KR20190113392A - 가스 포일 스러스트 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 포일 스러스트 베어링을 개시한다. 본 발명은, 중심 부분에 삽입홀이 형성되는 베이스와, 상기 베이스에 일단이 부착되는 탑포일을 포함하고, 상기 탑포일의 일단과 인접하게 배치되며, 상기 베이스의 외주면 또는 상기 삽입홀의 내주면 중 적어도 하나로부터 상기 베이스의 외주면 또는 상기 삽입홀의 내주면 중 다른 하나 측으로 슬롯이 형성된다.

Description

가스 포일 스러스트 베어링{Gas foil thrust bearing}
본 발명은 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 포일 스러스트 베어링에 관한 것이다.
일반적으로 회전하는 회전축은 다양한 방향에서 힘을 받을 수 있다. 특히 회전축이 축 방향 힘을 받는 경우 회전축은 회전축의 길이 방향으로 움직임으로써 회전축을 사용하는 장치의 안정성이 문제될 수 있다. 회전축에 가해지는 이러한 축 방향 힘을 지지하기 위하여 스러스트 베어링이 사용될 수 있다.
이러한 스러스트 베어링의 경우 다양한 방식이 사용될 수 있다. 예를 들면, 스러스트 베어링은 회전하는 회전축의 일부와 접촉하여 축 방향 힘을 지지하는 접촉식 스러스트 베어링을 포함할 수 있다. 또한, 스러스트 베어링은 회전축과 스러스트 베어링 사이에 유체막을 형성하여 회전축을 지지하는 비접촉식 스러스트 베어링을 포함할 수 있다. 이중 비접촉식 스러스트 베어링은 다양한 부재를 서로 용접하여 제조할 수 있다. 이때, 다양한 부재의 용접 시 부재의 변형이 발생하는 경우 비접촉식 스러스트 베어링으로써 작용을 하지 못하거나 이를 설치한 장치의 작동이 비정상적으로 수행될 수 있다.
이러한 비접촉식 스러스트 베어링은 대한민국공개특허 제2017-0118479호(발명의 명칭: 에어 포일 베어링, 출원인: 한온시스템 주식회사)에 구체적으로 개시되어 있다.
대한민국공개특허 제2017-0118479호
본 발명의 실시예들은 가스 포일 스러스트 베어링을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 중심 부분에 삽입홀이 형성되는 베이스와, 상기 베이스에 일단이 부착되는 탑포일을 포함하고, 상기 탑포일의 일단과 인접하게 배치되며, 상기 베이스의 외주면 또는 상기 삽입홀의 내주면 중 적어도 하나로부터 상기 베이스의 외주면 또는 상기 삽입홀의 내주면 중 다른 하나 측으로 슬롯이 형성된 가스 포일 스러스트 베어링을 제공할 수 있다.
또한, 상기 슬롯은, 상기 베이스의 외주면에서 상기 삽입홀의 내주면 측으로 형성된 제1 슬롯과, 상기 삽입홀의 내주면에서 상기 베이스의 외주면 측으로 형성된 제2 슬롯을 포함할 수 있다.
또한, 상기 삽입홀의 내주면과 상기 베이스의 외주면 사이에 배치되는 임의의 원의 원주는 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯을 통과할 수 있다.
또한, 상기 탑포일은 복수개 구비되며, 상기 각 탑포일은 상기 베이스의 외주면으로부터 상기 삽입홀의 내주면 측으로 이격되도록 배치된 임의의 원을 형성하도록 상기 베이스에 부착되는 용접점을 포함하고, 상기 원은 상기 슬롯을 통과할 수 있다.
또한, 상기 슬롯은 상기 베이스의 중심 방향을 향하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 열변형으로 인한 베이스의 변형을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 정밀한 가스 포일 스러스트 베어링을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 회전축의 길이 방향으로 가해지는 힘을 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 포일 스러스트 베어링을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 베이스를 보여주는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 포일 스러스트 베어링을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 베이스를 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 1 또는 도 3에 도시된 가스 포일 스러스트 베어링을 포함하는 압축기를 보여주는 개념도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 포일 스러스트 베어링을 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 베이스를 보여주는 평면도이다.
도 1 내지 도 2를 참고하면, 가스 포일 스러스트 베어링(100)은 베이스(110), 범프포일(120) 및 탑포일(130)을 포함할 수 있다.
베이스(110)는 바디부(111)와 결합부(112)를 포함할 수 있다. 바디부(111)는 원형의 고리 형태로 형성될 수 있다. 이때, 바디부(111)의 중심 부분에는 삽입홀(113)이 형성되어 회전축(미도시)가 삽입될 수 있다. 이러한 바디부(111)에는 슬롯(114)이 형성될 수 있다. 이때, 슬롯(114)은 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 슬롯(114)은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 슬롯(114)은 바디부(111)의 외주면(115)으로부터 삽입홀(113)의 내주면(116) 측으로 형성되는 제1 슬롯(114-1)과 삽입홀(113)의 내주면(116)으로부터 바디부(111)의 외주면(115) 측으로 형성된 제2 슬롯(114-2)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 슬롯(114-1)은 바디부(111)의 외주면(115) 측이 개구될 수 있으며, 제2 슬롯(114-2)은 삽입홀(113)의 내주면(116) 측이 개구될 수 있다. 제1 슬롯(114-1)과 제2 슬롯(114-2)은 각각 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 제1 슬롯(114-1)은 서로 이격되도록 배치될 수 있으며, 복수개의 제2 슬롯(114-2)도 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이러한 경우 각 제1 슬롯(114-1)과 각 제2 슬롯(114-2)은 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 인접하는 제1 슬롯(114-1) 사이에 제2 슬롯(114-2)이 배치될 수 있으며, 인접하는 제2 슬롯(114-2) 사이에 제1 슬롯(114-1)이 배치될 수 있다. 이러한 경우 각 제1 슬롯(114-1)과 각 제2 슬롯(114-2)는 서로 교번하도록 바디부(111)에 배치될 수 있다. 또한, 복수개의 제1 슬롯(114-1)과 복수개의 제2 슬롯(114-2) 중 서로 인접하는 제1 슬롯(114-1)과 제2 슬롯(114-2) 및 바디부(111)가 형성하는 각도는 서로 동일하도록 복수개의 제1 슬롯(114-1)과 복수개의 제2 슬롯(114-2)는 바디부(111)에 서로 일정간격을 형성하도록 배치되는 것도 가능하다. 특히 복수개의 제1 슬롯(114-1)과 복수개의 제2 슬롯(114-2)가 서로 일정 간격 이격되도록 배치되는 경우 바디부(111)가 변형될 때 각 슬롯 부분에서 동일하거나 유사한 정도의 변형이 발생됨으로써 바디부(111)의 과도한 뒤틀림이나 변형을 방지할 수 있다. 제1 슬롯(114-1)과 각 제2 슬롯(114-2)은 바디부(111)의 외주면(115)과 삽입홀(113)의 내주면(116) 사이에 임의의 제1 원(C)을 그릴 때 제1 원(C)과 겹치도록 배치될 수 있다. 이러한 경우 임의의 제1 원(C)과 바디부(111)의 외주면(115) 사이의 거리 및 제1 원(C)과 삽입홀(113)의 내주면(116) 사이 거리는 서로 동일할 수 있다. 특히 제1 슬롯(114-1)의 끝단에서 삽입홀(113)의 내주면(116)까지의 거리는 제2 슬롯(114-2)의 길이보다 작을 수 있다. 또한, 제2 슬롯(114-2)의 끝단에서 바디부(111)의 외주면(115)까지의 거리는 제1 슬롯(114-1)의 길이보다 작을 수 있다. 이때, 바디부(111)의 외주면(115), 삽입홀(113)의 내주면(116) 및 제1 원(C)은 중심이 동일한 원일 수 있다. 제1 슬롯(114-1)과 제2 슬롯(114-2)은 바디부(111)의 중심을 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 슬롯(114-1)의 길이방향 또는 제2 슬롯(114-2)의 길이 방향으로 임의의 직선을 배치하는 경우 이러한 직선은 바디부(111)의 중심을 통과할 수 있다.
결합부(112)는 바디부(111)로부터 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 결합부(112)에는 볼트, 나사 등이 삽입되도록 삽입홈(112-1)이 형성될 수 있다.
범프포일(120)은 바디부(111)의 일면에 배치될 수 있다. 이때, 범프포일(120)은 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 범프포일(120)은 바디부(111)의 일면에 서로 이격되도록 배치되어 바디부(111)의 일면에 고정될 수 있다.
범프포일(120)은 펌프포일고정부(121)와 범프포일날개부(122)를 포함할 수 있다. 펌프포일고정부(121)는 바디부(111)에 범프포일(120)을 고정시킬 수 있다. 이때, 펌프포일고정부(121)는 바디부(111)의 외주면(115)에서 삽입홀(113)의 내주면(116) 방향으로 길게 형성될 수 있다. 즉, 펌프포일고정부(121)는 바디부(111)의 중심 방향으로 배열될 수 있다. 범프포일날개부(122)는 적어도 일부분이 굴곡지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 범프포일날개부(122)는 적어도 일부분이 아치형, 반원형 등과 같이 형성될 수 있다. 또한, 범프포일날개부(122)는 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 범프포일날개부(122)는 펌프포일고정부(121)의 길이 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되어 펌프포일고정부(121)에 연결될 수 있다. 이때, 각 범프포일날개부(122)의 크기는 서로 상이할 수 있다. 예를 들면, 복수개의 범프포일날개부(122)의 크기는 바디부(111)의 외주면(115)으로부터 삽입홀(113)의 내주면(116)으로 올수록 작아질 수 있다.
탑포일(130)은 범프포일(120)의 상면에 배치되어 바디부(111)와 연결될 수 있다. 이때, 탑포일(130)의 일단만이 바디부(111)에 고정될 수 있으며, 탑포일(130)의 타단은 바디부(111)에 고정되지 않고 자유로운 상태일 수 있다. 이때, 탑포일(130)의 일단은 탑포일(130)의 타단보다 바디부(111)에 가깝게 배치됨으로써 후술할 저널부(미도시) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 이를 통하여 탑포일(130)는 상기 저널부와의 간격을 상이하게 함으로써 탑포일(130)과 상기 저널부 사이의 기체의 유동속도 및 압력을 가변시켜 상기 저널부를 탑포일(130)로부터 이격시킬 수 있다. 이러한 탑포일(130)은 복수개의 구비될 수 있으며, 복수개의 탑포일(130)은 서로 이격되도록 바디부(111)에 배치되어 바디부(111)에 고정될 수 있다. 이때, 각 탑포일(130)은 각 범프포일(120)에 대응되도록 배치되어 각 범프포일(120)을 차폐시킬 수 있다.
상기와 같은 가스 포일 스러스트 베어링(100)의 조립을 살펴보면, 베이스(110)에 범프포일(120)을 용접하여 고정시킬 수 있다. 이때, 펌프포일고정부(121)를 바디부(111)의 외주면(115)으로부터 삽입홀(113)의 내주면(116) 방향으로 배치됨으로써 바디부(111)의 중심 방향(예를 들면, 삽입홀(113)의 중심방향)을 향하도록 배치할 수 있다.
상기와 같이 펌프포일고정부(121)가 배치된 후 펌프포일고정부(121)를 용접하여 바디부(111)에 고정시킬 수 있다. 이때, 펌프포일고정부(121)에 형성되는 용접점은 범프포일고정부(121)의 길이 방향을 따라 수행될 수 있다. 특히 펌프포일고정부(121)에 형성되는 용접점은 점용접 형태로 형성되어 바디부(111)의 외주면(115)으로부터 삽입홀(113)의 내주면(116) 방향으로 배치될 수 있다.
상기와 같이 펌프포일고정부(121)가 바디부(111)에 용접되는 경우 용접으로 인하여 바디부(111)는 열변형이 발생할 수 있다. 즉, 바디부(111)의 외주면(115)은 삽입홀(113)의 내주면(116)과 크기가 상이함으로써 열에 의해 변형되는 거리가 상이해짐으로써 삽입홀(113) 부분이 바디부(111)의 외주면(115)보다 높아질 수 있다. 이때, 제1 슬롯(114-1) 및 제2 슬롯(114-2) 중 적어도 하나가 이러한 변형을 저감시킬 수 있다. 즉, 제1 슬롯(114-1) 및 제2 슬롯(114-2) 중 적어도 하나가 구비됨으로써 바디부(111)에서 열로 인한 변형이 발생하는 경우 제1 슬롯(114-1) 및 제2 슬롯(114-2) 중 적어도 하나가 이러한 변형을 수용하는 것이 가능하다. 따라서 범프포일(120)을 바디부(111)에 용접 시 발생하는 바디부(111)의 열변형을 저감시킴으로써 바디부(111)의 형상이 뒤틀리거나 변형되는 것을 저감시킬 수 있다.
상기와 같이 펌프포일고정부(121)를 용접 한 후 탑포일(130)을 바디부(111)에 고정시킬 수 있다. 이때, 탑포일(130)의 일단을 바디부(111)에 용접으로 고정시킬 수 있다. 또한, 용접은 점용접 형태로 수행될 수 있다. 특히 탑포일(130)에 형성된 용접점은 일직선을 형성할 수 있으며, 이러한 용접점이 형성하는 선분은 바디부(111)의 외주면(115)으로부터 삽입홀(113)의 내주면(116) 방향일 수 있다. 이러한 경우 탑포일(130)이 고정되는 부분은 펌프포일고정부(121)와 반대 방향에 배치될 수 있다. 즉, 자유로운 탑포일(130)의 타단은 펌프포일고정부(121)의 상면에 배치될 수 있다. 이러한 경우 제1 슬롯(114-1) 또는 제2 슬롯(114-2) 중 하나는 펌프포일고정부(121)와 가까운 바디부(111)에 배치될 수 있으며, 제1 슬롯(114-1) 또는 제2 슬롯(114-2) 중 다른 하나는 탑포일(130)의 일단과 가까운 바디부(111)에 배치될 수 있다. 특히 제1 슬롯(114-1) 및 제2 슬롯(114-2)은 인접하는 탑포일(130) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 슬롯(114-1) 및 제2 슬롯(114-2)은 탑포일(130) 및 범프포일(120)과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 경우 제1 슬롯(114-1) 및 제2 슬롯(114-2) 중 적어도 하나는 범프포일(120) 및 탑포일(130) 중 적어도 하나를 바디부(111)에 고정시키는 경우 바디부(111)에 가해지는 열에 의한 바디부(111)의 변형을 최소화할 수 있다. 특히 제1 슬롯(114-1) 및 제2 슬롯(114-2) 중 적어도 하나는 범프포일(120) 및 탑포일(130) 중 적어도 하나를 바디부(111)에 용접하는 바디부(111) 부분에 최대한 근접하게 배치됨으로써 바디부(111)의 열 변형 시 발생하는 바디부(111)의 변위를 흡수할 수 있다.
따라서 가스 포일 스러스트 베어링(100)은 베이스(110)의 변형을 최소화함으로써 정밀한 성능을 구현할 수 있다. 또한, 가스 포일 스러스트 베어링(100)은 베이스(110)가 뒤틀리거나 변형되는 것을 방지하거나 이러한 뒤틀림 및 변형을 저감시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 포일 스러스트 베어링을 보여주는 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 베이스를 보여주는 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 가스 포일 스러스트 베어링(100A)은 베이스(110A), 지지포일(120A-1), 스프링포일(120A-2) 및 탑포일(130A)을 포함할 수 있다.
베이스(110A)는 바디부(111A)와 결합부(112A)를 포함할 수 있다. 이때, 결합부(112A)는 상기에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
바디부(111A)는 내부에 삽입홀(113A)이 배치될 수 있다. 이때, 바디부(111A)에는 슬롯(114A)이 형성될 수 있다. 슬롯(114A)은 바디부(111A)의 외주면(115A)으로부터 삽입홀(113A)의 내주면(116A) 방향으로 형성될 수 있다. 특히 슬롯(114A)은 바디부(111A)의 외주면(115A) 측이 개구될 수 있다. 이러한 슬롯(114A)은 복수개 구비될 수 있다. 복수개의 슬롯(114A)은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 복수개의 슬롯(114A) 중 적어도 하나는 탑포일(130A)이 용접되는 용접라인(L, 또는 용접점을 연결한 원)과 중첩되도록 배치될 수 있다. 복수개의 슬롯(114A)은 바디부(111A)의 중심을 기준으로 인접하는 슬롯(114A)와 바디부(111A)가 형성하는 각도가 동일하도록 바디부(111A)에 배치될 수 있다.
지지포일(120A-1)은 바디부(111A)에 배치되어 바디부(111A)에 고정될 수 있다. 이때, 지지포일(120A-1)은 탑포일(130A)의 하면과 접촉하여 탑포일(130A)을 지지할 수 있다. 또한, 지지포일(120A-1)은 일부가 바디부(111A)에 용접을 통하여 연결될 수 있다. 특히 지지포일(120A-1)은 바디부(111A)에 점용접으로 고정될 수 있다.
스프링포일(120A-2)은 지지포일(120A-1)과 인접하게 배치되어 탑포일(130A)을 지지할 수 있다. 이때, 스프링포일(120A-2)은 바디부(111A)에 점용접을 통하여 고정될 수 있다.
상기와 같은 지지포일(120A-1)과 스프링포일(120A-2)은 서로 인접하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예로써 지지포일(120A-1)과 스프링포일(120A-2)은 서로 이격되도록 배치되는 것도 가능하다. 이러한 경우 지지포일(120A-1)과 스프링포일(120A-2)은 동일 또는 유사하게 형성되어 서로 동일 또는 유사한 기능을 가질 수 있다.
지지포일(120A-1)과 스프링포일(120A-2)은 각각 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 지지포일(120A-1)은 서로 이격되도록 바디부(111A)에 배치될 수 있고, 복수개의 스프링포일(120A-2)은 서로 이격되도록 바디부(111A)에 배치될 수 있다. 또한, 각 스프링포일(120A-2)의 용접부위와 각 지지포일(120A-1)의 용접부위를 연결하면 하나의 원을 형성할 수 있다.
탑포일(130A)은 지지포일(120A-1)과 스프링포일(120A-2)의 상면에 배치되어 바디부(111A)에 결합할 수 있다. 이때, 탑포일(130A)은 바디부(111A)에 결합하는 탑포일고정부(132A)와 탑포일고정부(132A)에 연결되는 날개부(131A)를 포함할 수 있다. 탑포일고정부(132A)는 지지포일(120A-1)의 일부 또는 스프링포일(120A-2)의 일부 중 하나의 상면에 배치되어 용접을 통하여 결합할 수 있다. 다른 실시예로써 탑포일고정부(132A)는 지지포일(120A-1)의 일부 또는 스프링포일(120A-2)의 일부 중 하나와 중첩되지 않도록 배치되어 바디부(111A)에 직접 용접을 통하여 결합되는 것도 가능하다. 이때, 탑포일고정부(132A)는 바디부(111A)의 외주면(115A)과 유사하게 곡선 형태로 형성될 수 있다. 날개부(131A)는 탑포일고정부(132A)와 연결되며, 바디부(111A)와 같이 유선 형태로 형성될 수 있다. 이때, 날개부(131A)는 탑포일고정부(132A)로부터 삽입홀(113A)의 내주면(116A) 방향으로 연결될 수 있다.
상기와 같은 탑포일(130A)은 복수개 구비될 수 있다. 이때, 각 탑포일고정부(132A)에 형성된 용접점(P)을 서로 연결하면 하나의 원(L)을 형성할 수 있다. 이러한 원은 상기에서 설명한 지지포일(120A-1)의 용접점을 연결한 원 및 스프링포일(120A-2)의 용접점을 연결한 원과 동일하거나 근접한 위치에 배치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 탑포일고정부(132A)에 형성된 용접점(P)가 형성하는 원(L), 지지포일(120A-1)의 용접점을 연결한 원 및 스프링포일(120A-2)의 용접점을 연결한 원이 모두 동일한 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. 상기와 같은 경우 슬롯(114A)은 탑포일고정부(132A)에 형성된 용접점(P)가 형성하는 원(L), 지지포일(120A-1)의 용접점을 연결한 원 및 스프링포일(120A-2)의 용접점을 연결한 원이 모두 통과하도록 형성될 수 있다. 즉, 슬롯(114A)의 끝단은 탑포일고정부(132A)에 형성된 용접점(P)가 형성하는 원(L), 지지포일(120A-1)의 용접점을 연결한 원 및 스프링포일(120A-2)의 용접점을 연결한 원 중 삽입홀(113A)와 가장 가까운 원의 내측에 배치될 수 있다. 이러한 경우 탑포일고정부(132A)에 형성된 용접점(P)가 형성하는 원(L), 지지포일(120A-1)의 용접점을 연결한 원 및 스프링포일(120A-2)의 용접점을 연결한 원은 바디부(111A)의 외주면(115A)과 중심이 같은 동심원 형태일 수 있다.
각 탑포일(130A)의 날개부(131A)는 지지포일(120A-1)과 스프링포일(120A-2)을 차폐시킬 뿐만 아니라 인접하는 다른 탑포일(130A)의 날개부(131A)의 적어도 일부를 차폐시킬 수 있다.
한편, 상기와 같은 가스 포일 스러스트 베어링(100A)의 제조 방법을 살펴보면, 바디부(111A)에 지지포일(120A-1)과 스프링포일(120A-2)을 배치하여 용접을 통하여 바디부(111A)에 고정시킬 수 있다. 이때, 용접은 상기에서 설명한 것과 같이 점 형태로 수행될 수 있다. 상기의 과정이 완료되면, 탑포일(130A)을 배치한 후 지지포일(120A-1) 또는 스프링포일(120A-2)에 용접할 수 있다.
상기와 같이 용접이 수행되는 경우 바디부(111A)는 용접하는 동안 가해지는 열로 인하여 변형될 수 있다. 이때, 상기와 같이 용접을 점 용접 형태로 수행함으로써 바디부(111A)에 가해지는 열을 최소화할 수 있다.
뿐만 아니라 상기와 같이 용접을 수행하는 경우 바디부(111A)에 열이 가해지면, 바디부(111A)가 변형될 수 있다. 이때, 슬롯(114A)은 바디부(111A)가 수축하거나 늘어날 때 어느 정도 유격을 줌으로써 바디부(111A)의 삽입홀(113A) 부분이 바디부(111A)의 외주면(115A)보다 올라가거나 내려가는 것을 방지할 수 있다.
이러한 슬롯(114A)은 탑포일(130A)의 용접점이 형성하는 하나의 원과 중첩되도록 배치될 수 있다. 즉, 탑포일(130A)의 용접점을 서로 연결하여 만들어지는 임의의 원이 슬롯(114A)을 통과하여 지나갈 수 있다. 이러한 경우 슬롯(114A)은 열로 인하여 변위가 가장 많이 가변하는 부분을 서로 분리함으로써 바디부(111A)의 다른 영역으로 이러한 변위의 변화가 전달되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 슬롯(114A)은 지지포일(120A-1), 스프링포일(120A-2) 및 탑포일(130A)의 용접 부위와 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
따라서 가스 포일 스러스트 베어링(100A)은 베이스(110A)의 변형을 최소화함으로써 정밀한 성능을 구현할 수 있다. 또한, 가스 포일 스러스트 베어링(100A)은 베이스(110A)가 뒤틀리거나 변형되는 것을 방지하거나 이러한 뒤틀림 및 변형을 저감시킬 수 있다.
도 5는 도 1 또는 도 3에 도시된 가스 포일 스러스트 베어링을 포함하는 압축기를 보여주는 개념도이다.
도 5를 참고하면, 압축기(10)는 하우징(1), 임펠러(2), 회전축(3), 구동부(4) 및 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)을 포함할 수 있다.
하우징(1)은 외부로부터 유입되는 기체를 안내하며, 임펠러(2)가 내부에 배치될 수 있다. 이때, 하우징(1)은 스크롤부(1-1)를 구비하여 임펠러(2)에서 압축된 기체를 외부로 안내할 수 있다.
임펠러(2)는 하우징(1) 내부에 배치되어 외부로부터 유입되는 기체를 압축하여 스크롤부(1-1)로 공급할 수 있다.
회전축(3)은 하우징(1) 내부에 배치되며, 임펠러(2)와 연결될 수 있다. 이때, 회전축(3)은 중심축(3-1)과 저널부(3-2)를 포함할 수 있다. 중심축(3-1)은 샤프트 형태로 형성되어 임펠러(2)와 결합할 수 있다. 저널부(3-2)는 중심축(3-1)의 길이 방향에 대해서 수직한 방향으로 중심축(3-1)으로부터 돌출되도록 형성될 수 있다.
구동부(4)는 회전축(3)과 연결되어 회전축(3)을 회전시킬 수 있다. 이때, 구동부(4)는 하우징(1)에 배치되는 고정자(4-1)와 회전축(3)에 배치되는 회전자(4-2)를 포함할 수 있다. 이때, 고정자(4-1) 또는 회전자(4-2) 중 하나는 전자석을 포함할 수 있으며, 고정자(4-1) 또는 회전자(4-2) 중 다른 하나는 영구자석을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 고정자(4-1)가 전자석을 포함하고, 회전자(4-2)가 영구자석을 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)은 하우징(1)에 고정되도록 배치될 수 있다. 이때, 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)은 저널부(3-2)와 대향하도록 배치될 수 있다. 특히 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)은 서로 대향하도록 저널부(3-2)의 양면 각각에 배치될 수 있다. 이러한 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)은 회전축(3)의 회전 시 회전축(3)에 가해지는 축 방향 힘을 지지할 수 있다.
상기와 같은 압축기(10)는 구동부(4)의 작동에 따라 회전축(3)이 회전하면서 임펠러(2)를 회전시킬 수 있다. 이때, 임펠러(2)의 회전에 따라 압축된 기체는 스크롤부(1-1)를 선회하여 외부로 공급될 수 있다.
임펠러(2)의 회전에 따라 하우징(1) 내부로 진입하는 기체는 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)과 저널부(3-2) 사이로 진입할 수 있다. 이때, 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)과 저널부(3-2)과 저널부(3-2) 사이에서 기체가 통과하면서 기체막을 형성하고, 이러한 기체막으로 인하여 저널부(3-2)가 중심축(3-1)의 길이 방향으로 움직이는 것을 지지할 수 있다.
상기와 같은 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)은 회전축(3)의 축 방향을 지지하므로 전 영역에서 형상이 균일하여야 한다. 이때, 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)의 조립 시 상기에서 설명한 것과 같이 열변형이 발생하여 베이스(미도시)가 변형되는 경우 회전축(3)의 위치를 유지시키지 못함으로써 압축기(10)의 성능이 저하되거나 운전 안정성이 저하될 수 있다.
그러나 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)은 상기에서 설명한 것과 같이 상기 베이스의 변형을 최소화함으로써 최적의 성능을 구현할 수 있다. 또한, 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)은 상기 베이스의 일부가 서로 분리되도록 형성됨으로써 외력이 가해지는 경우 상기 베이스 자체의 탄성력으로 인하여 외력을 흡수하거나 외력이 제거된 후 원상태로 용이하게 복귀할 수 있다. 특히 가스 포일 스러스트 베어링(100,100A)는 제조 시 변형을 최소화할 수 있으므로 일부분이 돌출되어 저널부(3-2)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
따라서 압축기(10)는 구동 시 안정성을 확보할 수 있으며, 구동 시 발생되는 축력을 안전하게 지지할 수 있다. 또한, 압축기(10)는 설계 치와 근사하게 작동을 구현하는 것이 가능하다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1: 하우징
2: 임펠러
3: 회전축
4: 구동부
10: 압축기
100,100A: 가스 포일 스러스트 베어링
110,110A: 베이스
111,111A: 바디부
112,112A: 결합부
113,113A: 삽입홀
114,114A: 슬롯
115,115A: 외주면
116,116A: 내주면
120: 범프포일
120A-1: 지지포일
120A-2: 스프링포일
130,130A: 탑포일
131A: 날개부
132A: 탑포일고정부

Claims (5)

  1. 중심 부분에 삽입홀이 형성되는 베이스; 및
    상기 베이스에 일단이 부착되는 탑포일;를 포함하고,
    상기 탑포일의 일단과 인접하게 배치되며, 상기 베이스의 외주면 또는 상기 삽입홀의 내주면 중 적어도 하나로부터 상기 베이스의 외주면 또는 상기 삽입홀의 내주면 중 다른 하나 측으로 슬롯이 형성된 가스 포일 스러스트 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯은,
    상기 베이스의 외주면에서 상기 삽입홀의 내주면 측으로 형성된 제1 슬롯; 및
    상기 삽입홀의 내주면에서 상기 베이스의 외주면 측으로 형성된 제2 슬롯;을 포함하는 가스 포일 스러스트 베어링.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 삽입홀의 내주면과 상기 베이스의 외주면 사이에 배치되는 임의의 원의 원주는 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯을 통과하는 가스 포일 스러스트 베어링.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑포일은 복수개 구비되며,
    상기 각 탑포일은 상기 베이스의 외주면으로부터 상기 삽입홀의 내주면 측으로 이격되도록 배치된 임의의 원을 형성하도록 상기 베이스에 부착되는 용접점을 포함하고,
    상기 원은 상기 슬롯을 통과하는 가스 포일 스러스트 베어링.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 베이스의 중심 방향을 향하도록 형성된 가스 포일 스러스트 베어링.
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