KR20190129467A - 틸팅 패드 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 틸팅 패드 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 틸팅 패드와 하우징 사이의 접촉면이 캠 프로파일을 이루도록 형성되는 틸팅 패드 베어링에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링은 하우징에 의해 지지되는 틸팅면을 포함하는 틸팅 패드; 및 상기 틸팅면을 지지하는 지지면을 포함하는 상기 하우징을 포함하고, 상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 스무스(smooth)하게 틸팅하도록, 상기 틸팅면은 캠 프로파일(cam profile)로 형성될 수 있다.

Description

틸팅 패드 베어링{Tilting pad bearing}
본 발명은 틸팅 패드 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 틸팅 패드와 하우징 사이의 접촉면이 캠 프로파일을 이루도록 형성되는 틸팅 패드 베어링에 관한 것이다.
틸팅 패드 베어링은 유체 베어링의 일종으로 복수의 조립식 틸팅 패드를 포함하는 베어링이다. 틸팅 패드 베어링의 작동 시 오일은 점성 항력에 의해 패드면으로 유입되어 얇고 압축된 막을 형성한다. 형성된 오일 막에 의해 하중이 지지되며, 오일막에 가해지는 하중에 따라 틸팅 패드는 소폭 기울어진다. 틸팅 패드의 기울기는 베어링에 가해지는 부하 및 회전체의 회전 속도에 따라 변화한다.
도 1은 종래의 틸팅 패드 베어링을 나타낸다. 종래의 틸팅 패드 베어링(100)은 로터(130)를 지지하는 틸팅 패드(110)와 틸팅 패드(110)가 장착되는 하우징(120)을 포함한다. 종래의 틸팅 패드 베어링(100)에서 틸팅 패드(110)의 틸팅면(111)과 하우징(120)의 지지면(121)은 원 형상으로 이루어진다.
종래의 틸팅 패드 베어링(100)에서 틸팅 패드(110)의 변위(displacement)를 도 2와 함께 살펴본다. 도 2는 종래의 틸팅 패드 베어링(100)에서 로터(130)의 회전에 따른 틸팅 패드(110)의 트레일링 엣지(113)의 변위를 나타낸다. 틸팅면(111)과 지지면(121)이 원 형상으로 이루어지다 보니, 상승(rise)구간(210) 및 하강(fall)구간(230)에서 로터(130)의 회전각의 크기와 트레일링 엣지(113)의 변위는 선형관계를 이루게 된다. 따라서 트레일링 엣지(113)의 변위 그래프(200)가 전체적으로 매끄럽지 못하고 각진 구간이 형성된다.
이로 인해 상승구간(210)에서 드웰(dwell)구간(220)으로 천이하는 경우와 드웰구간(220)에서 하강구간(230)으로 천이하는 경우, 트레일링 엣지(113)의 변위가 스무스(smooth)하게 변하지 못한다. 즉, 틸팅 패드(110)가 스무스하게 틸팅하지 못한다. 이로 인해, 틸팅 패드(110)에 순간적으로 강한 힘이 가해지거나 로터(130)가 순간적으로 기동 및 정지하게 되는 경우 등의 이유로, 틸팅면(111) 및 지지면(121)에 마모가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 종래의 틸팅 패드 베어링의 단점을 보완한 틸팅 패드 베어링을 제안하고자 한다.
일본공개공보 제2016-217443호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 틸팅 패드의 틸팅면과 하우스의 지지면 사이에 발생하는 마모를 줄일 수 있는 틸팅 패드 베어링을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 틸팅 패드가 천이 구간(예를 들면, 상승 구간에서 드웰 구간 또는 드웰 구간에서 하강 구간)에서 스무스한 움직임을 갖는 틸팅 패드 베어링을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링은 하우징에 의해 지지되는 틸팅면을 포함하는 틸팅 패드; 및 상기 틸팅면을 지지하는 지지면을 포함하는 상기 하우징을 포함하고, 상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 스무스(smooth)하게 틸팅하도록, 상기 틸팅면은 캠 프로파일(cam profile)로 형성될 수 있다.
상기 지지면은 원형으로 형성될 수 있다.
또한 상기 캠 프로파일은 상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 사이클로이드 운동(cycloid motion), 단조화 운동(simple harmonic motion), 및 등가속도 운동(constant acceleration motion)중 어느 하나에 따라 틸팅하도록 형성될 수 있다.
또한 상기 틸팅면은 오목면으로 형성되고, 상기 지지면은 볼록면으로 형성될 수 있다.
또는 상기 틸팅면은 볼록면으로 형성되고, 상기 지지면은 오목면으로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링은 하우징에 의해 지지되는 틸팅면을 포함하는 틸팅 패드; 및 상기 틸팅면을 지지하는 지지면을 포함하는 상기 하우징을 포함하고, 상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 스무스(smooth)하게 틸팅하도록, 상기 지지면은 캠 프로파일(cam profile)로 형성될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링은 하우징에 의해 지지되는 틸팅면을 포함하는 틸팅 패드; 및 상기 틸팅면을 지지하는 지지면을 포함하는 상기 하우징을 포함하고, 상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 스무스(smooth)하게 틸팅하도록, 상기 틸팅면은 캠 프로파일(cam profile)로 형성될 수 있다.
상기 지지면은 원형으로 형성될 수 있다.
또한 상기 캠 프로파일은 상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 사이클로이드 운동(cycloid motion), 단조화 운동(simple harmonic motion), 및 등가속도 운동(constant acceleration motion)중 어느 하나에 따라 틸팅하도록 형성될 수 있다.
또한 상기 틸팅면은 오목면으로 형성되고, 상기 지지면은 볼록면으로 형성될 수 있다.
또는 상기 틸팅면은 볼록면으로 형성되고, 상기 지지면은 오목면으로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링은 하우징에 의해 지지되는 틸팅면을 포함하는 틸팅 패드; 및 상기 틸팅면을 지지하는 지지면을 포함하는 상기 하우징을 포함하고, 상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 스무스(smooth)하게 틸팅하도록, 상기 지지면은 캠 프로파일(cam profile)로 형성될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 틸팅 패드 베어링을 나타낸다.
도 2는 종래의 틸팅 패드 베어링에서, 로터의 회전각의 크기에 대한 틸팅 패드의 트레일링 엣지의 변위를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링에서, 로터의 회전각의 크기에 대한 트레일링 엣지의 변위를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
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 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링을 나타낸다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(300)은 틸팅 패드(310) 및 틸팅 패드를 지지하는 하우징(320)을 포함할 수 있다.
틸팅 패드(310)는 로터(330)가 회전 가능하도록 지지하는 구성 요소이다. 틸팅 패드(310)는 로터의 회전 방향(331)의 전단에 위치하는 트레일링 에지(313), 로터의 회전 방향(331)의 후단에 위치하는 리딩 에지(312), 및 하우징(320)에 의해 지지되는 틸팅면(311)을 포함할 수 있다.
하우징(320)은 틸팅 패드(310)가 틸팅 가능하도록 지지하는 구성 요소이다. 하우징(320)은 틸팅면(311)을 지지하는 지지면(321)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(300)에서 틸팅면(311)은 캠 프로파일을 이루도록 형성되고, 지지면(321)은 원형을 이루도록 형성될 수 있다. 틸팅면(311)을 캠 프로파일로 구성함에 따라, 틸팅 패드(310)는 캠에 대한 피동절(foller)이 되어 틸팅하게 된다.
이때, 캠 프로파일은 틸팅 패드(310)가 어떠한 변위를 그리며 틸팅하기를 원하느냐에 따라 설계될 수 있다. 예를 들어, 캠 프로파일은, 틸팅 패드의 트레일링 엣지(313)를 기준으로 살펴보자면, 트레일링 엣지(313)가 도 4와 같은 변위를 갖도록 설계될 수 있다. 도 4는 로터(330)의 회전각의 크기에 대한 트레일링 엣지(313)의 변위를 나타낸다. 도 4에서 트레일링 엣지(313)의 변위는 상승 구간(410) 및 하강 구간(430)에서 사이클로이드 커브(cycloid curve)를 그리고 있다. 즉, 캠 프로파일의 설계에 따라 틸팅 패드(310)는 사이클로이드 운동(cycloid motion)을 하며 틸팅할 수 있다.
이와 같이 캠 프로파일이 설계되면, 틸팅 패드(310)는 천이구간(상승 구간(410)에서 드웰 구간(420) 또는 드웰 구간(420)에서 하강 구간(430) 등)에서 스무스하게 틸팅할 수 있다. 또한 상승 구간(410) 및 하강 구간(430)에서 사이클로이드 커브를 그리며 틸팅하므로, 틸팅 패드(310)에 순간적으로 큰 힘이 작용하더라도 틸팅 패드(310)는 부드럽고 완만하게 가속/감속할 수 있다. 따라서 종래의 틸팅 패드에 비해 틸팅면(311) 및 지지면(321)에서 발생하는 마모가 줄어들 수 있다.
캠 프로파일은 피동절인 틸팅 패드(310)가 사이클로이드 모션을 하도록 설계되는 것 외에도, 단조화 운동(simple harmonic motion) 또는 등가속도 운동(constant acceleration motion)을 하도록 설계될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링을 나타낸다. 도 3의 제1 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(300)에서 틸팅면(311)이 캠 프로파일을 이루고 지지면(321)이 원형을 이루도록 구성된다면, 제2 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(500)은 틸팅면(511)이 원형을 이루고 지지면(521)이 캠 프로파일을 이루도록 구성된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 틸팅 패드 베이링(500)에서도, 지지면(521)을 캠 프로파일로 형성됨에 따라, 틸팅 패드(510)는 캠에 대한 피동절이 되어 틸팅하게 된다.
따라서 로터(530)가 회전함에 따라 틸팅 패드(510)는 스무스하게 틸팅할 수 있고, 틸팅면(511) 및 지지면(521)에서 발생하는 마모가 종래의 틸팅 패드 베어링에 비해 줄어들 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링을 나타낸다. 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(300) 및 도 5에 도시된 제2 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(500)은 피봇면(311, 511)이 볼록면으로, 지지면(321, 521)이 오목면으로 형성되었다면, 제3 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(600)은 피봇면(611)이 오목면으로, 지지면(621)이 볼록면으로 형성된다.
제3 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링에서 피봇면(611)은 캠 프로파일을 이루도록, 지지면(621)은 원형을 이루도록 형성될 수 있다. 제1 실시예와 마찬가지로 피봇면(611)이 캠 프로파일로 형성됨에 따라, 틸팅 패드(610)는 캠에 대한 피동절이 되어 틸팅하게 된다.
또는 제3 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링에서 피봇면(611)은 원형을 이루도록, 지지면(621)은 캠 프로파일을 이루도록 형성될 수 있다. 제2 실시예와 마찬가지로 지지면(621)이 캠 프로파일로 형성됨에 따라, 틸팅 패드(610)는 캠에 대한 피동절이 되어 틸팅하게 된다.
따라서 본 발명의 제3 실시예에 따른 틸팅 패드 베이링(600)에서도 틸팅 패드(510)는 스무스하게 틸팅할 수 있고, 그에 따라 틸팅면(611) 및 지지면(621)에서 발생하는 마모가 종래의 틸팅 패드 베어링에 비해 줄어들 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링을 나타낸다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(700)은 제1, 2, 3 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링과 다른 형상의 틸팅 패드 베어링을 나타낸다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링(700)에서 틸팅 패드의 틸팅면(710)은 원형을 이루고 하우징(720)의 내주면(721)은 캠 프로파일을 이루도록 형성될 수 있다. 틸팅 패드 베어링의 외형은 일반적인 베어링과 차이가 없도록 하우징의 외주면(722)은 원형을 이루도록 형성될 수 있다. 하우징의 내주면(721)이 캠 프로파일로 구성함에 따라, 틸팅 패드(710)는 캠에 대한 피동절이 되어 틸팅하게 되므로, 스무스하게 틸팅할 수 있다.
이상 제1, 2, 3, 4 실시예를 통해 틸팅 패드가 스무스하게 틸팅하는 틸팅 패드 베어링을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 이상의 실시예에서 언급되지 않은 다른 종류의 틸팅 패드 베어링에 대하여도 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
또한 본 발명이 실시될 수본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 종래의 틸팅 패드 베어링 110: 틸팅 패드
111: 틸팅면 113: 트레일링 엣지
120: 하우징 121: 지지면
130: 로터 210: 상승 구간
220: 드웰 구간 230: 하강 구간
300: 제1 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링
310: 틸팅 패드 311: 틸팅면
312: 리딩 에지 313: 트레일링 에지
320: 하우징 321: 지지면
330: 로터 331: 로터의 회전 방향
410: 상승 구간 420: 드웰 구간
430: 하강 구간
500: 제2 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링
510: 틸팅 패드 511: 틸팅면
521: 지지면 530: 로터
600: 제3 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링
610: 틸팅 패드 611: 틸팅면
621: 지지면
700: 제4 실시예에 따른 틸팅 패드 베어링
710: 틸팅 패드 711: 틸팅면
721: 하우징의 내주면 722: 하우징의 외주면

Claims (6)

  1. 로터(rotor)를 지지하는 틸팅 패드 베어링에 있어서,
    하우징에 의해 지지되는 틸팅면을 포함하는 틸팅 패드; 및
    상기 틸팅면을 지지하는 지지면을 포함하는 상기 하우징을 포함하고,
    상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 스무스(smooth)하게 틸팅하도록, 상기 틸팅면은 캠 프로파일(cam profile)로 형성되는, 틸팅 패드 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지면은 원형으로 형성되는, 틸팅 패드 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캠 프로파일은 상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 사이클로이드 운동(cycloid motion), 단조화 운동(simple harmonic motion), 및 등가속도 운동(constant acceleration motion) 중 어느 하나에 따라 틸팅하도록 형성되는, 틸팅 패드 베어링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 틸팅면은 오목면으로 형성되고, 상기 지지면은 볼록면으로 형성되는, 틸팅 패드 베어링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 틸팅면은 볼록면으로 형성되고, 상기 지지면은 오목면으로 형성되는, 틸팅 패드 베어링.
  6. 로터(rotor)를 지지하는 틸팅 패드 베어링에 있어서,
    하우징에 의해 지지되는 틸팅면을 포함하는 틸팅 패드; 및
    상기 틸팅면을 지지하는 지지면을 포함하는 상기 하우징을 포함하고,
    상기 로터가 회전함에 따라 상기 틸팅 패드가 스무스(smooth)하게 틸팅하도록, 상기 지지면은 캠 프로파일(cam profile)로 형성되는, 틸팅 패드 베어링.
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