KR20220166481A - Air foil journal bearing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 로터의 고속 회전에 따라 형성되는 공기의 압력을 이용해 로터의 반경방향 하중을 지지하는 에어 포일 저널 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to an air foil journal bearing that supports a radial load of a rotor using air pressure generated by high-speed rotation of the rotor.
에어 포일 베어링은 로터(또는 회전축)의 고속 회전에 따라 로터 또는 베어링 디스크와 접하는 포일 사이에 점성을 가지는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 하중을 지지하는 베어링이다.An air foil bearing is a bearing that supports a load by introducing air, which is a viscous fluid, between a rotor or a bearing disc and a foil in contact with a rotor (or a rotating shaft) to rotate at high speed to form pressure.
그리고 에어 포일 베어링 중 에어 포일 저널 베어링은 로터에 수직인 방향인 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성되는 베어링이다.Among the air foil bearings, the air foil journal bearing is a bearing configured to support a load in a radial direction of the rotor, which is a direction perpendicular to the rotor.
일반적인 에어 포일 저널 베어링은 도 1과 같이 베어링 하우징(1)의 중공된 내주면을 따라 범프 포일(2a, 2b)이 설치되며, 범프 포일(2a, 2b)의 내측에 탑 포일(3a, 3b)이 배치되며, 탑 포일(3a, 3b)의 내측에 로터(4)가 배치되어 탑 포일(3)의 내주면과 로터(4)의 외주면이 이격된 상태로 로터가 회전될 수 있도록 구성된다. 그리고 범프 포일(2a, 2b) 및 탑 포일(3a, 3b)은 원주방향의 일측 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 형태의 절곡부가 형성되고 절곡부는 베어링 하우징(1)에 형성된 홈에 삽입되어 고정된다. 그리하여 로터가 정지된 상태에서는 로터가 자중에 의해 탑 포일의 내주면 하측에 접촉되어 지지되어 있다가, 로터가 회전되면서 기동될 때 로터의 하측과 탑 포일 사이에서 공기의 압력이 증가하면서 로터가 탑 포일의 하측 내주면에서 상측으로 부상하여 회전하게 된다.In a general air foil journal bearing, as shown in FIG. 1,
여기에서 종래의 에어 포일 저널 베어링은 진동에 대한 댐핑을 향상시키기 위해 두 장의 범프 포일(2a, 2b)이 겹쳐져 있는 형태인 일명 더블 범프로 구성될 수 있다.Here, the conventional air foil journal bearing may be composed of a so-called double bump in which two sheets of
그런데 이러한 종래의 더블 범프에서는 원주방향을 따라가면서 두 장의 범프 포일의 탄성 범프(2c)들의 산과 골이 겹쳐지고 정렬되는 것이 반복되고, 두 장의 범프 포일들의 사이에 이격된 틈이 없게 면 접촉되어 겹쳐진 형태이므로, 베어링의 내부 형상을 변경하고자 하거나 탑 포일과 로터 사이의 간극을 조정하고자 하는 경우 등의 설계 변경 시, 범프 포일의 제작을 위한 설계 파라미터 및 주변 부품들의 설계 사항을 모두 고려해야 하는 어려움이 있다.However, in such a conventional double bump, overlapping and aligning of the peaks and valleys of the
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 범프 포일의 설계 파라미터에 신규 파라미터를 추가하여 용이하게 베어링의 내부 형상을 조절할 수 있도록 함으로써, 부품들의 제작 및 관리 문제를 해결할 수 있는 에어 포일 저널 베어링을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to add a new parameter to the design parameters of the bump foil so that the internal shape of the bearing can be easily adjusted, thereby manufacturing and managing parts. It is to provide an air foil journal bearing that can solve the problem.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은, 반경방향으로 형성된 요철 형상의 복수의 탄성 범프가 원주방향을 따라 형성되고, 베어링 하우징의 내측에 구비되어 결합되는 범프 포일을 포함하여 이루어지는 에어 포일 저널 베어링에 있어서, 상기 범프 포일은, 상대적으로 반경방향 바깥쪽에 배치된 외측 범프 포일; 및 반경방향으로 상기 외측 범프 포일의 내측에 배치되며 상기 외측 범프 포일에 겹쳐진 내측 범프 포일; 을 포함하여 이루어지고, 상기 외측 범프 포일 또는 내측 범프 포일의 일부 영역에는 탄성 범프들의 피치가 나머지 영역과 다른 피치 조절부가 형성될 수 있다.The air foil journal bearing of the present invention for achieving the above object includes a bump foil in which a plurality of concavo-convex elastic bumps formed in the radial direction are formed along the circumferential direction and are provided and coupled to the inside of the bearing housing. An air foil journal bearing comprising: an outer bump foil disposed relatively outward in a radial direction; and an inner bump foil disposed radially inside the outer bump foil and overlapping the outer bump foil. A pitch adjusting portion may be formed in a portion of the outer bump foil or the inner bump foil, wherein the pitch of the elastic bumps is different from that of the rest of the bump foil.
또한, 상기 피치 조절부에서 상기 외측 범프 포일과 내측 범프 포일은 서로 선 접촉되고, 상기 피치 조절부를 제외한 나머지 영역에서 상기 외측 범프 포일과 내측 범프 포일은 면 접촉될 수 있다.In addition, the outer bump foil and the inner bump foil may be in line contact with each other in the pitch adjusting unit, and the outer bump foil and inner bump foil may be in surface contact with each other in areas other than the pitch adjusting unit.
또한, 상기 피치 조절부에서 탄성 범프들의 피치는 원주방향을 따라가면서 점점 작아지거나 커질 수 있다.In addition, the pitch of the elastic bumps in the pitch control unit may gradually decrease or increase along the circumferential direction.
또한, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일이 내측에 구비되어 결합된 베어링 하우징; 및 상기 내측 범프 포일의 내측에 구비되고 원주방향을 따라 형성되며, 상기 베어링 하우징에 결합된 탑 포일; 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, a bearing housing in which the outer bump foil and the inner bump foil are provided inside and coupled thereto; and a top foil provided inside the inner bump foil, formed in a circumferential direction, and coupled to the bearing housing; It may be further included.
또한, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일은 각각의 일단이 베어링 하우징에 결합되어 고정되고, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일은 각각의 타단은 자유단으로 형성되며, 상기 피치 조절부는 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일의 자유단에 인접한 영역에 형성될 수 있다.In addition, one end of each of the outer bump foil and the inner bump foil is coupled to and fixed to the bearing housing, the other end of the outer bump foil and the inner bump foil is formed as a free end, and the pitch adjusting unit controls the outer bump foil and a region adjacent to the free end of the inner bump foil.
또한, 상기 탑 포일은, 상기 내측 범프 포일의 내측에 배치된 제1탑 포일; 상기 제1탑 포일의 내측에 배치된 제2탑 포일; 및 상기 제2탑 포일의 내측에 배치된 제3탑 포일; 을 포함하고, 상기 제1탑 포일, 제2탑 포일 및 제3탑 포일이 서로 겹쳐질 수 있다.In addition, the top foil may include a first top foil disposed inside the inner bump foil; a second top foil disposed inside the first top foil; and a third top foil disposed inside the second top foil. Including, the first top foil, the second top foil and the third top foil may overlap each other.
또한, 상기 제2탑 포일의 자유단은 베어링 하우징의 중심을 기준으로 하측에 배치되고, 상기 피치 조절부는 베어링 하우징의 중심을 기준으로 상측에 배치될 수 있다.In addition, the free end of the second top foil may be disposed at a lower side with respect to the center of the bearing housing, and the pitch adjusting unit may be disposed at an upper side with respect to the center of the bearing housing.
그리고 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은, 반경방향으로 형성된 요철 형상의 복수의 탄성 범프가 원주방향을 따라 형성되고, 베어링 하우징의 내측에 구비되어 결합되는 범프 포일을 포함하여 이루어지는 에어 포일 저널 베어링에 있어서, 상기 범프 포일은, 상대적으로 반경방향 바깥쪽에 배치된 외측 범프 포일; 및 반경방향으로 상기 외측 범프 포일의 내측에 배치되며 상기 외측 범프 포일에 겹쳐진 내측 범프 포일; 을 포함하여 이루어지고, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일 중 어느 하나 이상의 일부 영역에는 탄성 범프들의 높이가 나머지 영역과 다른 높이 조절부가 형성될 수 있다.In addition, the air foil journal bearing of the present invention includes a bump foil in which a plurality of concavo-convex elastic bumps formed in the radial direction are formed along the circumferential direction and are provided inside the bearing housing to be coupled. , The bump foil may include an outer bump foil disposed relatively outward in a radial direction; and an inner bump foil disposed radially inside the outer bump foil and overlapping the outer bump foil. A height adjuster may be formed in a partial area of at least one of the outer bump foil and the inner bump foil so that the height of the elastic bumps is different from that of other areas.
또한, 상기 높이 조절부에서 상기 외측 범프 포일과 내측 범프 포일은 서로 선 접촉되고, 상기 높이 조절부를 제외한 나머지 영역에서 상기 외측 범프 포일과 내측 범프 포일은 면 접촉될 수 있다.In addition, the outer bump foil and the inner bump foil may be in line contact with each other in the height adjuster, and the outer bump foil and inner bump foil may be in surface contact with each other in areas other than the height adjuster.
또한, 상기 높이 조절부 내의 탄성 범프들의 피치는 서로 동일할 수 있다.Also, pitches of the elastic bumps in the height adjuster may be the same as each other.
또한, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일이 내측에 구비되어 결합된 베어링 하우징; 및 상기 내측 범프 포일의 내측에 구비되고 원주방향을 따라 형성되며, 상기 베어링 하우징에 결합된 탑 포일; 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, a bearing housing in which the outer bump foil and the inner bump foil are provided inside and coupled thereto; and a top foil provided inside the inner bump foil, formed in a circumferential direction, and coupled to the bearing housing; It may be further included.
또한, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일은 각각의 일단이 베어링 하우징에 결합되어 고정되고, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일은 각각의 타단은 자유단으로 형성되며, 상기 높이 조절부는 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일의 자유단에 인접한 영역에 형성될 수 있다.In addition, one end of each of the outer bump foil and the inner bump foil is coupled to and fixed to the bearing housing, and the other end of the outer bump foil and the inner bump foil is formed as a free end, and the height adjuster controls the outer bump foil. and a region adjacent to the free end of the inner bump foil.
또한, 상기 탑 포일은, 상기 내측 범프 포일의 내측에 배치된 제1탑 포일; 상기 제1탑 포일의 내측에 배치된 제2탑 포일; 및 상기 제2탑 포일의 내측에 배치된 제3탑 포일; 을 포함하고, 상기 제1탑 포일, 제2탑 포일 및 제3탑 포일이 서로 겹쳐질 수 있다.In addition, the top foil may include a first top foil disposed inside the inner bump foil; a second top foil disposed inside the first top foil; and a third top foil disposed inside the second top foil. Including, the first top foil, the second top foil and the third top foil may overlap each other.
또한, 상기 제2탑 포일의 자유단은 베어링 하우징의 중심을 기준으로 하측에 배치되고, 상기 높이 조절부는 베어링 하우징의 중심을 기준으로 상측에 배치될 수 있다.Also, the free end of the second top foil may be disposed at a lower side with respect to the center of the bearing housing, and the height adjuster may be disposed at an upper side with respect to the center of the bearing housing.
본 발명의 에어 포일 저널 베어링은 간단한 구조로 베어링의 내부 형상을 조절할 수 있어 베어링의 성능 조절이 용이한 장점이 있다.The air foil journal bearing of the present invention has an advantage in that it is easy to adjust the performance of the bearing because the inner shape of the bearing can be adjusted with a simple structure.
또한, 범프 포일의 제작성이 저하되지 않으며, 진동에 대한 댐핑 성능 및 구동 안정성이 향상되는 장점이 있다.In addition, there is an advantage in that manufacturability of the bump foil is not deteriorated, and damping performance for vibration and driving stability are improved.
도 1은 종래의 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도 및 부분 확대도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일을 펼쳐놓은 상태를 나타낸 개념도이다.
도 6은 로터의 회전 시 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 탑 포일들과 피치 조절부에 의해 형성되는 공기의 압력장을 나타낸 개념도이다.
도 7은 진동 평가에서 종래의 에어 포일 저널 베어링과 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 변위 측정값을 비교한 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도 및 부분 확대도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일을 펼쳐놓은 상태를 나타낸 개념도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional air foil journal bearing.
2 and 3 are cross-sectional and partially enlarged views of an air foil journal bearing according to a first embodiment of the present invention.
4 and 5 are conceptual views showing a state in which the outer bump foil and the inner bump foil of the air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention are spread out.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the air pressure field formed by the top foils of the air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention and the pitch adjusting unit when the rotor rotates.
7 is a graph comparing displacement measurement values of a conventional air foil journal bearing and an air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention in vibration evaluation.
8 and 9 are cross-sectional and partially enlarged views of an air foil journal bearing according to a second embodiment of the present invention.
10 and 11 are conceptual views showing a state in which the outer bump foil and the inner bump foil of the air foil journal bearing according to the second embodiment of the present invention are spread out.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 에어 포일 저널 베어링을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the air foil journal bearing of the present invention having the above configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은 2장 이상의 범프 포일을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은 1장 이상의 탑 포일, 범프 포일 또는 탑 포일의 고정을 위한 키, 및 베어링 하우징 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이하에서는 탑 포일이 3장으로 구성된 실시예들에 대해 설명하였다.First of all, the air foil journal bearing of the present invention may be configured to include two or more bump foils. The air foil journal bearing of the present invention may further include at least one of one or more top foils, a bump foil or a key for fixing the top foil, and a bearing housing. Hereinafter, embodiments in which the top foil is composed of three sheets have been described.
<실시예 1><Example 1>
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도 및 부분 확대도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일을 펼쳐놓은 상태를 나타낸 개념도이다.2 and 3 are cross-sectional and partially enlarged views of an air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are external bumps of the air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram showing the unfolded state of the foil and inner bump foil.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링은 크게 2장의 범프 포일 및 3장의 탑 포일을 포함하여 구성될 수 있으며, 탑 포일에 결합된 키 및 베어링 하우징을 더 포함할 수 있다.As shown, the air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention may largely include two bump foils and three top foils, and may further include a key and a bearing housing coupled to the top foil. there is.
베어링 하우징(100)은 내측에 중심축 방향으로 양측이 관통된 중공(110)이 형성되어 원통형으로 형성될 수 있다. 그리고 베어링 하우징(100)은 중공(110)에 연통되도록 내측 상부에 키홈(120)이 오목하게 형성될 수 있다. 키홈(120)은 중심축 방향을 따라서 연장 형성되며, 중심축 방향으로 양측이 관통된 형태로 형성될 수도 있다. 이외에도 베어링 하우징(100)은 다양한 형태로 형성될 수 있다.The
범프 포일은 크게 외측 범프 포일(210)과 내측 범프 포일(220)을 포함할 수 있고, 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)은 베어링 하우징(100)의 내측에 구비되어 베어링 하우징(100)에 결합될 수 있다. 그리고 외측 범프 포일(210)은 상대적으로 반경방향 바깥쪽에 배치되어 베어링 하우징(100)의 내주면에 접촉되어 있고, 내측 범프 포일(220)은 외측 범프 포일(210)의 내측에 배치되어 외측 범프 포일(210)에 접촉되어, 외측 범프 포일(210)과 내측 범프 포일(220)이 겹쳐진 상태로 베어링 하우징(100)에 결합될 수 있다. 또한, 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)은 원주방향 일단이 반경방향 바깥쪽으로 절곡되어, 절곡된 부분이 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 결합될 수 있다. 그리하여 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)이 회전되지 않고 베어링 하우징(100)에 고정된 상태가 될 수 있다. 또한, 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)은 원주방향 타단이 자유단으로 형성될 수 있다. 또한, 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)은 각각 반경방향 안쪽으로 볼록한 형태로 복수의 탄성 범프(211, 221)가 형성될 수 있으며, 복수의 탄성 범프(211, 221)는 각각 원주방향을 따라 특정한 간격으로 이격되게 배치되어 산과 골이 반복되는 형태로 형성될 수 있다.The bump foil may largely include an
탑 포일은 제1탑 포일(310), 제2탑 포일(320) 및 제3탑 포일(330)을 포함할 수 있으며, 3장의 탑 포일은 반경방향으로 내측 범프 포일(220)의 내측에 배치될 수 있다. 그리고 제1탑 포일(310)은 내측 범프 포일(220)의 내측에 배치되어 내측 범프 포일(220)에 접촉될 수 있고, 제2탑 포일(320)은 제1탑 포일(310)의 내측에 배치되어 제1탑 포일(310)에 접촉될 수 있으며, 제3탑 포일(330)은 제2탑 포일(320의 내측에 배치되어 제2탑 포일(320)에 접촉될 수 있다. 그리하여 3장의 탑 포일이 겹쳐진 상태로 베어링 하우징(100)에 결합될 수 있다. 또한, 제1탑 포일(310), 제2탑 포일(320) 및 제3탑 포일(330)은 원주방향 일단이 반경방향 바깥쪽으로 절곡되어, 절곡된 부분이 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 결합될 수 있다. 그리하여 3장의 탑 포일이 회전되지 않고 베어링 하우징(100)에 고정된 상태가 될 수 있다. 또한, 제1탑 포일(310), 제2탑 포일(320) 및 제3탑 포일(330)은 원주방향 타단이 자유단으로 형성될 수 있다. 그리고 로터(500)는 회전축일 수 있으며, 로터(500)는 제3탑 포일(330)의 내측에 배치될 수 있다. 또한, 로터(500)가 회전되지 않는 상태에서 로터(500)는 자중에 의해 제3탑 포일(330)에 접촉되어 받쳐진 상태일 수 있으며, 로터(500)가 고속으로 회전되면 로터(500)가 상측으로 부상되어 제3탑 포일(330)의 내측에 이격된 상태가 될 수 있다. 또한, 제1탑 포일(310) 및 제3탑 포일(330)은 한 바퀴 정도 말린 형태로 형성되어 원주방향 일단 및 타단이 상부 측에 배치될 수 있다. 그리고 제2탑 포일(320)은 반 바퀴 조금 넘게 말린 형태로 형성되어, 공기의 압력에 의한 로터의 부상이 더욱 용이할 수 있다. 이외에도 탑 포일들은 다양하게 형성될 수 있다. The top foil may include a
키(400)는 탑 포일들을 키홈(120)에 고정시키는 역할을 할 수 있다. 키(400)는 가로 및 세로에 비해 길이가 긴 막대 형태로 형성될 수 있으며, 3장의 탑 포일들 중 반경방향으로 가장 안쪽에 배치된 제3탑 포일에 용접 등으로 결합되어 한 장의 탑 포일과 키가 일체로 형성될 수 있다. 이외에도 키(400)는 다양한 형태 및 개수로 형성될 수 있다.The key 400 may serve to fix the top foils to the
여기에서 외측 범프 포일(210) 또는 내측 범프 포일(220)의 일부 영역에는 탄성 범프(211, 221)들의 피치가 나머지 영역과 다른 피치 조절부가 형성될 수 있다. 일례로 내측 범프 포일(220)은 자유단 부근에 피치 조절부가 형성될 수 있다. 내측 범프 포일(220)은 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 고정되는 절곡부를 기준으로 하여 1번째 탄성 범프(221)에서부터 16번째 탄성 범프(221)까지의 피치는 모두 P1이 될 수 있고, 17번째 이후로는 피치가 P2가 될 수 있다.(P1≠P2) 이때, 17번째와 18번째 탄성 범프 간의 피치만 P2이고 18번째 이후로는 P1이 될 수도 있으며, 17번째 이후의 모든 탄성 범프들 간의 피치가 모두 P2가 될 수도 있다. 또한, 외측 범프 포일(210)의 탄성 범프(211)들 간의 피치는 모두 P3로 형성될 수 있다. 그리하여 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)이 베어링 하우징(100)에 조립되어 있는 상태를 보면, 피치 조절부를 제외한 나머지 부분에서는 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)이 서로 이격되어 있지 않고 전체 면적에 대해 면 접촉된 상태일 수 있다. 반면에 피치 조절부가 형성된 영역에서는 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)이 선 접촉되어 대부분의 면적이 서로 이격된 상태일 수 있으며, 내측 범프 포일(220)은 피치 조절부가 형성된 영역이 나머지 영역보다 반경방향 안쪽으로 더 들어와 있는 형태가 될 수 있다.Here, a pitch control unit may be formed in a portion of the
이에 따라 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은 간단한 방법으로 용이하게 베어링 내부 형상을 조절할 수 있어 베어링의 성능 조절이 용이하며, 범프 포일의 제작성이 저하되지 않을 수 있다.Accordingly, the air foil journal bearing of the present invention can easily adjust the inner shape of the bearing by a simple method, so that the performance of the bearing can be easily adjusted, and the manufacturability of the bump foil can not be deteriorated.
그리고 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링에서 피치 조절부가 형성된 내측 범프 포일(220)의 탄성 범프(221)들의 높이는 H1으로 동일하게 형성될 수 있고, 외측 범프 포일(210)의 탄성 범프(211)들의 높이는 H2로 동일하게 형성될 수 있다.And, in the airfoil journal bearing according to the first embodiment of the present invention, the height of the
도 6은 로터의 회전 시 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 탑 포일들과 피치 조절부에 의해 형성되는 공기의 압력장을 나타낸 개념도이다.FIG. 6 is a conceptual diagram showing the air pressure field formed by the top foils of the air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention and the pitch adjusting unit when the rotor rotates.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링은, 제2탑 포일(320)의 자유단이 베어링 하우징(100)의 중심을 기준으로 하측에 배치되고, 피치 조절부는 베어링 하우징(100)의 중심을 기준으로 상측에 배치될 수 있다. 그리하여 종래에는 로터가 시계방향으로 회전되면 로터의 상부 좌측 부근에 음압이 걸렸으나, 본 발명에서는 로터의 상부 좌측 부근에 위치한 피치 조절부에 의해 양압이 생성되어, 로터의 진동 시 진동에 따른 변위가 축소될 수 있다. 이에 따라 진동에 대한 댐핑 성능 및 구동 안정성이 향상될 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention, the free end of the second
또한, 피치 조절부에서 탄성 범프(211, 221)들의 피치는 원주방향을 따라가면서 점점 작아지거나 커질 수 있다. 일례로 내측 범프 포일(220)의 17번째와 18번째 탄성 범프(221) 간의 피치인 P2가 나머지 탄성 범프(221)들의 피치인 P1보다 크게 형성된 경우(P1<P2), 18번째를 포함하여 그 이후로 갈수록 피치가 점점 커지는 형태로 형성될 수 있다.In addition, the pitch of the
도 7은 진동 평가에서 종래의 에어 포일 저널 베어링과 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 변위 측정값을 비교한 그래프이다.7 is a graph comparing displacement measurement values of a conventional air foil journal bearing and an air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention in vibration evaluation.
도 7을 참조하면, 왼쪽에서부터 오른쪽으로 순서대로 종래의 에어 포일 저널 베어링, 본 발명의 실험예 A, 본 발명의 실험예 B, 종래의 에어 포일 저널 베어링에 심을 삽입한 경우(베어링 하우징과 외측 범프 포일의 사이에 얇은 판 형태의 심을 삽입)에 측정된 변위량이다. 그리고 본 발명의 실험예 A보다 실험예 B의 피치 조절부의 피치가 더 크게 형성된 경우이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 실험예 A 및 실험예 B는 모두 종래의 에어 포일 저널 베어링에 비해 진동에 따른 변위가 작은 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실험예 B는 종래의 에어 포일 저널 베어링에 심을 삽입한 경우와 거의 동일한 수준으로 진동에 따른 변위량이 나타나는 것을 알 수 있다. 7, when shims are inserted into the conventional airfoil journal bearing, the experimental example A of the present invention, the experimental example B of the present invention, and the conventional airfoil journal bearing in order from left to right (bearing housing and outer bump It is the amount of displacement measured by inserting a thin plate-type shim between the foils. And, this is the case where the pitch of the pitch adjusting part of Experimental Example B is larger than that of Experimental Example A of the present invention. As shown, it can be seen that both Experimental Example A and Experimental Example B of the present invention have a smaller displacement due to vibration than the conventional air foil journal bearing. In addition, it can be seen that in Experimental Example B of the present invention, the amount of displacement due to vibration appears at almost the same level as when a shim is inserted into a conventional airfoil journal bearing.
<실시예 2><Example 2>
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도 및 부분 확대도이며, 도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링의 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일을 펼쳐놓은 상태를 나타낸 개념도이다.8 and 9 are cross-sectional and partially enlarged views of an air foil journal bearing according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 10 and 11 are outer bumps of the air foil journal bearing according to a second embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram showing the unfolded state of the foil and inner bump foil.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링은, 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링은 크게 2장의 범프 포일 및 3장의 탑 포일을 포함하여 구성될 수 있으며, 탑 포일에 결합된 키 및 베어링 하우징을 더 포함할 수 있다.As shown, the air foil journal bearing according to the second embodiment of the present invention, as shown, the air foil journal bearing according to the first embodiment of the present invention largely includes two bump foils and three top foils. It may be configured, and may further include a key and bearing housing coupled to the top foil.
베어링 하우징(100), 탑 포일 및 키(400)는 제1실시예와 동일하게 형성될 수 있다.The bearing
범프 포일은 크게 외측 범프 포일(210)과 내측 범프 포일(220)을 포함할 수 있고, 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)은 베어링 하우징(100)의 내측에 구비되어 베어링 하우징(100)에 결합될 수 있다. 그리고 외측 범프 포일(210)은 상대적으로 반경방향 바깥쪽에 배치되어 베어링 하우징(100)의 내주면에 접촉되어 있고, 내측 범프 포일(220)은 외측 범프 포일(210)의 내측에 배치되어 외측 범프 포일(210)에 접촉되어, 외측 범프 포일(210)과 내측 범프 포일(220)이 겹쳐진 상태로 베어링 하우징(100)에 결합될 수 있다. 또한, 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)은 원주방향 일단이 반경방향 바깥쪽으로 절곡되어, 절곡된 부분이 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 결합될 수 있다. 그리하여 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)이 회전되지 않고 베어링 하우징(100)에 고정된 상태가 될 수 있다. 또한, 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)은 원주방향 타단이 자유단으로 형성될 수 있다. 또한, 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)은 각각 반경방향 안쪽으로 볼록한 형태로 복수의 탄성 범프(211, 221)가 형성될 수 있으며, 복수의 탄성 범프(211, 221)는 각각 원주방향을 따라 특정한 간격으로 이격되게 배치되어 산과 골이 반복되는 형태로 형성될 수 있다.The bump foil may largely include an
여기에서 외측 범프 포일(210) 또는 내측 범프 포일(220)의 일부 영역에는 탄성 범프(211, 221)들의 높이가 나머지 영역과 다른 높이 조절부가 형성될 수 있다. 일례로 외측 범프 포일(210)은 자유단 부근에 높이 조절부가 형성될 수 있다. 외측 범프 포일(210)은 베어링 하우징(100)의 키홈(120)에 삽입되어 고정되는 절곡부를 기준으로 하여 1번째 탄성 범프(211)에서부터 16번째 탄성 범프(211)까지의 높이는 모두 H2가 될 수 있고, 17번째 이후로는 높이가 H3가 될 수 있다.(H2≠H3) 이때, 17번째 이후의 모든 탄성 범프(211)들의 높이가 모두 H3가 될 있으며, H2보다 H3가 크게 형성될 수 있다.(H2<H3) 또한, 내측 범프 포일(220)의 탄성 범프(221)들의 높이 모두 H1으로 형성될 수 있다. 그리하여 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)이 베어링 하우징(100)에 조립되어 있는 상태를 보면, 높이 조절부를 제외한 나머지 부분에서는 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)이 서로 이격되어 있지 않고 전체 면적에 대해 면 접촉된 상태일 수 있다. 반면에 높이 조절부가 형성된 영역에서는 외측 범프 포일(210) 및 내측 범프 포일(220)이 선접촉되어 대부분의 면적이 서로 이격된 상태일 수 있으며, 높이 조절부가 형성된 영역에서 내측 범프 포일(220)은 나머지 영역보다 반경방향 안쪽으로 더 들어와 있는 형태가 될 수 있다.Here, a height adjuster may be formed in a portion of the
이에 따라 본 발명의 에어 포일 저널 베어링은 간단한 방법으로 용이하게 베어링 내부 형상을 조절할 수 있어 베어링의 성능 조절이 용이하며, 범프 포일의 제작성이 저하되지 않을 수 있다.Accordingly, the air foil journal bearing of the present invention can easily adjust the inner shape of the bearing by a simple method, so that the performance of the bearing can be easily adjusted, and the manufacturability of the bump foil can not be deteriorated.
그리하여 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링도 제1실시예와 마찬가지로 Thus, the air foil journal bearing according to the second embodiment of the present invention is similar to the first embodiment.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링에서 높이 조절부가 형성된 외측 범프 포일(210)의 탄성 범프(211)들의 피치는 P3로 동일하게 형성될 수 있고, 내측 범프 포일(220)의 탄성 범프(221)들의 피치는 P1으로 동일하게 형성될 수 있다.In addition, in the airfoil journal bearing according to the second embodiment of the present invention, the pitch of the
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 에어 포일 저널 베어링은 제1실시예와 마찬가지로 용이하게 베어링 내부 형상을 조절할 수 있어 베어링의 성능 조절이 용이하며, 범프 포일의 제작성이 저하되지 않을 수 있다.In addition, the air foil journal bearing according to the second embodiment of the present invention can easily adjust the inner shape of the bearing as in the first embodiment, so that the performance of the bearing can be easily adjusted, and the manufacturability of the bump foil can not be reduced. .
또한, 제2탑 포일(320)의 자유단은 베어링 하우징(100)의 중심을 기준으로 하측에 배치되고, 상기 높이 조절부는 베어링 하우징(100)의 중심을 기준으로 상측에 배치될 수 있다. 그리하여 로터의 상부 좌측 부근에 위치한 높이 조절부에 의해 높이 조절부 근처의 영역에서 양압이 생성되어, 로터의 진동 시 진동에 따른 변위가 축소될 수 있다. 이에 따라 진동에 대한 댐핑 성능 및 구동 안정성이 향상될 수 있다.In addition, the free end of the second
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and the scope of application is diverse, and anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims Of course, various modifications are possible.
100 : 베어링 하우징
110 : 중공
120 : 키홈
210 : 외측 범프 포일
211 : 탄성 범프
220 : 내측 범프 포일
221 : 탄성 범프
310 : 제1탑 포일
320 : 제2탑 포일
330 : 제3탑 포일
400 : 키
500 : 로터100: bearing housing
110: hollow 120: keyway
210: outer bump foil 211: elastic bump
220: inner bump foil 221: elastic bump
310: first top foil 320: second top foil
330: 3rd tower foil
400: key
500: rotor
Claims (14)
상기 범프 포일은,
상대적으로 반경방향 바깥쪽에 배치된 외측 범프 포일; 및
반경방향으로 상기 외측 범프 포일의 내측에 배치되며 상기 외측 범프 포일에 겹쳐진 내측 범프 포일; 을 포함하여 이루어지고,
상기 외측 범프 포일 또는 내측 범프 포일의 일부 영역에는 탄성 범프들의 피치가 나머지 영역과 다른 피치 조절부가 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
In the air foil journal bearing comprising a bump foil in which a plurality of concavo-convex elastic bumps formed in the radial direction are formed along the circumferential direction and are provided and coupled to the inside of the bearing housing,
The bump foil,
an outer bump foil disposed relatively radially outward; and
an inner bump foil disposed radially inside the outer bump foil and overlapping the outer bump foil; including,
An air foil journal bearing, characterized in that a pitch adjustment portion is formed in a portion of the outer bump foil or the inner bump foil in which the pitch of the elastic bumps is different from that of the other areas.
상기 피치 조절부에서 상기 외측 범프 포일과 내측 범프 포일은 서로 선 접촉되고,
상기 피치 조절부를 제외한 나머지 영역에서 상기 외측 범프 포일과 내측 범프 포일은 면 접촉되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 1,
In the pitch adjusting unit, the outer bump foil and the inner bump foil are in line contact with each other,
The air foil journal bearing, characterized in that the outer bump foil and the inner bump foil are in surface contact in the remaining area except for the pitch adjusting part.
상기 피치 조절부에서 탄성 범프들의 피치는 원주방향을 따라가면서 점점 작아지거나 커지는 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 1,
The air foil journal bearing, characterized in that the pitch of the elastic bumps in the pitch adjusting unit gradually decreases or increases along the circumferential direction.
상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일이 내측에 구비되어 결합된 베어링 하우징; 및
상기 내측 범프 포일의 내측에 구비되고 원주방향을 따라 형성되며, 상기 베어링 하우징에 결합된 탑 포일; 을 더 포함하여 이루어지는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 1,
a bearing housing in which the outer bump foil and the inner bump foil are provided and coupled thereto; and
a top foil provided inside the inner bump foil, formed in a circumferential direction, and coupled to the bearing housing; An air foil journal bearing made of a further comprising.
상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일은 각각의 일단이 베어링 하우징에 결합되어 고정되고, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일은 각각의 타단은 자유단으로 형성되며,
상기 피치 조절부는 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일의 자유단에 인접한 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 4,
One end of each of the outer bump foil and the inner bump foil is coupled to and fixed to the bearing housing, and the other end of the outer bump foil and the inner bump foil is formed as a free end,
The air foil journal bearing, characterized in that the pitch adjusting portion is formed in a region adjacent to free ends of the outer bump foil and the inner bump foil.
상기 탑 포일은,
상기 내측 범프 포일의 내측에 배치된 제1탑 포일;
상기 제1탑 포일의 내측에 배치된 제2탑 포일; 및
상기 제2탑 포일의 내측에 배치된 제3탑 포일; 을 포함하고,
상기 제1탑 포일, 제2탑 포일 및 제3탑 포일이 서로 겹쳐진 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 4,
The top foil,
a first top foil disposed inside the inner bump foil;
a second top foil disposed inside the first top foil; and
a third top foil disposed inside the second top foil; including,
An air foil journal bearing, characterized in that the first top foil, the second top foil and the third top foil overlap each other.
상기 제2탑 포일의 자유단은 베어링 하우징의 중심을 기준으로 하측에 배치되고, 상기 피치 조절부는 베어링 하우징의 중심을 기준으로 상측에 배치된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 6,
The air foil journal bearing, characterized in that the free end of the second top foil is disposed on the lower side with respect to the center of the bearing housing, and the pitch adjusting unit is disposed on the upper side with respect to the center of the bearing housing.
상기 범프 포일은,
상대적으로 반경방향 바깥쪽에 배치된 외측 범프 포일; 및
반경방향으로 상기 외측 범프 포일의 내측에 배치되며 상기 외측 범프 포일에 겹쳐진 내측 범프 포일; 을 포함하여 이루어지고,
상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일 중 어느 하나 이상의 일부 영역에는 탄성 범프들의 높이가 나머지 영역과 다른 높이 조절부가 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
In the air foil journal bearing comprising a bump foil in which a plurality of concavo-convex elastic bumps formed in the radial direction are formed along the circumferential direction and are provided and coupled to the inside of the bearing housing,
The bump foil,
an outer bump foil disposed relatively radially outward; and
an inner bump foil disposed radially inside the outer bump foil and overlapping the outer bump foil; including,
An air foil journal bearing, characterized in that a height adjuster is formed in a portion of at least one of the outer bump foil and the inner bump foil, wherein the height of the elastic bumps is different from the rest of the area.
상기 높이 조절부에서 상기 외측 범프 포일과 내측 범프 포일은 서로 선 접촉되고,
상기 높이 조절부를 제외한 나머지 영역에서 상기 외측 범프 포일과 내측 범프 포일은 면 접촉되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 8,
In the height adjuster, the outer bump foil and the inner bump foil are in line contact with each other,
The air foil journal bearing, characterized in that the outer bump foil and the inner bump foil are in surface contact in the remaining area except for the height adjusting portion.
상기 높이 조절부 내의 탄성 범프들의 피치는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 8,
Air foil journal bearings, characterized in that the pitch of the elastic bumps in the height adjustment unit is the same as each other.
상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일이 내측에 구비되어 결합된 베어링 하우징; 및
상기 내측 범프 포일의 내측에 구비되고 원주방향을 따라 형성되며, 상기 베어링 하우징에 결합된 탑 포일; 을 더 포함하여 이루어지는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 8,
a bearing housing in which the outer bump foil and the inner bump foil are provided and coupled thereto; and
a top foil provided inside the inner bump foil, formed in a circumferential direction, and coupled to the bearing housing; An air foil journal bearing made of a further comprising.
상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일은 각각의 일단이 베어링 하우징에 결합되어 고정되고, 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일은 각각의 타단은 자유단으로 형성되며,
상기 높이 조절부는 상기 외측 범프 포일 및 내측 범프 포일의 자유단에 인접한 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 11,
One end of each of the outer bump foil and the inner bump foil is coupled to and fixed to the bearing housing, and the other end of the outer bump foil and the inner bump foil is formed as a free end,
The air foil journal bearing, characterized in that the height adjusting portion is formed in a region adjacent to free ends of the outer bump foil and the inner bump foil.
상기 탑 포일은,
상기 내측 범프 포일의 내측에 배치된 제1탑 포일;
상기 제1탑 포일의 내측에 배치된 제2탑 포일; 및
상기 제2탑 포일의 내측에 배치된 제3탑 포일; 을 포함하고,
상기 제1탑 포일, 제2탑 포일 및 제3탑 포일이 서로 겹쳐진 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.
According to claim 11,
The top foil,
a first top foil disposed inside the inner bump foil;
a second top foil disposed inside the first top foil; and
a third top foil disposed inside the second top foil; including,
An air foil journal bearing, characterized in that the first top foil, the second top foil and the third top foil overlap each other.
상기 제2탑 포일의 자유단은 베어링 하우징의 중심을 기준으로 하측에 배치되고, 상기 높이 조절부는 베어링 하우징의 중심을 기준으로 상측에 배치된 것을 특징으로 하는 에어 포일 저널 베어링.According to claim 13,
The air foil journal bearing, characterized in that the free end of the second top foil is disposed on the lower side with respect to the center of the bearing housing, and the height adjuster is disposed on the upper side with respect to the center of the bearing housing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210075274A KR20220166481A (en) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Air foil journal bearing |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210075274A KR20220166481A (en) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Air foil journal bearing |
Publications (1)
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---|---|
KR20220166481A true KR20220166481A (en) | 2022-12-19 |
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ID=84535443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210075274A KR20220166481A (en) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Air foil journal bearing |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20220166481A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015005547A1 (en) | 2013-07-10 | 2015-01-15 | 주식회사 뉴로스 | Journal foil air bearing having damping sheet |
-
2021
- 2021-06-10 KR KR1020210075274A patent/KR20220166481A/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015005547A1 (en) | 2013-07-10 | 2015-01-15 | 주식회사 뉴로스 | Journal foil air bearing having damping sheet |
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