KR20140083051A

KR20140083051A - 유체역학적 액시얼 베어링

Info

Publication number: KR20140083051A
Application number: KR1020147014511A
Authority: KR
Inventors: 페터 노이엔슈반더; 브루노 암만; 피에트로 마르코 디; 마르쿠스 슈테델리
Original assignee: 에이비비 터보 시스템즈 아게
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-07-03
Also published as: DE102011085681A1; CN103906936A; BR112014010582A2; HK1199084A1; CA2852164A1; US20140241887A1; EP2773877A1; SG11201401938WA; WO2013064638A1; JP2014533342A

Abstract

베어링 하우징 (20) 에 회전가능하게 설치되는 샤프트 (40) 의 설치를 위한 유체역학적 액시얼 베어링으로서, 본 액시얼 베어링은 베어링 하우징의 액시얼 스톱 (21) 및 샤프트와 함께 회전하는 베어링 콤 (10) 을 포함한다. 윤활유로 로딩되고 프로파일드 원형 링 면 (31) 과 슬라이딩면 (22) 에 의해 한정되는 윤활 간극 (52) 이, 액시얼 스톱 (21) 과 베어링 콤 (10) 사이에 형성된다. 프로파일드 원형 링 면 (31) 및 슬라이딩면 (11) 은 윤활 간극 (52) 이 축선 방향에 대해 외측까지 반경방향으로 제한되도록 구성된다. 그 결과, 베어링 콤에서의 작동 동안 발생하는 온도 변형과 원심력, 전단력 및 다른 힘으로 인한 변형이 보상될 수 있다.

Description

유체역학적 액시얼 베어링{HYDRODYNAMIC AXIAL BEARING}

본 발명은 예컨대 터보기계, 특히 배기가스 터보차저에 사용되는 회전 샤프트의 유체역학적 축방향 설치 분야에 관한 것이다.

빠르게 회전하는 로터에 축방향 전단력이 가해진다면, 하중지탱 (load-bearing) 액시얼 베어링이 사용된다. 예컨대 배기가스 터보차저와 같은 터보기계의 경우, 흐름으로 인해 높은 축방향 힘을 흡수하기 위해 그리고 축방향에서 샤프트를 안내하기 위해 유체역학적 액시얼 베어링이 사용된다. 이러한 타입의 적용에서 경사진 위치 보상 능력 및 마모 거동을 개선하기 위해, 윤활유에서 자유로이 부유하는 디스크, 이른바 부유 (floating) 디스크가 유체역학적 엑시얼 베어링에 있어서 샤프트 회전 속도로 회전하는 베어링 콤 (bearing comb) 과 베어링 하우징의 비회전 액시얼 스톱 (axial stop) 사이에서 사용될 수 있다. 회전 베어링 콤과 부유 디스크 사이 그리고 부유 디스크와 베어링 하우징의 고정 액시얼 스톱 사이의 의 윤활 간극이 각 경우에, 프로파일드 (profiled) 원형 링 면 및 프로파일드 원형 링 면의 맞은편에 놓이는 평평한 슬라이딩면에 의해 한정되는 것이 유리하다. 프로파일드 원형 링 면은 윤활 간극에서의 압력 증강 (build-up) 을 최적화하는데 기여하고, 이 압력 증강은 액시얼 베어링의 하중 지탱력에 결정적이다. 프로파일드 원형 링 면의 반경방향 내측 영역에 공급되는 윤활유를 분배하기 위해, 반경방향으로 외부로 이어지는 윤활유 그루브가 존재한다. 원주 방향에서 윤활 간극을 제한하는 쐐기면 (윤활유 그루브에 도입된 윤활유가 이 쐐기면을 통해 유출됨) 이 윤활유 그루브에 인접하게 형성된다. 여기서, 윤활유는 윤활유 그루브의 전체 반경방향 높이에 걸쳐 가능한 한 멀리 쐐기면 내로 안내된다. 액시얼 베어링의 하중지탱 능력에 필요한 압력 증강은 실질적으로 쐐기면의 영역에서 생긴다. 평평한 면을 포함하고 프로파일드 원형 링 면의 하중지탱면에 의해 제공되는 잔부면 (rest faces) 이 원주 방향에서 쐐기면에 인접하게 형성된다.

이러한 타입의 액시얼 베어링의 예가 특히 GB 1095999, EP0840027, EP1199486, EP1644647 및 EP2042753 에서 발견된다. 부유 디스크의 반경방향 안내는 회전 보디 상에서, 즉 예컨대 EP0840027 에서 개시된 바와 같이 부유 디스크에 통합된 레이디얼 베어링 (radial bearing) 을 통해 샤프트 상에서 또는 베어링 콤 상에서 이루어지거나, 또는 예컨대 EP1199486 에 개시된 바와 같이 회전 보디를 동심으로 둘러싸는 고정 베어링 칼라 (stationary bearing collar) 상에서 이루어진다. 이러한 타입의 유체역학적 액시얼 베어링의 윤활은 일반적으로 전용 윤활유 시스템으로부터의 윤활유에 의해 이루어지거나, 또는 배기가스 터보차저의 경우에는 배기가스 터보차저와 연결된 내연기관의 윤활유 시스템을 통해 이루어진다.

차가운 상태에서, 정지시에, 종래의 액시얼 마운팅의 모든 하중지탱면은 로터의 회전 축선에 대해 수직하게 놓이거나 또는 서로 적어도 평행하게 놓인다. 작동 동안, 하중지탱면은 온도 구배, 원심력, 전단력 및 다른 힘 때문에 변형될 수 있다. 베어링 하중지탱면의 이러한 타입의 변형은 마운팅의 하중지탱력을 손상시킬 수 있다. 콤 베어링의 콤에 걸친 온도 구배는 특히 큰 영향을 미칠 수 있다. 샤프트에 대해 반경방향으로 돌출하는 콤은 하중지탱면과 후방측 사이의 온도차 때문에 우산 형상으로 변형된다. 이러한 변형은 특히 낮은 오일 공급 압력의 경우에 부유 디스크에서의 콤 베어링의 마찰 (rubbing) 로 이어질 수 있다. 온도 구배로 인한 변형은 종래의 콤 베어링 구성에서 특히 중요한데, 그 이유는 상기 변형이 외측으로 넓어지는 윤활 간극을 야기하기 때문이다. 반경방향 외측으로의 윤활유의 유출 저항이 감소되므로, 이러한 컨스틀레이션 (constellation) 은 먼저 기하학적 형상 이유로 하중지탱 능력을 감소시키고, 다음으로 반경방향에서의 원심력-유도 압력 증강을 감소시킨다.

그러므로, 본 발명의 목적은 베어링 하우징에 회전가능하게 설치되는 샤프트를 설치하기 위한 유체역학적 액시얼 베어링의 하중지탱 능력을 향상시키는 것이다.

액시얼 베어링의 하중지탱면들 사이에 형성되는 간극이 적어도 반경방향 외측 영역에서 서로에 대해 경사지게 배치된 하중지탱면들에 의해 반경 방향으로 외측까지 제한되도록 구성되면, 회전하는 하중지탱면의 상기한 변형 때문에 작동 동안 하중지탱면들의 상대 경사 위치의 감소가 발생한다. 반경방향 외측 영역에서의 제한이 감소되고, 그 결과 하중지탱면들이 작동 동안 더 불균일하게 서로에 놓인다.

예컨대 베어링 콤이 원추형 하중지탱면, 즉 반대편에 놓인 하중지탱면을 향해 경사진 하중지탱면을 갖도록 제조된다면, 콤 베어링에서의 온도 변형은 보상될 수 있다. 보상 동안, 원심력, 전단력 및 다른 힘으로 인한 변형이 유사하게 고려되어야 한다.

콤 베어링 변형은 작동점에 의존하므로, 윤활 간극은 특정 작동 조건 하에서 반경 방향으로 더 작아지게 된다. 이러한 상황은 윤활 간극이 넓은 현 상황보다 더 유리한데, 그 이유는 하중지탱 능력이 더 적은 정도로 감소하고 반경 방향에서의 원심력-유도 압력 증강이 보조되기 때문이다.

온도 구배, 원심력, 전단력 및 다른 힘으로 인한 하중지탱면 변형에 대한 보상은 부유 디스크에서 또는 부유 디스크가 없는 액시얼 베어링의 경우에는 베어링 하우징의 액시얼 스톱에서 또한 이루어질 수 있다. 베어링 하우징에서의 액시얼 스톱의 영역에서 발생하는 임의의 온도-유도 변형은 콤 베어링에서와 유사한 방식으로 이행될 수 있다.

만약 작동 동안 변하는 기하학적 조건에 맞는 매우 얇은 부유 디스크 또는 양측에서 원추형인 부유 디스크가 사용된다면, 콤 베어링 변형은 베어링 하우징에서의 액시얼 스톱의 원추형 구성을 통해 보상될 수 있다.

변형의 보상 덕분에, 축방향 설치는 부유 디스크 또는 베어링 콤의 마찰에 대해 또는 부유 디스크가 없는 액시얼 베어링의 경우에는 액시얼 베어링의 마찰에 대해 인접한 베어링 부품에서 더 튼튼해진다. 터보차저는 더 기능적으로 신뢰가능하고, 마모로 인한 비용이 감소될 수 있다.

이하에서, 도면을 이용하여 본 발명의 모범적인 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

도 1 은, 우측에서, 회전 베어링 콤, 고정 액시얼 스톱 및 부유 디스크를 갖는 액시얼 슬라이딩 베어링의 일 실시형태 (종래 기술에 따라 구성됨) 를 통해 회전 축선을 따라 안내되는 섹션을 보여주고, 좌측에서, 프로파일드 원형 링 면을 갖는 해당 부유 디스크의 축선방향에서의 정면도를 보여준다.
도 2 는, 도 1 에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여주며, 베어링 콤은 본 도면 및 이하의 모든 도면에서 차가운 상태로 각 경우에 도시되고, 부가적으로, 가열 및 빠른 회전으로 인한 작동 상태에서의 베어링 콤의 변형 및 그에 따른 윤활 간극은 점선으로 도시된다.
도 3 은, 원추형 베어링 콤 및 그로 인해 외측을 향해 반경방향으로 가늘어지는 윤활 간극을 갖는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다.
도 4 는, 베어링 콤 측에서 원추형으로 형성된 부유 디스크 및 그로 인해 외측을 향해 반경방향으로 가늘어지는 윤활 간극을 갖는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다.
도 5 는, 원추형 액시얼 베어링과 원추형 베어링 콤 및 그로 인해 외측을 향해 반경방향으로 가늘어지는 2 개의 윤활 간극을 갖는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다.
도 6 은, 원추형 액시얼 베어링, 베어링 콤 측에서 원추형으로 형성된 부유 디스크, 및 그로 인해 외측을 향해 반경방향으로 가늘어지는 2 개의 윤활 간극을 갖는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다.
도 7 은, 양측에서 원추형으로 형성된 부유 디스크 및 그로 인해 외측을 향해 반경방향으로 가늘어지는 2 개의 윤활 간극을 갖는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다.
도 8 은, 원추형 베어링 콤, 액시얼 베어링 측에서 원추형으로 형성된 부유 디스크, 및 그로 인해 외측을 향해 반경방향으로 가늘어지는 2 개의 윤활 간극을 갖는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링
도 9 는, 부유 디스크를 갖지 않고 원추형 베어링 콤 및 그로 인해 외측을 향해 반경방향으로 가늘어지는 윤활 간극을 갖는 본 발명에 따른 제 7 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다.
도 10 은, 부유 디스크를 갖지 않고 원추형 액시얼 스톱 및 그로 인해 외측을 향해 반경방향으로 가늘어지는 윤활 간극을 갖는 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다.

도 1 은 예로서 종래 기술에 따른 유체역학적 액시얼 베어링을 보여주며, 도면의 우측 부분에서는, 이 액시얼 베어링의 3 개의 필수 부품이 회전 샤프트를 따라 축선방향으로 안내되는 섹션에서 도시되어 있다. 베어링 콤 (10) 은 회전 샤프트 (40) 에 위치되거나, 또는 샤프트에 물질 대 물질 (material-to-material) 방식으로 선택적으로 연결되거나, 또는 샤프트로 일 피이스로 형성되고, 샤프트와 함께 회전한다. 베어링 하우징 (20) 의 액시얼 스톱 (21) 과 베어링 콤 사이에 축선방향으로 부유 디스크 (30) 가 배치된다. 각 경우에, 먼저 액시얼 스톱과 부유 디스크 사이에 그리고 다음으로 부유 디스크와 베어링 콤 사이에 하나의 윤활 간극이 형성되고, 이 윤활 간극에서는 하중지탱면들 사이에 얇은 윤활유 층이 위치된다. 도시된 실시형태에서, 액시얼 스톱의 하중지탱면 (22) 및 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 은 각 경우에 원주 방향으로 평평한 구성의 슬라이딩면을 갖는 반면, 부유 디스크의 2 개의 하중지탱면은 프로파일드 원형 링 면의 일부이다. 2 개의 윤활 간극의 이러한 기본 구성은 부유 디스크를 갖는 본 발명에 따른 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링에 대한 이하의 설명에서 묘사되는 모든 실시형태에서 또한 채택된다. 일방 또는 쌍방의 윤활 간극의 경우에 슬라이딩면 및 프로파일드 원형 링 면이 윤활 간극의 각각의 다른 측에 또한 배치될 수 있고, 그 결과, 예컨대 부유 디스크는 각 경우에 양측에서 하나의 평평한 슬라이딩면을 갖는 반면, 프로파일드 원형 링 면은 베어링 콤의 하중지탱면 및 베어링 하우징의 액시얼 스톱에 부착된다는 것이 이 모든 실시형태에 적용된다. 부유 디스크를 갖지 않는 실시형태에서는, 프로파일드 링 면은 상응하게 회전 베어링 콤에 배치되고, 평평한 슬라이딩면은 베어링 하우징의 액시얼 스톱에 배치되거나, 또는 이와 반대로, 즉 평평한 슬라이딩면이 회전 베어링 콤에 배치되고, 프로파일드 원형 링 면이 베어링 하중지탱의 액시얼 스톱에 배치될 것이다.

프로파일드 원형 링 면의 구성은 도 1 의 좌측 부분에서 볼 수 있는데, 부유 디스크가 90°회전되어 있으므로, 평면도에서 부유 디스크의 일 단부측을 볼 수 있다.

프로파일드 원형 링 면은 하중지탱면들 사이의 윤활 간극에서의 압력 증강을 최적화하는데 기여하고, 이 압력 증강은 액시얼 베어링의 하중지탱력에 있어 중요하다. 원형 링 면의 프로파일링은, 프로파일드 원형 링 면의 반경방향 내측 영역에 공급된 윤활유를 분배하기 위해 반경방향으로 외측으로 이어지는 하나의 윤활유 그루브 (33) 를 각각 갖는 복수의 세그먼트를 포함한다. 프로파일드 원형 링 면의 회전방향 (흑색 화살표로 나태냄) 의 반대방향으로, 원주 방향에서 윤활 간극을 제한하는 쐐기면 (34) 이 윤활유 그루브 (33) 에 대해 인접하게 형성되고, 이 쐐기면을 통해, 윤활유 그루브 (33) 에 도입된 윤활유가 두꺼운 화살표를 따라 유출된다. 여기서, 윤활유는 윤활유 그루브 (33) 의 전체 반경 높이에 걸쳐 가능한 한 멀리 쐐기면 (34) 내로 안내된다. 액시얼 베어링의 하중지탱 능력에 필요한 압력 증강은 실질적으로 쐐기면의 영역에서 일어난다. 원주 방향에서 쐐기면 (34) 에 인접하게 잔부면 (35) 이 형성되고, 이 잔부면 (35) 은 상기한 슬라이딩면과 같이 해당 접촉으로부터 가장 작은 간격에 있는 평평한 면을 포함한다. 그러므로, 윤활 간극의 축방향 규모 (두께) 는 잔부면 (35) 과 그 반대편에 놓인 슬라이딩면 사이의 간격으로서 묘사될 수 있다. 쐐기면에 걸친 그리고 윤활유 그루브의 반경 방향에서의 압력 증강을 최적화하기 위해, 윤활유 그루브 및 쐐기면은 윤활 간극을 제한하는 웹 (web) 에 의해 외측에 반경방향으로 가까이 있을 수 있다. 여기서, 웹은 전형적으로 잔부면의 높이만큼 멀리 놓이게 되고, 그 결과 잔부면과 웹은 하나의 평면에 놓인다.

윤활유 그루브와 쐐기면의 구성은 이하에서 설명하는 실시형태에 있어 무시된다. 따라서, 프로파일드 원형 링 면 및 슬라이딩면이라는 표현은 이하에서 더 이상 사용되지 않는다. 그렇지만, 실제 실행을 위해, 전술한 것처럼 윤활 간극이 각 경우에 프로파일드 원형 링 면과 평평한 슬라이딩면에 의해 한정되는 것이 유리하다는 것을 언급한다. 이하에서 사용되는 유효 하중지탱면이라는 표현은 일반적으로 잔부면이라고 불리는 프로파일드 원형 링 면의 영역을 의미한다. 잔부면은 전형적으로, 윤활유의 유동 방향에서 보았을 때 쐐기면에 인접하도록 위치된다.

도 1 에 도시된 것처럼 그리고 도 2 에서 확대하여 도시된 세부에서, 차가운 상태에서는, 즉 로터의 정지시에는, 액시얼 마운팅의 하중지탱면은 로터의 회전 축선에 대해 수직하게 또는 그렇지 않으면 서로 적어도 평행하게 구성된다. 작동 동안, 베어링 콤의 하중지탱면은 온도 구배, 원심력, 전단력 및 다른 힘 때문에 변형될 수 있다. 샤프트에 대해 반경방향으로 돌출하는 콤은 액시얼 베어링에 관련된 하중지탱면과 상기 하중지탱면으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 후방측 사이의 온도차 때문에 우산 형상으로 변형된다. 이 변형 (도 2 에 점선으로 나타냄) 은, 특히 낮은 오일 공급 압력 (이때 충분한 윤활유가 보충될 수 없음) 의 경우에, 액시얼 베어링의 반경방향 외측으로 분기하는 하중지탱면 (31, 11') 및 윤활유의 연관된 무지연 누출 (unimpeded escape) 때문에 윤활 간극의 하중지탱력이 감소하므로, 반경방향 내측 영역에서 부유 디스크에서의 콤 베어링의 마찰을 야기할 수 있다.

도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다. 여기서, 베어링 콤을 향하는 부유 디스크 (30) 의 측에 잇는 유효 하중지탱면 (31) 은 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 이에 반해, 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 은 부유 디스크 (30) 를 향해 경사지도록 형성되고, 그 결과 윤활 간극 (52) 의 반경방향 외측 영역에는 축선 방향으로 제한부가 형성된다. 이 실시형태에서, 이하에서 설명하는 다른 실시형태에서처럼, 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 의 경사는 균일한 직선형 경사에 의해 또는 곡선형 경사에 의해 실현될 수 있다. 도면들에서는, 회전 부품의 변형 및 윤활 간극의 제한이 많이 과장되어 도시된다. 실제로, 본 발명에 따라 제공되는 경사각은 백분의 수 도 (degree) 의 범위에서 경사 부품의 전체 반경에 걸쳐 이동하고, 그 결과, 직경 200 ㎜ 의 디스크의 경우 백분의 수 밀리미터의 반경방향 외측 에지에서의 윤활 간극의 제한부가 형성된다. 작동 동안, 베어링 콤의 전술한 가열 때문에 그리고 상기한 힘들의 작용의 결과로서, 다시 한번 점선으로 나타낸 베어링 콤의 변형이 발생한다. 본 발명에 따르면, 정상 작동 동안 윤활 간극 (52') 의 제한부의 각도가 감소하고 베어링의 2 개의 하중지탱면 (31, 11') 이 서로 평행하게 연장되거나 또는 차가운 상태에서보다 덜 두드러진 윤활 간극 제한부를 유지하면서 서로 적어도 거의 평행하게 연장되도록, 차가운 상태에서 부유 디스크를 향해 경사지는 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 이 늘어난다 (stretch). 축적된 윤활유가 부가적인 압력 증강을 보장하므로, 차가운 상태에서, 즉 정지시에 그리고 또한 작은 회전 속도에서, 액시얼 슬라이딩 베어링의 본 발명에 따른 구성이 반경방향 외측 영역에서의 윤활 간극의 제한부로 이어진다는 사실은 문제가 아니다.

도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다. 여기서, 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 은 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 이러한 목적을 위해, 이 실시형태에서는 베어링 콤을 향하는 부유 디스크 (30) 의 측에 있는 하중지탱면 (31) 은 베어링 콤 (10) 을 향해 경사지도록 구성되고, 그 결과 다시 한번, 윤활 간극 (52) 의 반경방향 외측 영역에서 축선 방향으로 제한부가 형성된다. 그러므로, 부유 디스크는 베어링 콤을 향하는 측에서는 원추형 구성인 반면, 베어링 하우징의 액시얼 스톱을 향하는 다른 측에서는 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 작동 동안, 베어링 콤의 전술한 가열 때문에 그리고 상기한 힘들의 작용의 결과로서, 다시 한번 점선으로 나타낸 베어링 콤의 변형이 발생한다. 본 발명에 따르면, 정상 작동 동안, 윤활 간극 (52') 의 제한부의 각도가 감소하고 베어링의 2 개의 하중지탱면 (31, 11') 이 서로 평행하게 또는 거의 평행하게 연장되도록, 차가운 상태에서 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되는 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 이 굽혀진다.

도 5 ~ 도 8 에 따른 실시형태에서, 부유 디스크 (30) 와 베어링 콤 (10) 사이의 윤활 간극 (52) 에 더하여, 액시얼 스톱 (21) 과 부유 디스크 (30) 사이의 윤활 간극 (51) 이 반경방향 외측 영역에서 축선 방향으로 제한부를 갖도록 또한 구성된다.

도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다. 여기서, 하중지탱면 (31) 은 베어링 콤을 향하는 부유 디스크 (30) 의 측에서 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 그에 반해, 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 은 부유 디스크 (30) 를 향해 경사지도록 형성되고, 그 결과, 윤활 간극 (52) 의 반경방향 외측 영역에서 축선 방향으로 제한부가 형성된다. 반경방향 외측 영역에서 축선방향으로 제한부를 유사하게 구비하는 제 2 윤활 간극은, 액시얼 스톱을 향하는 부유 디스크 (30) 의 측에서 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된 하중지탱면 (32) 과, 베어링 하우징의 액시얼 스톱 (21) 의 하중지탱면 (22) (이 하중지탱면 (22) 은 부유 디스크 (30) 를 향해 경사짐) 사이에 연장된다. 그러므로, 부유 디스크는, 서로 평행하게 연장되고 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되는 2 개의 측면을 구비한다. 작동 동안, 베어링 콤의 전술한 가열 때문에 그리고 상기한 힘들의 작용의 결과로서, 다시 한번 점선으로 나타낸 베어링 콤 (10) 의 변형이 발생한다. 본 발명에 따르면, 정상 작동 동안 윤활 간극 (52') 의 제한부의 각도가 감소하고 베어링의 2 개의 하중지탱면 (31, 11') 이 서로 평행하게 또는 서로 거의 평행하게 연장되도록, 차가운 상태에서 부유 디스크를 향해 경사지는 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 이 늘어난다.

도 6 은 본 발명에 따른 제 4 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여주는데, 이 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링은, 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 이 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되고, 이를 위해 하중지탱면 (31) 이 베어링 콤을 향하는 부유 디스크 (30) 의 측에서 베어링 콤 (10) 을 향해 경사지도록 구성된다는 점에서 이전의 베어링과 상이하다. 다시 한번, 반경방향 외측 영역에서 축선 방향으로 제한부를 유사하게 구비하는 제 2 윤활 간극은, 액시얼 스톱을 향하는 부유 디스크의 측에서 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배항되는 하중지탱면 (32) 과, 베어링 하우징의 액시얼 스톱 (21) 의 하중지탱면 (22) (이 하중지탱면 (22) 은 부유 디스크 (30) 를 향해 경사짐) 사이에 연장된다. 그러므로, 부유 디스크는 베어링 콤을 향하는 측에서는 원추형 구성인 반면, 베어링 하우징의 액시얼 스톱을 향하는 다른 측에서는 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 작동 동안, 베어링 콤의 전술한 가열 때문에 그리고 상기한 힘들의 작용의 결과로서, 다시 한번 점선으로 나타낸 베어링 콤의 변형이 발생한다. 본 발명에 따르면, 정상 작동 동안, 윤활 간극 (52') 의 제한부의 각도가 감소하고 베어링의 2 개의 하중지탱면 (31, 11') 이 서로 평행하게 또는 서로 거의 평행하게 연장되도록, 차가운 상태에서 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되는 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 이 굽혀진다.

도 7 은 본 발명에 따른 제 5 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여준다. 여기서, 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 은 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 그에 반해, 베어링 콤을 향하는 부유 디스크 (30) 의 측에서는, 하중지탱면 (31) 은 베어링 콤 (10) 을 향해 경사지도록 구성되고, 그 결과, 윤활 간극 (52) 의 반경방향 외측 영역에서 축선 방향으로 제한부가 형성된다. 반경방향 외측 영여에서 축선 방향으로 제한부를 유사하게 구비하는 제 2 윤활 간극은, 베어링 하우징의 액시얼 스톱 (21) 의 하중지탱면 (정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전축선에 대해 수직하게 배향됨) 과 액시얼 스톱을 향하는 부유 디스크의 측에서 액시얼 스톱을 향해 경사진 하중지탱면 (32) 사이에 연장된다. 그러므로, 부유 디스크 (30) 는 양측에서 원추형이 되도록 구성된다. 작동 동안, 베어링 콤의 전술한 가열 때문에 그리고 상기한 힘들의 작용의 결과로서, 다시 한번 점선으로 나타낸 베어링 콤 (10) 의 변형이 발생한다. 본 발명에 따르면, 정상 작동 동안, 윤활 간극 (52') 의 제한부의 각도가 감소하고 베어링의 2 개의 하중지탱면 (31, 11') 이 서로 평행하게 또는 서로 거의 평행하게 연장되도록, 차가운 상태에서 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되는 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 이 굽혀진다.

도 8 은 본 발명에 따른 제 6 실시형태에 따른 도해식으로 나타낸 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링을 보여주는데, 이 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링은, 베어링 콤을 향하는 부유 디스크 (30) 의 측에 있는 하중지탱면 (31) 이 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되고, 이를 위해 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 이 부유 디스크 (30) 를 행해 경사지도록 형성되는 결과, 다시 한번 윤활 간극 (52) 의 반경방향 외측 영역에 축선 방향으로 제한부가 형성된다는 점에서 이전의 베어링과 상이하다. 다시 한번, 반경방향 외측 영역에서 축선 방향으로 제한부를 유사하게 구비하는 제 2 윤활 간극은, 베어링 하우징의 액시얼 스톱 (21) 의 하중지탱면 (22) (정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배항됨) 과, 액시얼 스톱을 향하는 부유 디스크의 측에서 액시얼 스톱을 향해 경사진 하중지탱면 (32) 사이에 연장된다. 그러므로, 부유 디스크는 베어링 하우징의 액시얼 스톱을 향하는 측에서는 원추형 구성인 반면, 베어링 콤을 향하는 다른 측에서는 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 작동 동안, 베어링 콤의 전술한 가열 때문에 그리고 상기한 힘들의 작용의 결과로서, 다시 한번 점선으로 나타낸 베어링 콤의 변형이 발생한다. 본 발명에 따르면, 정상 작동 동안 윤활 간극 (52') 의 제한부의 각도가 감소하고 베어링의 2 개의 하중지탱면 (31, 11') 이 서로 평행하게 또는 서로 거의 평행하게 연장되도록, 차가운 상태에서 부유 디스크를 향해 경사지는 베어링 콤의 하중지탱면 (11) 이 늘어난다.

마지막 2 개의 도면은 부유 디스크를 갖지 않는 유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링을 각각 보여주며, 하중지탱면 (12) 이 회전 베어링 콤 (10) 에 배치되고, 하중지탱면 (22) 이 베어링 하우징 (20) 의 액시얼 스톱 (21) 에 배치되어 있다. 본 발명에 따르면, 이로부터 생기는 윤활 간극 (53) 은 다시 한번 외측으로 반경방향으로 모이도록 구성되고, 즉 윤활 간극은 반경방향 외측 영역에서 가늘어진다

유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링의 본 발명에 따른 제 7 실시형태 (도 9 에 도시됨) 는 베어링 콤 (10) 의 하중지탱면 (12) 을 갖고, 이 하중지탱면 (12) 은 베어링 하우징 (20) 의 액시얼 스톱 (21) 을 향해 경사지도록 형성되며, 그 결과, 윤활 간극 (53) 의 반경방향 외측 영역에 축선 방향으로 제한부가 형성된다. 이 실시형태에서, 베어링 하우징 (20) 의 액시얼 스톱 (21) 의 하중지탱면 (22) 은 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 작동 동안, 베어링 콤의 전술한 가열 때문에 그리고 상기한 힘들의 작용의 결과로서, 다시 한번 점선으로 나타낸 베어링 콤의 변형이 발생한다. 본 발명에 따르면, 정상 작동 동안 윤활 간극 (53') 의 제한부의 각도가 감소하고 베어링의 2 개의 하중지탱면 (12', 22) 이 서로 평행하게 또는 서로 거의 평행하게 연장되도록, 차가운 상태에서 액시얼 스톱 (21) 의 하중지탱면을 향해 경사지는 베어링 콤의 하중지탱면 (12) 이 늘어난다.

유체역학적 액시얼 슬라이딩 베어링의 본 발명에 따른 제 8 실시형태 (도 10 에 도시됨) 는 베어링 콤 (10) 의 하중지탱면 (12) 을 갖고, 이 하중지탱면 (12) 은 정확히 반경방향으로, 즉 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된다. 이러한 목적을 위해, 이 실시형태에서, 베어링 하우징 (20) 의 액시얼 스톱 (21) 의 하중지탱면 (22) 은 베어링 콤 (10) 을 향해 경사지도록 구성되고, 그 결과 다시 한번, 윤활 간극 (53) 의 반경방향 외측 영역에 축선 방향으로 제한부가 형성된다. 그러므로, 액시얼 스톱은 베어링 콤을 향하는 측에서 원추형 구성이다. 작동 동안, 베어링 콤의 전술한 가열 때문에 그리고 상기한 힘들의 작용의 결과로서, 다시 한번 점선으로 나타낸 베어링 콤의 변형이 발생한다. 본 발명에 따르면, 정상 작동 동안, 윤활 간극 (53') 의 제한부의 각도가 감소하고 베어링의 2 개의 하중지탱면 (12', 22) 이 서로 평행하게 또는 서로 거의 평행하게 연장되도록, 차가운 상태에서 샤프트 (40) 의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되는 베어링 콤 (10) 의 하중지탱면 (12) 이 굽혀진다.

모든 실시형태에서, 각 경우에 하중지탱면들 중 하나가 샤프트의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되는 평면에서 벗어나는 것으로 묘사되고, 다른 하중지탱면은 정확히 반경방향으로, 즉 정확히 샤프트의 회전 축선에 대해 수직하게 배향된 이 평면을 따라 연장되는 것으로 묘사된다. 본 발명에 따르면, 샤프트의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되는 개별 평면으로부터 모두 벗어나지만 서로에 대해 기울어져 있는 개별 하중지탱면들에 의해, 좁아지는 윤활 간극이 또한 실현될 수 있다. 예컨대, 부유 디스크를 갖는 실시형태에서, 베어링 콤을 향하는 부유 디스크의 측에 있는 하중지탱면과 베어링 콤에 있는 하중지탱면 쌍방이 샤프트의 회전 축선에 대해 수직하게 배향되는 평면에 비해 윤활 간극을 향해 경사지도록 연장될 수 있고, 따라서 좁아지는 윤활 간극을 한정할 수 있다.

상기한 모든 실시형태에서 각 경우에 단지 하중지탱면만을 언급하였더라도, 개별 윤활 간극을 한정하는 부품들의 일방 또는 쌍방이 윤활유 그루브, 쐐기면 및 잔부면을 갖는 프로파일드 표면을 구비한다면, 하중지탱면이라는 표현은 각 경우에 잔부면으로 불리는 프로파일드 표면의 영역을 의미한다는 것을 여기서 다시 한번 언급한다. 잔부면이 부존재하는 경우, 하중지탱면은 각각의 다음 윤활유 그루브로의 전이 영역에서 쐐기면의 최대 융기부 (elevation) 를 따라 연장된다.

10 베어링 콤
11, 12 베어링 콤의 하중지탱면
11', 12' (작동 상태에서의) 베어링 콤의 하중지탱면
20 베어링 하우징
21 액시얼 스톱
22 슬라이딩면
30 부유 디스크
31, 32 부유 디스크의 하중지탱면
33 윤활유 그루브
34 쐐기면
35 잔부면
40 샤프트
51 액시얼 스톱과 부유 디스크 사이의 윤활 간극
52 부유 디스크와 베어링 콤 사이의 윤활 간극
52' (작동 상태에서의) 부유 디스크와 베어링 콤 사이의 윤활 간극
53 액시얼 스톱과 베어링 콤 사이의 윤활 간극
53' (작동 상태에서의) 액시얼 스톱과 베어링 콤 사이의 윤활 간극

Claims

베어링 하우징 (20) 에 회전가능하게 설치되는 샤프트 (40) 의 설치를 위한 유체역학적 액시얼 베어링으로서,
상기 베어링 하우징 (20) 의 액시얼 스톱 (21), 및 상기 샤프트와 함께 회전하는 베어링 콤 (10) 을 포함하고,
윤활유가 로딩되고 프로파일드 (profiled) 원형 링 면과 상기 원형 링 면의 반대편에 놓이는 평평한 슬라이딩면 (22) 에 의해 한정되는 적어도 하나의 윤활 간극 (51, 52, 53) 이, 상기 액시얼 스톱 (21) 과 상기 베어링 콤 (10) 사이에 형성되고,
상기 프로파일드 원형 링 면은 상기 샤프트 (40) 주위에서 또는 상기 샤프트 (40) 와 함께 회전하도록 구성되고,
상기 원형 링 면의 프로파일링은 반경방향으로 연장되는 하나의 윤활유 그루브 (33), 원주 방향으로 상기 윤활유 그루브 (33) 에 연결된 쐐기면 (34), 및 상기 원주 방향으로 상기 쐐기면 (34) 에 인접하는 잔부면 (35) 을 각각 갖는 복수의 세그먼트들을 구비하고,
적어도 하나의 윤활 간극 (51, 52, 53) 의 경우에, 잔부면들 (35) 및 상기 평평한 슬라이딩면 (22) 은 상기 잔부면들 (35) 과 상기 평평한 슬라이딩면 (22) 에 의해 한정되는 윤활 간극 (52) 이 축선 방향에 대해 외측까지 반경방향으로 제한되도록 구성되는, 유체역학적 액시얼 베어링.
제 1 항에 있어서,
회전 축선에 대해 수직하게 놓인 평면으로부터 벗어나는 방식으로 적어도 반경방향 외측 부분에서 상기 베어링 콤 (10) 을 향해 경사지도록 상기 액시얼 스톱의 평평한 슬라이딩면 (22) 이 구성되고, 상기 평평한 슬라이딩면 (22) 은 외측까지 반경방향으로 제한되는 상기 윤활 간극 (51, 53) 을 한정하는, 유체역학적 액시얼 베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
회전 축선에 대해 수직하게 놓인 평면으로부터 벗어나는 방식으로 액시얼 스톱 (21) 을 향해 경사지도록 상기 베어링 콤 (10) 의 평평한 슬라이딩면 (22) 이 구성되고, 상기 평평한 슬라이딩면 (22) 은 외측까지 반경방향으로 제한되는 상기 윤활 간극 (52, 53) 을 한정하는, 유체역학적 액시얼 베어링.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액시얼 스톱 (21) 과 상기 베어링 콤 (10) 사이에 축선방향으로 부유 디스크 (30) 가 배치되고,
외측까지 반경방향으로 제한되고 프로파일드 원형 링 면 및 상기 원형 링 면의 반대편에 놓인 평평한 슬라이딩면 (22) 에 의해 한정되는 윤활 간극 (52) 이, 상기 부유 디스크 (30) 와 상기 베어링 콤 (10) 사이에 형성되는, 유체역학적 액시얼 베어링.
제 4 항에 있어서,
상기 부유 디스크 (30) 의 상기 프로파일드 원형 링 면 및 상기 베어링 콤 (10) 의 평평한 슬라이딩면은, 외측까지 반경방향으로 제한되는 윤활 간극 (52) 을 한정하고, 상기 평평한 슬라이딩면은 회전 축선에 대해 수직하게 놓인 평면으로부터 벗어나는 방식으로 적어도 반경방향 외측 부분에서 상기 액시얼 스톱 (21) 을 향해 경사지도록 구성되는, 유체역학적 액시얼 베어링.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 액시얼 스톱 (21) 및 상기 부유 디스크 (30) 에 의해 추가의 윤활 간극 (51) 이 한정되고, 상기 액시얼 스톱 (21) 의 상기 평평한 슬라이딩면 (22) 은 회전 축선에 대해 수직하게 놓인 평면으로부터 벗어나는 방식으로 상기 부유 디스크 (30) 를 향해 경사지도록 구성되고, 상기 평평한 슬라이딩면 (22) 은 상기 추가의 윤활 간극 (51) 을 한정하는, 유체역학적 액시얼 베어링.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 유체역학적 액시얼 베어링을 구비하는, 하우징 (20) 에 회전가능하게 설치되는 샤프트 (40) 를 포함하는, 터보기계.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 유체역학적 액시얼 베어링을 구비하는, 하우징 (20) 에 회전가능하게 설치되는 샤프트 (40) 를 포함하는, 배기가스 터보차저.
제 8 항에 있어서,
상기 베어링 콤 (10) 및 상기 샤프트 (40) 는 물질 대 물질 (material-to-material) 방식으로 연결되거나 또는 일 피이스로 제조되는, 배기가스 터보차저.