KR20230099977A - 에어포일 스러스트 베어링 - Google Patents

에어포일 스러스트 베어링 Download PDF

Info

Publication number
KR20230099977A
KR20230099977A KR1020210189455A KR20210189455A KR20230099977A KR 20230099977 A KR20230099977 A KR 20230099977A KR 1020210189455 A KR1020210189455 A KR 1020210189455A KR 20210189455 A KR20210189455 A KR 20210189455A KR 20230099977 A KR20230099977 A KR 20230099977A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
foil
bump
thrust bearing
bump foil
outer diameter
Prior art date
Application number
KR1020210189455A
Other languages
English (en)
Inventor
박건웅
김현칠
최규성
박준혁
채용하
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
Priority to KR1020210189455A priority Critical patent/KR20230099977A/ko
Priority to DE112022005328.3T priority patent/DE112022005328T5/de
Priority to PCT/KR2022/017221 priority patent/WO2023128224A1/ko
Priority to CN202280068493.5A priority patent/CN118103608A/zh
Publication of KR20230099977A publication Critical patent/KR20230099977A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/042—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. axial foil bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F16C17/243—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety related to temperature and heat, e.g. for preventing overheating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)

Abstract

본 발명의 에어포일 스러스트 베어링은, 범프 포일 및 상기 범프 포일에 대응되는 위치에 상기 범프 포일을 덮도록 적층된 탑 포일을 포함하여 이루어지고, 반경방향으로 상기 탑 포일의 외경이 범프 포일의 외경보다 크게 형성되어, 로터의 회전 시 스러스트 러너와 탑 포일 사이의 공기막의 압력이 높게 형성되는 부분과 범프 포일이 존재하는 영역이 일치하도록 범프 포일 및 탑 포일을 형성 및 배치됨에 따라, 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽 영역에서의 마찰이 줄어들어 내구성이 향상되며, 공기의 압력이 상대적으로 고르게 분산되어 하중지지력이 향상된 에어포일 스러스트 베어링에 관한 것이다.

Description

에어포일 스러스트 베어링 {Air foil thrust bearing}
본 발명은 모터의 회전력을 이용해 임펠러를 고속으로 회전시켜 공기를 압축하여 공급하는 공기 압축기 등에서 로터의 회전축에 작용하는 축방향 하중을 지지하는데 사용될 수 있는 에어포일 스러스트 베어링에 관한 것이다.
공기 압축기 등에는 축방향의 하중을 지지할 수 있도록 스러스트 베어링이 사용되는데, 고속으로 회전하는 회전축의 축방향 하중을 지지하기 위해 스러스트 베어링 중 에어포일 스러스트 베어링이 주로 사용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 에어포일 스러스트 베어링을 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 종래의 에어포일 스러스트 베어링은 중앙에 구멍이 뚫려있는 원판 형상의 베이스 플레이트(60), 상기 베이스 플레이트(60) 상에 원주방향을 따라 서로 이격되어 배열된 복수의 범프 포일(80) 및 각각의 범프 포일(80)의 상측에 적층 배치된 복수의 탑 포일(90)로 구성될 수 있다. 그리고 에어포일 스러스트 베어링은 베이스 플레이트(60)의 위에 복수의 범프 포일(80)이 스폿 용접되어 고정되며, 각각의 범프 포일(80)의 위에 탑 포일(90)이 배치된 후 베이스 플레이트(60)에 탑 포일(90)들이 스폿 용접에 의해 고정된다.
이러한 에어포일 스러스트 베어링은 공기 압축기 등에 장착되어 사용될 때, 로터의 회전축에 결합되어 함께 회전되는 원판형의 스러스트 러너와 에어포일 스러스트 베어링의 탑 포일 간 접촉에 의해 많은 마찰열이 발생하게 된다.
에어포일 스러스트 베어링의 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽에서는 원심력으로 인해 공기가 반경방향 바깥쪽 방향으로 유출됨에 따라, 공기막의 압력이 낮아지고 이로 인해 공기막이 탑 포일 및 범프 포일을 충분히 밀어내지 못해 탑 포일의 최 외곽 영역에서 탑 포일과 스러스트 러너간의 마찰이 발생하게 된다.
이에 따라 종래의 에어포일 스러스트 베어링에서는 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽 영역에서 상대적으로 많은 열이 발생하게 되어, 탑 포일의 상면에 마찰을 줄이기 위해 형성된 코팅막이 손상되어 에어포일 스러스트 베어링의 내구성 및 성능이 저하되는 단점이 있다.
KR 10-2018-0024895 A (2018.03.08.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상대적으로 공기막의 압력이 높게 형성되는 부분과 범프 포일이 존재하는 영역이 일치하도록 범프 포일 및 탑 포일을 형성 및 배치하여, 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽 영역에서의 마찰을 줄이고 공기의 압력이 상대적으로 고르게 분산되도록 하여 하중지지력을 향상시킬 수 있는 에어포일 스러스트 베어링을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어포일 스러스트 베어링은, 베이스 플레이트; 탄성 범프들이 형성되어 있고, 상기 베이스 플레이트 상에 적층되어 결합된 범프 포일; 및 상기 범프 포일에 대응되는 위치에 상기 범프 포일을 덮도록 적층되며, 상기 베이스 플레이트에 결합된 탑 포일; 을 포함하여 이루어지며, 반경방향으로 상기 탑 포일의 외경이 범프 포일의 외경보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일의 외경측은 일부 영역이 제거된 형태의 절개부가 형성될 수 있다.
또한, 반경방향으로 상기 탑 포일의 내경과 범프 포일의 내경은 일치하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일과 탑 포일의 사이에 개재된 추가적인 포일이 없을 수 있다.
또한, 상기 범프 포일의 외경과 범프 포일의 내경의 차의 1/2을 A라 하고,
상기 탑 포일의 외경과 범프 포일의 외경의 차의 1/2을 B라 하면, 상기 B는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일 및 탑 포일은 각각 원주방향 일단이 베이스 플레이트에 고정되고 타단은 자유단으로 형성되며, 원주방향으로 상기 탑 포일의 타단은 범프 포일의 타단보다 길게 형성되되, 상기 탑 포일의 타단과 범프 포일의 타단의 길이 차를 C라 하면, 상기 C는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일 및 탑 포일은 각각 복수로 구성되며, 상기 복수의 범프 포일 및 탑 포일은 각각 원주방향을 따라 이격되어 배열될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일은 두께방향으로 양면을 관통하는 슬릿이 형성될 수 있다.
그리고 본 발명의 에어포일 스러스트 베어링은, 탄성 범프들이 형성된 범프 포일이 제1연결부와 한 몸으로 연결된 범프 포일 플레이트; 및 탑 포일이 제2연결부와 한 몸으로 연결되고, 상기 범프 포일에 대응되는 위치에 상기 탑 포일이 배치되어 상기 범프 포일 플레이트에 적층된 탑 포일 플레이트; 를 포함하여 이루어지며, 반경방향으로 상기 탑 포일의 외경이 범프 포일의 외경보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일의 외경측은 일부 영역이 제거된 형태의 절개부가 형성될 수 있다.
또한, 반경방향으로 상기 탑 포일의 내경과 범프 포일의 내경은 일치하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일과 탑 포일의 사이에 개재된 추가적인 포일이 없을 수 있다.
또한, 상기 범프 포일의 외경과 범프 포일의 내경의 차의 1/2을 A라 하고, 상기 탑 포일의 외경과 범프 포일의 외경의 차의 1/2을 B라 하면, 상기 B는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일의 원주방향 일단은 제1연결부에 연결되고 타단은 자유단으로 형성되며, 상기 탑 포일의 원주방향 일단은 제2연결부에 연결되고 타단은 자유단으로 형성되며, 원주방향으로 상기 탑 포일의 타단은 범프 포일의 타단보다 길게 형성되되, 상기 탑 포일의 타단과 범프 포일의 타단의 길이 차를 C라 하면, 상기 C는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일 및 탑 포일은 각각 복수로 구성되며, 상기 복수의 범프 포일 및 탑 포일은 각각 원주방향을 따라 이격되어 배열될 수 있다.
또한, 상기 범프 포일은 두께방향으로 양면을 관통하는 슬릿이 형성될 수 있다.
본 발명의 에어포일 스러스트 베어링은 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽 영역에서의 마찰이 줄어들어 내구성이 향상되며, 공기의 압력이 상대적으로 고르게 분산되어 하중지지력이 향상되는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 에어포일 스러스트 베어링을 나타낸 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링을 나타낸 조립사시도, 분해사시도 및 평면도이다.
도 6은 도 5의 부분 확대도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 에어포일 스러스트 베어링의 외경 확장률에 따른 성능 및 손실을 나타낸 그래프이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링을 나타낸 조립사시도, 분해사시도 및 평면도이다.
도 12는 도 11의 부분 확대도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링에서 스러스트 러너의 회전 시 탑 포일과 스러스트 러너 사이로 유동되는 공기의 유선(스트림 라인)을 나타낸 개념도 및 공기의 압력 분포를 나타낸 개념도이다.
도 15는 종래의 에어포일 스러스트 베어링을 반경방향에 대해 반경방향 바깥쪽으로 가면서 로터의 회전방향 쪽으로 경사지게 자른 단면을 나타낸 개념도이다.
도 16은 본 발명에 따른 에어포일 스러스트 베어링을 반경방향에 대해 반경방향 바깥쪽으로 가면서 로터의 회전방향 쪽으로 경사지게 자른 단면을 나타낸 개념도이다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 에어포일 스러스트 베어링을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링을 나타낸 조립사시도, 분해사시도 및 평면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링은 크게 베이스 플레이트(100), 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)로 구성될 수 있다.
베이스 플레이트(100)는 가운데에 두께방향으로 양면을 관통하는 구멍이 형성된 원판 형태로 형성될 수 있다.
범프 포일(200)은 복수로 구성되어 베이스 플레이트(100) 상에 원주방향을 따라 서로 이격되어 배열될 수 있다. 그리고 복수의 범프 포일(200)은 각각 원주방향 일단이 베이스 플레이트(100)에 스폿 용접 등으로 결합되어 고정될 수 있으며, 원주방향 타단은 자유단으로 형성될 수 있다. 그리고 복수의 범프 포일(200)은 각각 요철 형상의 탄성 범프(210)들이 형성될 수 있다. 탄성 범프(210)는 베이스 플레이트(100) 상에 일측이 접촉되어 받쳐져 있고, 탄성 범프(210)는 베이스 플레이트(100)에 직접 고정되지 않은 상태로 베이스 플레이트(100)와는 분리되어 있을 수 있다. 즉, 범프 포일(200)은 원주방향 일단을 제외한 나머지 부분이 베이스 플레이트(100)와 결합되어 있지 않고 떨어져 있는 상태가 될 수 있으며, 탄성 범프(210)들은 베이스 플레이트(100)에 맞닿아 있거나 약간의 떨어져 적층되어 있는 상태가 될 수 있다. 또한, 범프 포일(200)은 두께방향으로 양면을 관통하는 슬릿(230)이 형성될 수 있으며, 슬릿(230)의 형태는 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 탄성 범프(210)는 반경방향으로 범프 포일(200)의 내측 끝에서부터 외측 끝까지의 영역에 걸쳐 형성될 수 있다.
탑 포일(300)은 복수로 구성되어 베이스 플레이트(100) 상에 원주방향을 따라 서로 이격되게 배열될 수 있다. 그리고 탑 포일(300)들은 각각 원주방향 일단은 베이스 플레이트(100)에 스폿 용접 등으로 결합되어 고정될 수 있으며, 원주방향 타단은 자유단으로 형성될 수 있다. 또한, 탑 포일(300)은 각각 범프 포일(200)에 대응되는 위치에 배치되어, 탑 포일(300)이 범프 포일(200)을 덮는 형태로 적층될 수 있다. 즉, 베이스 플레이트(100)와 탑 포일(300)의 사이에 범프 포일(200)이 개재된 형태로 구성될 수 있다. 여기에서 반경방향으로 탑 포일(300)의 외경은 범프 포일(200)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 범프 포일(200)의 외경은 탑 포일(300)의 외경보다 작게 형성될 수 있다. 일례로 범프 포일(200)의 외경측은 일부 영역이 제거된 형태의 절개부(220)가 형성될 수 있다. 그리하여 반경방향으로 탑 포일(300)의 외경측이 범프 포일(200)의 외경측을 넘어서 연장되어 있는 형태가 될 수 있으며, 반경방향으로 범프 포일(200)의 절개부(220)의 바깥쪽 영역에 대응되는 탑 포일(300)의 외경측은 범프 포일(200)의 탄성 범프(210)에 의해 받쳐지지 않는 상태가 될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 제1실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링은 탑 포일과 회전되는 스러스트 러너의 사이를 따라 유동되는 공기가 탑 포일의 외경측에서 반경방향 바깥쪽으로 누설되어 압력이 낮아지게 되는데, 이때 범프 포일의 탄성 범프에 의해 받쳐지는 탑 포일의 영역에서 반경방향 바깥쪽으로 이격된 위치에서 공기가 빠져나가게 된다. 따라서 공기막의 압력이 높게 형성되는 부분과 범프 포일이 존재하는 영역이 일치하므로, 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽 영역에서의 마찰이 줄어들어 탑 포일 표면에 코팅된 코팅층의 열화를 방지할 수 있으며 그 결과 에어포일 스러스트 베어링의 내구성이 향상될 수 있다. 그리고 범프 포일에 의해 받쳐지는 영역에서 공기의 압력이 상대적으로 고르게 분산되므로, 에어포일 스러스트 베어링 하중지지력이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링은 반경방향으로 탑 포일(300)의 내경과 범프 포일(200)의 내경은 일치하게 형성될 수 있다. 즉, 범프 탑 포일(300)의 내경과 범프 포일(200)의 내경이 동일하게 형성되었을 때, 범프 포일에 의해 탑 포일이 받쳐지는 영역에서 공기의 압력이 보다 더 고르게 분산될 수 있어, 에어포일 스러스트 베어링 하중지지력이 더 향상될 수 있다.
또한, 범프 포일(200)과 탑 포일(300)의 사이에는 추가적으로 개재된 다른 포일이 없을 수 있다. 즉, 범프 포일(200)과 탑 포일(300)의 사이에 다른 포일이 개재되어 있을 경우 오히려 공기의 압력이 고르게 분산되지 않을 수 있으며 하중지지능력이 저하될 수 있다. 따라서 본 발명의 제1실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링에서는 범프 포일(200)과 탑 포일(300)의 사이에 어떠한 포일도 존재하지 않도록 구성되어, 하중지지력의 저하를 방지할 수 있다.
도 6은 도 5의 부분 확대도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 에어포일 스러스트 베어링의 외경 확장률에 따른 성능 및 손실을 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링은 범프 포일(200)의 외경과 범프 포일(200)의 내경의 차의 1/2을 A라 하고, 탑 포일(300)의 외경과 범프 포일(200)의 외경의 차의 1/2을 B라 하면, B는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성될 수 있다. 여기에서 A에 대한 B의 비율을 외경 확장률{(B/A)×100}로 정의하였을 때, 외경 확장률이 15%를 초과하여 형성되면 성능이 더 이상 상승하지 않고 손실량만 증가하게 되는 현상이 발생한다. 이는 탑 포일(300)의 외경이 과도하게 확장되어 확장된 일부분이 공기막의 압력을 제대로 형성하지 못하는 불필요한 면적으로 작용하기 때문이다. 따라서 상기한 범위 내로 범프 포일 및 탑 포일의 반경방향 길이를 형성해야 탑 포일의 마찰 손실 감소 및 하중지지력 향상 효과를 얻을 수 있다.
또한, 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)은 각각 원주방향 일단이 베이스 플레이트(100)에 고정되고 타단은 자유단으로 형성되며, 원주방향으로 탑 포일(300)의 타단은 범프 포일(200)의 타단보다 길게 형성되되, 탑 포일(300)의 타단과 범프 포일(200)의 타단의 길이 차를 C라 하면, C는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성될 수 있다. 마찬가지로 원주방향으로 탑 포일(300)의 자유단에서 공기가 누설되면서 공기막의 압력이 저하되어 탑 포일(300)의 자유단측에서 탑 포일(300)과 스러스트 러너와의 마찰이 발생할 수 있으므로, 원주방향으로 범프 포일(200)의 자유단과 탑 포일(300)의 자유단의 길이를 상기한 범위내로 형성하여, 탑 포일의 마찰 감소 및 하중지지력 향상 효과를 얻을 수 있다.
또한, 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)은 각각 복수로 구성될 수 있으며, 복수의 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)은 각각 원주방향을 따라 이격되어 배열될 수 있다. 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)의 개수 및 서로 이격된 간격은 다양하게 형성될 수 있다.
<실시예 2>
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링을 나타낸 조립사시도, 분해사시도 및 평면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링은 크게 범프 포일 플레이트(500) 및 탑 포일 플레이트(600)로 구성될 수 있다.
범프 포일 플레이트(500)는 복수의 범프 포일(510) 및 제1연결부(520)를 포함할 수 있고, 복수의 범프 포일(510)은 각각 제1연결부(520)에 한 몸으로 연결된 형태일 수 있다. 복수의 범프 포일(510)은 원주방향을 따라 서로 이격되어 배열될 수 있고, 복수의 범프 포일(510)은 각각의 원주방향 일단이 제1연결부(520)에 연결될 수 있고 원주방향 타단은 자유단으로 형성될 수 있다. 그리고 복수의 범프 포일(510)은 제1연결부(520)에 연결된 원주방향 일단을 제외한 나머지 부분이 제1연결부(520)와 이격되어 있을 수 있다. 즉, 범프 포일(510)들은 원주방향 일단만 제1연결부(520)에 연결되어 있고, 반경방향 내측과 외측 및 원주방향 타단은 제1연결부(520)와 연결되어 있지 않고 이격된 상태가 될 수 있다. 또한, 복수의 범프 포일(510)은 요철 형상의 탄성 범프(511)들이 형성되어 주름진 형태 또는 물결 형태 등으로 형성될 수 있으며, 탄성 범프(511)들이 제1연결부(520)의 상면보다 상측으로 돌출되어 있는 형태로 범프 포일(510)이 형성될 수 있다. 또한, 복수의 범프 포일(510)은 두께방향으로 양면을 관통하는 슬릿(540)이 형성될 수 있으며, 슬릿(540)은 다양한 형태로 형성될 수 있다.
탑 포일 플레이트(600)는 복수의 탑 포일(610) 및 제2연결부(620)를 포함할 수 있고, 복수의 탑 포일(610)은 각각 제2연결부(620)에 한 몸으로 연결된 형태일 수 있다. 복수의 탑 포일(610)은 원주방향을 따라 서로 이격되어 배열될 수 있고, 복수의 탑 포일(610)은 각각의 원주방향 일단이 제2연결부(620)에 연결될 수 있고 원주방향 타단은 자유단으로 형성될 수 있다. 그리고 복수의 탑 포일(610)은 제2연결부(620)에 연결된 원주방향 일단을 제외한 나머지 부분이 제2연결부(620)와 이격되어 있을 수 있다. 즉, 탑 포일(610)들은 원주방향 일단만 제2연결부(620)에 연결되어 있고, 반경방향 내측과 외측 및 원주방향 타단은 제2연결부(620)와 연결되어 있지 않고 이격된 상태가 될 수 있다. 또한, 탑 포일(610)은 제2연결부(620)에 연결된 부분에서 원주방향으로 자유단 쪽으로 가면서 제2연결부(620)의 상면보다 상측으로 돌출되어 있는 형태로 탑 포일(610)이 형성될 수 있다.
그리고 범프 포일 플레이트(500)의 범프 포일(510)에 대응되는 위치에 탑 포일 플레이트(600)의 탑 포일(610)이 위치하도록 범프 포일 플레이트(500)에 탑 포일 플레이트(600)가 적층되어, 하나의 에어포일 스러스트 베어링으로 구성될 수 있다. 여기에서 반경방향으로 탑 포일(610)의 외경은 범프 포일(510)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 범프 포일(510)의 외경은 탑 포일(610)의 외경보다 작게 형성될 수 있다. 일례로 범프 포일(510)의 외경측은 일부 영역이 제거된 형태의 절개부(530)가 형성될 수 있다. 그리하여 반경방향으로 탑 포일(610)의 외경측이 범프 포일(510)의 외경측을 넘어서 연장되어 있는 형태가 될 수 있으며, 반경방향으로 범프 포일(510)의 절개부(530)의 바깥쪽 영역에 대응되는 탑 포일(610)의 외경측은 범프 포일(510)의 탄성 범프(511)에 의해 받쳐지지 않는 상태가 될 수 있다.
그리하여 본 발명의 제2실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링에서는 상기한 제1실시예와 마찬가지로 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽 영역에서의 회전되는 스러스트 러너와의 마찰이 줄어들어 탑 포일 표면에 코팅된 코팅층의 열화를 방지할 수 있으며, 그 결과 에어포일 스러스트 베어링의 내구성이 향상될 수 있다. 그리고 범프 포일에 의해 받쳐지는 영역에서 공기의 압력이 상대적으로 고르게 분산되므로, 에어포일 스러스트 베어링 하중지지력이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링은 상기한 제1실시예와 마찬가지로 반경방향으로 탑 포일(610)의 내경과 범프 포일(510)의 내경은 일치하게 형성될 수 있다. 그리고 범프 포일(510)과 탑 포일(610)의 사이에는 추가적으로 개재된 다른 포일이 없을 수 있다.
도 12는 도 11의 부분 확대도이다.
도시된 바와 같이 범프 포일(510)의 외경과 범프 포일(510)의 내경의 차의 1/2을 A라 하고, 탑 포일(610)의 외경과 범프 포일(510)의 외경의 차의 1/2을 B라 하면, B는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성될 수 있다. 또한, 범프 포일(510)의 원주방향 일단은 제1연결부(520)에 연결되고 타단은 자유단으로 형성되며, 탑 포일(610)의 원주방향 일단은 제2연결부(620)에 연결되고 타단은 자유단으로 형성되며, 원주방향으로 탑 포일(610)의 타단은 범프 포일(510)의 타단보다 길게 형성되되, 탑 포일(610)의 원주방향 타단과 범프 포일(510)의 원주방향 타단의 길이 차를 C라 하면, C는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성될 수 있다. 그리하여 본 발명의 제2실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링에서도 상기한 제1실시와와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 범프 포일(510) 및 탑 포일(610)은 각각 복수로 구성될 수 있으며, 복수의 범프 포일(510) 및 탑 포일(610)은 각각 원주방향을 따라 이격되어 배열될 수 있다. 범프 포일(510) 및 탑 포일(610)의 개수 및 서로 이격된 간격은 다양하게 형성될 수 있다.
또한, 범프 포일 플레이트(500)의 제1연결부(520)의 반경방향 외측 및 탑 포일 플레이트(600)의 제2연결부(620)의 반경방향 외측에는 각각 서로 대응되는 위치에 베어링 하우징과의 결합 및 위치 고정을 위한 결합부가 형성될 수 있다. 여기에서 결합부는 제1연결부(520)의 외경 및 제2연결부(620)의 외경에서 바깥쪽으로 연장 형성된 부분이 될 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어포일 스러스트 베어링에서 스러스트 러너의 회전 시 탑 포일과 스러스트 러너 사이로 유동되는 공기의 유선(스트림 라인)을 나타낸 개념도 및 공기의 압력 분포를 나타낸 개념도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에서는 에어포일 스러스트 베어링의 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽에서 원심력으로 인해 공기가 반경방향 바깥쪽 방향으로 유출됨에 따라 공기막의 압력이 낮아지기 때문에, 상대적으로 공기막의 압력이 높게 형성되는 부분과 범프 포일이 존재하는 영역이 일치하도록 범프 포일 및 탑 포일을 형성 및 배치함으로써, 반경방향으로 탑 포일의 최 외곽 영역에서의 마찰을 줄이고 공기의 압력이 상대적으로 고르게 분산되도록 하여 하중지지력을 향상시킬 수 있다.
도 15는 종래의 에어포일 스러스트 베어링을 반경방향에 대해 반경방향 바깥쪽으로 가면서 로터의 회전방향 쪽으로 경사지게 자른 단면을 나타낸 개념도이며, 도 16은 본 발명에 따른 에어포일 스러스트 베어링을 반경방향에 대해 반경방향 바깥쪽으로 가면서 로터의 회전방향 쪽으로 경사지게 자른 단면을 나타낸 개념도이다.
도 15와 같이 종래의 에어포일 스러스트 베어링은 베어링 하우징(30)에 장착된 상태에서 반경방향으로 범프 포일(10)과 탑 포일(20)의 외경측 끝단이 서로 일치하게 형성되어 있다. 여기에서 로터가 회전되면 탑 포일(20)의 외경측 끝단에서 바깥쪽으로 공기가 누설되면서 공기의 압력이 저하되기 때문에, 탑 포일(20)의 외경측 끝단을 눌러주는 힘이 줄어들어 탑 포일(20)의 외경측이 위쪽으로 약간 올라가는 형태가 된다. 이에 따라 회전되는 로터(스러스트 러너, 40)와 탑 포일(20) 간의 마찰이 증가하게 된다. 반면, 도 16과 같이 본 발명의 에어포일 스러스트 베어링은 베어링 하우징(700)에 장착된 상태에서 반경방향으로 범프 포일(510)보다 탑 포일(610)의 외경측 끝단이 바깥쪽으로 내밀어 있다. 여기에서 로터가 회전되면 탑 포일(610)의 외경측 끝단에서 바깥쪽으로 공기가 누설되면서 공기의 압력이 저하되는데, 탑 포일(610)의 외경측 아래쪽에는 범프 포일(510)이 없기 때문에, 탑 포일(610)의 외경측이 위쪽으로 상승하지 않고 수평인 상태로 유지될 수 있다. 이에 따라 탑 포일의 최 외곽 영역에서의 마찰이 줄어들고 공기의 압력이 상대적으로 고르게 분산되어 하중 지지능력이 향상될 수 있다.
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.
100 : 베이스 플레이트
200 : 범프 포일 210 : 탄성 범프
220 : 절개부 230 : 슬릿
300 : 탑 포일
500 : 범프 포일 플레이트 510 : 범프 포일
511 : 탄성 범프 520 : 제1연결부
530 : 절개부 540 : 슬릿
600 : 탑 포일 플레이트 610 : 탑 포일
620 : 제2연결부
700 : 베어링 하우징
800 : 로터(스러스트 러너)

Claims (16)

  1. 베이스 플레이트;
    탄성 범프들이 형성되어 있고, 상기 베이스 플레이트 상에 적층되어 결합된 범프 포일; 및
    상기 범프 포일에 대응되는 위치에 상기 범프 포일을 덮도록 적층되며, 상기 베이스 플레이트에 결합된 탑 포일; 을 포함하여 이루어지며,
    반경방향으로 상기 탑 포일의 외경이 범프 포일의 외경보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일의 외경측은 일부 영역이 제거된 형태의 절개부가 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    반경방향으로 상기 탑 포일의 내경과 범프 포일의 내경은 일치하게 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일과 탑 포일의 사이에 개재된 추가적인 포일이 없는 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일의 외경과 범프 포일의 내경의 차의 1/2을 A라 하고,
    상기 탑 포일의 외경과 범프 포일의 외경의 차의 1/2을 B라 하면,
    상기 B는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 2베어링.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 범프 포일 및 탑 포일은 각각 원주방향 일단이 베이스 플레이트에 고정되고 타단은 자유단으로 형성되며,
    원주방향으로 상기 탑 포일의 타단은 범프 포일의 타단보다 길게 형성되되, 상기 탑 포일의 타단과 범프 포일의 타단의 길이 차를 C라 하면, 상기 C는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일 및 탑 포일은 각각 복수로 구성되며,
    상기 복수의 범프 포일 및 탑 포일은 각각 원주방향을 따라 이격되어 배열된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 범프 포일은 두께방향으로 양면을 관통하는 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  9. 탄성 범프들이 형성된 범프 포일이 제1연결부와 한 몸으로 연결된 범프 포일 플레이트; 및
    탑 포일이 제2연결부와 한 몸으로 연결되고, 상기 범프 포일에 대응되는 위치에 상기 탑 포일이 배치되어 상기 범프 포일 플레이트에 적층된 탑 포일 플레이트; 를 포함하여 이루어지며,
    반경방향으로 상기 탑 포일의 외경이 범프 포일의 외경보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 범프 포일의 외경측은 일부 영역이 제거된 형태의 절개부가 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  11. 제9항에 있어서,
    반경방향으로 상기 탑 포일의 내경과 범프 포일의 내경은 일치하게 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 범프 포일과 탑 포일의 사이에 개재된 추가적인 포일이 없는 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 범프 포일의 외경과 범프 포일의 내경의 차의 1/2을 A라 하고,
    상기 탑 포일의 외경과 범프 포일의 외경의 차의 1/2을 B라 하면,
    상기 B는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 범프 포일의 원주방향 일단은 제1연결부에 연결되고 타단은 자유단으로 형성되며, 상기 탑 포일의 원주방향 일단은 제2연결부에 연결되고 타단은 자유단으로 형성되며,
    원주방향으로 상기 탑 포일의 타단은 범프 포일의 타단보다 길게 형성되되, 상기 탑 포일의 타단과 범프 포일의 타단의 길이 차를 C라 하면, 상기 C는 A의 0% 보다는 크고 A의 15% 이하 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 범프 포일 및 탑 포일은 각각 복수로 구성되며,
    상기 복수의 범프 포일 및 탑 포일은 각각 원주방향을 따라 이격되어 배열된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 범프 포일은 두께방향으로 양면을 관통하는 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 에어포일 스러스트 베어링.
KR1020210189455A 2021-12-28 2021-12-28 에어포일 스러스트 베어링 KR20230099977A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210189455A KR20230099977A (ko) 2021-12-28 2021-12-28 에어포일 스러스트 베어링
DE112022005328.3T DE112022005328T5 (de) 2021-12-28 2022-11-04 Luftfilmdrucklager
PCT/KR2022/017221 WO2023128224A1 (ko) 2021-12-28 2022-11-04 에어포일 스러스트 베어링
CN202280068493.5A CN118103608A (zh) 2021-12-28 2022-11-04 空气箔片推力轴承

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210189455A KR20230099977A (ko) 2021-12-28 2021-12-28 에어포일 스러스트 베어링

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230099977A true KR20230099977A (ko) 2023-07-05

Family

ID=86999362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210189455A KR20230099977A (ko) 2021-12-28 2021-12-28 에어포일 스러스트 베어링

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20230099977A (ko)
CN (1) CN118103608A (ko)
DE (1) DE112022005328T5 (ko)
WO (1) WO2023128224A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116989060B (zh) * 2023-09-27 2023-12-05 亿昇(天津)科技有限公司 一种推力轴承及轴系

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180024895A (ko) 2016-08-31 2018-03-08 한온시스템 주식회사 에어 포일 베어링의 제작 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100954066B1 (ko) * 2010-01-29 2010-04-20 최충기 에어 포일 스러스트 베어링
JP6582431B2 (ja) * 2015-02-10 2019-10-02 株式会社Ihi スラスト軸受
KR102530819B1 (ko) * 2015-11-26 2023-05-11 한온시스템 주식회사 에어 포일 베어링
KR102030621B1 (ko) * 2018-01-15 2019-11-18 주식회사 뉴로스 에어포일 스러스트 베어링 제조 방법
JP7192320B2 (ja) * 2018-09-04 2022-12-20 株式会社Ihi スラストフォイル軸受

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180024895A (ko) 2016-08-31 2018-03-08 한온시스템 주식회사 에어 포일 베어링의 제작 방법

Also Published As

Publication number Publication date
DE112022005328T5 (de) 2024-08-29
CN118103608A (zh) 2024-05-28
WO2023128224A1 (ko) 2023-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2740951B1 (en) Thrust foil bearing
US20070047858A1 (en) Foil journal bearing with bilinear stiffness spring
US4871267A (en) Foil thrust bearing
US6354741B1 (en) Foil thrust bearing
KR20000076381A (ko) 가스 역학 호일 베어링
CN115143183B (zh) 气箔推力轴承
US6224263B1 (en) Foil thrust bearing with varying circumferential and radial stiffness
EP4012207A1 (en) Air foil journal bearing
WO2020149200A1 (ja) スラストフォイル軸受
WO2020130124A1 (ja) スラストフォイル軸受
KR20230099977A (ko) 에어포일 스러스트 베어링
KR100590139B1 (ko) 포일 스러스트 베어링
CN113494528A (zh) 一种组合式气体止推箔片轴承装置
KR102590215B1 (ko) 에어 포일 스러스트 베어링
KR20210146158A (ko) 에어 포일 스러스트 베어링
JP2022549054A (ja) コンプライアントフォイルスラストベアリング
JP4615581B2 (ja) 流体軸受および流体軸受の製造方法
JP6979332B2 (ja) ティルティングパッド軸受
JP2020115021A (ja) スラストフォイル軸受装置
KR20230060437A (ko) 에어 포일 저널 베어링
KR102560402B1 (ko) 에어 포일 스러스트 베어링
KR20010063914A (ko) 포일 스러스트 베어링 구조
JPS626335Y2 (ko)
KR20220152716A (ko) 에어 포일 스러스트 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 공기 압축기
JPS6174910A (ja) 流体軸受構造