KR20180127357A - 틸팅 패드 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트를 장착하기 위한 틸팅 패드 베어링(1)에 대한 것으로서, 상기 베어링은 내측 및 하우징 종방향 축(L)을 가진 하우징(10)과 하우징(10)의 내측(8)을 향해 있는 후방측(6)을 가진 적어도 하나의 틸팅 패드(2)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 틸팅 패드(2)의 후방측(6)에 배치된 상승부(22)는 하우징(10)의 내측(8)에 배치된 함몰부(12)에 배치되고, 이런 식으로 상기 상승부(22)에 있는 제1 접촉면(26)은 상기 함몰부(12)의 바닥의 제2 접촉면(20)에 대해 지지된다.

Description

틸팅 패드 베어링

본 발명은 샤프트를 장착하기 위한 틸팅 패드 베어링(tilting pad bearing)에 대한 것으로서, 상기 베어링은 내측 및 하우징 종방향 축을 가진 하우징, 그리고 상기 하우징의 내측과 마주하는 후방측을 가진 적어도 하나의 틸팅 패드를 포함한다.

이러한 베어링은 오랫동안 당업계에 알려져 있었다. 이는 적어도 하나의 틸팅 패드, 바람직하게, 원주 방향으로 서로 이격되고 각각 베어링 면을 가진 적어도 두 개의 틸팅 패드를 갖는다. 이들은 보통 오일을 통해 윤활되며, 틸팅 패드들 중 하나의 베어링 면과 장착될 샤프트 사이의 윤활 갭(gap)에 윤활 필름이 형성된다. 장착될 샤프트의 회전 속도에 따라서, 샤프트는 상기 오일 필름 위에 뜨게 되어, 개별 틸팅 패드의 각각의 수정된 틸트 상황을 야기한다. 그 결과, 이들은 장착될 샤프트의 상이한 회전 속도로 하우징 내부 벽에 상이한 각도로 놓인다.

통상적으로, 각각의 틸팅 패드는 접촉면을 가지며 그와 함께 하우징의 내측에 지지된다. 개별 접촉면의 경사 및 곡률은 전적으로 하나의 틸팅 방향으로만 한정될 필요가 있는 틸팅 능력을 달성한다. 회전 대칭인 접촉면은 볼 세그먼트(ball segment) 형태로 만곡되어, 거의 모든 방향에서 틸팅 가능하다.

일부 경우 빠르게 회전할 수 있고 상기 틸팅 패드 베어링에 장착되는 샤프트는 개별 틸팅 패드에 토크를 전달한다. 그러므로, 하우징에 대한 회전으로부터 개별 틸팅 패드를 보호하는 미끄럼 방지 또는 뒤틀림 보호 장치가 제공될 필요가 있다. 상기 뒤틀림 보호 장치는 못(peg) 형태를 취할 수 있으며, 이는 하우징 내부벽으로부터 안쪽으로 방사상으로 돌출되고 상기 틸팅 패드에서 상기 목적을 위해 제공된 홈(recess)에 결합된다. 그러나, 단점은, 먼저, 상기 못이 하우징 내부벽에 대해 틸팅 패드의 미끄럼과 뒤틀림을 확고하게 막도록 형성되고, 그러나 동시에 장착될 샤프트의 최적의 장착을 달성하기 위해 하우징 내부벽에 대해 틸팅 패드의 틸팅을 허용하도록 형성되어야 하기 때문에, 구조적으로 더 복잡해지게 된다는 것이다. 그러나, 단점은 틸팅 패드의 홈이 재료를 약화 되게 하고 따라서 구성요소 강도를 감소시킨다는 점이다.

틸팅 패드의 후방측의 함몰부(depression)와 하우징 내부벽의 상승부(elevation) 또는 돌출부가 제공되는 것이 당업계에 또한 알려져 있으며, 상기 상승부는 틸팅 패드의 함몰부와 맞물릴 수 있도록 구성된다. 이런 식으로, 두 구성요소는 서로에 대해 오직 이 함몰부 안쪽에서만 지지되며, 이로써 뒤틀림 보호가 달성되고 동시에 접촉면이 형성된다. 두 접촉면의 곡률의 상이함으로 인해, 틸팅 패드의 종방향 축은 샤프트의 종방향 축을 따라 지향될 수 있다. 샤프트는 윤활 필름 압력을 통해 회전 방향으로 패드 상에 토크를 가하게 되고, 제2 접촉면을 생성한다. 패드의 비-틸팅된 위치에서, 이는 하우징 내부벽의 상승부와 틸팅 패드의 함몰부 사이에 선형 접촉을 형성한다. 단점은 샤프트 축에 대한 패드의 틸팅 각도가 증가하면서, 상기 상승부와 함몰부 사이의 접촉 길이, 및 접촉 면적의 크기가 변한다는 점이다. 이 변화는 베어링의 작동 거동에 영향을 미치는 단점을 가질 수 있다.

그러므로, 본 발명은 단순하고 따라서 제조 비용이 저렴하며, 그리고 유지 비용 및 마모가 줄어드는 틸팅 패드 베어링으로 개선하려는 목적에 기초한다.

본 발명은, 상기 상승부에 있는 제1 접촉면이 상기 함몰부의 베이스의 제2 접촉면에 대해 지지되도록 적어도 하나의 틸팅 패드의 후방측에 제공된 상승부가 하우징의 내측에 제공된 함몰부에 배치되는 것에서 차이를 나타내는 청구항 제1항의 서두에 따른 틸팅 패드 베어링으로 상기 목적을 달성한다.

이 놀랍게 단순한 구조는 몇 가지 장점들을 얻게 한다. 첫 번째로, 이 디자인은, 틸팅 패드에서 재료 약화를 야기할 수 있는, 어떤 못이나 상승부가 아닌, 어떤 요소도 하우징 내부벽으로부터 안쪽으로 방사상으로 돌출되지 않게 보장한다. 두 번째로, 이 디자인은 두 접촉면이 서로에 대해 지지하는 접촉 영역이 당업계에 알려진 장치에 비해 방사상 바깥쪽으로 이동되는 것을 보장한다. 이는, 놀랍게도, 마모를 감소시킨다.

바람직하게, 제1 접촉면 및/또는 제2 접촉면은 볼록한 만곡(convex curvature)으로 형성된다. 여기서, 상기 두 접촉면은 상이한 곡률 반경 또는 볼록면을 가지므로, 서로에 대해 틸팅이 가능하다. 구조에 따라, 하나의 공간 방향 또는 단 하나의 공간 방향 이상의 틸팅이 필요하거나 또는 기술적으로 필요한 경우, 제1 접촉면 및/또는 제2 접촉면은 볼 세그먼트 또는 실린더 세그먼트와 같이 형성될 수 있다. 분명히, 틸팅 패드의 상승부의 제1 접촉면, 및 하우징의 내측의 함몰부의 베이스의 제2 접촉면 모두 볼록한 만곡으로 형성될 수 있다. 그러나, 두 접촉면 중 오직 하나만이 볼록한 만곡으로 형성된 경우도 충분하므로, 다른 하나는 평평하거나 평면일 수 있어서, 제작이 단순화되고 이로써 제품의 비용 및 복잡성이 줄어든다.

바람직하게, 함몰부는 중공 실린더형 측벽 및 원형 베이스를 갖는다. 특히, 바람직하게 함몰부는 하우징 종방향 축에 수직으로 서 있고 이를 가로지르는 함몰부 종방향 축을 갖는다. 함몰부는 바람직하게 상기 함몰부 종방향 축에 대해 회전 대칭이 되도록 형성되어, 특히 적어도 하나의 접촉면이 볼 세그먼트를 통해 만곡되면 모든 방향의 틸팅이 가능하다.

바람직하게, 상승부는 상승부 종방향 축에 대해 회전 대칭되며, 상승부 종방향 축은 하우징 종방향 축에 수직으로 서 있다. 특히, 회전 대칭 함몰부와 회전 대칭 상승부의 조합은 많은 장점을 갖는다.

상승부가 상승부 종방향 축에 대해 바깥쪽으로 방사상으로 돌출된 비드(bead)를 갖는 경우 특히 바람직하다. 이 비드는 바람직하게 구형-환형 외부면을 가지며, 특히 바람직하게 상기 구형-환형 외부면은, 함몰부의 원형 베이스의 지름보다, 특히 0.1 % 내지 5 %, 약간 더 작은 지름을 갖는다. 지름의 차이는 예를 들어 수십 밀리미터 내지 수 밀리미터까지일 수 있다. 이런 식으로, 제공된 틸팅 범위 내에서, 즉, 틸팅 패드가 하우징에 대해 틸팅될 수 있는 각도 범위 내에서, 하우징에 대한 틸팅 패드의 틸팅 움직임이 하나 이상의 공간 방향으로 제한되지 않고 접촉면이 항상 두 개의 구성요소들 사이에 존재하는 것을 보장될 수 있다. 따라서, 이동의 자유를 제한하지 않고 영향이 감소되거나 또는 영향이 없는 확실한 장착이 가능하다.

분명히, 바깥쪽으로 돌출되는 비드가 구형-환형 외부면을 가질 필요 없다. 특히, 상기 비드는 상승부의 반경보다 충분히 작은 반경을 가진 볼록한 만곡을 가질 수 있다. 이 경우, 비드의 외부면은 볼이 아닌 원환체(torus)의 외부면의 일부이다. 당연히, 비드의 불규칙적으로 형성된 외부면도 가능하다.

특히 바람직하게, 함몰부는 적어도 2 mm, 바람직하게 적어도 5 mm, 특히 바람직하게 적어도 10 mm 깊이를 갖는다.

바람직하게, 상승부는 틸팅 패드의 후방측에서 상기 목적을 위해 제공된 수용부에 배치되는 접촉 구성요소에 의해 형성된다. 이런 식으로, 구조 복잡성은 더욱 줄어들고 또한 제조 비용도 낮아진다. 분명히, 함몰부의 베이스에, 제2 접촉면이 형성된, 구성요소를 배치하는 것도 가능하다. 이런 식으로, 예를 들어, 함몰부는 하우징의 내측에 예컨대, 밀링 가공(milled)으로 만들어질 수 있으며, 상대적으로 큰 허용 오차가 가능하다. 이후, 바람직하게 길이 및 폭이 조절될 수 있는 구성요소는 함몰부에 삽입되고, 예를 들어, 거기에 클램핑되거나 볼트 결합되어, 함몰부는 낮은 허용 오차로 제조된 상기 구성요소를 통해 원하는 치수로 형성될 수 있다.

본 발명의 예시의 실시예는 첨부된 도면을 참고하여 하기에서 더 자세하게 설명된다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 제1 예시의 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링의 단면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 제1 예시의 실시예에 따른 확대도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 제2 예시의 실시예에 따른 확대 단면도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 제3 예시의 실시예에 따른 확대도이다.

도 1a는 본 발명의 제1 예시의 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(1)의 단면도이다. 4개의 틸팅 패드(2)를 볼 수 있으며, 각각은 베어링면(4)을 갖는다. 상기 베어링면과 마주하는 것은 하우징(10)의 내부벽(8)과 마주하는 후방측(6)이다.

하우징(10)의 내부벽(8)은 4개의 함몰부(12)를 포함하며, 그 각각으로 틸팅 패드(2)의 후방측(6)에 배치된 접촉 구성요소(14)가 돌출된다. 상기 구성요소는 도 2a 내지 4b에 더 자세하게 도시된다.

도 1b는 하우징 종방향 축(L)과 평행한 틸팅 패드 베어링(1)의 단면도이다. 도면은 두 개의 상호 마주하는 틸팅 패드(2)를 도시하고 하우징(10)의 내부벽(8)을 향해있는 후방측(6)에서 돌출되는 하부 틸팅 패드의 접촉 구성요소(14)를 나타낸다.

도 2a 및 2b는 도 1a 및 1b에 도시된 단면선을 따라 확대 추출한 단면도이다. 그러나, 도면은 본 발명의 다른 예시의 실시예를 나타낸다. 하우징(10)은 함몰부(12)를 가진 내부벽(8)을 갖는다. 함몰부는 예를 들어, 제작 공차를 감쇠 또는 보상하기 위한 또는 거리를 설정하기 위한 가능성으로서 제공될 수 있는, 장착부(18, mounting)를 통해 함몰부(12)에 배치된 보상 구성요소(16)를 포함한다. 도 2에서 상부에 도시된, 이 보상 구성요소(16)의 표면은 함몰부의 베이스를 형성하며 따라서 제2 접촉 표면(20)을 형성한다.

틸팅 패드(2)는 결국 상승부(22)를 형성하는 접촉 구성요소(14)가 돌출된 후방측(6)을 갖는다. 본 예시의 실시예에서, 접촉 구성요소(14)는 두 개의 고정 나사(14)를 통해 틸팅 패드(2)에 부착된다. 도 2a에 도시된 접촉 구성요소(14)의 하부 표면은 제1 접촉면(26)을 형성하고, 이는 제2 접촉면(20)과 대조적으로, 도 2a 및 2b에 도시된 예시의 실시예에서 볼록한 만곡으로 형성된다.

도 2a의 하부 영역에서, 접촉 구성요소(14), 즉, 상승부(22)는 상기 함몰부(12)보다 약간 작은 지름이 주어진 반지름을 가진 구면 링으로서 바람직하게 형성되는 바깥쪽으로 돌출된 비드(28)를 갖는다. 도시된 예시의 실시예에서, 함몰부(12) 및 상승부(22) 모두는 상승부 종방향 축(E)에 대해, 동시에 또한 함몰부 종방향 축에 대해 회전 대칭이다.

도 2b는 도 1b에 도시된 단면선에 상응하는 단면도에서 동일한 실시예를 나타낸다. 보상 구성요소(16)는 또한 두 개의 나사(30)를 통해 하우징(10)에 부착되는 것이 분명하다.

도 3a 및 3b는 도 2a 및 2b와 같은, 그러나 본 발명의 다른 예시의 실시예에 대해, 동일한 단면도를 나타낸다. 다시 여기서, 하우징(10)의 함몰부(12)는 본 예시의 실시예에서, 몇 가지 조각으로 형성되는 보상 구성요소(16)를 포함한다. 비커(beaker)형 또는 접시형의 위치결정 요소(32)로 구성되고, 그 측벽(34)은 접촉 구성요소(14)에 대해 측면 지지부로 제공된다. 접촉 구성요소(14)는 위치결정 요소(32)의 측벽(34)에서 지지되는 비드(28)를 갖는다. 제2 접촉면(20)을 가진 제2 구성요소는 위치결정 요소(32)에 배치된다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 제4 예시의 실시예에 대한 동일한 단면도를 나타낸다. 다시, 몇몇 구성요소들은 함몰부(12)에 배치되고, 이 경우, 보상 구성요소(16)는 몇 가지 조각으로 형성되고 제2 접촉면(20)을 가진 베이스 요소(36), 및 또한 비커형 또는 접시형 위치결정 요소(32)의 가장자리로 지정될 수 있는 주변 측벽(34)으로 구성된다.

1: 틸팅 패드 베어링, 2: 틸팅 패드, 4: 베어링면, 6: 후방측
8: 내부벽, 10: 하우징, 12: 함몰부, 14: 접촉 구성요소, 16: 보상 구성요소
18: 장착부, 20: 제2 접촉면, 22: 상승부, 24: 고정 나사, 26: 제1 접촉면
28: 비드, 30: 나사, 32: 위치결정 요소, 34: 측벽, 36: 베이스 요소
L: 하우징 종방향 축, E: 상승부 종방향 축

Claims (9)

1. 샤프트를 장착하기 위한 틸팅 패드 베어링(1)으로서,
   상기 베어링은 내측(8)과 하우징 종방향 축(L)을 가진 하우징(10),
   상기 하우징(10)의 내측(8)을 향해 있는 후방측(6)을 가진 적어도 하나의 틸팅 패드(2)를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 틸팅 패드(20)의 후방측(6)에 제공된 상승부(22)는 하우징(10)의 내측(8)에 제공된 함몰부(12)에 배치되며,
   상기 상승부(22)에 있는 제1 접촉면(26)이 상기 함몰부(12)의 베이스의 제2 접촉면(20)에 대해 지지되는, 틸팅 패드 베어링.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 접촉면(26)과 제2 접촉면(20) 중 적어도 하나는 볼록한 만곡으로 형성되는, 틸팅 패드 베어링.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 함몰부(12)는 중공 실린더형 측벽 및 원형 베이스를 갖는, 틸팅 패드 베어링.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 상승부(22)는 상승부 종방향 축(E)에 대해 회전 대칭되고, 상기 상승부 종방향 축(E)은 상기 하우징 종방향 축(L)에 수직인, 틸팅 패드 베어링.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 상승부(22)는 상승부 종방향 축(E)에 대해 바깥쪽으로 방사상으로 돌출된 비드(28)를 갖는, 틸팅 패드 베어링.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 비드(28)는 구형-환형 외부면을 갖는, 틸팅 패드 베어링.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 구형-환형 외부면은 함몰부(12)의 원형 베이스의 베이스 지름보다, 0.1 % 내지 5 %의 더 작은 지름을 갖는, 틸팅 패드 베어링.
8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 함몰부(12)는 적어도 2 mm, 바람직하게 적어도 5 mm, 특히 바람직하게 적어도 10 mm 깊이를 갖는, 틸팅 패드 베어링.
9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상승부(22)는 틸팅 패드(2)의 후방측(6)에 제공된 수용부에 배치된 접촉 구성요소(14)에 의해 형성되는, 틸팅 패드 베어링.

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