KR20180087358A - 유체 커플링 - Google Patents

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KR20180087358A
KR20180087358A KR1020187018124A KR20187018124A KR20180087358A KR 20180087358 A KR20180087358 A KR 20180087358A KR 1020187018124 A KR1020187018124 A KR 1020187018124A KR 20187018124 A KR20187018124 A KR 20187018124A KR 20180087358 A KR20180087358 A KR 20180087358A
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bearing
radial bearing
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radial
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히로시 오가타
요시노리 가타야
히데토시 가사이
하야토 이케다
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

유체 커플링은, 임펠러(1) 및 러너(2)와, 구동축(11)을 회전 가능하게 지지하는 레이디얼 베어링(40) 및 스러스트 베어링(42)과, 윤활유 공급 시스템(50)을 구비한다. 레이디얼 베어링(40)은, 구동축(11)의 외주면을 지지하는 지지면(62)과, 스러스트 베어링측 단부면(63)과, 반 스러스트 베어링측 단부면(64)을 갖는다. 지지면(62)에는 스러스트 베어링측 단부면(63)에 인접한 원환 홈(68)이 형성되어 있다. 레이디얼 베어링(40)은, 원환 홈(68)으로부터 반 스러스트 베어링측 단부면(64)까지 연장되는 유로(69)를 갖는다.

Description

유체 커플링
본 발명은 유체 커플링에 관한 것이고, 특히 유체 커플링의 베어링 구조에 관한 것이다.
유체 커플링은, 입력측 날개차인 임펠러와, 출력측 날개차인 러너 사이에 존재하는 작동 유체를 통해 입력축의 회전을 출력축으로 전달하는 장치이다. 작동 유체에는, 예를 들어 작동유가 사용된다. 임펠러와 러너 사이에 존재하는 작동 유체의 양을 증감함으로써, 입력축에 대한 출력축의 회전 속도를 무단계로 바꿀 수 있다.
임펠러의 회전에 의해 작동 유체에 원심력이 부여되면, 작동 유체의 압력이 올라가고, 임펠러 및 러너에는 스러스트력이 작용한다. 이로 인해, 임펠러가 고정되는 구동축 및 러너가 고정되는 출력축은 모두 스러스트 베어링 및 레이디얼 베어링에 의해 지지되어 있다. 이들 베어링에는 기어 펌프 등의 오일 펌프에 의해 윤활유가 공급된다.
일본 특허 공개(평)10-196686호 공보
유체 커플링 장치 전체의 콤팩트화를 위해서는, 스러스트 베어링 및 레이디얼 베어링을 서로 인접시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 배치에서는 스러스트 베어링에 공급된 윤활유의 압력에 의해, 레이디얼 베어링에 공급된 윤활유가 스러스트 베어링을 향하여 흐르기 어려워진다. 그 결과, 레이디얼 베어링의 스러스트 베어링측에 충분한 양의 윤활유가 공급되지 않게 되고, 레이디얼 베어링의 온도가 상승해 버리는 경우가 있었다.
본 발명은 그러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 스러스트 베어링에 인접하는 레이디얼 베어링에 윤활유를 충분히 공급할 수 있는 베어링 구조를 갖는 유체 커플링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 서로 마주 향하여 배치된 임펠러 및 러너와, 상기 임펠러가 고정된 구동축과, 상기 러너가 고정된 출력축과, 상기 구동축을 회전 가능하게 지지하는 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링과, 상기 레이디얼 베어링 및 상기 스러스트 베어링에 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 시스템을 구비하고, 상기 레이디얼 베어링 및 상기 스러스트 베어링은 서로 인접해 있고, 상기 레이디얼 베어링은, 상기 구동축의 외주면을 지지하는 지지면과, 상기 스러스트 베어링에 면하는 스러스트 베어링측 단부면과, 상기 스러스트 베어링측 단부면과는 반대측에 위치하는 반 스러스트 베어링측 단부면을 갖고, 상기 지지면에는 상기 스러스트 베어링측 단부면에 인접한 원환 홈이 형성되어 있고, 상기 레이디얼 베어링은 상기 원환 홈으로부터 상기 반 스러스트 베어링측 단부면까지 연장되는 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 커플링이다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 레이디얼 베어링은 상기 원환 홈과 상기 스러스트 베어링측 단부면 사이에 위치하는 시일면을 더 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 유로는 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 레이디얼 베어링은 원통 형상의 슬리브로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 레이디얼 베어링에 공급된 윤활유는 구동축의 외주면과 레이디얼 베어링의 지지면 사이의 미소한 간극을 통하여 원환 홈에 유입되고, 또한 유로를 통하여 레이디얼 베어링으로부터 배출된다. 원환 홈은, 스러스트 베어링측 단부면에 인접하고 있으므로, 윤활유는 레이디얼 베어링의 지지면의 거의 전체를 흐를 수 있다. 따라서, 윤활유는 레이디얼 베어링을 충분히 윤활할 수 있고, 나아가 레이디얼 베어링의 온도 상승을 방지할 수 있다.
시일면은 스러스트 베어링에 공급된 윤활유가 레이디얼 베어링에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 레이디얼 베어링에 공급된 윤활유는 스러스트 베어링으로부터의 윤활유에 저해되지 않고, 지지면, 원환 홈 및 유로를 이 순서대로 이동하는 흐름을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유체 커플링의 일 실시 형태를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 구동축을 지지하는 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링을 나타내는 종단면도이다.
도 3은 레이디얼 베어링의 종단면도이다.
도 4는 레이디얼 베어링의 확대 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 유체 커플링의 일 실시 형태를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유체 커플링은 서로 마주 향하여 배치된 임펠러(1) 및 러너(2)와, 임펠러(1)가 고정된 구동축(11)과, 러너(2)가 고정된 출력축(12)을 구비한다. 임펠러(1)는 입력측 임펠러, 러너(2)는 출력측 임펠러라고도 불린다. 임펠러(1) 및 러너(2)는, 각각 내측으로 복수의 방사상 날개를 갖는 반구 형상을 갖고 있으며, 임펠러(1)와 러너(2) 사이에는 유체실(5)이 형성된다.
구동축(11)과 평행하게 입력축(15)이 배치되어 있다. 이 입력축(15)은 레이디얼 베어링(16, 17)에 의해 지지되어 있다. 입력축(15)에는 대기어(21)가 고정되고, 구동축(11)에는 대기어(21)에 맞물리는 소기어(22)가 고정되어 있다. 입력축(15)의 단부는 도시되지 않은 원동기(전동기나 가스 터빈 등)에 접속되어 있다. 원동기의 회전은 입력축(15)으로부터 대기어(21) 및 소기어(22)를 통해 구동축(11)으로 전달된다.
유체 커플링은 임펠러(1)와 러너(2) 사이에 형성되는 유체실(5)에 작동 유체를 공급하는 작동 유체 순환 시스템(25)과, 유체실(5) 내에 있는 작동 유체의 양을 증감시키기 위한 스쿠프 튜브(퍼올리기 관)(30)를 더 구비하고 있다. 이 스쿠프 튜브(30)의 선단(30a)은 임펠러 케이싱(7) 내에 위치하고 있다. 임펠러 케이싱(7)은 임펠러(1)에 고정되어, 러너(2)를 둘러싸는 형상을 갖고 있다. 임펠러 케이싱(7)은 임펠러(1)와 함께 회전한다.
스쿠프 튜브(30)에는 유압 서보 등의 액추에이터(31)가 접속되어 있고, 이 액추에이터(31)에 의해 스쿠프 튜브(30)는 임펠러(1) 및 러너(2)의 반경 방향으로 이동 가능하게 되었다. 임펠러(1) 및 임펠러 케이싱(7)이 회전하고 있을 때, 작동 유체(예를 들어 작동유)는, 회전하는 임펠러 케이싱(7)으로 보유 지지된다. 이 임펠러 케이싱(7) 내의 작동 유체는, 회전하는 임펠러(1)에 의해 유동되고, 이 유동된 작동 유체가 러너(2)를 회전시킨다.
임펠러(1)가 회전하고 있을 때, 작동 유체에는 원심력이 발생하고, 작동 유체의 압력이 높아진다. 스쿠프 튜브(30)의 선단(30a)은, 임펠러 케이싱(7) 내의 작동 유체를 퍼올리고, 작동 유체는 스쿠프 튜브(30) 내를 통하여 임펠러 케이싱(7)으로부터 배출된다. 작동 유체 순환 시스템(25)은, 작동 유체를 냉각하기 위한 유체 냉각 장치(26)와, 이 유체 냉각 장치(26)를 관통하여 연장되는 작동 유체 순환 라인(27)을 구비하고 있다. 작동 유체 순환 라인(27)의 입구는, 스쿠프 튜브(30)에 접속되어 있고, 작동 유체 순환 라인(27)의 출구는 임펠러(1)와 러너(2) 사이의 유체실(5)에 연통되어 있다.
임펠러 케이싱(7)으로부터 스쿠프 튜브(30)를 통하여 배출된 작동 유체는, 작동 유체 순환 라인(27)을 흘러서 유체 냉각 장치(26)로 보내진다. 작동 유체는, 냉각수와의 열 교환에 의해 냉각된 후, 또한 작동 유체 순환 라인(27)을 통하여 유체실(5)로 되돌려진다. 이와 같이, 작동 유체는 회전하는 임펠러(1)에 의해 상승된 자신의 압력에 의해, 유체실(5)과 유체 냉각 장치(26) 사이를 순환한다.
임펠러(1)는 구동축(11)에 고정되어 있고, 러너(2)는 출력축(12)에 고정되어 있다. 구동축(11)의 회전은 임펠러(1)로부터 작동 유체를 통해 러너(2)로 전달되어 출력축(12)이 회전한다. 러너(2)의 회전 속도는 임펠러(1)와 러너(2) 사이에 형성된 유체실(5) 내의 작동 유체의 양에 따라 변화한다. 구체적으로는, 작동 유체의 양이 많을수록, 러너(2)의 회전 속도는 높아진다.
유체실(5) 내의 작동 유체의 양은, 스쿠프 튜브(30)의 위치에 의존하여 바뀐다. 즉, 스쿠프 튜브(30)의 선단(30a)이 반경 방향 외측으로 이동하면, 작동 유체의 양이 줄어들고, 스쿠프 튜브(30)의 선단(30a)이 반경 방향 내측으로 이동하면, 작동 유체의 양이 증가한다. 이와 같이, 액추에이터(31)로 스쿠프 튜브(30)를 조작함으로써, 유체실(5) 내의 작동 유체의 양, 즉, 출력축(12)의 회전 속도를 바꿀 수 있다.
임펠러(1)의 회전에 의해 작동 유체에 원심력이 부여되면, 작동 유체의 압력이 올라가고, 임펠러(1) 및 러너(2)에는 스러스트력이 작용한다. 따라서, 구동축(11)은 2개의 레이디얼 베어링(40, 41) 및 하나의 스러스트 베어링(42)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 마찬가지로, 출력축(12)도 2개의 레이디얼 베어링(45, 46) 및 하나의 스러스트 베어링(47)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
유체 커플링은, 레이디얼 베어링(40, 41, 45, 46) 및 스러스트 베어링(42, 47)에 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 시스템(50)을 구비하고 있다. 윤활유 공급 시스템(50)은 윤활유를 냉각시키기 위한 오일 냉각 장치(54)와, 이 오일 냉각 장치(54)를 관통하여 연장되는 윤활유 공급 라인(51)과, 윤활유 공급 라인(51)에 접속된 오일 펌프(53)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 오일 펌프(53)는 입력축(15)에 연결되어, 입력축(15)의 회전에 따라 운전되는 기어 펌프이다. 윤활유는 오일 펌프(53)에 의해 윤활유 공급 라인(51)을 통하여 오일 냉각 장치(54)에 이송되어, 여기에서 냉각수에 의해 냉각된다. 냉각된 윤활유는 또한 윤활유 공급 라인(51)을 통하여 레이디얼 베어링(40, 41, 45, 46) 및 스러스트 베어링(42, 47)에 공급된다. 냉각된 윤활유는 입력축(15)을 지지하는 레이디얼 베어링(16, 17)에도 공급된다.
도 2는, 구동축(11)을 지지하는 레이디얼 베어링(40) 및 스러스트 베어링(42)을 나타내는 종단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 레이디얼 베어링(40)과 스러스트 베어링(42)은 인접하고 있다. 윤활유 공급 라인(51)은 2개의 분기 통로(51a, 51b)로 나뉘고, 분기 통로(51a)는 레이디얼 베어링(40)에 다른 쪽 분기 통로(51b)는 스러스트 베어링(42)에 접속된다. 스러스트 베어링(42)에 공급된 윤활유는 스러스트 베어링(42)의 미끄러짐 이동면을 흘러, 스러스트 베어링(42)의 상방에 설치된 오일 배출로(60)를 통과하고, 도시되지 않은 오일 탱크 내에 모여진다. 오일 탱크는 구동축(11) 및 출력축(12)의 하방에 배치되어 있다.
도 3은, 레이디얼 베어링(40)의 종단면도이다. 레이디얼 베어링(40)은 원통 형상의 슬리브로 구성된 미끄러짐 베어링이다. 레이디얼 베어링(40)은 구동축(11)의 외주면을 지지하는 지지면(62)과, 스러스트 베어링(42)에 면하는 스러스트 베어링측 단부면(63)과, 스러스트 베어링측 단부면(63)과는 반대측에 위치하는 반 스러스트 베어링측 단부면(64)을 갖고 있다. 레이디얼 베어링(40)은, 그 외면으로부터 지지면(62)까지 연장되는 윤활유 공급구(65)를 갖고 있으며, 이 윤활유 공급구(65)는 상술한 윤활유 공급 라인(51)의 분기 통로(51a)에 반원환 홈(61)을 통해 연통되어 있다. 윤활유 공급구(65)는 레이디얼 베어링(40)의 축방향에 있어서, 지지면(62)의 중앙에 위치하고 있다. 윤활유는 윤활유 공급구(65)를 통하여 지지면(62)에 공급된다.
레이디얼 베어링(40)의 지지면(62)에는 스러스트 베어링측 단부면(63)에 인접한 원환 홈(68)이 형성되어 있다. 레이디얼 베어링(40)은, 원환 홈(68)으로부터 반 스러스트 베어링측 단부면(64)까지 연장되는 유로(69)를 갖고 있다. 원환 홈(68)은 지지면(62)의 주위 방향으로 연장되는 홈이며, 유로(69)는 구동축(11)의 축방향으로 연장되는 구멍이다. 유로(69)의 일단부는 원환 홈(68)에 접속되고, 타단부는 반 스러스트 베어링측 단부면(64)으로 개구되어 있다.
도 4는 레이디얼 베어링(40)의 확대 단면도이다. 레이디얼 베어링(40)에 도입된 윤활유는 지지면(62)과 구동축(11)의 외주면 사이의 미소한 간극을, 스러스트 베어링측 단부면(63) 및 반 스러스트 베어링측 단부면(64)을 향하여 흐른다. 스러스트 베어링측 단부면(63)을 향하는 윤활유는 원환 홈(68)에 도달하고, 또한 유로(69)를 통하여 레이디얼 베어링(40)으로부터 배출된다. 배출된 윤활유는, 오일탱크에 모여진다.
상술한 본 실시 형태에 따르면, 원환 홈(68)은 스러스트 베어링측 단부면(63)에 인접하고 있으므로, 윤활유는 레이디얼 베어링(40)의 지지면(62)의 전체를 흐를 수 있다. 따라서, 윤활유는, 레이디얼 베어링(40)을 충분히 윤활할 수 있고, 게다가 레이디얼 베어링(40)의 온도 상승을 방지할 수 있다.
유로(69)의 위치는 특별히 한정되지 않지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 유로(69)는, 원환 홈(68)의 최정상부에 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이것은, 유체 커플링을 기동할 때에, 레이디얼 베어링(40)의 지지면(62)에는 어느 정도의 윤활유가 존재하고 있는 것이 바람직하기 때문이다. 윤활유의 유량이 많은 경우에 윤활유가 정체없이 레이디얼 베어링(40)으로부터 배출되도록, 복수의 유로(69)를 설치해도 된다.
레이디얼 베어링(40)은, 원환 홈(68)과 스러스트 베어링측 단부면(63) 사이에 위치하는 시일면(70)을 더 갖고 있다. 이 시일면(70)은 원환 홈(68)을 따라 연장되는 원주면이며, 구동축(11)의 외주면에 근접하고 있다. 시일면(70)은 스러스트 베어링(42)과 원환 홈(68) 사이에 위치하고 있다. 따라서, 시일면(70)은 스러스트 베어링(42)에 공급된 윤활유가 레이디얼 베어링(40)에 유입되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 레이디얼 베어링(40)에 공급된 윤활유는 스러스트 베어링(42)으로부터의 윤활유에 저해되지 않고, 지지면(62), 원환 홈(68) 및 유로(69)를 이 순서대로 이동하는 흐름을 형성할 수 있다. 또한, 시일면(70)은 스러스트 베어링(42)에 접촉하기 전의 냉각된 윤활유가 원환 홈(68) 및 유로(69)를 통하여 배출되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태로 한정되지 않고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
<산업상 이용가능성>
본 발명은 유체 커플링의 베어링 구조에 이용 가능하다.
1: 임펠러
2: 러너
5: 유체실
7: 임펠러 케이싱
11: 구동축
12: 출력축
15: 입력축
16, 17: 레이디얼 베어링
21: 대기어
22: 소기어
25: 작동 유체 순환 시스템
26: 유체 냉각 장치
27: 작동 유체 순환 라인
30: 스쿠프 튜브(퍼올리기 관)
31: 액추에이터
40, 41, 45, 46: 레이디얼 베어링
42, 47: 스러스트 베어링
50: 윤활유 공급 시스템
51: 윤활유 공급 라인
53: 오일 펌프
54: 오일 냉각 장치
61: 반원환 홈
62: 지지면
63: 스러스트 베어링측 단부면
64: 반 스러스트 베어링측 단부면
65: 윤활유 공급구
68: 원환 홈
69: 유로
70: 시일면

Claims (4)

  1. 서로 마주 향하여 배치된 임펠러 및 러너와,
    상기 임펠러가 고정된 구동축과,
    상기 러너가 고정된 출력축과,
    상기 구동축을 회전 가능하게 지지하는 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링과,
    상기 레이디얼 베어링 및 상기 스러스트 베어링에 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 시스템을 구비하고,
    상기 레이디얼 베어링 및 상기 스러스트 베어링은 서로 인접해 있고,
    상기 레이디얼 베어링은, 상기 구동축의 외주면을 지지하는 지지면과, 상기 스러스트 베어링에 면하는 스러스트 베어링측 단부면과, 상기 스러스트 베어링측 단부면과는 반대측에 위치하는 반 스러스트 베어링측 단부면을 갖고,
    상기 지지면에는, 상기 스러스트 베어링측 단부면에 인접한 원환 홈이 형성되어 있고,
    상기 레이디얼 베어링은, 상기 원환 홈으로부터 상기 반 스러스트 베어링측 단부면까지 연장되는 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 커플링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이디얼 베어링은, 상기 원환 홈과 상기 스러스트 베어링측 단부면 사이에 위치하는 시일면을 더 갖는 것을 특징으로 하는 유체 커플링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유로는 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 커플링.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이디얼 베어링은 원통 형상의 슬리브로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 커플링.
KR1020187018124A 2015-12-02 2016-10-24 유체 커플링 KR20180087358A (ko)

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