KR102539698B1 - 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링 - Google Patents

직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링 Download PDF

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KR102539698B1 KR1020220158627A KR20220158627A KR102539698B1 KR 102539698 B1 KR102539698 B1 KR 102539698B1 KR 1020220158627 A KR1020220158627 A KR 1020220158627A KR 20220158627 A KR20220158627 A KR 20220158627A KR 102539698 B1 KR102539698 B1 KR 102539698B1
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Abstract

본 발명은 LEG(Leading Edge Groove) 타입으로 패드에서 오일을 직접윤활방식으로 공급할 수 있는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 원통형 베어링케이스(10)와; 상기 베어링케이스(10)의 격실(11)의 상부에 고정 설치되고, 저널(1) 외주면을 국부적으로 윤활 지지하도록 고정 베어링면(22)이 형성되는 고정패드(20)와; 저널(1)의 하중을 지지하도록 상기 베어링케이스(10)의 격실(11) 하부에 서로 이웃하도록 한 쌍으로 배치되어 틸팅부재(31)에 의해 틸팅되고, 저널(1) 외주면을 국부적으로 윤활 지지하도록 틸팅 베어링면(32)이 형성되는 틸팅패드(30)와; 상기 고정패드(20)와 틸팅패드(30) 단부에 저널(1) 회전방향과 반대방향으로 돌출 형성되는 삼각엣지부(40); 및 상기 삼각엣지부(40)에 내주면에 삼각형으로 함몰 형성되고, 제 1유로(52)를 통하여 오일이 공급되도록 구비되는 메인오일포켓(50);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링을 이용하면, 저널 외주면 전체 영역이 균일하게 직접 윤활됨에 따라 저널 회전하중이 효과적으로 분산 지지됨과 더불어 온도감소, 동력손실이 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

Description

직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링 {Tilting pad journal bearing with direct lubrication}
본 발명은 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 저널의 외주면을 감싸는 복수개의 저널 가장자리에서 오일을 직접윤활방식으로 공급하여 저널에 대한 윤활 효과를 극대화할 수 있는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링에 관한 것이다.
통상 발전소의 터빈 등의 대형 회전 기계에 있어서, 회전축을 안정적으로 지지하기 위해, 틸팅 패드 베어링 장치가 사용되는바, 틸팅 패드 베어링 장치는, 베어링 하우징 내에서 회전축의 주위에 요동 가능한 복수의 틸팅 패드가 배치된다.
그리고, 틸팅패드는 베어링 하우징의 내측에 설치된 피봇에 의해 요동 가능하게 지지되고, 회전축의 회전에 의해, 윤활유가 회전축의 외주면과 틸팅 패드 베어링면 사이로 유입되어 오일막을 형성하도록 구성되지만, 예하중이 없는 센터 피봇은 유량을 많이 공급하더라도 틸팅패드에 유입되는 유량이 작기 때문에 냉각 효과가 현저히 떨어져 틸팅패드 온도상승 및 마모로 인해 수명이 단축되는 실정이다.
이에 종래에 개시된 공개특허 10-2007-0098126호에서, 터빈발전기용의 틸팅패드 저널베어링에 있어서, 상기 틸팅패드 저널베어링의 내부에 축방향 또는 원주방향으로 틸팅패드가 설치되되, 상기 틸팅패드는 축의 하중 방향에 대해 대칭이 되는 위치에 틸팅패드의 피봇이 있도록 설치되고, 상기 각각의 틸팅패드의 내면은 축이 보호되도록 원심주조방법으로 화이트메탈이 접합된 형상으로 구성되는 기술이 선 제기된 바 있다.
또한, 다른 종래기술인 공개특허 10-2015-0092297호에서, 회전축의 주위에 배치되어, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링 패드와, 상기 복수의 베어링 패드와 이들 베어링 패드를 지지하는 베어링 하우징 사이에 개재되어, 각 베어링 패드를 요동 가능하게 지지하는 지지 부재와, 상기 복수의 베어링 패드 중 1개 이상의 베어링 패드의 베어링면에 형성된 적어도 1개의 오일 홈에 윤활유를 공급하도록 구성된 급유 기구를 구비한 틸팅 패드 베어링 장치이며, 상기 적어도 1개의 오일 홈은, 상기 회전축의 정지 시에 있어서 상기 베어링면 중 상기 회전축의 외주면과 접촉하는 접촉 영역의 내측 및 외측에 형성되는 기술이 선 공개된 바 있다.
그러나, 상기 종래기술들은 틸팅패드(베어링 패드)를 이용하여 회전축을 안정적으로 지지하기 위한 것이나, 회전축의 회전속도에 따라 오일이 베어링면에 고르게 분포되지 못하여 수시로 틸팅패드(베어링 패드)를 점검함과 베어링면이 쉽게 손상되는 문제점이 따랐다.
KR 10-2007-0098126 A (2007.10.05.) KR 10-2015-0092297 A (2015.08.12.)
본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 저널이 1개의 고정패드에 의해 상부에서 고정 지지되고, 2개의 틸팅패드에 의해 하부에서 지지되되, 고정패드와 틸팅패드의 단부에 저널 회전방향과 반대방향으로 돌출되는 삼각엣지부를 구비하여 저널 회전 저항을 경감할 수 있는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 상기 삼각엣지부에는 패드의 폭방향으로 넓게 메인오일포켓을 형성하여 저널 외주면 전체 영역이 균일하게 직접 윤활되도록 구성한 하이브리드 틸팅 패드 저널베어링을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이와 함께 별도로 기술하지는 않았으나 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 청구범위를 감안하여 유추할 수 있는 범위 내의 또 다른 목적들도 본 발명의 전체 과제에 포함되도록 한다.
상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적은 수단으로 본 발명에서는, 원통형 격실(11)을 형성하는 메인바디(12)와, 메인바디(12) 양측 테두리에 결합되는 링 형상의 사이드바디(14)를 포함하는 베어링케이스(10)과; 저널(1)의 하중이 직접적으로 전해지지 않도록 상기 베어링케이스(10)의 격실(11)의 상부에 고정 설치되고, 저널(1) 외주면을 국부적으로 윤활 지지하도록 고정 베어링면(22)이 형성되는 고정패드(20)와; 저널(1)의 하중을 지지하도록 상기 베어링케이스(10)의 격실(11) 하부에 서로 이웃하도록 한 쌍으로 배치되어 틸팅부재(31)에 의해 틸팅되고, 저널(1) 외주면을 국부적으로 윤활 지지하도록 틸팅 베어링면(32)이 형성되는 틸팅패드(30)와; 상기 고정패드(20)와 틸팅패드(30) 단부에 저널(1) 회전방향과 반대방향으로 돌출 형성되는 삼각엣지부(40); 및 상기 삼각엣지부(40)의 내주면에 삼각형으로 함몰 형성되고, 제 1유로(52)를 통하여 오일이 공급되도록 구비되는 메인오일포켓(50);을 포함하며, 상기 고정패드(20)의 고정 베어링면(22) 중앙영역에 메인오일포켓(50)보다는 낮은 깊이로 메인오일포켓(50)과 연통되는 센터오일포켓(60)이 원주방향으로 구비되며, 삼각엣지부(40)를 이루는 한 쌍의 경사면이 고정패드(20)와 틸팅패드(30)의 양 측면까지 연장 형성되며, 저널(1)의 하중을 지지하는 상기 틸팅패드(30)의 틸팅 베어링면(32)에 함몰 형성되고, 제 2유로(72)를 통하여 오일이 공급되는 보조오일포켓(70)이 구비되어, 초기 운전 시 저널(1)과 틸팅패드(30) 사이에 오일을 공급하여 유막을 형성하도록 구성됨을 특징으로 한다.
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상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명은 저널이 1개의 고정패드에 의해 상부에서 고정 지지되고, 2개의 틸팅패드에 의해 하부에서 탄력적으로 틸팅 지지되되, 고정패드와 틸팅패드의 단부에 저널 회전방향과 반대방향으로 돌출되는 삼각엣지부를 형성하고, 그 내주면에는 저널에 직접 오일이 공급되어 윤활할 수 있도록 메인오일포켓을 구비하여, 저널 회전 저항을 경감하고 저널 외주면 전체 영역이 균일하게 직접 윤활됨에 따라 저널 회전하중이 효과적으로 분산 지지되는 효과가 있다.
이와 더불어 오일 및 접촉부 메탈의 온도를 감소시키고, 동력손실이 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링의 바람직한 일 실시예를 나타낸 전체 분해사시도.
도 2는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링의 저면 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링의 틸팅패드를 확대하여 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링의 내부구조를 나타내는 종단면도.
이하 첨부된 도면의 구체적인 실시예에 따라 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 기술용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 구체적인 실시예에 따라 달라질 수 있다. 그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 하기의 설명에서 사용된 "상, 하, 전, 후" 등의 방향을 타나내는 표현들은 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의하여 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링의 바람직한 일 실시예를 나타낸 전체 분해사시도이고, 도 2는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링을 저면 방향에서 바라본 전체 분해 사시도이다.
본 발명은 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링에 관련되며, 이는 저널이 1개의 고정패드에 의해 상부에서 고정 지지되고, 2개의 틸팅패드에 의해 하부에서 틸팅작용에 의해 지지되되, 저널 외주면 전체 영역이 균일하게 직접 윤활됨에 따라 저널 회전하중과 저항이 효과적으로 분산 지지될 수 있도록 베어링케이스(10), 고정패드(20), 틸팅패드(30), 삼각엣지부(40) 및 메인오일포켓(50)을 포함하는 주요 구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 베어링케이스(10)는 원통형 격실(11)을 형성하는 메인바디(12)와, 메인바디(12) 양단에 체결되고, 원통형 격실(11) 대비 축소된 사이즈의 기밀홀더(13)를 형성하는 사이드바디(14)를 포함한다.
상기 메인바디(12)는 원통형 바디를 적어도 2등분으로 분할하고, 볼트를 포함하는 체결수단으로 결속하여 형성되고, 양측 테두리에는 링 형상의 사이드바디(14)가 결합 구성된다.
이때 상기 사이드바디(14)는 링플레이트를 적어도 2등분으로 분할하고, 이를 볼트를 포함하는 체결수단으로 결속하여 형성되며, 중앙에 저널(1) 외주면을 감싸도록 기밀홀더(13)가 형성된다.
그리고, 상기 기밀홀더(13)는 내주면에 띠홈이 형성되고, 띠홈에 오일씰(S)을 삽입하여 기밀홀더(13)와 저널(1) 사이에 기밀성을 확보하고, 베어링케이스(10) 안으로 공급된 오일의 외부유출을 차단하게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링의 틸팅패드를 확대하여 나타내는 구성도이고, 도 4는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링의 내부구조를 나타내는 종단면도이다.
본 발명에 따른 고정패드(20)는 상기 베어링케이스(10)의 격실(11)에 고정 설치되고, 저널(1) 외주면을 국부적으로 윤활 지지하되, 저널(1) 또는 샤프트의 하중이 직접적으로 전해지지 않도록 도 4에서와 같이 종단면상 상부에 형성된다.
고정패드(20)의 내주면에는 저널(1) 외주면에 인접되어 지지하도록 저널(1)의 곡률과 동일하게 형성되는 고정 베어링면(22)이 형성된다.
상기 고정패드(20)는 아치형 곡률로 형성되어, 격실(11) 내주면에 밀착된 상태로 볼트를 포함하는 체결수단에 의해 베어링케이스(10)와 결속되고, 내주면에 화이트메탈층이 형성되어 저널(1)을 보호하도록 구비된다.
본 발명에 따른 틸팅패드(30)는 상기 베어링케이스(10)의 격실(11)에 서로 이웃하도록 한 쌍으로 배치되어 틸팅부재(31)에 의해 틸팅되고, 저널(1) 외주면을 국부적으로 윤활 지지하도록 틸팅 베어링면(32)이 형성된다.
상기 틸팅패드(30)는 저널(1)의 곡률과 동일한 아치형 곡률을 갖도록 형성되고, 내주면에 화이트메탈층이 형성되어 저널(1)을 보호하도록 구비된다.
그리고, 상기 틸팅패드(30)는 격실(11) 내주면과 소정의 간격으로 이격된 상태로 틸팅부재(31)에 의해 틸팅가능하게 지지됨에 따라 저널(1) 회전하중에 대응하여 후술하는 메인오일포켓(50)를 통하여 유막을 효과적으로 형성하게 된다.
이때, 상기 사이드바디(14)와 인접하는 틸팅패드(30)의 양 측면에 축핀(34)이 구비되고, 상기 축핀(34)은 사이드바디(14)에 형성되는 축홀(14a)에 삽입되어, 축핀(34)을 중심으로 틸팅패드(30)가 피봇되도록 구비된다.
이에 상기 축핀(34)과 축홀(14a)에 지지된 상태로 틸팅패드(30)의 틸팅 베어링면(32)이 저널(1) 외주면과 최소의 이격 간격을 유지하여, 틸팅패드(30)가 피봇되는 중에도 유막갭이 정밀하게 유지된다.
또한, 상기 틸팅패드(30)는 샤프트의 하중을 지지하도록 도 4에 도시된 바와 같이 종단면상에서 하부에 위치한다.
상기 틸팅패드(30)의 틸팅 베어링면(32)에는 마름모꼴로 함몰 형성되고, 제 2유로(72)를 통하여 오일이 공급되는 보조오일포켓(70)이 구비된다.
상기 보조오일포켓(70)은 초기 운전 시 저널(샤프트)에 오일을 공급하여 유막을 형성하여 샤프트를 띄우기 위한 것으로 틸팅 베어링면(32) 중심부에 형성된다.
한편, 운전 중 오일의 공급은 하기에 기술할 메인오일포켓(50)에서 이루어진다.
본 발명에 따른 삼각엣지부(40)는 상기 고정패드(20)와 틸팅패드(30) 단부에 저널(1) 회전방향과 반대방향으로 돌출 형성되며, 삼각엣지부(40)를 이루는 한 쌍의 경사면이 고정패드(20)와 틸팅패드(30)의 양 측면까지 연장 형성된다.
저널(1)과 패드 사이의 공급된 오일의 거동은 샤프트의 회전방향과 동일하게 회전하며, 이 때 삼각엣지부(40) 경사면은 점도가 높은 오일의 저항을 경감시키는 작용을 한다.
즉, 저널(1)과 같이 회전하는 오일의 일부가 각 패드 사이의 공간에서는 삼각엣지부(40) 경사면에 의해 원활한 흐름으로 거동할 수 있어 보다 향상된 구름작용을 제공하며, 나아가 하기에 기술할 성능평가에서 오일과 메탈의 온도를 낮게 유지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
본 발명에 메인오일포켓(50)은 상기 삼각엣지부(40)에 내주면에 삼각형으로 함몰 형성되고, 제 1유로(52)를 통하여 오일이 공급되도록 구비된다.
상기 제 1유로(52)를 통하여 메인오일포켓(50)으로 공급되는 오일 압력에 따라 고정 베어링면(22) 및 틸팅 베어링면(32)과 저널(1) 외주면 사이에 유막 두께가 조절됨과 더불어 틸팅패드(30)의 피봇 탄력이 제어되므로, 저널(1) 회전 속도 및 하중에 대응하여 유막을 효과적으로 형성할 수 있다.
그리고, 상기 저널(1)이 1개의 고정패드(20)에 의해 상부에서 고정 지지되고, 2개의 틸팅패드(30)에 의해 하부에서 탄력적으로 틸팅지지되도록 구조 개선되어, 저널(10) 외주면 전체 영역이 균일하게 직접 윤활됨에 따라 저널(1)의 회전하중이 효과적으로 분산 지지됨과 더불어 온도감소, 동력손실이 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 2를 참조하면, 상기 고정패드(20)의 고정 베어링면(22) 중앙영역에 메인오일포켓(50)과 연통되는 센터오일포켓(60)이 구비된다.
상기 센터오일포켓(60)은 메인오일포켓(50)보다는 낮은 깊이로 고정패드(20)의 고정 베어링면(22)에 원주방향으로 형성되어, 메인오일포켓(50)에 수용된 오일을 공유하면서 고정 베어링면(22)과 저널(1) 사이에 아치형으로 연장되는 유막띠를 형성하게 된다.
이에 메인오일포켓(50)으로 공급된 오일은 센터오일포켓(60)을 통해 저널(1) 회전방향으로 확산되면서 신속하고 효과적으로 유막이 형성되어 저널(1)을 안정적으로 윤활 지지하게 된다.
특히, 고정패드(20)와 양 틸팅패드(30)에 형성된 메인오일포켓(50)이 저널(1)의 회전방향과 반대측 선단부에 형성되므로 메인오일포켓(50)을 통해 유입되는 오일들은 저널(1)의 회전에 의해 고정 베어링면(22)과 틸팅 베어링면(32)을 따라 신속히 확산 공급되어 안정적이고 효과적인 유막 형성을 도모하게 된다.
[성능시험]
아래 아래 [표 1] 내지 [표 2]는 본원 발명과 종래기술(Spray Bar 타입 틸팅 패드 저널베어링)에 대해, 하중지지능려, 최대메탈온도, 오일 상승 온도, 토크값을 비교한 결과이다.
Figure 112022125469858-pat00001
Figure 112022125469858-pat00002
상기 [표 1] 내지 [표 2]처럼 본원 발명이 종래기술 대비 하중지지능력, 최대메탈온도, 오일 상승 온도, 동력 손실에서 성능이 우수함을 알 수 있고, 이는 본원 발명의 오일 공급 및 유막 형성 성능이 종래기술 대비 우수한 것으로 판단된다.
이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.
1: 저널
10: 베어링케이스
11: 격실 12: 메인바디 13: 기밀홀더
14: 사이드바디 14a: 축홀
20: 고정패드 22: 고정 베어링면
30: 틸팅패드
31: 틸팅부재 32: 틸팅 베어링면 34: 축핀
40: 삼각엣지부
50: 메인오일포켓 52: 제 1유로
60: 센터오일포켓
70: 보조오일포켓 72: 제 2유로

Claims (4)

  1. 원통형 격실(11)을 형성하는 메인바디(12)와, 메인바디(12) 양측 테두리에 결합되는 링 형상의 사이드바디(14)를 포함하는 베어링케이스(10);
    저널(1)의 하중이 직접적으로 전해지지 않도록 상기 베어링케이스(10)의 격실(11)의 상부에 고정 설치되고, 저널(1) 외주면을 국부적으로 윤활 지지하도록 고정 베어링면(22)이 형성되는 고정패드(20);
    저널(1)의 하중을 지지하도록 상기 베어링케이스(10)의 격실(11) 하부에 서로 이웃하도록 한 쌍으로 배치되어 틸팅부재(31)에 의해 틸팅되고, 저널(1) 외주면을 국부적으로 윤활 지지하도록 틸팅 베어링면(32)이 형성되는 틸팅패드(30);
    상기 고정패드(20)와 틸팅패드(30) 단부에 저널(1) 회전방향과 반대방향으로 돌출 형성되는 삼각엣지부(40); 및
    상기 삼각엣지부(40)의 내주면에 삼각형으로 함몰 형성되고, 제 1유로(52)를 통하여 오일이 공급되도록 구비되는 메인오일포켓(50);을 포함하며,
    상기 고정패드(20)의 고정 베어링면(22) 중앙영역에 메인오일포켓(50)보다는 낮은 깊이로 메인오일포켓(50)과 연통되는 센터오일포켓(60)이 원주방향으로 구비되며,
    삼각엣지부(40)를 이루는 한 쌍의 경사면이 고정패드(20)와 틸팅패드(30)의 양 측면까지 연장 형성되며,
    저널(1)의 하중을 지지하는 상기 틸팅패드(30)의 틸팅 베어링면(32)에 함몰 형성되고, 제 2유로(72)를 통하여 오일이 공급되는 보조오일포켓(70)이 구비되어, 초기 운전 시 저널(1)과 틸팅패드(30) 사이에 오일을 공급하여 유막을 형성하도록 구성됨을 특징으로 하는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 사이드바디(14)와 인접하는 틸팅패드(30)의 양 측면에 축핀(34)이 구비되고, 상기 축핀(34)은 사이드바디(14)에 형성되는 축홀(14a)에 삽입되어, 축핀(34)을 중심으로 틸팅패드(30)가 피봇되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 직접윤활식 틸팅 패드 저널베어링.
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