WO2017043880A1 - 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링 - Google Patents

하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링 Download PDF

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WO2017043880A1
WO2017043880A1 PCT/KR2016/010081 KR2016010081W WO2017043880A1 WO 2017043880 A1 WO2017043880 A1 WO 2017043880A1 KR 2016010081 W KR2016010081 W KR 2016010081W WO 2017043880 A1 WO2017043880 A1 WO 2017043880A1
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WO
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foil
bearing housing
rotor
bearing
damping sheet
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Application number
PCT/KR2016/010081
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English (en)
French (fr)
Inventor
임재만
이홍영
Original Assignee
주식회사 뉴로스
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    • 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
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial 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
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02—Sliding-contact bearings

Definitions

  • the present invention relates to an air foil journal bearing having an improved housing structure.
  • the present invention relates to an air foil journal bearing having a bump foil and a top foil inside a bearing housing, wherein the structure of the bearing housing is improved by improving the structure of the bearing housing.
  • An air foil journal bearing having an improved housing structure that can be rotated in a state where the center of rotation of the rotor is coincident with the center.
  • a bearing is a mechanical element that allows the shaft to rotate while holding the rotating shaft in a fixed position while supporting the weight of the shaft and the load on the shaft.
  • the air foil bearing of the bearing is a bearing that supports a load by introducing pressure, in which air, which is a viscous fluid, flows between the foil contacting the rotor or the bearing disk according to the high speed rotation of the rotor (or the rotating shaft).
  • air foil journal bearings among air foil bearings are bearings configured to support radial loads of the rotor in a direction perpendicular to the rotor.
  • the general air foil journal bearing is a bump foil 20 is installed along the circumferential inner surface 12 of the hollow 11 of the bearing housing 10, as shown in Figure 1, the top foil (inside the bump foil 20) 30 is configured to be disposed, and the rotor 40 is disposed inside the top foil 30 so that the rotor 40 is spaced apart from the inner circumferential surface of the top foil 30 and the outer circumferential surface of the rotor 40. It is configured to be able to rotate.
  • the bump foil 20 and the top foil 30 are formed with bent portions in which circumferential ends are bent radially outwards, and the bent portions 21 and 31 are slots 13 formed in the bearing housing 10. The bump foil 20 and the top foil 30 are fixed to the bearing housing 10 without being rotated or pushed in the circumferential direction.
  • the rotor 40 when the rotor 40 is rotated, pressure is formed as shown by the air present between the top foil 30 and the rotor 40 so that the rotor 40 rotates while being spaced apart from the top foil 30. Done. That is, when the rotor 40 is stopped, the lower side of the rotor 40 is supported on the top foil 30 by the weight of the rotor 40, and when the rotor 40 is rotated, the rotor ( 40 rotates in a floating state in the top foil 30. At this time, the rotation center of the rotor 40 does not coincide with the center of the bearing housing 10, and the rotation center of the rotor 40 is eccentrically biased to one side from the rotation center of the bearing housing 10. Will rotate. More specifically, the center of rotation of the rotor 40 is located below the center of the bearing housing 10, and when the rotor 40 rotates counterclockwise, the center of rotation is formed to the right.
  • the rotor 40 As the rotor 40 is rotated in such a manner that the center of rotation of the rotor 40 does not coincide with the center of the bearing housing 10 and is eccentric, it is coupled to one side of the rotor 40 when used in an air compressor. There is a problem that the rotational accuracy of the rotating impeller is lowered, which may lower the efficiency or performance of the air compressor.
  • Patent Document [Patent Document] KR 10-1068542 B1 (2011.09.22.)
  • the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention in the air foil journal bearing is provided with a bump foil and a top foil inside the bearing housing, by improving the structure of the bearing housing of the rotor It is an object of the present invention to provide an air foil journal bearing having an improved housing structure that allows the rotation center of the rotor to be aligned with the center of the bearing housing during rotation.
  • An air foil journal bearing having an improved housing structure according to the present invention for achieving the above object includes a bearing housing in which a hollow in which a rotor is disposed is formed, and both sides in a width direction thereof are opened; A bump foil provided inside the bearing housing and formed along a circumferential direction, and having one side coupled to and fixed to the bearing housing; And a top foil provided inside the bump foil and formed along the circumferential direction, and having one side fixed to the bearing housing. It is made, including, the hollow of the bearing housing is characterized in that it is formed in a longitudinally long oval.
  • the air foil journal bearing of which the housing structure of the present invention is improved may include: a bearing housing in which a hollow in which the rotor is disposed is formed, and both sides in the width direction thereof are opened; A bump foil provided inside the bearing housing and formed along a circumferential direction, and having one side coupled to and fixed to the bearing housing; And a top foil provided inside the bump foil and formed along the circumferential direction, and having one side fixed to the bearing housing.
  • the hollow of the bearing housing is characterized in that the upper side is formed in a circular shape and the lower side is formed in a longitudinal long oval.
  • the top foil includes a first top foil and a second top foil disposed inside the first top foil, and is provided between the first top foil and the second top foil and is formed along the circumferential direction.
  • One side is characterized in that it further comprises a damping sheet fixed to the bearing housing.
  • the damping sheet may include a first damping sheet and a second damping sheet, and the first damping sheet and the second damping sheet may be arranged such that lower ends thereof are spaced apart from each other in a circumferential direction.
  • the bump foil includes a plurality of elastic bumps protruding inwardly, but the elastic bump is not formed at a position corresponding to a portion where the first damping sheet and the second damping sheet are spaced apart from each other. It is done.
  • the air foil journal bearing of which the housing structure of the present invention is improved can be rotated in a state where the rotation center of the rotor is coincident with the center of the bearing housing when the rotor is rotated by improving the structure of the bearing housing.
  • the rotation precision of the impeller coupled to one side of the rotor and rotated together may be improved, thereby improving efficiency and performance of the air compressor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pressure distribution of air during rotation of a conventional air foil journal bearing and a rotor.
  • Figure 2 is a graph showing the distance (h) between the top foil and the rotor and the air pressure distribution (p) according to the position (angle) of the bearing housing during rotation of the rotor in FIG.
  • FIG 3 and 4 are cross-sectional views showing an air foil journal bearing with improved housing structure according to the first and second embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing an air foil journal bearing having an improved housing structure according to the present invention.
  • Figure 6 is an air foil journal bearing with improved housing structure according to the present invention, the distance (h) between the top foil and the rotor according to the position (angle) of the bearing housing during rotation of the rotor and the pressure of air acting on the rotor Graph showing distribution (p).
  • top foil according to the present invention consists of two sheets with a damping sheet interposed therebetween.
  • FIG. 9 is a partially enlarged view illustrating an embodiment in which the top foil is deformed by the pressure of air during rotation of the rotor in FIG. 7;
  • FIG. 3 and 4 are cross-sectional views showing an air foil journal bearing with improved housing structure according to the first and second embodiments of the present invention
  • FIG. 5 is an air foil journal bearing with improved housing structure according to the present invention
  • 6 is an exploded perspective view illustrating an air foil journal bearing having an improved housing structure according to the present invention, wherein the distance between the top foil and the rotor (h) and the rotor according to the position (angle) of the bearing housing during rotation of the rotor is shown. It is a graph showing the pressure distribution (p) of air acting on.
  • the air foil journal bearing 1000 having an improved housing structure includes a bearing housing in which a hollow 120 in which a rotor is disposed is formed, and both sides in the width direction thereof are opened. 100); A bump foil (200) provided inside the bearing housing (100) and formed along a circumferential direction, the one side of which is fixed to the bearing housing (100); And a top foil 300 provided inside the bump foil 200 and formed along the circumferential direction, and having one side fixed to the bearing housing 100. It is made to include, the hollow 120 of the bearing housing 100 may be formed in a long vertical oval.
  • the air foil journal bearing 1000 having an improved housing structure may include a bearing housing 100, a bump foil 200, and a top foil 300.
  • the bump foil 200 and the top foil 300 may be disposed in a hollow shape of the bearing housing 100, and the top foil 300 may be disposed inside the bump foil 200.
  • the rotor 400 may be inserted into the top foil 300 so as to pass therethrough. In this case, the rotor 400 may be disposed inside the top foil 300 of the rotating shaft portion.
  • the bump foil 200 is in close contact with the inner circumferential surface of the hollow 110 of the bearing housing 100 and disposed along the circumferential direction, and the bump foil 200 is formed in a thin plate shape and protrudes convexly inward.
  • Elastic bumps 201 may be formed.
  • the top foil 300 may be formed of a thin plate and may be in close contact with the elastic bumps 201.
  • a slot 120 may be formed in the bearing housing 100, and the slot 120 may be formed to communicate with the hollow 110, but may be formed in the width direction of the bearing housing 100.
  • the bump foil 200 may be formed such that the bent portion 210 having the circumferential end bent radially outward is formed so that the bent portion 210 may be inserted into the slot 120.
  • the top foil 300 may also be formed such that the bent portion 310 having the circumferential end bent radially outward is formed so that the bent portion 310 may be inserted into the slot 120 and disposed.
  • the bent portion 210 of the bump foil 200 and the bent portion 310 of the top foil 300 are inserted into and coupled to the slot 120 of the bearing housing 100, thereby forming the bump foil 200 and the top foil 300.
  • the bump foil 200 and the top foil 300 may be coupled and fixed by welding to the bearing housing 100, or may be coupled and fixed in various ways.
  • the hollow of the bearing housing 100 may be formed in a vertically long oval as shown in FIG. That is, the hollow 120 of the bearing housing 100 may be formed in an elliptical shape rather than a circular shape, and may be formed in a vertically long oval shape in which a long axis of the ellipse is disposed in the vertical direction. Accordingly, the short axis may be disposed in the horizontal direction of the elliptical hollow 120 and the long axis may be disposed in the vertical direction.
  • FIG. A pressure distribution p such as 6 is formed and the distance h between the rotor and the top foil is also shown as shown. That is, the structure of the bearing housing 100 may be changed so that the center RC of the rotor 400 coincides with the center HC of the bearing housing 100. However, the center RC of the bearing 400 in the horizontal direction coincides with the center HC of the bearing housing 100 so that the center HC and the rotor of the bearing housing 100 on the vertical center line LV.
  • the air foil journal bearing of which the housing structure of the present invention is improved can be rotated in a state in which the rotation center of the rotor is coincident with the center of the bearing housing when the rotor is rotated by improving the structure of the bearing housing.
  • the efficiency and performance of the air compressor can be improved by improving the rotational accuracy of the impeller that is coupled to one side of the rotor and rotates together.
  • the air foil journal bearing 1000 having an improved housing structure includes a bearing housing 100 in which a hollow 120 in which a rotor is disposed is formed, and both sides in a width direction thereof are opened; A bump foil (200) provided inside the bearing housing (100) and formed along a circumferential direction, the one side of which is fixed to the bearing housing (100); And a top foil 300 provided inside the bump foil 200 and formed along the circumferential direction, and having one side fixed to the bearing housing 100.
  • the hollow 120 of the bearing housing 100 may be formed in an elliptical shape of the upper side is formed in a circular shape and the lower side is vertically long.
  • the hollow 120 of the bearing housing 100 is formed differently. That is, as an example, as shown in FIG. 5, the hollow 120 may be formed in a circular shape on the upper side of the bearing housing 100 in a circular shape, and the lower side thereof may be formed in a vertically long oval shape.
  • the pressure distribution p as shown in FIG. 6 is formed, and the distance h between the rotor and the top foil is also shown as shown, so that the center RC of the rotor 400 is formed in the bearing housing 100. It can be made to match the center (HC). In this case, too, the center RC of the rotor 400 in the horizontal direction may coincide with the center HC of the bearing housing 100, but the bearing housing 100 having a vertically long oval hollow 120 is provided. Due to its structural characteristics and its own weight acting on the rotor 400, there may be a height difference between the center RC of the rotor 400 and the center HC of the bearing housing 100 in the vertical direction.
  • the long axis of the oval may be disposed in the vertical direction in the first and second embodiments, the long axis is slightly rotated clockwise or counterclockwise based on the vertical lower direction of the bearing housing 100. It may be formed as.
  • the top foil 300 includes a first top foil 300a and a second top foil 300b disposed inside the first top foil 300a. It is provided between the second top foil (300b) is formed along the circumferential direction, one side may be made by further comprising a damping sheet 500 is fixed to the bearing housing 100 is fixed.
  • the top foil 300 may be formed in two sheets, and the damping sheet 500 may be interposed therebetween, and the first foil may be arranged in order from the outer side to the inner side in the radial direction.
  • the foil 300a, the damping sheet 500, and the second top foil 300b may be stacked in a stacked form.
  • the damping sheet 500 may absorb the shock generated during the initial rotation and stop of the rotor 400 and the vibration generated during the rotation of the rotor 400 between the two top foils.
  • the damping sheet 500 includes a first damping sheet 500a and a second damping sheet 500b, and the first damping sheet 500a and the second damping sheet 500b have circumferential lower ends. It may be arranged to be spaced apart in the direction.
  • the damping sheet 500 may be formed in two forms without being continuously formed along the circumferential direction.
  • the damping sheet 500 may be divided into two and formed as a first damping sheet 500a and a second damping sheet 500b.
  • Lower ends of the damping sheet may be arranged to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • the lower vertical portion at the center of the bearing housing 100 may be formed without a damping sheet.
  • each damping sheet is bent to form a bent portion (510a, 510b) is bent in the radially outward upper end is coupled so that the bent portion (510a, 510b) is inserted into the slot 120 of the bearing housing 100 Can be fixed.
  • the shape of the second tower foil 300b (inner space) is changed while the second tower foil 300b is deformed radially outward by the air pressure.
  • the pressure distribution acting on the rotor 400 changes so that the center of the rotor 400 coincides more accurately with the center of the bearing housing 100 when the rotor 400 rotates.
  • the bump foil 200 may include a plurality of elastic bumps 201 protruded inwardly, and the first damping sheet 500a and the second damping sheet 500b may be spaced apart from each other.
  • the elastic bump 201 may not be formed at the corresponding position.
  • the bump foil 200 has a curved portion along the inner circumferential surface of the bearing housing 100 without the elastic bump 201 at a position corresponding to a portion where the first damping sheet 500a and the second damping sheet 500b are spaced apart from each other.
  • the first top foil 300a and the second top foil 300b are easily formed to be concave downward by the pressure of the air when the rotor 400 is rotated.
  • the center of the rotor 400 may be more precisely aligned with the center of the bearing housing 100 when the rotor 400 rotates.
  • the elastic bumps 201 may be formed in a form in which there is no single or a plurality in a continuous manner.
  • the second tower foil 300b may be deformed radially outward by being pressed by air, and although not shown, the second tower foil 300b may be deformed.
  • the first top foil 300a may also be deformed to be deformed or adhered toward the curved portion 220 without the elastic bump 201.
  • the bump foil 200, the top foil 300, and the damping sheet 500 may be formed in a flattened form to be inserted into the bearing housing 100 and assembled in a dried state.
  • the bump foil 200, the first top foil 300a, and the second top foil 300b may be formed in a form in which two or more sheets overlap each other.
  • the bump foils 200 and the top foils 300 may be arranged in the same direction as each other based on the bent portions 210 and 310, and the bearing housings 100 may be arranged in opposite directions to each other as illustrated. It may be provided in).
  • the bump foil 200 may have a curved portion 220 without the elastic bump 201 near 180 ° of the bearing housing, which is the lower center portion. have.

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Abstract

본 발명은 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링에 관한 것으로서, 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 폭방향 양측이 개방되게 형성되는 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 범프 포일; 및 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 탑 포일; 을 포함하여 이루어지며, 상기 베어링 하우징의 내주면은 세로로 긴 타원형으로 형성되거나, 상기 베어링 하우징의 내주면은 상측이 원형으로 형성되고 하측이 세로로 긴 타원형으로 형성되어, 로터의 회전 시 베어링 하우징의 중심에 로터의 회전 중심이 일치된 상태로 회전되도록 할 수 있는 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링에 관한 것이다.

Description

하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링
본 발명은 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링에 관한 것으로서, 베어링 하우징의 내부에 범프 포일 및 탑 포일이 구비되는 에어 포일 저널 베어링에 있어서, 베어링 하우징의 구조를 개선함으로써 로터의 회전 시 베어링 하우징의 중심에 로터의 회전 중심이 일치된 상태로 회전되도록 할 수 있는 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링에 관한 것이다.
베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키며 동시에 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축이 회전될 수 있도록 하는 기계요소이다.
그리고 베어링 중 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. 또한, 에어 포일 베어링 중 에어 포일 저널 베어링은 로터에 수직인 방향인 로터의 반경방향 하중을 지지하도록 구성되는 베어링이다.
이때, 일반적인 에어 포일 저널 베어링은 도 1과 같이 베어링 하우징(10)의 중공(11)의 원주내면(12)을 따라 범프 포일(20)이 설치되며, 범프 포일(20)의 내측에 탑 포일(30)이 배치되도록 구성되며, 탑 포일(30)의 내측에 로터(40, 또는 회전축)가 배치되어 탑 포일(30)의 내주면과 로터(40)의 외주면이 이격된 상태로 로터(40)가 회전될 수 있도록 구성된다. 여기에서 범프 포일(20) 및 탑 포일(30)은 원주방향의 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 형태의 절곡부가 형성되며 절곡부(21,31)는 베어링 하우징(10)에 형성된 슬롯(13)에 삽입되도록 결합되어, 범프 포일(20) 및 탑 포일(30)이 원주방향으로 회전되거나 밀려나지 않고 베어링 하우징(10)에 고정되도록 하고 있다.
여기에서 로터(40)가 회전되면 탑 포일(30)과 로터(40) 사이에 존재하는 공기에 의해 도시된 바와 같이 압력이 형성되어 로터(40)가 탑 포일(30)에서 이격된 상태로 회전하게 된다. 즉, 로터(40)가 정지되어 있을 때에는 로터(40)의 자중에 의해 탑 포일(30)에 로터(40)의 하측이 지지된 형태로 배치되어 있다가, 로터(40)가 회전되면 로터(40)가 탑 포일(30)에서 떠있는 상태로 회전한다. 이때, 로터(40)의 회전중심은 베어링 하우징(10)의 중심과 일치하지 않으며, 로터(40)의 회전중심은 베어링 하우징(10)의 회전중심에서 일측으로 치우쳐 편심된 형태로 로터(40)가 회전하게 된다. 보다 상세하게는 로터(40)의 회전중심은 베어링 하우징(10)의 중심보다 아래쪽에 위치하며, 로터(40)가 반시계방향으로 회전하는 경우 우측으로 치우쳐 회전중심이 형성된다.
이와 같이 로터(40)의 회전중심이 베어링 하우징(10)의 중심에 일치되지 않고 편심된 상태로 로터(40)가 회전됨에 따라, 공기 압축기에 사용되는 경우 로터(40)의 일측에 결합되어 함께 회전되는 임펠러의 회전 정밀도가 저하되어 공기 압축기의 효율이나 성능을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
[선행기술문헌] [특허문헌] KR 10-1068542 B1 (2011.09.22.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 베어링 하우징의 내부에 범프 포일 및 탑 포일이 구비되는 에어 포일 저널 베어링에 있어서, 베어링 하우징의 구조를 개선함으로써 로터의 회전 시 베어링 하우징의 중심에 로터의 회전 중심이 일치된 상태로 회전되도록 할 수 있는 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링은, 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 폭방향 양측이 개방되게 형성되는 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 범프 포일; 및 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 탑 포일; 을 포함하여 이루어지며, 상기 베어링 하우징의 중공은 세로로 긴 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링은, 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 폭방향 양측이 개방되게 형성되는 베어링 하우징; 상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 범프 포일; 및 상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 탑 포일; 을 포함하여 이루어지며, 상기 베어링 하우징의 중공은 상측이 원형으로 형성되고 하측이 세로로 긴 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탑 포일은 제1탑 포일 및 상기 제1탑 포일의 내측에 배치되는 제2탑 포일을 포함하며, 상기 제1탑 포일과 제2탑 포일 사이에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 댐핑 시트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 댐핑 시트는 제1댐핑 시트 및 제2댐핑 시트를 포함하며, 상기 제1댐핑 시트 및 제2댐핑 시트는 하측 단부가 서로 원주방향으로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 범프 포일은 내측으로 볼록하게 돌출 형성된 다수개의 탄성 범프들을 포함하여 이루어지되, 상기 제1댐핑 시트 및 제2댐핑 시트가 서로 이격된 부분에 대응되는 위치에는 탄성 범프가 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링은, 베어링 하우징의 구조를 개선함으로써 로터의 회전 시 베어링 하우징의 중심에 로터의 회전 중심이 일치된 상태로 회전되도록 할 수 있어, 공기 압축기에 사용되는 경우 로터의 일측에 결합되어 함께 회전되는 임펠러의 회전 정밀도가 향상되어 공기 압축기의 효율 및 성능이 향상될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 에어 포일 저널 베어링 및 로터의 회전 시 공기의 압력 분포를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에서 로터의 회전 시 베어링 하우징의 위치(각도)에 따른 탑 포일과 로터와의 간격(h) 및 공기의 압력 분포(p)를 나타낸 그래프.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예, 제2실시예에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 분해사시도.
도 6은 본 발명에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링에 있어서, 로터의 회전 시 베어링 하우징의 위치(각도)에 따른 탑 포일과 로터와의 간격(h) 및 로터에 작용하는 공기의 압력 분포(p)를 나타낸 그래프.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 탑 포일이 2장으로 구성되고 그 사이에 댐핑 시트가 개재된 실시예를 나타낸 단면도 및 분해사시도.
도 9는 도 7에서 로터의 회전 시 공기의 압력에 의해 탑 포일이 변형되는 형태의 일 실시예를 나타낸 부분확대도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예, 제2실시예에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링을 나타낸 분해사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링에 있어서, 로터의 회전 시 베어링 하우징의 위치(각도)에 따른 탑 포일과 로터와의 간격(h) 및 로터에 작용하는 공기의 압력 분포(p)를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링(1000)은, 로터가 배치되는 중공(120)이 형성되며, 폭방향 양측이 개방되게 형성되는 베어링 하우징(100); 상기 베어링 하우징(100)의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징(100)에 결합되어 고정되는 범프 포일(200); 및 상기 범프 포일(200)의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징(100)에 결합되어 고정되는 탑 포일(300); 을 포함하여 이루어지며, 상기 베어링 하우징(100)의 중공(120)은 세로로 긴 타원형으로 형성될 수 있다.
우선, 본 발명의 제1실시예에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링(1000)은 크게 베어링 하우징(100), 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 베어링 하우징(100)의 중공 내측에 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)이 말린 형태로 배치되며, 범프 포일(200)의 내측에 탑 포일(300)이 배치될 수 있다. 그리고 탑 포일(300)의 내측에는 로터(400)가 관통하도록 삽입되어 배치될 수 있다. 이때, 로터(400)는 회전축 부분이 탑 포일(300)의 내측에 배치될 수 있다.
또한, 범프 포일(200)은 베어링 하우징(100)의 중공(110) 내주면에 밀착되어 원주방향을 따라 배치되며, 범프 포일(200)은 두께가 얇은 판형으로 형성되되 내측으로 볼록하게 돌출된 다수개의 탄성 범프(201)들이 형성될 수 있다. 또한, 탑 포일(300)은 두께가 얇은 평판으로 형성되어 탄성 범프(201)들에 밀착될 수 있다.
그리고 베어링 하우징(100)에는 슬롯(120)이 형성될 수 있으며, 슬롯(120)은 중공(110)에 연통되도록 형성되되 베어링 하우징(100)의 폭방향으로 형성될 수 있다. 이때, 범프 포일(200)은 원주방향 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(210)가 형성되어, 절곡부(210)가 슬롯(120)에 삽입되어 배치될 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 탑 포일(300)도 마찬가지로 원주방향 단부가 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(310)가 형성되어, 절곡부(310)가 슬롯(120)에 삽입되어 배치될 수 있도록 형성될 수 있다. 그리하여 범프 포일(200)의 절곡부(210)와 탑 포일(300)의 절곡부(310)가 베어링 하우징(100)의 슬롯(120)에 삽입되어 결합됨으로써 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)이 베어링 하우징(100)에 고정될 수 있다. 또는 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)은 베어링 하우징(100)에 용접에 의해 결합되어 고정될 수도 있으며, 이외에도 다양한 방식으로 결합되어 고정될 수 있다.
여기에서 상기 베어링 하우징(100)의 중공은 도 3과 같이 세로로 긴 타원형으로 형성될 수 있다. 즉, 베어링 하우징(100)의 중공(120)은 원형이 아닌 타원형으로 형성되되, 타원의 장축이 수직방향으로 배치된 형태인 세로로 긴 타원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라 타원형 중공(120)의 수평방향으로 단축이 배치되고 수직방향으로 장축이 배치된 형태로 형성될 수 있다.
그리하여 상기와 같은 세로로 긴 타원형으로 중공(120)이 형성된 베어링 하우징(100)의 내측에서 로터(400)가 회전하게 되면 종래의 원형 중공을 갖는 베어링 하우징에서 로터에 작용하는 압력 분포와는 달리 도 6과 같은 압력 분포(p)가 형성되고 로터와 탑 포일 간의 거리(h)도 도시된 바와 같이 나타나게 된다. 즉, 베어링 하우징(100)의 구조를 변경시켜 로터(400)의 중심(RC)이 베어링 하우징(100)의 중심(HC)에 일치하도록 할 수 있다. 단, 수평방향으로의 로터(400)의 중심(RC)이 베어링 하우징(100)의 중심(HC)에 일치하여 수직방향 중심선(LV)상에 베어링 하우징(100)의 중심(HC)과 로터(400)의 중심(RC)이 위치하도록 할 수 있으나, 세로로 긴 타원형의 중공(120)을 갖는 베어링 하우징(100)의 구조적인 특성 및 로터(400)에 작용하는 자중으로 인해 수직방향으로는 로터(400)의 중심(RC)과 베어링 하우징(100)의 중심(HC)간에 거리 차이(Δh)가 있을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링은, 베어링 하우징의 구조를 개선함으로써 로터의 회전 시 베어링 하우징의 중심에 로터의 회전 중심이 일치된 상태로 회전되도록 할 수 있어, 공기 압축기에 사용되는 경우 로터의 일측에 결합되어 함께 회전되는 임펠러의 회전 정밀도가 향상되어 공기 압축기의 효율 및 성능이 향상될 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 발명의 제2실시예에 따른 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링(1000)은, 로터가 배치되는 중공(120)이 형성되며, 폭방향 양측이 개방되게 형성되는 베어링 하우징(100); 상기 베어링 하우징(100)의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징(100)에 결합되어 고정되는 범프 포일(200); 및 상기 범프 포일(200)의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징(100)에 결합되어 고정되는 탑 포일(300); 을 포함하여 이루어지며, 상기 베어링 하우징(100)의 중공(120)은 상측이 원형으로 형성되고 하측이 세로로 긴 타원형으로 형성될 수 있다.
이는 상기한 제1실시예에서의 베어링 하우징(100)의 기본적인 형태, 범프 포일(200) 및 탑 포일(300)과 동일하되, 베어링 하우징(100)의 중공(120) 형태가 다르게 형성되는 것이다. 즉, 일례로 도 5와 같이 베어링 하우징(100)의 수평방향 중심선(LH)을 기준으로 상측은 원형으로 중공(120)이 형성되고 하측은 세로로 긴 타원형으로 형성될 수 있다.
그리하여 상기한 바와 같이 도 6과 같은 압력 분포(p)가 형성되고 로터와 탑 포일 간의 거리(h)도 도시된 바와 같이 나타나게 되어, 로터(400)의 중심(RC)이 베어링 하우징(100)의 중심(HC)에 일치하도록 할 수 있다. 이때에도 역시 수평방향으로의 로터(400)의 중심(RC)이 베어링 하우징(100)의 중심(HC)에 일치하도록 할 수 있으나, 세로로 긴 타원형의 중공(120)을 갖는 베어링 하우징(100)의 구조적인 특성 및 로터(400)에 작용하는 자중으로 인해 수직방향으로는 로터(400)의 중심(RC)과 베어링 하우징(100)의 중심(HC)간에 높이 차이가 있을 수 있다.
그리고 상기한 제1실시예 및 제2실시예에서 타원형의 장축이 수직방향으로 배치될 수 있으나, 베어링 하우징(100)의 수직 하측 방향을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향으로 장축이 약간 회전된 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 탑 포일(300)은 제1탑 포일(300a) 및 상기 제1탑 포일(300a)의 내측에 배치되는 제2탑 포일(300b)을 포함하며, 상기 제1탑 포일(300a)과 제2탑 포일(300b) 사이에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징(100)에 결합되어 고정되는 댐핑 시트(500)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 도 7 및 도 8과 같이 탑 포일(300)은 두 장으로 형성되고 그 사이에 댐핑 시트(500)가 개재되어 밀착되도록 배치될 수 있으며, 반경방향 외측에서부터 내측방향으로 순서대로 제1탑 포일(300a), 댐핑 시트(500) 및 제2탑 포일(300b)이 적층된 형태로 배치될 수 있다. 그리하여 댐핑 시트(500)가 두 장의 탑 포일 사이에서 로터(400)의 초기 회전 시 및 정지 시 발생되는 충격과 로터(400)의 회전 시 발생되는 진동을 흡수할 수 있다.
이때, 상기 댐핑 시트(500)는 제1댐핑 시트(500a) 및 제2댐핑 시트(500b)를 포함하며, 상기 제1댐핑 시트(500a) 및 제2댐핑 시트(500b)는 하측 단부가 서로 원주방향으로 이격되도록 배치될 수 있다.
즉, 댐핑 시트(500)는 원주방향을 따라 연속되게 형성되지 않고 두 개로 나뉜 형태로 형성될 수 있으며, 두 개로 나뉘어 제1댐핑 시트(500a) 및 제2댐핑 시트(500b)로 형성되되 각각의 댐핑 시트의 하측 단부가 서로 원주방향으로 이격되도록 배치될 수 있다. 그리하여 베어링 하우징(100)의 중심에서 수직 하측 부분에는 댐핑 시트가 없는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 각각의 댐핑 시트는 상측 단부가 각각 반경방향 외측으로 절곡된 절곡부(510a,510b)가 형성되어 상기 절곡부(510a,510b)가 베어링 하우징(100)의 슬롯(120)에 삽입되도록 결합되어 고정될 수 있다.
이에 따라 도시된 바와 같이 로터(400)가 회전되면 공기의 압력에 의해 제2탑 포일(300b)이 눌려 반경방향 외측으로 변형되면서 제2탑 포일(300b)의 형태(내측 공간)가 변하게 된다. 그리하여 로터(400)에 작용하는 압력 분포가 변하게 되어 로터(400)의 회전 시 로터(400)의 중심이 베어링 하우징(100)의 중심에 보다 정확하게 일치하도록 할 수 있다.
또한, 상기 범프 포일(200)은 내측으로 볼록하게 돌출 형성된 다수개의 탄성 범프(201)들을 포함하여 이루어지되, 상기 제1댐핑 시트(500a) 및 제2댐핑 시트(500b)가 서로 이격된 부분에 대응되는 위치에는 탄성 범프(201)가 형성되지 않을 수 있다.
이는 제1댐핑 시트(500a) 및 제2댐핑 시트(500b)가 서로 이격된 부분에 대응되는 위치에는 범프 포일(200)이 탄성 범프(201)가 없이 베어링 하우징(100)의 내주면을 따라 곡면부(220)로 형성되어 로터(400)의 회전 시 공기의 압력에 의해 제1탑 포일(300a) 및 제2탑 포일(300b)이 하측으로 오목하게 들어간 형태로 변형되기 용이하게 함으로써, 상기와 같이 로터(400)에 작용하는 압력 분포를 변화시켜 로터(400)의 회전 시 로터(400)의 중심이 베어링 하우징(100)의 중심에 보다 정확하게 일치하도록 할 수 있다.
이때, 범프 포일(200)에서 탄성 범프(201)는 1개가 없는 형태나 연속적으로 다수개가 없는 형태로 형성될 수도 있다. 그리고 도 9와 같이 로터(400)가 회전되면 공기의 압력에 의해 제2탑 포일(300b)이 눌려 반경방향 외측으로 변형될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 제2탑 포일(300b)이 변형되어 제1탑 포일(300a)에 밀착될 수 있으며, 이에 따라 제1탑 포일(300a)도 변형되어 탄성 범프(201)가 없는 곡면부(220)쪽으로 변형되거나 밀착될 수도 있다.
또한, 범프 포일(200), 탑 포일(300) 및 댐핑 시트(500)는 평평하게 펴진 형태로 형성되어 말린 상태로 베어링 하우징(100)의 내측에 삽입되어 조립될 수 있다. 또한, 범프 포일(200), 제1탑 포일(300a) 및 제2탑 포일(300b)은 2장 이상이 겹쳐진 형태로 형성될 수 있다. 또한, 범프 포일(200)과 탑 포일(300)은 각각의 절곡부(210,310)를 기준으로 하여 말린 방향이 서로 동일하게 배치될 수도 있으며, 도시된 바와 같이 서로 반대방향으로 배치되도록 베어링 하우징(100) 내에 구비될 수 있다.
그리고 탑 포일(300)이 1개이고 댐핑 시트(500)가 없는 경우에도 범프 포일(200)은 하측 중앙부인 베어링 하우징의 180° 부근에 탄성 범프(201)가 없는 곡면부(220)가 형성될 수도 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.
[부호의 설명]
1000 : 에어 포일 저널 베어링
100 : 베어링 하우징
110 : 중공
120 : 슬롯
LH : 수평방향 중심선
LV : 수직방향 중심선
HC : 베어링 하우징 중심
200 : 범프 포일
201 : 탄성 범프
210 : 절곡부
220 : 곡면부
300 : 탑 포일
310 : 절곡부
300a : 제1탑 포일
300b : 제2탑 포일
310a : 절곡부
310b : 절곡부
400 : 로터 (회전축)
RC : 로터 중심
500 : 댐핑 시트
510 : 절곡부
500a : 제1댐핑 시트
500b : 제2댐핑 시트
510a : 절곡부
510b : 절곡부

Claims (5)

  1. 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 폭방향 양측이 개방되게 형성되는 베어링 하우징;
    상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 범프 포일; 및
    상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 탑 포일; 을 포함하여 이루어지며,
    상기 베어링 하우징의 내주면은 세로로 긴 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링.
  2. 로터가 배치되는 중공이 형성되며, 폭방향 양측이 개방되게 형성되는 베어링 하우징;
    상기 베어링 하우징의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 범프 포일; 및
    상기 범프 포일의 내측에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 탑 포일; 을 포함하여 이루어지며,
    상기 베어링 하우징의 내주면은 상측이 원형으로 형성되고 하측이 세로로 긴 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탑 포일은 제1탑 포일 및 상기 제1탑 포일의 내측에 배치되는 제2탑 포일을 포함하며,
    상기 제1탑 포일과 제2탑 포일 사이에 구비되어 원주방향을 따라 형성되며, 일측이 베어링 하우징에 결합되어 고정되는 댐핑 시트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 댐핑 시트는 제1댐핑 시트 및 제2댐핑 시트를 포함하며,
    상기 제1댐핑 시트 및 제2댐핑 시트는 하측 단부가 서로 원주방향으로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 범프 포일은 내측으로 볼록하게 돌출 형성된 다수개의 탄성 범프들을 포함하여 이루어지되,
    상기 제1댐핑 시트 및 제2댐핑 시트가 서로 이격된 부분에 대응되는 위치에는 탄성 범프가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 하우징 구조가 개선된 에어 포일 저널 베어링.
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