KR20190023818A - Variable Geometry Tilting Pad bearing system - Google Patents

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KR20190023818A
KR20190023818A KR1020170110121A KR20170110121A KR20190023818A KR 20190023818 A KR20190023818 A KR 20190023818A KR 1020170110121 A KR1020170110121 A KR 1020170110121A KR 20170110121 A KR20170110121 A KR 20170110121A KR 20190023818 A KR20190023818 A KR 20190023818A
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이동준
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현대위아 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a variable tilting pad bearing system, and more specifically, to a variable tilting pad bearing system which can maintain the optimized interval corresponding to a change in viscosity of lubricating oil by adjusting the interval between a tilting pad and a floating ring corresponding to a change in viscosity of the lubricating oil.

Description

가변형 틸팅 패드 베어링 시스템{Variable Geometry Tilting Pad bearing system}[0001] Variable Geometry Tilting Pad Bearing System [0002]

본 발명은 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 윤활유 점성 변화에 따라 틸팅 패드와 플로팅 링 간의 간극을 조절함으로써 윤활유 점성 변화에 따른 최적화된 간극을 유지할 수 있는 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable tilting pad bearing system, and more particularly, to a variable tilting pad bearing system capable of maintaining an optimized gap according to viscosity change of a lubricant by adjusting a gap between a tilting pad and a floating ring will be.

베어링은 원자력, 화력, 플랜트 등의 다양한 산업분야에서 회전체 기기의 부하를 지지하기 위해 사용되며 구체적으로는 터빈, 펌프, 압축기, 발전기 등의 기기가 운전 중일 때 회전체 전체의 부하를 지지하는 중요한 부품이다.Bearings are used to support load of rotating machinery in various industrial fields such as nuclear power, thermal power, and plant. Specifically, bearings are used to support the load of the entire rotating body when the equipment such as turbine, pump, compressor, Parts.

한편, 종래 차량에 사용되는 터보차저는 엔진의 출력을 향상시키기 사용되는 것으로서, 샤프트의 일단에는 터빈 휠이 일체로 회전되게 장착됨과 더불어 상기 샤프트의 타단에는 컴프레서 휠이 일체로 회전되게 장착되어, 엔진에서 배출되는 배기가스가 상기 터빈을 감싸고 있는 터빈 하우징으로 유입되어 상기 터빈 휠을 고속으로 회전시키고, 상기 터빈 휠의 고속 회전으로 상기 샤프트와 컴프레서 휠이 함께 회전하면서 상기 컴프레서 휠을 감싸고 있는 컴프레서 하우징을 통해 공기가 흡입되며, 이렇게 흡입된 공기는 가압되면서 연소실로 보내지게 되고, 이는 엔진의 충진효율을 향상시키고 출력을 증대시킨다.A turbomachine used in a conventional vehicle is used to improve the output of the engine. A turbine wheel is integrally mounted on one end of the shaft, and a compressor wheel is integrally mounted on the other end of the shaft. The exhaust gas discharged from the compressor is introduced into a turbine housing surrounding the turbine to rotate the turbine wheel at a high speed and the shaft and the compressor wheel rotate together with the turbine wheel at a high speed to enclose the compressor housing, Air is sucked in through the suction port, and the sucked air is sent to the combustion chamber while being pressurized, which improves the filling efficiency of the engine and increases the output.

전술한 바와 같이 터빈 휠이 고속으로 회전함에 따라 샤프트와 컴프레서 휠이 함께 회전하게 되는데, 고속 회전시 샤프트의 회전축이 이동하는 것을 방지할 수 있도록 샤프트와 베어링 하우징 사이에는 베어링이 구비된다.As described above, as the turbine wheel rotates at a high speed, the shaft and the compressor wheel rotate together. A bearing is provided between the shaft and the bearing housing to prevent the rotation shaft of the shaft from moving during high-speed rotation.

도 1은 종래의 터보차저에 구비되는 틸팅 패드 베어링을 보여주는 것으로 도 1을 참조하면, 종래의 틸팅 패드 베어링(10)은 하우징(11), 하우징(11) 내부에 피벗(14)을 이용하여 방사상으로 구비되는 복수의 틸팅 패드(12). 틸팅 패드(12) 내측에 이격되어 구비되며, 샤프트인 저널(13)을 감싸는 플로팅 링(15)을 포함한다.FIG. 1 shows a conventional tilting pad bearing of a turbocharger. Referring to FIG. 1, a conventional tilting pad bearing 10 includes a housing 11, a pivot 14 disposed inside the housing 11, A plurality of tilting pads (12). And a floating ring 15 which is disposed inside the tilting pad 12 and surrounds the journal 13 which is a shaft.

또한, 상기 하우징(11)의 내부에는 윤활유가 주입되어 있고, 상기 플로팅 링(12)이 윤활유의 점성마찰에 의해 자유롭게 회전(풀 플로팅 링 베어링)하거나 구속되어 고정(세미 플로팅 링 베어링)될 수 있으며, 구름 베이링 보다 적은 마찰 손실을 가지며, 일반적인 플레인 저널 베어링에 비해 높은 동적 안정성을 갖는다.In addition, lubricating oil is injected into the housing 11, and the floating ring 12 can be freely rotated (full floating ring bearing) or constrained (semi floating ring bearing) by the viscous friction of the lubricating oil , Less frictional losses than rolling bearings, and higher dynamic stability than conventional plain journal bearings.

한편, 종래의 틸팅 패드 베이링(10)은 운전 조건에 따라 윤활유의 온도가 변화하게 되며 윤활유 온도 변화는 윤활유의 점성을 변화시켜 틸팅 패드(12)와 플로팅 링(15) 간의 운전 최적 간극이 변하게 된다.Meanwhile, in the conventional tilting pad bearing 10, the temperature of the lubricating oil changes according to the operating conditions, and the temperature change of the lubricating oil changes the viscosity of the lubricating oil so that the optimum operation gap between the tilting pad 12 and the floating ring 15 changes do.

그럼에도 불구하고 종래의 틸팅 패드 베어링(10)은 틸팅 패드(12)가 피벗(14)에 의해 회동할 수 있을 뿐, 플로팅 링(15)과의 간극을 조절할 수 없으므로 진동과 소음발생 및 출력이 저하되는 문제점이 있었다.Nevertheless, the conventional tilting pad bearing 10 can rotate the tilting pad 12 by the pivot 14 and can not adjust the clearance with the floating ring 15, so that vibration, noise generation, .

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 윤활유의 점성에 따라 틸팅 패드와 플로팅 링 간의 간극을 최적화하여 터보차저의 진동과 소음발생 및 출력저하를 방지할 수 있는 가변형 틸팅 패드 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a variable tilting mechanism capable of optimizing a gap between a tilting pad and a floating ring according to viscosity of a lubricating oil, Pad system.

한편, 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In the meantime, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부공간에 윤활유가 주입된 하우징; 상기 하우징의 내측에 방사상으로 서로 이격되어 구비되는 복수 개의 틸팅 패드(Tilting pad); 및 상기 틸팅 패드들의 내측에 구비되며, 저널과 이격되어 상기 저널을 감싸는 플로팅 링(floating ring);을 포함하며, 상기 틸팅 패드들은 각각 상기 플로팅 링을 향해 이동하며 상기 플로팅 링과의 간극을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, A plurality of tilting pads radially spaced apart from each other inside the housing; And a floating ring disposed on the inner side of the tilting pads and spaced apart from the journal to enclose the journal, wherein the tilting pads respectively move toward the floating ring and adjust the gap with the floating ring The tilting pad bearing system comprising:

바람직한 실시예에 있어서, 상기 하우징에는 상기 각 틸팅 패드의 외측과 결합하여 상기 틸팅 패드를 상기 플로팅 링을 향해 밀거나 당겨 이동시킬 수 있는 액츄에이터가 구비된다.In a preferred embodiment, the housing is provided with an actuator coupled to an outer side of each of the tilting pads and capable of pushing or pulling the tilting pads toward the floating ring.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 액츄에이터와 상기 틸팅 패드 사이에는 상기 필팅 패드가 상기 액츄에이터에서 회동할 수 있는 피벗(pivot)이 구비된다.In a preferred embodiment, a pivot is provided between the actuator and the tilting pad so that the fitting pad can rotate in the actuator.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 윤활유의 온도를 계측하는 온도센서; 및 상기 온도센서에서 계측된 온도에 따라 상기 액츄에이터의 공작을 제어하는 제어기;를 포함한다.In a preferred embodiment, the temperature sensor measures the temperature of the lubricating oil; And a controller for controlling the operation of the actuator according to the temperature measured by the temperature sensor.

또한, 본 발명은 상기 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템을 갖는 차량용 터보차저를 더 제공한다.The present invention further provides a turbocharger for a vehicle having the variable tilting pad bearing system.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템에 의하면, 윤활유의 점성 변화에 따라 틸팅 패드와 플로팅 링 사이의 간격을 변화시켜 윤활유의 점성에 최적화된 베어링 작동간극을 유지할 수 있는 장점이 있다.According to the variable tilting pad bearing system according to the embodiment of the present invention, the gap between the tilting pad and the floating ring is changed according to the viscosity change of the lubricating oil, thereby maintaining the bearing operating gap optimized for the viscosity of the lubricating oil.

도 1은 종래의 틸팅 패드 베어링을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링 시스템을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a conventional tilting pad bearing,
2 is a view illustrating a tilting pad bearing system according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링 시스템을 보여주는 것으로, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링 시스템(100)은 차량용 터보처저의 사프트에 해당하는 저널(13)을 터보차저의 하우징에서 반경방향으로 지지하기 위한 장치이다.2, a tilting pad bearing system 100 according to an embodiment of the present invention includes a tilting pad bearing system according to an embodiment of the present invention, (13) in the radial direction of the housing of the turbocharger.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링 시스템(100)은 샤프트, 터빈휠 및 터보차저 하우징과 함께 하나의 완성된 터보차저로 제공될 수 있다.In addition, the tilting pad bearing system 100 according to one embodiment of the present invention may be provided with a shaft, a turbine wheel, and a turbocharger housing as one complete turbocharger.

상기 틸팅 패드 베어링 시스템(100)은 하우징(110), 틸팅 패드(120) 및 플로팅 링(150)을 포함하여 이루어지며, 상기 플로팅 링(150)의 내측에는 회전축인 저널(13)이 위치한다.The tilting pad bearing system 100 includes a housing 110, a tilting pad 120 and a floating ring 150. A journal 13, which is a rotating shaft, is located inside the floating ring 150.

상기 하우징(110)은 타 구성요소들을 감싸는 하우징이다.The housing 110 is a housing that encloses other components.

또한, 상기 하우징(110)은 상기 터보처자 자체에 형성된 하우징일 수 있으며, 본 발명을 위해 별도로 제작되는 하우징일 수 있다.In addition, the housing 110 may be a housing formed in the turbo punch itself or may be a separate housing for the present invention.

상기 틸팅 패드(150)는 상기 하우징(110) 내측에 복수 개로 구비되며, 서로 이격되어 방사상으로 위치한다.The plurality of tilting pads 150 are provided inside the housing 110 and are radially spaced apart from each other.

또한, 상기 틸팅 패드(150)는 베어링 보어(bore)의 기능을 수행한다.Also, the tilting pad 150 functions as a bearing bore.

또한, 도 2에서는 상기 틸팅 패드(120)가 네 개로 구비되는 것을 도시하였으나 개수에는 특별한 제한이 없다.In FIG. 2, the number of the tilting pads 120 is four, but the number of the tilting pads 120 is not limited.

상기 플로팅 링(150)은 상기 틸팅 패드들(120) 내부에서 저널(13)을 감싸며 위치하며, 상기 틸팅 패드들(120)과 상기 저널(13)과는 각각 이격된다.The floating ring 150 surrounds the journal 13 within the tilting pads 120 and the tilting pads 120 and the journal 13 are spaced apart from each other.

또한, 상기 플로팅 링(150)은 상기 저널(13)의 회전에 의해 회전할 수도 있고, 상기 하우징(110)의 소정부분에 고정될 수도 있다.The floating ring 150 may be rotated by the rotation of the journal 13 or may be fixed to a predetermined portion of the housing 110.

한편, 상기 틸팅 패드들(120)은 각각 상기 플로팅 링(150)을 향해 이동할 수 있으며, 회동할 수 있다.Meanwhile, the tilting pads 120 can move toward the floating ring 150 and can rotate.

이는 상기 틸팅 패드들(120)과 상기 플로팅 링(150) 사이의 간격을 조절하기 위함이다.This is for adjusting the distance between the tilting pads 120 and the floating ring 150.

한편, 상기 윤활유는 터보차저 회전 속도에 따라 온도가 변화하고, 이 온도 변화는 윤활유의 점성변화를 야기한다.On the other hand, the temperature of the lubricating oil changes according to the turbocharger rotational speed, and this temperature change causes a viscosity change of the lubricating oil.

또한, 상기 틸팅 패드들(120)과 상기 플로팅 링(150) 사이의 간격과 윤활유의 점성은 상기 저널(13)에 대한 상기 플로팅 링(150)의 회전 속도의 비(RSR,Ring Speed Ratio)에 영향을 미치고, 이 회전 속도의 비는 베어링의 성능을 결정하는 중요한 요인으로 작용한다.The gap between the tilting pads 120 and the floating ring 150 and the viscosity of the lubricating oil may be determined by the ratio of the rotation speed of the floating ring 150 to the journal 13 And the ratio of this rotational speed serves as an important factor in determining the performance of the bearing.

즉, 윤활유의 점성이 변화할 때, 상기 틸팅 패드들(120)과 상기 플로팅 링(150) 사이의 간극을 변화시켜 보상해 줄 수 있는 것이다.That is, when the viscosity of the lubricating oil changes, the gap between the tilting pads 120 and the floating ring 150 can be changed to compensate.

또한, 상기 하우징(110)의 내부에는 상기 각 틸팅 패드들(120)과 연결되며, 연결된 틸팅 패드(120)를 상기 플로팅 링(150)을 향해 밀거나 당겨 이동시킬 수 있는 액츄에이터(140)가 구비된다.An actuator 140 connected to each of the tilting pads 120 and capable of sliding or pulling the connected tilting pad 120 toward the floating ring 150 is provided in the housing 110 do.

즉, 상기 틸팅 패드(120)가 네 개일 경우 상기 액츄에이터(140)도 네 개로 구비되며, 각 액츄에이터(140)는 연결된 틸팅 패드(120)를 이동시킨다.That is, when the number of the tilting pads 120 is four, the actuators 140 are also provided in four, and the actuators 140 move the connected tilting pads 120.

또한, 상기 액츄에이터(140)와 상기 틸팅 패드(120)는 피벗(130)을 이용하여 연결될 수 있으며, 이 경우, 상기 틸팅 패드(120)는 상기 플로팅 링(150)을 향해 이동(a)하거나 회동(b)할 수 있다.The actuator 140 and the tilting pad 120 may be connected to each other by using the pivot 130. In this case, the tilting pad 120 may move toward the floating ring 150, (b) can be done.

또한, 상기 액츄에이터(140)는 유압 액츄에이터, 공압 액츄에이터 등을 이용할 수 있다.The actuator 140 may be a hydraulic actuator, a pneumatic actuator, or the like.

또한, 상기 액츄에이터(140)는 제어기(160)에 의해 동작이 제어되며, 상기 제어기(160)는 상기 하우징(110) 내측에 구비되는 온도 센서(161)가 측정한 온도에 따라 윤활유의 점도를 예측하여 상기 액츄에이터(140)를 동작시킨다.The controller 160 controls the operation of the actuator 140. The controller 160 predicts the viscosity of the lubricant according to the temperature measured by the temperature sensor 161 disposed inside the housing 110, Thereby operating the actuator 140.

다만, 상기 온도 센서(161)는 점도 센서로 대체가 가능하다.However, the temperature sensor 161 may be replaced by a viscosity sensor.

결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템(100)에 의하면, 윤활유의 점성 변화에 따라 상기 틸팅 패드(120)와 상기 플로팅 링(150) 사이의 간격을 변화시켜 윤활유의 점성에 최적화된 베어링 작동간극을 유지할 수 있는 장점이 있다.As a result, according to the variable tilting pad bearing system 100 according to the embodiment of the present invention, the gap between the tilting pad 120 and the floating ring 150 is changed according to the viscosity change of the lubricating oil, And the bearing operating gap optimized for the bearing can be maintained.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.

100:가변형 틸팅 패드 베어링 시스템
110:하우징 120:틸팅 패드
130:피벗 140:액츄에이터
150:플로팅 링 160:제어기
161:온도 센서100: Variable tilting pad bearing system
110: housing 120: tilting pad
130: Pivot 140: Actuator
150: floating ring 160: controller
161: Temperature sensor

Claims (5)

내부공간에 윤활유가 주입된 하우징;
상기 하우징의 내측에 방사상으로 서로 이격되어 구비되는 복수 개의 틸팅 패드(Tilting pad); 및
상기 틸팅 패드들의 내측에 구비되며, 저널과 이격되어 상기 저널을 감싸는 플로팅 링(floating ring);을 포함하며,
상기 틸팅 패드들은 각각 상기 플로팅 링을 향해 이동하며 상기 플로팅 링과의 간극을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템.
A housing in which lubricant is injected into the inner space;
A plurality of tilting pads radially spaced apart from each other inside the housing; And
And a floating ring disposed inside the tilting pads and spaced apart from the journal and surrounding the journal,
Wherein each of the tilting pads moves toward the floating ring to adjust a clearance between the tilting pads and the floating ring.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징에는 상기 각 틸팅 패드의 외측과 결합하여 상기 틸팅 패드를 상기 플로팅 링을 향해 밀거나 당겨 이동시킬 수 있는 액츄에이터가 구비되는 것을 특징으로 하는 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the housing comprises an actuator coupled to an outer side of each of the tilting pads and capable of pushing or pulling the tilting pads toward the floating ring.
제 2 항에 있어서,
상기 액츄에이터와 상기 틸팅 패드 사이에는 상기 필팅 패드가 상기 액츄에이터에서 회동할 수 있는 피벗(pivot)이 구비되는 것을 특징으로 하는 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein a pivot is provided between the actuator and the tilting pad so that the fitting pad can rotate in the actuator.
제 3 항에 있어서,
상기 윤활유의 온도를 계측하는 온도센서; 및
상기 온도센서에서 계측된 온도에 따라 상기 액츄에이터의 공작을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템.
The method of claim 3,
A temperature sensor for measuring the temperature of the lubricating oil; And
And a controller for controlling the operation of the actuator according to the temperature measured by the temperature sensor.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 가변형 틸팅 패드 베어링 시스템을 갖는 차량용 터보차저.A turbocharger for a vehicle having a variable tilting pad bearing system as claimed in any one of claims 1 to 4.
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