KR20210083567A - Hybrid air foil thrust bearing - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a hybrid airfoil journal bearing, comprising: a top foil (20) in contact with a disk at the rear of an impeller; a hybrid bump foil (30) in which a first bump foil (31) and a second bump foil (22) are dually configured; and a thrust base (40) including an opening (41) having a specific shape.

Description

하이브리드 에어포일 스러스트 베어링{HYBRID AIR FOIL THRUST BEARING}Hybrid Airfoil Thrust Bearing {HYBRID AIR FOIL THRUST BEARING}

본 발명은 하이브리드 에어포일 스러스트(thrust)베어링에 관한 것으로, 특히 이중으로 겹쳐진 구조로 구성된 하이브리드 범프포일과 압축공기가 누출되는 것을 막기 위한 형상이 구비된 스러스트 베이스를 구비한 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid airfoil thrust bearing, and more particularly, to a hybrid airfoil thrust bearing having a hybrid bump foil having a double overlapping structure and a thrust base having a shape to prevent compressed air from leaking. will be.

베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전 가능하게 지지하는 기계 요소이다. 여러 베어링의 종류 중 고속회전하는 회전축 또는 베어링 디스크와 접하는 포일 사이에 점성을 갖는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 축 하중을 지지하는 에어포일 베어링이 있다. 이러한 에어포일 베어링은 크게 축 방향 하중을 지지하는 에어포일 스러스트 베어링(airfoil thrust bearing)과, 축의 회전방향의 하중을 지지하는 에어포일 저널 베어링(airfoil journal bearing)으로 구분된다.A bearing is a mechanical element that rotatably supports the shaft while fixing the rotation shaft at a fixed position and supporting the weight of the shaft and the load applied to the shaft. Among the various types of bearings, there is an airfoil bearing that supports an axial load by flowing air, which is a viscous fluid, between a high-speed rotating shaft or a foil in contact with a bearing disk to form a pressure. These airfoil bearings are largely divided into an airfoil thrust bearing that supports an axial load, and an airfoil journal bearing that supports a load in the rotational direction of the shaft.

이 중 에어포일 스러스트 베어링은 가운데에 관통공이 형성된 원판 모양의 스러스트 베이스와 스러스트 베이스의 상면에 방사상으로 복수 개 부착되는 범프포일 및 범프포일을 덮는 복수 개의 탑 포일로 구성된다.Among them, the airfoil thrust bearing consists of a disk-shaped thrust base having a through hole in the middle, a plurality of bump foils radially attached to the upper surface of the thrust base, and a plurality of top foils covering the bump foils.

이러한 일반적인 에어포일 스러스트 베어링은 임펠러에 연결된 디스크 후면에 설치되는데, 상기 에어포일 스러스트 베어링은 스러스트 베이스와 상기 스러스트 베이스의 일부위에 일측이 용접 등의 방식으로 부착된 탑 포일과 이를 지지하는 범프포일을 가진다.Such a general airfoil thrust bearing is installed on the rear surface of the disk connected to the impeller, and the airfoil thrust bearing has a thrust base and a top foil attached to a part of the thrust base by welding or the like, and a bump foil supporting it. .

회전체의 회전에 따라 고속회전을 하게 되면 상기 탑포일의 경사면을 따라 공기가 유입되면서 탑포일과 회전체에 장착된 디스크 사이에 압력이 형성되어 축 방향의 하중을 지지하게 된다.When the rotating body rotates at high speed, air flows along the inclined surface of the top foil, and pressure is formed between the top foil and the disk mounted on the rotating body to support the load in the axial direction.

상기 에어포일 스러스트 베어링의 경우, 상기 디스크와 탑 포일 사이의 압축공기 흐름이 디스크의 고속회전에 따른 원심력 등의 원인에 의하여 외부로 새어나가게 되어 에어포일 스러스트 베어링의 하중지지 성능이 저하되는 문제가 발생한다.In the case of the airfoil thrust bearing, the compressed air flow between the disk and the top foil leaks out due to centrifugal force caused by the high-speed rotation of the disk, resulting in a decrease in the load bearing performance of the airfoil thrust bearing. do.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 도1과 같이 범프포일(170)의 일부분(H)를 절개하여 공간을 형성하여 스러스트 베이스(66) 그 위로 탑포일(27)을 부착하면 탑포일의 변형이 크게 일어나 압축공기가 외부로 유출이 되는 것을 방지 할 수 있게 되도록 구성하였다.In order to solve this problem, in the related art, as shown in FIG. 1, when a portion H of the bump foil 170 is cut to form a space and the top foil 27 is attached on the thrust base 66, the deformation of the top foil is greatly increased. It is configured to prevent the compressed air from leaking outside.

하지만, 이 경우 범프포일(170)의 일부분을 절개하게 되므로 인해 축방향의 하중지지력이 약해지는 문제점이 발생한다.However, in this case, since a portion of the bump foil 170 is cut, there is a problem in that the load bearing capacity in the axial direction is weakened.

대한민국 공개특허공보 10-2017-0058083 (공개일자: 2017년05월26일, 발명의 명칭: 에어포일 베어링, 출원인: 한온시스템 주식회사)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0058083 (Publication date: May 26, 2017, Title of invention: Airfoil bearing, Applicant: Hanon Systems Co., Ltd.)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 축방향의 하중지지능력도 향상되고 축방향의 하중을 지지하는 압축공기의 누출을 방지하는 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a hybrid airfoil thrust bearing that improves the axial load bearing capacity and prevents leakage of compressed air supporting the axial load.

본 발명의 한 특징에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링은 임펠러의 후방의 디스크와 접촉하는 탑포일(20), 제1범프포일(31), 제2범프포일(32)이 이중으로 구성되어 있는 하이브리드 범프포일(30), 및 특정 형상의 개구부(41)가 구비된 스러스트 베이스(40)를 포함하여 구성되어 있다.The hybrid airfoil thrust bearing according to one aspect of the present invention is a hybrid bump in which the top foil 20, the first bump foil 31, and the second bump foil 32 in contact with the disk at the rear of the impeller are dually configured. It is configured to include a foil 30, and a thrust base 40 having an opening 41 having a specific shape.

이러한 특징에 따르면, 본 발명의 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링은 이중으로 구성된 다수개의 하이브리드 범프포일이 구비되어 축방향의 하중지지력이 향상되어 더욱 큰 하중에 적응할 수 있다.According to this feature, the hybrid airfoil thrust bearing of the present invention is provided with a plurality of hybrid bump foils composed of a double, so that the load bearing capacity in the axial direction is improved, so that it can adapt to a larger load.

본 발명의 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링은 특정형상의 개구부 가 형성된 스러스트 베이스가 구비되어 축방향의 하중을 지지하는 압축공기의 누출을 방지 할 수 있다.The hybrid airfoil thrust bearing of the present invention is provided with a thrust base having an opening of a specific shape to prevent leakage of compressed air supporting the load in the axial direction.

도 1은 종래의 에어포일 스러스트 베어링의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 전체 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 일부분을 확대시킨 구성도이다.
도4는 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 탑포일과 범프포일과 스러스트 베이스가 결합된 확대도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 탑포일과 범프포일과 스러스트 베이스가 결합된 것을 스러스트 베이스 쪽으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 탑포일과 범프포일과 스러스트 베이스가 결합된 것을 스러스트 베이스 쪽으로 나타낸 확대도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 탑포일의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 탑포일의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 탑포일의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 범프포일의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 범프포일의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 범프포일의 측면도이다.1 is a block diagram of a conventional airfoil thrust bearing.
2 is a block diagram showing the overall configuration of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged configuration diagram of a portion of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view in which a top foil, a bump foil, and a thrust base are combined of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram illustrating a combination of a top foil, a bump foil, and a thrust base of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention toward the thrust base.
6 is an enlarged view showing a combination of a top foil, a bump foil, and a thrust base of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention toward the thrust base.
7 is a front view of a top foil of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view of a top foil of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
9 is a side view of a top foil of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
10 is a front view of a bump foil of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
11 is a perspective view of a bump foil of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
12 is a side view of a bump foil of a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in various other forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

그러면 첨부한 도면 2 내지 도면 12를 참고로 하여 본 발명의 하이브리드 에어포일 저널베어링에 대하여 상세하게 설명한다.Then, the hybrid airfoil journal bearing of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings 2 to 12.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링은 임펠러의 후방의 디스크와 접촉하는 탑포일(20), 제1범프포일(31), 제2범프포일(32)이 이중으로 구성된 하이브리드 범프포일(30), 및 스러스트 베이스(40)를 포함하여 구성되어 있다.First, referring to FIG. 2 , a hybrid airfoil thrust bearing according to an embodiment of the present invention includes a top foil 20 , a first bump foil 31 , and a second bump foil 32 in contact with the disk at the rear of the impeller. ) is configured to include a hybrid bump foil (30) and a thrust base (40) that are dually configured.

본 실시예에서는 6개의 하이브리드 범프포일(30)과 6개의 탑포일(20)이 스러스트 베이스(40)위에 부착되도록 구성을 하여 조립하였으나, 설계하는 목적에 따라 탑포일(20) 및 범프포일(30)의 개수는 조절이 가능하다.In this embodiment, six hybrid bump foils 30 and six top foils 20 are configured to be attached to the thrust base 40 and assembled, but depending on the design purpose, the top foil 20 and the bump foil 30 ) can be adjusted.

도 2는 본 발명의 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링의 전체 구성을 나타낸 구성도를 나타낸 것으로, 스러스트 베이스(40)위에 하이브리드 범프포일(30) 및 탑포일(20)의 순서로 결합되어 있으며, 상기 하이브리드 범프포일(30)과 상기 탑포일(20)은 스러스트 베이스(40)위에 일측이 용접 등으로 부착되어 있다.2 is a block diagram showing the overall configuration of the hybrid airfoil thrust bearing of the present invention. The hybrid bump foil 30 and the top foil 20 are coupled in this order on the thrust base 40, and the hybrid bump One side of the foil 30 and the top foil 20 is attached to the thrust base 40 by welding or the like.

도3내지 4는 상기 도2의 일부분을 확대한 도면으로, 제1범프포일(31)과 제2범프포일(32)로 구성된 하이브리드 범프포일(30)이 탑포일(20)과 스러스트 베이스(40)에 결합되어 있는 것을 알 수 있다.3 to 4 are enlarged views of a portion of FIG. 2, wherein the hybrid bump foil 30 composed of the first bump foil 31 and the second bump foil 32 is a top foil 20 and a thrust base 40 ), it can be seen that the

도 5내지 도6은 제1범프포일(31)과 제2범프포일(32)로 구성된 하이브리드 범프포일(30)과 탑포일(20)이 스러스트 베이스(40)에 결합되어 있는 것을 스러스트 베이스(40) 쪽에서 본 도면으로 스러스트 베이스(40)에는 범프포일의 일부분을 절개하는 대신 5개의 개구부(41)가 형성이 되어 있으며, 개구부(41)는 하이브리드 범프포일(30)과 연계하여 작동이 되며 개구부(41)의 상부 탑포일(20)에 골이 형성되어 압축공기가 누출되는 것을 방지할 수 있다.5 to 6 show that the hybrid bump foil 30 and the top foil 20 composed of the first bump foil 31 and the second bump foil 32 are coupled to the thrust base 40, the thrust base 40 ), in the thrust base 40, instead of cutting a part of the bump foil, five openings 41 are formed, and the openings 41 are operated in connection with the hybrid bump foil 30, and the opening ( 41), a trough is formed in the upper top foil 20 to prevent the compressed air from leaking.

도7 내지 도 9는 본 발명의 탑포일(20)에 대한 것으로 상기 탑포일(20)의 일측(21)은 스러스트 베이스(40)에 용접 등으로 부착될 수 있는 구조로 구성되었고, 인접한 부분(22)는 임펠러 후방의 디스크와 탑포일(20) 사이에 쐐기모양이 형성되도록 완만한 경사를 갖으며, 또 다른 일측(23)은 범프포일(30)의 일측을 수용하고, 형성된 압력을 유지 할 수 있는 평면 구조를 가지도록 구성하였다.7 to 9 are for a top foil 20 of the present invention, wherein one side 21 of the top foil 20 has a structure that can be attached to the thrust base 40 by welding or the like, and adjacent parts ( 22) has a gentle slope to form a wedge shape between the disc at the rear of the impeller and the top foil 20, and the other side 23 accommodates one side of the bump foil 30 and maintains the formed pressure. It is constructed to have a planar structure that can be

도 10 내지 12는 본 발명의 하이브리드 범프포일(30)에 대한 것으로, 스러스트 베이스의 원주 방향을 따라 다수의 절개부(33)을 구비하였다. 10 to 12 are for the hybrid bump foil 30 of the present invention, provided with a plurality of cutouts 33 along the circumferential direction of the thrust base.

이 절개부(33)로 인해 범프포일(30)의 강성은 약화되어 이에 대응한 탑포일(20)의 변형은 상대적으로 크게 일어나게 되므로 상기 절개부(33)의 탑포일(20) 면에는 골이 형성되어 압축공기가 원주방향으로 형성된 상기 절개부(33)를 따라 흐르게 되어 압축공기의 누출이 방지된다.Due to this cutout 33, the rigidity of the bump foil 30 is weakened and the corresponding deformation of the top foil 20 is relatively large. is formed so that compressed air flows along the cutout 33 formed in the circumferential direction to prevent leakage of compressed air.

이렇게 구성된 본 발명의 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링은 회전체가 구동이 되면 임펠러에서 발생하는 축 방향 하중을 제2범프포일(32)이 지지하다가 하중이 더욱 커지면 제1범프포일(31)과 제2 범프포일(32)이 하중을 지지하게 되어 종래보다 더욱 큰 하중의 견딜 수 있으며 하이브리드 범프포일(30)과 스러스트 베이스(40)의 개구부(41)과의 상호 작용으로 압축공기의 누출을 더욱 방지 시킬 수 있다.In the hybrid airfoil thrust bearing of the present invention configured in this way, when the rotating body is driven, the second bump foil 32 supports the axial load generated from the impeller, and when the load increases, the first bump foil 31 and the second bump Since the foil 32 supports the load, it can withstand a larger load than the conventional one, and the interaction between the hybrid bump foil 30 and the opening 41 of the thrust base 40 can further prevent leakage of compressed air. have.

이상과 같이 본 발명의 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링은 범프포일(30)의 일부분을 절개를 하지 않아도 압축공기의 누출을 방지 할 수 있어 더욱 큰 하중을 지지 할 수 있다.As described above, the hybrid airfoil thrust bearing of the present invention can prevent leakage of compressed air without cutting a part of the bump foil 30, and thus can support a larger load.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improved forms of the present invention are also provided by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. is within the scope of the right.

20: 탑포일 30: 하이브리드 범프포일
31: 제1범프포일 32: 제2범프포일
33: 절개부 40: 범프포일 고정부
41: 개구부20: top foil 30: hybrid bump foil
31: first bump foil 32: second bump foil
33: cutout 40: bump foil fixing part
41: opening

Claims (4)

임펠러의 후방의 디스크와 접촉하는 탑포일(20),
제1범프포일(31), 제2범프포일(22)이 이중으로 구성되어 있는 하이브리드 범프포일(30), 및 스러스트 베이스(40)를 포함하는 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링.The top foil 20 in contact with the disk at the rear of the impeller,
A hybrid airfoil thrust bearing including a hybrid bump foil 30 in which the first bump foil 31 and the second bump foil 22 are dually configured, and a thrust base 40 . 제 1항에 있어서,
하이브리드 범프포일의 개수는 6개로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링.The method of claim 1,
Hybrid airfoil thrust bearing, characterized in that the number of hybrid bump foils consists of six. 제 1항에 있어,
상기 스러스트 베이스(40)는 상기 범프포일(30)의 형상의 변형을 수용할 수 있도록 특정 형상의 개구부(41)가 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링.The method of claim 1,
The thrust base (40) is a hybrid airfoil thrust bearing, characterized in that the opening (41) of a specific shape is configured to accommodate the deformation of the shape of the bump foil (30). 제 3항에 있어,
상기 스러스트 베이스(40)의 개구부(41)는 탑포일(20) 경사면, 범프포일(30)의 일측이 용접되는 부분에 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어포일 스러스트 베어링. 4. The method of claim 3,
A hybrid airfoil thrust bearing, characterized in that the opening (41) of the thrust base (40) is configured in a portion where the inclined surface of the top foil (20) and one side of the bump foil (30) are welded.
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