KR101070888B1

KR101070888B1 - Air foil bearing

Info

Publication number: KR101070888B1
Application number: KR1020040023336A
Authority: KR
Inventors: 염병용; 정인철
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2011-10-06
Also published as: KR20050098332A

Abstract

본 발명에 따르면, 에어 포일 베어링이 개시된다. 상기 에어 포일 베어링은 베이스 부재 상에 설치되는 플레이트와, 플레이트 상에 원주방향으로 소정간격 이격되게 설치되는 복수 개의 서포트 부재와, 서포트 부재에 그 일단이 결합되는 것으로, 상호 겹쳐지게 설치되는 복수 개의 탄성포일 및 플레이트 상에 설치되어 탄성포일을 탄성적으로 지지하는 것으로, 적어도 하나의 절개홈을 구비하는 적어도 하나의 스프링 부재를 포함한다. 개시된 에어 포일 베어링에 의하면, 상대적으로 용이한 구조변경을 통하여, 미끄럼 마찰에 의한 베어링의 댐핑성능을 개선할 수 있다. According to the invention, an air foil bearing is disclosed. The air foil bearing includes a plate installed on the base member, a plurality of support members installed at predetermined intervals in the circumferential direction on the plate, and one end thereof coupled to the support member, and a plurality of elastic members installed to overlap each other. It is installed on the foil and the plate to elastically support the elastic foil, and includes at least one spring member having at least one incision groove. According to the disclosed air foil bearing, the damping performance of the bearing due to sliding friction can be improved through a relatively easy structural change.

Description

Air foil bearing

도 1은 종래 공기 역학 포일 베어링의 구조를 도시한 평면도, 1 is a plan view showing the structure of a conventional aerodynamic foil bearing,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링의 단면도,2 is a cross-sectional view of an air foil bearing according to an embodiment of the present invention;

도 3 및 도 4는 도 2의 에어 포일 베어링을 도시한 평면도들,3 and 4 are plan views showing the air foil bearing of FIG.

도 5 및 도 6은 도 2에 도시한 에어 포일 베어링의 작동 상태도들이다.5 and 6 are operation state diagrams of the air foil bearing shown in FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10...베이스 부재 11...디스크10 ... base member 11 ... disc

13...플레이트 14...서포트 부재13 ... Plate 14 ... Support member

14a...서포트 부재의 결합부 15...탄성포일14a ... Joint part of support member 15 ... Elastic foil

17...곡률 스프링 17a...곡률 스프링의 결합부17 ... curvature spring 17a ... engagement of curvature spring

17b...곡률 스프링의 지지부 17b ... support of curvature spring

본 발명은 에어 포일 베어링에 관한 것으로서, 더 상세하게는 하중의 댐핑효과가 향상되는 개선된 구조의 에어 포일 베어링에 관한 것이다. The present invention relates to an air foil bearing, and more particularly, to an air foil bearing of an improved structure in which a damping effect of a load is improved.

통상적으로 회전체를 축방향 또는 반경방향으로 지지하기 위해서 에어 포일 베어링이 적용될 수 있다. 에어 포일 베어링은 기존의 볼 베어링이나 저널 베어링과 같이 유막을 이용하여 회전체를 지지하는 방식이 아니고, 베어링 내에 고압의 공기층을 형성하여 회전체를 지지하는 방식이다. Typically an air foil bearing can be applied to support the rotor in an axial or radial direction. The air foil bearing is not a method of supporting a rotating body by using an oil film like a conventional ball bearing or a journal bearing, but a method of supporting a rotating body by forming a high-pressure air layer in the bearing.

에어 포일 베어링은 특히 고속으로 회전하는 회전체를 지지하는데 효과적이다. 예를 들면, 에어 포일 베어링은 가스 터빈 엔진의 터보 압축기 등에 적용될 수 있다. 가스 터빈 엔진에서는 연료의 연소를 위해서 압축공기를 필요로 하므로, 공기를 압축시키기 위한 터보 압축기가 구비된다. 터보 압축기에서 압축된 공기는 연료의 연소를 위해서 주로 사용되지만 일부 압축공기를 이용하여 에어 포일 베어링에 공급할 수 있으므로, 터보 압축기의 임펠러 축이나 가스 터빈 엔진의 회전축을 에어 포일 베어링으로 지지할 수 있다.
Air foil bearings are particularly effective for supporting rotating bodies that rotate at high speeds. For example, the air foil bearing may be applied to a turbo compressor or the like of a gas turbine engine. Since gas turbine engines require compressed air for fuel combustion, a turbo compressor for compressing air is provided. The compressed air in the turbo compressor is mainly used for combustion of fuel, but some compressed air can be supplied to the air foil bearing, so that the impeller shaft of the turbo compressor or the rotating shaft of the gas turbine engine can be supported by the air foil bearing.

도 1에는 대한민국 공개특허 특2000-0076381 호에 개시된 가스 역학 포일 베어링의 구조가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 가스 역학 포일 베어링은 서포트 부재(14)가 원주방향의 소정 간격으로 용접되어 있는 플레이트(13)와, 용접에 의해 상기 서포트 부재(14)에 그 일단이 고정된 탄성포일(15)을 포함한다. 1 illustrates a structure of a gas dynamic foil bearing disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 2000-0076381. Referring to the drawings, the gas dynamic foil bearing includes a plate 13 in which the support member 14 is welded at predetermined intervals in the circumferential direction, and an elastic foil having one end fixed to the support member 14 by welding. 15).

또한, 상기 가스 역학 포일 베어링에는 상기 플레이트(13)에 용접되는 것으로, 상기 탄성포일(15)을 지지하는 곡률 스프링(17)이 구비된다. 여기서, 상기 서포트 부재(14) 및 곡률 스프링(17)은 플레이트(13)의 외경 측에 용접된다. 도면부호 14a와 17a는 각각 서포트 부재(14)와 곡률 스프링(17)의 용접부를 나타낸다. In addition, the gas dynamic foil bearing is provided with a curvature spring 17 which is welded to the plate 13 and supports the elastic foil 15. Here, the support member 14 and the curvature spring 17 are welded to the outer diameter side of the plate 13. Reference numerals 14a and 17a denote weld portions of the support member 14 and the curvature spring 17, respectively.

이와 같이 곡률 스프링(17)이 설치됨으로써, 회전체의 동작시 탄성포일(15) 과 곡률 스프링(17)의 미끄럼 접촉에 의해 마찰이 발생되는데, 상기 종래 기술에 의하면, 구조적인 제한으로 인해 충분한 미끄럼 마찰에 의한 댐핑효과를 기대하기 어려운 문제가 있다. As the curvature spring 17 is installed in this way, friction is generated by sliding contact between the elastic foil 15 and the curvature spring 17 during the operation of the rotating body. According to the prior art, due to structural limitations, sufficient sliding is caused. There is a problem that it is difficult to expect the damping effect due to friction.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 마찰에 의한 댐핑효과가 증대되는 에어 포일 베어링의 제공을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an air foil bearing in which the damping effect due to friction is increased.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 에어 포일 베어링은, In order to achieve the above object, the air foil bearing of the present invention,

베이스 부재 상에 설치되는 플레이트;A plate installed on the base member;

상기 플레이트 상에 원주방향으로 소정간격 이격되게 설치되는 복수 개의 서포트 부재;A plurality of support members installed on the plate at predetermined intervals in the circumferential direction;

상기 서포트 부재에 그 일단이 결합되는 것으로, 상호 겹쳐지게 설치되는 복수 개의 탄성포일; 및 One end is coupled to the support member, a plurality of elastic foils installed to overlap each other; And

상기 플레이트 상에 설치되어 상기 탄성포일을 탄성적으로 지지하는 것으로, 적어도 하나의 절개홈을 구비하는 적어도 하나의 스프링 부재를 포함한다. It is installed on the plate to elastically support the elastic foil, and includes at least one spring member having at least one incision groove.

여기서, 상기 절개홈은 상기 플레이트의 원주방향으로 형성되고, 상기 절개홈에 의해 분할된 상기 스프링 부재의 단편들은 상기 플레이트의 반경방향으로 배열되는 것이 바람직하다. Here, the cutting groove is formed in the circumferential direction of the plate, it is preferable that the fragments of the spring member divided by the cutting groove is arranged in the radial direction of the plate.

또한, 상기 스프링 부재는 상기 플레이트의 원주방향으로 소정간격 이격되도록 복수 개 구비되고, 상기 각각의 스프링 부재에는 복수 개의 절개홈이 형성되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the spring member is provided in plural so as to be spaced apart by a predetermined interval in the circumferential direction of the plate, and each of the spring members is formed with a plurality of cutting grooves.

뿐만 아니라, 상기 스프링 부재는 상기 탄성포일을 지지하는 지지부 및 상기 플레이트 상에 결합되는 결합부를 구비하고, 상기 결합부는 상기 탄성포일을 벗어난 상기 플레이트의 외부반경 측에 형성되며, 상기 지지부에는 상기 절개홈이 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 지지부의 단면은 양단이 상기 플레이트에 지지되는 아치형상으로 구비되는 것이 바람직하다.
In addition, the spring member has a support portion for supporting the elastic foil and a coupling portion coupled to the plate, the coupling portion is formed on the outer radius side of the plate out of the elastic foil, the support portion in the incision groove It is preferable that this be formed. Here, it is preferable that the end surface of the support part is provided in an arc shape in which both ends are supported by the plate.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail for the air foil bearing according to an embodiment of the present invention.

도 2에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에어 포일 베어링의 단면도가 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에는 도 2에 도시한 에어 포일 베어링의 평면도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 에어 포일 베어링은 베이스 부재(10)와, 상기 베이스 부재(10)에 결합된 플레이트(13)와, 상기 플레이트(13) 상에 소정간격 이격되도록 부착된 복수 개의 서포트 부재(14)를 포함하고, 상기 서포트 부재(14) 상에 일단이 결합되고, 곡률을 구비한 복수의 탄성포일(15)을 구비한다. 2 is a cross-sectional view of an air foil bearing according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are plan views of the air foil bearing shown in FIG. 2. Referring to FIG. 2, the air foil bearing includes a base member 10, a plate 13 coupled to the base member 10, and a plurality of support members attached to the plate 13 so as to be spaced a predetermined distance apart. And a plurality of elastic foils 15 having one end coupled to the support member 14 and having a curvature.

여기서, 상기 서포트 부재(14)는 용접 또는 아교접착에 의해 플레이트(13) 상에 부착될 수 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 플레이트(13)의 외부반경 측에 형성된 결합부(14a)가 용접됨으로써, 상기 플레이트(13) 상에 고정될 수 있다. Here, the support member 14 may be attached to the plate 13 by welding or glue bonding, as shown in Figure 3, the coupling portion 14a formed on the outer radius side of the plate 13 is By welding, it can be fixed on the plate 13.

도 4에서 볼 수 있듯이, 일단이 서포트 부재(14)에 고정된 탄성포일(15)은 상호 중첩되도록 구비되어, 탄성포일(15)의 타단부는 인접한 탄성포일(15)의 상면 에 접한다(도 2 참조). 여기서, 상기 탄성포일(15)은 서포트 부재(14)에 용접되어 고정될 수 있는데, 플레이트(13)의 외부반경 측에서 용접될 수 있다. As can be seen in Figure 4, the elastic foil 15, one end of which is fixed to the support member 14 is provided so as to overlap each other, the other end of the elastic foil 15 abuts the upper surface of the adjacent elastic foil 15 (Fig. 2). Here, the elastic foil 15 may be welded to and fixed to the support member 14, and may be welded at an outer radius side of the plate 13.

도 2를 참조하면, 상기 탄성포일(15)과 플레이트(13) 사이에는 곡률 스프링(17)이 개재되는데, 상기 곡률 스프링(17)은 그 양단이 상기 플레이트(13)에 탄성적으로 지지되는 아치형상으로 구비된다. 여기서, 상기 곡률 스프링(17)은 탄성포일(15) 보다 큰 강성도를 구비하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2, a curvature spring 17 is interposed between the elastic foil 15 and the plate 13, and the curvature spring 17 has an arch in which both ends thereof are elastically supported by the plate 13. It is provided in a shape. Here, the curvature spring 17 preferably has a greater rigidity than the elastic foil 15.

도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 곡률 스프링(17)은 상기 플레이트(13) 상에 원주방향의 일정간격으로 용접됨으로써, 고정될 수 있는데, 플레이트(13)의 외부반경 측에 형성된 결합부(17a)가 용접될 수 있다. As shown in FIG. 3, such a curvature spring 17 may be fixed by welding the plate 13 at a circumferential interval on the plate 13. ) Can be welded.

여기서, 탄성포일(15)을 탄성적으로 지지하며 변형되는 곡률 스프링(17)의 지지부(17b)에는 다수의 절개홈이 구비되는데, 상기 절개홈은 상기 플레이트(13)의 원주방향으로 형성된다. Here, the support 17b of the curvature spring 17, which elastically supports the elastic foil 15 and is deformed, is provided with a plurality of cutout grooves, which are formed in the circumferential direction of the plate 13.

이러한 절개홈에 의해 곡률 스프링(17)은 다수 개의 단편으로 분리되는데, 도면에서 볼 수 있듯이, 분리된 곡률 스프링(17)의 단편들은 플레이트(13)의 반경방향으로 배열된다. By this cutting groove, the curvature spring 17 is separated into a plurality of pieces, and as can be seen in the figure, the pieces of separated curvature spring 17 are arranged in the radial direction of the plate 13.

이와 같이, 곡률 스프링(17)에 절개홈이 구비됨으로써, 각 곡률 스프링(17)의 단편들은 서로 상대적인 운동이 가능하게 된다. 이에 따라, 곡률 스프링(17)의 변형이 보다 자유로워지는바, 변형에 따른 곡률 스프링(17)과 그의 지지를 받는 탄성포일(15)의 마찰작용이 증대된다. As such, the cutting grooves are provided in the curvature springs 17, so that the fragments of the curvature springs 17 can be moved relative to each other. As a result, the deformation of the curvature spring 17 becomes more free, and the friction action between the curvature spring 17 and the elastic foil 15 supported by the deformation increases.

여기서, 상기 곡률 스프링(17)의 절개홈은 적절하게 설계되는 것이 바람직하 다. 이를 보다 상세히 설명하면, 곡률 스프링(17)의 절개홈이 과다하게 형성되는 경우, 각 단편의 강성이 약화되어, 베어링의 하중지지력이 약화될 수 있다. Here, the cutting groove of the curvature spring 17 is preferably designed appropriately. In more detail, when the cutout groove of the curvature spring 17 is excessively formed, the rigidity of each piece may be weakened, and the load bearing force of the bearing may be weakened.

그러나, 이와 반대로 곡률 스프링(17)의 절개홈이 과소하게 설계되는 경우에는 마찰작용 증가에 따른 댐핑증대효과가 저감될 수 있다. On the contrary, in the case where the cutout groove of the curvature spring 17 is excessively designed, the damping increase effect due to the increased frictional action can be reduced.

이하에서는 상술한 바와 같이 구성되는 에어 포일 베어링의 구동에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the driving of the air foil bearing configured as described above will be described.

도 5 및 도 6은 도 2에 도시한 에어 포일 베어링의 작동상태도들이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디스크(11)가 회전하면, 디스크(11)와 탄성포일(15) 사이에는 고압의 가스층이 형성되는데, 이러한 가스의 압력은 디스크(11)의 회전에 따라 급속하게 상승하게 되고, 결국, 도 6에 도시된 바와 같이, 디스크(11)가 탄성포일(15)로부터 부상하게 된다. 이러한 에어 포일 베어링의 동작과정을 상세히 살펴보면 다음과 같다. 5 and 6 are operation state diagrams of the air foil bearing shown in FIG. As shown in FIG. 5, when the disk 11 rotates, a high-pressure gas layer is formed between the disk 11 and the elastic foil 15, and the pressure of the gas rapidly increases as the disk 11 rotates. As a result, as shown in FIG. 6, the disk 11 rises from the elastic foil 15. Looking at the operation of the air foil bearing in detail as follows.

디스크(11)가 한 방향으로 서서히 회전하게 되면, 디스크(11)와 탄성포일(15) 사이의 공간부에 고압가스가 유입되기 시작한다. 상기 디스크(11)는 그 회전속도가 정상속도에 이를 때까지 탄성포일(15)의 만곡부에 접촉해 있다(도 5 참조). 여기서, 상기 탄성포일(15)은 강성도가 상대적으로 큰 곡률 스프링(17)에 의해 지지되므로, 에어 포일 베어링의 전체 강성도가 증가하게 되는바, 디스크(11)의 축방향 변위가 감소될 수 있고, 또한, 하중지지력이 증가될 수 있다. When the disk 11 slowly rotates in one direction, the high pressure gas starts to flow into the space portion between the disk 11 and the elastic foil 15. The disk 11 is in contact with the curved portion of the elastic foil 15 until its rotational speed reaches a normal speed (see Fig. 5). Here, since the elastic foil 15 is supported by the curvature spring 17 having a relatively high stiffness, the overall stiffness of the air foil bearing is increased, so that the axial displacement of the disc 11 can be reduced. In addition, the load bearing force can be increased.

디스크(11)와 탄성포일(15) 사이의 가스압력이 디스크(11)의 회전으로 인해 더욱 상승하게 되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 디스크(11)는 탄성포일(15)로부터 부상하게 된다. If the gas pressure between the disk 11 and the elastic foil 15 rises further due to the rotation of the disk 11, as shown in FIG. 6, the disk 11 rises from the elastic foil 15. .

도면에서 볼 수 있듯이, 베어링의 구동 중에는 다수 개의 접촉부위가 형성된다. 접촉부위, 다시 말해서, 유입되는 가스로 인한 탄성변형으로 마찰이 발생하는 영역은, 탄성포일(15)이 중첩되는 영역과, 탄성포일(15)과 곡률 스프링(17)이 접촉하는 영역이다(도 6 참조). As can be seen in the figure, a plurality of contact portions are formed during the driving of the bearing. The contact area, that is, the area where friction occurs due to the elastic deformation due to the inflowing gas, is an area where the elastic foil 15 overlaps, and an area where the elastic foil 15 and the curvature spring 17 contact each other (Fig. 6).

이와 같이 접촉부위가 다수 개 형성됨으로써, 마찰에 의한 베어링의 댐핑력이 향상될 수 있다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 곡률 스프링(17)이 절개홈에 의해 다수 개의 단편으로 분리되는바, 자유변형이 촉진되고, 이에 따라, 곡률 스프링(17)과 탄성포일(15)의 마찰작용이 증가되어, 댐핑력이 개선된다. As such a plurality of contact portions are formed, the damping force of the bearing due to friction can be improved. In particular, as shown in Figure 3, the curvature spring 17 is separated into a plurality of pieces by the incision grooves, free deformation is promoted, thereby, friction between the curvature spring 17 and the elastic foil 15 The action is increased, and the damping force is improved.

본 명세서에 첨부된 도면들에서는 회전체의 축방향으로 하중이 걸리는 트러스트 베어링 구조만이 도시되어 있으나, 본 발명의 실질적인 특징들은 회전체의 반경방향으로 하중이 걸리는 레이디얼 베어링에 대해서도 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 이해될 것이다. Although only the thrust bearing structure is shown in the drawings attached in the axial direction of the rotating body, the substantial features of the present invention can also be applied to the radial bearing is applied in the radial direction of the rotating body It will be easily understood by those skilled in the art to which the present invention pertains.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 에어 포일 베어링에 의하면, 탄성포일을 지지하는 곡률 스프링에 절개홈이 형성됨으로써, 곡률 스프링이 복수 개의 단편으로 분리되는바, 곡률 스프링과 탄성포일의 미끄럼 접촉에 의한 댐핑능력이 향상될 수 있다. According to the air foil bearing of the present invention configured as described above, the incision groove is formed in the curvature spring for supporting the elastic foil, the curvature spring is separated into a plurality of pieces, due to the sliding contact between the curvature spring and the elastic foil Damping ability can be improved.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and other equivalent embodiments therefrom. You can understand that. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be defined by the appended claims.

Claims

A plate installed on the base member;

A plurality of support members installed on the plate at predetermined intervals in the circumferential direction;

One end is coupled to the support member, a plurality of elastic foils installed to overlap each other; And

It is installed on the plate to elastically support the elastic foil, and comprises at least one curvature spring having a plurality of incision grooves formed in the circumferential direction of the plate,

The curvature spring is divided into a plurality of pieces by the cutting grooves and the pieces are arranged in the radial direction of the plate, the plurality of pieces are in contact with the elastic foil to support the elastic foil,

The curvature spring is provided in plural to be spaced apart a predetermined interval in the circumferential direction of the plate,

The curvature spring has a support portion for supporting the elastic foil and a coupling portion coupled to the plate, the coupling portion is formed on the outer radius side of the plate out of the elastic foil, the support portion is formed with the incision groove Air foil bearing.

delete

The air foil bearing of claim 1, wherein a cross section of the support part is provided in an arc shape in which both ends are supported by the plate.