KR20180018434A - 공기 베어링 및 회전체 시스템 - Google Patents

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Abstract

회전체 시스템이 제공된다. 샤프트 및 스러스트 디스크를 포함하는 회전 샤프트 구조체; 상기 샤프트에 발생하는 부하를 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 저널 공기 베어링 지지체. 상기 저널 공기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 저널 스프링부, 및 상기 저널 공기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하는 저널 공기 베어링; 및 상기 스러스트 디스크에 발생하는 부하를 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 스러스트 공기 베어링 지지체, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 스프링부 및 상기 스러스트 공기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하는 적어도 한 개의 스러스트 공기 베어링을 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

공기 베어링 및 회전체 시스템{Air Bearing and Rotor System}
본 발명은 공기 베어링 및 회전체 시스템에 관련된 것이다.
베어링(bearing)은 원하는 움직임에 대한 상대 운동을 제한하고 움직이는 부분 사이의 마찰을 줄여주는 기계 요소의 하나로, 회전이나 왕복 운동하는 상대 부품에 접해 하중을 받아 축 등을 지지하는 부품을 의미한다.
베어링은 축을 지지하는 방향에 따라 축의 지름 방향의 하중을 지지하는 저널 베어링(journal bearing)과 축의 길이 방향 하중을 지지하는 스러스트 베어링(thrust bearing)으로 분류된다.
또한, 베어링은 베어링의 구조에 따라 구름 베어링(rolling bearing), 자기 베어링(magnetic bearing), 및 유체 베어링(fluid bearing)등으로 분류된다.
공기 베어링은 기존 구름요소 베어링과 달리 공기로 작동하기 때문에 동력손실이 작으며, 마찰로 인한 마모가 거의 없어 반영구적으로 사용이 가능하다. 또한, 공기 베어링은 공기로 윤활하기 때문에 회전기기에 사용된 오일의 처리과정에서 발생하는 환경오염을 방지하는 장점을 가지고 있다.
그러나, 기존 공기 베어링은 열에 의한 구성 요소 예를 들어, 샤프트 및 베어링의 팽창, 회전 시 원심력에 의한 회전축의 팽창 등으로 인한 베어링 간극의 감소로 인해 시스템 파손이 일어난다는 점에서 기술적 한계가 있었다.
이에 본 발명자는, 샤프트의 회전을 안정적으로 지지할 수 있는 공기 베어링 및 그를 포함하는 회전체 시스템을 발명하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 동역학적 안정성이 향상된 공기 베어링 및 회전체 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 열 및 고속 회전으로 인한 각 구성 요소의 팽창을 수용함으로써, 운전 영역을 확대하는 공기 베어링 및 회전체 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 공기 베어링은, 회전 샤프트 구조체의 반경 방향 외측에 위치하여 상기 회전 샤프트 구조체의 회전을 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 베어링 지지체, 상기 베어링 지지체의 외주면을 감싸며, 상기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 스프링부 및 상기 베어링 지지체의 외주면을 감싸며, 상기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 공기 베어링은, 회전 샤프트 구조체의 스러스트 디스크의 일 측에 위치하여 상기 회전 샤트프 구조체의 축 방향 부하를 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 베어링 지지체, 상기 베어링 지지체의 일 면에 위치하고, 상기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 스프링부 및 상기 베어링 지지체의 일 면에 위치하고, 상기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회전체 시스템은, 샤트프 및 상기 샤프트의 반경 방향으로 형성된 스러스트 디스크를 포함하는 회전 샤프트 구조체, 상기 샤프트에 가해지는 부하를 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 저널 공기 베어링 지지체, 상기 저널 공기 베어링 지지체의 외주면을 감싸며, 상기 저널 공기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 저널 스프링부, 및 상기 저널 공기 베어링 지지체의 외주면을 감싸며, 상기 저널 공기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하는 적어도 한 개의 저널 공기 베어링 및 상기 스러스트 디스크에 가해지는 부하를 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 스러스트 공기 베어링 지지체, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체의 일 면에 위치하고, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 스프링부 및 상기 스러스트 공기 베어링 지지체의 일 면에 위치하고, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하는 적어도 한 개의 스러스트 공기 베어링을 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 샹기 샤프트의 길이방향을 따라서, 제1 회전 날개, 제1 스러스트 공기 베어링, 상기 스러스트 디스크, 제2 스러스트 공기 베어링, 제1 저널 공기 베어링, 상기 회전 샤프트 구조체에 회전력을 제공하는 스테이터, 제2 저널 공기 베어링 및 상기 제1 회전 날개보다 무거운 제2 회전 날개가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 샤프트의 길이방향을 따라서, 제1 회전 날개, 제1 저널 공기 베어링, 제1 스러스트 공기 베어링, 상기 스러스트 디스크, 제2 스러스트 공기 베어링, 상기 회전 샤프트 구조체에 회전력을 제공하거나 전기를 발전하는 스테이터, 제2 저널 공기 베어링 및 상기 제1 회전 날개보다 무거운 제2 회전 날개가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 저널 공기 베어링이 상기 샤프트에 가해지는 부하를 공기로 지지하는 제2 저널 공기 베어링 지지면은, 상기 제1 저널 공기 베어링이 상기 샤프트에 가해지는 부하를 공기로 지지하는 제1 저널 공기 베어링 지지면보다 넓을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 회전 날개보다 상기 제2 회전 날개에서 유입되는 공기가 고온일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 스러스트 공기 베어링의 일면을 지지하여, 상기 제2 스러스트 공기 베어링에 대하여 상기 샤프트의 축 방향으로의 고정력을 제공하고, 상기 제1 저널 공기 베어링의 측면 및 일면을 지지하여, 상기 제1 저널 공기 베어링에 대하여 상기 샤프트의 축 방향 및 반경 방향으로의 고정력을 제공하는, 제1 하우징을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 하우징은 상기 스러스트 디스크의 반경 방향 외측으로 연장하고, 상기 제1 하우징의 외측을 감싸는 제2 하우징과 제3 하우징을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스러스트 디스크에 대하여 상기 제2 회전 날개 방향보다 상기 제1 회전 날개 방향으로의 부하가 큰 경우, 상기 제1 스러스트 공기 베어링이 상기 스러스트 디스크를 공기로 지지하는 제1 스러스트 공기 베어링 지지면은, 상기 제2 스러스트 공기 베어링이 상기 스러스트 디스크를 공기로 지지하는 제2 스러스트 공기 베어링 지지면보다 넓을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스러스트 디스크에 대하여 상기 제1 회전 날개 방향보다 상기 제2 회전 날개 방향으로의 부하가 큰 경우, 상기 제2 스러스트 공기 베어링이 상기 스러스트 디스크를 공기로 지지하는 제2 스러스트 공기 베어링 지지면은, 상기 제1 스러스트 공기 베어링이 상기 스러스트 디스크를 공기로 지지하는 제1 스러스트 공기 베어링 지지면보다 넓을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체와 상기 회전 샤프트 구조체의 스러스트 디스크 간의 간극은, 상기 저널 공기 베어링 지지체와 상기 회전 샤프트 구조체의 반경 방향으로의 간극보다 넓을 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 공기 베어링을 제공하되, 회전체와 직접 계면하는 구성이 강체로 이루어진 베어링 지지체이기 때문에, 회전체 동역학적 불안정성 및 열/회전에 의한 베어링/샤프트의 기하학적 변화를 능동적으로 수용하여 가혹한 운전 조전 (초고속, 고온, 외부가진 등)에서도 회전체 시스템의 작동이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한 하우징의 구조가 간단하여 컴팩트한 형태로 조립이 가능하므로 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있으며, 조립 시 누적공차의 영향을 줄일 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 조립성 및 회전체 동역학적 안정성 향상, 열 및 고속회전으로 인한 베어링 및 샤프트 팽창 수용을 바탕으로 한 운전영역을 확대할 수 있고, 나아가 회전 시 외부가압을 통한 베어링 강성 및 안정성 증가의 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전체 시스템의 부분 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 저널 공기 베어링을 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 A-A' 단면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스러스트 공기 베어링을 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 T 영역에 대한 확대도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스러스트 공기 베어링의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전체 시스템의 부분 단면도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전체 시스템의 부분 단면도를 도시하고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 저널 베어링을 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 A-A' 단면을 도시하고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스러스트 베어링을 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 T 영역에 대한 확대도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전체 시스템(1000)은, 회전 샤프트 구조체(100), 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 회전을 지지하는 공기 베어링(200a, 200b, 300a, 300b) 및 하우징(510, 520, 530) 중 적어도 하나의 구성을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 회전 샤프트 구조체(100)에 회전력을 제공하거나, 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 회전력에 상응하는 전류를 생성하는 스테이터(410)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상술하기로 한다. 도 1에 도시된 회전체 시스템(1000)은 회전체 시스템(1000)의 길이 방향 단면 중 상단을 도시한 것이며, 하단은 상단에 대칭하는 구조이므로 상세한 도시를 생략하였다.
상기 회전 샤프트 구조체(100)
상기 회전 샤프트 구조체(100)는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전체 시스템(1000)의 중공에 길이 방향(L)으로 인입되어, 회전하는 구조체를 의미할 수 있다.
상기 회전 샤프트 구조체(100)는 샤프트(110), 스러스트 디스크(120), 로터(130), 샤프트 슬리브(140), 로터 슬리브(150), 제1 회전 날개(160) 및 제2 회전 날개(170) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 샤프트(110)는 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 회전축에 해당하는 구성으로서, 제1 회전 날개(160)에서 제2 회전 날개(170)에 이르기까지 연장하는 구조를 가질 수 있다. 상기 샤프트(110)의 일 단이 상기 제1 회전 날개(160)로부터 돌출하고 상기 제2 회전 날개(170)으로부터 돌출할 수 있음은 물론이다.
상기 샤프트(110)는 열팽창계수가 작은 소재 예를 들어, Invar36, Kovar, Incoloy903, Incoloy907, Incoloy909, Ti-6A1 중 적어도 하나의 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 후술할 상기 스러스트 디스크(120), 상기 샤프트 슬리브(140), 상기 로터 슬리브(150)도 열팽창계수가 작은 소재 예를 들어, Invar36, Kovar, Incoloy903, Incoloy907, Incoloy909, Ti-6A1 중 적어도 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
상기 스러스트 디스크(120)는 상기 샤프트(110)와 함께 회전하도록 구성되되, 상기 샤프트(110)의 반경 방향(R)으로 배치될 수 있다. 상기 스러스트 디스크(120) 표면에는 마찰 및 강도를 향상시키는 DLC 코팅 혹은 크롬 코팅이 적용될 수 있다.
상기 스러스트 디스크(120)는 상기 샤프트(110)의 길이 방향(L)으로의 정적 및/또는 동적 부하 예를 들어, 진동을 스러스트 베어링(300a, 300b)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 스러스트 디스크(120)는 상기 샤프트(100)로부터 반경 방향(R)으로 연장하는 스러스트 바디(126)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스러스트 디스크(120)는 상기 스러스트 디스크(120)의 고정을 위하여, 제1 스러스트 디스크 날개(122)와 제2 스러스트 디스크 날개(124)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 로터(130)는 상기 스테이터(410)로부터 회전력을 제공받거나, 상기 샤프트(110)에 가해진 회전력을 상기 스테이터(410)로 전달하여 상응하는 전력이 생산되도록 할 수 있다. 이를 위하여 상기 로터(130)의 외주면에는 영구 자석 또는 권선(미도시)이 마련될 수 있다.
상기 샤프트 슬리브(140)는 상기 샤프트(110)의 반경 방향(R) 외주면을 감싸도록 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 샤프트 슬리브(140)는 상기 제2 스러스트 디스크 날개(124)와 함께 상기 로터(130)를 고정시키는 기능을 수행할 수 있다. 다른 관점에서, 상기 로터(130)의 일 측은 상기 샤프트 슬리브(140)의 일 측면에 의하여 위치가 고정되고, 상기 로터(130)의 타 측은 상기 제2 스러스트 디스크 날개(124)의 일 측면에 의하여 위치가 고정될 수 있다.
상기 로터 슬리브(150)는 상기 로터(130)의 외주면을 감싸도록 구성될 수 있다. 이로써, 상기 로터 슬리브(150)는 상기 로터(130)의 외주면에 배치된 구성 예를 들어, 영구 자석을 고정하는 기능을 수행할 수 있다. 나아가 상기 로터 슬리브(150)는 상기 로터(130)의 길이 방향을 넘어서 연장하는 구조를 가짐으로써, 제2 스러스트 디스크 날개(124)의 상면과 샤프트 슬리브(140)의 상면 중 적어도 하나의 상면을 누르는 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 로터 슬리브(150)는 상기 샤프트(110)의 회전 시 발생하는 원심력에 대하여 상기 제2 스러스트 디스크 날개(124)와 상기 샤프트 슬리브(140)를 고정하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 로터 슬리브(150) 표면에도 마찰 및 강도를 향상시키는 DLC 코팅 혹은 크롬 코팅이 적용될 수 있다.
상기 샤프트(110)의 일 측에는 제1 회전 날개(160)가 배치될 수 있고, 상기 샤프트(100)의 타 측에는 제2 회전 날개(170)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 회전 날개(160)는 압축기 날개 일 수 있고, 상기 제2 회전 날개(170)는 터빈 날개일 수 있다. 이와 같이 제1 회전 날개(160)와 제2 회전 날개(170)가 각각 가스 터빈 또는 터보 차저의 각 날개로서 기능하는 경우, 상기 제1 회전 날개(160)를 통하여 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 외주면으로 유입되는 공기의 온도는 상기 제2 회전 날개(170)를 통하여 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 외주면으로 유입되는 공기의 온도보다 낮을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 회전 샤프트 구조체(100) 각 구성들은 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 길이 방향(L)으로, 제1 회전 날개(160), 스러스트 디스크(120), 로터(130), 샤프트 슬리브(140) 및 제2 회전 날개(170) 순서로 배치될 수 있다.
상기 회전 샤프트 구조체는 상술한 각 구성 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 예를 들어, 샤프트만을 포함할 수도 있다.
이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 샤프트 구조체(100)를 설명하였다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 저널 공기 베어링(200a, 200b)에 대하여 설명하기로 한다.
저널 공기 베어링(200a, 200b)
상기 저널 공기 베어링은 상기 회전체 시스템(1000)의 반경 방향(R) 부하 예를 들어, 회전하는 축의 자중과 진동을 지지하는 구성으로써, 상기 회전체 시스템(1000)의 길이 방향(L)을 따라 적어도 한 개 예를 들어, 2개가 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 저널 공기 베어링(200a)은 제1 회전 날개(160) 방향으로 위치하고, 제2 저널 공기 베어링(200b)는 제2 회전 날개(170) 방향으로 위치할 수 있다.
보다 상세한 설명을 위하여, 도 1의 A-A' 단면을 도시하는 도 2를 참조하면, 공기 저널 베어링(200b)는 회전 샤프트 구조체(100)의 반경 방향(R) 외측에 위치하여 상기 회전 샤프트 구조체(110)의 회전을 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 베어링 지지체(210b), 상기 베어링 지지체(210b)의 외주면을 감싸며, 상기 베어링 지지체(210b)에 탄성력을 제공하는 스프링부(220b), 및 상기 베어링 지지체(210b)의 외주면을 감싸며, 상기 베어링 지지체(210b)에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부(230b) 중 적어도 하나의 구성을 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 베어링 지지체(210b)는 상기 회전 샤프트 구조체(100)에 대하여 반경 방향(R)으로 에어 갭(air gap)을 사이에 두고 이격하여 배치될 수 있다. 다시 말해, 상기 베어링 지지체(210b)는 상기 회전 샤프트 구조체(100)를 원주 방향으로 감싸도록 에어 갭(air gap)을 사이에 두고 이격하여 배치될 수 있다. 상기 에어 갭(air gap)에 의하여, 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 회전 운동이 지지될 수 있다.
상기 베어링 지지체(210b)는 강체로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 샤프트(110)에 의하여 발생하는 정적 및/또는 동적 부하 예를 들어, 진동을 상기 스프링부(220b) 및 상기 댐퍼부(230b) 중 적어도 하나의 구성으로 전달할 수 있다.
또한, 샤프트(110)의 회전에 의하여 상기 베어링 지지체(210b)의 외면과 로터 슬리브(150)와 스러스트 바디(126)의 내면 사이에 열이 발생하거나 고온의 제1 회전 날개(160) 혹은 상기 제2 회전 날개(170)에서 상기 하우징(510, 520, 530) 을 통해 전달되는 열에 의해 상기 베어링 지지체(210b)가 열 변형이 발생한다 하더라도, 상기 스프링부(220b)가 반경 방향(R)으로 변형을 하기 때문에 에어 갭(air gap)의 변형을 최소화할 수 있다. 다른 관점에서, 만약 베어링 지지체(210b) 없이, 에어 갭(air)과 상기 베어링 지지체(210b)가 직접 계면하는 경우, 샤프트(110)의 회전 열에 의하여 열 변형이 발생하게 되고, 이 경우, 반경 방향(R)의 에어 갭(air)이 길이 방향(L) 위치에 따라 의도치 않게 가변하여 매우 작아져서 시스템이 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 반해 본 발명의 일 실시 예에서는 상기 스프링부(220b)가 탄성 변형을 하기 때문에 강체로 이루어진 베어링 지지체(210b)가 열변형을 하더라도 에어 갭의 크기가 매우 작아지는 것을 방지할 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베어링 지지체(210b)는 타원형, 3로브, 오프세트, 테이퍼, 틸팅패드, 그루브 중 적어도 하나의 구성으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베어링 지지체(210b)는 열팽창계수가 작은 소재 예를 들어, Invar36, Kovar, Incoloy903, Incoloy907, Incoloy909, Ti-6A1 중 적어도 하나의 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베어링 지지체(210b)의 표면에는 고체윤활제 예를 들어, 테프론, 흑연, MoS2 중 적어도 하나의 물질이 적용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베어링 지지체(210b)의 표면에 구멍이 가공이 되어 있어, 외부 가압 공기를 주입할 수 있는 하이브리드 베어링을 가지는 공기 베어링을 가질 수 있다. 공기 주입을 위해 베어링슬리브 하단부에 추가적인 챔버를 가질 수 있으며, 베어링슬리브에 직접 파이브를 삽입을 할 수도 있다.
상기 스프링부(220b)는 상기 베어링 지지체(210b)의 외주면에 원주 방향으로 직접 접촉하여 배치될 수 있다. 이와 달리, 댐퍼부(230b)가 상기 베어링 지지체(210b)의 외주면에 원주 방향으로 상기 베어링 지지체(210b)과 직접 접촉하여 배치되고, 상기 스프링부(220b)는 상기 댐퍼부(230b)의 외주면에 원주 방향으로 상기 댐퍼부(230b)과 직접 접촉하도록 배치될 수 있다. 정리하면, 반경 방향으로, 베어링 지지체(210b), 스프링부(220b) 및 댐퍼부(230b) 순서로 배치될 수도 있고, 이와 달리, 베어링 지지체(210b), 댐퍼부(230b) 및 스프링부(220b) 순서로 배치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 베어링 지지체(210b), 스프링부(220b) 및 댐퍼부(230b) 순서로 배치된 경우를 상정하기로 한다.
상기 스프링부(220b)는 상기 베어링 지지체(210b)에 가해진 진동에 대하여 탄성력을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 스프링부(220b)는 빔구조 스프링, 오링, 웨이브스프링, 범프포일, 윙포일, 컴플라언트 스프링, 반구형 포일, 와이어메쉬 중 적어도 하나의 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 댐퍼부(230b)는 상기 베어링 지지체(210b)에 가해진 진동을 소산시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 댐퍼부(230b)는 스퀴즈필름댐퍼, 점탄성댐퍼, 범프포일, 윙포일, 컴플라언트 스프링, 반구형 포일, 와이어메쉬 중 적어도 하나의 구성으로 이루어질 수 있다. 상기 스퀴즈필름댐버는 오링과 함께 적용하여 배치될 수 있다.
이상 제2 저널 공기 베어링(200b)를 중심으로 설명하였으나, 상기 제1 제널 공기 베어링(200a)도 상기 제2 저널 공기 베어링(200b)과 동일한 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 제널 공기 베어링(200a)도 베어링 지지체(210a), 스프링부(220a) 및 댐퍼부(230a)를 포함할 수 있다. 그 외 설명은 상기 제2 저널 공기 베어링(200b)에 대한 설명과 중복되므로 생략하기로 한다.
이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 저널 공기 베어링(200a, 200b)를 설명하였다. 이하에서는 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 스러스트 공기 베어링(300a, 300b)를 설명하기로 한다.
스러스트 공기 베어링(300a, 300b)
상기 스러스트 공기 베어링은 상기 회전체 시스템(1000)의 길이 방향(L) 정적 및/또는 동적 부하를 지지하는 구성으로써, 상기 회전체 시스템(1000)의 길이 방향(L)을 따라 적어도 한 개 예를 들어, 2개가 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 스러스트 공기 베어링(300a)은 상기 스러스트 바디(126)의 일 측에 위치하고, 제2 스러스트 공기 베어링(300b)는 상기 스러스트 바디(126)의 타 측에 위치할 수 있다.
보다 상세한 설명을 위하여 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 스러스트 공기 베어링(300a)은 회전 샤프트 구조체(100)의 스러스트 디스크(120)의 일 측에 위치하여 상기 회전 샤트프 구조체(100)의 축 길이 방향(L) 정적 및/또는 동적 부하 예를 들어, 진동을 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 베어링 지지체(310a), 상기 베어링 지지체(310a)의 일면에 위치하고, 상기 베어링 지지체(310a)에 탄성력을 제공하는 스프링부(320a) 및 상기 베어링 지지체(310a)의 일 면에 위치하고, 상기 베어링 지지체(310a)에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부(330a)를 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시 에에 따르면, 상기 제1 스러스트 공기 베어링(300a)의 베어링 지지체(300a)는 상기 스러스트 바디(126)와 에어 갭(air gap)을 사이에 두고 이격하여 위치할 수 있다. 이로써, 스러스트 바디(126)의 정적 및/또는 동적 부하를 지지할 수 있다.
상기 베어링 지지체(310a)는 테이퍼랜드, 스텝, 포켓, 패러럴페이스, 그루브프, 틸팅패드 중 적어도 하나의 구성으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베어링 지지체(310a)는 열팽창계수가 작은 소재 예를 들어, Invar36, Kovar, Incoloy903, Incoloy907, Incoloy909, Ti-6A1 중 적어도 하나의 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베어링 지지체(210b)의 표면에는 고체윤활제 예를 들어, 테프론, 흑연, MoS2 중 적어도 하나의 물질이 적용될 수 있다.
상기 베어링 지지체(310a)의 일 면에는 상기 스프링부(320a) 및 상기 댐퍼부(330a) 순서로 각 구성이 마련될 수도 있고, 이와 달리, 상기 댐퍼부(330a) 및 상기 스프링부(320a) 순서로 각 구성이 마련될 수도 있다.
상기 스프링부(320a)와 상기 댐퍼부(330a)의 각 구성에 대한 상세한 설명은 앞서 저널 공기 베어링 부분에서 상술한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
또한, 제1 스러스트 공기 베어링(300a)을 중심으로 설명하였으나, 제1 스러스트 공기 베어링(300a)에 대한 설명은 제2 스러스트 공기 베어링(300b)에도 적용되므로, 제2 스러스트 공기 베어링(300b)에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이상 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 스러스트 공기 베어링(300a, 300b)을 설명하였다.
일 실시 예에 따르면, 샤프트(110)의 길이방향을 따라서, 제1 회전 날개(160), 제1 스러스트 공기 베어링(300a), 상기 스러스트 디스크(120), 제2 스러스트 공기 베어링(300b), 제1 저널 공기 베어링(200a), 상기 회전 샤프트 구조체에 회전력을 제공하거나 전기를 발전하는 스테이터(410), 제2 저널 공기 베어링(200b) 및 제2 회전 날개(170)가 배치될 수 있다. 일 예에 따르면 제2 회전 날개(170)는 제1 회전 날개(160) 보다 무거울 수 있다.
이 경우, 상기 제2 저널 공기 베어링(200b)이 상기 샤프트에 발생하는 정적 및/또는 동적 부하 예를 들어, 진동을 공기로 지지하는 제2 저널 공기 베어링 지지면은, 상기 제1 저널 공기 베어링(200a)이 상기 샤프트에 발생하는 정적 및/또는 동적 부하 예를 들어, 진동을 공기로 지지하는 제1 저널 공기 베어링 지지면보다 넓을 수 있다. 이는 제2 회전 날개(170)가 상기 제1 회전날개(160) 보다 무거울 경우를 고려한 것이다. 다른 관점에서, 상기 제2 저널 공기 베어링(200b)과 상기 제1 저널 공기 베어링(200a)은 지지하는 하중에 따라 비 대칭적인 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 회전 날개(160)가 압축기 날개이고, 상기 제2 회전 날개(170)가 터빈 날개인 경우(즉, 회전체 시스템(1000)이 가스터빈 혹은 터보 차저인 경우), 상기 제1 회전 날개(160)를 통하여 회전체 시스템(1000) 내부로 유입되는 공기의 온도는 상기 제2 회전 날개(170)를 통하여 회전체 시스템(1000) 내부로 유입되는 공기의 온도보다 낮을 수 있다. 이 경우, 상기 스러스트 디스크(120)가 상기 제2 회전 날개(170) 보다 상기 제1 회전 날개(160)에 가까운 위치에 마련됨으로써, 상기 스러스트 디스크(120)에 가해질 열 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체(310a, 310b)와 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 스러스트 디스크(120) 간의 간극(L 방향)은, 상기 저널 공기 베어링 지지체(210a, 210b)와 상기 회전 샤프트 구조체(100)의 반경 방향(R)으로의 간극보다 넓을 수 있다. 이는 고하중 및 고온 등의 가혹한 작동조건에 발생하는 스러스트 디스크의 기하학적 변형을 보다 더 능동적으로 수용하기 위함이다.
이하 다시 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전체 시스템(1000)의 하우징을 설명하기로 한다.
하우징
도 1을 참조하면, 하우징은 상기 회전체 시스템(1000)의 내부 구성들을 안착시키되, 조립의 편의성을 위하여 복수의 하우징들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 하우징(510), 제2 하우징(520) 및 제3 하우징(540)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 하우징(510)은 상기 제2 스러스트 공기 베어링(300b)의 일면을 지지하여, 상기 제2 스러스트 공기 베어링(300b)에 대하여 상기 샤프트의 축 방향으로의 고정력을 제공하는 제1 면(512), 상기 제1 저널 공기 베어링(200a)의 측면을 지지하여, 상기 제1 저널 공기 베어링(200a)에 대하여 상기 샤프트의 축 방향으로의 고정력을 제공하는 제2 면(516) 및 상기 제1 저널 공기 베어링(200a)의 일면을 지지하여, 상기 제1 저널 공기 베어링(200a)에 대하여 상기 샤프트의 반경 방향으로의 고정력을 제공하는 제3 면(514)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 제1 하우징(510)은 제2 스러스트 공기 베어링(300b)과 제1 저널 공기 베어링(200a)을 고정하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 제2 하우징(520)은 상기 제1 하우징(510)에 대하여 일 측 예를 들어, 제1 회전 날개(160) 방향에 위치하되, 상기 제1 하우징(510)의 적어도 일부를 감싸고, 상기 제3 하우징(530)은 상기 제1 하우징(510)에 대하여 일 측 예를 들어, 제2 회전 날개(170) 방향에 위치하되, 상기 제1 하우징(510)의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 상기 스러스트 디스크(120)를 기준으로 하우징들이 분할되어 있기 때문에 회전체 시스템(1000)의 조립 편의성이 향상될 수 있다.
다른 관점에서, 상기 제1 하우징(510)은 제2 스러스트 공기 베어링(300b)와 제1 저널 공기 베어링(200a)를 고정하고, 상기 제2 하우징(520)은 제1 스러스트 공기 베어링(300a)을 고정하고, 상기 제3 하우징(530)은 제2 저널 공기 베어링(200b)을 고정할 수 있다.
상기 제3 하우징(530)은 상기 스테이터(410)에 대하여 냉각수를 제공하는 냉각 하우징(420)이 고정하는 제1 면(532)과 상기 냉각 하우징(420)에 대하여 샤프트(110)의 길이 방향(L)으로 고정력을 제공하는 제2 면(534)을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 상기 제3 하우징(530)은 냉각수가 흐르는 냉각 유로(536)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 하우징(530)의 일 측에는 히트 쉴드(heat shield)가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 공기가 유동하는 유로에는 의도치 않은 공기의 누설을 방지하는 밀봉 부재(550)가 마련될 수 있다. 상기 밀봉 부재(550)는 공기의 유로에 대하여 가변하는 단차를 제공하도록 스텝부를 포함할 수 있다. 상기 스텝부는 공기의 유동에 대하여 단차를 제공하기 때문에, 유입된 공기가 회전체 시스템(1000) 내부를 유동함에 있어서 발생할 수 있는 압력 차를 최소화할 수 있다. 이로써, 회전체 시스템(1000)의 안정적인 고속 회전을 가능케할 수 있다.
이하 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스러스트 공기 베어링의 변형 예를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스러스트 공기 베어링의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
스러스트 공기 베어링의 변형 예는 스러스트 디스크(120)의 일 면과 일 면에 대향하는 타 면 사이에 가해지는 부하가 서로 다른 경우에 있어서, 부합하는 지지력을 제공하기 위함이다.
도 4(a)를 참조하면, 상기 스러스트 디스크(120)에 대하여 상기 제2 회전 날개 방향(170)보다 상기 제1 회전 날개(160) 방향으로의 부하가 큰 경우, 상기 제1 스러스트 공기 베어링(300a)이 상기 스러스트 디스크(120)를 공기로 지지하는 제1 스러스트 공기 베어링 지지면(A1)은, 상기 제2 스러스트 공기 베어링(300b)이 상기 스러스트 디스크(120)를 공기로 지지하는 제2 스러스트 공기 베어링 지지면(A2)보다 넓게 이루어질 수 있다. 이로써, 스러스트 디스크(120)에 대하여 안정적인 지지력이 제공될 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 상기 스러스트 디스크(120)에 대하여 상기 제1 회전 날개(160) 방향보다 상기 제2 회전 날개(170) 방향으로의 부하가 큰 경우, 상기 제2 스러스트 공기 베어링(300b)이 상기 스러스트 디스크(120)를 공기로 지지하는 제2 스러스트 공기 베어링 지지면(A2)은, 상기 제1 스러스트 공기 베어링(300a)이 상기 스러스트 디스크(120)를 공기로 지지하는 제1 스러스트 공기 베어링 지지면(A1)보다 넓게 이루어질 수 있다. 이로써, 스러스트 디스크(120)에 대하여 안정적인 지지력이 제공될 수 있다.
이상 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전체 시스템(1000)을 설명하였으며, 아울러, 저널 공기 베어링(200a, 200b)와 스러스트 공기 베어링(300a, 300b)를 설명하였다. 이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전체 시스템(1000)을 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전체 시스템(2000)의 부분 단면도를 도시한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전체 시스템(2000)은, 회전 샤프트 구조체(1100), 상기 회전 샤프트 구조체(1100)의 회전을 지지하는 공기 베어링(1200a, 1200b, 1300a, 1300b) 및 하우징(1510, 1520, 1530) 중 적어도 하나의 구성을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 회전 샤프트 구조체(1100)에 회전력을 제공하거나, 상기 회전 샤프트 구조체(1100)의 회전력에 상응하는 전류를 생성하는 스테이터(1410)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에서 내부 배치가 변경될 뿐, 본 발명의 제1 실시 예에서와 동일하게 호칭되는 구성 요소는 동일한 구성에 해당하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 회전체 시스템(2000)은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회전체 시스템(1000)과 달리, 상기 샤프트(1110)의 길이방향을 따라서, 제1 회전 날개(1160), 제1 저널 공기 베어링(1200a), 제1 스러스트 공기 베어링(1300a), 스러스트 디스크(1120), 제2 스러스트 공기 베어링(1300b), 상기 회전 샤프트 구조체(1100)에 회전력을 제공하는 스테이터(1410), 제2 저널 공기 베어링(1200b) 및 제2 회전 날개(1170)가 배치될 수 있다. 일 예에 따르면 제2 회전 날개(1170)는 제1 회전 날개(1160) 보다 무거울 수 있다.
이 경우, 상기 제2 저널 공기 베어링(1200b)이 상기 샤프트에 발생하는 정적 및/또는 동적 부하 예를 들어, 진동을 공기로 지지하는 제2 저널 공기 베어링 지지면은, 상기 제1 저널 공기 베어링(1200a)이 상기 샤프트에 발생하는 정적 및/또는 동적 부하 예를 들어, 진동을 공기로 지지하는 제1 저널 공기 베어링 지지면보다 넓을 수 있다. 이는 제2 회전 날개(1170)가 상기 제1 회전날개(1160) 보다 무거울 경우를 고려한 것이다. 다른 관점에서, 상기 제2 저널 공기 베어링(1200b)과 상기 제1 저널 공기 베어링(1200a)은 지지하는 하중에 따라 비 대칭적인 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 회전 날개(1160)가 압축기 날개이고, 상기 제2 회전 날개(170)가 1터빈 날개인 경우(즉, 회전체 시스템(2000)이 가스터빈 혹은 터보 차저인 경우), 상기 제1 회전 날개(1160)를 통하여 회전체 시스템(2000) 내부로 유입되는 공기의 온도는 상기 제2 회전 날개(1170)를 통하여 회전체 시스템(2000) 내부로 유입되는 공기의 온도보다 낮을 수 있다. 이 경우, 상기 스러스트 디스크(1120)가 상기 제2 회전 날개(1170) 보다 상기 제1 회전 날개(1160)에 가까운 위치에 마련됨으로써, 상기 스러스트 디스크(1120)에 가해질 열 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체와 상기 스러스트 디스크(1120) 간의 간극(L 방향)은, 상기 저널 공기 베어링 지지체와 상기 회전 샤프트 구조체(1100)의 반경 방향(R)으로의 간극보다 넓을 수 있다. 이는 고하중 및 고온 등의 가혹한 작동조건에 발생하는 스러스트 디스크의 기하학적 변형을 보다 더 능동적으로 수용하기 위함이다.
또한, 제2 실시 예에 따른 회전체 시스템(2000)의 내부 구성들을 안착시키되, 조립의 편의성을 위하여 복수의 하우징들이 제공될 수 있다.
보다 구체적으로 제1 하우징(1510)은 제2 스러스트 공기 베어링(1300b)을 고정할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 하우징(1510)은 제2 스러스트 공기 베어링(1300b)의 일 면에서 스테이터(1410)의 측면에 사이에서 연장하는 고정 로드(1512)를 포함하여 이루어질 수 있다.
제2 하우징(1520)은 제1 저널 공기 베어링(1200a)과 제1 스러스트 공기 베어링(1300a)를 고정할 수 있고, 제3 하우징(1530)은 제2 저널 공기 베어링(1200b)을 고정하는 기능을 제공할 수 있다.
다른 관점에서, 상기 스러스트 디스크(1120)를 기준으로 하우징들이 분할되어 있기 때문에 회전체 시스템(2000)의 조립 편의성이 향상될 수 있다.
앞서 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스러스트 공기 베어링의 변형 예도 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스러스트 공기 베어링에 적용될 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 본 발명의 실시 예들에 따르면, 공기 베어링을 제공하되, 회전체와 직접 계면하는 구성이 강체로 이루어진 베어링 지지체가 스프링과 댐퍼로 지지되는 구조를 가지기 때문에, 회전체 동역학적 불안정성 및 열/회전에 의한 베어링/샤프트의 기하학적 변화를 능동적으로 수용하여 가혹한 운전 조전 (초고속, 고온, 외부가진 등)에서도 회전체 시스템의 작동이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한 하우징의 구조가 간단하여 컴팩트한 형태로 조립이 가능하므로 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있으며, 조립 시 누적공차의 영향을 줄일 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 조립성 및 회전체 동역학적 안정성 향상, 열 및 고속회전으로 인한 베어링 및 샤프트 팽창 수용을 바탕으로 한 운전영역 확대할 수 있고, 나아가 회전 시 외부가압을 통한 베어링 강성 및 안정성 증가의 효과를 제공할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 베어링 및 회전체 시스템은, 터보압축기, 송풍기, 마이크로터빈, 모터 및 발전기와 일체로 된 고속회전기기, 차량용 터보차저, 덴탈핸드피스, 터보펌프, 고속스핀들, 연료전지공기공급장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 베어링 및 고속 회전기기 시스템은, 기존의 볼 베어링 혹은 오일 윤활 베어링으로 지지되는 회전기기 중, 베어링의 내구성 및 불안정성을 개선하기 위하여 공기베어링을 적용하고자 하는 제품 또는 기존 공기 베어링 적용 회전기기 중 고속 불안정성 및 고속/고온 운전시 파손이 일어나는 제품에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
1000: 제1 회전체 시스템
100: 회전 샤프트 구조체
200a, 200b: 저널 공기 베어링
300a, 300b: 스러스트 공기 베어링
2000: 제2 회전체 시스템
1100: 회전 샤프트 구조체
1200a, 1200b: 저널 공기 베어링
1300a, 1300b: 스러스트 공기 베어링

Claims (12)

  1. 회전 샤프트 구조체의 반경 방향 외측에 위치하여 상기 회전 샤프트 구조체의 회전을 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 베어링 지지체;
    상기 베어링 지지체의 외주면을 감싸며, 상기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 스프링부; 및
    상기 베어링 지지체의 외주면을 감싸며, 상기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하는 공기 베어링.
  2. 회전 샤프트 구조체의 스러스트 디스크의 일 측에 위치하여 상기 회전 샤트프 구조체의 축 방향 부하를 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 베어링 지지체;
    상기 베어링 지지체의 일 면에 위치하고, 상기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 스프링부; 및
    상기 베어링 지지체의 일 면에 위치하고, 상기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하는 공기 베어링.
  3. 샤트프 및 상기 샤프트의 반경 방향으로 형성된 스러스트 디스크를 포함하는 회전 샤프트 구조체;
    상기 샤프트에 가해지는 부하를 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 저널 공기 베어링 지지체, 상기 저널 공기 베어링 지지체의 외주면을 감싸며, 상기 저널 공기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 저널 스프링부, 및 상기 저널 공기 베어링 지지체의 외주면을 감싸며, 상기 저널 공기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하는 적어도 한 개의 저널 공기 베어링; 및
    상기 스러스트 디스크에 가해지는 부하를 공기로 지지하도록 강체로 이루어진 스러스트 공기 베어링 지지체, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체의 일 면에 위치하고, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체에 탄성력을 제공하는 스프링부 및 상기 스러스트 공기 베어링 지지체의 일 면에 위치하고, 상기 스러스트 공기 베어링 지지체에 가해진 진동을 소산시키는 댐퍼부를 포함하는 적어도 한 개의 스러스트 공기 베어링;을 포함하는 회전체 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    샹기 샤프트의 길이방향을 따라서, 제1 회전 날개, 제1 스러스트 공기 베어링, 상기 스러스트 디스크, 제2 스러스트 공기 베어링, 제1 저널 공기 베어링, 상기 회전 샤프트 구조체에 회전력을 제공하는 스테이터, 제2 저널 공기 베어링 및 상기 제1 회전 날개보다 무거운 제2 회전 날개가 배치되는, 회전체 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 샤프트의 길이방향을 따라서, 제1 회전 날개, 제1 저널 공기 베어링, 제1 스러스트 공기 베어링, 상기 스러스트 디스크, 제2 스러스트 공기 베어링, 상기 회전 샤프트 구조체에 회전력을 제공하거나 전기를 발전하는 스테이터, 제2 저널 공기 베어링 및 상기 제1 회전 날개보다 무거운 제2 회전 날개가 배치되는, 회전체 시스템.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 제2 저널 공기 베어링이 상기 샤프트에 가해지는 부하를 공기로 지지하는 제2 저널 공기 베어링 지지면은, 상기 제1 저널 공기 베어링이 상기 샤프트에 가해지는 부하를 공기로 지지하는 제1 저널 공기 베어링 지지면보다 넓은, 회전체 시스템.
  7. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 제1 회전 날개보다 상기 제2 회전 날개에서 유입되는 공기가 고온인, 회전체 시스템.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 스러스트 공기 베어링의 일면을 지지하여, 상기 제2 스러스트 공기 베어링에 대하여 상기 샤프트의 축 방향으로의 고정력을 제공하고, 상기 제1 저널 공기 베어링의 측면 및 일면을 지지하여, 상기 제1 저널 공기 베어링에 대하여 상기 샤프트의 축 방향 및 반경 방향으로의 고정력을 제공하는, 제1 하우징을 포함하는 회전체 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 하우징은 상기 스러스트 디스크의 반경 방향 외측으로 연장하고,
    상기 제1 하우징의 외측을 감싸는 제2 하우징과 제3 하우징을 더 포함하는 회전체 시스템.
  10. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 스러스트 디스크에 대하여 상기 제2 회전 날개 방향보다 상기 제1 회전 날개 방향으로의 부하가 큰 경우, 상기 제1 스러스트 공기 베어링이 상기 스러스트 디스크를 공기로 지지하는 제1 스러스트 공기 베어링 지지면은, 상기 제2 스러스트 공기 베어링이 상기 스러스트 디스크를 공기로 지지하는 제2 스러스트 공기 베어링 지지면보다 넓은, 회전체 시스템.
  11. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 스러스트 디스크에 대하여 상기 제1 회전 날개 방향보다 상기 제2 회전 날개 방향으로의 부하가 큰 경우, 상기 제2 스러스트 공기 베어링이 상기 스러스트 디스크를 공기로 지지하는 제2 스러스트 공기 베어링 지지면은, 상기 제1 스러스트 공기 베어링이 상기 스러스트 디스크를 공기로 지지하는 제1 스러스트 공기 베어링 지지면보다 넓은, 회전체 시스템.
  12. 제3 항에 있어서,
    상기 스러스트 공기 베어링 지지체와 상기 회전 샤프트 구조체의 스러스트 디스크 간의 간극은, 상기 저널 공기 베어링 지지체와 상기 회전 샤프트 구조체의 반경 방향으로의 간극보다 넓은, 회전체 시스템.
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