KR20190023819A - 가변형 로브 베어링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변형 로브 베어링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 윤활유 점성 변화에 따라 외측 보어와 플로팅 링 간의 간극을 조절함으로써 윤활유 점성 변화에 따른 최적화된 간극을 유지할 수 있는 가변형 로브 베어링 시스템에 관한 것이다.

Description

가변형 로브 베어링 시스템{Variable Geometry Lobe Bearing system}

본 발명은 가변형 로브 베어링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 윤활유 점성 변화에 따라 외측 보어와 플로팅 링 간의 간극을 조절함으로써 윤활유 점성 변화에 따른 최적화된 간극을 유지할 수 있는 가변형 로브 베어링 시스템에 관한 것이다.

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.

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.

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.

도 1은 종래의 터보차저에 구비되는 저널 플로팅 링 베어링을 보여주는 것으로 도 1을 참조하면, 종래의 저널 플로팅 링 베어링(10)은 샤프트인 저널(13)을 감싸는 외측 보어(11)와 저널(13)과 외측 보어(11) 사이에 이격되어 구비되는 플로팅 링(12)을 포함한다.

또한, 상기 외측 보어(11) 내부에는 윤활유가 주입되어 있다.

이 저널 플로팅 링 베어링(10)은 저널(13) 외측의 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.

한편, 종래의 저널 플로팅 링 베이링(10)은 운전 조건에 따라 윤활유의 온도가 변화하게 되며 윤활유 온도 변화는 윤활유의 점성을 변화시켜 외측 보어(11)와 플로팅 링(12) 간의 운전 최적 간극이 변하게 된다.

그럼에도 불구하고 종래의 저널 플로팅 링 베어링(10)은 외측 보어(11)와 플로팅 링(12) 간의 간극을 조절할 수 없으므로 진동과 소음발생 및 출력이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 윤활유의 점성에 따라 외측 보어와 플로팅 링 간의 간극을 최적화하여 터보차저의 진동과 소음발생 및 출력저하를 방지할 수 있는 가변형 로브 베어링 시스템을 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부공간에 윤활유가 주입된 외측 보어(bore); 및 상기 외측 보어의 내부에 구비되며 저널과 이격되어 상기 저널을 감싸는 플로팅 링(floating ring);을 포함하며, 상기 외측 보어는 복수의 로브가 형성되며, 상기 로브들로 구분되는 각 보어면은 상기 플로팅 링을 향해 이동하며, 상기 플로팅 링과의 간극을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변형 로브 베어링 시스템을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 보어면들의 외측에는 상기 보어면들을 각각 상기 플로팅 링을 향해 밀거나 당겨 이동시킬 수 있는 엑츄에이터가 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 윤활유의 온도를 계측하는 온도센서; 및 상기 온도센서에서 계측된 온도에 따라 상기 엑츄에이터의 동작을 제어하는 제어기;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 보어면은 로브를 기준으로 서로 분리된다.

또한, 본 발명은 상기 가변형 로브 베어링 시스템을 갖는 차량용 터보차저를 더 제공한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 로브 베어링 시스템에 의하면, 윤활유의 점성 변화에 따라 외측 보어와 플로팅 링 사이의 간격을 변화시켜 윤활유의 점성에 최적화된 베어링 작동간극을 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 저널 플로팅 링 베어링을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 로브 베어링 시스템을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 로브 베어링 시스템을 보여주는 도면이다.

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.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

[제1 실시예]

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 로브 베어링 시스템을 보여주는 것으로 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 로브 베어링 시스템(100)은 차량용 터보차저의 샤프트에 해당하는 저널(13)을 터보차저의 하우징(20)에서 반경방향으로 지지하기 위한 장치이다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 로브 베어링 시스템(100)은 샤프트, 터빈휠 및 하우징과 함께 하나의 완성된 터보차저로 제공될 수 있다.

상기 로브 베어링 시스템(100)은 외측 보어(110) 및 플로팅 링(120)을 포함하여 이루어지며, 상기 플로팅 링(120)의 내측에 회전축인 저널(13)이 위치한다.

상기 외측 보어(110,bore)는 터보 차져 하우징(20)의 베어링 체결구(21)에 체결된다.

또한, 상기 베어링 체결구(21)과 상기 외측 보어(110) 내부에는 윤활유가 주입된다.

또한, 상기 외측 보어(110)는 복수 개의 로브(lobe)를 갖는 로브 베어링이며, 로브 사이의 면을 보어 면(112)이라 한다.

도 2에서는 상기 외측 보어(110)가 3-로브 베어링인 것을 도시하였으나 4-lobe 베어링일 수 있으며, 로브의 개수에는 제한이 없다.

즉, 상기 외측 보어(110)가 3-로브 베어링인 경우 상기 외측 보어(110)는 세 개의 로브(111,111a,111b)와 세 개의 보어 면(112,112a,112b)으로 이루어진다.

상기 플로팅 링(120)은 상기 외측 보어(110) 내부에서 저널(13)을 감싸며 위치하며, 상기 외측 보어(110) 및 상기 저널(13)과는 각각 이격된다.

또한, 상기 플로팅 링(120)은 상기 외측 보어(110)와 상기 저널(13) 사이에 두 개의 유막이 형성되게 하여, 마찰 손실을 줄이고 저널(13)의 동적성능을 향상시키는 역할을 한다.

또한, 상기 플로팅 링(120)은 상기 저널(13)의 회전에 의해 회전할 수도 있고, 상기 베어링 체결구(21)의 소정 부분에 고정될 수도 있다.

한편, 상기 외측 보어(110)의 각 보어 면(112,112a,112b)은 각각 상기 플로팅 링(120)을 향해 움직일 수 있다.

이는 상기 외측 보어(110)와 상기 플로팅 링(120) 사이의 간격을 조절하기 위함이다.

한편, 상기 윤활유는 터보차저 회전 속도에 따라 온도가 변화하고, 이 온도 변화는 윤활유의 점성변화를 야기한다.

또한, 상기 외측 보어(110)와 상기 플로팅 링(120) 사이의 간격과 윤활유의 점성은 상기 저널(13)에 대한 상기 플로팅 링(120)의 회전 속도의 비(RSR,Ring Speed Ratio)에 영향을 미치고, 이 회전 속도의 비는 베어링의 성능을 결정하는 중요한 요인으로 작용한다.

즉, 윤활유의 점성이 변화할 때, 상기 외측 보어(110)와 상기 플로팅 링(120) 사이의 간극을 변화시켜 보상해 줄 수 있는 것이다.

또한, 상기 베어링 체결구(21)에는 상기 외측 보어(110)의 각 보어 면(112,112a,112b)을 상기 플로팅 링(120)을 향해 밀거나 당겨 이동시킬 수 있는 액츄에이터(120,130a,130b)가 구비된다.

또한, 상기 액츄에이터(120,130a,130b)는 유압 액츄에이터, 공압 액츄에이터등을 이용할 수 있다.

또한, 상기 액츄에이터들(120,130a,130b)은 제어기(140)에 의해 동작이 제어되며, 상기 제어기(140)는 상기 베어링 체결구(21)의 내측 또는 상기 외측 보어(110)의 내측에 구비되는 온도 센서(141)가 측정한 온도에 따라 윤활유의 점도를 예측하여 상기 액츄에이터들(120,130a,130b)을 동작시킨다.

다만, 상기 온도 센서(141)는 점도 센서로 대체가 가능하다.

결과적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 로브 베어링 시스템(100)에 의하면, 윤활유의 점성 변화에 따라 상기 외측 보어(110)와 상기 플로팅 링(120) 사이의 간격을 변화시켜 윤활유의 점성에 최적화된 베어링 작동간극을 유지할 수 있는 장점이 있다.

[제2 실시예]

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 다른 가변형 로브 베어링 시스템을 보여주는 도면으로 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 로브 베어링 시스템(200)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 로브 베어링(100)과 비교하여 외측보어의 보어 면들(112',112a',112b')이 서로 연결되어 있는 것이 아니라 서로 이격되어 있으며, 이 경우, 상기 보어 면들(112',112a',112b')이 유연하지 않더라도 상기 플로팅 링(120)을 향해 이동이 가능하다.

즉, 본 발명의 제1 실시예의 외측 보어(110)는 보어 면들(112,112a,112b)들이 서로 연결되어 있어 휘어져 이동할 정도로 유연성을 가져야 하나 본 발명의 제2 실시예에 따른 외측 보어는 보어 면들(112',112a',112b')이 유연하지 않더라도 상기 플로팅 링(120)을 향해 이동이 가능한 것이다.

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.

100,200:가변형 로브 베어링 시스템
110:외측 보어 111,111a,111b:로브
112,112a,112b:보어 면 120:플로팅 링
130,130a,130b:엑츄에이터 140:제어기
141:온도 센서

Claims (5)

1. 내부공간에 윤활유가 주입된 외측 보어(bore); 및
   상기 외측 보어의 내부에 구비되며 저널과 이격되어 상기 저널을 감싸는 플로팅 링(floating ring);을 포함하며,
   상기 외측 보어는 복수의 로브가 형성되며, 상기 로브들로 구분되는 각 보어면은 상기 플로팅 링을 향해 이동하며 상기 플로팅 링과의 간극을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변형 로브 베어링 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보어면들의 외측에는 상기 보어면들을 각각 상기 플로팅 링을 향해 밀거나 당겨 이동시킬 수 있는 엑츄에이터가 구비되는 것을 특징으로 하는 가변형 로브 베어링 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 윤활유의 온도를 계측하는 온도센서; 및
   상기 온도센서에서 계측된 온도에 따라 상기 엑츄에이터의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 로브 베어링 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 각 보어면은 로브를 기준으로 서로 분리된 것을 특징으로 하는 가변형 로브 베어링 시스템.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 가변형 로브 베어링 시스템을 갖는 차량용 터보차저.

Images