KR102406531B1 - 정회전 및 역회전이 가능한 가스포일 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정회전 및 역회전이 가능한 가스포일 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일반적인 가스 포일 베어링의 경우, 고속 송풍기의 회전축의 회전방향에 따라, 정/역회전 중 1개 방향으로만 운전이 가능하다. 이로 인해 제품 제작 과정에서 회전 방향성을 고려하여 제작하여야 하며, 이 베어링을 적용한 송풍기의 운전 시험시에도 회전방향의 확인 절차가 필수 사항이다.
이로 인해 회전방향의 확인 절차 없이 반대방향으로 일정시간 동안 운전을 하는 경우 베어링 탑포일이 회전축에 의해 외경방향을 밀려, 외경 측에 설치된 범프포일의 손상이 발생하고, 지속적인 운전으로 인해 탑포일의 내부와 회전축이 마찰을 일으켜, 내부의 고체 윤활제가 박리되고, 회전축 또는 베어링의 파손을 초래한다.
본 발명은 상기 언급한 문제점을 방지하기 위하여 베어링 구성품의 조립형상을 특화하고, 탑포일과 범프포일의 조립 방법을 변경하여 정/역회전이 가능한 가스포일 베어링을 만들기 위한 것이다.

Description

정회전 및 역회전이 가능한 가스포일 베어링{Gas foil bearings capable of forward and reverse rotation}
본 발명은 정회전 및 역회전이 가능한 가스포일 베어링에 관한 것이다.
현대의 터보송풍기 시장에서는 동일 성능 대비 장비의 소형화와 냉각/윤활 오일을 사용하지 않아 유지관리비용이 절감되면, 환경 친화적인 송풍기를 요구하고 있다.
이러한 장비의 소형화를 달성하기 위해서는 압축장치를 구동하는 회전축을 고속으로 회전시켜야 하나 이는 기존의 접촉식 베어링의 사용은 어렵다, 또한, 환경친화적이며, 유지보수 비용을 절감하기 위해서는 기존 베어링 오일 급유 베어링의 사용도 어렵다.
이러한 두 가지 문제를 해결하는데, 적합한 베어링은 가스포일 베어링과 자기 베어링이 있으나, 자기베어링은 고가의 제작비와 별도의 제어장치가 필요하게 되어 가스포일 베어링과 비교할 때 초기 도입비가 많이 소모된다.
상기의 언급한 내용들을 종합하여 보면, 가스포일 베어링은 소형화, 고속화, 환경친화적이고, 저렴한 비용이라는 장점으로 현대의 터보송풍기 시장에 적합한 대안이다.
그러나 가스포일 베어링의 적용에 있어서, 몇가지 문제점이 있다.
이 문제점은 터보 송풍기의 공기를 압축, 이송하기 위해서는 회전축의 회전방향이 정해져 있다. 기존의 가스포일 베어링은 회전축의 정해진 회전방향에 따라 방향성을 가지게 된다. 다시 말해 회전방향의 역방향으로 회전 시 베어링이 제 역할을 하지 못해 파손되고, 회전축의 손상을 유발하며, 최종적으로는 터보 송풍기의 기능을 하지 못하게 된다.
이러한 역방향 운전은 대체로 제작 공정상 작업자의 실수 또는 제품의 최종 성능시험 시 회전방향의 잘못된 확인으로 인해 발생한다.
대한민국 공개특허공보 10-2017-0075888호(2017.07.04.공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가스포일 레디알 베어링 장치의 제작 공정과 성능시험 확인절차의 철저한 시행을 위한 것으로, 근본적으로 역방향 회전시에도 베어링의 파손이 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은 탑포일과 베어링 캡의 회전 방향을 구속하는 장치의 형상을 구상하고, 탑포일과 범프포일의 조립방법을 변경하여 정회전 및 역회전이 가능한 가스 포일 베어링을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,
첫째로, 탑포일이 회전축의 회전 방향에 따라 회전하지 않도록 고정하는 제 1, 2돌출부와 이와 접촉하는 베어링 캡의 돌기부 형상을 변경하였으며,
둘째로, 탑포일 외경부에 조립되는 범프포일을, 기존의 1방향 조립과 달리 탑포일의 외주연측 절개선을 기준으로 양방향으로 압축력을 흡수할 수 있도록 배치한 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 하기와 같은 효과를 가진다.
첫째, 회전축의 회전방향에 관계없이 일괄적으로 베어링의 조립이 가능하다.
둘째. 회전축의 전방부와 후방부에 조립되는 베어링의 방향을 상이하게 조립할 필요없이 동일한 베어링의 조립이 가능하여, 생산성이 향상된다.
셋째, 베어링 조립 공정에서 방향 미확인으로 인한 불량률이 감소된다.
넷째, 최종 터보 송풍기 성능시험 시 시험원의 실수로 역회전 운전에도 베어링의 손상으로 인한 제품 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 베어링 캡의 형상을 나타낸 일실시예의 도면.
도 2는 본 발명의 탑포일의 형상을 나타낸 일실시예의 도면.
도 3은 본 발명의 탑포일과 범프포일의 조립체 형상을 나타낸 일실시예의 도면.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도하지 않는다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징으로 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정회전 및 역회전이 가능한 가스포일 베어링을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 정회전 및 역회전이 가능한 가스포일 베어링은 탑포일(10), 범프포일(20), 베어링 하우징(30), 베어링 캡(40)을 포함한다.
상기 회전축(미도시)은 사전설정방향으로 회전되는 일반적인 축으로서, 이러한 회전축의 회전방향에 따라 베어링의 조립형태 및 구조가 달라지지만, 본 발명에서는 이러한 회전축의 회전방향에 상관없이 베어링의 조립이 일괄적으로 가능한 구조를 가진다.
상기 탑포일(10)은 전술된 회전축이 중앙에 회전가능하게 관통삽입되는 부분으로, 탑포일(10)의 내경부에는 회전축이 조립되는 것이며, 내부가 관통된 원통형 형상을 가진다. 즉, 탑포일(10)은 도 3에서와 같이 탑포일(10)의 외경면에 범프포일(20)을 조립하고, 이후 베어링 하우징(30)의 내경에 삽입되는 구조를 가진다.
또한, 이러한 탑포일(10)은 외주연에 축방향으로 절개되어 형성되는 절개선(11)이 있으며, 양측 외주연 상단에서 각각 제 1, 2돌출부(12, 13)가 축방향으로 돌출형성되되, 제 1, 2돌출부(12, 13)는 절개선(11)을 기준으로 절개선(11) 양측에 상호간 이격되어 대칭으로 돌출됨으로써, 이러한 제 1, 2돌출부(12, 13) 사이에는 빈공간인 삽입홈(14)이 형성되도록 한다.
또한, 이러한 탑포일(10)은 상기 제 1, 2돌출부(12, 13)와 대향되도록, 상기 탑포일(10)의 양측 외주연 하단에서 각각 축방향으로 돌출되는 제 3, 4돌출부(15, 16)를 형성한다.
상기 범프포일(20)은 탑포일(10)의 외주연에 장착되는 것으로서, 상기 탑포일(10)의 외주연에 대응되는 원호형상의 제 1, 2범프포일(21, 22)로 구성되며, 이러한 제 1, 2범프포일(21, 22)은 탑포일(10) 외주연에 형성된 절개선(11) 부분에 일단이 상호간 연결고정되고, 타단은 미고정상태로 설치되도록 한다.
상기 베어링 하우징(30)은 전술된 범프포일(20)이 외주연에 장착된 탑포일(10)이 내부에 대응설치되는 베어링이다.
상기 베어링 캡(40)은 전술된 베어링 하우징(30)의 양측에 볼팅체결되되(베어링 하우징(30)의 전/후면에 각각 조립), 상기 탑포일(10)과도 연결고정되도록 설치되어, 상기 회전축의 회전방향으로 탑포일(10)이 동반 회전되지 않도록 위치고정시킴으로써, 회전축의 회전방향으로 탑포일(10)이 동반 회전됨에 따라, 회전축 및 탑포일(10)의 손상을 사전에 방지할 수 있도록 하는 것이다.
이를 위해, 상기 베어링 캡(40)에는 전술된 제 1, 2돌출부(12, 13)가 대응되며 끼움체결되도록, 상기 베어링 캡(40) 내주연 상단에 제 1, 2홈(42, 43)이 함몰 형성되어 있도록 하며, 상기 제 3, 4돌출부(15, 16)가 대응되며 끼움체결되도록, 상기 베어링 캡(40) 내주연 하단에 제 3홈(44)이 함몰형성되도록 한다.
상기 제 1, 2홈(42, 43)의 경우, 제 1, 2돌출부(12, 13)가 각각 대응체결된 후, 각각 0.2mm의 간극이 형성되어 있도록 한다.
이하, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 정회전 및 역회전이 가능한 가스포일 베어링의 결합구조를 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 탑포일(10) 상부의 절개선(11)을 기준으로, 대칭으로 형성되어 있는 제 1, 2돌출부(12, 13)는, 도 1의 베어링 캡(40) 상부의 돌기부(41) 양 옆에 있는 제 1, 2홈(42, 43)에 각각 삽입되도록 조립된다.
상기 탑포일(10) 내부의 회전축이 정회전(ex: 시계방향회전)하게 되면, 탑포일(10)의 제 1, 2돌출부(12, 13) 중 1개소(제 1돌출부(12))가 베어링 캡(40)의 돌기부(41)에 접촉하게 되고, 이로 인해 탑포일(10) 조립체는 고정되게 되며, 이와 반대로 회전축이 역회전(ex: 반시계방향회전)하게 되면, 탑포일(10)에서 또 다른 돌출부(제 2돌출부(13))가 역회전되어 베어링 캡(40)의 돌기부(41)와 접촉하게 되고, 탑포일(10) 조립체는 고정되게 된다.
상기 탑포일(10)과 범프포일(20)의 조립체에서, 탑포일(10) 상부 절개선(11) 상에 각 범프포일(20)의 끝선을 정렬하여 고정하되, 범프포일(20) 하단의 끝선은 탑포일(10)과 고정하지 않고 자유롭게 두도록 결합하는데, 이렇게 조립된 범프포일(20)은 회전축이 회전 시, 탑포일(10)과 회전축 사이에 발생하는 동압에 의해 탑포일(10)이 외경측으로 변형되는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 탑포일 11: 절개선
12: 제 1돌출부 13: 제 2돌출부
14: 삽입홈 20: 범프포일
21: 제 1범프포일 22: 제 2범프포일
30: 베어링 하우징 40: 베어링 캡
41: 돌기부 42: 제 1홈
43: 제 2홈
50: 탑포일과 범프포일 조립체
100: 탑포일 상부 상 범프포일 고정부

Claims (4)

  1. 가스포일 베어링이며,
    사전설정방향으로 회전되는 회전축이 중앙에 회전가능하게 관통삽입되는 탑포일(10);
    상기 탑포일(10)의 외주연에 장착되는 범프포일(20);
    상기 범프포일(20)이 외주연에 장착된 탑포일(10)이 내부에 설치되는 베어링 하우징(30);
    상기 베어링 하우징(30)의 양측에 볼팅체결되되, 상기 탑포일(10)과도 연결고정되도록 설치되어, 상기 회전축의 회전방향으로 탑포일(10)이 동반 회전되지 않도록 위치고정시킴으로써, 회전축의 회전방향으로 탑포일(10)이 동반 회전됨에 따라, 회전축 및 탑포일(10)의 손상을 사전에 방지할 수 있도록 하는 베어링 캡(40); 으로 구성되며,
    상기 탑포일(10)과 베어링 캡(40)은
    외주연에 축방향으로 절개되어 형성되는 절개선(11);
    상기 탑포일(10)의 양측 외주연 상단에서 각각 축방향으로 돌출형성되되, 상기 절개선(11)을 기준으로 절개선(11) 양측에 상호간 이격되어 대칭으로 돌출되는 제 1, 2돌출부(12, 13);
    상기 제 1, 2돌출부(12, 13)가 대응되어 같은 위치에 끼움체결되도록, 상기 베어링 캡(40) 내주연에 상단에 함몰형성되는 제 1, 2홈(42, 43);
    상기 제 1, 2돌출부(12, 13)와 대향되도록, 상기 탑포일(10)의 양측 외주연 하단에서 각각 축방향으로 돌출되는 제 3, 4돌출부(15, 16);
    상기 제 3, 4돌출부(15, 16)가 대응되어 같은 위치에 끼움체결되도록, 상기 베어링 캡(40) 내주연 하단에 함몰형성되는 제 3홈(44);
    상기 제 1, 2돌출부(12, 13) 사이의 삽입홈(14)에 대응되어 같은 위치에 끼워지도록, 상기 베어링 캡(40)의 제 1, 2홈(42, 43) 사이에 형성되는 돌기부(41);가 구비되어,
    상기 탑포일(10)의 회전이 방지되도록 하며,
    상기 제 1, 2홈(42, 43)은
    상기 제 1, 2돌출부(12, 13)가 각각 체결된 후, 각각 0.2mm의 간극이 형성되어 있으며,
    상기 범프포일(20)은
    상기 탑포일(10)의 외주연에 대응되어 같은 원호형상의 제 1, 2범프포일(21, 22)로 구성되며, 상기 제 1, 2범프포일(21, 22)은 탑포일(10) 외주연에 형성된 절개선(11) 부분에 일단이 상호간 연결고정되고, 타단은 미고정상태로 설치됨으로써, 탑포일(10)과 회전축 사이에 발생하는 동압에 의해 탑포일(10)이 외경측으로 변형되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 정회전 및 역회전이 가능한 가스포일 베어링.
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