KR20000056446A - Air foil bearing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에어포일베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전자를 축방향과 반경방향으로 지지하는 에어포일베어링에 관한 것이다.The present invention relates to an airfoil bearing, and more particularly, to an airfoil bearing for supporting a rotor in an axial direction and a radial direction.
통상적으로 에어포일베어링(air foil bearing)은 터보압축기, 터보쿨러, 터보발전기같은 터보머신내에서 고속으로 회전하는 회전자를 축방향과 반경방향으로 지지하는데 사용된다.Air foil bearings are typically used to support rotors rotating at high speed in turbomachines such as turbocompressors, turbocoolers and turbogenerators axially and radially.
이러한 에어포일베어링은 플레이트상에 탄성력을 가지는 포일이 상호 중첩되도록 용접되어 있다. 이것은 대략 S자형에 가까운 유선형의 형상을 가지는데, 꼬리부는 플레이트측에 위치하고, 에지부는 그 반대방향에선 인접하는 포일의 외면에 접촉하게되어 있다. 그리고, 포일의 곡률반경은 에지부로 갈수록 줄어든다.Such airfoil bearings are welded such that the elastic foils overlap each other on the plate. It has a streamlined shape that is approximately S-shaped, where the tail is located on the plate side, and the edge is in contact with the outer surface of the adjacent foil in the opposite direction. The radius of curvature of the foil decreases toward the edge portion.
한편, 상기 에어포일베어링은 회전자의 축방향에 대하여 반경방향으로 설치되어 있다. 이때, 회전자가 회전하게 되면, 포일과 회전자사이의 공간으로 유입되는 고압의 가스로 인하여 탄성력을 가지는 포일이 회전자로부터 멀어지는 방향으로 변형하게 된다.On the other hand, the air foil bearing is provided in the radial direction with respect to the axial direction of the rotor. At this time, when the rotor is rotated, the foil having elastic force is deformed in a direction away from the rotor due to the high-pressure gas flowing into the space between the foil and the rotor.
이에 따라, 회전자는 탄성포일로부터 부상한다. 즉, 회전자는 초기속도로부터 회전속도가 정상속도에 도달할 때까지는 탄성포일의 외면과 계속 접촉해 있다가, 유입되는 고압의 가스로 인하여 회전자와 접촉한 탄성포일이 아랫방향으로 가압되어 탄성변형되면서부터 부상하여 회전하는 것이 가능하다.Thus, the rotor rises from the elastic foil. That is, the rotor keeps in contact with the outer surface of the elastic foil from the initial speed until the rotational speed reaches the normal speed, and the elastic foil in contact with the rotor is pressurized downward due to the high pressure gas flowing therein so that the elastic deformation It is possible to rotate from the rising.
그런데, 종래의 에어포일베어링은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.However, conventional air foil bearings have the following problems.
중첩되도록 설치된 탄성포일이 충분한 강성도(stiffness)를 확보하지 못하게 되면, 탄성포일이 플레이트에 접촉할때까지 아래 방향으로 탄성변형한다. 이것은 베어링의 초기 동작시 회전자의 축방향변위가 크다는 것으로 회전자에 대하여 하중을 지지하는 능력이 부족하다는 것을 의미한다.If the elastic foils installed to overlap do not have sufficient stiffness, they elastically deform downward until the elastic foil contacts the plate. This means that the rotor's axial displacement during the initial operation of the bearing is large, which means that it lacks the ability to support the load against the rotor.
또한, 회전자가 정상속도로 회전시, 탄성포일은 플레이트와 접촉하고 있으므로 축방향의 부하에 대하여 댐핑력(damping force)이 저하된다.In addition, when the rotor rotates at a normal speed, the damping force is lowered against the axial load because the elastic foil is in contact with the plate.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 회전자에 대한 하중지지력과 댐핑력을 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 에어포일베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and an object thereof is to provide an airfoil bearing having an improved structure to improve load bearing and damping force for the rotor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일베어링을 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing an air foil bearing according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 에어포일베어링의 정상부상속도에서의 상태를 도시한 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state at a normal float speed of the air foil bearing of FIG.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10. 에어포일베어링 11. 베이스10. Air Foil Bearing 11. Base
12,120. 탄성포일 12a. 에지부12,120. Elastic foil 12a. Edge
12b. 꼬리부 12c. 평면부12b. Tail 12c. Flat part
13. 보조포일 14. 탄성체13. Auxiliary foil 14. Elastomer
100. 디스크 110. 플레이트100.Disc 110.Plate
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 에어포일 베어링은, 베이스상에 설치되는 플레이트; 상기 플레이트상에 소정간격 이격되며 상호 겹치게 설치되는 복수개의 탄성포일; 상기 탄성포일로부터 연장되어 플레이트측에 일단부가 지지되는 보조포일; 및 상기 탄성포일 상부에 부착되는 탄성체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an airfoil bearing according to an aspect of the present invention includes a plate installed on a base; A plurality of elastic foils spaced apart from each other on the plate and installed to overlap each other; An auxiliary foil extending from the elastic foil and having one end supported on the plate side; And an elastic body attached to an upper portion of the elastic foil.
또한, 상기 탄성포일은 대략 S자 형태로서, 에지부가 인접하는 탄성포일의 외면에 접촉하고, 그 반대되는 꼬리부로부터 연장되는 평면부가 상기 플레이트측에 고정되고, 상기 평면부로부터 보조포일이 연장되는 것을 특징으로 한다.In addition, the elastic foil has a substantially S-shape, the edge portion is in contact with the outer surface of the adjacent elastic foil, the flat portion extending from the opposite tail portion is fixed to the plate side, the auxiliary foil extends from the flat portion It is characterized by.
여기서, 상기 보조포일은 아치형의 형태로 그 일단부가 상기 플레이트상에 탄성적으로 지지되는 것을 특징으로 한다.Here, the auxiliary foil is characterized in that the one end is elastically supported on the plate in the form of an arc.
또한, 상기 회전자의 회전으로 인하여 탄성변형된 탄성포일과 보조포일의 접촉점은 에지부가 인접하는 탄성포일의 외면에 접촉하는 점과, 탄성포일의 안쪽면이 보조포일의 만곡부 정상에 접촉하는 점과, 상기 보조포일의 단부가 플레이트상에 접촉하는 점인 것을 특징으로 한다.In addition, the contact point between the elastically deformed elastic foil and the auxiliary foil due to the rotation of the rotor is the point that the edge portion is in contact with the outer surface of the adjacent elastic foil, the inner surface of the elastic foil is in contact with the top of the bent portion of the auxiliary foil And an end of the auxiliary foil is in contact with the plate.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일베어링을 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an air foil bearing according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 에어포일베어링(10)을 도시한 것이다.1 shows an airfoil bearing 10 according to the present invention.
도면을 참조하면, 상기 에어포일베어링(10)은 베이스부재(11)와, 상기 베이스부재(11)에 부착된 플레이트(110)와, 상기 플레이트(110) 상에 대략 S자형상을 이루는 다수개의 탄성포일(12)과, 상기 탄성포일(12)로부터 연장되는 보조포일(13)을 포함한다.Referring to the drawings, the air foil bearing 10 has a base member 11, a plate 110 attached to the base member 11, and a plurality of substantially S-shaped shapes on the plate 110. An elastic foil 12 and an auxiliary foil 13 extending from the elastic foil 12.
상기 탄성포일(12)의 에지부(12a)는 인접하는 탄성포일(120)의 외면에 접촉하고 있다. 그리고, 상기 에지부(12a)로부터 일체형으로 연장되어 형성되는 꼬리부(12b)로부터는 평면부(12c)가 형성되어 상기 플레이트(110)에 용접되어 고정된다. 상기 평면부(12c)로부터는 상기 보조포일(13)이 연장되어 아치형을 이루고 있다.The edge portion 12a of the elastic foil 12 is in contact with the outer surface of the adjacent elastic foil 120. Then, from the tail portion 12b formed integrally extending from the edge portion 12a, a flat portion 12c is formed and welded to the plate 110 to be fixed. The auxiliary foil 13 extends from the flat portion 12c to form an arc.
상기 보조포일(13)은 평면부(12c)와 일체형으로 형성되고, 그 일단부가 플레이트(110)를 탄성적으로 지지한다. 또한 상기 평면부(12c) 상면에는 탄성체(14)가 부착되어 있다.The auxiliary foil 13 is formed integrally with the flat portion 12c, and one end thereof elastically supports the plate 110. In addition, an elastic body 14 is attached to the upper surface of the flat portion 12c.
한편, 상기 탄성포일(12)은 상기 언급한대로 에지부(12a)가 인접한 탄성포일(120)의 외면에 접촉하는 형태로 중첩되며, 탄성포일(12)의 외면은 디스크(100)의 외주면에 접촉하고 있는 형상이다.On the other hand, the elastic foil 12 is overlapped in the form that the edge portion 12a is in contact with the outer surface of the adjacent elastic foil 120 as mentioned above, the outer surface of the elastic foil 12 is in contact with the outer peripheral surface of the disk 100 It is the shape that I am doing.
상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일베어링(10)의 동작과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the air foil bearing 10 according to an embodiment of the present invention having the above structure as follows.
디스크(100)가 일방향으로 서서히 회전하게 되면, 디스크(100)와 상기 디스크(100)와 접촉하는 탄성포일(12) 사이의 공간부에 고압의 가스가 유입되기 시작한다. 상기 디스크(100)는 그 회전속도가 정상속도에 이를때까지 탄성포일(12)의 에지부(12a)와 접촉해있다. 이렇게 초기시동시 상기 탄성포일(12)의 탄성력만으로 지지하도록 한 것은 저속의 부상속도나 시동 또는 멈춤시 마찰토크 감소에 의한 코팅수명을 확보하기 위함이다.When the disk 100 is slowly rotated in one direction, the high pressure gas starts to flow into the space between the disk 100 and the elastic foil 12 in contact with the disk 100. The disk 100 is in contact with the edge portion 12a of the elastic foil 12 until its rotational speed reaches a normal speed. This is to support only the elastic force of the elastic foil 12 during the initial startup is to ensure the life of the coating by reducing the floating speed of the low speed or friction torque during start or stop.
이어서 상기 공간부에서 가스의 압력은 디스크(100)의 회전력으로 인하여 급속하게 상승하게 되고, 이로 인하여 상기 디스크(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 탄성포일(12)로부터 부상하게 된다.Subsequently, the pressure of the gas in the space portion rises rapidly due to the rotational force of the disk 100, which causes the disk 100 to rise from the elastic foil 12 as shown in FIG. 2.
이렇게 디스크(100)가 상기 탄성포일(12)로부터 부상하게 되면, 탄성포일(12)은 인접하는 탄성포일(120)의 에지부에 의하여 가압되어 디스크(100)로부터 멀어지는 방향으로 변형을 하게 된다. 즉, 상기 샤프트(100)의 외주면에 접촉한 탄성포일(12)은 유입되는 고압의 가스로 인하여 하방으로 가압되고, 이에 탄성적으로 변형하게 된다.When the disk 100 rises from the elastic foil 12 in this way, the elastic foil 12 is pressed by the edge portion of the adjacent elastic foil 120 to deform in a direction away from the disk 100. That is, the elastic foil 12 in contact with the outer circumferential surface of the shaft 100 is pressed downward due to the high-pressure gas flowing therein, and elastically deforms thereto.
여기서, 상기 에어포일베어링(10)이 큰 하중지지능력을 가지기 위해서는 탄성포일(12)의 탄성력이 크야하고, 하중을 지지하는 면적이 넓어야 한다.Here, in order for the air foil bearing 10 to have a large load carrying capacity, the elastic force of the elastic foil 12 should be large and the area supporting the load should be wide.
본 발명의 특징에 따르면, 초기 변형후 에지부(12a)는 인접한 탄성포일(120)의 외면에 접촉하고, 상기 탄성포일(12)의 꼬리부(12b)는 평면부(12c)로부터 연장된 보조포일(13)의 만곡부 정상에 접촉하게 되어 큰 강성도를 가지게 된다. 이에 따라 하중지지력이 커지게 된다.According to a feature of the invention, after initial deformation, the edge portion 12a is in contact with the outer surface of the adjacent elastic foil 120, and the tail portion 12b of the elastic foil 12 is an auxiliary extending from the flat portion 12c. It comes in contact with the top of the curved portion of the foil 13 to have a large stiffness. As a result, the load bearing force becomes large.
더구나, 상기 보조포일(13)은 아치형의 형상이어서 얇은 두께를 가지는데 비하여 비교적 큰 탄성력을 가지므로 더 이상 변형을 일으키지 않게 되고, 탄성포일(12)이 인접하는 탄성포일(120)과 접촉하는 면적이 에지부(12a)로부터 상기 보조포일(13)의 만곡부 정상까지의 영역인 A구간만큼의 면적을 확보하여 상기 디스크(100)에 대한 하중지지력이 더욱 증가되는 결과를 낳게 된다.In addition, the auxiliary foil 13 has an arcuate shape and thus has a relatively large elastic force, so that the auxiliary foil 13 does not cause any further deformation, and the elastic foil 12 is in contact with the adjacent elastic foil 120. The area as much as section A, which is an area from the edge portion 12a to the top of the curved portion of the auxiliary foil 13, is secured, resulting in a further increase in the load bearing capacity for the disc 100.
그리고, 시동중 접촉하는 부위가 다수개 되어 마찰에 의한 댐핑력을 극대화시킬 수 있다. 접촉하는 부위, 다시 말해서 유입되는 가스로 인하여 탄성변형시 마찰되는 접촉점이 에지부(12a)의 선단부인 a점, 보조포일(13)의 만곡부 정상부인 b점, 상기 보조포일(13)이 플레이트(110)에 접촉되는 c점이다.In addition, a plurality of contacting parts during starting may maximize the damping force due to friction. The contact point, that is, the contact point rubbed at the time of elastic deformation due to the introduced gas, the a point at the tip of the edge portion 12a, the b point at the top of the curved portion of the auxiliary foil 13, and the auxiliary foil 13 is a plate ( Point c in contact with 110).
상기 에어포일베어링(10)에서 댐핑값은 마찰에 의한 값으로 결정된다. 마찰에 의한 에너지 흡수는 E=μN×l로 나타나는데,(여기서, E:소모에너지, μ:마찰계수, N:수직력, l:이동거리를 말한다.) b부분에 비해 a부분은 아치형의 변형에 따른 이동거리가 b부분의 두배가 되어 2배의 댐핑효과를 얻을 수 있다.The damping value in the air foil bearing 10 is determined as a value due to friction. The energy absorption due to friction is represented by E = μN × l (where E is energy consumption, μ: friction coefficient, N: vertical force, and l: travel distance). The moving distance is double the b part, and the damping effect can be doubled.
한편, 상기 에어포일베어링(10)은 타베어링에 비하여 정상 하중상태에서 외부의 외란에 의한 디스크(100)의 변위차가 심하여 안정된 운전이 요구되는데, 상기 평면부(12c) 상면에 변위량을 최소화시킬 수 있는 탄성체(14)가 설치되어 있으므로 과다한 부하가 걸릴 경우에 포일(12)의 파손을 방지하도록 탄성적으로 지지하여 준다.On the other hand, the air foil bearing 10 is stable compared to the other bearing in the normal load state due to the displacement of the disk 100 due to external disturbance is required to be stable operation, the amount of displacement on the upper surface of the flat portion (12c) can be minimized Since the elastic body 14 is provided, the elastic body 14 is elastically supported to prevent breakage of the foil 12 when an excessive load is applied.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명의 에어포일베어링은 탄성포일과, 상기 탄성포일로부터 연장되는 보조포일이 형성됨으로써, 회전자가 고속으로 회전하게 되면 이중의 강성도를 가지게 되어 회전자에 대한 하중지지력을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다. 또한, 탄성포일과 보조포일이 접촉하는 부위가 다수개 형성되어 있으므로 마찰에 의한 댐핑효과가 크고, 탄성포일의 하부에 탄성체가 설치되어 있어서 탄성포일의 파손을 미연에 방지할 수 있다.As described above, the air foil bearing of the present invention is formed by the elastic foil and the auxiliary foil extending from the elastic foil, when the rotor rotates at high speed has a double stiffness to improve the load bearing capacity for the rotor It has the advantage of being able to. In addition, since a plurality of portions in contact with the elastic foil and the auxiliary foil are formed, the damping effect due to friction is large, and an elastic body is installed under the elastic foil, thereby preventing damage to the elastic foil in advance.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110502 Year of fee payment: 6 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |