KR20220066669A - 비접촉 베어링의 동심 측정기구 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 비접촉 베어링의 동심 측정기구는, 터보기계에 장착되는 비접촉 베어링과 케이싱의 동심을 측정하기 위한 기구로서, 공기주입용 홀을 구비하는 축, 그리고 상기 공기주입용 홀에 연결되어 통하는 관통홈이 둘레 방향으로 형성되고, 상기 축의 상단부 및 하단부에 각각 장착되는 슬리브를 포함하며, 상기 공기주입용 홀로 공기가 주입되면, 주입된 상기 공기는 상기 관통홈을 통하여 상기 비접촉 베어링으로 분출되어 상기 비접촉 동압 베어링의 중심으로 상기 축이 부상되는 것을 특징으로 한다.

Description

비접촉 베어링의 동심 측정기구{Device for measuring the concentricity of non-contact bearing}

본 발명은 비접촉 베어링의 동심 측정기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보기계에서 비접촉 베어링에 접촉하지 않고, 베어링과 케이싱의 동심을 직접 확인할 수 있는 측정기구에 관한 것이다.

터보기계, 예를 들면 원심 압축기는 임펠러의 회전력을 이용하여 유체를 축방향으로 흡입한 다음, 원심방향으로 토출시키면서 압축하는 장치이다.

도 1에는 고속 터보기계의 한 예가 도시되어 있다.

이러한 고속 터보기계는 그 회전 안정성을 담보하기 위해서 베어링에서 요구하는 동심도 및 직각도가 확보되어야 한다.

비접촉 동압 베어링(air foil, tilting pad 등)을 사용하는 터보기계의 경우, 케이싱(100)과 베어링(101) 사이에 동심이 확보되지 않으면, 미리 정해진 설계치로 간극을 형성하고 있는 로터(rotor)(102)와 슈라우드(shroud)(103) 사이에 접촉 사고가 발생할 수 있다. 참고로, 도 1에서 도면부호 105는 축을 가리킨다.

이를 방지하기 위하여, 종래에는 비접촉 베어링과 케이싱 사이의 동심 확보를 위해 베어링(101)이 조립되는 베어링하우징(104)과 케이싱(100)의 동심을 확인하는 간접적인 방법을 사용하고 있었다.

그런데, 접촉베어링인 볼베어링의 경우 실제 사용하는 로터(축)를 이용하여 베어링과 케이싱 사이의 동심도 및 직각도 확인이 가능하지만, 비접촉 동압 베어링의 경우 로터(축)와의 사이에 존재하는 최소 간극으로 인해, 접촉베어링과 같은 방법으로 베어링과 케이싱 사이의 동심도 및 직각도를 확인할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 상술한 종래의 방법 즉, 베어링하우징과 케이싱 사이의 동심도 및 직각도를 확인하여 베어링 동심을 간접적으로 확보하는 방법은 베어링 부품의 동심이 다를 경우 전체 조립품의 동심도 및 직각도 확보가 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

대안으로, 베어링 내경과 치수가 같은 측정용 치구를 이용하여 동심도 및 직각도를 측정할 수 있지만, 베어링 표면이 손상될 수 있기 때문에 이러한 측정방법은 사용되지 않는 실정이다.

일본특허공개 제2004-52836호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고속 터보기계의 비접촉 동압 베어링의 동심도 및 직각도를 베어링 표면의 손상 없이 간단하게 효과적으로 측정할 수 있는 측정기구를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 비접촉 베어링의 동심 측정기구는, 터보기계에 장착되는 비접촉 베어링과 케이싱의 동심을 측정하기 위한 기구로서, 공기주입용 홀을 구비하는 축, 그리고 상기 공기주입용 홀에 연결되어 통하는 관통홈이 둘레 방향으로 형성되고, 상기 축의 상단부 및 하단부에 각각 장착되는 슬리브를 포함하며, 상기 공기주입용 홀로 공기가 주입되면, 주입된 상기 공기는 상기 관통홈을 통하여 상기 비접촉 베어링으로 분출되어 상기 비접촉 베어링의 중심으로 상기 축이 부상되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기주입용 홀은 일단이 막히고 타단이 개방되며 중심축을 따라 연장되는 길이방향홀과, 상기 길이방향홈에 연결되어 통하고 상기 축의 둘레 방향으로 미리 정해진 간격으로 떨어진 복수 개의 횡방향홀과, 상기 횡방향홀에 연결되어 통하는 환형홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브는 상기 관통홈을 형성하도록 미리 정해진 간극을 두고 서로 결합되는 제1 슬리브와 제2 슬리브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 슬리브와 상기 제2 슬리브는 상기 관통홈에 연결되어 통하는 슬리브환형홈을 형성하는 제1 슬리브환형홈과 제2 슬리브환형홈을 각각 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축의 상단부 및 하단부는 중앙부보다 상대적으로 작은 직경을 가져 상기 중앙부에 단차져 있고, 상기 슬리브는 상기 상단부 및 상기 하단부에 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브는 상기 축에 나사결합되는 고정용너트를 통해 상기 축에 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 슬리브 및 상기 제2 슬리브에는 오링설치용 홈이 내벽 둘레에 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브는 상기 축에 열박음 되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 베어링의 동심 측정기구는 다음과 같은 효과를 가진다.

본 측정기구는 베어링 표면과 동심 측정용 축의 접촉이 없으므로, 베어링 표면을 손상시키지 않고 베어링의 동심 측정이 가능하다.

또한, 다양한 사이즈의 슬리브를 구비함으로써, 슬리브 교체만을 통해 다양한 내경의 베어링에 대응할 수 있다.

또한, 베어링하우징과 케이싱 사이의 동심도 및 직각도를 확인하는 종래의 방법에 비하여, 비접촉 베어링과 케이싱의 동심을 직접 확인할 수 있어, 정확한 동심이 확보된 터보기계를 제작할 수 있다.

한편, 본 발명은 명시적으로 기재되지는 않았지만 상술한 구성으로부터 기대할 수 있는 다른 효과도 물론 포함한다.

도 1은 비접촉 베어링이 장착된 터보기계의 한 예이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 비접촉 베어링의 동심 측정기구를 나타낸다.
도 3의 (a)는 도 1의 측정기구의 상단부의 부분 확대도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A-A 방향으로의 단면도이다.
도 4는 도 1의 측정기구의 축의 주요 구성의 단면도이다.
도 5의 (a)는 도 1의 측정기구의 제1 슬리브의 측단면도와 저면도를 나타내고, 도 5의 (b)는 제2 슬리브의 상면도와 측단면도를 나타내며, 도 5의 (c)는 제1 슬리브와 제2 슬리브가 결합한 상태에서의 측단면도이다.
도 6은 도 1의 측정기구의 슬리브가 다양한 외경으로 형성된 변형예를 나타낸다.
도 7은 도 1의 측정기구를 사용하여 동심도를 측정하는 모식도이다.
도 8은 도 7의 P 부분의 부분확대도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

참고로, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 비접촉 베어링의 동심(직각) 측정기구를 나타내고, 도 3의 (a)는 도 1의 측정기구의 상단부의 부분 확대도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 A-A 방향으로의 단면도, 도 4의 (a)는 도 1의 측정기구의 축의 주요 구성의 단면도, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)는 B-B 방향으로의 단면도, 도 5의 (a)는 도 1의 측정기구의 제1 슬리브의 측단면도와 저면도, 도 5의 (b)는 제2 슬리브의 상면도와 측단면도, 도 5의 (c)는 제1 슬리브와 제2 슬리브가 결합한 상태에서의 측단면도이고, 도 6은 도 1의 측정기구의 슬리브가 다양한 외경으로 형성된 변형예이고, 도 7은 도 1의 측정기구를 사용하여 동심도를 측정하는 모식도이고, 도 8은 도 7의 P 부분의 부분확대도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 비접촉 베어링의 동심 측정기구(이하, 간단히 '본 비접촉 베어링의 동심 측정기구'라고 함)는 터보기계에 장착된 비접촉 베어링(예컨대, 비접촉 동압 베어링)(101)과 케이싱(100)의 동심을 측정하기 위한 기구이다.

본 비접촉 베어링의 동심 측정기구는 도 2에 도시된 바와 같이, 공기주입용 홀(11)을 구비하는 축(1)과, 축(1)의 공기주입용 홀(11)에 연결되어 통하는 관통홈(23)이 둘레 방향으로 형성되고 축(1)의 상단부 및 하단부에 각각 장착되는 슬리브(2)를 포함한다. 참고로, 축(1)의 상단부 및 하단부는 도 2 기준으로, 축의 좌측부 및 우측부를 각각 가리킨다.

이러한 구성을 통하여, 축(1)의 공기주입용 홀(11)로 공기(A)가 주입되면, 주입된 공기(A)는 관통홈(23)을 통하여 비접촉 동압 베어링(101)으로 분출되어 축(1)이 비접촉 동압 베어링(101)의 중심으로 부상될 수 있다(도 8 참조).

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 축(1)의 상단부(12) 및 하단부(13)는 중앙부(14)보다 상대적으로 작은 직경을 가지며 단차지게 형성될 수 있다.

도 3의 (a) 및 도 4에 도시된 바와 같이, 축(1)의 공기주입용 홀(11)은 길이방향홀(111)과, 횡방향홀(112)과, 환형홈(113)을 포함한다.

구체적으로, 길이방향홀(111)은 일단이 막히고 타단이 개방되며 중심축(C1)을 따라 연장된다.

횡방향홀(112)은 길이방향홈(111)에 연결되어 통하고 축(1)의 둘레 방향(원주 방향)으로 미리 정해진 간격(각도)으로 떨어진 복수 개가 형성될 수 있다.

환형홈(113)은 횡방향홀(112)에 연결되어 통하도록 형성된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 슬리브(2)는 관통홈(23)을 형성하도록 미리 정해진 간극을 두고 서로 결합되는 제1 슬리브(21)와 제2 슬리브(22)를 구비한다.

제1 슬리브(21)는 관통홈(23)에 연결되어 통하는 슬리브환형홈(24)을 형성하는 제1 슬리브환형홈(211)을 내벽에 구비하며, 제2 슬리브(22)도 관통홈(23)에 연결되어 통하는 슬리브환형홈(24)을 형성하는 제2 슬리브환형홈(221)을 내벽에 구비한다.

제1 슬리브(21)와 제2 슬리브(22)는 서로 연결되는 통하는 체결수단용 홀(213,223)을 원주 방향으로 복수 개 구비한다. 체결수단용홀(213,223)에는 체결수단(미도시), 예를 들면 볼트가 장착될 수 있고, 체결수단은 관통홈(23)이 형성되도록 미리 정해진 간극을 두고, 제1 슬리브(21)와 제2 슬리브(22)를 서로 결합한다.

체결수단이 장착되면, 제1 슬리브환형홈(211)와 제2 슬리브환형홈(221)은 슬리브환형홈(24)을 최종 형성하며, 슬리브환형홈(24)은 관통홈(23)에 연결되어 통한다. 그리고 슬리브환형홈(24)은 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 그 폭(도 5(c) 기준 수평방향)이 관통홈(23)보다 크게 형성되어, 유입되는 공기가 에어제트를 이루면서 분출되어 축(1)이 베어링의 중심으로 효과적으로 부상되도록 한다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 공기주입용 홀(11)로부터 유입된 공기가 슬리브환형홈(24)을 거쳐 관통홈(23)으로 빠져나갈 때, 공기 누설을 방지하기 위하여 제1 슬리브(21)는 슬리브환형홈(24)의 좌측에, 제2 슬리브는 슬리브환형홈(24)의 우측에, 각각 누설방지부재, 예컨대 오링(O-ring)이 설치될 수 있도록 오링설치용 홈(212,222)이 내벽 둘레에 형성될 수 있다.

슬리브(2)는 축(1)의 상단부(12) 및 하단부(13)에 각각 장착될 수 있다.

그리고 슬리브(2)는 도 2에 도시된 바와 같이, 축(1)에 나사결합되는 고정용너트(3)를 통해 축(1)에 고정될 수 있다. 이를 위하여, 축(1)에는 수나사가 형성될 수 있다.

추가적으로, 슬리브(2)는 약한 열박음(shrinkage fitting) 방식으로 축(1)에 끼워 장착될 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬리브(2)의 외경은 다양한 사이즈로 미리 준비되어, 하나의 축(1)을 가지고 비접촉 베어링의 다양한 내경에 대응하여 슬리브(2)를 선택 교체할 수 있도록 함으로써, 시험 현장에서 본 측정기구의 활용성을 대폭 증대시킬 수 있다.

이하에서는 도 7 및 도 8을 참고하여, 상술한 구성을 가진 본 발명의 한 실시예에 따른 비접촉 베어링의 동심 측정기구(200)의 작용에 대하여 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 터보기계의 케이싱(100), 베어링 하우징(104), 그리고 비접촉 베어링(101)이 결합된 상태에서 지지대(300)에 고정된다.

다음, 본 비접촉 베어링의 동심 측정기구(200)를 비접촉 베어링(101) 사이에 배치한다.

다음, 축(1)의 공기주입용 홀(11)에 공기주입장치(미도시)를 연결하여 공기(압축공기)를 주입하여 유동시킨다.

유동 공기(A)는 도 8에 도시된 바와 같이, 축(1)의 길이방향홈(111)과 복수 개의 횡방향홀(112)과 환형홈(113)을 순차적으로 유입된 다음, 제1 슬리브(21)와 제2 슬리브(22)가 형성하는 슬리브환형홈(24)을 거쳐 최종적으로 관통홈(23)으로 유출된다.

관통홈(23)으로 분출되는 공기는 비접촉 베어링(101) 쪽으로 분사되면서, 축(1)은 비접촉 베어링(101)의 중심으로 부상되며, 작은 저항으로도 축을 회전시킬 수 있다. 한편, 축(1)이 부상될 수 있도록 슬리브의 외경은 미리 정해진 최소 간극으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 비접촉 베어링(101)의 내경 대비 0.02~0.04mm 정도 작게 슬리브(2)의 외경을 형성할 수 있다.

축(1)이 비접촉 베어링(101)의 중심으로 부상되면, 인디케이터(indicator), 레이저센서, 근접센서 등 측정기구(400)를 축(1)에 설치하여 비접촉 베어링(101)의 중심을 기준하여 케이싱(100)의 동심도 및 직각도를 간단하고도 간편하게 측정할 수 있다.

만일, 측정 결과 비접촉 베어링(101)과 케이싱(100)의 동심도가 차이가 날 경우, 비접촉 베어링(101)을 수평 방향으로 이동시켜 케이싱(100)의 동심과 일치하도록 조정하면 된다.

이와 같이, 본 비접촉 베어링의 동심 측정기구는 베어링 표면과 접촉할 필요가 없으므로 베어링 표면의 손상 없이 베어링과 케이싱의 동심을 간편하게 측정할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 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.

1...축
11...공기주입용 홀
111...길이방향홀, 112..횡방향홀
113...환형홈
2..슬리브
21...제1 슬리브, 211...제1 슬리브환형홈
22...제2 슬리브, 221...제2 슬리브환형홈
23...관통홈, 24...슬리브환형홈
3...고정용너트
100...케이싱, 101...비접촉 베어링
104...베어링 하우징
200...비접촉 베어링의 동심 측정기구

Claims (8)

1. 터보기계에 장착되는 비접촉 베어링과 케이싱의 동심을 측정하기 위한 기구로서,
   공기주입용 홀을 구비하는 축, 그리고
   상기 공기주입용 홀에 연결되어 통하는 관통홈이 둘레 방향으로 형성되고, 상기 축의 상단부 및 하단부에 각각 장착되는 슬리브
   를 포함하며,
   상기 공기주입용 홀로 공기가 주입되면, 주입된 상기 공기는 상기 관통홈을 통하여 상기 비접촉 베어링으로 분출되어 상기 비접촉 베어링의 중심으로 상기 축이 부상되는
   비접촉 베어링의 동심 측정기구.
2. 제1항에서,
   상기 공기주입용 홀은
   일단이 막히고 타단이 개방되며 중심축을 따라 연장되는 길이방향홀과,
   상기 길이방향홈에 연결되어 통하고 상기 축의 둘레 방향으로 미리 정해진 간격으로 떨어진 복수 개의 횡방향홀과,
   상기 횡방향홀에 연결되어 통하는 환형홈
   을 포함하는 비접촉 베어링의 동심 측정기구.
3. 제1항에서,
   상기 슬리브는 상기 관통홈을 형성하도록 미리 정해진 간극을 두고 서로 결합되는 제1 슬리브와 제2 슬리브를 구비하는
   비접촉 베어링의 동심 측정기구.
4. 제3항에서,
   상기 제1 슬리브와 상기 제2 슬리브는 상기 관통홈에 연결되어 통하는 슬리브환형홈을 형성하는 제1 슬리브환형홈과 제2 슬리브환형홈을 각각 구비하는
   비접촉 베어링의 동심 측정기구.
5. 제1항에서,
   상기 축의 상단부 및 하단부는 중앙부보다 상대적으로 작은 직경을 가져 상기 중앙부에 단차져 있고,
   상기 슬리브는 상기 상단부 및 상기 하단부에 장착되는
   비접촉 베어링의 동심 측정기구.
6. 제5항에서,
   상기 슬리브는 상기 축에 나사결합되는 고정용너트를 통해 상기 축에 고정되는
   비접촉 베어링의 동심 측정기구.
7. 제3항에서,
   상기 제1 슬리브 및 상기 제2 슬리브에는 오링설치용 홈이 내벽 둘레에 각각 형성되는 비접촉 베어링의 동심 측정기구.
8. 제6항에서,
   상기 슬리브는 상기 축에 열박음 되는 비접촉 베어링의 동심 측정기구.

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