KR20060014159A - 공기포일베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기포일베어링에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 목적은 부상속도와 하중지지능력이 함께 향상되도록 마련된 공기포일베어링을 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 공기포일베어링은 회전축이 삽입되도록 축삽입공이 형성된 베어링하우징과; 상기 축삽입공의 내주면에 고정되는 고정단과, 상기 회전축의 초기기동 및 저속회전시에는 상기 회전축의 외주면을 지지하고 상기 회전축의 고속회전시에는 상기 회전축의 외주면으로부터 이격되는 자유단을 구비하는 복수의 주포일과; 상기 축삽입공의 내주면에 고정되는 고정단과, 상기 회전축의 초기기동 및 저속회전시에는 상기 주포일과 이격되고 상기 회전축의 고속회전시에는 상기 주포일을 상기 회전축 쪽으로 지지하는 자유단을 구비하여 상기 각 주포일 사이에 마련되는 보조포일을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 각 주포일은 인접한 상기 보조포일과 상기 고정단을 공유하도록 일체로 마련된다.

Description

공기포일베어링 {AIR FOIL BEARING}

도 1은 본 발명에 따른 공기포일베어링의 구조를 도시한 단면도로, 초기기동 및 저속회전시의 상태를 나타낸 것이다.

도 2는 도 1의 요부를 확대 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 공기포일베어링의 구조를 도시한 단면도로, 고속회전시 회전축이 부상된 상태를 나타낸 것이다.

도 4는 도 3의 요부를 확대 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 회전축 10: 베어링하우징

11: 축삽입공 11a: 고정홈

20: 주포일 21: 제1자유단

30: 고정단 40: 보조포일

41: 제2자유단

본 발명은 공기포일베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부상속도와 하중 지지능력이 함께 향상되도록 마련된 공기포일베어링에 관한 것이다.

일반적으로 공기포일베어링은 터보압축기나 터보발전기와 같은 고속회전기기의 회전축을 지지하는데 사용되는 것으로, 회전축과 베어링 하우징 사이에 얇은 박판 형상의 다수의 포일(foil)이 마련된다.

따라서 이러한 공기포일베어링은 포일과 회전축 사이에 압축공기가 삽입되며 형성되는 공기막에 의해 회전축을 지지하게 되며, 이러한 공기포일베어링은 각 포일이 소정의 곡률을 갖으며 다소 평평하게 판상으로 마련된 멀티리프(multileaf)형과, 각 포일이 굴곡진 다수의 범프형상을 갖도록 마련된 범프(bump)형으로 구분된다.

이중 범프(bump)형 공기포일베어링은 복잡한 범프형상을 형성해야 하는 만큼 제작이 어렵게 되는 반면, 상기 멀티리프(multileaf)형은 그 제작이 용이하기 때문에, 종래에는 주로 상기 멀티리프(multileaf)형 공기포일베어링이 많이 사용되고 있다.

이러한 종래 멀티리프(multileaf)형 공기포일베어링은 회전축이 삽입되도록 중심에 축삽입공이 형성된 베어링하우징과, 축삽입공 내주면에 원주방향을 따라 형성된 복수의 주포일고정홈과, 주포일고정홈의 사이에 마련된 보조포일고정홈과, 각 주포일고정홈에 그 고정단이 고정되는 주포일과, 각 보조포일고정홈에 그 고정단이 고정되는 보조포일을 구비한다.

또 각 각각의 주포일은 그 자유단을 통해 인접한 주포일과 겹쳐지도록 마련되고 이러한 주포일의 자유단은 회전축의 외주면을 지지하도록 마련되며, 각 보조 포일의 자유단은 인접한 주포일을 상기 회전축 쪽으로 지지하도록 마련된다.

이러한 구성을 통해 회전축이 일방향으로 서서히 회전하게 되는 초기기동 및 저속회전시에는 회전축과 주포일 사이에 고압가스가 유입되기 시작하며, 회전축이 정상속도로 회전하게 되는 고속회전시에는 회전축과 주포일 사이에 형성되는 공기막에 의해 회전축이 주포일로부터 부상하게 되며 주포일은 회전축으로부터 축삽입공 내주면 측으로 이격되고, 이를 통해 회전축은 공기막에 의해 지지되게 된다.

이때 상기 주포일을 회전축 쪽으로 지지하도록 마련된 보조포일은 회전축이 부상되는 고속회전시 주포일을 지지함으로써 공기포일베어링의 하중지지능력이 향상되도록 한다.

그러나 이러한 종래 공기포일베어링은 상기 보조포일이 회전축의 초기기동 및 저속회전시에도 상기 주포일을 회전축 쪽으로 지지하도록 마련되어 있어 회전축이 신속히 부상되도록 하는 것을 어렵게 하기 때문에, 하중지지능력은 향상되는 반면 회전축의 부상속도가 저하되도록 하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 회전축의 부상속도와 하중지지능력이 함께 향상되도록 마련된 공기포일베어링을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 회전축이 삽입되도록 축삽입공이 형성된 베어링하우징과, 상기 축삽입공의 내주면으로부터 상기 회전축 측으로 연장 된 복수의 주포일을 구비하는 공기포일베어링에 있어서, 상기 각 주포일 사이에는 상기 회전축의 초기기동 및 저속회전시 상기 주포일과 이격되고 상기 회전축의 고속회전시 상기 주포일을 상기 회전축 쪽으로 지지하도록 복수의 보조포일이 마련된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 각 주포일은 상기 축삽입공의 내주면에 고정되는 고정단과, 상기 회전축의 초기기동 및 저속회전시에는 상기 회전축의 외주면을 지지하고 상기 회전축의 고속회전시에는 상기 회전축의 외주면으로부터 이격되는 자유단을 포함하고, 상기 보조포일은 상기 축삽입공의 내주면에 고정되는 고정단과, 상기 회전축의 초기기동 및 저속회전시에는 상기 주포일과 이격되고 상기 회전축의 고속회전시에는 상기 주포일을 상기 회전축 쪽으로 지지하는 자유단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 주포일은 인접한 상기 보조포일과 상기 고정단을 공유하도록 일체로 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 주포일은 상기 회전축의 회전방향을 따라 인접한 상기 각 보조포일과 일체로 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축삽입공의 내주면에는 상기 각 주포일의 고정단이 고정되도록 고정홈이 마련되고, 상기 고정단은 상기 고정홈의 내면을 따라 절곡되도록 마련되어 상기 고정홈 내부에 탄성변형 가능하도록 삽입 고정된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기포일베어링은 상기 주포일과 보조포일이 소정의 곡률을 갖는 평평한 판상으로 마련된 멀티리프(multileaf)형 공기포일베어링인 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 공기포일베어링은 도 1내지 도 4에 도시된 바와 같이, 회전축(1)이 삽입되도록 중심 측에 축삽입공(11)이 형성된 베어링하우징(10)과, 축삽입공(11)의 내주면과 회전축(1)의 외주면 사이에 마련되는 복수의 주포일(20)과, 각 주포일(20) 사이에 마련되는 보조포일(40)을 구비한다.

이러한 공기포일베어링은 멀티리프(multileaf)형 공기포일베어링으로, 주포일(20)과 보조포일(30)은 외측으로 볼록하게 소정의 곡률을 갖으며 다소 평평하게 형성된 판상으로 마련되고, 상기 보조포일(30)은 주포일(20)보다 다소 짧게 형성된다.

각 주포일(20)은 축삽입공(11)의 내주면 측 고정단(30)이 축삽입공(11)의 내주면에 원주방향을 따라 등간격으로 상호 이격되도록 마련된 고정홈(11a)에 고정되고, 회전축(1)의 외주면 측 제1자유단(21)이 회전축(1)의 회전방향 측으로 인접한 주포일(20)에 접하도록 마련되어 인접한 주포일(20)과 겹쳐지도록 마련되는데, 이러한 제1자유단(21)은 회전축(1)의 초기기동 및 저속회전시 회전축(1)의 외주면에 지지된 상태가 되고, 회전축(1)이 정상속도로 회전하게 되는 고속회전시 회전축(1)과 주포일(20) 사이에 형성되는 공기막에 의해 탄성변형되며 회전축(1)으로부터 이격되어 회전축(1)이 공기막에 의해 부상하도록 한다.

또 각 보조포일(40)은 축삽입공(11) 내주면 측 고정단(30)과 회전축(1)의 외 주면 측 제2자유단(41)을 구비하며, 상기 제2자유단(41)은 회전축(1)의 초기기동 및 저속회전시에는 상기 주포일(20)과 이격되고 상기 회전축(1)의 고속회전시에는 상기 주포일(20)을 상기 회전축(1) 쪽으로 지지하도록 마련된다.

이와 같이 마련되는 보조포일(40)의 구성은 회전축(1)의 속도에 따라 저속에서는 주포일(20)과 이격되도록 마련되어 주포일(20)이 축삽입공(11)의 내주면 측으로 용이하게 탄성변형될 수 있도록 함으로써 회전축(1)의 부상이 신속하게 이루질 수 있도록 하고, 회전축(1)이 부상되는 고속회전시에는 주포일(20)을 회전축(1) 쪽으로 지지하여 하중지지능력이 향상되도록 함으로써 회전축(1)의 부상속도와 하중지지능력이 함께 향상될 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 상호 인접된 상기 주포일(20)과 보조포일(40)은 그 고정단(30)을 공유함으로써 일체로 형성되는데, 이는 주포일(20)과 보조포일(40)을 일체로 형성하여 부품수를 줄임과 동시에 주포일(20)과 보조포일(40)의 고정단(30)을 고정시키기 위해 축삽입공(11)의 내주면에 형성되는 고정홈(11a) 수를 줄여 공기포일베어링의 전체적인 제작성이 향상되도록 한다.

즉, 각 주포일(20)은 회전축(1)의 회전방향을 따라 인접한 각 보조포일(40)과 일체로 마련되는데, 이처럼 일체로 마련된 주포일(20)과 보조포일(40)은 하나의 금속박판으로 마련되고, 상기 고정단(30)은 일체로 마련된 주포일(20)과 보조포일(40) 사이의 금속박판을 고정홈(11a)의 형상과 대응하도록 고정홈(11a)의 내면을 따라 절곡가공하여 형성되어 상기 고정단(30)이 주포일(20)의 고정단(30)을 이룸과 동시에 각 주포일(20)과 일체로 마련되는 각 보조포일(40)의 고정단(30)을 이루도 록 마련된다.

그리고 이러한 고정단(30)은 축삽입공(11)의 내주면 측에 마련된 고정홈(11a)에 고정되며, 이때 상기 보조포일(40)의 제2자유단(41)이 일체로 마련된 주포일(20)과 이격된 상태된 상태가 되도록 고정된다.

또한, 상기 고정단(30)은 상기 고정홈(11a) 내부에 탄성변형 가능하도록 삽입 고정되는데, 이는 도 4에 굵은 실선 활살표로 도시된 바와 같이, 회전축(1)이 회전함에 따라 상기 주포일(20)이 축삽입공(11) 내주면 측으로 탄성변형되며 이동할 경우, 이러한 고정단(30)이 고정홈(11a) 내부에서 상기 회전축(1)의 역회전방향으로 힘을 받으며 탄성변형되도록 하여 상기 보조포일(40)이 이러한 고정단(30)의 탄성변형을 통해 주포일(20)의 이동방향의 역방향으로 자동적으로 이동되며 주포일(20)을 지지할 수 있도록 하기 위함이다.

다음은 이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기포일베어링의 동작 및 이에 따른 작용효과에 관하여 설명하도록 한다.

먼저 도 1과 같이, 회전축(1)이 일방향으로 서서히 회전하게 되는 초기기동 및 저속회전시에는 회전축(1)과 주포일(20) 사이에 고압가스가 유입되기 시작하게 되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 이때 상기 일체로 마련된 상기 각 주포일(20)과 보조포일(40)은 축삽입공(11)의 내주면 측으로 이동하게 되는 주포일(20)의 탄성병형이 용이하게 이루어질 수 있도록 각 보조포일(40)의 제2자유단(41)이 각 주포일(20)과 이격된 상태를 유지하게 되고, 이를 통해 회전축(1)의 부상속도가 증가될 수 있게 된다.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 회전축(1)이 정상속도로 회전하게 되는 고속회전시에는 회전축(1)과 주포일(20) 사이에 형성되는 공기막에 의해 회전축(1)이 주포일(20)로부터 부상하게 되며 주포일(20)은 회전축(1)으로부터 축삽입공(11) 내주면 측으로 이동하며 회전축(1)과 이격되고, 이를 통해 회전축(1)은 공기막에 의해 지지되게 되는데, 이때는 도 4에 도시된 바와 같이, 각 주포일(20)이 보조포일(40)의 제2자유단(41)을 통해 회전축(1) 쪽으로 지지되어 공기포일베어링의 하중지지능력이 향상될 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기포일베어링은 주포일 사이에 마련되는 보조포일이 회전축의 초기기동 및 저속회전시에는 주포일과 이격되도록 하고 회전축의 고속회전시에는 주포일을 회전축 쪽으로 지지하도록 마련되어 회전축의 부상속도와 하중지지능력이 동시에 향상될 수 있도록 하는 이점을 갖는다.

또한, 상기 각 주포일은 인접한 상기 보조포일과 고정단을 공유하도록 일체로 마련되어 부품수가 줄어들도록 하는 동시에 각 포일의 고정단을 고정시키기 위한 고정홈 수를 줄여 전체적인 공기포일베어링의 제작성이 용이해지도록 하는 이점을 갖는다.

Claims (6)

1. 회전축이 삽입되도록 축삽입공이 형성된 베어링하우징과, 상기 축삽입공의 내주면으로부터 상기 회전축 측으로 연장된 복수의 주포일을 구비하는 공기포일베어링에 있어서,

   상기 각 주포일 사이에는 상기 회전축의 초기기동 및 저속회전시 상기 주포일과 이격되고 상기 회전축의 고속회전시 상기 주포일을 상기 회전축 쪽으로 지지하도록 복수의 보조포일이 마련된 것을 특징으로 하는 공기포일베어링.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각 주포일은 상기 축삽입공의 내주면에 고정되는 고정단과, 상기 회전축의 초기기동 및 저속회전시에는 상기 회전축의 외주면을 지지하고 상기 회전축의 고속회전시에는 상기 회전축의 외주면으로부터 이격되는 자유단을 포함하고, 상기 보조포일은 상기 축삽입공의 내주면에 고정되는 고정단과, 상기 회전축의 초기기동 및 저속회전시에는 상기 주포일과 이격되고 상기 회전축의 고속회전시에는 상기 주포일을 상기 회전축 쪽으로 지지하는 자유단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기포일베어링.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 각 주포일은 인접한 상기 보조포일과 상기 고정단을 공유하도록 일체로 마련된 것을 특징으로 하는 공기포일베어링.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 각 주포일은 상기 회전축의 회전방향을 따라 인접한 상기 각 보조포일과 일체로 마련된 것을 특징으로 하는 공기포일베어링.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 축삽입공의 내주면에는 상기 각 주포일의 고정단이 고정되도록 고정홈이 마련되고, 상기 고정단은 상기 고정홈의 내면을 따라 절곡되도록 마련되어 상기 고정홈 내부에 탄성변형 가능하도록 삽입 고정된 것을 특징으로 하는 공기포일베어링.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 공기포일베어링은 상기 주포일과 보조포일이 소정의 곡률을 갖는 평평한 판상으로 마련된 멀티리프(multileaf)형 공기포일베어링인 것을 특징으로 하는 공기포일베어링.

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