KR20220050592A

KR20220050592A - 에어 포일 베어링

Info

Publication number: KR20220050592A
Application number: KR1020200134439A
Authority: KR
Inventors: 이길범
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-04-25

Abstract

에어 포일 베어링이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링은 탑 포일과 범프 포일이 축 방향에서 끼움 결합된다.

Description

에어 포일 베어링{Air foil bearing}

본 발명은 용접 방식을 이용하지 않고서도 탑 포일과 범프 포일을 서로 간에 밀착된 상태로 결합이 가능한 에어 포일 베어링에 관한 것이다.

일반적으로 하중이 회전축에 대하여 수직으로 작용하는 베어링을 저널 베어링(미끄럼 베어링의 경우)이라고 하고, 쓰러스트 베어링(thrust bearing)이란 하중이 회전축에 평행으로(즉 축 방향으로) 작용하는 베어링을 말한다. 모든 축 받이의 경우도 쓰러스트 베어링이라고 부르는데, 구름 베어링에서는 분류상, 축으로의 하중방향이 45도를 넘을 경우에는 쓰러스트 베어링 이라 하고, 그 이하의 경우에는 레이디얼 베어링으로 분류한다.

회전축에 이러한 쓰러스트 베어링이 구비되는 이유는 고속으로 회전하는 회전체의 경우 축 방향의 진동이 발생되기 때문이다. 일반적으로 발전기나 터빈 등과 같은 다양한 회전축이 구비되는 장치에서, 반경 방향의 진동 저감을 위해 사용되는 레이디얼 베어링과 함께, 이처럼 축 방향의 진동 저감을 위해 사용되는 쓰러스트 베어링이 구비되는 것은 일반적이다.

특히 고속으로 회전하는 회전체의 경우, 진동을 저감하는 효과와 함께 (마찰에 의하여 고온을 유발하는 열 발생이 필연적이므로) 고온에서 사용 가능해야 하고, 또한 축 방향 하중에 의한 베어링 파손이 없도록 높은 내구성이 필요하다는 점이 잘 알려져 있다.

이러한 조건 때문에 일반적으로 많은 경우 쓰러스트 베어링으로서 유체 베어링(fluid bearing)이 사용되거나 또는 적어도 윤활제 역할을 하는 유체가 급유되도록 하는 형태의 베어링이 널리 사용되어 왔다.

이와 함께 에어 포일 베어링은 로터(rotor)의 고속회전에 따라 로터 또는 베어링 디스크와 이와 접하는 포일 사이에 점성을 가지는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성하여 하중을 지지하는 베어링을 말한다.

이러한 에어 포일 베어링은 로터의 회전을 지지하는 저널 에어 포일 베어링과 로터의 길이방향의 이동을 지지하는 쓰러스트 에어 포일 베어링이 있다.

종래의 쓰러스트 에어 포일 베어링은 범프 포일들 및 탑 포일들을 각각 별도로 제조한 후 하나씩 베이스 플레이트에 용접하여 고정하는 방법으로 제조되므로, 상기 범프 포일 및 탑 포일의 개수에 따라 용접하여 결합되는 포인트가 필연적으로 많아지게 된다.

또한 범프 포일 및 탑 포일을 지그에 안착 시키고 용접을 진행하는 공정에 많은 시간과 열 변형이 발생되며 생산성이 저하되는 단점이 유발되어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.

대한민국등록특허 제10-0604132호

본 발명의 실시 예들은 탑 포일과 범프 포일 베어링의 결합 방식을 끼움 결합 방식으로 개선한 에어 포일 베어링을 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 의한 에어 포일 베어링은 원주 방향 가장 자리에 복수개의 끼움편(110)이 반경 방향 외측으로 돌출되고, 회전체와 동심원을 이루며 결합된 탑 포일(100); 및 상기 탑 포일(100)과 결합되기 위해 상기 끼움편(110)이 삽입되는 결합부(210)가 원주 방향 가장 자리에 구비된 범프 포일(200)을 포함한다.

상기 끼움편(110)은 동일 간격으로 이격 되고, 상기 탑 포일(100)을 위에서 바라볼 때 상기 탑 포일(100)의 중심을 기준으로 서로 마주보며 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 끼움편(110)은 판 형태로 형성되고, 상기 결합부(210)로 삽입되는 선단부 모서리 부분이 라운드 지게 형성된 제1 라운드 부(112)를 포함한다.

상기 끼움편(110)은 판 형태로 형성되고, 상기 결합부(210)로 삽입되는 선단부가 상기 범프 포일(200)을 향해 하향 경사지게 연장된 제1 경사부(114)를 포함한다.

상기 끼움편(110)은 상기 결합부(210)의 상면과 하면 및 측면이 각각 면대면으로 접촉된 상태로 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 결합부(210)는 상기 끼움편(110)의 선단부가 삽입된 이후에 상기 회전체의 회전 방향으로 내측 단부가 밀폐된 제1 격벽(212)이 형성된다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 에어 포일 베어링은 회전체와 동심원을 이루며 결합된 탑 포일(1000); 및 상기 탑 포일(100)의 원주 방향 가장자리가 부분적으로 결합되기 위해 원주방향 가장자리에서 반경 방향 내측을 향해 복수개의 결합부(2100)가 구비된 범프 포일(2000)을 포함한다.

상기 탑포일(1000)은 상기 결합부(2100)에 억지 끼움 방식으로 결합된다.

상기 결합부(2100)는 상기 범프 포일(2000)의 원주방향 가장자리에서 상측으로 연장된 후에 반경 방향 내측을 향해 소정의 길이로 절곡된 절곡부(2110); 상기 절곡부(2110)를 기준으로 전후면과 내측면이 개구 되고, 상기 탑 포일(1000)이 삽입되는 공간을 제공하는 삽입 공간(S)이 형성되되, 상기 탑 포일(1000)은 상기 결합부(2100)에 삽입될 경우 상기 삽입 공간(S)에 억지 끼움 형태로 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들은 탑 포일과 범프 포일이 서로 간에 끼움 결합 형태로 결합되고, 축 방향에서 밀착된 상태가 유지되어 축 방향에 가해지는 하중 지지력이 향상된다.

본 발명의 실시 예들은 탑 포일과 범프 포일의 접촉 면적이 증가되고 열 변형으로 인한 문제점이 원천적으로 차단되어 안정적인 사용과 내구성이 증가된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 에어 포일 베어링의 분해 사시도.
도 2는 도 1의 결합 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 끼움편이 결합편에 삽입되는 상태를 도시한 결합 상태도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 끼움편이 결합편에 결합된 이후의 상태를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 끼움편의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 끼움편의 또 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 에어 포일 베어링의 분해 사시도.
도 8은 도 7의 결합 사시도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 끼움편이 결합편에 삽입되는 상태를 도시한 결합 상태도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 에어 포일 베어링의 분해 사시도 이고, 도 2는 도 1의 결합 사시도 이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 끼움편이 결합편에 삽입되는 상태를 도시한 결합 상태도이다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 에어 포일 베어링(1)은 후술할 탑 포일(100)과 범프 포일(200)이 서로 간에 용접 방식으로 결합되지 않고, 끼움 결합 방식으로 결합되므로 열 변형으로 인한 변형 발생이 근본적으로 해결되고, 상기 탑 포일(100)과 범프 포일(200)이 최대한 밀착되게 조립될 수 있다.

또한 본 실시 예는 탑 포일(100)과 범프 포일(200)이 원주방향 가장자리에서 서로 간에 결합되므로 샤프트의 축 방향에서 불필요하게 이격 되지 않고 밀착된 상태로 조립이 가능해지므로 상기 샤프트의 축 방향 지지 성능이 향상된다.

이를 위해 본 실시 예는 원주 방향 가장 자리에 복수개의 끼움편(110)이 반경 방향 외측으로 돌출되고, 회전체(미도시)와 동심원을 이루며 결합된 탑 포일(100)과, 상기 탑 포일(100)과 결합되기 위해 상기 끼움편(110)이 삽입되는 결합부(210)가 원주 방향 가장 자리에 구비된 범프 포일(200)이 구비된다.

상기 탑 포일(100)은 도면을 기준으로 중앙에 회전체(미도시)가 결합되고, 끼움편(110)이 반경 방향을 향해 판(Plate) 형태로 돌출된다.

상기 끼움편(110)은 동일 간격으로 이격 되고, 상기 탑 포일(100)을 위에서 바라볼 때 상기 탑 포일(100)의 중심을 기준으로 서로 마주보며 배치된다.

이와 같이 끼움편(110)이 배치될 경우 상기 에어 포일 베어링(1)이 회전될 때 특정 위치에 응력이 집중되지 않고 균일하게 하중이 가해지므로 안정적인 작동을 도모할 수 있다.

상기 탑 포일(100)과 서로 간에 결합되는 범프 포일(200)은 상기 끼움편(110)이 삽입되는 결합부(210)가 도면에 도시된 바와 같이 중심을 기준으로 서로 마주보며 배치된다.

상기 범프 포일(200)은 결합부(210)가 원주 방향 외측으로 돌출되게 배치되므로 상기 탑 포일(100)과 서로 간에 결합된 이후에 최대한 밀착된 상태가 유지된다. 이와 같이 에어 포일 베어링(1)이 결합될 경우 상기 탑 포일(100)과 범프 포일(200) 사이가 용접과 같은 불필요한 결합 방식을 사용하지 않게 되어 서로 간에 밀착되는 면적이 증가하게 된다.

또한 회전체의 축 방향에서 가해진 하중에 대한 지지 성능이 향상되고 상기 에어 포일 베어링(1)의 작동 안정성도 동시에 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시 예는 탑 포일(100)과 범프 포일(200)이 용접 방식에 의해 결합되지 않으므로 열변형이 방지되고, 조립에 따른 편차가 발생되지 않아 균일한 품질이 유지될 수 있으며, 제작에 따른 제조 원가도 절감된다.

첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 의한 끼움편(110)은 판 형태로 형성되고, 상기 결합부(210)에 억지 끼움 형태로 결합된다.

회전체(미도시)는 화살표 방향을 향해 일 방향으로 회전하고, 상기 끼움편(110) 또한 상기 결합부(210)에 결합될 때 회전체의 회전 방향과 동일한 방향으로 끼움 결합된다.

상기 회전체는 도면의 화살표 방향으로만 회전되고 역방향으로 회전 되지 않으므로 끼움편(110)이 결합부(210)에서 이탈 또는 분리 되지 않고 결합 상태가 안정적으로 유지된다.

상기 끼움편(110)은 상기 결합부(210)의 상면과 하면 및 측면이 각각 면대면으로 접촉된 상태로 결합되므로 접촉 면적이 증가되고, 결합력이 증가된 상태가 유지된다.

따라서 에어 포일 베어링(1)은 외력이 가해지는 경우에도 결합부(210)에 삽입된 끼움편(110)은 결합 해제되지 않고 안정적으로 결합된 상태가 유지된다.

본 실시 예에 의한 결합부(210)에는 상기 끼움편(110)의 선단부가 삽입된 이후에 상기 회전체의 회전 방향으로 내측 단부가 밀폐된 제1 격벽(212)이 형성된다.

상기 제1 격벽(212)은 끼움편(110)이 결합부(210)에 삽입될 때 삽입 깊이를 한정하여 오 결합되는 현상을 방지할 수 있다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 끼움편(110)은 결합부(210)로 삽입되는 선단부 모서리 부분이 라운드 지게 형성된 제1 라운드 부(112)를 포함한다.

상기 제1 라운드 부(112)는 결합부(210)에 삽입될 때 면대면으로 접촉 유지되므로 보다 손쉽게 삽입되기 위해 상기 제1 라운드 부(112)가 형성된다.

제1 라운드 부(112)는 모서리 부분이 도면에 도시된 곡률로 라운드지게 형성되므로 끼움편(110)이 결합부(210) 내측으로 삽입되는 초기에 단턱 부분(St)과 접촉될 때 제1 라운드 부(112)의 라운드 진 면을 따라 슬라이딩 되면서 안정적으로 삽입된다.

따라서 작업자가 탑 포일(100)을 범프 포일(200)에 삽입할 때 복수개의 끼움편(110)이 모두 결합부(210)의 내측으로 용이하게 삽입될 수 있어 삽입 안정성이 향상된다.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 의한 끼움편(110)은 판 형태로 형성되고, 상기 결합부(210)로 삽입되는 선단부가 상기 범프 포일(200)을 향해 하향 경사지게 연장된 제1 경사부(114)를 포함한다.

상기 제1 경사부(114)는 전술한 제1 라운드 부(112)와 같이 끼움편(110)이 결합부(210)로 삽입될 때 안정적인 삽입을 위해 형성되는데, 일 예로 도면에 도시된 경사 각도로 경사지게 연장된다.

일 예로 제1 경사부(114)는 일 예로 범프 포일(200)을 향해 하향 경사지게 연장되어 있어 상기 끼움편(110)이 결합부(210)의 내측으로 삽입되는 초기에 단턱 부분(st)과 걸림 유지되지 않고 용이하게 삽입될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 에어 포일 베어링에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 실시 예에 의한 에어 포일 베어링(1a)은 전술한 제1 실시 예와 다르게 범프 포일(2000)에 구비된 결합부(2100)에 탑 포일(1000)이 삽입되어 끼움 결합된다.

이를 위해 본 실시 예는 회전체와 동심원을 이루며 결합된 탑 포일(1000)과, 상기 탑 포일(100)의 원주 방향 가장자리가 부분적으로 결합되기 위해 원주방향 가장자리에서 반경 방향 내측을 향해 복수개의 결합부(2100)가 구비된 범프 포일(2000)이 구비된다.

상기 탑 포일(1000)은 결합부(2100)에 결합되는 부분이 가장 자리 원주 방향으로 별도의 추가 구성이 형성되지 않고 범프 포일(2000)에 형성된 결합부(2100)에 원주 방향의 가장 자리 부분이 삽입된다.

상기 탑포일(1000)은 상기 결합부(2100)에 억지 끼움 방식으로 결합되므로 전술한 제1 실시 예와 같이 결합부(2100)의 내측으로 슬라이딩 되면서 범프 포일(200)과 안정적으로 결합된다.

상기 결합부(2100)는 상기 범프 포일(2000)의 원주방향 가장자리에서 상측으로 연장된 후에 반경 방향 내측을 향해 소정의 길이로 절곡된 절곡부(2110)와, 상기 절곡부(2110)를 기준으로 전후면과 내측면이 개구 되고, 상기 탑 포일(1000)이 삽입되는 공간을 제공하는 삽입 공간(S)이 형성된다.

상기 절곡부(2110)는 범프 포일(2000)의 원주방향에서 반경 방향 내측을 향해 소정의 길이로 연장되며 내측에 형성된 삽입 공간(S)으로 탑 포일(1000)의 가장 자리가 삽입되어 서로 간에 결합된다.

상기 탑 포일(1000)은 상기 결합부(2100)에 삽입될 경우 상기 삽입 공간(S)에 억지 끼움 형태로 결합되므로 결합 상태가 해제되지 않고 안정적으로 결합된 상태가 유지된다.

회전체는 일 방향으로 회전하고, 탑 포일(100)의 가장자리 또한 상기 결합부(2100)에 결합될 때 회전체의 회전 방향과 동일한 방향으로 끼움 결합되고 역방향으로 회전 되지 않으므로 탑 포일(1000)이 결합부(2100)에서 이탈 또는 분리 되지 않고 결합 상태가 안정적으로 유지된다.

상기 탑 포일(1000)은 결합부(2100)에 삽입될 경우 상면과 하면 및 반경 원주 방향 외측면이 각각 면대면으로 접촉된 상태로 결합되므로 접촉 면적이 증가되고, 결합력이 증가된 상태가 유지된다.

따라서 에어 포일 베어링(1a)은 외력이 가해지는 경우에도 결합부(2100)에 삽입된 탑 포일(1000)은 결합 해제되지 않고 안정적으로 결합된 상태가 유지된다.

상기 범프 포일(2000)은 상기 탑 포일(100)과 서로 간에 결합된 이후에 최대한 밀착된 상태가 유지된다. 이와 같이 에어 포일 베어링(1a)이 결합될 경우 상기 탑 포일(1000)과 범프 포일(2000) 사이가 용접과 같은 불필요한 결합 방식을 사용하지 않게 되어 서로 간에 밀착되는 면적이 증가하게 된다.

또한 회전체의 축 방향에서 가해진 하중에 대한 지지 성능이 향상되고 상기 에어 포일 베어링(1a)의 작동 안정성도 동시에 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시 예는 탑 포일(1000)과 범프 포일(2000)이 용접 방식에 의해 결합되지 않으므로 열변형이 방지되고, 조립에 따른 편차가 발생되지 않아 균일한 품질이 유지될 수 있으며, 제작에 따른 제조 원가도 절감된다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100, 1000 : 탑 포일
110 : 끼움편
112 : 제1 라운드 부
114 : 제1 경사부
200, 2000 : 범프 포일
210, 2100 : 결합부
212 : 격벽

Claims

원주 방향 가장 자리에 복수개의 끼움편(110)이 반경 방향 외측으로 돌출되고, 회전체와 동심원을 이루며 결합된 탑 포일(100); 및
상기 탑 포일(100)과 결합되기 위해 상기 끼움편(110)이 삽입되는 결합부(210)가 원주 방향 가장 자리에 구비된 범프 포일(200)을 포함하는 에어 포일 베어링.
제1 항에 있어서,
상기 끼움편(110)은 동일 간격으로 이격 되고, 상기 탑 포일(100)을 위에서 바라볼 때 상기 탑 포일(100)의 중심을 기준으로 서로 마주보며 배치된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.
제1 항에 있어서,
상기 끼움편(110)은 판 형태로 형성되고, 상기 결합부(210)로 삽입되는 선단부 모서리 부분이 라운드 지게 형성된 제1 라운드 부(112)를 포함하는 에어 포일 베어링.
제1 항에 있어서,
상기 끼움편(110)은 판 형태로 형성되고, 상기 결합부(210)로 삽입되는 선단부가 상기 범프 포일(200)을 향해 하향 경사지게 연장된 제1 경사부(114)를 포함하는 에어 포일 베어링.
제1 항에 있어서,
상기 끼움편(110)은 상기 결합부(210)의 상면과 하면 및 측면이 각각 면대면으로 접촉된 상태로 결합된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.
제5 항에 있어서,
상기 결합부(210)는 상기 끼움편(110)의 선단부가 삽입된 이후에 상기 회전체의 회전 방향으로 내측 단부가 밀폐된 제1 격벽(212)이 형성된 에어 포일 베어링.
회전체와 동심원을 이루며 결합된 탑 포일(1000); 및
상기 탑 포일(100)의 원주 방향 가장자리가 부분적으로 결합되기 위해 원주방향 가장자리에서 반경 방향 내측을 향해 복수개의 결합부(2100)가 구비된 범프 포일(2000)을 포함하는 에어 포일 베어링.
제7 항에 있어서,
상기 탑포일(1000)은 상기 결합부(2100)에 억지 끼움 방식으로 결합된 에어 포일 베어링.
제7 항에 있어서,
상기 결합부(2100)는 상기 범프 포일(2000)의 원주방향 가장자리에서 상측으로 연장된 후에 반경 방향 내측을 향해 소정의 길이로 절곡된 절곡부(2110);
상기 절곡부(2110)를 기준으로 전후면과 내측면이 개구 되고, 상기 탑 포일(1000)이 삽입되는 공간을 제공하는 삽입 공간(S)이 형성되되,
상기 탑 포일(1000)은 상기 결합부(2100)에 삽입될 경우 상기 삽입 공간(S)에 억지 끼움 형태로 결합되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.