KR20030078100A - 수윤활 캔드모터 펌프용 분할된 핀 형태의 저어널베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수윤활 캔드모터 펌프용 분할된 핀 형태의 저어널베어링에 관한 것으로, 그 목적은 고온/고압의 물로 윤활되는 열악한 윤활 조건에서 적절한 하중지지용량을 갖고, 낮은 마찰 토오크를 발생시킬 수 있는 세라믹 베어링 소재를 적용하며, 고온 작동 환경에서 세라믹 소재와 금속 하우징의 열팽창률 차이로 인한 열응력을 흡수 가능하도록 설계하여 베어링의 신뢰성을 제공하고 필요수명을 보장하며, 캔드모터 펌프 내의 내부순환냉각재를 베어링 폭방향으로 유동시킬 수 있고, 길이가 긴 저어널베어링 중앙부에 윤활제를 공급할 수 있는 구조 설계를 갖는 저어널베어링을 제공하는데 있다.

본 발명의 구성은 일체형 원자로에 사용되는 캔드모터형 냉각재순환펌프용 베어링에 있어서, 세라믹 소재의 핀 형태 베어링저어널(34)을 저어널하우징(33)에 다수 설치하여 저어널의 역할을 하게하고, 세라믹 소재 베어링(32)과 함께 저어널베어링을 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

수윤활 캔드모터 펌프용 분할된 핀 형태의 저어널베어링{A Segmented Pin Type Journal Bearing for Water Lubricated Canned Motor Pump}

본 발명은 수윤활 캔드모터펌프용 분할된 핀 형태의 저어널베어링에 관한 것으로, 자세하게는 일체형원자로 스마트(SMART)에 장착되는 축류형 캔드모터 냉각재순환펌프용 저어널베어링에 관한 것이며, 특히 펌프 내에서 회전축으로 전달되는 경방향 하중을 지지하는 동시에 내부순환냉각재가 베어링 폭방향으로 유동할 수 있는 유로를 제공할 수 있도록 하며, 고온에서 운전이 가능한 저어널베어링에 관한 것이다.

저어널베어링이 장착되는 축류형 캔드모터 냉각재순환펌프의 개략도는 도 1에 도시되어 있으며, 저어널베어링은 상부저어널베어링집합체(10)와 하부베어링집합체(11)에 각각 장착된다.

상기 일체형원자로 스마트(SMART)에 장착되는 축류형 캔드모터 냉각재순환펌프에는 밀봉된 모터 시스템 내로 베어링을 위한 별도의 윤활제를 공급하는 것이 불가능하므로, 내부순환냉각재(물)를 윤활제로 사용하는 저어널베어링이 설치되어야 한다.

물로 윤활되는 베어링으로서 원자로 내의 방사선 분위기에서 사용 가능하고,유지 보수 없이 장시간 연속 운전을 보장할 수 있도록 베어링 소재로 세라믹을 사용한다. 특히 고온의 내부순환냉각재(물)는 점도가 매우 낮아 베어링 윤활제로 적합하지 않으므로 이와 같은 열악한 조건에서 사용하기 위해 자기 윤활성을 갖고 낮은 마찰력을 발생시키는 세라믹이 베어링 소재로 적합하다.

그러나 일반적으로 세라믹 소재는 충격에 약하고, 취성을 지니고 있어 세라믹 소재만으로 베어링으로 사용하기에는 적절하지 않으므로, 금속재 축에 코팅 처리하여 사용하거나(도 2a 참조), 부싱 형태로 세라믹 소재를 가공하여 사용하게 된다(도 2b 참조).

그러나 원자로용 냉각재순환펌프는 운전 시와 정지 시에 섭씨 100도 이상의 심한 온도 차이를 갖게 되어 금속재질의 축(22)과 세라믹 재질 저어널(20)의 열팽창률 차이로 인한 파손이 발생할 수 있다.

특히 세라믹 부싱을 사용하는 경우, 축과 부싱의 적정 끼워맞춤은 일정 운전 온도를 기준으로 제작하게 되어 기준 온도 이외의 온도에서 베어링이 운전되는 경우 축과 저어널 사이가 헐거운 끼워맞춤으로 인한 안정성 저하 또는 과다 마모가 발생하거나, 지나치게 큰 간섭이 발생하여 열응력으로 인한 저어널 소재의 파손이 발생하게 된다.

냉각재순환펌프용 저어널베어링은 펌프 내에서 회전축으로 전달되는 경방향 하중을 지지하는 동시에 내부순환냉각재가 베어링 폭방향으로 유동할 수 있는 유로를 제공하여야 한다. 이러한 기능을 수행하기 위해 도 2와 같은 구조에서도 저어널 또는 베어링에 폭방향 홈을 가공할 수 있으나, 이 경우에도 축과 베어링 소재의 열팽창률 차이로 인한 열응력의 집중이 더욱 심화되어 베어링의 조기 파손이 발생될 소지가 있다.

따라서 종래의 일반적인 저어널베어링이 일체형원자로용 냉각재순환펌프에는 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고온/고압의 물로 윤활되는 열악한 윤활 조건에서 적절한 하중지지용량을 갖고, 낮은 마찰 토오크를 발생시킬 수 있는 세라믹 베어링 소재를 적용하며, 고온 작동 환경에서 세라믹 소재와 금속 하우징의 열팽창률 차이로 인한 열응력을 흡수 가능하도록 설계하여 베어링의 신뢰성을 제공하고 필요수명을 보장하며, 캔드모터 펌프 내의 내부순환냉각재를 베어링 폭방향으로 유동시킬 수 있고, 길이가 긴 저어널베어링 중앙부에 윤활제를 공급할 수 있는 구조 설계를 갖는 저어널베어링을 제공하는데 있다.

도 1 은 저어널베어링이 설치되는 냉각재순환펌프의 베어링 배치를 설명하는 개략도,

도 2a 내지 2b는 종래 기술에 따른 세라믹 저어널베어링의 적용 방법을 도시한 도면,

도 3 은 본 발명에 따른 저어널베어링이 장착된 냉각재순환펌프의 단면도,

도 4 는 본 발명에 따른 저어널베어링의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 상부저어널베어링 집합체 (11) : 하부베어링집합체

(20) : 세라믹 저어널 (21) : 세라믹 베어링

(22) : 금속 축 (30) : 스테인레스 축

(31) : 베어링 하우징 (32) : 세라믹 베어링

(33) : 저어널하우징 (34) : 베어링 저어널

(35) : 저어널덮개 (36) : 저어널 고정 세트스크류

(37) : 회전 방지 핀 (38) : 베어링 고정판

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 구성은 스테인레스강을 사용한 축에 세라믹 소재의 핀형태 베어링저어널이 내부순환냉각수의 유로를 형성함과 동시에 축과 세라믹 소재의 열팽창 차이로 인한 열응력을 흡수할 수 있는 특수한 형상의 저어널하우징에 원주 방향으로 배치되도록 구성된 저어널베어링을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 따른 저어널베어링이 장착된 냉각재순환펌프의 단면도로서, 도 1에 설명된 냉각재순환펌프의 상부 저어널베어링집합체를 나타내고 있다.

상기 도면에서 내부순환냉각재는 펌프의 하부에서 가압되어 저어널베어링을 지나 축 내부를 통해 순환하는 구조를 갖게 되며, 내부냉각수의 온도는 정상 운전상태에서 약 120℃에 도달하게 된다. 축의 하부에는 스러스트베어링과 조합된 저어널베어링이 설치되며, 저어널베어링은 동일하게 적용된다.

냉각재순환펌프용 베어링은 강성이 충분한 스테인레스축을 주축으로 회전하며, 고온/고압의 물 속에서 윤활이 가능하도록 세라믹 소재를 저어널 및 베어링으로 사용하여야 한다.

도 4 는 본 발명에 따른 저어널베어링의 단면도를 도시하고 있는데, 핀 형태 베어링저어널(34)은 저어널하우징(33)에 열박음되고, 저어널덮개(35)에 의해 베어링 폭방향으로 고정되어 개개 베어링저어널의 회전 및 이동을 방지하게 되며, 조립된 상태로 저어널의 역할을 하게 된다.

조립된 저어널은 베어링(32)과 함께 동수압 유막을 형성하여 베어링에 전달되는 경방향 하중을 지지하게 된다.

도 4의 저어널하우징(33)은 축과 동일한 재질의 스테인레스강으로 가공되며, 축과의 열팽창률은 동일하다. 이로 인해 베어링 역할을 수행하는 세라믹 소재에 전달되는 열응력이 감소되며, 상온 초기 조립상태에서 정상 운전온도에서의 베어링 틈새를 예측 가능하도록 한다.

그리고 도 4에서 베어링저어널과 저어널하우징 사이의 틈새(A)는 베어링 폭방향으로 내부순환냉각재가 유동할 수 있는 유로를 제공하게 되며, 길이가 긴 저어널베어링 중앙부에 윤활제인 내부순환냉각재를 공급하게 된다.

또한 폭방향으로 길게 가공된 홈(A)으로 인해 저어널하우징이 핀 형태 베어링저어널에 비해 온도 증가에 따라 큰 열팽창을 갖게 될 때 갈빗살 형태로 열팽창 차이에 따른 응력을 흡수할 수 있도록 한다.

세라믹 소재에 비해 큰 열팽창률을 갖는 스테인레스강의 축과 저어널하우징이 조립 상태에서 정상운전 온도로 베어링 주변온도가 상승함에 따라 홈(A)의 갈빗살에는 응력이 작용하게 되며, 이때 이 응력의 크기는 스테인레스강의 탄성범위 내에 있도록 한다.

상기 베어링저어널(34)과 베어링(32)은 자기윤활성이 우수한 세라믹 소재로 제작되며, 저어널하우징은 베어링부에 인성 및 강성을 제공할 수 있도록 스테인레스 강으로 제작된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 고온, 고압의 원자로 내부순환 냉각재(물) 환경에서 작동되는 캔드모터형 냉각재순환펌프용 베어링이 개발됨으로서 안정성과 신뢰성이 획기적으로 개선된 일체형원자로의 개념 구현이 가능하게 되었다는 장점이 있어 산업상의 이용이 기대되는 발명이다.

Claims (3)

1. 일체형 원자로에 사용되는 캔드모터형 냉각재순환펌프용 베어링에 있어서,

   세라믹 소재의 핀 형태 베어링저어널(34)을 저어널하우징(33)에 다수 설치하여 저어널의 역할을 하게하고, 세라믹 소재 베어링(32)과 함께 저어널베어링을 구성한 것을 특징으로 하는 수윤활 캔드모터 펌프용 분할된 핀 형태의 저어널베어링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 핀 형태 베어링저어널(34)은 저어널하우징(33)에 열박음되고, 저어널덮개(35)에 의해 베어링 폭방향으로 고정되도록 하여, 베어링(32)과 함께 동수압 유막을 형성하여 베어링에 전달되는 경방향 하중을 지지하고, 베어링저어널과 저어널하우징 사이의 틈새(A)를 이용하여 베어링 폭방향으로 내부순환냉각재가 유동할 수 있는 유로를 제공하게 되며, 길이가 긴 저어널베어링 중앙부에 윤활제인 내부순환냉각재를 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 수윤활 캔드모터 펌프용 분할된 핀 형태의 저어널베어링.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 베어링저어널과 저어널하우징 사이에 폭방향으로 길게 가공된 홈(A)과갈빗살 형태로 제작된 저어널하우징을 이용하여 세라믹 소재와 스테인레스 강의 열팽창 차이에 따른 응력을 흡수할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 수윤활 캔드모터 펌프용 분할된 핀 형태의 저어널베어링.