KR20090075272A - 긴 수명 래디알 포일베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안정된 긴 수명의 래디알포일베어링을 제공한다.

래디알포일베어링, 동압베어링, 공기베어링

Description

긴 수명 래디알 포일베어링 {long life foil bearing}

제1도 : 래디알 포일베어링의 종래 형태

제2도 : 개선된 래디알 포일베어링

동압기체베어링은 적은 마찰손실과 액체윤활유의 불필요성 등의 이유로 고속회전응용분야에 널리 사용되고 있으며, 특히 구름베어링으로 지지하기 어려운 초고속분야와 액체 윤활유를 사용하기 어려운 곳에 주로 사용되어 지고 있다. 특히 컴플라이언트 동압 유체필름베어링(Compliant hydrodynamic fluid-film bearing)이라고 불리는 포일베어링은 고정형태의 틸트패드베어링에 비하여 확연하게 높은 성능을 제공하며, 최근 20년간 비약적인 발전을 하여 왔으며 항공기 공기조화장치에서 적용되고 있으며, 특히 10만 RPM이 넘는 초고속회전의 극저온용 터보압축기와 같은 고속회전기계에 사용되고 있다. 항공에서의 포일베어링은 1970년부터 환경조절장치(ECS)에서 케빈 내의 압력과 온도를 조절하는 핵심구성품인 ACM(Air Cooling Machine)에 주로 사용되고 있으며, 이 응용에서 포일베어링은 오일시스템이 없으므로 캐빈 내부를 오염시키지 않고, 정해진 정비일정 없이 볼베어링에 비하 여 충분히 긴 시간의 안정적 동작을 가능하게 하였다.

미국에 출원된 관련 특허는 다음과 같다. 4,300,806 ; 5,915,841; 5,988,885; 4,465,384; 5,498,083; 5,584,582; 6,024,491; 6,190,048 B1; 4,624,583; 3,893,733; 3,809,443; 4,178,046; 4,654,939; 4,005,914; 5,911,511; 5,534,723; 5,427,455; 5,866,518

최근에 와서 상기한 ACM보다는 더욱 축이 무겁고 회전수가 높은 제품에 포일베어링을 적용하기 위하여 고하중을 지지할 수 있는 범프타입 포일베어링을 적용하기 시작하였다. 리프타입과 다르게 범프타입은 도1과 같이 범프형태의 스프링을 포함하고 있으며 스프링의 마찰에 의하여 감쇄를 얻고 있어, 근본적으로 마모에 의하여 베어링의 동작수명이 결정되게 되어 있다. 물론 기동정지시에 탑포일(2)과 축(1)의 마찰에 의하여 탑포일(2) 내경에 도포되어 있는 코팅이 손상되는 것도 자주 기동정지를 반복하는 차량이나 소형제품에 있어서는 수명을 제한하는 것이지만, 장시간 사용하는 산업용 제품에 있어서는 기동정지보다는 장시간 구동에 의한 마모가 가장 중요한 수명제한 요소라 할 수 있다.

마모를 제거하기 위하여 마찰을 줄이게 되면, 감쇄가 줄어 회전운동 자체가 불안정해져서 수명이 더욱 짧아지게 된다. 따라서 충분한 마찰을 가지면서 마모 여유가 없는 부분을 보호하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다. 즉, 어딘가의 마모는 불가피하며, 그 마모를 넓은 면적으로 분산시켜 마모의 효과가 가장 적게 나타나도록 하고자 하는 것이다.

도1은 종래의 일반적인 포일베어링 형태이며, 범프(6)에 대하여 탑포일(2)이 상대적인 운동이 있어, 장시간 운전 후에 범프(6)의 탑포일(2)와의 접촉면이 마모되어 범프(6)가 끊어지며 베어링의 수명이 다하게 되는 것이다.

본 발명은 범프(6)과 탑포일(2)의 마찰에 의한 범프(6)의 마모가 문제가 되고 있다는 것으로부터, 범프(6)의 본 기능인 스프링과 마찰의 역할을 하면서 직접 마찰이 있는 부분의 면적을 크게 하는 방법을 고안하였다. 즉, 각각의 범프(6)의 산부분(탑포일(2)과 닿는 부분)에 충분히 두꺼우나 스프링 기능에 영향을 주지 않는 정도의 두께를 지닌 커버를 장착하는 것이다. 모든 산마다 장착을 하게 되면 가장 이상적이나 생산이 어려우므로, 범프커버(7) 하나가 몇 개의 산을 보호할 수 있도록 배치하는 것이 바람직하다. 이 때 용접위치는 범프(6)와 범프베이스(5)의 용접 위치에 가까이 결정하는 것이 산의 상대운동 거리를 줄이는 바람직한 방법이다.

이렇게 범프커버(7)를 설치하여도 범프커버 자체가 상대운동을 하게 되므로 전체 운동거리는 동일하게 되며 마찰량이 줄어들지 않는다. 따라서 감쇄기능이 동일한 상태에서 마찰면적을 늘려 마모량을 줄이는 것이 가능해 진 것이다.

범프(6)과 범프베이스(5) 사이의 마모도 존재하고 있으나, 통상적으로 범프(6)의 높이가 다르게 되어 있어 범프(6) 산의 일부가 접촉할 때도, 범프(6)과 범프베이스(7) 사이는 전체가 항상 접촉하고 있어 충분한 하중의 분산이 이루어지고 있어 수명에 큰 영향을 미치지는 않지만, 경우에 따라 동일한 방법으로 범프(6)와 범프베이스(7) 사이에 보호 커버를 추가할 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이 범프커버(7)를 범프(6)에 복수로 적용함으로써 탑포일(2)과 범프(6)의 상대운동을 줄여 마모를 줄일 수 있으며, 원과 원이 외접하던 형태의 접촉을 원과 직선이 접촉하도록 하여 접촉면적을 증가시켜 범프(6)의 마모를 최소화할 수 있다. 즉, 범프(6)의 마모가 최소화되면서 베어링 자체의 수명을 확보하게 되는 것이다.

Claims (1)

1. 범프(6)를 사용하는 범프형 래디알 포일베어링에 있어서;

   각각의 범프(6)에 고정된 복수의 범프커버(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 래디알 포일 베어링.

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