KR20110033046A

KR20110033046A - 베어링 장치, 오일 분배 기구 및 방법

Info

Publication number: KR20110033046A
Application number: KR1020100091324A
Authority: KR
Inventors: 세르지오 팔롬바; 실비오 지아체띠; 알레산드로 바치
Original assignee: 누보 피그노네 에스피에이
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2011-03-30
Also published as: RU2010138708A; CN102022425B; ITCO20090032A1; JP2011069492A; IT1395717B1; CN102022425A; EP2302240B1; RU2535954C2; EP2543898A1; JP5658515B2; US20110069915A1; EP2302240A1; CA2714762A1; US8657501B2

Abstract

본 발명은 오일을 재분배하기 위한 방법, 패드 및 베어링 장치에 대한 것이다. 이 베어링 장치는: 적어도 하나의 보유 헤드를 갖는 링과; 상기 링의 내측에 배치되며, 상기 적어도 하나의 보유 헤드를 수용하도록 바닥 리세스부를 갖는 적어도 하나의 패드와; 상기 적어도 하나의 패드의 선단 에지에서 오일을 주입하여서, 상기 적어도 하나의 패드의 후단 에지를 향하여 유동시키도록 구성된 오일 분배 기구와; 상기 적어도 하나의 패드의 후단 에지로부터 상기 적어도 하나의 패드의 선단 에지로 상기 오일을 재분배하도록 구성된 상기 적어도 하나의 패드 상의 오일 재분배 기구를 포함한다. 상기 선단 에지는 상기 적어도 하나의 패드의 제 1 에지이고 상기 후단 에지는 제 2 에지로서, 상기 적어도 하나의 패드에 의해 지지된 로터의 회전 방향으로 상기 링의 원주를 따라 이동할 때 만나도록 되어 있다.

Description

베어링 장치, 오일 분배 기구 및 방법{BEARING DEVICE, OIL DISTRIBUTION MECHANISM AND METHOD}

본 명세서에 개시된 실시예는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 베어링 장치 내에 패드를 보유하기 위하여 오일을 재분배하기 위한 기구 및 기술에 관한 것이다.

터보 기계는 발전하고 있으며, 이 분야에 있어서, 가장 최근의 기술은 고속 베어링을 사용할 수 있게 만드는 것이다. 베어링 설계의 많은 분야에 있어서, 로터 베어링 시스템의 설계는 기계의 성능에 직접적으로 영향을 준다. 종래의 설계는 구름 요소(rolling elements), 즉 로터를 지지하는 한편 보유 헤드 둘레에서 피봇운동할 수도 있는 패드 또는 슈즈(shoes)를 베어링에 제공하는 것이었다. 그러나, 고속 및/또는 고압력에서는, 구름 요소의 부하 용량(load capacity) 및 강성 한계(stiffness limit)가 초과되어서, 터보 기계의 성능 및 예측 수량이 감소된다. 되었다. 예를 들어, 주변 속도가 종래의 터보 기계의 전형적인 속도 이상으로 되면, 베어링 속도 한계를 수용하기 위하여 회전 샤프트의 단부에 배치된 볼 베어링이 초임계 동작(즉, 임계 속도 이상으로 동작하는 것)을 하게 될 수도 있으며, 그러한 경우 로터는 파괴적이면서도 방지가능하지 않은 서브싱크로너스 훨링(subsynchronous whirl) 및 큰 반경방향 편향을 받아서 불안정해질 수도 있다.

그러한 예가 도 1에 도시되어 있다. 이 도 1은 미국 특허 제 6,361,215 호의 도 1에 기초한 것으로서, 상기 특허의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 인용된다. 도 1은 샤프트(12)를 둘러싸는 저널 베어링(10)을 도시한다. 상기 샤프트(12)는 화살표(14)로 표시된 방향으로 회전한다. 저널 베어링(10)은 링(18)에 의해서 적소에 보유되는 5개의 패드(16)를 구비한다. 각각의 패드(16)는 패드(16)의 리세스 구역(22) 내로 삽입된 패드 지지체(20)를 구비한다. 패드 지지부(20)는 링(18)에 고정되어 있는 삽입체(24)에 접속된다. 각각의 패드 지지체(20) 및 리세스 구역(22)은 협동하는 구면(spherical surface)을 구비하여, 샤프트(12)가 회전할 때 샤프트(12)의 표면에 부합하여 패드(16)가 어떠한 방향으로든 자유로이 피봇운동할 수 있게 한다. 추가로, 저널 베어링(10)은 패드(16)와 샤프트(12) 사이에 오일을 지지하기 위하여 링(18) 내측에 규칙적으로 형성된 오일 공급 장치(26)를 갖는다.

그러나, 샤프트(12)가 패드(16)에 대하여 일정 속도 이상으로 회전할 때, 종래의 터보 기계에서 발견되는 문제중 하나는 오일이 부족하다는 것이다. 이러한 문제는, 주변의 샤프트 속도가 증가되는 경우, 악화된다. 오일 부족이라는 것은 회전 샤프트 및/또는 패드를 위한 오일이 충분치 않아, 샤프트와 패드 사이의 오일 막이 끊긴다는 것으로서, 그러면 샤프트와 패드 사이에 고 마찰이 야기되어 고온 및 후속적인 손상으로 안내될 수도 있다.

상기 문제를 해결하기 위하여, 전술한 미국 특허 제 6,361,215 호는 도 2(상기 특허의 도 3에 대응함)에 도시한 바와 같은 해결책을 제안하고 있다. 도 2는 선단 에지(28a) 및 후단 에지(28b)를 갖는 패드(16)의 표면(16a)을 도시한다. 패드(16)는 홈(30)과 유체 연통하고 있는 오일 공급 장치(26)를 갖는다. 따라서, 초기에 오일은 홈(30) 내의 표면(16a) 상에 제공된다. 거기로부터 오일은 [방향(14)을 따라 회전하고 있는 중인] 로터에 의해서 패드(16)의 표면(16a)의 내측을 향해 안내된다. 그러나, 미국 특허 제 6,361,215 호의 5컬럼 43-47행에 설명되어 있는 바와 같이, 오일은 표면(16a)의 중심으로부터 패드(16)의 에지(32a, 32b)를 향해 밀려난다. 표면(16a) 상의 오일 분배를 향상시키기 위하여, 미국 특허 제 6,361,215 호는 패드(16)의 측부에 홈(34a, 34b)을 추가하여, 패드의 중앙으로부터 에지(32a, 32b)를 향해 이동하는 오일을 포획하도록 함으로써, 오일을 재분배하는 것을 제안하고 있다. 따라서, 미국 특허 제 6,361,215 호의 홈(34a, 34b)은, 두개의 구역, 즉, 에지(32a, 32b)에 평행한 제 1 구역(36a, 36b)과, 상기 측부로부터 패드(16)의 중앙을 향하여 오일의 분배를 촉진하도록 경사져 있는 제 2 구역(38a, 38b)을 갖는다.

그러나, 이 방법은 홈(34a, 34b)의 제 2 구역(38a, 38b)이 위치해 있는 후단 에지(28b)의 근방에서 오일 재분배만을 제공하는데, 상기 재분배는 패드(16)의 에지로부터 패드(16)의 중앙을 향하여 발생한다. 따라서 오일 재분배는 제 2 구역(38a, 38b)의 기하학적 구조에 의하여 제한된다. 도 3은 패드(16)의 폭(W)을 가로지른 오일의 압력 재분배를 도시하는데, 이 도면은, 도 2에 있어서 표면(16a)의 중앙으로부터의 오일이 왜 샤프트(12)의 회전에 의해서 에지(32a, 32b)를 향해 이동하도록 강제되었는지를 도시한다.

전형적인 터빈 기계에서 나타날 수도 있는 다른 문제는 공동 현상(cavitation)이다. 공동 현상은 액체의 압력이 그것의 증기압 미만으로 떨어질 때 소정 구역에 유동 액체(예를 들면 오일)의 기포를 형성하는 것이다. 로터가 고속으로 회전할 때에는, 오일의 압력이 그것의 증기압 아래로 떨어져서 공동 현상을 야기하고 충격파를 형성할 수도 있다. 공동 현상에 의해 형성된 충격파는 움직이고 있는 부품을 상당히 손상시킬 정도로 강하기 때문에, 보통 공동현상은 바람직하지 않은 현상이다.

새로운 응용예의 주변 샤프트 속도는 사전결정된 속도를 초과한 속도를 요구하기 때문에, 이러한 응용예가 적절히 기능할 수 있도록 하기 위해서는 상기 약술된 문제가 해결되어야 한다. 저널 베어링의 상황에 대하여 상기 문제를 기술하였지만, 샤프트가 패드에 대하여 고속으로 회전하고 있는 다른 베어링에 있어서도 이러한 문제가 발견된다.

미국 특허 제 6,361,215 호

따라서, 전술한 문제와 결점 뿐만 아니라 후술하는 주제를 고려한 후에 당업자에 의해 이해될 수 있는 다른 문제 및 결점도 제거한 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

하나의 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 보유 헤드를 갖는 링과; 상기 링의 내측에 배치되며, 상기 적어도 하나의 보유 헤드를 수용하도록 바닥 리세스부를 갖는 적어도 하나의 패드와; 상기 적어도 하나의 패드의 선단 에지에서 오일을 주입하여서, 상기 적어도 하나의 패드의 후단 에지를 향하여 유동시키도록 구성된 오일 분배 기구와; 상기 적어도 하나의 패드의 후단 에지로부터 상기 적어도 하나의 패드의 선단 에지로 상기 오일을 재분배하도록 구성된 상기 적어도 하나의 패드 상의 오일 재분배 기구를 포함하는 베어링 장치가 제공된다. 상기 선단 에지는 상기 적어도 하나의 패드의 제 1 에지이고 상기 후단 에지는 제 2 에지로서, 상기 적어도 하나의 패드에 의해 지지되는 로터의 회전 방향으로 상기 링의 원주를 따라 이동할 때 만나도록 되어 있다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 베어링 장치 내에 배치된 패드가 제공된다. 이 패드는, 상기 베어링 장치의 링의 보유 헤드를 수용하도록 구성된 바닥 리세스부를 갖는 본체와; 상기 패드의 선단 에지에서 오일을 주입하여서, 상기 패드의 후단 에지를 향하여 유동시키도록 구성된 오일 분배 기구와; 상기 패드의 후단 에지로부터 상기 패드의 선단 에지로 상기 오일을 재분배하도록 구성된 상기 패드 상의 오일 재분배 기구를 포함한다. 상기 선단 에지는 상기 패드의 제 1 에지이고 상기 후단 에지는 제 2 에지로서, 상기 패드에 의해 지지되는 로터의 회전 방향으로 상기 링의 원주를 따라 이동할 때 만나도록 되어 있다.

또다른 예시적인 실시예에 따르면, 로터를 지지하도록 구성된 저널 베어링의 패드 상에서 오일 재분배 기구를 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은: 상기 패드의 길이를 따라 연장하도록 상기 패드의 내측에 상기 패드의 측면으로부터 직선 도관을 형성하는 단계와; 상기 패드의 길이와 실질적으로 직교하도록 반경방향을 따라 상기 로터에 대향하고 있는 상기 패드의 표면을 통해 제 1 및 제 2 채널을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 채널은 상기 도관과 유체 연통하고 있는 제 1 및 제 2 채널 형성 단계와; 유체가 상기 도관으로부터 누설되지 않도록 상기 패드의 측면과 유체 연통하고 있는 상기 도관의 단부를 봉쇄하는 단계를 포함한다.

본원에 채용되어서, 본원의 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 하나 이상의 실시예를 도시하는 것으로서, 후술하는 설명과 함께 이들 실시예들을 설명할 것이다. 도면에 있어서,
도 1은 종래의 저널 베어링의 개략도,
도 2는 도 1의 저널 베어링의 패드의 표면을 도시하는 도면,
도 3은 도 2의 패드의 폭을 가로지른 압력 분포를 도시하는 그래프,
도 4는 예시적인 실시예에 따라, 오일 재분배를 위해 형성된 채널 및/또는 홈 내의 저널 베어링을 도시하는 개략도,
도 5는 예시적인 실시예에 따른, 오일 재분배를 위한 채널을 갖는 패드의 표면의 개략도,
도 6은 예시적인 실시예에 따라, 패드의 중앙 구역을 가로지른 오일 압력 재분배를 도시하는 그래프,
도 7은 예시적인 실시예에 따라, 패드의 표면을 가로지른 오일 압력 재분배를 도시하는 도면,
도 8은 예시적인 실시예에 따른 하나의 채널을 갖는 패드의 단면도,
도 9는 예시적인 실시예에 따른 두개의 채널을 갖는 패드의 표면을 도시하는 도면,
도 10은 예시적인 실시예에 따른 다수의 채널을 갖는 패드의 표면을 도시하는 도면,
도 11은 예시적인 실시예에 따라, 오일 재분배를 위한 홈을 갖는 패드의 표면을 도시하는 도면,
도 12는 예시적인 실시예에 따라, 복수의 홈을 갖는 패드의 표면을 도시하는 도면,
도 13은 예시적인 실시예에 따라, 채널과 홈을 갖는 패드의 표면을 도시하는 도면,
도 14는 예시적인 실시예에 따른 오일 캐리 백(oil carry back)을 위한 채널을 갖는 패드의 표면을 도시하는 도면,
도 15는 예시적인 실시예에 따라 홈에 평행하지 않은 채널을 갖는 패드를 도시하는 도면,
도 16은 예시적인 실시예에 따른 패드 내에 형성된 오일 재분배 기구를 형성하기 위한 방법의 단계들을 도시하는 플로우 차트.

예시적인 실시예에 대한 하기의 설명은 첨부 도면을 참조한다. 상이한 도면에 있어서 동일 참조 부호는 동일 또는 유사한 요소를 나타낸다. 하기의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 규정된다. 간략함을 위해서, 하기의 실시예는 저널 베어링의 전문 용어 및 구조에 관련하여 기술한다. 그러나, 하기에 기술한 실시예들은 이들 구조 및 시스템을 제한하지는 않아야 하며, 회전하고 패드에 의해 지지되는 샤프트 또는 회전축을 구비하는 다른 베어링 및 시스템에도 적용될 수 있다.

"하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 명세서를 통한 참조는, 일 실시예와 관련하여 기술된 특정 특징, 구조 또는 특성이 개시된 주제의 적어도 일 실시예에 포함되어 있다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서의 각종 개소에서 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"의 구문이 나타나는 것은 반드시 동일 실시예를 참조할 필요는 없다. 추가로 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 또는 그 이상의 실시예에 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

도 4에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 저널 베어링(40)은 복수의 패드(44)를 보유하도록 구성된 링(42)을 구비한다. 상기 패드의 각각은 작동 표면(44a)을 갖는다. 이 패드(44)는 샤프트(도시하지 않음)가 화살표(A) 방향으로 고속으로 (예를 들면 100 내지 170m/s 또는 그 이상으로) 회전할 때 패드가 회전 방향(A)으로 미끄러지는 것을 방지하기 위하여 봉쇄판(blocking plate)(46)에 의해 보유된다. 축방향의 변위를 방지하기 위한 대응하는 보유판(48)이 패드(44)를 링(42)의 근방에 보유한다. 보유판(48)이 스크류(50)에 의해 링(42)에 고정되는 것으로서 도 4에 도시되어 있다. 다른 응용예에 있어서는, 보유판(48)이 당업자에 의하여 인정되는 바와 같이, 다른 수단에 의하여 링(42)에 고정될 수도 있다. 링(42), 봉쇄판(46) 및 보유판(48)은 패드(44)가 보유 헤드(도시하지 않음)를 중심으로 피봇운동할 수도 있는 사전결정된 용적을 규정한다. 패드(44)를 링(42)에 보유하는 것에 대한 세부가 예를 들면, yyy일자로 출원된 "베어링 장치, 보유 기구 및 적어도 하나의 패드를 보유하는 방법"이라는 발명의 명칭의 미국 특허출원 제 xxxx 호에 기술되어 있다. 상기 특허출원은 본 출원과 동일한 제 1 발명자(팜롬바 세르지오(S. Palomba)를 갖고 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다.

도 5에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 패드(44)의 표면(44a)은 오일 캐리 백(oil carry back)을 증진시키기 위하여 각종 홈 및/또는 채널을 구비할 수도 있다. 오일 캐리 백의 공정을 규정하기 위하여, 로터(도 5에는 도시되지 않음)가 소정의 외부 속도(v)(로터의 회전축으로부터 가장 먼 로터상의 지점에서의 선형 속도)로 회전하며, 패드(44)에 대한 회전 방향은 선단(52a)으로부터 후단 에지(52b)를 향한 것이다. 선단 에지(52a)를 후단 에지(52b)에 연결하는 패드(44)의 에지에는 번호(54a, 54b)가 붙여져 있다. 패드(44)와 로터 사이의 오일이 선단 에지(52a)로부터 후단(52b)까지 일 방향으로 이동할 때에는 오일 캐리 오버가 나타난다. 오일이 반대방향으로, 즉 후단 에지(52b)로부터 선단 에지(52a)까지 이동할 때, 오일 캐리 백이 나타난다.

도 2는 오일을 다시 분배하기 위하여 오일 캐리 오버(oil carry over)가 이용된 종래의 패드를 도시한다. 패드에 대한 로터의 속도가 낮을 때 (70m/s 이하일 때) 패드는 오일 캐리 오버를 경험할 수도 있다고 생각된다. 그러나, 고속이고 홈 및/또는 채널의 상이한 구조의 경우에는, 후술하는 바와 같이 오일 캐리 백이 현저하다.

도 5는 패드(44) 내에 채널 만이 형성되는 실시예를 도시한다. 채널(56)은 입구 채널(56a), 출구 채널(56b), 및 입구 채널(56a)을 출구 채널(56b)에 연결하는 도관(56c)을 구비할 수도 있다. 입구 채널(56a)은 하기의 이유로 인하여 선단 에지(52a)보다 후단 에지(52b)에 더 가깝게 제공된다. 도 5가 에지(54a)로부터 소정 거리에 있는 입구 채널(56a) 및 출구 채널(56b)을 도시하고 있지만, 입구 채널과 출구 채널이 에지(54a)에 보다 가까이 제공될 수도 있고, 또 패드(44)의 중앙부에 보다 가까이 제공될 수도 있다. 입구 채널(56a) 및 출구 채널(56b)은 도 8에 채널형 구조를 갖는 것으로서 도시된다. 채널(56)을 따라 계산된 압력이 도 6에 도시된다. A-A선을 따른 패드(44)(도 5에서 X축을 따라 절취됨)의 슬라이스(slice)가 도 6에 도시되어 있다. 압력은 P0에서 가장 높은데, 이 지점은 후단 에지(52b)에 보다 가깝다. 입구 채널(56a)에서의 압력(P1)은 선단 에지(52a)에 보다 가까운 출구 채널(56b)에서의 압력(P2)보다 높다. 따라서 입구 채널(56a)과 출구 채널(56b) 사이의 압력차(ΔP)는 오일 흐름을 결정한다. 그들의 압력차가 양(positive)이도록 입구와 출구가 패드 상에 위치되는 한, 오일 캐리 백 공정이 이루어진다.

도 6에 도시된 압력 곡선은, 예를 들면 패드와 로터 사이의 오일 막의 두께, 길이, 베어링 반경, 오일의 점도 등과 같은 수많은 인자에 따라 달라진다. 따라서 저널 베어링으로부터 저널 베어링까지 그리고 응용예에서 응용예까지 압력 곡선은 변화된다. 그러나, 소정의 저널 베어링에 대하여, 이 저널 베어링의 전술한 인자들이 공지된 경우에는, 예를 들면 레이놀드 방정식을 이용하여 도 6에 도시한 압력 곡선을 계산할 수도 있다. 따라서, 소정의 저널 베어링 및 특정의 조건에 대하여, 입구 채널(56a)이 P0에 보다 가까이 위치하고 출구 채널(56b)이 P2에 가까이 위치하는 것이 바람직하다. 그러나, 응용예에 따라서, 입구 채널(56a)과 출구 채널(56b)이 고압점(P0) 및 저압점(P2)에 반드시 매칭되지는 않을 것이다. 하나의 예시적인 실시예에 있어서는, 역방향으로의, 즉 후단 에지(52b)로부터 선단 에지(52b)로의 오일 흐름을 증진시키기 위하여, 입구 채널(56a)의 위치가 출구 채널(56b)의 위치의 압력보다 높은 압력을 가질 수도 있다. 채널(56)에 이러한 압력 분배를 제공함으로써, 오일 캐리 백 통치(regime)가 이루어진다.

도 7은 패드(44) 위에서의 오일 막의 계산된 압력을 2차원으로 도시한다. 참조부호(1 내지 8)는 최대 압력(8)으로부터 최소 압력(1)까지의 임의의 스케일을 나타낸다. 패드의 중앙 구역에서, 오일은 구역(8)으로부터 구역(1)을 향해 흐른다(선(58)로 표시됨), 즉 오일 캐리 백으로 흐른다.

도 8에 도시한 바와 같이 패드(44)의 측부로부터 직선을 따라 도관(56c)을 형성하도록 구멍을 뚫음으로써 채널(56)이 만들어질 수도 있다. 도 8은 패드(44)에 대하여 방향(14)을 따라 회전하는 로터(60)를 도시한다. 도관(56c)에 도달할 때까지 입구 채널(56a) 및 출구 채널(56b)을 뚫을 수도 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 입구 채널(56a)과 출구 채널(56b)의 양자는 패드(44)의 내측에서 표면(44a)으로부터 연장된다. 그 다음에, 도관(56c)의 단부에는 멈춤부재(62)가 스크류, 볼트, 또는 용접에 의해 고정되어서, 입구 채널(56a)에 들어온 오일이 패드(44)로부터 빠져나가지 못하게 한다. 작동하는 동안, 출구 채널(56b)에서보다 입구 채널(56a)에서 보다 높은 압력을 갖는 오일이 입구 채널(56a)로 들어와서, 도관(56c)을 이동하여, 출구 채널(56b)에서 방출되며, 따라서 후단 에지로부터 선단 에지를 향하여 패드를 가로질러 오일을 재분배한다.

이러한 오일 "재분배" 기구는 부가적인 것으로서, 패드(44)에 오일을 제공하는 채널(64)과 관련된 오일 "분배" 기구와 상이하다. 도 8은 패드(44)를 보유하도록 구성된 보유 헤드(65)를 도시한다. 예시적인 실시예에 따르면, 입구 채널(56a), 출구 채널(56b) 및 도관(56c)은 각기 4mm의 직경을 가질 수도 있으며, 도관(56c)은 대략 10mm의 길이를 가질 수도 있다. 그러나, 이러한 숫자들은 단순히 예시적인 것으로서, 패드의 실제 크기, 로터의 크기 및 중량 등에 따라 달라진다.

패드(44)의 표면(44a) 상에 두개의 채널(56)이 형성된 경우, 입구 및 출구의 분포는 도 9에 도시된 바와 같을 수도 있다. 즉, 입구 채널(56a)은 선단 에지(52a)에 대한 출구 채널(56b)의 위치와 비교하여 후단 에지(52b)에 더 가까울 수도 있다. 게다가, 입구 및/또는 출구가 구역(66)에 의해 둘러싸일 수도 있는데, 이 구역은 입구 및/또는 출구에 소량의 오일을 저장하기 위하여, 패드(44)의 표면(44a)에 대하여 더 낮은 높이를 갖는다. 구역(66)은 당업자라면 인식할 수 있겠지만, 상이한 형상을 갖도록 구성될 수도 있다. 도 9는 오일 공급원(64)과 이 공급원(64)으로부터의 오일의 흐름 방향(65)을 추가로 도시한다.

예시적인 실시예에 따르면, 입구 채널(56a) 및 출구 채널(56b)은 저속의 경우 잠재적인 오일 캐리 오버 통치를 회피하기 위하여 에지(54a, 54b)로부터 멀리 떨어진 곳에 배치된다. 당업자라면 쉽게 이해하겠지만, "멀리 떨어진 거리"라는 단어에서 규정되는 특정 거리는, 응용예마다 변화될 수도 있고, 로터의 속도 및 다른 변수에 따라 달라질 수도 있다.

도 10에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 패드는 두개보다 많은 수의 채널(56)의 조합을 가질 수도 있다. 어떤 채널들(56)은 패드(44)의 중앙 구역에 가까이 형성될 수도 있고, 어떤 채널들(56)은 에지(54a, 54b)에 가까이 형성될 수도 있다. 또한 일 응용예에 있어서는, 다양한 채널(56)의 구역들(56c)의 길이가 상이하여서, 패드 영역(44a)을 더욱 균일하게 덮을 수 있다.

도 11에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 완전히 패드(44)의 표면(44a) 아래에 형성된 도관을 구비하는 채널(56)을 구비하는 대신에, 표면(44a) 상의 고압점과 저압점의 사이에 홈(80)이 형성될 수도 있다. 각 홈(80)은 제 1 단부(82a)가 제 2 단부(82b)보다 후단 에지(52b)에 더 가까이 배치되며, 보다 높은 압력으로 인해서 제 1 단부(82a)에 존재하는 오일은 압력이 보다 낮은 제 2 단부(82b)를 향하여 이동하도록 강제된다. 홈(80)은 단부 구역(82a)에서의 오일 압력이 단부 구역(82b)에서의 오일 압력보다 높도록 홈이 위치되는 경우 오일 캐리 백을 이룰 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 단부(82a, 82b) 중에 어떤 것도 에지(52a, 52b)와 연통하지 않도록 홈(80)이 형성된다. 홈(80)과 도 2에 도시한 홈(36a, 36b) 사이의 그러한 차이는 상이한 오일 유동 구역, 즉 홈(80)(도 11)을 위한 오일 캐리 백 구역과 홈(36a, 36b)을 위한 오일 캐리 오버 구역을 결정한다고 여겨진다. 또한 도 12에 도시한 바와 같이, 홈(80a)이 에지(54a, 54b)에 가급적 가까이 형성될 수도 있다. 도 12에 도시된 일 실시예에 있어서는, 패드의 중앙 구역에 보다 가까이 형성된 홈(80)과 패드의 에지에 보다 가까이 형성된 홈(83a)의 조합을 갖는 것이 가능하다. 복수개의 홈의 길이가 모든 홈에 대하여 동일해야 하는 것은 아니다. 일 응용예에 있어서, 각각의 홈이 다른 홈들과 상이한 길이를 가질 수도 있고, 또 도 12에 도시된 바와 같이 홈의 쌍들이 동일한 길이를 갖지만, 다른 쌍의 홈들과는 상이한 길이를 가질 수도 있다.

도 13에 도시한 예시적인 실시예에 있어서, 패드(44)의 표면(44a)이 채널(56), 홈(80) 및 홈(80a, 80b)을 구비할 수도 있다. 당업자라면 인식할 수 있겠지만, 일 응용예에서는 다른 순서로 배치된 채널(56) 및 홈(80, 80a)을 갖는 것도 가능한데, 즉, 홈(80a), 채널(56), 홈(80), 채널(56), 홈(80), 홈(80a) 또는 다른 순서를 갖는 것도 가능하다. 또한 동일한 길이 또는 상이한 길이를 갖는 홈(80)과 채널(56)을 중첩시키는 것도 가능하다.

도 14에 도시한 예시적인 실시예에 있어서는, 오일 분배 시스템(64)이 보다 상세하게 도시된다. 출구(90)는 채널(56)의 도관(56c)에 대하여 실질적으로 수직으로 일 에지(54a)로부터 다른 에지(54b)까지 연장하는 홈(92)에 오일을 공급하도록 구성된다. 홈(92)은 출구(90)로부터 오일을 축적하고, 패드(44)의 표면(44a) 상에 가급적 넓게 오일을 분배하도록 구성된다. 다른 예시적인 실시예에 있어서는, 채널(56)의 출구 채널(56b)이 입구 채널(56a)로부터 받은 오일을 축적하고, 그것을 패드(44)의 표면(44a)으로 다시 보다 균일하게 분배하기 위해서, 대응하는 홈(56d)을 구비할 수도 있다. 또다른 예시적인 실시예에 따르면, 두개 이상의 채널(56)의 출구가 도 14에 도시한 바와 같이 동일한 홈(56e)에 의해 연결될 수도 있다. 채널(56) 및/또는 홈(80)의 수는 응용예마다 변할 수도 있지만, 바람직하게는 2개 내지 4개이다.

도 15에 도시한 다른 실시예에 따르면, 채널(56)은 홈(80a)에 대하여 또는 그들 사이에서도 평행하지 않을 수도 있다(즉, 90도보다 작은 각도(α), 더욱 바람직하게는 45도 또는 그 이하의 각도를 만들 수도 있다). 다른 응용예에 있어서는, 홈(80) 및/또는 홈(80a)이 에지(54a, 54b)에 대하여 평행하지 않을 수도 있다.

전술한 하나 이상의 예시적인 실시예의 일 이점은 외부의 압력원의 필요가 없이 오일을 재분배하여, 패드 상의 오일 부족을 감소시킬 수 있다는 것이다.

도 16에 도시한 예시적인 실시예에 따르면, 로터를 지지하도록 구성된 저닐 베어링의 패드 상에서 재분배 오일 기구를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 패드의 길이를 따라 연장하도록 패드의 내측에 패드의 측면으로부터 직선 도관을 형성하는 단계(1602)와; 패드의 길이에 실질적으로 수직인 반경방향을 따라서 로터를 향하고 있는 패드의 표면을 통하여 제 1 및 제 2 채널 - 제 1 및 제 2 채널은 도관과 유체 연통하고 있음 - 을 형성하는 단계(1604)와; 유체가 도관으로부터 누설되지 않도록, 패드의 측면과 유체 연통하는 도관의 단부를 봉쇄하는 단계(1606)를 구비한다.

개시된 예시적인 실시예는 베어링 장치 및 재분배 오일 기구를 갖는 패드를 제공한다. 이 설명이 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다. 오히려, 예시적인 실시예는 첨부된 특허청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위에 포함된 변형예, 변경예 및 균등물을 포함하도록 의도된다. 아울러, 예시적인 실시예에 대한 상세한 설명에 있어서는, 특허청구범위에 청구된 발명에 대한 포괄적인 이해를 제공하기 위하여 다양한 각종 세부를 기술하였다. 그러나, 당업자라면, 그러한 특정세부 없이도 다양한 실시예가 실시될 수도 있음을 이해할 것이다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징 및 요소가 실시예에 특정 조합으로 기술되었지만, 각각의 특징 또는 요소가 실시예의 다른 특징 및 요소 없이 단독으로, 또는 본 명세서에 개시된 다른 특징 및 요소와 함께 또는 그러한 다른 특징 및 요소 없이 다양한 조합으로 이용될 수도 있다.

이러한 기재된 설명은 최선의 형태를 포함하여 본 발명을 개시하기 위한 예들, 및 당업자로 하여금 임의의 장치 또는 시스템을 제작 및 이용하는 것과 임의의 구현된 방법을 수행하는 것을 포함하여 본 발명을 실시할 수 있게 하는 예들을 보여주는 것이다. 본 발명의 특허가능한 범위는 특허청구범위에 의해서 규정되며, 당업자에 의해 구현될 수 있는 다른 예를 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들이 특허청구범위에 기재된 문장과 상이하지 않다면, 또는 그러한 다른 예들이 특허청구범위에 기재된 문장 내에서 균등한 구조적 요소를 포함한다면, 그 예들은 특허청구범위의 정신 내에 포함되도록 의도된다.

10, 40: 저널 베어링
12: 샤프트
16, 44: 패드
18, 42: 링
26: 오일 공급 장치
28a: 선단 에지
28b: 후단 에지
46: 봉쇄판
48: 보유판
65: 보유 헤드

Claims

베어링 장치에 있어서,
적어도 하나의 보유 헤드를 갖는 링과;
상기 링의 내측에 배치되며, 상기 적어도 하나의 보유 헤드를 수용하도록 바닥 리세스부를 갖는 적어도 하나의 패드와;
상기 적어도 하나의 패드의 선단 에지에서 오일을 주입하여서, 상기 적어도 하나의 패드의 후단 에지를 향하여 유동시키도록 구성된 오일 분배 기구와;
상기 적어도 하나의 패드의 후단 에지로부터 상기 적어도 하나의 패드의 선단 에지로 상기 오일을 재분배하도록 구성된 상기 적어도 하나의 패드 상의 오일 재분배 기구를 포함하며;
상기 선단 에지는 상기 적어도 하나의 패드의 제 1 에지이고 상기 후단 에지는 제 2 에지로서, 상기 적어도 하나의 패드에 의해 지지되는 로터의 회전 방향으로 상기 링의 원주를 따라 이동할 때 만나도록 되어 있는,
베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 오일 재분배 기구는:
상기 선단 에지보다 상기 후단 에지에 더 가깝게 상기 적어도 하나의 패드의 표면을 통해 형성된 적어도 하나의 입력 채널과;
상기 후단 에지보다 상기 선단 에지에 더 가깝게 상기 적어도 하나의 패드의 표면을 통해 형성된 적어도 하나의 출력 채널과;
상기 적어도 하나의 입력 채널을 상기 적어도 하나의 출력 채널에 연결시키도록 구성되며, 그 전체가 상기 적어도 하나의 패드의 표면 아래에 형성된 도관을 포함하는,
베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 패드를 따라 축방향으로 연장되며, 상기 오일 재분배 기구와 유체 연통하도록 구성된 홈을 더 포함하는,
베어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 오일 재분배 기구는:
적어도 하나의 홈이 오일 캐리 백(oil carry back)은 증진시키지만 오일 캐리 오버(oil carry over)는 증진시키지 않도록, 상기 선단 에지나 상기 후단 에지중 어느 하나와 연통함이 없이 상기 선단 에지로부터 상기 후단 에지를 향하여 상기 링의 원주 방향을 따라 연장하도록 구성된 상기 적어도 하나의 패드의 표면 내의 적어도 하나의 홈을 포함하고;
상기 오일 캐리 백은 상기 후단 에지로부터 상기 선단 에지로 오일을 반송하는 것을 포함하고, 상기 오일 캐리 오버는 상기 후단 에지로부터 다음의 패드로 오일을 반송하는 것을 포함하는,
베어링 장치.
베어링 장치 내에 배치된 패드에 있어서,
상기 베어링 장치의 링의 보유 헤드를 수용하도록 구성된 바닥 리세스부를 갖는 본체와;
상기 패드의 선단 에지에서 오일을 주입하여서, 상기 패드의 후단 에지를 향하여 유동시키도록 구성된 오일 분배 기구와;
상기 패드의 후단 에지로부터 상기 패드의 선단 에지로 상기 오일을 재분배하도록 구성된 상기 패드 상의 오일 재분배 기구를 포함하며;
상기 선단 에지는 패드의 제 1 에지이고 상기 후단 에지는 제 2 에지로서, 상기 패드에 의해 지지되는 로터의 회전 방향으로 상기 링의 원주를 따라 이동할 때 만나도록 되어 있는,
베어링 장치 내의 패드.
제 5 항에 있어서,
상기 오일 재분배 기구는:
상기 선단 에지보다 상기 후단 에지에 더 가깝게 상기 패드의 표면을 통해 형성된 적어도 하나의 입력 채널과;
상기 후단 에지보다 상기 선단 에지에 더 가깝게 상기 패드의 표면을 통해 형성된 적어도 하나의 출력 채널과;
상기 적어도 하나의 입력 채널을 상기 적어도 하나의 출력 채널에 연결시키도록 구성되며, 그 전체가 상기 패드의 표면 아래에 형성된 도관을 포함하는,
베어링 장치 내의 패드.
제 5 항에 있어서,
상기 오일 재분배 기구는:
적어도 하나의 홈이 오일 캐리 백은 증진시키지만 오일 캐리 오버는 증진시키지 않도록, 상기 선단 에지나 상기 후단 에지중 어느 하나와 연통함이 없이 상기 선단 에지로부터 상기 후단 에지를 향하여 상기 링의 원주 방향을 따라 연장하도록 구성된 상기 패드의 표면 상의 적어도 하나의 홈을 포함하고;
상기 오일 캐리 백은 상기 후단 에지로부터 상기 선단 에지로 오일을 반송하는 것을 포함하고, 상기 오일 캐리 오버는 상기 후단 에지로부터 다음의 패드로 오일을 반송하는 것을 포함하는,
베어링 장치 내의 패드.
로터를 지지하도록 구성된 저널 베어링의 패드 상에서 오일 재분배 기구를 형성하는 방법에 있어서,
상기 패드의 길이를 따라 연장하도록 상기 패드의 내측에 상기 패드의 측면으로부터 직선 도관을 형성하는 단계와;
상기 패드의 길이와 실질적으로 직교하도록 반경방향을 따라 상기 로터에 대향하고 있는 상기 패드의 표면을 통해 제 1 및 제 2 채널을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 채널은 상기 도관과 유체 연통하고 있는 제 1 및 제 2 채널 형성 단계와;
유체가 상기 도관으로부터 누설되지 않도록 상기 패드의 측면과 유체 연통하고 있는 상기 도관의 단부를 봉쇄하는 단계를 포함하는,
오일 재분배 기구 형성 방법.
제 8 항에 있어서,
완전히 상기 패드의 표면 아래에 상기 도관을 형성하는 단계를 더 포함하는,
오일 재분배 기구 형성 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 패드의 표면 내에 패드의 후단 에지로부터 선단 에지를 향해 연장하는 홈을 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 선단 에지는 패드의 제 1 에지이고 상기 후단 에지는 제 2 에지로서, 상기 로터의 회전 방향으로 상기 패드를 따라 이동할 때 만나도록 되어 있는,
오일 재분배 기구 형성 방법.