KR102320557B1 - Apparatus for Testing Air Foil Bearings - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상용 터보차저를 이용하여 에어포일 베어링의 성능을 평가할 수 있는 베어링 시험 장치에 관한 것으로, 기체의 유압에 의해 회전력을 발생하는 회전구동부, 테스트 베어링의 토크를 측정하는 베어링 시험부 및 상기 베어링 시험부에 축방향 하중을 가하는 하중부여부를 포함하고, 상기 베어링 시험부는 테스트 베어링이 배치되는 회전부, 상기 회전부의 회전축 방향으로 연장되는 샤프트, 상기 샤프트를 지지하는 복수의 반경방향 베어링(radial bearing) 및 상기 테스트 베어링의 토크를 측정하는 토크측정부로 구성된 에어포일 베어링(air foil bearing) 시험 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a bearing test apparatus capable of evaluating the performance of an airfoil bearing using a commercial turbocharger, and relates to a rotational drive unit that generates rotational force by hydraulic pressure of a gas, a bearing test unit that measures the torque of the test bearing, and the bearing a load applying unit for applying an axial load to the test unit, wherein the bearing test unit includes a rotating part on which the test bearing is disposed, a shaft extending in the rotational axis direction of the rotating part, a plurality of radial bearings supporting the shaft, and It relates to an air foil bearing test apparatus comprising a torque measuring unit for measuring the torque of the test bearing.
Description
본 발명은 에어포일 베어링 시험 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축방향 에어포일 베어링의 부상 특성 및 내구성을 평가하기 위한 시험 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an airfoil bearing testing apparatus, and more particularly, to a testing apparatus for evaluating the floating characteristics and durability of an axial airfoil bearing.
일반적으로 회전 운동하는 축을 고정시키고 축에 걸리는 하중을 지지하기 위한 수단으로서 베어링이 사용된다.In general, a bearing is used as a means for fixing a rotating shaft and supporting a load applied to the shaft.
트러스트 베어링(thrust bearing)은 축 방향으로 가해지는 하중을 지지하기 위한 베어링이고, 저널 베어링(journal bearing)은 축의 측부를 지지하기 위한 베어링이다. 일반적으로 저널 베어링은 중앙에 축공이 형성되어 베어링 하우징에 삽입되며, 저널 베어링의 축공에는 축이 삽입되어 지지된다. 이때 축공과 축 사이에는 공급된 오일이 도포되어 유막이 형성되고, 이에 의해 축이 저널 베어링에 대하여 원할하게 회전할 수 있다.A thrust bearing is a bearing for supporting a load applied in an axial direction, and a journal bearing is a bearing for supporting a side of the shaft. In general, journal bearings have a shaft hole formed in the center and inserted into the bearing housing, and the shaft is inserted and supported in the shaft hole of the journal bearing. At this time, the supplied oil is applied between the shaft hole and the shaft to form an oil film, whereby the shaft can rotate smoothly with respect to the journal bearing.
하지만, 기계류의 발전에 따라 축에 요구되는 회전속도가 점차 고속으로 증가하고 있으며, 압축기, 터빈, 과급기 등과 같은 고속 회전기기의 회전축을 지지하는 베어링으로서, 오일을 사용하지 않고 공기 또는 가스 상태의 유체를 작동 유체로서 사용하는 이른바 '가스 베어링(gas bearing)'의 사용이 확대되고 있는 추세이다. However, with the development of machinery, the rotational speed required for the shaft is gradually increasing at a high speed, and as a bearing supporting the rotational shaft of a high-speed rotating device such as a compressor, a turbine, a supercharger, etc., it does not use oil and is a fluid in the air or gas state. The use of so-called 'gas bearing', which uses as a working fluid, is expanding.
에어포일 베어링(Air Foil Bearing)은 회전 지지를 위하여 공기를 윤활유로 사용하는 가스 베어링의 일 종으로서, 회전체와 포일 사이의 상대 운동으로 발생된 동압에 의하여 회전체 및 하중을 지지한다. 에어포일 베어링은 고속 회전 시 축과 비접촉 상태를 유지하여 마찰 및 마모가 최소화될 수 있으며, 오일과 같은 윤활 수단이 필요치 않아 관리가 용이하고 구조가 간단하며, 발열 및 소음이 적다.An air foil bearing is a type of gas bearing that uses air as a lubricant to support rotation, and supports a rotating body and a load by dynamic pressure generated by relative motion between a rotating body and a foil. Airfoil bearings maintain a non-contact state with the shaft during high-speed rotation to minimize friction and wear, and they do not require lubricating means such as oil, so they are easy to manage, have a simple structure, and produce less heat and noise.
에어포일 베어링은 고속 회전이 가능하므로 소형 또는 경량의 터보 기계용 베어링으로 사용 가능하며, 터보차저, 가스 압축기, 터보 블로워, 공기 사이클 기계(air cycle machine) 등의 다양한 분야에 사용될 수 있다.Since the airfoil bearing can rotate at a high speed, it can be used as a bearing for a small or light turbo machine, and can be used in various fields such as a turbocharger, a gas compressor, a turbo blower, and an air cycle machine.
하지만, 구름 요소 및 오일 윤활 베어링에 비하여 상대적으로 낮은 하중지지력으로 인해 고속 회전 기기에의 적용을 위해서는 성능 해석과 더불어 실험적인 성능 검증이 필수적이다.However, due to the relatively low load bearing capacity compared to rolling elements and oil-lubricated bearings, performance analysis and experimental performance verification are essential for application to high-speed rotating equipment.
이에, 에어포일 베어링의 성능을 평가할 수 있는 장치의 개발이 요청되고 있고, 종래기술(한국 등록특허 10-1408330)은 모터로 회전부를 회전시켜 실제 고온 터빈과 같은 환경으로 모사된 장치에서 에어포일 베어링의 윤활 및 냉각 성능을 평가하는 에어포일 베어링의 시험 장치를 제안하였다.Accordingly, the development of a device capable of evaluating the performance of an airfoil bearing is requested, and the prior art (Korean Patent Registration No. 10-1408330) rotates a rotating part with a motor to simulate an airfoil bearing in an actual high-temperature turbine-like environment. A test apparatus for airfoil bearings to evaluate the lubrication and cooling performance of airfoil bearings was proposed.
그러나 종래기술은 축방향 베어링 하나에 대한 성능 평가가 불가능하고, 베어링의 윤활성능 평가를 온도에만 의지하기 때문에 충분한 데이터 취득이 어려운 문제점이 있다. However, in the prior art, it is impossible to evaluate the performance of one axial bearing, and it is difficult to obtain sufficient data because the evaluation of the lubrication performance of the bearing depends only on temperature.
즉, 여전히 고속 회전되는 장치에 사용되는 에어포일 베어링의 부상 속도 및 내구성을 평가하기 위한 경제적이고, 신뢰성 높은 시험 장치가 개발되지 못하고 있다.That is, an economical and reliable test apparatus for evaluating the floating speed and durability of an airfoil bearing used in a device that rotates at a high speed has not yet been developed.
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본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 축방향 에어포일 베어링 하나에 대한 부상 특성 및 내구성 평가가 가능한 시험 장치를 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a test apparatus capable of evaluating the levitation characteristics and durability of one axial airfoil bearing in order to solve the above problems.
또한 본 발명은 베어링의 토크를 정확하게 측정하기 위한 구조를 지닌 에어포일 베어링 시험 장치를 제공하는데 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an airfoil bearing testing apparatus having a structure for accurately measuring the torque of a bearing.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 기체의 유압에 의해 회전력을 발생하는 회전구동부, 베어링 시험부 및 상기 베어링 시험부에 축방향 하중을 가하는 하중부여부를 포함하고, 상기 베어링 시험부는 테스트 베어링이 배치되는 회전부, 상기 회전부의 회전축 방향으로 연장되는 샤프트, 상기 샤프트를 지지하는 복수의 반경방향 베어링(radial bearing) 및 상기 테스트 베어링의 토크를 측정하는 토크측정부로 구성된다.In order to achieve the above object, the airfoil bearing testing apparatus according to the present invention includes a rotational driving part that generates a rotational force by hydraulic pressure of a gas, a bearing test part and a load applying part for applying an axial load to the bearing test part, The bearing test part is composed of a rotating part in which the test bearing is disposed, a shaft extending in the direction of the rotation axis of the rotating part, a plurality of radial bearings supporting the shaft, and a torque measuring part measuring the torque of the test bearing.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 터보차저(turbocharger)의 터빈부에 대응하는 회전 구동부를 포함한다.An airfoil bearing testing apparatus according to the present invention includes a rotational driving unit corresponding to a turbine unit of a turbocharger.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 터보차저(turbocharger)의 임펠러부에 대응하는 베어링 시험부를 포함한다.The airfoil bearing test apparatus according to the present invention includes a bearing test part corresponding to the impeller part of a turbocharger.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 토크측정부를 중심으로 좌우대칭으로 배치되는 정압 베어링으로 구성된 반경방향 베어링을 포함한다.The airfoil bearing testing apparatus according to the present invention includes a radial bearing composed of a static pressure bearing symmetrically disposed around a torque measuring unit.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 상기 회전부의 외관을 형성하는 하우징, 상기 하우징 내부에 실장되어 회전구동부의 회전축과 연결되는 트러스트(thrust) 러너 및 상기 하우징 내부에 실장되어 테스트 베어링과 접촉하는 베어링 지지부로 구성된 회전부를 포함한다.The airfoil bearing test apparatus according to the present invention includes a housing forming the exterior of the rotating part, a thrust runner mounted inside the housing and connected to the rotation shaft of the rotating driving unit, and a test bearing mounted inside the housing to contact the test bearing. and a rotating part configured as a bearing support.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치의 테스트 베어링은, 베어링 지지부 및 트러스트 러너 사이에 배치되고, 원판형의 베어링 디스크, 상기 베어링 디스크에 부착된 백 포일 및 상기 백 포일을 덮는 탑 포일로 구성된 에어 포일 베어링으로 구성된다.The test bearing of the airfoil bearing testing apparatus according to the present invention is an air foil disposed between a bearing support and a thrust runner, and comprising a disk-shaped bearing disk, a back foil attached to the bearing disk, and a top foil covering the back foil. It consists of bearings.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 측면에 외부의 기체를 주입하여 베어링 시험부의 온도를 낮추기 위한 쿨링홀이 형성된 베어링 지지부를 포함한다.The airfoil bearing test apparatus according to the present invention includes a bearing support in which a cooling hole is formed for lowering the temperature of the bearing test part by injecting an external gas into the side surface.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 쿨링홀에 외부 기체를 공급하는 공급홀 및 갭센서가 설치되는 센서홀이 형성된 하우징으로 포함하고, 상기 센서홀은 상기 공급홀보다 회전구동부에 더 가까이 배치된다.The airfoil bearing test apparatus according to the present invention includes a housing in which a supply hole for supplying an external gas to a cooling hole and a sensor hole in which a gap sensor is installed, the sensor hole is disposed closer to the rotational driving part than the supply hole do.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 로드셀, 상기 로드셀과 접촉하여 상기 로드셀에 압력을 가하는 토크헤드 및 일단이 상기 토크헤드에 연결되고, 타단이 샤프트에 삽입되어 고정된 토크암으로 구성된 토크측정부를 포함한다.The airfoil bearing test apparatus according to the present invention includes a load cell, a torque head that comes into contact with the load cell and applies pressure to the load cell, and a torque arm having one end connected to the torque head and the other end inserted into the shaft and fixed. includes wealth.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 일면이 로드셀 지지부에 부착되어 고정된 로드셀 및 샤프트의 중심에서 반경방향으로 상기 로드셀의 중심까지 연장된 토크함을 포함한다. The airfoil bearing test apparatus according to the present invention includes a load cell having one surface attached to the load cell support and a torque box extending from the center of the shaft to the center of the load cell in a radial direction.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 회전구동부의 회전 속도를 측정하는 속도 센서를 포함한다.The airfoil bearing test apparatus according to the present invention includes a speed sensor for measuring the rotational speed of the rotational driving unit.
본 발명에 따른 에어포일 베어링 시험 장치는, 회전구동부의 회전 속도에 따른 테스트 베어링의 토크 정보를 획득하는 제어부를 더 포함한다.The airfoil bearing test apparatus according to the present invention further includes a control unit for obtaining torque information of the test bearing according to the rotational speed of the rotary driving unit.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 일 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to an embodiment of the present invention, there are one or more of the following effects.
첫째, 회전부에 축방향 에어포일 베어링을 배치시킴으로써, 베어링 하나에 대한 성능 평가를 가능케하는 효과가 있다.First, by arranging the axial airfoil bearing in the rotating part, there is an effect of enabling the performance evaluation of one bearing.
둘째, 회전축의 길이가 줄어들면서, 회전축을 더 높은 속도로 회전시킬 수 있다.Second, as the length of the rotating shaft is reduced, the rotating shaft can be rotated at a higher speed.
셋째, 반경방향 베어링을 정압 베어링을 통해 구현함으로써, 베어링의 토크를 더 정확하게 측정할 수 있다.Third, by implementing the radial bearing through the static pressure bearing, the torque of the bearing can be measured more accurately.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 에어포일 베어링이 적용되는 압축기를 예시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 저널 베어링 및 트러스트 베어링을 예시한 도면이다.
도 3은 일반적인 터보차저를 예시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 베어링의 부상 특성을 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전부를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크측정부를 나타나는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하중부여부를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도르래가 힘의 방향을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동부가 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치의 제어부에 대한 블럭도이다.1 is a view illustrating a compressor to which an airfoil bearing is applied.
2A to 2B are views illustrating a journal bearing and a thrust bearing.
3 is a diagram illustrating a typical turbocharger.
4A to 4D are views showing an airfoil bearing testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the floating characteristics of the test bearing according to an embodiment of the present invention.
6 to 7D are views showing a rotating part according to an embodiment of the present invention.
8A to 9B are views showing a torque measuring unit according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a load application unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining that the pulley changes the direction of the force according to an embodiment of the present invention.
12A to 12B are diagrams illustrating movement of a moving unit according to an embodiment of the present invention.
13 is a block diagram of a control unit of an airfoil bearing testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc. It can be used to easily describe the correlation between components and other components. Spatially relative terms should be understood as terms including different orientations of components in use or operation in addition to the orientation shown in the drawings. For example, when a component shown in the drawings is turned over, a component described as “beneath” or “beneath” of another component may be placed “above” of the other component. can Accordingly, the exemplary term “below” may include both directions below and above. Components may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" means that a referenced component, step and/or action excludes the presence or addition of one or more other components, steps and/or actions. I never do that.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다. In the drawings, the thickness or size of each component is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size and area of each component do not fully reflect the actual size or area.
이하, 첨부도면은 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다름과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 베어링 시험 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for explaining the bearing test apparatus according to the embodiments of the present invention.
도 1은 에어포일 베어링이 적용되는 압축기를 예시한 도면이다.1 is a view illustrating a compressor to which an airfoil bearing is applied.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에어포일 베어링(50, 60)은 고속으로 회전하는 회전축이 구비된 기계장치에 설치된다. 에어포일 베어링(50, 60)은 회전축(20)에 대해 반경방향으로 설치되는 저널 베어링(50)과 축방향으로 설치되는 트러스트 베어링(60)을 포함하는 개념이다.
본 명세서에서는 편의상 압축기(10)의 회전축(20)을 지지하는데 에어포일 베어링(50, 60)이 설치된 것을 예로 들어 설명하고자 한다. 그러나 이러한 설명은 하나의 실시 예일뿐, 회전하는 축을 가진 기계장치 어디에든 적용될 수 있다.In this specification, for convenience, the
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 압축기(10)는 칠러 시스템의 일부로써 기능할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
칠러 시스템은 냉매를 압축하도록 형성된 압축기(10), 압축기(10)에서 압축된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매를 응축시키는 응축기, 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기, 팽창기에서 팽창된 냉매와 냉수를 열교환시켜 냉매의 증발과 함께 냉수를 냉각하도록 형성된 증발기를 포함한다.The chiller system includes a compressor (10) formed to compress a refrigerant, a condenser for condensing the refrigerant by exchanging heat with the refrigerant compressed in the compressor (10), an expander for expanding the refrigerant condensed in the condenser, and the refrigerant expanded from the expander and cold water. and an evaporator configured to cool the cold water with evaporation of the refrigerant by heat exchange.
도 1에 따른 압축기(10)는, 냉매를 축방향(Ax)으로 흡입하여 원심방향으로 압축하는 하나 이상의 임펠러(40), 임펠러(40)를 회전시키는 모터(30)가 연결된 회전축(20), 회전축(20)을 공중에서 회전 가능하도록 지지하는 다수개의 저널 베어링(50)과 저널 베어링(50)을 지지하는 베어링 하우징(52, 54), 회전축(20)과의 거리를 감지하는 갭센서(미도시) 및 회전축(20)이 축방향(Ax)으로 진동하는 것을 제한하는 트러스트 베어링(60)을 포함할 수 있다.The
임펠러(40)는 1단 또는 2단으로 이루어진 것이 일반적이며 다수개의 단으로 이루어져도 무방하다. 회전축(20)에 의해 회전을 하며, 축방향(Ax)으로 유입된 냉매를 원심방향으로 회전에 의해 압축을 함으로써 냉매를 고압으로 만드는 역할을 할 수 있다.The
모터(30)는 스테이터(미도시) 및 로터(22)로 구성되어 회전축(20)을 회전시킬 수 있다. 회전축(20)은 임펠러(40) 및 모터(30)와 연결되고, 회전축(20)은 도 1의 좌우 방향으로 연장될 수 있다. 이하, 회전축(20)의 축방향(Ax)은 좌우 방향을 의미한다. The
저널 베어링(50)은 회전축(20)을 중심으로 하여 회전축(20)을 둘러싸도록 다수개가 구비되고, 트러스트 베어링(60)은 회전축(20)의 회전 반경 방향으로 연장되어 구비되는 회전축날개(21)에 인접하도록 구비될 수 있다.A plurality of
저널 베어링(50)은 회전축(20)이 회전하면, 공중에 부양된 상태에서 마찰 없이 회전할 수 있도록 한다. 이를 위해 저널 베어링(50)은 회전축(20)을 중심으로 적어도 2개 이상이 구비될 수 있다. When the
저널 베어링(50)은 다수개가 구비되며, 회전축(20)과 접촉되지 않도록 간극을 두고 설치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 제1 저널 베어링(51) 및 제2 저널 베어링(53)은 회전축(20)을 중심으로 상호 이격되어 설치될 수 있다.A plurality of
저널 베어링(50)은 적어도 회전축(20)의 두 지점에 설치될 수 있다. 두 지점은 회전축(20)의 길이방향을 따라 서로 다른 지점에 해당한다. 회전축(20)이 직선에 해당하기 때문에 적어도 두 개의 지점에서 회전축(20)을 지탱해야 원주 방면으로의 진동을 방지할 수 있다.The journal bearing 50 may be installed at at least two points of the
한편, 압축기(10)는 저널 베어링(50)을 지지하는 베어링 하우징(52, 54)을 더 구비할 수 있다. 제1 베어링 하우징(52)은 제1 저널 베어링(51)을 지지할 수 있고, 제2 베어링 하우징(54)은 제2 저널 베어링(53)을 지지할 수 있다. Meanwhile, the
트러스트 베어링(60)은 회전축(20)의 축방향(Ax)(좌우방향)의 진동을 방지하기 위해, 축방향(Ax)과 수직한 면에서 일정한 면적을 가질 수 있다.The
구체적으로, 회전축(20)은 트러스트 베어링(60)의 추력에 의해 회전축(20)을 이동시킬 수 있는 회전축날개(21)를 더 포함할 수 있다. 회전축날개(21)는 축방향(Ax)에 수직한 면에서 회전축(20)의 단면적 보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 회전축날개(21)는 회전축(20)의 회전 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.Specifically, the
트러스트 베어링(60)은 회전축(20)이 축방향(Ax)의 진동으로 이동하는 것을 제한하고, 서지 발생시에 회전축(20)이 임펠러(40) 방향으로 이동하면서, 압축기(10)의 다른 구성과 회전축(20)의 출동하게 되는 것을 방지할 수 있다.The
구체적으로, 트러스트 베어링(60)은, 제1 트러스트 베어링(61)과 제2 트러스트 베어링(62)을 포함하며, 회전축날개(21)를 회전축(20)의 축방향(Ax)으로 감싸도록 배치될 수 있다. 즉, 회전축(20)의 축방향(Ax)으로 제1 트러스트 베어링(61), 회전축날개(21), 제2 트러스트 베어링(62)의 순서로 배치될 수 있다.Specifically, the
제1 트러스트 베어링(61)은 제2 트러스트 베어링(62) 보다 임펠러(40)에 인접하게 위치되고, 제2 트러스트 베어링(62)은 제1 트러스트 베러링 보다 임펠러(40)에서 멀게 위치되고, 제1 트러스트 베어링(61)과 제2 트러스트 베어링(62) 사이에 회전축(20)의 적어도 일부가 위치할 수 있다. 바람직하게는, 제1 트러스트 베어링(61)과 제2 트러스트 베어링(62) 사이에 회전축날개(21)가 위치할 수 있다.The first thrust bearing 61 is located closer to the
따라서 제1 트러스트 베어링(61) 및 제2 트러스트 베어링(62)은 회전축날개(21)와 추력의 작동에 의해 회전축(20)이 회전축(20) 방향으로 진동하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the first thrust bearing 61 and the second thrust bearing 62 have an effect of minimizing the vibration of the
한편, 냉매의 흐름을 살펴보면, 유입유로(70)를 통해 증발기에서 압축기(10) 내부로 유입된 냉매가 임펠러(40)의 작용으로 원주 방면으로 압축된 후 토출유로(80)를 통해 응축기로 토출될 수 있다. 유입유로(70)는 임펠러(40)의 회전 방향과 수직인 방향으로 냉매가 유입될 수 있도록 압축기(10)와 연결될 수 있다.On the other hand, looking at the flow of the refrigerant, the refrigerant introduced into the
도 2a 내지 도 2b는 저널 베어링 및 트러스트 베어링을 예시한 도면이다.2A to 2B are views illustrating a journal bearing and a thrust bearing.
도 2a는 에어포일 베이링 중 축의 측부를 지지하기 위한 베어링인 저널 베어링(50)의 단면도이다. 즉, 저널 베어링(50)은 회전축의 반경방향 하중을 지지할 수 있다. 2A is a cross-sectional view of a journal bearing 50 which is a bearing for supporting the side of the shaft among the airfoil bearings. That is, the journal bearing 50 may support the radial load of the rotating shaft.
도 2a를 참조하면, 저널 베어링(50)은 내부에 회전축(20) 또는 샤프트가 삽입되는 중공의 베어링 하우징(55)과, 상기 베어링 하우징(55)의 내면과 상기 회전축(20) 사이에 삽입되는 포일(56, 57)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2A , the journal bearing 50 includes a hollow bearing
포일(56, 57)은 내주측의 탑 포일(56)과, 외주측의 백 포일로 이루어지고, 백 포일은 박판을 물결판(波板) 형상으로 성형한 범프 포일(57)일 수 있다. 또한, 탑 포일(56)과 범프 포일(57)은 탈락 방지를 위해 일단이 베어링 하우징(55)의 내면에 고정되고, 타단은 자유단으로 구성될 수 있다.The foils 56 and 57 are made of a
회전축(20)이 회전하면, 회전축(20)과 포일(56, 57) 사이에 유체 윤활막이 형성됨으로써 저널 베어링(50)은 회전축(20)을 회전 가능하게 지지할 수 있다.When the
회전축(20)이 회전하면 탑 포일(56)과 회전축(20) 사이에 유체 윤활막이 형성되고, 회전축(20)에 작용하는 하중은 유체 윤활막을 통해 탑 포일(56)을 밀어넣어 변형시키려고 하지만, 탑 포일(56)은 범프 포일(57)에 의해 탄성적으로 지지되고 있기 때문에 그 변형량이 적절히 제한될 수 있다.When the
또한, 탑 포일(56)이 변형할 때, 범프 포일(57)은 개개의 물결의 피치를 넓히도록 변형하므로 탑 포일(56)과 범프 포일(57) 사이에는 미끄럼을 일으키지만, 회전축(20)에 진동이 발생했을 때에는 그 미끄럼에 의한 마찰로 진동 에너지가 흩어져 없어지기 때문에, 회전축(20)의 진동을 억제하는 효과가 있다.In addition, when the
도 2a에 따르면, 본 발명에서의 저널 베어링(50)은 베어링 하우징(55), 탑 포일(56) 및 범프 포일(57)을 포함하는 것으로 명시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이 밖에도 공지의 다양한 구조를 갖는 저널 베어링 중 어느 하나로 채택 가능하다.According to FIG. 2A , the journal bearing 50 in the present invention has been specified to include a bearing
도 2b는 에어포일 베이링 중 축 방향으로 가해지는 하중을 지지하기 위한 베어링인 트러스트 베어링(60)의 사시도이다. 2B is a perspective view of the
도 2b를 참조하면, 트러스트 베어링(60)은 원판형의 베어링 디스크(64)에 백포일을 부착하고, 다시 탑 포일(66)로 커버한 형태일 수 있다. 백 포일은 박판을 물결판(波板) 형상으로 성형한 범프 포일(67)일 수 있다. 트러스트 베어링(60)의 중앙에는 회전축(20)이 삽입되는 원형의 홀이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2B , the
탑 포일(66)은 일단이 베어링 디스크(64)에 고정되고 타단이 베어링 디스크(64)와 이격되어 변형되는 자유단으로 형성될 수 있다. 범프 포일(67)은 부채꼴의 판 형태로 형성될 수 있으며, 탑 포일(66)의 고정단과 자유단의 사이에서 탑 포일(66)과 접촉될 수 있다. The top foil 66 may be formed as a free end having one end fixed to the bearing disk 64 and the other end being spaced apart from the bearing disk 64 and deformed. The
이하 트러스트 베어링(60)이 축방향 하중을 지지하는 원리는 도 2a의 저널 베어링(50)과 같다.Hereinafter, the principle of the
에어포일 베어링(50, 60)은 높은 고속 안정성, 낮은 운전 마찰 손실, 별도의 오일 급유 시스템의 불필요성 등의 장점으로 인해 소형 또는 경량의 고속 회전기기에 사용 가능하며, 터보차저, 가스 압축기, 터보 블로워, 공기 사이클 기계(air cycle machine) 등의 다양한 분야에 사용될 수 있다.
하지만, 구름 요소 및 오일 윤활 베어링에 비하여 상대적으로 낮은 하중 지지력으로 인해 고속 회전 기기에의 적용을 위해서는 성능 해석과 더불어 실험적인 성능 검증이 필수적이다. However, due to its relatively low load bearing capacity compared to rolling elements and oil-lubricated bearings, performance analysis and experimental performance verification are essential for application to high-speed rotating equipment.
일반적인 에어포일 베어링의 시험 장치는 성능 평가를 위해 고속으로 회전할 수 있는 모터를 사용한다. 그러나 고속 모터를 사용하면, 회전 구동부와 회전부가 따로 구성되어 있어 총 회전축의 총 길이가 증가한다. 그 결과 회전축의 총 길이가 증가하면서, 회전축의 굽힘모드가 낮은 속도에서 발생하여 고속 회전에 어려움이 있다. 또한, 고속 모터를 사용하면, 장치 구성에 많은 비용이 든다.A typical airfoil bearing test device uses a motor that can rotate at high speed for performance evaluation. However, when a high-speed motor is used, the rotation drive unit and the rotation unit are separately configured, thereby increasing the total length of the total rotation shaft. As a result, as the total length of the rotating shaft increases, the bending mode of the rotating shaft occurs at a low speed, making it difficult to rotate at a high speed. Also, if a high-speed motor is used, the device configuration is expensive.
그러므로, 상용 터보차저를 이용하여 베어링 시험 장치(100)를 구성함으로써, 총 회전축의 길이를 최소화함과 아울러, 장치 구성 시 비용을 줄일 수 있다. Therefore, by configuring the
이하, 명세서는 터보차저를 이용한 에어포일 베어링 시험 장치, 특히 트러스트 베어링 시험 장치를 설명한다.Hereinafter, the specification describes an airfoil bearing testing apparatus using a turbocharger, in particular a thrust bearing testing apparatus.
도 3은 일반적인 터보차저를 예시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a typical turbocharger.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터보차저(300)는 본체(310) 및 회전체(320)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the
본체(310)는 유입된 공기를 압축하는 압축실(311), 엔진(E)에서 연소된 고온 고압의 배기가스를 흡입하는 터빈실(312), 압축실(311)과 터빈실(312)을 연결하고 회전체(320)와 베어링(322)이 설치되는 설치관(313)을 포함할 수 있다. The main body 310 includes a
회전체(320)는 회전축(321), 임펠러(323), 터빈(324)을 포함할 수 있다. The rotating body 320 may include a
회전축(321)은 임펠러(323)와 터빈(324)을 연결하고 베어링(322)을 끼워 본체(310)의 설치관(313)에 설치된다. The
터빈(324)은 회전축(321)의 일단에 설치되어 본체(310)의 터빈실(312)에 설치되고, 엔진(E)에서 연소한 고온 고압의 배기가스가 터빈(324)을 회전시키며, 회전축(321)의 타단에 설치된 임펠러(323)를 회전시킨다.The
임펠러(323)는 회전축(321)의 타단에 설치되어 본체(310)의 압축실(311)에 설치되고, 터빈(324)이 회전하면서 임펠러(323)가 회전한다. 이에 따라, 흡입구를 통해 공기가 유입되고, 공기는 임펠러(323)의 회전에 의해 압축되고, 이렇게 압축된 공기는 엔진(E)에 공급된다. The impeller 323 is installed at the other end of the
따라서, 압축된 공기를 공급받은 엔진(E)은 출력이 상승한다. 이에 따른 설명은 공지된 것으로 상세한 설명은 생략한다. Accordingly, the engine (E) supplied with the compressed air increases the output. A detailed description thereof will be omitted since the description thereof is well-known.
본 발명의 일 실시예에 따른 에이포일 베어링 시험 장치(100)는 터보차저(300)의 회전체(320)를 통해 구성할 수 있다. 즉, 에어포일 베어링 시험 장치(100)는 터빈(324)을 회전구동부(110)로 이용하고, 임펠러(323) 대신에 베어링 시험부(120)를 설치하여 회전축(116)에 의해 회전력을 전달할 수 있다.The A-foil
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치를 나타내는 도면이다.4A to 4D are views showing an airfoil bearing testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치(100)의 사시도이다. 4A to 4B are perspective views of an airfoil
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치(100)는, 기체의 유압에 의해 회전력을 발생하는 회전구동부(110), 테스트 베어링(121)의 토크 및 온도를 측정하는 베어링 시험부(120) 및 상기 베어링 시험부(120)에 축방향 하중을 가하는 하중부여부(140)를 포함할 수 있다. 4A to 4B , the airfoil bearing
회전구동부(110)는, 터보차저의 터빈부에 대응할 수 있다. 회전구동부(110)는 도 3과 같은 터보차저(300)의 터빈(324)을 그대로 이용할 수 있다. 다시 말해, 회전구동부(110)는 터보차저(300)의 터빈(324)을 포함할 수 있다. 또한, 회전구동부(110)는 터보차저(300)의 회전축(321)을 더 포함할 수 있다.The
베어링 시험부(120)는, 터보차저의 임펠러부에 대응할 수 있다. 베어링 시험부(120)는 터보차저의 임펠러부를 제거하고, 상기 임펠러부의 위치에 대응되게 배치될 수 있다. 즉, 베어링 시험부(120)는 도 3과 같은 터보차저(300)에서 임펠러(323)의 위치에 배치될 수 있다.The
다시 말해, 에어포일 베어링 시험 장치(100)는 상용 터보차저(300)의 회전체(320)를 활용하는 것으로서, 터보차저(300)의 터빈(324)을 회전구동부(110)로서 사용하고, 임펠러(323) 대신 위치한 베어링 시험부(120)를 사용할 수 있다. In other words, the airfoil
베어링 시험부(120)는, 내부에 배치되는 테스트 베어링(121)의 토크 및 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로 베어링 시험부(120)는, 테스트 베어링(121)이 배치되는 회전부(600), 상기 회전부(600)의 회전축 방향으로 연장되는 샤프트(126), 상기 샤프트(126)를 지지하는 복수의 반경방향 베어링(radial bearing, 128) 및 상기 테스트 베어링(121)의 토크를 측정하는 토크측정부(130)를 포함할 수 있다. 테스트 베어링(121)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서는, 테스트 베어링(121)의 일면에 부착될 수 있다.The
하중부여부(140)는, 베어링 시험부(120)와 이격되게 배치되고, 상기 베어링 시험부(120)에 축방향으로 하중을 가할 수 있다. 구체적으로, 하중부여부(140)는, 베어링 시험부(120)와 이격되게 배치되는 축방향 베어링(thrust bearing, 141), 상기 축방향 베어링(141)을 지지하는 지지부(143) 및 상기 지지부(143)를 이동시키는 이동부(144)를 포함할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치(100)는, 회전구동부(110), 베어링 시험부(120) 및 하중부여부(140)를 지지하는 베이스(150)를 더 포함할 수 있다. 베이스(150)에는 LM 가이드가 설치될 수 있고, 하중부여부(140)는 LM 가이드를 통해 축방향으로 이동할 수 있다.The airfoil
본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치(100)는, 마찰열로 인해 베어링 시험부(120)의 온도가 상승하는 것을 방지하는 쿨링배관(160)을 더 포함할 수 있다. 쿨링배관(160)은 외부의 차가운 기체를 베어링 시험부(120)로 주입시켜 베어링 시험부(120)의 온도를 낮출 수 있다.The airfoil
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치(100)의 단면도이다. 4C is a cross-sectional view of an airfoil
도 4c를 참조하면, 회전구동부(110)는 유압에 의해 회전력을 발생하는 터빈(111), 외부의 기체가 유입되는 유입배관(112) 및 유입된 기체가 토출되는 토출배관(113)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4C, the
기체의 유입을 살펴보면, 기체는 외부에서 블로워 등을 통해 유입배관(112)으로 유입되고, 유입된 기체는 터빈(111)을 돌리고, 토출배관(113)을 통해 외부로 토출된다. 터빈(111)은 유입된 기체에 의해 회전력을 발생하고, 상기 회전력은 회전축(116)으로 전달되어 베어링 시험부(120)를 회전시킬 수 있다.Looking at the inflow of gas, the gas is introduced into the
회전구동부(110)는 토출배관(113)을 지지하는 배관지지부(115)를 더 포함할 수 있다. 토출배관(113)에는 터빈(111)의 회전 속도를 측정하는 속도 센서(114)가 위치할 수 있다. 예를 들면, 속도 센서(114)는 타코미터일 수 있다.The
도 4c를 참조하면, 베어링 시험부(120)는 테스트 베어링(121)이 배치되는 회전부(600), 상기 회전부(600)의 회전축 방향으로 연장되는 샤프트(126), 상기 샤프트(126)를 지지하는 복수의 반경방향 베어링(radial bearing, 128) 및 상기 테스트 베어링(121)의 토크를 측정하는 토크측정부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4C , the
회전부(600)는 외관을 형성하는 하우징(124), 상기 하우징(124) 내부에 실장되어 회전구동부(110)의 회전축(116)과 연결되는 트러스트(thrust) 러너(122), 상기 하우징(124) 내부에 실장되어 테스트 베어링(121)과 접촉하는 베어링 지지부(123)를 포함할 수 있다.The
즉, 테스트 베어링(121)은 트러스트 러너(122)와 베어링 지지부(123) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 테스트 베어링(121)은 트러스트 베어링이고, 베어링 지지부(123)의 일면은 테스트 베어링(121)의 베어링 디스크와 접촉할 수 있다. 트러스트 러너(122)는 테스트 베어링(121)의 탑 포일과 접촉하다가 일정 속도 이상으로 회전하면 테스트 베어링(121)과 소정 간격을 두고 이격될 수 있다.That is, the test bearing 121 may be disposed between the
트러스트 러너(122)는 중공을 포함하며, 상기 중공을 통해 회전구동부(110)의 회전축(116)과 연결될 수 있다. 회전축(116)이 터빈(111)에 의해 회전하면, 회전축(116)과 연결된 트러스트 러너(122)는 회전할 수 있다. 트러스트 러너(122)의 회전 속도가 일정 속도 이상되면, 트러스트 러너(122)와 테스트 베어링(121) 사이에 에어갭(air gap)이 생기고, 트러스트 러너(122)는 테스트 베어링(121)과 이격될 수 있다.The
샤프트(126)는 회전부(600)의 회전축(125)과 연결되고, 상기 회전축(125) 방향으로 연장되는 원통형 구조일 수 있다. 샤프트(126)의 중심에는 샤프트(126)의 회전에 따른 토크를 측정하는 토크측정부(130)가 위치할 수 있다. 샤프트(126)는 복수의 반경방향 베어링(radial bearing, 128)에 의해 지지될 수 있다.The
반경방향 베어링(128)은 정압 베어링으로 구성될 수 있고, 토크측정부(130)를 중심으로 좌우대칭으로 배치되어 샤프트(126)를 지지할 수 있다. 반경방향 베어링(128)은 샤프트(126)와 접촉하지 않고 샤프트(126)가 회전하는 것에 영향을 미치지 않을 수 있다. 즉, 반경방향 베어링(128)이 정압 베어링으로 구성됨으로써, 토크측정부(130)로 하여금 정확한 토크를 측정하는데 도움을 줄 수 있다.The
베어링 시험부(120)는 샤프트(126)의 일단에 배치되어 상기 샤프트(126)의 회전반경 방향으로 상기 샤프트(126)의 단면적보다 넓게 연장되는 회전판(127)을 더 포함할 수 있다. 회전판(127)은 샤프트(126)의 일단과 연결되어, 원판모양일 수 있다. 샤프트(126)의 타단에는 회전부(600)가 존재할 수 있따.The
도 4c를 참조하면, 하중부여부(140)는 베어링 시험부(120)와 이격되게 배치되는 축방향 베어링(thrust bearing, 141), 상기 축방향 베어링(141)을 지지하는 지지부(143) 및 상기 지지부(143)를 이동시키는 이동부(144)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4C , the
축방향 베어링(141)은 정압 베어링으로 구성될 수 있다. 축방향 베어링(141)의 일면은, 회전판(127)의 일면과 소정 간극을 두고 이격되어 대면할 수 있다. 즉, 축방향 베어링(141)과 회전판(127) 사이에는 에어갭이 존재할 수 있고, 에어갭에 의해 축방향 베어링(141)은 회전판(127)과 이격될 수 있다.The
축방향 베어링(141)은 볼 스크류(142)에 의해 지지부(143)와 연결될 수 있다. 볼 스크류(142)는 지지부(143)의 상단을 관통하여 축방향 베어링(141)과 연결될 수 있다. The
지지부(143)에는 와이어(146)와의 연결부(145)가 위치할 수 있다. 연결부(145)는 지지부(143)의 내부면에 배치될 수 있다. 도면에서는 연결부(145)가 지지부(143)에 함몰된 구조이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 연결부(145)는 지지부(143)에 도출된 구조일 수 있다.A
지지부(143)의 하단에는 이동부(144)가 배치될 수 있다. 이동부(144)는 베이스(150)의 LM 가이드와 연결되어 지지부(143)를 축방향으로 이동시킬 수 있다. 이동부(144)를 통한 지지부(143)의 축방향 이동을 통해, 하중부여부(140)는 베어링 시험부(120)에 축방향으로 하중을 가할 수 있다.A moving
도 4d는 도 4c의 A-A' 면에서 바라본 본 발명의 일 실시예에 따른 회전구동부(110)의 단면도이다.FIG. 4D is a cross-sectional view of the
도 4d를 참조하면, 회전구동부(110)의 하단에는 유입배관(112)이 위치하고, 상기 유입배관(112)을 통해 유입된 기체가 터빈(111)을 회전시킬 수 있다. 터빈(111)을 회전시킨 기체는 토출배관(113)을 통해 외부로 토출될 수 있다.Referring to FIG. 4D , an
본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치(100)는, 회전구동부(110)의 회전 속도를 측정하는 속도 센서(114)를 더 포함할 수 있다. 속도 센서(114)는 회전구동부(110)의 일 부분에 설치되어, 회전구동부(110)의 회전 속도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 속도 센서(114)는 타코미터일 수 있다. The airfoil
본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치(100)는, 속도 센서(114)와 전기적으로 연결된 제어부(170)를 더 포함할 수 있다. 제어부(170)는 속도 센서(114) 뿐만 아니라 토크측정부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다.The airfoil
제어부(170)는 속도 센서(114)로부터 회전구동부(110)의 회전 속도 정보를 수신할 수 있다. 제어부(170)는 토크측정부(130)로부터 테스트 베어링(121)의 토크 정보를 수신할 수 있다. The
제어부(170)는 속도 센서(114) 및 토크측정부(130)로부터 획득한 정보에 기초하여, 회전구동부(110)의 회전 속도에 따른 테스트 베어링(121)의 토크에 대한 정보를 획득할 수 있다. The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 베어링의 부상 특성을 나타내는 도면이다.5 is a view showing the floating characteristics of the test bearing according to an embodiment of the present invention.
회전구동부(110)가 회전하면 회전축(116)에 의해 베어링 시험부(120)가 회전할 수 있다. 구체적으로, 회전구동부(110)가 회전하면, 회전축(116)과 연결된 트러스트 러너(122)가 회전하고, 트러스트 러너(122)가 일정 속도 이상으로 회전하면, 트러스트 러너(1220는 테스트 베어링(121)과 이격될 수 있다. 이 때의 회전구동부(110)부의 회전 속도가 테스트 베어링(121)의 부상 속도이다.When the
트러스트 러너(122)가 일정 속도보다 낮은 속도로 회전하면, 트러스트 러너(122)는 접촉하는 테스트 베어링(121)에 마찰력을 발생시킨다. 트러스트 러너(122)가 회전하면서 발생하는 마찰력에 의해 테스트 베어링(121)의 토크가 발생할 수 있다. 즉, 테스트 베어링(121)의 토크는 트러스트 러너(122)의 회전을 방해하는 힘으로 정의할 수 있다.When the
트러스트 러너(122)가 일정 속도보다 낮은 속도로 회전하는 경우, 테스트 베어링(121)은 토크를 발생하고, 상기 토크는 회전축(125)에 의해 샤프트(126)로 전달될 수 있다. 샤프트(126)에 전달된 토크는 샤프트(126)에 삽입된 토크암(131)을 통해 로드셀(133)로 전달될 수 있다. When the
토크측정부(130)에 대한 자세한 설명은 도 8a 내지 도 9b에 후술한다.A detailed description of the
제어부(170)는 속도 센서(114) 및 토크측정부(130)로부터 획득한 정보에 기초하여, 회전구동부(110)의 회전 속도에 따른 테스트 베어링(121)의 토크에 대한 정보를 획득할 수 있다. The
제어부(170)는 획득한 회전구동부(110)의 회전 속도에 따른 테스트 베어링(121)의 토크에 대한 정보를 출력할 수 있다. 회전구동부(110)의 회전 속도(510)는 계속하여 증가할 수 있다. 테스트 베어링(121)의 토크(520)는 회전 속도(510)에 따라 변화할 수 있다. The
도 5를 참조하면, 회전 속도(510)가 증가함에 따라 토크(520)는 증가하다가 감소할 수 있다. 또한 토크(520)는 감소하다가 특정 속도 이후에 일정해지는데, 제어부(170)는 이 때(540)의 회전 속도(510)를 부상 속도(550)로 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 5에서, 제어부(170)는 테스트 베어링(121)의 부상 속도(550)를 125Hz로 판단할 수 있다.Referring to FIG. 5 , as the
상술한 바와 같이, 부상 속도(550)를 정확하게 측정하기 위해서는, 축방향으로 가해지는 하중을 일정하게 할 필요가 있다. 도 5를 참조하면 축방향 하중(530)은 일정하다. 일정한 축방향 하중을 가하기 위해서 하중부여부(140)를 이용할 수 있다. 하중부여부(140)의 구조에 대해서는 도 10에서 후술한다.As described above, in order to accurately measure the floating
도 6 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전부를 나타내는 도면이다.6 to 7D are views showing a rotating part according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 회전부(600)는 외관을 형성하는 하우징(124), 상기 하우징(124) 내부에 실장되어 회전구동부(110)의 회전축(116)과 연결되는 트러스트(thrust) 러너(122), 상기 하우징(124) 내부에 실장되어 테스트 베어링(121)과 접촉하는 베어링 지지부(123)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
테스트 베어링(121)은 트러스트 러너(122)와 베어링 지지부(123) 사이에 배치될 수 있다. 테스트 베어링(121)은 원판형의 베어링 디스크, 상기 베어링 디스크에 부착된 백 포일 및 상기 백 포일을 덮는 탑 포일로 구성된 에어포일 베어링으로 구성될 수 있다.The
베어링 지지부(123)의 일면은 베어링 디스크의 일면과 접촉할 수 있다. 베어링 지지부(123)의 일면과 베어링 디스크의 일면이 접촉하여 마찰력을 발생함으로써, 테스트 베어링(121)의 토크가 샤프트(126)로 전달될 수 있다.One surface of the
베어링 지지부(123)의 측면에는, 외부의 기체를 주입하여 베어링 시험부(120)의 온도를 낮추기 위한 쿨링홀(610)이 형성될 수 있다. 쿨링홀(610)은 베어링 지지부(123)의 측면을 따라 복수개 존재할 수 있다.A
하우징(124)의 측면에는, 쿨링홀(610)에 외부 기체를 공급하는 공급홀(620) 및 갭센서가 설치되는 센서홀(630)이 형성될 수 있다. 센서홀(630)은 공급홀(620)보다 회전구동부(110)에 더 가까이 배치될 수 있다.A
센서홀(630)에는 갭센서가 설치될 수 있다. 갭센서는 트러스트 러너(122)의 진동을 측정할 수 있다.A gap sensor may be installed in the
도 7a 내지 도 7d는 회전부(600)의 분해도이다.7A to 7D are exploded views of the
도 7a를 참조하면, 베어링 지지부(123)는 원통형일 수 있다. 베어링 지지부(123)의 옆면에는 발열을 위한 요철부(710)가 형성될 수 있다. 요철부(710)는 베어링 지지부(123)의 공기와 접촉하는 단면적으로 넓게하여 발열에 효율적일 수 있다.Referring to FIG. 7A , the
도 7b를 참조하면, 테스트 베어링(121)은 원판형의 베어링 디스크(720), 상기 베어링 디스크(720)에 부착된 백 포일(미도시) 및 상기 백 포일을 덮는 탑 포일(730)을 포함할 수 있다. 베어링 디스크(720)에는 베어링 지지부(123)와 결합할 수 있는 체결구(740)이 존재할 수 있다. 또한, 베어링 디스크(720)에는 테스트 베어링(121)의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서가 부착될 수 있다.Referring to FIG. 7B , the test bearing 121 may include a disk-shaped
도 7c를 참조하면, 트러스트 러너(122)는 원판형일 수 있다. 트러스트 러너(122)의 중심부에는 회전구동부(110)의 회전축(126)이 삽입될 수 있는 원통형의 돌출부(750)가 형성될 수 있다. 돌출부(750)는 중공을 포함하고, 상기 중공에 회전축(126)이 삽입될 수 있다. Referring to FIG. 7C , the
도 7d를 참조하면, 하우징(124)의 일부분은 쿨링배관(160)과 연결되는 연결부재(760)에 의해 둘러쌓인 구조일 수 있다. 연결부재(710)는 하우징(124)의 공급홀(620)을 감싸도록 배치될 수 있다. 공급홀(620)은 센서홀(630)보다 샤프트(126)에 가까이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 7D , a portion of the
쿨링배관(160)은 공급홀(620)을 통해 외부 기체를 하우징(124) 내부로 주입할 수 있다. 하우징(124) 내부로 주입된 외부 기체는 쿨링홀(610)을 통해 베어링 지지부(123) 내부로 유입될 수 있다. 쿨링배관(160)은 연결부재(710)의 체결구(720)와 결합할 수 있다.The
도 8a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크측정부를 나타나는 도면이다.8A to 9B are views showing a torque measuring unit according to an embodiment of the present invention.
도 8a을 참조하면, 토크측정부(130)는 로드셀(133), 상기 로드셀(133)과 접촉하여 상기 로드셀(133)에 압력을 가하는 토크헤드(132) 및 일단이 상기 토크헤드(132)에 연결되고, 타단이 샤프트(126)에 삽입되어 고정된 토크암(131)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8A , the
로드셀(133)은 일면이 로드셀 지지부(134)에 부착되어 고정된다. 토크암(131)은 샤프트(126)의 중심에서 반경방향으로 로드셀(133)의 중심까지 연장된다. 토크암(131)의 일단에는 토크헤드(132)가 결합하고, 토크헤드(132)는 로드셀(133)에 수직방향으로 힘을 가한다.One side of the
로드셀(133)은 토크암(131)의 회전에 의해 토크헤드(132)가 가하는 힘을 측정할 수 있다. 테스트 베어링(121)에 가해진 토크는 샤프트(126)로 전달되고, 상기 토크에 의해 토크암(131)이 회전하고, 이에 따라 토크헤드(132)가 로드셀(133)을 누르면서 힘을 전달할 수 있다.The
로드셀(133)은 측정한 힘을 전기적 신호로 변환하여 제어부(170)에 전송할 수 있다. 제어부(170)는 로드셀(133)과 전기적으로 연결되고, 로드셀(133)로부터 힘 정보를 얻어 토크를 계산할 수 있다. The
도 8b를 참조하면, 토크는 로드셀(133)에서 측정된 힘(F)과 샤프트(126)의 중심으로부터 로드셀(133)의 중심까지의 거리(L)의 곱으로 계산될 수 있다. 샤프트(126)의 중심으로부터 로드셀(133)의 중심까지의 거리(L)는 토크암(131)의 길이(l)와 같거나 다를 수 있다.Referring to FIG. 8B , the torque may be calculated as the product of the force F measured by the
토크암(131)의 길이(l)는 일정한 값이다. 그러므로, 토크암(131)의 길이(l)가 샤프트(126)의 중심으로부터 로드셀(133)의 중심까지의 거리(L)와 같다면, 토크는 로드셀(133)에서 측정된 힘(F)과 토크암(131)의 길이(l)의 곱으로 계산될 수 있다.The length l of the
도 9a 내지 도 9b는 토크암(131) 및 토크헤드(132)의 분해도를 나타낸다. 토크헤드(132)의 각 면에는 토크암(131)의 일단과 결합할 수 있는 홀(920)이 존재할 수 있다. 토크헤드(132)의 일면(910)은 홀(920)을 통해 토크암(131)의 일단과 결합할 수 있고, 타면(930)은 로드셀(133)과 접촉하여 로드셀(133)에 힘을 가할 수 있다.9A to 9B show exploded views of the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하중부여부를 나타내는 도면이다.10 is a diagram illustrating a load application unit according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 하중부여부(140)는 베어링 시험부(120)와 이격되게 배치되는 축방향 베어링(thrust bearing, 141), 상기 축방향 베어링(141)을 지지하는 지지부(143) 및 상기 지지부(143)를 이동시키는 이동부(144)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the
축방향 베어링(141)은 정압 베어링으로 구성될 수 있다. 축방향 베어링(141)의 일면은, 회전판(127)의 일면과 소정 간극을 두고 이격되어 대면할 수 있다. 축방향 베어링(141)과 회전판(127) 사이에는 에어갭이 존재할 수 있고, 에어갭에 의해 축방향 베어링(141)은 회전판(127)과 이격될 수 있다. 축방향 베어링(141)은 회전판(127)과 접촉하지 않고 회전판(127)이 회전하는 것에 영향을 미치지 않을 수 있다. 이는, 토크측정부(130)가 정확한 토크를 측정하는데 도움을 줄 수 있다.The
축방향 베어링(141)은 볼 스크류(142)에 의해 지지부(143)와 연결될 수 있다. 볼 스크류(142)는 지지부(143)의 상단을 관통하여 축방향 베어링(141)과 연결될 수 있다. The
하중부여부(140)는 지지부(143)의 내측면과 연결되는 와이어(146), 상기 와이어(146)에 중력방향(1010)으로 연결되는 무게추(147) 및 상기 와이어(146)에 가해야지는 힘의 방향을 변경하는 도르래(148, 149)를 더 포함할 수 있다.The
도르래(148, 149)는 무게추(147)에 의해 상기 와이어(146)에 중력방향(1010)으로 가해지는 힘의 방향을 축방향(1020)으로 변경할 수 있다. 도 10에서는 도르래 두개를 사용하여 힘의 방향을 변경하였지만, 도르래 하나를 사용할 수 있다. 이 경우, 베이스(150)의 일부분은 와이어(146)가 통과할 수 있는 홀이 존재할 수 있다. The
다시 말해, 도르래의 개수는 도 10에 한정되지 않고, 도르래는 와이어(146)에 가해지는 힘의 방향을 중력방향(1010)에서 축방향(1020)으로 변경하는 역할을 할 수 있다.In other words, the number of pulleys is not limited to FIG. 10 , and the pulley may serve to change the direction of the force applied to the
이하, 명세서는 도르래(148, 149) 두개를 사용하여 힘의 방향을 변경하는 것을 기준으로 설명한다.Hereinafter, the specification will be described on the basis of changing the direction of the force using two pulleys (148, 149).
와이어(146)는 지지부(143)의 내측면과 연결되어 베어링 지지대(129)를 통과할 수 있다. 베어링 지지대(129)에는 와이어(146)가 통과하는 통과홀(1030)이 설치되고, 와이어(146)는 상기 통과홀(1030)을 관통하여 지지부(143)의 내측면과 축방향(1020)으로 연결될 수 있다. 와이어(146)는 통과홀(1030)을 통과하여 축방향(1020)으로 지지부(143)에 힘을 가할 수 있다.The
지지부(143)는 와이어(146)의 장력에 의해 축방향(1020)으로 힘을 받을 수 있다. 지지부(143)는 와이어(146)에 의해 내측면으로 당겨질 수 있다. 지지부(143)의 하단에는 이동부(144)가 설치되고, 이동부(144)는 지지부(143)가 와이어(146)에 의해 힘을 받으면 지지부(143)를 축방향(1020)으로 이동시킬 수 있다.The
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도르래가 힘의 방향을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining that the pulley changes the direction of the force according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 도르래(148, 149)는 복수개로 구성될 수 있다. 도르래(148, 149)는 무게추(147)에 의해 와이어(146)에 가해지는 힘의 방향을 제1 방향(1110)에서 제2 방향(1120)으로 변경하는 제1 도르래(148) 및 제2 방향에서 제3 방향으로 변경하는 제2 도르래(149)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , a plurality of
제1 방향(1110)은 무게추(147)가 와이어(146)에 가하는 힘의 방향으로 중력방향일 수 있다. 제3 방향(1130)은 와이어(146)가 지지부(143)에 가하는 힘의 방향으로 축방향일 수 있다. 제2 방향(1120)은 제1 방향(1110) 및 제3 방향(1130)에 수직인 방향일 수 있다.The
제1 도르래(148)는 제1 방향(1110)으로 가해지는 힘의 방향을 제2 방향(1120)으로 변경하고, 제2 도르래(149)는 제2 방향(1120)으로 가해지는 힘의 방향을 제3 방향(1130)으로 변경할 수 있다. 이로써, 무게추(147)의 중력에 의해 지지부(143)는 축방향으로 힘을 받게되고, 하중부여부(140)는 베어링 시험부(120)에 하중을 부여할 수 있다.The
지지부(143)에는 지지부(143)와 와이어(146)를 연결하는 연결부(145)가 위치할 수 있다. 연결부(145)는 지지부(143)의 내부면에 배치될 수 있다. 연결부(145)는 지지부(143)의 내부면에서 함몰된 구조일 수도 있고, 돌출된 구조일 수도 있다. 와이어(146)는 연결부(145)와 연결되어 지지부(143)에 장력을 전달할 수 있다.A
연결부(145)는 지지부(143) 및 이동부(144)의 총 높이의 중간에 위치할 수 있다. 다시 말해, 지지부(143)의 높이가 H이고, 이동부(144)의 높이가 h일 때, 연결부(145)는 지지부(143)의 내부면에서 베이스(150)로부터 (H+h)/2의 위치에 배치될 수 있다. The
베이스(150)로부터 (H+h)/2의 위치는 하중부여부(140) 높이의 반이고, 와이어(146)의 장력을 가장 효율적으로 전달할 수 있는 위치일 수 있다. The position of (H+h)/2 from the
도 11과 같이, 도르래(148, 149)와 무게추(147)를 사용하여 축방향 하중부여부(140)를 구성함으로써, 기존 공압 시스템 없이 테스트 베어링(121)에 축방향 하중을 부여할 수 있다. 즉, 에어포일 베어링 시험 장치(100)가 차지하는 공간을 줄이고, 경제적으로 에어포일 베어링의 내구성을 평가할 수 있다.As shown in FIG. 11 , by configuring the
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동부가 이동하는 것을 나타내는 도면이다.12A to 12B are diagrams illustrating movement of a moving unit according to an embodiment of the present invention.
이동부(144)는 지지부(143)의 하단에 배치되고, 이동부(144)의 하단에는, 무게추(147)가 부가됨에 따라 상기 지지부(143)를 이동시키도록 LM 가이드가 배치될 수 있다. 다시 말해, 베이스(150)에는 LM 가이드를 위한 레일이 설치되고, 이동부(144)는 상기 레일을 따라 이동할 수 있다.The moving
도 12a를 참조하면, 제1 무게추(m)는 와이어(146) 및 도르래(1230)를 이용하여 지지부(143)에 제1 축방향 힘(1210)을 가할 수 있다. 도 12b를 참조하면, 제2 무게추(M)는 와이어(146) 및 도르래(1230)를 이용하여 지지부(143)에 제2 축방향 힘(1220)을 가할 수 있다.Referring to FIG. 12A , the first weight m may apply a first
제1 무게추(m)는 제2 무게추(M)보다 질량이 작을 수 있다. 제2 무게추(M)의 질량은 제1 무게추(m)의 질량보다 클 수 있다. 제2 무게추(M)의 중력은 제1 무게추(m)의 중력보다 크고, 제2 무게추(M) 및 와이어(146)에 의한 장력이 제1 무게추(m) 및 와이어(146)에 의한 장력보다 클 수 있다.The first weight (m) may have a smaller mass than the second weight (M). The mass of the second weight M may be greater than the mass of the first weight m. The gravity of the second weight (M) is greater than the gravity of the first weight (m), and the tension by the second weight (M) and the wire (146) is the first weight (m) and the wire (146) may be greater than the tension caused by
제2 축방향 힘(1220)은 제1 축방향 힘(1210)보다 클 수 있다. 이로써, 이동부(144)의 이동거리가 커지고, 하중부여부(140)와 베어링 시험부(120) 사이 간격은 좁아질 수 있다.The second
하중부여부(140)의 축방향 베어링(141)은 베어링 시험부(120)의 회전판(127)과 소정 간극을 두고 대면할 수 있다. 소정 간극은 에어갭으로 명명될 수 있다. 이동부(144)가 와이어에 의해 힘을 받으면 이동부(144)는 장력에 의해 지지부(143)를 이동시키고, 이와 함께 축방향 베어링(141)도 이동할 수 있다. The
이동부(144)가 장력에 의해 내측으로 이동하면, 축방향 베어링(141)과 회전판(127) 사이의 에어갭은 줄어들 수 있다. 도 12a 내지 도 12b를 참조하면, 에어갭의 길이는 d1보다 d2가 작을 수 있다. 그러나 이 경우에도 축방향 베어링(141)과 회전판(127)은 접촉하지 않을 수 있다.When the moving
축방향 베어링(141)이 정압 베어링으로 구성됨으로써, 하중부여부(140)가 베어링 시험부(120)에 가하는 하중이 커지더라도 축방향 베어링(141)과 회전판(127)은 접촉하지 않을 수 있다. 이는, 하중부여부(140)로 하여금 큰 하중을 가할 수 있게하고, 테스트 베어링(121)의 내구성 평가 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 샤프트(126)의 회전에 영향을 미치지 않음으로써, 토크측정부(130)로 하여금 정확한 토크를 측정하는데 도움을 줄 수 있다.Since the
도 12b와 같이 제2 무게추(M)의 질량이 커지고, 와이어(146)에 의한 장력이 커져서 에어갭이 d2로 줄어들면, 축방향 베어링(141)이 회전판(127)에 가하는 압력은 커질 수 있다. 축방향 베어링(141)이 회전판(127)에 가하는 압력이 커지면, 베어링 시험부(120)에 가해지는 축방향 하중이 커질 수 있다. As shown in FIG. 12b, when the mass of the second weight M increases and the tension by the
다시 말해, 무게추(147)의 질량을 조절함으로써, 하중부여부(140)가 베어링 시험부(120)에 가하는 하중을 조절할 수 있다. 무게추(147)의 질량은 쉽게 조절 가능하고, 이에 따라, 하중부여부(140)가 베어링 시험부(120)에 가하는 하중도 쉽게 조절 가능하다.In other words, by adjusting the mass of the
실시예에 따라, 회전판(127)에는 압력 센서 또는 힘 센서가 설치될 수 있다. 압력 센서 또는 힘 센서는 하중부여부(140)가 베어링 시험부(120)에 가하는 하중을 측정할 수 있다.According to an embodiment, a pressure sensor or a force sensor may be installed on the
상술한 바와 같이, 도르래(148, 149)와 무게추(147)를 사용하여 축방향 하중부여부(140)를 구성함으로써, 정확한 하중을 인가할 수 있기 때문에 시험 반복성과 재현성을 확보할 수 있다.As described above, by configuring the
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 베어링 시험 장치의 제어부에 대한 블럭도이다.13 is a block diagram of a control unit of an airfoil bearing testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
제어부(170)는 속도 센서(114), 로드셀(133), 온도 센서(미도시), 압력 센서 또는 힘 센서 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(170)는 속도 센서(114)로부터 회전구동부(110)의 회전 속도 정보를 수신할 수 있다. 제어부(170)는 로드셀(133)로부터 토크헤드(132)가 로드셀(133)에 가하는 힘 정보를 수신할 수 있다. 제어부(170)는 온도 센서로부터 테스트 베어링(121)의 온도 정보를 수신할 수 있다. 제어부(170)는 압력 센서 또는 힘 센서로부터 하중부여부(140)가 베어링 시험부(120)에 가하는 하중 정보를 수신할 수 있다.The
제어부(170)는 속도 센서(114) 및 로드셀(133)로부터 획득한 정보에 기초하여, 회전구동부(110)의 회전 속도에 따른 테스트 베어링(121)의 토크에 대한 정보를 획득할 수 있다. 토크는 로드셀(133)에서 측정된 힘(F)과 샤프트(126)의 중심으로부터 로드셀(133)의 중심까지의 거리(L)의 곱으로 계산될 수 있다.The
도 13을 참조하면, 제어부(170)는 프로세서(171), 입력부(172), 출력부(173), 메모리(174), 인터페이스부(175) 또는 전원 공급부(176) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 프로세서(171), 입력부(172), 출력부(173), 메모리(174), 인터페이스부(175) 또는 전원 공급부(176) 중 적어도 어느 하나는 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 13 , the
프로세서(171)는 입력부(172), 출력부(173), 메모리(174), 인터페이스부(175), 전원 공급부(176)와 전기적으로 연결되어 신호를 교환할 수 있다. 프로세서(171)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.The
프로세서(171)는 전원 공급부(176)로부터 제공되는 전원에 의해 구동될 수 있다. 프로세서(171)는 전원 공급부(176)에 의해 전원이 공급되는 상태에서 데이터를 수신하고, 데이터를 처리하고, 신호를 생성하고, 신호를 제공할 수 있다.The
프로세서(171)는 속도 센서(114) 및 로드셀(133)로부터 획득한 정보에 기초하여, 회전구동부(110)의 회전 속도에 따른 테스트 베어링(121)의 토크에 대한 정보를 획득할 수 있다. The
입력부(172)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 것으로, 입력부(172)에서 수집한 데이터는 사용자의 제어 명령으로 처리될 수 있다. 입력부(172)는 음성 입력부, 제스쳐 입력부, 터치 입력부 및 기계식 입력부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
입력부(172)는 회전구동부(110)의 목표 회전 속도에 대한 사용자 입력 정보를 수신할 수 있다. 회전 속도에 대한 설정 값은 사용자의 입력 정보에 의해 결정되고, 상기 설정 값에 따라 회전구동부(110)의 회전 속도가 제어될 수 있다. The
입력부(172)는 토크암(131)의 길이에 대한 사용자의 입력 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(171)는 토크암(131)의 길이에 대한 사용자의 입력 정보 및 로드셀(133)로부터 수신한 힘 정보를 통해 테스트 베어링(121)의 토크를 계산할 수 있다. 토크는 로드셀(133)에서 측정된 힘(F)과 샤프트(126)의 중심으로부터 로드셀(133)의 중심까지의 거리(L)의 곱으로 계산될 수 있다.The
출력부(173)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로 디스플레이부, 음향 출력부 및 햅틱 출력부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The
출력부(173)는 속도 센서(114)가 측정한 속도 측정 정보, 프로세서(171)가 계산한 토크 정보, 압력 센서 또는 힘 센서가 측정한 하중 정보 중 적어도 어느 하나를 출력할 수 있다. 출력부(173)는 디스플레이를 통해 사용자에게 센서 정보를 제공하고, 사용자의 모니터링을 가능하게 할 수 있다.The
예를 들면, 출력부(173)는 도 5와 같이, 그래프를 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이 경우, 제어부(170)는 테스트 베어링(121)의 부상 속도(550)를 125Hz로 판단하고, 사용자에게 부상 속도(550)를 표시할 수 있다.For example, the
메모리(174)는 프로세서(171)와 전기적으로 연결된다. 메모리(174)는 유닛에 대한 기본데이터, 유닛의 동작제어를 위한 제어데이터, 입출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(174)는 프로세서(171)에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(174)는 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 메모리(174)는 프로세서(171)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 제어부(170) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(174)는 프로세서(171)와 일체형으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 메모리(174)는 프로세서(171)의 하위 구성으로 분류될 수 있다.The
인터페이스부(175)는 베어링 시험 장치(100) 내에 구비되는 적어도 하나의 전자 장치와 유선 또는 무선으로 신호를 교환할 수 있다. 인터페이스부(175)는 속도 센서(114), 로드셀(133), 압력 센서 또는 힘 센서 중 적어도 어느 하나와 신호를 송수신할 수 있다. 인터페이스부(175)는 통신 모듈, 단자, 핀, 케이블, 포트, 회로, 소자 및 장치 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.The
전원 공급부(176)는 제어부(170)에 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급부(176)는 베어링 시험 장치(100)에 포함된 파워 소스(예를 들면, 배터리)로부터 전원을 공급받아, 베어링 시험 장치(100)의 각 유닛에 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급부(176)는 제어부(170)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 동작될 수 있다. 전원 공급부(176)는 SMPS(switched-mode power supply)로 구현될 수 있다.The
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been shown and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications may be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
10: 압축기
100: 에어포일 베어링 시험 장치
110: 회전구동부
111: 터빈 112: 유입배관 113: 토출배관
114: 속도 센서 115: 배관지지부 116: 회전축
120: 베어링 시험부
121: 테스트 베어링 122: 트러스트 러너 123: 베어링 지지부
124: 하우징 125: 회전축 126: 샤프트
127: 회전판 128: 반경방향 베어링 129: 베어링 지지대
130: 토크측정부
131: 토크암 132: 토크헤드 133: 로드셀
134: 로드셀 지지부
140: 하중부여부
141: 축방향 베어링 142: 볼 스크류 143: 지지부
144: 이동부 145: 연결부 146: 와이어
147: 무게추 148: 제1 도르래 149: 제2 도르래
150: 베이스
160: 쿨링배관
170: 제어부10: Compressor
100: airfoil bearing test device
110: rotation drive unit
111: turbine 112: inlet pipe 113: discharge pipe
114: speed sensor 115: pipe support 116: rotation shaft
120: bearing test unit
121: test bearing 122: thrust runner 123: bearing support
124: housing 125: rotation shaft 126: shaft
127: rotary plate 128: radial bearing 129: bearing support
130: torque measuring unit
131: torque arm 132: torque head 133: load cell
134: load cell support
140: load or not
141: axial bearing 142: ball screw 143: support
144: moving part 145: connecting part 146: wire
147: weight 148: first pulley 149: second pulley
150: base
160: cooling pipe
170: control unit
Claims (15)
테스트 베어링이 배치되고, 상기 회전구동부와 축연결되는 회전부, 상기 회전부의 회전축 방향으로 연장되는 샤프트, 상기 샤프트를 지지하는 복수의 반경방향 베어링(radial bearing) 및 상기 샤프트에 위치되어 상기 테스트 베어링의 토크를 측정하는 토크측정부로 구성된 베어링 시험부; 및
상기 베어링 시험부에 축방향 하중을 가하는 하중부여부;를 포함하고,
상기 하중부여부는,
상기 베어링 시험부와 이격되게 배치되는 축방향 베어링;
상기 축방향 베어링을 지지하는 지지부;및
상기 지지부를 이동시키는 이동부를 포함하며,
상기 반경방향 베어링은 정압 베어링으로 구성되고,
상기 정압 베어링은,
상기 토크측정부를 중심으로 좌우대칭으로 배치되는 에어 포일 베어링(air foil bearing) 시험 장치.a rotational driving unit that generates rotational force by hydraulic pressure of the gas;
A test bearing is disposed, a rotating unit axially connected to the rotating driving unit, a shaft extending in a direction of a rotation axis of the rotating unit, a plurality of radial bearings supporting the shaft, and a torque of the test bearing positioned on the shaft a bearing test unit comprising a torque measuring unit that measures and
Including; a load-applying part for applying an axial load to the bearing test part;
The load-bearing part is
an axial bearing spaced apart from the bearing test unit;
a support for supporting the axial bearing; and
It includes a moving part for moving the support part,
The radial bearing is composed of a static pressure bearing,
The static pressure bearing is
An air foil bearing test apparatus disposed symmetrically with respect to the torque measuring unit.
상기 회전부는,
상기 회전부의 외관을 형성하는 하우징;
상기 하우징 내부에 실장되어 상기 회전구동부의 회전축과 연결되는 트러스트 러너(thrust runner); 및
상기 하우징 내부에 실장되어 상기 테스트 베어링과 접촉하는 베어링 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.According to claim 1,
The rotating part,
a housing forming an exterior of the rotating part;
a thrust runner mounted inside the housing and connected to the rotation shaft of the rotation driving unit; and
and a bearing support part mounted inside the housing and contacting the test bearing.
상기 테스트 베어링은,
상기 베어링 지지부 및 상기 트러스트 러너 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.4. The method of claim 3,
The test bearing is
Airfoil bearing testing apparatus, characterized in that it is disposed between the bearing support and the thrust runner.
상기 테스트 베어링은,
원판형의 베어링 디스크, 상기 베어링 디스크에 부착된 백 포일 및 상기 백 포일을 덮는 탑 포일로 구성된 에어 포일 베어링이고,
상기 베어링 지지부는,
상기 베어링 디스크의 일면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치. 5. The method of claim 4,
The test bearing is
An air foil bearing comprising a disk-shaped bearing disk, a back foil attached to the bearing disk, and a top foil covering the back foil,
The bearing support part,
Air foil bearing testing apparatus, characterized in that in contact with one surface of the bearing disk.
상기 베어링 지지부의 측면에는,
외부의 기체를 주입하여 상기 베어링 시험부의 온도를 낮추기 위한 쿨링홀이 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.4. The method of claim 3,
On the side of the bearing support,
Air foil bearing test apparatus, characterized in that a cooling hole for lowering the temperature of the bearing test part by injecting an external gas is formed.
상기 하우징의 측면에는,
상기 쿨링홀에 외부 기체를 공급하는 공급홀 및 갭센서가 설치되는 센서홀이 형성되고,
상기 센서홀은,
상기 공급홀보다 상기 회전구동부에 더 가까이 배치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.7. The method of claim 6,
On the side of the housing,
A supply hole for supplying an external gas to the cooling hole and a sensor hole in which a gap sensor is installed are formed,
The sensor hole is
Air foil bearing test apparatus, characterized in that it is disposed closer to the rotational driving part than the supply hole.
상기 토크측정부는,
로드셀, 상기 로드셀과 접촉하여 상기 로드셀에 압력을 가하는 토크헤드 및 일단이 상기 토크헤드에 연결되고, 타단이 상기 샤프트에 삽입되어 고정된 토크암을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.According to claim 1,
The torque measuring unit,
Air foil bearing testing apparatus comprising a load cell, a torque head contacting the load cell to apply pressure to the load cell, and a torque arm having one end connected to the torque head and the other end inserted into the shaft and fixed.
상기 로드셀은 일면이 로드셀 지지부에 부착되어 고정되어 있고,
상기 토크암은 상기 샤프트의 중심에서 반경방향으로 상기 로드셀의 중심까지 연장된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.9. The method of claim 8,
One side of the load cell is attached to the load cell support and fixed,
The torque arm is an air foil bearing test apparatus, characterized in that extending from the center of the shaft to the center of the load cell in a radial direction.
상기 로드셀은,
상기 토크암의 회전에 의해 상기 토크헤드가 가하는 힘을 측정하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.10. The method of claim 9,
The load cell is
Air foil bearing testing apparatus, characterized in that the force applied by the torque head by the rotation of the torque arm is measured.
상기 회전구동부는,
터보차저(turbocharger)의 터빈부에 대응하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.According to claim 1,
The rotary drive unit,
An airfoil bearing testing apparatus corresponding to a turbine part of a turbocharger.
상기 베어링 시험부는,
상기 터보차저의 임펠러부에 대응하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.12. The method of claim 11,
The bearing test unit,
Airfoil bearing test apparatus, characterized in that it corresponds to the impeller of the turbocharger.
상기 회전구동부는,
상기 회전구동부의 회전 속도를 측정하는 속도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.12. The method of claim 11,
The rotary drive unit,
Airfoil bearing test apparatus comprising a speed sensor for measuring the rotational speed of the rotational driving unit.
상기 회전구동부는,
상기 기체가 유입되는 유입배관 및 상기 유입된 기체가 토출되는 토출배관을 더 포함하고,
상기 속도 센서는 상기 토출배관에 설치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.14. The method of claim 13,
The rotary drive unit,
Further comprising an inlet pipe through which the gas is introduced and a discharge pipe through which the introduced gas is discharged,
The speed sensor is an air foil bearing test apparatus, characterized in that installed in the discharge pipe.
상기 토크측정부 및 상기 속도 센서와 전기적으로 연결되고,
상기 회전구동부의 회전 속도에 따른 상기 테스트 베어링의 토크 정보를 획득하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링 시험 장치.
14. The method of claim 13,
Electrically connected to the torque measuring unit and the speed sensor,
Air foil bearing testing apparatus further comprising a; a control unit for obtaining torque information of the test bearing according to the rotational speed of the rotary driving unit.
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