the circumferential or longitudinal direction of the housing 210, the second fixing part 240a in which the third fixing part 240a is inserted into the slot 250 is provided. And is inserted into and fixed between the wall surface of the slot 250.
또한, 제3마찰부(240b)의 단부가 3개의 조각으로 분리되어 있다. 분리되는 조각의 수가 보조 포일(240)마다 동일할 수도 있으나, 이들의 수가 상이할 경우 하우징(210)과 범프 포일(230)들 사이의 마찰 댐핑을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 일 실시예에서는 원주 방향으로 2개의 조각과 3개의 조각이 교번하도록 보조 포일(240)들이 배치되어 있다. 전체 슬롯(250)들이 개수가 8개이기 때문에, 보조 포일(240)들의 개수도 8개이다.In addition, the end of the third friction portion 240b is separated into three pieces. Although the number of pieces to be separated may be the same for each of the auxiliary foils 240, different numbers of them may increase friction damping between the housing 210 and the bump foils 230. Thus, in one embodiment according to the present invention, auxiliary foils 240 are arranged such that two pieces and three pieces alternate in the circumferential direction. Since the total number of slots 250 is eight, the number of auxiliary foils 240 is eight.
보조 포일(240)들은 다양한 재료로 제조될 수 있으나, 바람직하게는 고온에서도 변형이 발생하지 않는 강성 재질인 인코넬(Inconel)이 이용될 수 있다.The auxiliary foils 240 may be made of various materials, but Inconel, which is a rigid material that does not generate deformation even at a high temperature, may be used.
그러면, 본 발명에 따른 에어 포일 베어링(200)의 작용을 살펴보자.Then, let's look at the action of the air foil bearing 200 according to the present invention.
본 발명에 따른 에어 포일 베어링(200)은 다양한 회전기기(미도시)에 설치될 수 있으나, 일반적으로 고속으로 회전하는 회전기기(미도시)에 이용되는 것이 일반적이다. 따라서, 에어 포일 베어링(200)의 내측에 형성된 공간으로 회전축(미도시)이 삽입되어 회전하게 된다.The air foil bearing 200 according to the present invention may be installed in various rotating machines (not shown), but is generally used in rotating machines (not shown) that rotate at high speed. Therefore, a rotating shaft (not shown) is inserted into the space formed inside the air foil bearing 200 to rotate.
회전기기(미도시)가 작동될 때, 회전축(미도시)은 에어 포일 베어링(200)에서 회전 운동을 하게 되는데, 에어 포일 베어링(200)은 회전축(미도시)의 자중을 지지할 뿐만 아니라, 회전축(미도시)의 회전이 원활하도록 돕는다. 특히, 회전축(미도시)이 진동 등에 의하여 편심될 경우, 에어 포일 베어링(200)은 회전축(미도시)의 진동을 흡수하기 위하여, 회전축(미도시)과의 하우징(210) 사이에서 미끄럼 접촉에 의한 마찰을 발생시켜 반경방향의 하중을 댐핑시키는 기능을 한다.When the rotating device (not shown) is operated, the rotating shaft (not shown) is a rotary motion in the air foil bearing 200, the air foil bearing 200 not only supports the weight of the rotating shaft (not shown), Helps to smoothly rotate the rotating shaft (not shown). In particular, when the rotating shaft (not shown) is eccentric by vibration, etc., the air foil bearing 200 is in sliding contact between the housing 210 and the rotating shaft (not shown) in order to absorb the vibration of the rotating shaft (not shown). It generates a friction by the damping function of the radial load.
탑 포일(220)들의 경우, 8개의 탑 포일(220)들이 겹치듯이 배치되어 있기 때문에, 일체형 탑 포일에 비하여 포일들 간의 상대적 운동에 의한 마찰이 증가되므로, 전체적으로 마찰 댐핑이 향상된다. 특히, 탑 포일(220)들이 하우징(210)의 길이 방향으로 일 단부가 다수개의 조각으로 분리되어 있으므로, 탑 포일들(220)과 회전축(미도시) 사이의 상대적 움직임, 탑 포일(220)들 사이의 상대적 움직임 및, 탑 포일(220)들과 범프 포일(230)들 사이의 상대적 움직임이 증가되어 마찰에 의한 댐핑이 증가된다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링(200)에서는, 탑 포일(220)들이 분리된 조각들이 동일하지 않기 때문에, 상대적 움직임에 의한 마찰 댐핑이 더욱 향상된다.In the case of the top foils 220, since the eight top foils 220 are arranged in an overlapping manner, friction damping is improved as a result of increased friction due to relative movement between the foils as compared to the integral top foil. In particular, since the top foils 220 are separated into a plurality of pieces at one end in the longitudinal direction of the housing 210, the relative movement between the top foils 220 and a rotating shaft (not shown), the top foils 220 are shown. The relative movement between and the relative movement between the top foils 220 and the bump foils 230 is increased to increase damping due to friction. Moreover, in the air foil bearing 200 according to the embodiment of the present invention, since the pieces in which the top foils 220 are separated are not the same, friction damping due to relative movement is further improved.
범프 포일(230)이 파동 형상의 단면을 가지고 있기 때문에, 회전축(미도시)의 반경 방향으로의 하중을 범프 포일(230)이 탄성 변형을 하면서 흡수하게 된다. 또한, 8개의 범프 포일(230)들이 배치되어 있기 때문에, 일체형 범프 포일에 비하여 포일들 간의 상대적 운동에 의한 마찰이 증가되므로, 전체적으로 마찰 댐핑이 향상된다. 특히, 범프 포일(230)들이 하우징(210)의 길이 방향으로 일 단부가 다수개의 조각으로 분리되어 있으므로, 탑 포일(220)들과 범프 포일(230)들 사이의 상대적 움직임 및, 범프 포일(230)들과 보조 포일(240)들 사이의 상대적 움직임이 증가되어 마찰에 의한 댐핑이 증가된다. 더욱이, 범프 포일(230)들이 분리된 조각들이 동일하지 않게 되도록 설계될 경우, 상대적 움직임에 의한 마찰 댐핑이 더욱 향상된다.Since the bump foil 230 has a wave shaped cross section, the bump foil 230 absorbs the load in the radial direction of the rotating shaft (not shown) while elastically deforming. In addition, since eight bump foils 230 are disposed, frictional damping is improved as a result of increased friction due to relative movement between the foils as compared to the integral bump foils. In particular, since the bump foils 230 are separated into a plurality of pieces at one end in the longitudinal direction of the housing 210, the relative movement between the top foils 220 and the bump foils 230 and the bump foils 230 ) And the relative movement between the auxiliary foils 240 is increased to increase damping by friction. Moreover, when the bump foils 230 are designed such that the separate pieces are not identical, friction damping due to relative movement is further improved.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링(200)의 경우, 범프 포일(230)들과 하우징(210) 사이에 보조 포일(240)들이 개재되어 있기 때문에, 마찰에 의한 댐핑이 증가된다. 도2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 8개의 보조 포일(240)들이 배치되어 있기 때문에, 일체형 보조 포일에 비하여 포일들 간의 상대적 운동에 의한 마찰이 증가되므로, 전체적으로 마찰 댐핑이 향상된다. 특히, 보조 포일(240)들이 하우징(210)의 길이 방향으로 일 단부가 다수개의 조각으로 분리되어 있으므로, 보조 포일(240)들과 범프 포일(230)들 사이의 상대적 움직임 및, 보조 포일(240)들과 하우징(210) 사이의 상대적 움직임이 증가되어 마찰에 의한 댐핑이 증가된다. 더욱이, 보조 포일(240)들이 분리된 조각들이 동일하지 않게 되도록 설계될 경우, 상대적 움직임에 의한 마찰 댐핑이 더욱 향상된다.In the case of the air foil bearing 200 according to the exemplary embodiment of the present invention, since the auxiliary foils 240 are interposed between the bump foils 230 and the housing 210, damping due to friction is increased. As shown in Figs. 2 and 3, since eight auxiliary foils 240 are disposed, friction damping is improved as a whole because friction due to relative movement between the foils is increased compared to the integral auxiliary foil. In particular, since the auxiliary foils 240 are separated into a plurality of pieces at one end in the longitudinal direction of the housing 210, the relative movement between the auxiliary foils 240 and the bump foils 230 and the auxiliary foil 240 ) And relative movement between the housing 210 is increased to increase damping by friction. Moreover, when the auxiliary foils 240 are designed such that the separate pieces are not identical, friction damping due to relative movement is further improved.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링(200)과 종래기술에 따른 에어 포일 베어링(100)의 댐핑을 비교한 측정값을 나타낸다. 회전축(미도시)의 회전수를 27500rpm에서 35000rpm으로 증가시키면서 에어 포일 베어링(100, 200)의 댐핑을 측정한 결과이다. 회전수가 32500rpm일 경우, 전체적인 댐핑 값은 76%나 증가되었으며, 평균적으로도 68% 증가된 것으로 측정되었다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링(200)의 경우, 댐핑 값이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.Table 1 shows a measured value comparing the damping of the air foil bearing 200 according to an embodiment of the present invention and the air foil bearing 100 according to the prior art. It is a result of measuring the damping of the air foil bearings 100 and 200 while increasing the rotation speed of the rotating shaft (not shown) from 27500 rpm to 35000 rpm. At 32500 rpm, the overall damping value was increased by 76%, and on average 68%. Therefore, in the case of the air foil bearing 200 according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the damping value is greatly improved.
일 실시예에 따른 에어 포일 베어링과 종래기술에 따른 에어 포일 베어링의 댐핑 값 비교Comparison of damping values of air foil bearings according to an embodiment and air foil bearings according to the prior art
회전수 (rpm)Rpm (rpm) 종래기술에 따른 댐핑 값 (N/m/sec)Damping value according to the prior art (N / m / sec) 일 실시예에 따른 댐핑 값 (N/m/sec)Damping value (N / m / sec) according to one embodiment 증가율(%)% Increase
2750027500 370370 595595 6161
3000030000 479479 784784 6464
3250032500 539539 950950 7676
3500035000 536536 919919 7171
앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.Like reference numerals in the drawings shown above indicate the same members.
본 발명에 따른 에어 포일 베어링은 아래와 같은 효과를 가지고 있다.Air foil bearing according to the present invention has the following effects.
첫째, 탑 포일 및, 범프 포일이 회전축을 지지할 뿐만 아니라, 회전축의 진동이 있을 경우 이를 댐핑시킴으로써, 회전축이 설치되어 있는 회전기기의 안정성을 향상시킨다. 특히, 각 포일들의 마찰부들이 상이한 조각으로 분리되어 있어서, 상대적인 운동이 증가되므로 마찰에 의한 댐핑이 증가된다.First, the top foil and the bump foil not only support the rotating shaft, but also damp the vibration of the rotating shaft, thereby improving the stability of the rotating machine in which the rotating shaft is installed. In particular, the frictional portions of each foil are separated into different pieces, so that the relative motion is increased so that damping by friction is increased.
둘째, 범프 포일들과 하우징 사이에 일 단부가 다수개의 조각으로 분리되어 있는 보조들이 개재되어 있기 때문에, 포일들 사이의 상대적 운동에 의한 마찰이 증가되어 댐핑이 향상된다.Secondly, since the auxiliary portions having one end separated into a plurality of pieces are interposed between the bump foils and the housing, friction due to relative movement between the foils is increased, and damping is improved.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (9)

  1. 회전축이 회전할 수 있도록 그 내부에 공간이 형성되어 있으며 내주면을 따라 다수개의 슬롯들이 형성되어 있는 하우징;A housing having a space formed therein so that the rotating shaft can rotate and having a plurality of slots formed along an inner circumferential surface thereof;
    상기 하우징의 슬롯들에 그 일단부가 고정되고, 원주 방향을 따라 상호 겹치도록 배치되어 있는 탑(top) 포일들;Top foils having one end fixed to the slots of the housing and arranged to overlap each other along the circumferential direction;
    상기 하우징과 상기 탑 포일들 사이에 개재되며, 상기 하우징의 슬롯들에 그 일단부가 고정되고 적어도 일부분이 파동 형상의 단면을 가지는 다수개의 범프(bump) 포일들; 및A plurality of bump foils interposed between the housing and the top foils, the bump foils having one end fixed to slots of the housing and at least partially having a wave shaped cross section; And
    상기 범프 포일들과 상기 하우징 사이에 개재되는 복수 개의 보조 포일들을 구비하고,A plurality of auxiliary foils interposed between the bump foils and the housing,
    상기 보조 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 적어도 2개의 조각으로 분리되어 있고,The auxiliary foils are partly separated into at least two pieces along the circumferential direction of the housing,
    상기 보조 포일들 중 적어도 2개의 보조 포일들이 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 상이한 개수의 조각으로 분리되어 있으며,At least two auxiliary foils of the auxiliary foils are divided into pieces of different numbers in portions along the circumferential direction of the housing,
    상기 보조 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 서로 다른 조각으로 분리된 보조 포일들이 교번하여 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링(air foil bearing).And the auxiliary foils are arranged such that auxiliary foils, each of which is partially divided into different pieces along the circumferential direction of the housing, are alternately positioned.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 탑 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 적어도 2개의 조각으로 분리되어 있고, The top foils are divided into at least two pieces in part along the circumferential direction of the housing,
    상기 탑 포일들 중 적어도 2개의 탑 포일들이 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 상이한 개수의 조각으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And at least two top foils of the top foils are separated into pieces of different numbers in portions along the circumferential direction of the housing.
  3. 삭제delete
  4. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 범프 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 적어도 2개의 조각으로 분리되어 있고, The bump foils are partly separated into at least two pieces along the circumferential direction of the housing,
    상기 범프 포일들 중 적어도 2개의 범프 포일들이 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 상이한 개수의 조각으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And at least two bump foils of the bump foils are separated into pieces of different numbers in portions along the circumferential direction of the housing.
  5. 삭제delete
  6. 삭제delete
  7. 삭제delete
  8. 제2항에 있어서, The method of claim 2,
    상기 탑 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 서로 다른 조각으로 분리된 탑 포일들이 교번하여 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링(air foil bearing).And the top foils are arranged such that the top foils, which are separated into pieces in different portions along the circumferential direction of the housing, are alternately positioned.
  9. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 범프 포일들은 상기 하우징의 원주 방향을 따라 일부분이 서로 다른 조각으로 분리된 범프 포일들이 교번하여 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링(air foil bearing).And the bump foils are arranged such that the bump foils, which are separated into pieces in different portions along the circumferential direction of the housing, are alternately positioned.
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