KR101445015B1 - 자가 펌핑 오일 필름 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 회전 슬리브(12)와 회전 슬리브(12)를 포위하는 고정 부싱(18) 사이로부터 접선 방향으로 유출되는 오일의 층류를 제거하도록 압연 밀 오일 필름 베어링(10)에 사용되는 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은 오일의 층류를 수용하도록 배열되는 환형 챔버(40a)를 한정하기 위해 슬리브(12) 및 부싱(18)과 협력하는 구속 표면을 포함한다. 임펠러(42)가 챔버(40a) 내로 돌출되고, 슬리브(12)와 함께 슬리브의 속도로 회전 가능하고 그에 의해 환형 챔버(40a) 주위에서 오일을 추진한다. 출구(44)가 임펠러(42)의 회전에 의해 챔버(40a) 주위에서 추진되는 오일을 제거하도록 환형 챔버(40a)와 접선 방향으로 연통된다. 환형 챔버(40a) 내에 수용되는 오일의 체적과 관련되는 출구(44)의 크기는 챔버(40a)가 베어링(10)의 정상 상태 동작 중에 오일로 충전되어 유지되도록 되어 있다.

Description

자가 펌핑 오일 필름 베어링{SELF PUMPING OIL FILM BEARING}
본 발명은 회전 슬리브(rotating sleeve)와 슬리브를 포위하는 정지 부싱(stationary bushing) 사이로부터 접선 방향으로 유출되는 오일의 층류(laminar flow)를 제거하도록 압연 밀 오일 필름 베어링(rolling mill oil film bearing)에 사용되는 시스템에 관한 것이다.
전형적인 압연 밀 오일 필름 베어링에서, 슬리브가 롤 네크(roll neck)를 포위하고, 롤 네크와 함께 회전 가능하다. 슬리브는 초크(chock) 내에 수용되는 고정 부싱 내에서의 회전을 위해 저널링된다. 슬리브 및 부싱은 그 사이에 간극을 한정하는 치수를 갖는다. 동작 중에, 오일이 간극 내로 계속적으로 유입되고, 여기에서 오일이 베어링의 하중 영역에서 슬리브와 부싱 사이의 유체 역학적으로 유지되는 필름 내로 회전 가능하게 압박된다. 오일의 층류는 베어링의 각각의 단부로부터 오일이 베어링으로 재차 재순환되기 전에 여과 및 냉각을 위해 중력에 의해 제거되는 섬프(sump) 내로 접선 방향으로 유출된다.
이러한 배열의 결점에 따르면, 큰 직경의 배출 라인(drain line)이 베어링으로부터 유출되는 오일의 중력 유동을 수용하는 데 요구된다. 이들 배출 라인은 과도한 크기의 외부 공간을 점유하고, 그에 따라 베어링의 전체 크기에 불리하게 기여한다. 오일이 베어링 섬프에 대해 지지되어 범람하는 것을 방지하도록 설계되는 피치로 배출 라인이 적절하게 설치되는 것을 보증하도록 주의가 또한 취해져야 한다.
넓게 말하자면, 본 발명의 목적은 베어링의 외부로 오일을 펌핑하는 데 회전 베어링 구성 요소의 운동 에너지를 채용하는 것이다. 오일이 강제로 방출되기 때문에, 더 작은 배출 라인이 중력 유동을 수용하는 데 요구되는 배출 피치를 유지할 필요 없이 유출 오일 유동을 취급하는 데 채용될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징 및 장점이 이제부터 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 시스템을 실시하는 압연 밀 오일 필름 베어링을 통한 단면도이다.
도2는 도1에서 "A"로 표시된 원형 영역의 확대도이다.
도3은 도1 및 도2에 도시된 네크 밀봉부의 사시도이다.
도4는 밀봉 단부 판 연장부를 통해 취해진 단면도이다.
도5는 도1에서 "B"로 표시된 원형 영역의 확대도이다.
도6은 고정 부싱에 의해 포위되는 회전 슬리브를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도6a는 슬리브와 부싱 사이로부터 유출되는 오일의 층류의 속도 프로파일을 개략적으로 도시하는 도6에 도시된 원형 부분의 확대도이다.
도7은 본 발명의 회전 임펠러(rotating impeller)에 의해 베어링의 외부로 펌핑되는 오일의 속도 프로파일을 개략적으로 도시하는 도2의 선 7-7을 따라 취해진 단면도이다.
우선, 도1을 참조하면, 압연 밀 오일 필름 베어링(10)이 도시되어 있다. 베어링은 롤(16)의 테이퍼형 네크(14)에 고정되는 슬리브(12)를 포함한다. 슬리브는 초크(20) 내에 수용되는 고정 부싱(18) 내에서의 회전을 위해 저널링된다. 슬리브 및 부싱은 그 사이에 간극("G")을 한정하는 치수를 갖는다. 동작 중에, 오일이 간극 내로 계속적으로 유입되고, 여기에서 오일이 베어링의 하중 영역에서 슬리브와 부싱 사이의 유체 역학적으로 유지되는 필름에 의해 회전 압박된다. 오일의 층류가 베어링의 양쪽 단부로부터 접선 방향으로 유출된다.
밀봉 조립체(22a, 22b)가 베어링의 내부측 및 외부측에 각각 위치된다. 도2를 추가로 참조하면, 내부측 밀봉 조립체(22a)는 슬리브(12)와 함께 그와의 회전을 위해 테이퍼형 롤 네크 섹션(14) 상에 장착되는 가요성 및 탄성 네크 밀봉부(24)를 포함한다는 것이 관찰될 것이다. 네크 밀봉부는 초크(20)에 고정되는 밀봉 단부 판(26)에 의해 포위된다.
종래의 베어링에서, 슬리브와 부싱 사이로부터 접선 방향으로 탈출되는 오일의 층류는 섬프(28a) 내에 수용되고, 여기에서 오일이 중력에 의해 배출된다. 도6 및 도6a로부터 관찰될 수 있는 것과 같이, 간극(G)으로부터 탈출되는 오일은 슬리브 표면에서의 슬리브의 속도(Vs) 그리고 부싱 표면에서의 0 속도(V0)를 갖는다. 이러한 속도 프로파일은 Vs/2의 평균 속도를 발생시킨다.
그러나, 본 발명에서, 원형 연장부(30)가 밀봉 단부 판(26)과 초크(20) 사이의 간극에 걸쳐 연장된다. 네크 밀봉부 상의 플랜지(flange)(32)가 밀봉 단부 판 상의 견부(34)와 밀봉 접촉되고, 네크 밀봉부 상의 플링거(flinger)(36)가 연장부(30) 상의 원형 견부(38)와 밀봉 접촉된다. 플링거(36), 연장부(30) 및 초크(20)에 의해 제공되는 구속 표면(confinement surface)이 섬프(28a)로부터 격리되고 슬리브와 부싱 사이의 간극(G)로부터 접선 방향으로 유출되는 오일의 층류를 수용하도록 배열되는 환형 내부측 챔버(40a)를 한정하기 위해 슬리브(12) 및 부싱(18)과 협력한다. 임펠러(42)가 챔버(40a)로부터 돌출된다. 도3을 추가로 참조함으로써 가장 잘 관찰될 수 있는 것과 같이, 임펠러(42)는 네크 밀봉부(24)의 원주부에 의해 보유되고, 네크 밀봉부(24)의 원주부 주위에서 이격된다.
도4에 도시된 것과 같이, 연장부(30)는 환형 챔버(40a)와 접선 방향으로 연통되는 출구(44)를 포함한다. 호스(hose)(46)가 출구(44)에 연결되고, (도시되지 않은) 종래의 밀 윤활 시스템으로의 연결을 위해 베어링의 외부로 이어진다.
출구(44)는 정상 상태 동작 중에 그 챔버가 오일로 충전되어 유지되도록 환형 챔버(40a) 내에 수용되는 오일의 체적과 관련되는 크기를 갖는다. 이전에 언급된 것과 같이, 밀봉부(24) 및 슬리브(12)의 양쪽 모두가 롤 네크(14) 상에 장착되어 롤 네크(14)와 함께 회전된다. 이와 같이, 밀봉부(24)에 의해 보유되는 임펠러(42)가 슬리브와 함께 슬리브의 속도로 회전된다. 도7에 개략적으로 도시된 것과 같이, 임펠러(42)에 의해 걸쳐 연장되는 환형 챔버(40a)의 단면적에서, 이처럼 추진되는 오일의 속도는 슬리브의 속도(Vs)로 유지된다. 도6a에 도시된 종래의 배열의 속도 프로파일로부터 유도되는 비교적 적당한 수준의 에너지에 비해, 본 발명의 향상된 속도 프로파일은 챔버(40a) 주위에서 그리고 출구(44)를 통해 외부로 오일을 효율적으로 펌핑하도록 작용하는 상당히 상승된 수준의 에너지를 제공한다.
도5를 참조하면, 유사한 배열이 베어링의 외부측 단부에서 밀봉 조립체(22b)에 의해 제공된다는 것이 관찰될 것이다. 여기에서, 환형 외부측 챔버(40b)가 부싱(18)과 초크(20) 사이에서 연장되는 연장부(48), 슬리브(12)에 고정되는 링(ring)(50) 그리고 연장부(48)에 의해 보유되는 립 밀봉부(lip seal)(52) 상의 구속 표면에 의해 한정된다. 임펠러(42)는 슬리브(12)에 고정되고, 슬리브(12)로부터 챔버(40b) 내로 반경 방향으로 돌출된다.
도시되어 있지 않지만, 연장부(48)가 도4에 도시된 내부측(inboard) 출구(44)와 유사한 장착(onboard) 출구를 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 외부측(outboard) 출구는 외부측 챔버(40b)와 접선 방향으로 연통되고, (도1에 도시된) 제2 호스(58)에 연결된다.
이와 같이, 임펠러(42)는 환형 챔버(40a, 40b)로부터 오일을 강제로 방출하는 펌핑 작용을 가하도록 선택된 베어링 구성 요소[예컨대, 내부측 단부에서의 네크 밀봉부(24) 그리고 외부측 단부에서의 슬리브(18)]의 회전 운동 에너지를 이용하도록 작용한다는 것이 이해될 것이다. 위에서 언급된 것과 같이, 중력 유동에 의존하기보다는 오일을 강제로 방출함으로써, 더 작은 직경의 배출 라인이 채용될 수 있고, 중력 피치의 유지와 무관하게 전략적으로 위치될 수 있다.

Claims (16)

  1. 회전 슬리브와 상기 회전 슬리브를 포위하는 고정된 부싱 사이로부터 접선 방향으로 유출되는 오일의 층류를 제거하도록 압연 밀 오일 필름 베어링에 사용되는 시스템이며,
    상기 오일의 층류를 수용하도록 배열되는 환형 챔버를 한정하는 구속 표면과;
    챔버 내로 돌출되는 임펠러로서, 임펠러는 상기 회전 슬리브와 함께 상기 회전 슬리브의 속도로 회전함으로써, 상기 챔버 주위에서 상기 오일을 추진하는, 임펠러와;
    상기 임펠러의 회전에 의해 상기 챔버 주위에서 추진되는 상기 오일을 제거하도록 상기 챔버와 접선 방향으로 연통되는 출구로서, 상기 챔버 내에 수용되는 오일의 체적과 관련되는 상기 출구의 크기는 상기 챔버가 상기 임펠러의 회전 중에 오일로 충전되어 유지되도록 되어 있는, 출구
    를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전 슬리브는 롤 네크 상에 장착되고, 상기 구속 표면은 롤 네크와 함께 회전하도록 롤 네크 상에 장착되는 탄성 밀봉부에 의해 부분적으로 한정되는 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부싱은 초크 내에 고정되고, 상기 구속 표면은 상기 밀봉부를 포위하고 상기 초크에 고정되는 밀봉 단부 판에 의해 부분적으로 한정되는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구속 표면은 상기 밀봉 단부 판과 초크 사이의 간극에 걸쳐 연장되는 원형 연장부에 의해 부분적으로 한정되는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 출구는 상기 원형 연장부 내에 형성되는 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 임펠러는 밀봉부와 함께 회전하도록 밀봉부 상에 배치되는 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 임펠러는 밀봉부와 함께 회전하도록 밀봉부 상에 배치되는 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 구속 표면은 상기 회전 슬리브와 함께 회전하도록 상기 회전 슬리브에 고정되는 원형 밀봉 링에 의해 부분적으로 한정되는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 회전 슬리브와 함께 회전하도록 상기 회전 슬리브 상에 배치되는 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 구속 표면은 상기 부싱에 고정되는 원형 연장부에 의해 부분적으로 한정되고, 상기 원형 연장부는 밀봉 링과의 사이에 간극을 한정하도록 밀봉 링으로부터 반경 방향으로 이격되는 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 구속 표면은 간극에 걸쳐 연장되고 연장부에 고정되는 가요성 밀봉부에 의해 부분적으로 한정되는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 회전 슬리브와 함께 회전하도록 상기 회전 슬리브 상에 배치되는 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 출구는 원형 연장부 내에 형성되는 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 회전 슬리브와 함께 회전하도록 상기 회전 슬리브 상에 배치되는 시스템.
  15. 오일이 회전 슬리브와 상기 회전 슬리브를 포위하는 고정된 부싱 사이로 유입되고 오일이 층류의 형태로 베어링의 내부측 및 외부측 단부로부터 접선 방향으로 유출되는, 압연 밀 오일 필름 베어링에 사용되는 시스템이며,
    상기 베어링의 내부측 및 외부측 단부로부터의 오일의 접선 방향으로 유출되는 층류를 각각 수용하도록 배열되는 환형 내부측 챔버 및 환형 외부측 챔버를 한정하기 위해 상기 회전 슬리브 및 상기 부싱과 협력하는 구속 표면과;
    상기 챔버 내로 돌출되는 임펠러로서, 임펠러는 상기 회전 슬리브와 함께 상기 회전 슬리브의 속도로 회전함으로써, 챔버 주위에서 챔버 내에 수용되는 오일을 추진하는, 임펠러와;
    상기 임펠러의 회전에 의해 상기 챔버 주위에서 추진되는 상기 오일을 제거하도록 상기 내부측 챔버 및 상기 외부측 챔버와 접선 방향으로 각각 연통되는 내부측 출구 및 외부측 출구로서, 상기 챔버 내에 수용되는 오일의 체적과 관련되는 상기 출구의 크기는 상기 챔버가 상기 임펠러의 회전 중에 오일로 충전되어 유지되도록 되어 있는, 내부측 출구 및 외부측 출구
    를 포함하는 시스템.
  16. 압연 밀 오일 필름 베어링에서, 회전 슬리브와 상기 회전 슬리브를 포위하는 고정된 부싱 사이로부터 접선 방향으로 유출되는 오일의 층류를 제거하는 방법이며,
    구속 표면으로 한정된 환형 챔버 내에 오일의 층류를 수용하는 단계와;
    챔버 내로 돌출되는 임펠러로, 상기 회전 슬리브의 속도로 상기 챔버 주위에서 오일을 회전 추진하는 단계와;
    상기 챔버가 오일로 충전되어 유지되는 속도로, 상기 챔버와 접선 방향으로 연통되는 출구를 통해 상기 챔버로부터 접선 방향으로 회전 추진된 오일을 제거하는 단계이며, 상기 출구의 크기는 상기 챔버 내에 수용되는 오일의 체적과 관련되는 단계
    를 포함하는 방법.
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