KR970001607B1 - 베어링 조립체 - Google Patents

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KR970001607B1
KR970001607B1 KR1019930018997A KR930018997A KR970001607B1 KR 970001607 B1 KR970001607 B1 KR 970001607B1 KR 1019930018997 A KR1019930018997 A KR 1019930018997A KR 930018997 A KR930018997 A KR 930018997A KR 970001607 B1 KR970001607 B1 KR 970001607B1
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로져 버드리스 알란
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아이티티 인더스트리스, 인코오포레이티드
버틸 티. 닐슨
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Abstract

내용 없음.

Description

베어링 조립체
제1도는 임펠러, 샤프트 및 본 발명에 따른 베어링 조립체를 구비한 자기 구동 펌프의 절반을 도시한 축방향단면도.
제2도는 제1도의 저널 부싱의 평면도.
제3도는 제2도의 3-3 부분의 횡 단면도.
제4도, 5도 및 6도는 제1도의 베어링 조립체에 사용되는 윤활재료 스트립의 평면도, 측입면도 및 단면도(endview).
제7도는 저널 부싱의 선택적 실시예의 평면도.
제8도는 별도의 슬리이브가 없고 그 대신 샤프트 자체가 독립된 슬리이브로서 기능하도록 경화되어 있는 제1도와 유사한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 베어링 조립체 12 : 샤프트
14 : 임펠러 16 : 샤프트 구동 장치
18 : 베어링 홀더 22 : 스러스트 칼라
24 : 슬라이브 26 : 저널 부싱
30 : 홈
본 발명은 샤프트를 저널에서 지지하는 베어링 조립체, 특히 베어링 조립체의 부품을 상대적으로 이동가능하게 만드는 윤활수단을 갖는 베어링 조립체와 관련된다.
베어링 조립체에서 긴 수명의 경질 재료로 이루어진 저널 및 스러스트 칼라로서, 고상 알파 소결 카바이드(solid alpha sintered carbide)저어널, 칼라 및 슬리브처럼 높은 침식성 환경에서 높은 베어링 에너지 하중 및 연마재의 취급이 요구되는 것과 동일 또는 동등한 경질 재료의 슬리브나 샤프트에 대하여 가동(run)하는 저널 및 스러스트 칼라는 극히 열악한 건조작동(dry running) 능력을 갖는다. 화학 분야 및 자기 구동 펌프에 일반적으로 사용되는 베어링 조립체는, 그들의 윤활재 고갈을 초래하는 업셋(upset) 기간에 때이른 급속한 베어링 고장이 발생할 수 있다. 또한 대부분의 자기 구동 펌프는, 베어링이 수용되는 전형적인 금속재 폐쇄용기내에서 발생되는 맴돌이 전류에 기인한 부가적인 열 때문에 건조작동 시기동안 베어링의 온도 상승 문제를 가중시킨다. 건조작동시, 베어링이 너무 빨리 파손되기 때문에 이를 방지하는 감시 장치 또는 장비도 베어링이 중대한 손상을 받기 전에 펌프를 정지시킬 만큼 충분히 신속하게 대응할 시간을 갖지 못하게 된다. 또한 고상알파 소결 실리콘 카바이드로 구성된 경질의 베어링은 효과적인 작동을 위해 저어널과 슬리이브 사이에 매우 작은 작동 틈새, 즉 슬리이브 직경 1인치(2.54cm)당 0.0015인치(0.00380cm)의 틈새를 필요로 한다. 따라서, 저널내에서 슬리이브의 운동은 베어링내에 표면 접촉하중이 발생될 때까지 극히 제한되게 된다. 따라서, 윤활수단에 의해 저널 또는 슬리이브에 대해 가해진 힘은 베어링에 과도한 하중을 부과하지 말아야 한다.
1989년 9월 26일 미합중국 특허 제4,869,603호로 루돌프멜트저등에게 허여된“프린팅 프레스의 실린더용 베어링 및 그 제조방법”이라는 제목의 발명은 베어링 윤활재로서 폴리테트라플루오로에틸렌을 사용하는 것을 개시하고 있다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 고상 알파 소결 실리콘 카바이드와 같은 베어링 재료에 비해 현저히 높은 열 팽창율을 갖는다는 점에서 그것을 사용하는 것이 매우 이로운 것이다. 베어링이 가열될때 상기 윤활재는 팽창하여 베어링 슬리이브 또는 스러스트 칼라상에 얇게 퍼져 피막을 형성하며, 그 결과 윤활재(폴리테트라플루오로에틸렌)는 그 피막 자체에 대해 윤활한다.
윤활재로서 폴리테트라플루오로에틸렌(상품명 테플론(teflon)으로 공지되어 있음)은 상기와 같이 결합되는 부품에 피막을 형성하여 그 피막 자체에 대하여 윤활하지만, 작동 틈새가 작아야 하는 베어링 조립체내에서는 테플론 팽창이 베어링 조립체에 하중을 부과하게 된다. 상기 4,869,603호의 특허에 기재된 방식과 같이, 테플론이 상대적으로 이동가능한 베어링 부품내에서 독립적인 길이를 갖고 이격 배치되어 제공된다 하더라도, 작은 틈새를 갖는 베어링 조립체에 과도한 하중을 부과하게 된다. 스트립의 열팽창은 필시 그들중 어느 하나가 다른것의 팽창에 의해서 변형될 수밖에 없게 한다. 또한, 베어링이 둘레 방향에서 다양한 온도를 갖는 환경에 놓이게 되므로, 베어링에 대한 과도한 하중을 반감시키도록 하나의 스트립을 다른 스트립보다 적게 팽창시키는 식으로 테플론의 길이 또는 스트립을 조정할 수는 없다. 또한, 윤활을 위하여 매끈하고, 경질인 연마된 베어링 표면상에서 얇게 퍼져 있는 테플론 피막은 시간에 따라 마모되고, 따라서 베어링이 건조작동시 각각의 가열 기간중에 또다시 적용되어야 한다. 이는 테플론 피막이 다시 제공될 때까지 베어링 표면을 마손시키는 영양을 미치게 된다.
따라서, 필한 것은 상기 문제점을 갖지 않는 베어링 조립체의 윤활수단으로서 작은 작동 틈새를 가지며 경질재료로 제조되는 베어링 조립체에 효과적으로 사용될 수 있는 윤활 수단이다.
본 발명의 목적은 베어링 조립체에 있어서 탁월한 윤활재에 대한 전술한 필요 요건을 만족시키는 것이다.
특히 본 발명의 목적은 경질의 샤프트 또는 내부에 그 샤프트를 지지하기위한 슬리이브; 상기 경질의 샤프트 또는 슬리이브를 동심으로 포위하는 저널 부싱 및: 상기 샤프트와 부싱의 사이 또는 상기 슬리이브와 상기 부싱 사이에 배치되는 열-팽창 윤활 수단을 구비하는 베어링 조립체로서, 상기 윤활수단이 상기 베어링 조립체의 둘레 방향의 여러 가지 다른 온도 상태에 반응하여 그것에 대응적으로 상기 윤활수단을 다양하게 달리 팽창시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 베어링 조립체를 제공하는 것이다.
제1도에 도시된 바와 같이, 새로운 베어링 조립체(10)는 임펠러(14)가 부착된 자기 구동 펌프의 샤프트(12)를 지지하며, 그 샤프트(12)의 내측(우측)단부에는 샤프트 구동 장치(16)가 배치되어 있다. 베어링 조립체(10)는 환대(20, 環帶)내에 고정된 베어링 홀더(18), 및 베어링 홀더내에 수용된 스러스트 칼라(22)를 구비한다. 베어링 슬리이브(24)는 샤프트(12)를 포위하여 그 내부에 샤프트를 지지하고 있고, 베어링 슬리이브(24)와 동심으로 배치되는 베어링 저널 부싱(26)이 베어링 슬리이브(24)를 에워싸고 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌(즉, 테플론)으로 이루어지는 복수의 “L”자형 스트립(28)(하나만이 도시됨)이 저널 부싱(26)과 슬리이브(24) 사이 및 저널 부싱(26)과 스러스트 칼라(22) 사이에 위치된다. 스트립(28)의 축방향 길이부는 저널 부싱(26)과 슬리이브(24) 사이에 배치되며, 스트립(28)의 반경방향 돌출부(limb)는 저널 부싱(26)과 칼라(22) 사이에 배치된다.
제2도 및 3도는 베어링 저널 부싱(26) 및 스트립(28)이 내장되는 세개의 축방향 및 반경방향으로 형성된 홈(30)을 도시한다. 홈(30)중의 하나는, 제2도 및 3도의 상부에서와 같이, 스트립(28)을 내부의 적절한 위치에 구비하고 있다. 제4도, 5도 및 6도에 도시된 테플론 스트립(28)은 축방향 길이부(32) 및 반경방향 돌출부(34)를 구비한다.
테플론의 열 팽창률은 저널 부싱(26), 슬리이브(24) 및 스러스트 칼라(22)의 열 팽창률 보다 훨씬 높으며, 상기 저널 부싱, 슬라이브 및 칼라는 고상 알파 소결 실리콘 카바이드로 형성된다. 따라서, 베어링 조립체(10)가 가열되면, 테플론 스트립(28)이 홈(30)으로부터 팽창되며 슬리이브(24) 및 스러스트 칼라(22)상에서 얇게 퍼져서피막을 형성하게 된다. 이와 같이하여 전이된 테플론 코팅의 일부분은 당연이 그 피막이 형성된 곳에서부터 저널 부싱(26)의 내측 구멍상으로 복귀하여 스트립(28)에 대하여 작용한다. 결과적으로, 이러한 구조는 테플론이 테플론 피막과 맞닿은 상태로 작용하게 된다는 점에서 자동 급유식인 것이다.
상기 내용은 특허 제4,869,603호에 개시된 장치와 크게 다른 것이 없다. 그러나, 본 발명은 종래기술에서 예측되거나, 암시되지 않았던 신규한 개량을 제안한다. 본 발명에 따르면, 상기 스트립(28)은 섬유상으로 다공성인 테플론으로 형성되어 있다. 일반적으로, 베어링 조립체(10)과 같은 베어링 조립체는 그것의 원주를 따라 다양하게 다른 온도 상태를 나타낸다. 그러한 상황에서, 저널 부싱(26)을 따라 고상 테플론 스트립을 배열하는 경우, 그들 각각이 팽창하여 베어링 조립체에 가한다. 그러나, 다공성의 스트립(28)을 새로히 체택함으로써, 상기 스트립은 홈(30)에서 밖으로 팽창하지만, 그것의 내부에 있는 공극에 의해 압축되게 된다. 이들 공극은 스트립(28)의 붕괴를 조절하기 때문에 저널 부싱(26)을 따라 배열된 스트립(28)들은 베어링 조립체(10)에 과도한 하중을 부과하지 않게 된다. 따라서, 베어링 조립체(10)가 그 원주를 따라 다양하게 다른 온도 상태에 놓였을 때, 스트립(28)의 배열은 결과적으로 그러한 온도 상태에 대응하여 그 스트립(28)에 다른 팽창을 발생시킨다.
제2도 및 3도에 도시된 바와 같이, 저널 부싱(26)은 세개의 홈(30)을 구비하며, 상기 홈은 저널 부싱의 중심둘레에 등간격으로 이격 배치된다. 이 배열에 의해, 윤활하는 테플론의 스트립(28)은 저널 부싱(26)에 관해 대체로 균형을 이루게 된다. 슬리이브(24)와 접촉되기 위해 다공성 스트립(28)이 팽창될 때, 대향하고 있는 스트립들(28)에 의해서 뿐만 아니라, 스트립내에 있는 공극의 부분적인 붕괴 의해, 과도한 팽창은 중화된다(neutralized). 스트립(28)의 하나 또는 두개가 제3의 스트립 보다 더 팽창된다 하더라도 문제될 것이 없는데, 그 이유는 다공성 테플론의 압축성 또는 붕괴 능력이 조립체(10)에 대한 과도한 하중이 가해지지 않도록 보증하기 때문이다.
제7도는 스트립(28)을 내장시키기 위해 두개의 홈(30)을 갖는 저널 부싱(26a)의 선택적 실시예를 도시한다. 이들 홈들은 저널 부싱(26a)의 중심 반대 양면상에 형성되기 때문에, 윤활하는 테플론 스트립(28)은 서로에 대해 거의 균형을 이루며, 따라서 전술한 장점들은 본 실시 예에서도 얻어지게 된다.
이미 설명한 바와 같이, 베어링 저널 부싱(26), 베어링 슬리이브(24) 및 스러스트 칼라(22)들은 고상 알파 소결 실리콘 카바이드로 형성되어 있다. 선택적 실시예에서는, 본 발명은 베어링 저널 부싱(26), 베어링 슬리이브(24) 및 스러스트 칼라(22)의 재료로서 고상 알파 소결 실리콘 카바이드에 대신하여, 제어된 공극률을 갖는 다공성의 알파 소결 실리콘 카바이드(상표명 Hexaloy SP-D로서 뉴욕, 나이아가라 폴스에 소재한 Carborundum 회사에서 구입 가능)를 사용하는 것을 의도하고 있다. 상기 제품은 그것의 표면상에서 얇게 퍼진 테프론 피막의 일부를 포착(捕捉)하여 확보하도록 배열된 공극들을 표면내에 가지고 있고, 따라서 상기 테플론이 쉽게 제거되는 것을 방지한다. 이는 베어링 조립체(10)의 연속적인 건조 작동을 향상시키는데, 그 이유는 최초의 건조 윤전과정 후, 제어된 공극률을 갖는 다공성의 알파 소결 실리콘 카바이드내의 공극에 의해 포착된 약간의 테플론이 표면을 보호하기 때문이다. 따라서, 그후의 건조 작동시에는 무윤활(無潤滑)기간이 발생함이 없이, 테프론 스트립(28)은 다시한번 홈밖으로 팽창하여 윤활을 제공하기 위해 관련 표면상에서 또다시 얇게 퍼진 피막을 형성하게 된다.
제8도는 자기 구동 펌프의 일 부분을 축방향으로 도시한 도면으로서, 이 실시예는 펌프에 독립된 슬리이브가 없는 것을 제외하고는 제1도의 것과 유사하다. 그러나, 제1도의 부품과 유사한 또는 동일 또는 유사한 부품에는 동일 또는 유사한 도면 번호가 기재된다. 제8도의 실시예에서, 베어링 조립체(10a)는 독립된 슬리이브(24)를 갖지 않는 대신 샤프트(12a)의 부분(24a)에 맞닿는 저널부싱(26)을 가지고 있다. 부분(24a)은 그것이 베어링 조립체(10a)의 슬리이브로서 기능하도록 통상은 적절히 경화되는바, 즉, 카바이드, 또는 다른 경질의 재료가 피복된다.
본 발명에 의하면, 펌프또는 그와 유사한 것의 베어링 조립체(10, 또는 10a)를 위한 건조작동 능력을 제공하고, 그것에 의해 건조작동 상태에 대하여 반작용함과 동시에 베어링 손상이 발생하기 전에 펌프를 안전하게 정지시키도록 장치를 감시하기 위한 충분한 시간을 벌 수 있다. 본 발명은 또한 최종 단계의 물품이, 제한된 시간동안 정지되거나 베어링 조립체가 파손됨이 없이 건조작동 능력을 가질수 있도록 한다. 본 발명은 작은 일체의 베어링 저널 부싱, 슬리이브 또는 스러스트 베어링 재료를 위해, 이들 요소의 열팽창율이 다공성 테프론 스트립(28)의 그것보다 작은 경우에도 건조작동 능력을 제공하는 방법을 제시한다.
이상, 본 발명을 그것의 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 이는 본 발명의 일 실시예로서만 기재된 것으로서 본 발명의 목적 및 첨부된 청구범위의 내용을 상기 내용에 한정시키는 것은 아니다.

Claims (10)

  1. 내부에 샤프트를 지지하기위한 슬리이브, 상기 슬리이브를 그것과 동심으로 에워싸고 있는 저널 부싱, 및 상기 슬리이브와 상기 저널 부싱 사이에 배치된 열-팽창 윤활수단을 구비하는 베어링 조립체로서, 상기 윤활수단이, 상기 베어링 조립체의 둘레 방향의 다양하게 다른 온도 상태에 반응하고 그 온도 상태에 대응하여 상호 다르게 팽창되는 다수의 윤활재료로 된 스트립으로 구성되며, 상기 스트립중의 적어도 하나는 상기 슬리이브와 저널 부싱 사이에 배치되어 열팽창됨으로써 상기 다수의 스트립들중의 다른 스트립에 의해 상기 슬리이브와 저널 부싱 사이에 가해지는 열 팽창력을 중화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 베어링조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 윤활재료가 불활성인 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 윤활재료가 섬유상의 다공성인 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 윤활재료가 섬유상의 다공성 폴리테트라플루오르에틸렌인 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 슬리이브 및 저널 부싱이 종방향 축을 가지며, 상기 다수의 스트립이 상기 축을 중심으로 반대방향 양측에 축방향으로 배치되는 두 개의 스트립으로 구성되는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 슬리이브 및 저널 부싱이 종방향축을 가지며, 상기 다수의 스트립이 상기 축을 중심으로 둘레에 등간격으로 이격되어 축방향으로 배치되는 세개의 스트립으로 구성되는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 슬리이브 및 저널 부싱이 종방향 축을 가지며, 상기 저널 부싱의 하나의 축방향 단부와 마주하도록 배치된 칼라를 추가로 구비하고, 상기 다수의 스트립들은 상기 칼라와 상기 저널 부싱 사이에 배치되는 돌출부를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  8. 제5항에 있어서, 상기 저널 부싱이, 상기 축을 중심으로 반대방향 양측에 상기 두개의 스트립들이 안착되는 한 쌍의 축방향으로 형성된 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  9. 제7항에 있어서, 상기 저널 부싱이, 상기 축을 중심으로 반대방향 양측에 상기 하나의 스트립 및 다른 스트립들이 안착되게 되는 한 쌍의 축방향 및 반경방향으로 형성된 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  10. 제6항에 있어서, 상기 저널 부싱의 하나의 축방향 단부와 마주하도록 배치되는 칼라를 추가로 구비하며, 상기 다수의 스트립들은 상기 칼라와 상기 저널 부싱 사이에 배치되는 돌출부를 각각 구비하고, 상기 저널 부싱은 상기 축을 중심으로 둘레에 등간격으로 이격 배치되어 상기 세개의 스트립이 안착되는 세개의 축방향 및 반경방향으로 형성된 홈들을 구비하는 것을 특징으로하는 베어링 조립체.
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