KR102185112B1 - 액시얼 슬라이딩 베어링 - Google Patents

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블라디미르 세르게예비치 게라시모프
세르게이 파블로비치 에브투셴코
로디온 페트로비치 카잔체프
세르게이 아르카디예비치 니키포로프
알렉산더 세르게예비치 세묘노비크
세르게이 유리예비치 시추츠키
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조인트 스톡 컴퍼니 “센트럴 디자인 뷰로 오브 머신 빌딩”
에스씨 “오토메너고매쉬”
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Abstract

본 발명은 플레인 스러스트 베어링에 관한 것으로, 그의 하나의 작용면이 실리콘 첨가 흑연(또는 유사한 특성들을 갖는 다른 마찰 감소 재료)으로 이루어지며 그리고, (최대 900mm의 직경을 갖는) 대형의 스러스트 베어링들을 갖는 전동 기계들 및 유압 기계들의 조립체들에서, 바람직하게 예를 들어 핵 발전소들에서의 반응기 조립체들의 메인 순환 펌프 조립체(MCPA)를 구동하는 전기 모터들에서, 사용될 수 있는 플레인 스러스트 베어링들에 관한 것이다. 플레인 스러스트 베어링은, 섹터의 세트와 마주보는 측면 상의 교호반복의 슬롯들 및 베어링 밴드들을 포함한다. 베어링 디스크가 장착 표면들을 갖도록 제공되며, 탄성 요소들을 통해 마찰 감소 재료로 이루어지는 섹터들을 고정하는 외부 링 및 내부 링이, 장착 표면들 상에 장착된다. 섹터들은, 섹터들 사이에 배열되는 중간 막대들에 의해 베어링 디스크에 대한 회전을 방지하도록 고정되며, 막대들은, 베어링 디스크 내의 개구들 내로 그들의 핀들을 삽입함에 의해 고정된다. 마찰 감소 재료로 이루어지는 섹터들은, 외부 링 및 내부 링을 위한 단차부들을 갖도록 제공되며, 섹터들의 위쪽 부분들은 둥근 부분들을 갖도록 제공되고, 섹터들의 아래쪽 부분들은 상호적 축방향 고정을 위한 슬롯들을 갖도록 제공된다. 섹터의 도입 에지가, 대략 포물선형 곡선으로서 성형된다. 냉각 및 윤활이, 막대들, 섹터들, 그리고 외부 링 및 내부 링에 의해 형성되는 교호반복의 채널들을 통해 수행된다.

Description

액시얼 슬라이딩 베어링{AXIAL SLIDING BEARING}
본 발명은, 실리콘 첨가 흑연(또는 유사한 특성을 갖는 다른 마찰 감소 재료)으로 이루어지는 적어도 하나의 작용면을 갖는 플레인 스러스트 베어링(plain thrust bearing)들에 관한 것이다.
그의 사용의 주된 영역은, (최대 900mm의 직경을 갖는) 대형의 스러스트 베어링들을 갖는 전동 기계들 및 유압 기계들의 대응하는 구조적 조립체들, 바람직하게 예를 들어 핵 발전소(NPP) 그 자체에서의 수냉식 반응기 조립체들의 메인 순환 펌프 조립체(MCPA) 및 메인 순환 펌프 조립체들을 구동하는 전기 모터들이다.
(베어링들을 위한 마찰 감소 재료로서) 실리콘 첨가 흑연은, 열-저항성 재료로서 특징지어지며 그리고 윤활 냉각제로서 오일 대신에 물의 사용을 가능하게 한다. 이러한 해결책은, 메인 순환 펌프 조립체(MCPA)에 의해 포함되는 베인형 펌프들의 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링에서 사용된다.
그러나 취성, 금속보다 낮은 선형 팽창 계수, 전반적으로 최대 900mm의 치수를 갖는 일체형 유닛으로서의 플레이트 제조 공정의 복잡성 및 일체형 플레이트가 사용될 때 마찰 구역으로부터의 열을 균일하고 효과적으로 제거하는 것의 복잡함으로 인해, 물에 의해 윤활되고 냉각되는 실리콘 처리 흑연을 마찰 감소 재료로서 사용하는 대직경 플레인 스러스트 베어링을 위한 플레이트의 제조는 불가능하다.
오일이 냉각 및 윤활 유체로서 사용되는, 킹스베리의 평준화 레버 시스템(Kingsbury’s leveling lever system)을 갖는 2세트의 슬라이더들 사이에서 이동하는 칼라를 구비하는, 샤프트 상에 장착되는 강력한 증기 터빈을 위한 공지의 플레인 스러스트 베어링들이 존재한다(Mashinostroenie 에 의해, 1988년 발간된, Serezhkina L.P., Zaryetsky E.I. 의, 강력한 증기 터빈들을 위한 스러스트 베어링들, 39 내지 41 페이지 참조).
냉각 및 윤활 유체로서 오일을 사용하는 공지의 스러스트 베어링들의 단점이, 비점유 영역에서 기능하는 메인 순환 펌프들을 포함하는 핵 발전소 장비의 화재 위험의 증가이다. 화재 안전성을 제공하기 위해, 비압축성 윤활 및 냉각 유체가, 특히 물이, 사용되어야 한다. 물의 사용은 구조적인 변화를 요구하며, 특히 물에 의한 냉각 및 윤활 하에서 기능적으로 작동하는 마찰 감소 재료의 사용을 동반하여 제작되는 플레이트가, 칼라 상에 설치되어야 한다.
몸체 및 샤프트 상에 고정되는 플랜지를 갖는 칼라를 포함하고, 베어링 디스크가 칼라의 베어링 표면 상에 장착되며, 그리고 그들의 베어링 표면들에 의해 디스크와 접촉하는 마찰 감소 플레이트를 갖도록 제공되는 자가-정렬 슬라이더들을 구비하는 조립체가, 몸체와 디스크 사이에 배치되는, 플레인 스러스트 베어링이 공지된다(2003년 07월 15일 공개된, 특허 RU2242645(F16C 17/04)를 참조). 베어링은, 마찰 감소 플레이트들을 위한 윈도우(window)들을 구비하는 견인 링(draw ring)으로서, 부싱들로서 제작되며 그리고 견인 링의 윈도우들에 의해 자유롭게 수용되는 마찰 감소 플레이트들 및 자가-정렬 슬라이더들을 갖도록 제공되는 조립체의 작용면에 고정되는, 견인 링을 포함하고, 마찰 감소 부싱들의 작용면이 견인 링의 충돌면(butt surface) 위로 돌출한다. 베어링 디스크는 고체 마찰 감소 링으로서 제작된다. 마찰 감소 부싱들은, 부싱들이 견인 링의 윈도우들로부터 빠지는 것을 방지하는 단면 형상의 단차부를 갖도록 성형된다.
공지의 플레인 스러스트 베어링의 단점은, 대형(직경이 900 mm에 이를 때)의 스러스트 베어링의 경우 사용이 불가능한, 플랜지(칼라) 상에 단일 블록으로서 이루어지는 고체 마찰 감소 링으로서 형성되는 디스크를 사용하는 것이다. 더불어, 마찰 감소 재료로 제작되는 부싱들을 갖도록 제공되는 축방향 완충 링에 의한 접촉 영역에서의 부하 균형이, 큰 단위 부하에 관해, 플레인 스러스트 베어링에서 불가능하다.
플랜지를 갖도록 제공되는 샤프트 및 몸체를 포함하고, 둘레 방향 돌출부들을 구비하는 디스크가 플랜지의 베어링 표면 상에 설치되며 그리고 자가-정렬 슬라이더들이 몸체와 디스크 사이에 그들의 작용면들에 의해 디스크와 접촉하도록 배열되는, 공지의 플레인 스러스트 베어링 조립체가 존재한다(1994년 02월 28일 공개된, 특허 RU1745004(F16C 17/04)를 참조).
이는, 윤활 및 냉각 유체로서 물의 사용의 경우에 실리콘 첨가 흑연으로 제작되는 마찰 감소 플레이트들의 사용을 동반하는 큰 단위 부하 하에서 플레인 스러스트 베어링의 기능을 가능하게 하는 공지의 기술적 해결책이지만, 자가-조절 섹터들에 대한 단위 부하들이 균형을 이루지 못하고, 윤활 및 냉각 유체 유동의 수력학적 영향이 대형 플레인 스러스트 베어링의 장기간의 기능 수행 도중에 침식 손상을 초래한다는 단점들을 갖는다.
본 발명의 목적은, 핵발전소 내의 메인 순환 펌프 조립체(MCPA)의 용도에 대응하는, 킹스베리의 평준화 레버 시스템을 갖도록 제공되며 그리고 물에 의해 베어링을 냉각하고 윤활하는 조건 하에서 마찰 감소 재료로서 실리콘 첨가 흑연(또는 비슷한 특성들을 갖는 다른 재료들)의 사용과 더불어 기능하는, 주어진 대형 플레인 스러스트 베어링을 위한 샤프트 칼라의 접촉 표면을, 플레이트에 의해 형성하는 것이다.
제안된 발명의 실시예에 의해, 뒤따르는 기술적 결과들이 달성될 수 있다:
- 고체 형태의 플레이트가 사용될 때 접촉 영역으로부터의 열 제거의 불균형으로 인한 열 변형 및 굽힘 응력들에 의한, 실리콘 첨가 흑연으로 이루어지는 마찰 감소 요소들이 손상될 위험의 감소;
- 플레인 스러스트 베어링 칼라의 표면 상에서의 냉각 및 윤활용 물의 순환의 개선;
- 대형 플레인 스러스트 베어링의 칼라를 위한 플레이트의 생산성 개선;
- 대형 플레인 스러스트 베어링의 칼라를 위한 플레이트의 수리 가능성(repairability) 개선;
- 신뢰성의 증가;
- 화재 위험성의 감소;
- 섹터 세트가 베어링 디스크를 따라 회전하는 것을 방지.
상기 특성들을 동반하는 효과의 달성을 가능하게 하는 목표의 해결책으로서, 플랜지를 갖도록 제공되는 샤프트 및 몸체를 포함하는 플레인 스러스트 베어링으로서, 둘레 방향 돌출부들을 구비하는 디스크가 플랜지의 베어링 표면 상에 장착되며 그리고 슬라이더들이 몸체와 디스크 사이에 그들의 작용면들에 의해 디스크와 접촉하도록 배열되고, 슬라이더들은 마찰 감소 플레이트들을 갖도록 제공되며, 2개의 둘레 방향 돌출부가 디스크의 베어링 표면 상에 형성되며 그리고 마찰 감소 세그먼트들이 디스크의 작용면 상에 설치되는 것인, 플레인 스러스트 베어링이 제공된다. 본 발명에 따르면, 본 발명은, 자체의 내경부 및 외경부 상에 장착 표면들을 갖는 베어링 디스크를 제공하기 위해, 섹터의 세트와 마주보는 측면 상의 교호반복의 베어링 밴드들 및 슬롯들을 갖는 베어링 디스크로서, 탄성 요소들을 통해 마찰 감소 재료로 이루어지는 섹터들을 고정하는 외부 링 및 내부 링이, 섹터들 사이에 이격 막대들을 배치함에 의해 섹터들이 베어링 디스크에 대해 회전하는 것을 방지하도록 섹터들을 고정하기 위해, 장착 표면들에 고정되고, 막대들은, 외부 링 및 내부 링을 위한 단차부들을 갖는 마찰 감소 재료로 이루어지는 섹터들을 제공하기 위해, 반경 방향의 둥근 부분들을 갖는 섹터들의 위쪽 부분들 및 상호적 축방향 고정을 보장하는 슬롯들을 갖는 섹터들의 아래쪽 부분들을 제공하기 위해, 섹터의 도입 에지를 대략 포물선형 곡선으로서 성형하기 위해, 막대들, 섹터들, 외부 링 및 내부 링에 의해 형성되는 교호반복의 채널들을 통해 냉각 및 윤활하기 위해, 베어링 디스크 내의 개구들 내로 막대 핀들을 삽입함에 의해 고정되는 것인, 베어링 디스크를 제공하는 것을 제안한다.
자가 풀림을 방지하도록 잠금 가능한 볼트들 또는 나사들에 의해 베어링 밴드들 사이의 중간 공간 내에서 플레이트들을 칼라에 고정하는 것이 바람직하다.
섹터들은 유리하게, 실리콘 첨가 흑연 또는 탄화 규소로 이루어진다.
기술적 결과들이 뒤따르는 방식으로 달성된다.
실리콘 첨가 흑연(또는 비슷한 특성들을 갖는 다른 재료들)로 이루어지는 섹터들을 손상시킬 위험을 감소시키기 위해 그리고 작동 도중에 칼라로부터 섹터들로의 열 변형 및 굽힘 응력들의 전달을 감소시키기 위해, 베어링 디스크는, 칼라와 마주보는 측면 상의 베어링 밴드들을 포함하고, 밴드들은, 실리콘 첨가 흑연으로 이루어지는 섹터들의 내표면 및 외표면의 평형 중심에 가까운 구역에 형성된다.
섹터들의 세트가 작동 도중에 베어링 디스크를 따라 회전하는 것을 방지하기 위해, 각각의 섹터는, 섹터들 사이에 놓이는 (중간) 이격 막대의 측방 표면에 의해 잠금 고정된다. 이격 막대들은, 베어링 디스크의 개구 내로 삽입되는 막대 핀에 의해, 베어링 디스크에 대해 고정되고; 잠금은, 장착 핀을 구비하며 그리고 섹터들의 세트의 시작부 및 단부에 설치되는, 막대들에 의해 수행된다. 막대들, 실리콘 첨가 흑연(또는 비슷한 특성들을 갖는 다른 재료)로 이루어지는 (윤곽을 갖는) 섹터들, 그리고 외부 고정 링 및 내부 고정 링이, 작동 도중에 플레인 스러스트 베어링의 칼라의 접촉 표면 상에서 냉각 및 윤활용 물의 순환의 개선을 보장하는 채널들을 형성한다.
실리콘 첨가 흑연(또는 비슷한 특성들을 갖는 다른 마찰 감소 재료)로 이루어지는 섹터들의 세트의 사용은, 대형의 플레인 스러스트 베어링을 위한 칼라 플레이트의 생산성의 개선을 보장한다.
생산 및 이용 도중에 플레이트의 분리된 섹터들의 교체 가능성은, 대형의 플레인 스러스트 베어링을 위한 칼라 플레이트의 수리 가능성을 보장한다.
비점유 영역에서 기능하는 메인 순환 펌프를 포함하는 핵 발전소 장비의 화재 위험을 감소시키기 위해, 비압축성 냉각 및 윤활 유체, 즉 물이, 사용되며, 그리고 물에 의해 냉각되고 윤활될 때 기능하는 마찰 감소 재료의 사용을 동반하여 제작되는 플레이트는, 칼라 상에 장착된다.
청구되는 발명의 특정 실시예가, 도 1 내지 도 8에 도시된다:
도 1은 플레인 스러스트 베어링을 도시하고;
도 2는 플레인 스러스트 베어링의 플레이트를 도시하며(입면도);
도 3은 플레이트의 채널들을 도시하고(도 2의 시점 B);
도 4는 플레이트를 도시하며(도 2의 A-A 선 단면도);
도 5는 플레이트 섹터를 도시하고(입면도);
도 6은 플레이트 섹터를 도시하며(도 5의 측면도);
도 7은 플레이트 막대를 도시하고(입면도);
도 8은 플레이트 막대를 도시한다(도 7의 시점 C).
대형의 플레인 스러스트 베어링은, 몸체(미도시) 내에 구현되며 그리고 샤프트의 칼라 상에 장착된다. 베어링은, 2 세트의 슬라이더들 사이에서 이동하는 칼라(26)를 갖도록 제공되고, 몸체와 베어링 디스크(1) 사이에 배치되는 킹스베리 평준화 레버 시스템 및 및 칼라 상에 장착되는 플레이트들(27)을 갖도록 제공된다(도 1 참조). 플레이트(27)(도 1)는, 내경부를 따라 장착 표면을 구비하는 링으로서 구현되는, 베어링 디스크(1)(도 4)를 포함한다.
베어링 디스크(1)는, 실리콘 첨가 흑연 강도 조건에 의해 요구되는 베어링 조건들을 보장하는 그리고 동시에 섹터들의 세트와 마주보는 측면 상의 상호적 연결 표면의 처리를 위해 최소 면적을 갖도록 제공되는, 교호반복의 슬롯들(2) 및 베어링 밴드들(3)을 포함하는 표면을 갖는다(도 4).
베어링 디스크(1)는, 칼라(26)와 마주보는 측면 상에 2개의 베어링 밴드(4)(도 4)를 갖도록 제공된다. 베어링 밴드(4)들은, 섹터들을 손상시킬 위험을 감소시키기 위해 그리고 작동 도중에 칼라로부터 섹터들로의 굽힘 변형들 및 열 변형들의 전달을 감소시키기 위해, 실리콘 첨가 흑연으로 이루어진 섹터들의 내표면 및 외표면의 평형 중심에 가깝게 위치하게 되는 구역 내에 배열된다.
베어링 디스크의 장착 표면과 동축 상에 놓이는 원형 홈들(단차부들)(5, 6)이, 대응하는 외부 링(7) 및 내부 링(8)을 중심 잡게 하기 위해, 섹터들을 바라보는 측면 상에서 베어링 디스크(1)(도 4)의 내경부 및 외경부를 따라 형성된다. 실리콘 첨가 흑연으로 이루어지며 그리고 작용 접촉 표면들을 갖도록 제공되는 섹터들로서 기하학적으로 성형되는 섹터들(9)의 세트(도 2 및 도 4 참조)는, 베어링 디스크(1)의 위쪽 베어링 표면 상에 장착된다. 실리콘 첨가 흑연으로 이루어진 섹터의 세트의 사용은, 대형의 플레인 스러스트 베어링을 위한 칼라의 플레이트의 생산성의 개선 그리고 이용 도중의 신뢰성 및 수리 가능성의 증가를 보장한다.
수력학적 방해를 방지하기 위해, 섹터(9)의 도입 에지(10)(도 2 및 도 5)는, 더 큰 직경을 갖는 섹터의 영역 상에서 반경 방향으로부터 회전 방향으로 편향된다. 섹터들 사이의 유입구들 및 배출구들 근처의 슬롯들 내에서 둘레 방향으로부터 반경 방향으로의 그리고 그 역 방향으로의, 냉각 및 윤활용 물 유동의 방향의 부드러운 변화를 보장하기 위해, 섹터의 도입 에지(10)는, 대략 포물선형 곡선의 형상을 가지며(도 3), 그리고 상응하는 반경 방향 둥근 부분들(11, 12, 13, 및 14)(도 5)이 외부 윤곽 및 내부 윤곽을 따라 형성된다. 냉각 및 윤활 유체로서 물의 사용으로 인해, 화재 안정성이 보장된다.
섹터들(9)은, 막대들(15)(도 4 및 도 7 참조)의 측방 표면들에 의해, 작동 도중에 베어링 디스크(1)를 따라 회전하는 것을 방지하도록 고정된다. 막대가 장착될 때, 핀(16)이 베어링 디스크 내의 개구(17) 내로 삽입되며, 그리고 정지부들(18)(도 8)이 섹터들의 슬롯들(19)(도 6) 내로 삽입된다. 이는 상호적 축방향 고정을 제공한다.
섹터들(9)은, 외부 링(7) 및 내부 링(8) 그리고 탄성 요소들(20, 21)(도 4)에 의해 베어링 디스크(1)(도 4)를 따라 장착된다.
섹터들(9)은 부가적으로, 외부 링(7) 및 내부 링(8)에 대해 섹터들을 정지시킴(쐐기 끼움)에 의해, 베어링 디스크(1)를 따라 회전하는 것을 방지하도록 고정된다.
고정용 외부 링(7) 및 내부 링(8)은, 특히 볼트들(22) 및 나사들(23)(도 4) 그리고 정지 와셔들(24, 25)에 의해, 디스크에 고정된다.
플레인 스러스트 베어링의 플레이트(27)는, (특정의 경우에, 스스로 풀리는 것을 방지하는 정지부들을 갖도록 제공되는 볼트들 및 나사들에 의해) 베어링 밴드들(4) 사이의 공간에서 칼라(26)에 고정된다.
플레이트는, 베어링 디스크(1) 상에, 막대들(15)을 배열함에 의해 그리고 뒤따라 섹터들(9), 탄성 요소들(20, 21), 그리고 고정용 외부 링(7) 및 내부 링(8)을 배열함에 의해 조립되며, 그리고 이어서 이들은 베어링 디스크에 고정된다.

Claims (3)

  1. 플랜지를 갖도록 제공되는 샤프트 및 몸체를 포함하는 플레인 스러스트 베어링으로서, 둘레 방향 돌출부들을 구비하는 베어링 디스크가 상기 플랜지 상에 장착되며, 2개의 둘레 방향 돌출부가 상기 베어링 디스크의 상기 플랜지와 마주보는 표면 상에 형성되며, 마찰 감소 섹터들이 상기 베어링 디스크의 상기 플랜지와 반대되는 표면 상에 장착되는 것인 플레인 스러스트 베어링에 있어서,
    상기 베어링 디스크는 상기 섹터들과 마주보는 측면 상에서 교호반복되는 베어링 밴드들 및 슬롯들을 갖도록 제공되고, 상기 베어링 디스크는 자체의 내경부 및 외경부 상에 장착 표면들을 갖도록 제공되며, 탄성 요소들을 통해 마찰 감소 재료로 이루어지는 상기 섹터들을 고정하는 외부 링 및 내부 링이 상기 장착 표면들 상에 고정되고, 상기 섹터들은 상기 섹터들 사이에 배열되는 중간 막대들에 의해 섹터들이 상기 베어링 디스크에 대해 회전하는 것을 방지하도록 고정되며, 상기 막대들은 상기 베어링 디스크 내의 개구들 내로 그들의 핀들을 삽입함에 의해 고정되고, 마찰 감소 재료로 이루어지는 상기 섹터들은 외부 링 및 내부 링을 위한 단차부들을 갖도록 제공되며, 상기 섹터들은 상기 베어링 디스크와 반대되는 섹터들의 측면에 둥근 부분들을 갖도록 제공되고 상기 섹터들은 상기 베어링 디스크와 마주보는 섹터들의 측면에 상호적 축방향 고정을 위한 슬롯들을 갖도록 제공되며, 섹터의 도입 에지가 포물선형 곡선의 형상을 가지며, 냉각 및 윤활을 위해 교호반복되는 채널들이 상기 막대들, 상기 섹터들, 상기 외부 링 및 내부 링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플레인 스러스트 베어링.
  2. 제 1항에 있어서,
    플레이트는 베어링 밴드들 사이의 중간 공간에서 자가 풀림을 방지하도록 잠금 가능한 볼트들 또는 나사들에 의해 칼라에 고정되는 것인 플레인 스러스트 베어링.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 섹터들은 실리콘 첨가 흑연 또는 탄화 규소로 이루어지는 것인 플레인 스러스트 베어링.
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