KR101445063B1

KR101445063B1 - 에어포일 쓰러스트 베어링 및 메탈메쉬포일 래디얼 베어링을 포함하는 콤보 베어링

Info

Publication number: KR101445063B1
Application number: KR1020130048467A
Authority: KR
Inventors: 박철훈; 최상규; 이성휘; 함상용; 홍두의; 윤태광
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-10-01

Abstract

본 발명은 에어포일 쓰러스트 베어링 및 메탈메쉬포일 래디얼 베어링을 포함하는 콤보 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게 에어포일 쓰러스트 베어링 및 메탈메쉬포일 래디얼 베어링의 기능을 단일의 부품으로 구현함으로써 베어링 구비 공간의 부피를 비약적으로 축소시킬 수 있도록 하는 콤보 베어링에 관한 것이다.

Description

에어포일 쓰러스트 베어링 및 메탈메쉬포일 래디얼 베어링을 포함하는 콤보 베어링{Combo bearing including air foil thrust bearing and metal mesh foil radial bearing}

회전 또는 왕복 운동과 같은 움직임이 있는 부품(회전축, 이동축 등)에 있어서, 부품의 운동 과정에서 일어나는 마찰 때문에 발생될 수 있는 부품 마모나 손상 문제, 소음 문제, 에너지 낭비 문제 등과 같은 문제들을 해소하기 위하여 다양한 종류의 베어링이 구비되고 있다. 베어링이 하중이 회전축에 대하여 수직으로 작용하는 베어링을 래디얼 베어링 또는 저널 베어링(미끄럼 베어링의 경우)이라고 하며, 하중이 회전축에 평행으로(즉 축 방향으로) 작용하는 베어링을 쓰러스트 베어링(thrust bearing)이라고 한다. 모든 축받이의 경우도 쓰러스트 베어링이라고 부르는데, 구름 베어링에서는 분류상, 축으로의 하중방향이 45도를 넘을 경우에는 쓰러스트 베어링, 그 이하의 경우에는 래디얼 베어링으로 분류한다.

국제특허공개 제2010-122450호("A MAGNETIC BEARING, A ROTARY STAGE, AND A REFLECTIVE ELECTRON BEAM LITHOGRAPHY APPARATUS", 2010.10.28) 등에 종래의 래디얼 베어링 기술이, 미국특허공개 제2009-0039740호("Magnetic Bearing", 2009.02.12) 등에 종래의 쓰러스트 베어링 기술이 개시되어 있다.

한편 최근, 세계적으로 중앙 집중 방식의 전기 송전이 킬로와트 당 비용이 크게 소모되고 생산된 전기를 소비자에게 분배하기 위해 설치되는 고가의 기초 구조물을 가지고 있어야만 하여 초기 설비 투자비의 규모가 커진다는 문제 등으로 인하여, 분산형 발전기술의 상업화 경향이 강해지고 있다. 이러한 경향에 따라 현장에서 직접 전력을 발생시킬 수 있는 소형 가스 터빈인 마이크로 가스 터빈의 활용이 점점 늘어나는 추세에 있다. 마이크로 가스 터빈 또는 마이크로터빈(Microturbine)은 가스 터빈을 소형화한 것으로서, 일반적으로 1kw 미만에서 수백kw의 출력을 갖는다. 이러한 마이크로 가스 터빈은 상술한 바와 같이 분산형 전원과 소규모 열병합 발전용으로 기술적인 장점 및 친환경적인 특성으로 인해 기술 개발과 보급이 늘어나는 추세에 있다.

상술한 바와 같은 마이크로 가스 터빈 등과 같은 소형 장치의 경우, 원하는 출력을 얻기 위해서는 회전축의 회전은 일반적으로 10만~40만rpm 정도의 고속으로 이루어진다는 점이 잘 알려져 있다. 이처럼 소형 장치에 있어서도 래디얼 베어링, 쓰러스트 베어링 등의 구비는 필수적이다. 특히 현재 그 필요 또는 실제 사용이 늘어나고 있는 마이크로 가스 터빈과 같은 소형 고속 회전체의 경우에 있어서, 축 방향 진동 저감, 고온 환경에서 사용 가능, 높은 내구성 등과 같은 베어링의 요구 조건에 더하여, 비접촉식 및 무급유 조건을 만족시킴과 동시에 소형화 및 경량화가 가능한 베어링에 대한 요구가 날로 커지고 있다.

일반적으로 회전체의 베어링 시스템은 상술한 바와 같이 반경 방향 하중을 지지하는 래디얼 베어링과 축 방향 하중을 지지하는 쓰러스트 베어링으로 이루어진다. 그런데 이러한 베어링들이 모두 별개로 구성되기 때문에, 회전체에 구비되는 베어링 시스템 자체의 부피가 커질 수밖에 없는 문제가 있다. 베어링 시스템 자체의 부피가 커질수록 회전체의 길이도 커지게 되고, 이에 따른 회전체의 1차 굽힘 모드(위험속도)가 낮아지는 현상이 발생하게 되는 바, 결과적으로 이는 소형 회전체의 고속 회전시의 안정성을 크게 떨어뜨리는 문제를 유발하게 된다.

뿐만 아니라, 이와 같이 두 가지 타입의 베어링을 따로 제작하여 조립하는 과정에서, 별도의 쓰러스트 베어링 부착용 백 플레이트가 필요하며, 조립 시 조립 정밀도를 맞추기 위한 절차가 필요해지는 등 조립 공정이 매우 복잡해지는 문제 또한 있다.

또한, 쓰러스트 베어링에 사용하기 위한 쓰러스트 컬러(Thrust collar)가 회전체에 추가적으로 구성되어야 하므로 소형 시스템에서 초고속 회전체에 적용되는 경우, 시스템이 복잡해지면 쓰러스트 컬러에 의해 굽힙모드 주파수가 감소되어 회전체 고속화의 장애로 작용된다는 문제점이 있다.

1. 국제특허공개 제2010-122450호("A MAGNETIC BEARING, A ROTARY STAGE, AND A REFLECTIVE ELECTRON BEAM LITHOGRAPHY APPARATUS", 2010.10.28) 2. 미국특허공개 제2009-0039740호("Magnetic Bearing", 2009.02.12)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 래디얼 베어링과 쓰러스트 베어링의 기능을 단일의 부품으로 구현함으로써 베어링 구비 공간의 부피를 비약적으로 축소시킬 수 있도록 하는 콤보 베어링을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 메탈 메쉬 포일 래디얼 베어링과 에어포일 쓰러스트 베어링을 일체형으로 제작하기 위해 메탈 메쉬 댐퍼의 외면에 용접 가능한 금속 커버를 부착한 후, 에어포일 쓰러스트 베어링을 용접하여 부착함으로써, 메탈 메쉬 포일 래디얼 베어링과 에어포일 쓰러스트 베어링을 일체로 구현하는 동시에 메탈 메쉬 댐퍼의 성능 저하를 방지할 수 있는 콤보 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 콤보 베어링은 중심에 회전축이 관통하는 통공 형태의 관통부가 형성되는 몸체부와, 상기 관통부 측으로부터 반경 방향으로 함몰 형성되는 삽입부를 포함하고, 메탈 메쉬 재질로 이루어지는 댐퍼 바디; 상기 회전축 방향으로 상기 댐퍼 바디의 양측면과, 상기 댐퍼 바디의 외주면 일정 영역을 커버하는 금속 커버; 상기 회전축 상의 임펠러와 접하는 측의 상기 금속 커버 면에 용접으로 고정되며, 상기 관통부 주변을 따라 원주방향으로 배치되고, 표면이 요철 형태가 되도록 박판이 절곡되어 형성되는 쓰러스트 범프; 상기 회전축 방향으로 상기 쓰러스트 범프의 최외측 면에 접하여 용접으로 고정되며, 일체의 박판이 절곡되어 형성되는 쓰러스트 탑 포일; 및 상기 회전축 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 상기 회전축의 외측면 및 상기 댐퍼 바디의 상기 관통부 내측면 사이에 개재되며, 일측 끝단이 상기 댐퍼 바디의 상기 삽입부에 끼워져 고정되는 끼움부를 포함하며, 일체의 박판이 절곡되어 형성되는 래디얼 탑 포일; 을 포함하여 형성된다.

또한, 상기 콤보 베어링은 상기 쓰러스트 범프의 표면이 이루는 복수개의 요철 중 원주 방향으로 일측 단부에 형성되는 적어도 한 개 이상의 요철 표면이 일정 방향으로 경사지도록 형성되며, 상기 쓰러스트 탑 포일이 상기 쓰러스트 범프의 경사방향에 대응되도록 경사질 수 있다.

또한, 상기 콤보 베어링은 상기 쓰러스트 범프 및 쓰러스트 탑 포일로 이루어지는 단위 칼라(P)가 적어도 둘 이상 방사상으로 배치된 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 콤보 베어링은 복수개의 단위 칼라(P)마다 포함된 쓰러스트 범프가 동일 방향으로 기울어지도록 배치되어 고정될 수 있다.

또한, 상기 콤보 베어링은 상기 쓰러스트 범프 및 쓰러스트 탑 포일로 이루어지는 단위 칼라(P)가 상기 회전축 방향으로 적어도 한 면 이상에 형성될 수 있다.

또한, 상기 콤보 베어링은 상기 회전축의 일측 단부에 압축기 베어링이 장착되고, 타측 단부에 터빈 임펠러가 장착되는 경우, 상기 압축기 임펠러와 일측면이 접하는 제1콤보 베어링과 상기 터빈 임펠러와 일측면이 접하는 제2콤보 베어링으로 이루어지되, 각각 상기 압축기 임펠러 또는 상기 터빈 임펠러와 접하는 측면에 상기 단위 칼라가 구비될 수 있다.

본 발명에 의하면, 종래에 래디얼 베어링과 쓰러스트 베어링이 구비되는 회전체에 대하여, 래디얼 베어링과 쓰러스트 베어링의 기능을 단일 부품으로 구현할 수 있는 본 발명의 콤보 베어링을 구비하도록 함으로써, 종래에 두 종류의 별도의 베어링들을 구비할 공간을 확보하기 위하여 불필요하게 길어졌던 만큼의 회전체 길이를 축소할 수 있도록 하는 효과가 있다. 물론 이처럼 회전체 길이를 최소화함으로써, 시스템 전체의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 콤보 베어링은 이처럼 회전체 길이가 종래보다 줄어듦으로써 회전체의 굽힘 모드에 의한 위험 속도가 종래에 비하여 높아지게 되므로, 회전체가 안정적으로 동작할 수 있는 동작 속도 범위를 보다 넓힐 수 있다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 콤보 베어링은 용접 가능한 금속 커버를 메탈 메쉬 댐퍼의 외면에 부착한 후, 에어포일 쓰러스트 베어링을 용접하여 부착함으로써, 메탈 메쉬 포일 래디얼 베어링과 에어포일 쓰러스트 베어링을 일체로 구현하는 동시에, 메탈 메쉬 댐퍼의 성능 저하를 방지할 수 있다.

아울러, 본 발명의 콤보 베어링은 두 가지 시스템이 하나의 부품에 결합되어 시스템의 단순화 및 제작 공정의 단순화뿐만 아니라, 유지 보수비가 절감되며, 고온 부식 환경에 대한 내구성이 향상되어 기계적인 안정성이 보장된다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 콤보 베어링을 나타낸 사시도 및 평면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 콤보 베어링을 나타낸 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 콤보 베어링에서 쓰러스트 탑 포일을 나타낸 평면도 및 측면도.
도 5는 본 발명의 콤보 베어링에서 쓰러스트 범프를 나타낸 평면도 및 측면도.
도 6은 종래의 임펠러 결합 회전축에 본 발명의 일실시예에 따른 콤보 베어링을 배치한 구성도.
도 7은 종래의 임펠러 결합 회전축에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콤보 베어링을 배치한 구성도.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 에어포일 쓰러스트 베어링 및 메탈메쉬포일 래디얼 베어링을 포함하는 콤보 베어링을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3에서는 본 발명의 일실시예에 따른 콤보 베어링(1)을 도시하고 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 콤보 베어링(1)의 구성을 간략히 설명하면, 크게 댐퍼 바디(100), 금속 커버(200), 쓰러스트 범프(300), 쓰러스트 탑 포일(400) 및 래디얼 탑 포일(500)을 포함하여 형성된다.

상기 댐퍼 바디(100)는 메탈 메쉬 재질로 이루어지되, 그 형상은 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체부(110), 관통부(130) 및 삽입부(120)를 포함하여 형성된다.

상기 몸체부(110)는 그 중심에 회전축(3)이 관통하는 통공 형태의 관통부(130)가 형성되고, 상기 삽입부(120)는 상기 관통부(130) 측으로부터 반경 방향으로 함몰 형성된다.

상기 삽입부(120)는 상기 래디얼 탑 포일(500)을 고정하기 위한 구조로, 이에 대해서는 래디얼 탑 포일(500)을 설명할 때 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 금속 커버(200)는 상기 회전축(3) 방향으로 상기 댐퍼 바디(100)의 양측면과, 상기 댐퍼 바디(100)의 외주면 일정 영역을 커버하는 것으로, 스테인리스스틸과 같이 용접 가능한 재질로 제작됨으로써, 에어포일 쓰러스트 베어링이 용접으로 부착될 수 있도록 하여 메탈 메쉬 포일 래디얼 베어링과 에어 포일 쓰러스트 베어링이 일체로 제작 될 수 있도록 한다.

상기 쓰러스트 범프(300)는 상기 회전축(3) 상의 임펠러(2)와 접하는 측의 상기 금속 커버(200) 면에 용접으로 고정되며, 상기 관통부 주변을 따라 원주 방향으로 배치되고, 표면이 요철 형태가 되도록 박판이 절곡되어 형성된다.

상술한 바와 같이, 상기 쓰러스트 범프(300)는 용접을 통해 상기 금속 커버(200)와 일체로 형성될 수 있다. 특히, 상기 쓰러스트 범프(300)는 박판이 지그재그로 절곡됨으로써 표면이 요철 형태로 형성될 수 있는데, 이러한 형태에 따라 상기 쓰러스트 범프(300)는 축방향으로의 진동을 일부 흡수하는 탄성체 역할을 할 수 있게 된다.

상기 쓰러스트 탑 포일(400)은 상기 회전축(3) 방향으로 상기 쓰러스트 범프(300)의 최외측 면에 접하여 용접으로 고정되며, 일체의 박판이 절곡되어 형성된다.

이 때, 상기 쓰러스트 탑 포일(400)은 본 발명의 콤보 베어링(1)이 받치고자 하는 축 쪽으로 노출되는 쓰러스트 접촉면이 되며, 표면에는 코팅이 이루어짐으로써 마찰계수를 낮추고, 상기 쓰러스트 범프(300)와 접하게 됨으로써 공기압이 형성되도록 하여 비접촉 회전을 구현할 수 있다.

특히, 본 발명의 콤보 베어링(1)은 상기 쓰러스트 범프(300)의 표면이 이루는 복수개의 요철 중 원주 방향으로 일측 단부에 형성되는 적어도 한 개 이상의 요철 표면이 일정 방향으로 경사지도록 형성되며, 상기 쓰러스트 탑 포일(400)이 상기 쓰러스트 범프(300)의 경사방향에 대응되도록 경사지게 된다.

다시 말해, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 쓰러스트 범프(300)는 요철 형태로 형성되되, 일측 단부에 상측으로 돌출된 철(凸) 부분이 적어도 하나 이상 일측으로 경사지도록 형성되며, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 쓰러스트 범프(300)와 접하여 고정되는 상기 쓰러스트 탑 포일(400) 또한 상기 쓰러스트 범프(300)에 대응되는 방향으로 경사지어 형성될 수 있다. 이 때, 경사지는 방향은 상기 회전축(3)에 장착되는 임펠러(2)가 회전하는 방향이다.

이에 따라, 상기 쓰러스트 탑 포일(400)은 상기 회전축(3)에 장착되는 임펠러(2)가 접촉됨으로써, 축 방향 하중을 지지함과 동시에 축 방향 진동을 상기 베어링이 효과적으로 흡수할 수 있게 된다.

상기 래디얼 탑 포일(500)은 일체의 박판이 절곡되어 상기 회전축(3) 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되어, 상기 회전축(3)의 외측면 및 상기 댐퍼 바디(100)의 상기 관통부(130) 내측면 사이에 개재 구비된다. 보다 구체적으로는, 상기 래디얼 탑 포일(500)은 상기 회전축(3) 둘레를 둘러싸도록 단면이 거의 원형을 이루되 완전히 폐곡선을 이루는 것이 아니라, 일측 끝단이 상기 댐퍼 바디(100)의 상기 삽입부(120)에 끼워져 고정되는 끼움부(510)를 형성하도록 이루어진다.

물론, 상기 래디얼 탑 포일(500)은 그 단면이 거의 원형을 이루되, 일부가 개방된 형태로 이루어지기 때문에, 상기 회전축(3) 주변에 임펠러(2) 등과 같은 복잡한 돌출 형상이 형성되어 있다 하더라도 상기 회전축(3)의 원하는 위치 어디에는 쉽게 배치될 수 있다.

상기 래디얼 탑 포일(500)의 내측면이 상기 회전축(3)의 외측면 쪽으로 노출되는 래디얼 접촉면이 되는데, 상기 래디얼 탑 포일(500)의 내측면 표면에는 코팅이 이루어짐으로써, 마찰 계수를 낮추고 공기압이 형성되도록 하여 비접촉 회전을 구현할 수 있다. (래디얼 탑 호일에서의 공기압 형성으로 인한 비접촉 회전 구현의 원리는 에어포일 래디얼 베어링의 원리와 유사하므로 여기에서는 설명을 생략한다.)

도면상에서는 상기 래디얼 탑 포일(500)을 상기 댐퍼 바디(100)에 고정하는 상기 삽입부(120)가 상기 래디얼 탑 포일(500)과 동일 두께의 아주 좁은 홈 형상으로 되어 있는 것으로 도시하였으나, 상기 삽입부(120) 및 끼움부(510)가 서로 접촉되는 면적이 더 넓은 형태로 형성될 수도 있다.

즉, 상기 삽입부(120)는 소정 폭을 가지는 홈 형상으로 이루어지되, 상기 래디얼 탑 포일(500)의 상기 끼움부(510)가 상기 삽입부(120)에 삽입되도록 한 후, 고정핀 등과 같은 결합용 부품을 사용하여 상기 끼움부(510)가 상기 삽입부(120)에 견고히 고정되도록 하는 등과 같은 변경실시가 가능하다.

한편, 본 발명의 콤보 베어링(1)은 상기 쓰러스트 범프(300) 및 쓰러스트 탑 포일(400)로 이루어지는 단위 칼라(P)가 적어도 둘 이상 방사상으로 배치된 형태인 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에는 상기 단위 칼라(P)가 네 개 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 물론 하나의 예시일 뿐, 상기 단위 칼라(P)의 개수는 몇 개이든 제한이 없다.

또한, 본 발명의 콤보 베어링(1)은 상기 단위 칼라(P)가 복수개 형성될 경우, 복수개의 단위 칼라(P)마다 포함된 쓰러스트 범프(300)가 동일 방향으로 기울어지도록 배치되어 고정된다.

도 6의 실시예에서는 상기 단위 칼라(P)가 상기 콤보 베어링(1)의 축 방향으로 양측면에 모두 형성되는 것으로 도시되어 있는데, 도 7과 같이 양측면 중 어느 하나에만 상기 단위 칼라(P)가 형성될 수도 있다.

또, 도1 내지 3의 예시에서, 상기 단위 칼라(P)는 상기 콤보 베어링(1)의 양측면에 4개의 동일 개수로서 서로 대칭되는 형상으로 형성되는 것이 도시되어 있으나, 앞서 설명한 바와 같이 상기 단위 칼라(P)의 개수나 상기 단위 칼라(P)가 형성되는 면에는 아무런 제한이 없으므로, 예를 들어 상기 단위 칼라가 상기 콤보 베어링(1)의 일측면에만 6개 형성된다든가, 또는 상기 단위 칼라(P)가 상기 베어링(100)의 양측면에 각각 형성되되, 서로 다른 개수로 형성되는 등, 사용자의 목적이나 요구에 따라 얼마든지 다양하게 변경 실시될 수 있다.

본 발명의 가장 큰 특징은 메탈 메쉬 포일 래디얼 베어링과 에어 포일 쓰러스트 베어링이 하나로 합쳐져 일체로 형성되는 콤보 베어링(1)이라는데 있는데, 본 발명에서는 메탈 메쉬로 된 상기 댐퍼 바디(100)가 상기 콤보 베어링(1)이 받치고 있는 하중을 지지함과 동시에 진동을 흡수함으로써, 에러 포일 쓰러스트 베어링의 쓰러스트 범프(300)에 가해지는 충격을 분산시켜 전체적인 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 콤보 베어링(1)은 메탈 메쉬 포일 래디얼 베어링을 이루는 상기 댐퍼 바디(100)의 양측면에 에어 포일 쓰러스트 베어링의 쓰러스트 범프(300) 및 쓰러스트 탑 포일(400)을 용접될 수 있도록 상기 댐퍼 바디(100)를 커버하는 금속 재질의 금속 커버(200)를 포함하여 형성됨으로써, 두 가지 시스템이 한 부품에 결합되어 일체로 형성될 수 있다.

도 6 및 도 7은 종래의 임펠러(2) 결합 회전축(3)에 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 일실시예의 콤보 베어링(1)을 배치한 형태를 도시한 것으로, 회전축(3)에 둘 이상의 임펠러(2)들이 여러 형태로 결합되는 예시가 도시되어 있다.

도 6 및 도 7을 참고로 설명하면, 회전축(3) 상에 터빈 임펠러(22) 또는 압축기 임펠러(21)와 같은 두 개의 임펠러(2)들이 결합되어 있다. 이 때, 상기 임펠러(2)들 사이의 위치에 도시된 바와 같은 본 발명의 콤보 베어링(1)이 구비되면, 본 발명의 콤보 베어링(1)의 쓰러스트 면은 상기 임펠러(2)들의 축 방향 면에 접촉하게 되며, 래디얼(Radial)면은 상기 회전축(3)의 외측면에 접촉하게 된다.

즉, 쓰러스트 면에 상기 임펠러(2)가 접촉됨으로써, 상기 콤보 베어링(1)이 상기 회전축(3) 및 상기 임펠러(2) 결합체의 축 방향 하중을 지지함과 동시에, 축 방향 진동을 흡수할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 콤보 베어링(1)은 래디얼 면에 상기 회전축(3)이 접촉됨으로써, 상기 베어링이 상기 회전축(3) 및 상기 임펠러(2) 결합체의 반경 방향 하중을 지지함과 동시에 반경 방향 진동을 흡수하게 된다.

특히, 도 6에 도시된 예에서는 회전 측의 일측에 구비되는 두 개의 임펠러(2) 사이에 본 발명의 콤보 베어링(1)이 구비되며, 본 발명의 콤보 베어링(1) 양측면에 형성되는 쓰러스트 면과 임펠러(2)의 축 방향 면이 서로 접촉하게 된다.

이에 반해, 도 7에 도시된 예에서는 회전 측의 양측에 각각 구비되는 두 개의 임펠러(2)와 콤보 베어링(1)의 일측면에 형성되는 쓰러스트 면이 서로 접촉하게 된다.

다시 말해, 본 발명의 콤보 베어링(1)은 상기 회전축(3)의 일측 단부에 압축기 베어링이 장착되고, 타측 단부에 터빈 임펠러(22)가 장착되는 경우, 상기 압축기 임펠러(21)와 일측면이 접하는 제1콤보 베어링(11)과, 상기 터빈 임펠러(22)와 일측면이 접하는 제2콤보 베어링(12)으로 이루어지되, 각각 상기 압축기 임펠러(21) 또는 상기 터빈 임펠러(22)와 접하는 측면에 상기 단위 칼라가 구비된다.

한편, 상술한 바와 같이, 종래에는 이러한 회전축(3) 상에 래디얼 베어링과 쓰러스트 베어링을 각각 별도의 부품으로써 구비하여야만 했기 때문에, 베어링 구비를 위한 공간이 더 필요하여, 시스템 자체의 부피가 증가하는 문제가 있었다.

뿐만 아니라, 회전축(3) 자체도 서로 다른 두 종의 베어링을 구비할 수 있을 만큼의 길이가 더 필요하게 되므로 회전축(3)의 길이가 늘어나게 되는데, 회전축(3)의 길이가 늘어남에 따라 회전축(3)에서의 굽힘 발생 경향이 커지게 되어, 굽힘 모드에서 안정적으로 회전할 수 있는 한계치 속도인 위험 속도 값이 낮아지게 되는 문제가 있었다.

따라서 결과적으로는 회전축(3)이 안정적으로 회전할 수 있는 동작 속도 범위가 줄어들게 되는 문제가 생기게 된다.

그러나 본 발명에 따른 콤보 베어링(1)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 단일 부품으로서 래디얼 베어링 및 쓰러스트 베어링의 역할을 동시에 수행할 수 있게 되는 바, 각각의 베어링을 별도로 구비할 필요가 없게 되며, 이를 통해 회전축(3) 길이가 최소화될 수 있어 회전축(3)이 안정적으로 회전할 수 있는 동작 속도 범위를 늘릴 수 있다.

아울러, 본 발명의 콤보 베어링(1)은 용접 가능한 금속 커버(200)를 메탈 메쉬 댐퍼의 외면에 부착한 후, 에어포일 쓰러스트 베어링을 용접하여 부착함으로써, 메탈 메쉬 포일 래디얼 베어링과 에어포일 쓰러스트 베어링을 일체로 구현할 수 있는 것은 물론이고, 메탈 메쉬 댐퍼의 옆면에 에어 포일 쓰러스트 베어링을 직접 용접함에 따라 발생될 수 있는 메탈 메쉬 댐퍼의 성능 저하를 방지할 수 있다.

아울러, 본 발명의 콤보 베어링(1)은 두 가지 시스템이 하나의 부품에 결합되어 시스템의 단순화 및 제작 공정의 단순화뿐만 아니라, 유지 보수비가 절감되며, 고온 부식 환경에 대한 내구성이 향상되어 기계적인 안정성이 보장된다는 장점이 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1 : 콤보 베어링
11 : 제1콤보 베어링 12 : 제2콤보 베어링
2 : 임펠러
21 : 압축기 임펠러 22 : 터빈 임펠러
3: 회전축
100 : 댐퍼 바디
110 : 몸체부 120 : 삽입부
130 : 관통부
200 : 금속 커버
300 : 쓰러스트 범프
400 : 쓰러스트 탑 포일
500 : 래디얼 탑 포일
510 : 끼움부
P : 단위 칼라

Claims

중심에 회전축이 관통하는 통공 형태의 관통부가 형성되는 몸체부와, 상기 관통부 측으로부터 반경 방향으로 함몰 형성되는 삽입부를 포함하고, 메탈 메쉬 재질로 이루어지는 댐퍼 바디;
상기 회전축 방향으로 상기 댐퍼 바디의 양측면과, 상기 댐퍼 바디의 외주면 일정 영역을 커버하는 금속 커버;
상기 회전축 상의 임펠러와 접하는 측의 상기 금속 커버 면에 용접으로 고정되며, 상기 관통부 주변을 따라 원주방향으로 배치되고, 표면이 요철 형태가 되도록 박판이 절곡되어 형성되는 쓰러스트 범프;
상기 회전축 방향으로 상기 쓰러스트 범프의 최외측 면에 접하여 용접으로 고정되며, 일체의 박판이 절곡되어 형성되는 쓰러스트 탑 포일; 및
상기 회전축 둘레를 둘러싸는 형태로 형성되되, 상기 회전축의 외측면 및 상기 댐퍼 바디의 상기 관통부 내측면 사이에 개재되며, 일측 끝단이 상기 댐퍼 바디의 상기 삽입부에 끼워져 고정되는 끼움부를 포함하며, 일체의 박판이 절곡되어 형성되는 래디얼 탑 포일; 을 포함하며,
상기 쓰러스트 범프의 표면이 이루는 복수개의 요철 중 원주 방향으로 일측 단부에 형성되는 적어도 한 개 이상의 요철 표면이 일정 방향으로 경사지도록 형성되며,
상기 쓰러스트 탑 포일이 상기 쓰러스트 범프의 경사방향에 대응되도록 경사지는 것을 특징으로 하는 콤보 베어링
삭제
제 1항에 있어서,
상기 콤보 베어링은
상기 쓰러스트 범프 및 쓰러스트 탑 포일로 이루어지는 단위 칼라(P)가 적어도 둘 이상 방사상으로 배치된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콤보 베어링.
제 3항에 있어서,
상기 콤보 베어링은
복수개의 단위 칼라(P)마다 포함된 쓰러스트 범프가 동일 방향으로 기울어지도록 배치되어 고정되는 것을 특징으로 하는 콤보 베어링
제 3항에 있어서,
상기 콤보 베어링은
상기 쓰러스트 범프 및 쓰러스트 탑 포일로 이루어지는 단위 칼라(P)가 상기 회전축 방향으로 적어도 한 면 이상에 형성되는 것을 특징으로 하는 콤보 베어링.
제 3항에 있어서,
상기 콤보 베어링은
상기 회전축의 일측 단부에 압축기 베어링이 장착되고, 타측 단부에 터빈 임펠러가 장착되는 경우,
상기 압축기 임펠러와 일측면이 접하는 제1콤보 베어링과
상기 터빈 임펠러와 일측면이 접하는 제2콤보 베어링으로 이루어지되,
각각 상기 압축기 임펠러 또는 상기 터빈 임펠러와 접하는 측면에 상기 단위 칼라가 구비되는 것을 특징으로 하는 콤보 베어링.