KR20220120382A - 트러스트 에어포일 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 범프 포일에는 복수개의 범프 사이에 배치되며, 원주방향을 따라 곡선으로 형성되는 복수개의 범프 포일 슬롯이 형성되며, 범프에는 유체가 통과할 수 있는 범프 홀이 형성됨으로써 열팽창에 의한 변형을 방지할 수 있고, 균일한 하중 분포를 가지는 트러스트 에어포일 베어링에 관한 것이다.
본 발명은 원판 형상으로 형성되되, 중심부에 회전축이 관통하는 제1 관통홀이 형성되고, 한쪽 면에 원형의 제1 포일 삽입부가 형성되는 베어링 캡과, 원판 형상으로 형성되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제2 관통홀이 형성되고, 한쪽 면에 원형의 제2 포일 삽입부가 형성되며, 상기 제1 포일 삽입부와 상기 제2 포일 삽입부가 마주보도록 상기 베어링 캡과 결합되는 백플레이트와, 상기 베어링 캡 및 상기 백플레이트 사이에 개재되되, 원판형상으로 형성되고, 중심부에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 트러스트 디스크와, 원판 형상으로 형성되어, 상기 베어링 캡과 상기 트러스트 디스크 사이에 개재되어, 상기 제1 포일 삽입부에 삽입되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제1 포일 관통홀이 형성되는 제1 포일 유닛과, 원판 형상으로 형성되어, 상기 백플레이트와 상기 트러스트 디스크 사이에 개재되어, 상기 제2 포일 삽입부에 삽입되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제2 포일 관통홀이 형성되는 제2 포일 유닛을 포합하는 트러스트 에어포일 베어링을 제공한다.

Description

트러스트 에어포일 베어링{Thrust airfoil bearing}

본 발명은 트러스트 에어포일 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 압축기 또는 공기 블로워에 사용되어 축방향 하중을 지지하는 트러스트 에어포일 베어링에 관한 것이다.

베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키며 동시에 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축이 회전될 수 있도록 하는 기계요소이다.

이러한 베어링 중 에어 포일 베어링은 로터의 고속 회전에 따라 로터 또는 베어링 디스크와 접하는 포일 사이에 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 하중을 지지하는 베어링이며, 크게 축 방향 하중을 지지하는 트러스트 에어포일 베어링(thrust airfoil bearing)과, 축 직각 방향의 하중을 지지하는 래디얼 에어포일 베어링(radial airfoil bearing)으로 구분된다.

이 중 트러스트 에어포일 베어링은 고속으로 회전하는 회전축이 수평의 방향으로 요동하는 것을 제한하기 위해 저널 베어링 하우징의 측면에 설치된다.

트러스트 에어포일 베어링의 상세 구성으로, 원형 박판 형상의 베이스 플레이트 상면에 방사상으로 다수의 범프 포일이 배치되고, 그 각각의 범프 포일의 상부에는 탑 포일이 배치된다.

이에, 회전축이 회전함에 따라 베어링 디스크가 회전하게 되면, 공기가 탑 포일 상부로 유입되면서 베어링 디스크 사이에 압력을 부여하여 하중을 지지하게 된다.

이러한 구조의 트러스트 에어포일 베어링은 고속 회전에 의해 발생하는 마찰열로 인해 구성의 열팽창을 야기하여 범프 포일이 변형될 수 있고, 이렇게 범프 포일이 변형되면 불균일한 하중 분포로 인해 트러스트 에어포일 베어링의 정상적으로 작동하지 못하게 되는 문제점을 가진다.

대한민국 등록특허공보 제10-0954066호 (발명의 명칭: 에어 포일 스러스트 베어링, 공고일: 2010.04.13)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 범프 포일에는 복수개의 범프 사이에 배치되며, 원주방향을 따라 곡선으로 형성되는 복수개의 범프 포일 슬롯이 형성되며, 범프에는 유체가 통과할 수 있는 범프 홀이 형성됨으로써 열팽창에 의한 변형을 방지할 수 있고, 균일한 하중 분포를 가지는 트러스트 에어포일 베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 원판 형상으로 형성되되, 중심부에 회전축이 관통하는 제1 관통홀이 형성되고, 한쪽 면에 원형의 제1 포일 삽입부가 형성되는 베어링 캡과, 원판 형상으로 형성되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제2 관통홀이 형성되고, 한쪽 면에 원형의 제2 포일 삽입부가 형성되며, 상기 제1 포일 삽입부와 상기 제2 포일 삽입부가 마주보도록 상기 베어링 캡과 결합되는 백플레이트와, 상기 베어링 캡 및 상기 백플레이트 사이에 개재되되, 원판형상으로 형성되고, 중심부에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 트러스트 디스크와, 원판 형상으로 형성되어, 상기 베어링 캡과 상기 트러스트 디스크 사이에 개재되어, 상기 제1 포일 삽입부에 삽입되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제1 포일 관통홀이 형성되는 제1 포일 유닛과, 원판 형상으로 형성되어, 상기 백플레이트와 상기 트러스트 디스크 사이에 개재되어, 상기 제2 포일 삽입부에 삽입되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제2 포일 관통홀이 형성되는 제2 포일 유닛을 포함하고, 상기 제1 포일 유닛과 상기 제2 포일 유닛은 환 형상으로 형성되는 베이스 플레이트와, 상기 환 형상을 일정 간격으로 절단한 형상으로 형성되어, 상기 베이스 플레이트의 상면에 원주방향으로 일정 간격 이격되어 방사상으로 배치되며, 복수개의 범프를 포함하는 복수개의 범프 포일과, 상기 환 형상을 일정 간격으로 절단한 형상으로 형성되되, 상기 범프 포일의 면적보다 넓은 면적을 가지며, 상기 복수개의 범프 포일의 상면을 각각 덮는 복수개의 탑 포일을 포함하되, 상기 범프 포일은 상기 복수개의 범프 사이에 배치되되, 반경방향으로 이격되어 배치되고, 원주방향을 따라 곡선으로 형성되는 복수개의 범프 포일 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 트러스트 에어포일 베어링을 제공한다.

여기서, 상기 범프에는 유체가 통과할 수 있는 범프 홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 베이스 플레이트에는 원주방향으로 이격되어 배치되되, 상기 베이스 플레이트의 내주면 및 외주면 중 적어도 하나로부터 반경방향으로 형성되는 복수개의 플레이트 슬롯이 형성될 수 있다.

또한, 상기 탑 포일은 무기재료를 포함하는 재질로 코팅될 수 있다.

또한, 상기 범프 홀을 관통하도록 배치되며, 상기 베이스 플레이트에 일부분이 고정되고, 타부분은 상기 탑 포일의 회전축 방향 높이보다 높게 형성되는 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링은 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 범프 포일에는 복수개의 범프 사이에 배치되되, 반경방향으로 이격되어 배치되고, 원주방향을 따라 곡선으로 형성되는 복수개의 범프 포일 슬롯이 형성되고, 범프에는 유체가 통과할 수 있는 범프 홀이 형성됨으로써 열팽창에 의하여 범프 포일이 변형되는 것을 방지할 수 있고, 균일한 하중 분포를 가질 수 있는 이점이 있다.

둘째, 베이스 플레이트에 복수개의 플레이트 슬롯이 형성됨으로써, 열팽창에 의한 베이스 플레이트의 변형을 방지하는 이점이 있다.

셋째, 탑 포일이 무기재료를 포함하는 재질로 코팅됨으로써 충격에 의해 코팅이 쉽게 벗겨지지 않도록 하며, 습도에 잘 견디도록 하는 이점이 있다.

넷째, 범프 홀 사이에 댐퍼에 배치됨으로써 범프 유닛이 탑 포일에 접촉하기 전에 댐퍼가 먼저 접촉하여 충격을 완화하는 이점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 베어링 캡 및 백플레이트를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제1 포일 유닛을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제1 베이스 플레이트의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제1 범프 포일의 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제1 탑 포일의 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제2 포일 유닛을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 댐퍼를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

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.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 명세서에서 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 베이스 플레이트의 환형상을 원주방향으로 정의하며, 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링이 회전하는 회전축 방향을 길이방향으로 정의하고, 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 회전축으로부터 원주방향으로의 직선방향을 반경방향으로 정의하며, 본 명세서에서 사용되는 일면, 타면, 상단, 하단, 상면, 하면, 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적이 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이며, 여기서 일면 및 타면은 각각 도면상에서 구성요소의 우측 및 좌측방향을 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의한 트러스트 에어포일 베어링을 설명하기 위하여 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링은 베이스 캡(100), 백플레이트(200), 트러스트 디스크(300), 제1 포일 유닛(400), 제2 포일 유닛(500), 결합부재(미도시)를 포함하고, 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링을 도 1과 함께 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 베어링 캡 및 백플레이트(200)를 설명하기 위해 도시한 도면으로, 도 1 및 도 2에 따르면, 상기 베어링 캡은 터보기기의 임펠러(미도시)측에 배치되며, 원판 형상으로 형성된다.

구체적으로, 상기 베어링 캡의 중심부에는 회전축이 관통되는 제1 관통홀(110)이 형성되고, 상기 백플레이트(200)와 마주보는 면에는 제1 포일 유닛(400)이 삽입될 수 있도록 원형의 제1 포일 삽입부(120)가 형성된다.

상기 베어링 캡에서 상기 제1 포일 삽입부(120)가 형성된 내측면에는 상기 베어링 캡과 상기 제1 포일 유닛(400)이 결합되도록 복수개의 제1 포일 결합홀(121)이 형성되며, 이는 상기 제1 포일 유닛(400)을 설명할 때 함께 후술하도록 한다.

또한, 상기 베어링 캡에는 길이방향으로 관통형성되되, 원주방향으로 이격되어 배치되는 냉각유로 홀(130)이 형성되며, 상기 냉각유로 홀(130)을 통해 냉각 공기가 상기 베이링 캡의 타면으로부터 일면으로 이동하여 상기 제1 포일 삽입부(120) 내부로 유입됨에 따라 상기 제1 포일 유닛(400) 및 제2 포일 유닛(500)을 냉각시킬 수 있도록 한다.

상기 백플레이트(200)는 터보기기의 모터프레임(미도시)측에 배치되며, 원판형상으로 형성된다.

구체적으로, 상기 백플레이트(200)의 중심부는 상기 회전축이 관통되는 제2 관통홀(210)이 형성되고, 상기 베이링 캡과 마주보는 면에는 후술하는 제2 포일 유닛(500)이 삽입될 수 있도록 원형의 제2 포일 삽입부(220)가 형성된다.

또한, 상기 백플레이트(200)에서 상기 제2 포일 삽입부(220)가 형성된 내측면에는 상기 백플레이트(200)와 상기 제2 포일 유닛(500)이 결합되도록 복수개의 제2 포일 결합홀(221)이 형성되며, 상기 결합부재가 제2 포일 결합홀(221)과 상기 제2 포일 유닛(500)에 형성된 제2 볼트홀(도번부호 미도시)를 동시에 관통하여 결합시킴에 따라 상기 백플레이트(200)와 제2 베이스 플레이트(510)가 결합된다.

상기 백플레이트(200)의 타면은 상기 베이스 캡(100)의 일면과 결합되며, 즉, 상기 백플레이트(200)의 타면의 외주면과 상기 베이스 캡(100)의 일면의 외주면이 결합된다.

상기 백플레이트(200)와 상기 베이스 캡(100)이 결합됨에 따라, 내부에 상기 제1 포일 삽입부(120) 및 제2 포일 삽입부(220)에 의해 후술하는 트러스트 디스크(300), 제1 포일 유닛(400) 및 제2 포일 유닛(500)이 삽입되는 삽입공간이 형성된다.

상기 트러스트 디스크(300)는 원형으로 형성되고, 상기 백플레이트(200)와 상기 베이스 캡(100) 사이에 위치하는 상기 제1 포일 삽입부(120) 및 상기 제2 포일 삽입부(220) 상에 개재된다.

또한, 상기 트러스트 디스크(300)의 중심부에는 임펠러 및 터보기기의 회전을 위한 구성(미도시)들이 조립되는 회전축이 결합되어 상기 트러스크 디스크가 회전하며, 수력학적 힘에 의한 부양력에 의해 안정적으로 회전할 수 있도록 길이방향 힘을 지지한다.

도 3은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제1 포일 유닛(400)을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제1 베이스 플레이트(410)의 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제1 범프 포일(420)의 실시예를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제1 탑 포일(430)의 실시예를 도시한 도면이다.

도 1, 도 3 내지 도 6에 따르면 상기 제1 포일 유닛(400)은 원판 형상으로 형성되어, 상기 베어링 캡과 상기 트러스트 디스크(300) 사이에 개재되어, 상기 제1 포일 삽입부(120)에 삽입되되, 제1 베이스 플레이트(410), 제1 범프 포일(420) 및 제1 탑 포일(430)을 포함한다.

상기 제1 베이스 플레이트(410)는 환형으로 형성되되, 중심부에는 상기 회전축이 관통하는 제1 포일 관통홀(411)이 형성된다.

또한, 상기 제1 베이스 플레이트(410)의 외주면에는 상기 제1 포일 결합홀(121)과 결합되도록 상기 제1 베이스 플레이트(410)의 외경측으로 개방되며, 상기 제1 포일 결합홀(121)과 대응되는 위치에 복수개의 제1 볼트홀(412)이 형성되고, 상기 제1 볼트홀(412)은 원주방향으로 일정간격 이격되어 형성된다.

여기서, 상기 결합부재는 상기 제1 볼트홀(412)과 상기 제1 포일 결합홀(121)을 동시에 관통하여 결합시킴에 따라, 상기 베이스 캡(100)과 상기 제1 베이스 플레이트(410)가 결합된다.

또한, 상기 제1 베이스 플레이트(410)에는 원주방향으로 이격되어 배치되되, 상기 베이스 플레이트의 내주면 및 외주면 중 적어도 하나로부터 반경방향으로 형성되는 복수개의 플레이트 슬롯(413)이 형성된다.

구체적으로, 상기 플레이트 슬롯(413)은 제1 플레이트 슬롯(413a) 및 제2 플레이트 슬롯(413b)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 플레이트 슬롯(413a)은 상기 제1 베이스 플레이트(410)의 외주면 중 상기 제1 볼트홀(412)이 형성된 영역으로부터 상기 제1 베이스 플레이트(410)의 중심부 방향으로 일정 길이만큼 연장되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 플레이트 슬롯(413b)은 상기 제1 베이스 플레이트(410)의 내주면 중 상기 제1 플레이트 슬롯(413a)과 길이방향으로 동일선상에 놓이는 영역으로부터 상기 제1 베이스 플레이트(410)의 외경 방향으로 일정 길이만큼 연장되어 형성될 수 있다.

이때, 상기 제1 플레이트 슬롯(413a)과 상기 제1 플레이트 슬롯(413a)의 단부는 일정간격 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 상기 제1 베이스 플레이트(410)에 복수개의 플레이트 슬롯(413)이 형성됨으로써, 열팽창에 의한 제1 베이스 플레이트(410)의 변형을 방지함으로써 균일한 하중분포를 가질 수 있도록 한다.

물론, 상기 제1 플레이트 슬롯(413a)과 상기 제2 플레이트 슬롯(413b)은 상술한 바와 같이, 서로 대응되는 위치에 배치될 수도 있지만, 도 4의 (b)의 도시와 같이, 상기 제1 플레이트 슬롯(413a)과 상기 제2 플레이트 슬롯(413b)은 상기 제1 베이스 플레이트(410) 상에서 서로 교대로 배치되어 형성될 수도 있고, 또는 상기 제1 플레이트 슬롯(413a)과 상기 제2 플레이트 슬롯(413b) 중 하나만 상기 제1 베이스 플레이트(410) 상에 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1 베이스 플레이트(410) 상에 형성되는 상기 제1 플레이트 슬롯(413a)과 상기 제2 플레이트 슬롯(413b)의 길이 및 배치는 트러스트 에어포일 베어링의 크기, 견뎌야 하는 하중, 최대 회전 속도 등에 따라 변경될 수 있다.

상기 제1 범프 포일(420)은 복수개의 범프(4200)를 포함하며, 상기 범프(4200)는 서로 다른 크기로 형성되어 연결될 수 있고, 상기 범프(4200)가 원주방향으로 연결된 결합체를 범프 윙(421)으로 정의한다.

이러한, 상기 제1 범프 포일(420)은 환 형상을 원주방향으로 일정 간격으로 절단한 형상으로 형성되어, 상기 제1 베이스 플레이트(410)의 상면에 원주방향으로 일정간격 이격되어 방사상으로 배치된다.

이때, 상기 제1 범프 포일(420)은 상기 제1 베이스 플레이트(410)의 양쪽면 중, 상기 트러스트 디스크(300)와 마주보는 면에 결합되어, 회전에 의한 진동 및 충격을 흡수한다.

여기서, 상기 제1 범프 포일(420)에는 제1 범프 포일 슬롯(422)이 형성된다. 상기 제1 범프 포일 슬롯(422)은 복수개로 구성되며, 상기 복수개의 범프(4200) 사이에 배치되되, 반경방향으로 이격되어 배치되고, 원주방향을 따라 곡선으로 형성된다.

상기 제1 범프 포일(420)에 복수개의 제1 범프 포일 슬롯(422)이 형성됨에 따라, 회전에 의하여 발생되는 열팽창에 의한 제1 범프 포일(420)의 변형을 방지할 수 있고, 이에 따라 균일한 하중 분포를 가질 수 있도록 한다.

도 5에는 상기 제1 범프 포일(420) 상에 3개의 제1 범프 포일 슬롯(422)이 형성되는 것으로 도시되었지만, 상기 제1 범프 포일(420)의 크기, 제1 범프 포일(420)이 포함하는 범프(4200)의 반경, 회전 속도, 견뎌야 하는 하중 등에 따라 상기 제1 범프 포일 슬롯(422)의 개수를 변경할 수 있다.

또한, 상기 제1 범프 포일(420)이 포함하는 복수개의 범프(4200)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 범프(4200)는 제1 반경을 가지는 제1 범프(4210) 또는 제1 반경보다 작은 제2 반경을 가지는 제2 범프(4220)로 구성될 수 있고, 상기 범프(4200)가 서로다른 반경으로 구성된 것을 이용하여, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 범프 윙(421)은 2개의 제1 범프(4210)과 1개의 제1 범프(4210)가 번갈아가면서 연속적으로 이어진 형상으로 형성될 수도 있으며, 또는, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 1개의 제1 범프(4210)와 2개의 제2 범프(4220)가 번갈아가면서 연속적으로 이어진 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 상기 범프(4200)의 반경이 작을수록, 강성이 높아져 변형이 어려우며, 상기 범프 윙(421)에 구성되는 상기 범프(4200)의 반경 크기, 배치되는 개수 및 순서를 조립하여 형성함으로써 상기 범프 윙(421)이 가지는 강성을 변경킬 수 있고, 이에 따라 회전에 따른 진동이나 하중이 더 많이 발생하는 영역을 지지할 수 있도록 하여 안정적으로 회전이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 상기 범프 윙(421)에는 냉각 공기가 통과할 수 있도록 범프 홀(423)이 형성될 수 있다.

상기 범프 윙(421)에 상기 범프 홀(423)이 형성됨으로써 상기 범프 홀(423)을 통해 냉각 공기가 유입되어 상기 제1 탑 포일(430)에 접촉되도록 하여, 효율적인 냉각 과정이 수행될 수 있도록 한다.

상기 제1 탑 포일(430)은 환 형상을 일정 간격으로 절단한 형상으로 형성되되, 상기 범프(4200) 포일의 면적보다 넓은 면적으로 형성되며, 복수개로 구성되어, 상기 제1 탑 포일(430)의 일측단부는 상기 제1 베이스 플레이트(410)에 스팟 용접되며, 일측 단부를 제외한 타부는 상기 제1 범프 포일(420)의 상부에 배치되어 상기 제1 범프 포일(420)의 상면을 덮는다.

상기 제1 탑 포일(430)이 상기 제1 범프 포일(420)의 상면에 배치됨에 따라, 상기 트러스트 디스크(300) 하중이나 공기의 압력이 상기 제1 범프 포일(420)에 가압되기 전에, 상기 제1 탑 포일(430)에 먼저 도달한 후 제1 범프 포일(420)에 도달하게 되므로, 진동 및 충격이 감쇄된다.

또한, 상기 제1 탑 포일(430)은 무기재료를 포함하는 재질로 코팅된다.

예를 들어, 상기 제1 탑 포일(430)은 테프론층, 무기질층 및 테프론층의 순서대로 형성된 코팅층을 포함함으로써, 습도에 잘 견디며, 진동에 의해 코팅층이 쉽게 벗겨지지 않도록 한다.

또는, 상기 제1 탑 포일(430)은 코팅층 상부에 고체 왁스 또는 필름과 같은 간극유지층을 더 포함할 수 있으며, 상기 간극유지층은 정지상태일때는 고체상태를 유지하고, 상기 제1 범프 포일(420)간의 간극을 조절하다가 회전시 열에 의하여 녹으면서 제1 범프 포일(420)과의 마찰을 줄여 회전에 의한 진동 및 충격을 완화시킬 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링의 제2 포일 유닛(500)을 설명하기 위해 도시한 도면으로, 상기 제2 포일 유닛(500)은 제2 베이스 플레이트(510), 제2 범프 포일(520) 및 제2 탑 포일(530)을 포함한다.

이때, 상기 제2 베이스 플레이트(510), 상기 제2 범프 포일(520) 및 상기 제2 탑 포일(530)의 상세 설명은 상술한 상기 제1 베이스 플레이트(410), 상기 제1 범프 포일(420) 및 상기 제1 탑 포일(430)과 대응되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

다만, 상기 제2 포일 유닛(500)에서 상기 제2 베이스 플레이트(510) 상에 결합되는 상기 제2 범프 포일(520)과 상기 제2 탑 포일(530)의 갯수는 상기 제1 베이스 플레이트(410) 상에 결합되는 상기 제1 범프 포일(420)과 상기 제1 탑 포일(430)의 갯수보다 작을 수 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 범프 포일(420)과 상기 제1 탑 포일(430)은 각각 8개로 구성되어 상기 제1 베이스 플레이트(410)상에 결합되는 반면, 상기 제2 범프 포일(520)과 상기 제2 탑 포일(530)은 각각 4개로 구성되어 상기 제2 베이스 플레이트(510) 상에 결합될 수 있다.

이는, 상기 트러스트 디스크(300)가 회전할 때 흡입측, 즉 임펠러 측으로 이동하게 됨으로써 상기 제2 포일 유닛(500)보다 상기 제1 포일 유닛(400)에 더 많은 하중이 걸리게 되므로, 상기 제2 베이스 플레이트(510) 상에 결합되는 상기 제2 범프 포일(520)과 상기 제2 탑 포일(530)의 갯수가 상기 제1 베이스 플레이트(410) 상에 결합되는 상기 제1 범프 포일(420)과 상기 제1 탑 포일(430)의 갯수보다 작게 배치될 수 있고, 이에 따라 본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링을 제작하기 위해 소비되는 재료비를 절감시킬 수 있다.

본 발명에 따른 트러스트 에어포일 베어링은 댐퍼(600)를 더 포함할수 있으며, 이를 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 댐퍼(600)는 상기 범프 홀(423) 사이에 배치되며, 상기 댐퍼(600)는 상기 베이스 플레이트에 고정되는 고정부(610)와 상기 고정부(610)를 제외한 영역인 접촉부(620)를 포함하고 상기 접촉부(620)는 상기 범프(4200) 포일의 회전축 방향 높이보다 높게 형성된다.

예를 들어, 상기 댐퍼(600)는 도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 댐퍼(600)의 한쪽 단부가 상기 고정부(610)로 정의되어 상기 베이스 플레이트에 고정되고, 이외의 영역은 접촉부(620)으로 정의되어 상기 범프(4200) 포일의 회전축 방향 높이보다 높게 형성될 수 있다.

이 때, 상기 댐퍼(600)의 접촉부(620)는 도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 플랫한 면을 가지며 상기 탑 포일과 접촉될 수도 있지만, 서로 같은 크기 또는 서로 다른 크기의 반경을 가지는 절곡면으로 형성되어 상기 탑 포일과 접촉될 수도 있다.

또는, 상기 도 8의 (c) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 댐퍼(600)의 중심영역 또는 중심영역의 측부가 상기 고정부(610)로 정의되어 상기 베이스 플레이트에 고정되고, 이 외의 영역은 접촉부(620)으로 정의되어 상기 범프(4200) 포일의 회전축 방향 높이보다 높게 형성될 수 있다.

이 때, 상기 댐퍼(600)의 접촉부(620)는 도 8의 (c) 내지 (e)에 도시된 바와 같이, 플랫한 면을 가지며 상기 탑 포일과 접촉될 수도 있지만, 서로 같은 크기 또는 서로 다른 크기의 반경을 가지는 절곡면으로 형성되어 상기 탑 포일과 접촉될 수도 있다.

또한, 도 8의 (e)와 같이, 상기 댐퍼(600)의 접촉부(620) 중 상기 고정부(610)의 좌측에 배치된 제1 접촉부(621)과 우측에 배치된 제2 접촉부(622)는 서로 다른 높이를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 따라, 하나의 댐퍼(600)로 진동 및 충격의 전달이 단계적으로 이루짐에 따라 회전에 따라 진동 및 충격 전달을 감쇄시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100: 베어링 캡
110: 제1 관통홀
120: 제1 포일 삽입부
121: 제1 포일 결합홀
130: 냉각유로 홀
200: 백플레이트
210: 제2 관통홀
220: 제2 포일 삽입부
221: 제2 포일 결합홀
300: 트러스트 디스크
400: 제1 포일 유닛
410: 제1 베이스 플레이트
411: 제1 포일 관통홀
412: 제1 볼트홀
413: 플레이트 슬롯
413a: 제1 플레이트 슬롯
413b: 제2 플레이트 슬롯
420: 제1 범프 포일
421: 범프 윙
422: 제1 범프 포일 슬롯
423: 범프 홀
4200: 범프
4210: 제1 범프
4220: 제2 범프
430: 제1 탑 포일
500: 제2 포일 유닛
510: 제2 베이스 플레이트
520: 제2 범프 포일
530: 제2 탑 포일
600: 댐퍼
610: 고정부
620: 접촉부
621: 제1 접촉부
622: 제2 접촉부

Claims (5)

1. 원판 형상으로 형성되되, 중심부에 회전축이 관통하는 제1 관통홀이 형성되고, 한쪽 면에 원형의 제1 포일 삽입부가 형성되는 베어링 캡;
   원판 형상으로 형성되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제2 관통홀이 형성되고, 한쪽 면에 원형의 제2 포일 삽입부가 형성되며, 상기 제1 포일 삽입부와 상기 제2 포일 삽입부가 마주보도록 상기 베어링 캡과 결합되는 백플레이트;
   상기 베어링 캡 및 상기 백플레이트 사이에 개재되되, 원판형상으로 형성되고, 중심부에 상기 회전축이 결합되어 회전하는 트러스트 디스크;
   원판 형상으로 형성되어, 상기 베어링 캡과 상기 트러스트 디스크 사이에 개재되어, 상기 제1 포일 삽입부에 삽입되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제1 포일 관통홀이 형성되는 제1 포일 유닛;
   원판 형상으로 형성되어, 상기 백플레이트와 상기 트러스트 디스크 사이에 개재되어, 상기 제2 포일 삽입부에 삽입되되, 중심부에 상기 회전축이 관통하는 제2 포일 관통홀이 형성되는 제2 포일 유닛을 포함하고,
   상기 제1 포일 유닛과 상기 제2 포일 유닛은,
   환 형상으로 형성되는 베이스 플레이트;
   상기 환 형상을 일정 간격으로 절단한 형상으로 형성되어, 상기 베이스 플레이트의 상면에 원주방향으로 일정 간격 이격되어 방사상으로 배치되며, 복수개의 범프를 포함하는 복수개의 범프 포일; 및
   상기 환 형상을 일정 간격으로 절단한 형상으로 형성되되, 상기 범프 포일의 면적보다 넓은 면적을 가지며, 상기 복수개의 범프 포일의 상면을 각각 덮는 복수개의 탑 포일을 포함하되,
   상기 범프 포일은,
   상기 복수개의 범프 사이에 배치되되, 반경방향으로 이격되어 배치되고, 원주방향을 따라 곡선으로 형성되는 복수개의 범프 포일 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 트러스트 에어포일 베어링.
2. 제1항에 있어서,
   상기 범프에는 유체가 통과할 수 있는 범프 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 트러스트 에어포일 베어링.
3. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 플레이트에는 원주방향으로 이격되어 배치되되, 상기 베이스 플레이트의 내주면 및 외주면 중 적어도 하나로부터 반경방향으로 형성되는 복수개의 플레이트 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 트러스트 에어포일 베어링.
4. 제1항에 있어서,
   상기 탑 포일은 무기재료를 포함하는 재질로 코팅된 것을 특징으로 하는 트러스트 에어포일 베어링.
5. 제2항에 있어서,
   상기 범프 홀을 관통하도록 배치되며, 상기 베이스 플레이트에 일부분이 고정되고, 타부분은 상기 탑 포일의 회전축 방향 높이보다 높게 형성되는 댐퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스트 에어포일 베어링.

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