WO2022145752A1 - 스러스트 포일 공기 베어링 및 그것을 포함하는 베어링 조립체 - Google Patents

스러스트 포일 공기 베어링 및 그것을 포함하는 베어링 조립체 Download PDF

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WO2022145752A1
WO2022145752A1 PCT/KR2021/017946 KR2021017946W WO2022145752A1 WO 2022145752 A1 WO2022145752 A1 WO 2022145752A1 KR 2021017946 W KR2021017946 W KR 2021017946W WO 2022145752 A1 WO2022145752 A1 WO 2022145752A1
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bearing
plate
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thrust foil
foil
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PCT/KR2021/017946
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Inventor
이홍영
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주식회사 티앤이코리아
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    • 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
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Definitions

  • the present invention relates to a thrust foil air bearing, and in particular, the lower surface of the top foil and the bump foil can be sufficiently cooled, so that the lower surface of the top foil does not discolor due to high temperature or the coating does not separate and detach, and a breakage accident of the top foil occurs It does not relate to thrust foil air bearings.
  • a turbo compressor or turbo blower is a centrifugal pump that sucks in external air or gas by rotating an impeller at high speed, compresses it, and then blows it to the outside. It is widely used for aeration in sewage treatment plants, etc., and recently, it is also used for industrial processes and automobile mounting.
  • FIG. 10-1888156 An example of a conventional turbocompressor is disclosed in Korean Patent (Registration No. 10-1888156, registration date 2018-08-07).
  • This turbocompressor has a front end portion to rotate the impeller 4 as shown in FIG. a motor (5) having a rotating shaft (F) coupled to the impeller (4); a housing having a motor accommodating space (6) for accommodating the motor (5); It includes a cooling passage (7) provided to pass through the motor accommodation space and formed so that the cooling gas accommodated therein can circulate, and the compressed gas passage (8) is spatially separated from the cooling passage (7), It is characterized in that the gas inside the compressed gas passage (8) cannot penetrate into the cooling passage (7).
  • a bearing housing 2 accommodating the pair of thrust foil air bearings 1a, 1b and a bearing cover coupled to the bearing housing 2 3) is provided.
  • the air flowing through the cooling passage 7 flows only into the space between the upper surface of the top foil of the thrust foil air bearings 1a and 1b and the rotating part R.
  • the upper surface of the top foil of the thrust foil air bearings 1a and 1b is cooled, and there is a problem in that air does not flow between the lower surface of the top foil and the upper surface of the bump foil and is stagnant.
  • the present invention has been devised to solve the above problem, and its purpose is that the lower surface and bump foil of the top foil can be sufficiently cooled, so that the lower surface of the top foil does not discolor due to high temperature or the coating does not separate and detach, It is to provide a thrust foil air bearing with an improved structure to prevent breakage accidents.
  • Another object of the present invention is to provide a bearing assembly including a pair of the thrust foil air bearings.
  • a thrust foil air bearing according to the present invention is a thrust foil air bearing usable in a device having a stationary part and a rotating part that rotates relative to a center line with respect to the stationary part, wherein the stationary part lower plate to be joined; an intermediate plate disposed on the upper surface of the lower plate and having a bump foil that is elastically deformable; an upper plate disposed on the upper surface of the intermediate plate to face the rotating part, the upper plate disposed above the bump foil and having a top foil contactable with the rotating part; It characterized in that it includes a first pore provided in the lower plate so that air can flow from the lower surface of the lower plate to the upper surface of the lower plate.
  • a second pore provided in the intermediate plate to allow air to flow from the lower surface of the intermediate plate to the upper surface of the intermediate plate.
  • a third pore provided in the upper plate so that air can flow from the lower surface of the upper plate to the upper surface of the upper plate.
  • the lower plate has a coupling part protruding toward the rotating part, and the coupling part passes through the middle plate and the upper plate, and couples the lower plate, the middle plate, and the upper plate to each other.
  • a thrust foil air bearing assembly is a bearing assembly including a pair of the thrust foil air bearings, and includes a bearing mounting part on which a first thrust foil air bearing can be mounted, a bearing housing disposed on the bearing mounting portion and including a first slot provided at a position corresponding to a first pore of the first thrust foil air bearing; a bearing mounting portion to which a second thrust foil air bearing can be mounted, and comprising a second slot disposed in the bearing mounting portion and provided at a position corresponding to a first pore of the second thrust foil air bearing, the bearing comprising: and a bearing cover that can be detachably coupled to the housing.
  • the first slot and the second slot preferably include at least one of a radial slot extending long in a radial direction of the center line and a circumferential slot extending long in a circumferential direction of the center line. .
  • the radial slot and the circumferential slot communicate with each other.
  • At least one air inlet hole for communicating the opposite surface of the bearing mounting part and the first slot with each other is formed.
  • the bearing housing may include a main body which is a disk-shaped member centered on the center line; It includes a protrusion provided in the form of a pipe protruding from the body along the center line and having the center line as the center of a circle, and on the outer circumferential surface of the protrusion, an air induction groove, which is a groove portion communicating with the air inlet hole, at least It is preferable that one or more are formed.
  • a thrust foil air bearing usable in a device having a stopper and a rotating portion that rotates relative to a centerline with respect to the stopper, comprising: a lower plate coupled to the stopper; an intermediate plate disposed on the upper surface of the lower plate and having a bump foil that is elastically deformable; an upper plate disposed on the upper surface of the intermediate plate to face the rotating part, the upper plate disposed above the bump foil and having a top foil contactable with the rotating part; Since the first pore provided in the lower plate is included so that air can flow from the lower surface of the lower plate to the upper surface of the lower plate, the lower surface and the bump foil of the top foil can be sufficiently cooled, so that the lower surface of the top foil is heated by high temperature. There is an effect that there is no discoloration or separation of the coating, and no accident of breakage of the top foil.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional turbocompressor.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the conventional turbocompressor shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an assembled perspective view of a thrust foil air bearing assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the thrust foil air bearing assembly shown in FIG. 3 ;
  • FIG. 5 is a perspective view of the bearing housing shown in FIG. 3 ;
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the first thrust foil air bearing shown in FIG. 4 ;
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the second thrust foil air bearing shown in FIG. 4 ;
  • FIG. 8 is a perspective view of the bearing cover shown in FIG. 4 .
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the thrust foil air bearing assembly shown in FIG. 3 ;
  • FIG. 10 is a partially enlarged view of the thrust foil air bearing assembly shown in FIG. 9 ;
  • FIG. 11 is a view for explaining the internal air flow of the bearing housing shown in FIG.
  • FIG. 12 is a view for explaining the internal air flow of the bearing cover shown in FIG.
  • FIG. 3 is an assembled perspective view of a thrust foil air bearing assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the thrust foil air bearing assembly shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a perspective view of the bearing housing shown in FIG. 3 ;
  • a thrust foil air bearing assembly 1000 is a bearing assembly including a thrust foil air bearing as shown in FIG. 2 , and includes a pair of thrust foils. It includes air bearings 100a and 100b , a bearing housing 200 , and a bearing cover 300 .
  • the thrust foil air bearings 100a and 100b are air bearings that support a load by the pressure of compressed air, and have a center line C with respect to the stopper S and the stopper S. It is a thrust bearing that can be used in various devices having a rotating part R that rotates relative to each other.
  • the thrust foil air bearings 100a and 100b include a lower plate 10 , an intermediate plate 20 , and an upper plate 30 .
  • the first thrust foil air bearing 100a and the second thrust foil air bearing 100b have almost the same configuration and differ in some configurations and mounting positions. Therefore, first, the thrust foil air bearing A common configuration of (100a, 100b) will be described.
  • the stop part (S) and the rotation part (R) are a circular disk member having the center line (C) as the center of the circle, and the rotation part (R) is a predetermined rotation direction ( It is coupled to the rotating shaft (F) that rotates with W).
  • the rotation part R is a relative term determined in the sense that it rotates relative to the stationary part S
  • the terms of the rotation part R and the stationary part S may be used interchangeably.
  • the stationary part (S) is a stationary part in absolute coordinates and a part in which the rotating part (R) rotates in absolute coordinates.
  • the lower plate 10 is a circular disk member manufactured by press-working a thin metal plate, which is disposed on the upper surface of the stopper S, and includes the lower plate body 11 , the coupling part 12 , and the bearing mounting hole 13 . ) is provided.
  • the lower plate body 11 is a circular disk portion having the center line C as the center of the circle, and the lower surface is disposed on the upper surface of the stopper S.
  • a hollow (H) is formed in the center of the lower plate body (11) with the center line (C) as the center of the circle.
  • the coupling portion 12 is a portion that is pre-bent in a "L" shape, and protrudes from the lower plate main body 11 toward the rotating portion R.
  • the coupling portion 12 is provided in plurality, and is arranged in a state spaced apart by a predetermined interval along the circumferential direction of the center line (C).
  • the coupling portion 12 is disposed between the inner circumferential surface, which is the hollow (H) surface of the lower plate body 11, and the outer circumferential surface of the lower plate body 11, and the “L”-shaped cross-section is the center line (C) It is formed by elongating in the radial direction of
  • the coupling part 12 is disposed at half the radial distance between the inner peripheral surface of the lower plate body 11 and the outer peripheral surface of the lower plate body 11 .
  • the coupling part 12 is formed by cutting and bending the thin metal plate filling the first cut-out 14, which is the hole of the lower plate body 11, by press working.
  • a plurality of the first cutouts 14 are provided and are arranged in a state spaced apart by a predetermined interval along the circumferential direction of the center line (C).
  • the first cutout 14 is disposed between the inner circumferential surface of the hollow (H) surface of the lower plate body 11 and the outer circumferential surface of the lower plate body 11, and extends long in the radial direction of the center line (C). formed by becoming
  • second cutouts 15 and 15a are formed in the form of a plurality of holes.
  • a second cutout 15b having a different shape instead of the second cutout 15, 15a ) is formed.
  • the second cutout 15b of the second thrust foil air bearing 100b is an arc-shaped hole extending long in the circumferential direction of the center line C, and is a first It has a position and a shape corresponding to the edge of the cutout 28 .
  • the first cut-out 14 and the second cut-out 15, 15a have first pores 14, 15, which allow air to flow from the lower surface of the lower plate 10 to the upper surface of the lower plate 10; 15a).
  • the lower surface of the upper end of the coupling part 12 protrudes from the upper surface of the lower plate body 11 by a predetermined length.
  • the coupling part 12 penetrates the first through-hole 22 of the intermediate plate 20 and the second through-hole 32 of the upper plate 30, which will be described later, with the lower plate 10 and The intermediate plate 20 and the upper plate 30 are coupled in a state of being in close contact with each other.
  • the coupling part 12 performs a function of coupling the lower plate 10 , the middle plate 20 , and the upper plate 30 so that they are not separated from each other along the center line C .
  • the coupling portion 12 of the lower plate 10 is connected to a locking position detachably coupled to the middle plate 20 and the upper plate 30 , and from the middle plate 20 and the upper plate 30 . Between the separable release positions, it is provided to be rotatably movable about the center line (C).
  • the bearing mounting hole 13 is a hole through which a bearing mounting pin P to be described later passes, and a plurality of bearing mounting holes 13 are arranged in a circumferential direction along the edge of the lower plate body 11 .
  • the intermediate plate 20 is a circular disk member manufactured by press-working a thin metal plate, which is disposed on the upper surface of the lower plate 10, and includes a middle plate body 21, a first through hole 22, A bearing mounting hole 23 and a bump foil 24 are provided.
  • the middle plate body 21 is a circular disk part having the center line C as the center of the circle, and the lower surface is disposed on the upper surface of the lower plate body 11 .
  • the middle plate body 21 has the same diameter as the lower plate body 11 .
  • a hollow (H) is formed in the center of the middle plate body (21) with the center line (C) as the center of the circle.
  • the hollow H of the middle plate body 21 has the same diameter as the hollow H of the lower plate body 11 .
  • the first through hole 22 is a slot-shaped hole extending long in the radial direction of the center line C, and has a length and a width through which the coupling part 12 can pass.
  • the bearing mounting holes 23 are holes through which the bearing mounting pins P pass, and are arranged in a plurality in the circumferential direction along the edge of the intermediate plate body 21 .
  • the bearing mounting hole 23 of the intermediate plate 20 is formed at a position corresponding to the bearing mounting hole 13 of the lower plate 10 and has the same diameter.
  • the bump foil 24 is a portion having a trapezoidal planar shape, and a plurality of mountains and valleys are alternately connected to each other so as to be elastically deformable in the vertical direction along the center line (C). to be.
  • the bump foil 24 is formed by cutting and bending a thin metal plate filling the first cutout 28, which is a hole of the intermediate plate body 21, by press working, similarly to the coupling part 12. .
  • a plurality of the bump foils 24 are provided and are arranged in a state spaced apart from each other by a predetermined interval along the circumferential direction of the center line (C).
  • the bump foil 24 has only one of the four sides of the trapezoid, one 25 of the two sides 25 and 26 facing away from each other along the circumferential direction of the center line C, the intermediate plate body 21 . ), and the remaining three sides are formed as free ends.
  • the bump foil 24 is an upstream side of two sides facing each other in a state of being spaced apart from each other along the circumferential direction of the center line C based on the air flow to the bump foil 24 . Only (25) is coupled to the intermediate plate body (21). That is, in the bump foil 24, only the upstream side 25 is coupled to the intermediate plate body 21, and the downstream side 26 is formed in a free-movable wing shape.
  • the bump foil 24 is formed long downstream along the circumferential direction of the center line C, and includes a plurality of cut lines 27 spaced apart from each other along the radial direction of the center line C.
  • the first through-hole 22 is formed near the downstream side 26 of the two sides facing each other in a state spaced apart from each other along the circumferential direction of the center line C, and the bump foil 24 A part of the first cutout 28 , which is a hole between the downstream side 26 of the body 21 and the intermediate plate body 21 , functions as the first through hole 22 .
  • a second cutout 29 formed as a rectangular hole is formed on the upstream side 25 of the intermediate plate 20 .
  • the first through hole 22 , the edge of the first cutout 28 , and the second cutout 29 air flows from the lower surface of the intermediate plate 20 to the upper surface of the intermediate plate 20 . It functions as the second pore (22, 28, 29) to allow the flow.
  • the upper plate 30 is a circular disk member manufactured by press-working a thin metal plate, disposed on the upper surface of the intermediate plate 20 and facing the rotating part R, the upper plate body 31 and the second A through hole 32 , a bearing mounting hole 33 , and a top foil 34 are provided.
  • the lower plate 10 , the middle plate 20 , and the upper plate 30 may be made of a thin metal plate made of the same material, and may have different thicknesses.
  • the upper plate body 31 is a circular disk portion having the center line C as the center of the circle, and the lower surface is disposed on the upper surface of the intermediate plate body 21 .
  • the upper plate body 31 has the same diameter as the lower plate body 11 .
  • a hollow (H) is formed in the center of the upper plate body (31) with the center line (C) as the center of the circle.
  • the hollow H of the upper plate body 31 has the same diameter as the hollow H of the lower plate body 11 .
  • the second through hole 32 is a slot-shaped hole extending long in the radial direction of the center line C, and has a length and a width through which the coupling portion 12 can pass.
  • the second through-hole 32 is formed at a position corresponding to the first through-hole 22 and has the same length and width.
  • the bearing mounting holes 33 are holes through which the bearing mounting pins P pass, and are arranged in a plurality in the circumferential direction along the edge of the upper plate body 31 .
  • the bearing mounting hole 33 of the upper plate 30 is formed at a position corresponding to the bearing mounting hole 13 of the lower plate 10 and the bearing mounting hole 23 of the middle plate 20 and is identical to each other. has a diameter.
  • the bearing mounting holes 13, 23, 33 of the lower plate 10, the middle plate 20, and the upper plate 30 are on the same virtual circumference with the center line C as the center of the circle. is placed.
  • the arrangement pattern in which the bearing mounting holes 13 , 23 , 33 of the lower plate 10 , the middle plate 20 and the upper plate 30 are disposed on the lower plate 10 , the middle plate 20 and the upper plate 30 are , may be formed in a pattern that is not identical to each other in the first thrust foil air bearing 100a and the second thrust foil air bearing 100b depending on the bearing use position. That is, in the present embodiment, the second thrust foil air bearing 100b is in a mirror symmetry relationship with the first thrust foil air bearing 100a.
  • one of the bearing mounting holes 13, 23, 33 adjacent to each other is a bearing mounting hole ( The arrangement angles 13 , 23 , and 33 are formed asymmetrically so as not to be the same depending on the circumferential position of the center line C .
  • the operator changes the mounting positions of the bearings. A mistake in installation can be prevented at the source. That is, when an operator attempts to mount the first thrust foil air bearing 100a to a place where the second thrust foil air bearing 100b is to be mounted, the bearing mounting holes 13 , 23 , 33 are used for mounting the bearing. It is not inserted into the pin (P).
  • the top foil 34 is a portion having a trapezoidal planar shape, and is disposed above the bump foil 24 to be in contact with the rotating part R.
  • the top foil 34 is provided in plurality and is arranged in a state spaced apart by a predetermined interval along the circumferential direction of the center line (C).
  • the top foil 34 has a position and size corresponding to that of the bump foil 24 .
  • the top foil 34 is formed by cutting and bending a thin metal plate filling the first cutout 37, which is a hole of the upper plate body 31, by press working.
  • the top foil 34 of the four sides of the trapezoid, is spaced apart from each other in the circumferential direction of the center line C, and only one 35 of the two sides 35 and 36 is the upper plate body 31 . is bound to, and the remaining three sides are formed as free ends.
  • the top foil 34 is an upstream side of the two sides facing each other in a state of being spaced apart from each other along the circumferential direction of the center line C based on the flow of air to the top foil 34 .
  • Only (35) is coupled to the upper plate body (31). That is, in the top foil 34, only the upstream side 35 is coupled to the upper plate body 31, and the downstream side 36 is formed in a free-movable wing shape.
  • the second through hole 32 is formed near the downstream side 36 of the two sides facing each other in a state of being spaced apart from each other along the circumferential direction of the center line C, and the top foil 34
  • the first cut-out 37 between the downstream side 36 of the body 31 and the upper plate body 31 functions as the second through-hole 32 .
  • Edges of the second through hole 32 and the first cutout 37 have third pores 32 and 37 through which air can flow from the lower surface of the upper plate 30 to the upper surface of the upper plate 30 . ) to function as
  • the second through hole 32 of the upper plate 30 corresponds to the first through hole 22 of the intermediate plate 20 and the first cutout 14 of the lower plate 10 . It has a position and a shape.
  • the edge of the first cut-out 37 of the upper plate 30 has a position and shape corresponding to the first cut-out 28 of the intermediate plate 20 .
  • the second cut-out 15 of the lower plate 10 of the first thrust foil air bearing 100a has a position and shape corresponding to the second cut-out 29 of the intermediate plate 20, and the second cutout 15a of the lower plate 10 of the first thrust foil air bearing 100a has a position and shape corresponding to the first through hole 22 of the intermediate plate 20,
  • the second cutout 15b of the lower plate 10 of the second thrust foil air bearing 100b has a position and a shape corresponding to the edge of the first cutout 28 of the intermediate plate 20 .
  • the bearing mounting holes 13 , 23 , 33 of the lower plate 10 , the middle plate 20 , and the upper plate 30 are formed in the bearing although the mounting pins P are aligned in a line so that they can pass therethrough, when the engaging portion 12 of the lower plate 10 is in the release position, the bearing mounting hole 13 and the bearing mounting holes 23 and 33 ) cannot be sorted.
  • the bearing housing 200 is a housing capable of accommodating the thrust foil air bearings 100a and 100b therein. (250).
  • the body 210 is a disk-shaped metal member centered on the center line (C), and a hollow (H) is formed in the center with the center line (C) as the center of the circle.
  • the bearing mounting unit 220 is a disk-shaped space formed on one surface of the main body 210 , and is provided so that the first thrust foil air bearing 100a can be mounted thereon.
  • the depth of the bearing mounting part 220 has a sufficient value to accommodate both the thrust foil air bearings 100a and 100b.
  • a plurality of bearing mounting pins P that can be coupled to the first thrust foil air bearing 100a are disposed on the edge of the bearing mounting part 220 .
  • the bearing mounting pin (P) performs a function of coupling the lower plate 10, the middle plate 20, and the upper plate 30 so that they are not separated from each other by sliding on an imaginary plane intersecting the center line (C). and performs a function of preventing the coupling portion 12 from being unintentionally rotated to the release position.
  • a protrusion 211 protruding along the center line C is formed on the other surface of the main body 210 .
  • the protrusion 211 has a pipe shape with the center line C as the center of the circle, and a hollow H is formed therein.
  • the first slots 230 and 240 are grooves of a predetermined shape, and are provided in shapes corresponding to positions corresponding to the first pores 14 and 15 of the first thrust foil air bearing 100a. do.
  • the first slots 230 and 240 include a radial slot 230 elongated in a radial direction of the center line C, and a circumferential slot 240 elongated in a circumferential direction of the center line C. ) is included.
  • the radial slot 230 corresponds to the first cutout 14 and the second cutout 15a of the lower plate 10
  • the circumferential slot 240 is the second cutout of the lower plate 10 . It corresponds to part 15.
  • the inner end of the radial slot 230 communicates with the hollow H of the body 210 , and the outer end of the radial slot 230 is closed.
  • one end of the circumferential slot 240 communicates with the radial slot 230 , and the other end of the circumferential slot 240 is closed. Accordingly, the first slots 230 and 240 are provided in a form in which unit slots in the shape of "A" are arranged along the circumferential direction.
  • the coupling hole 250 is a plurality of holes provided on the edge of the main body 210 , and is a hole for screw coupling with the bearing cover 300 .
  • an air inlet hole 260 formed so that air can be introduced from the rear surface of the main body 210 to the front surface of the main body 210 is formed.
  • the air inlet 260 is a hole through which air outside the bearing housing 200 can be introduced into the bearing mounting part 220 .
  • the air guide grooves 261 are arranged in a state spaced apart by a predetermined interval along the circumferential direction of the center line (C).
  • the bearing cover 300 is a cover member that is detachably coupled to the bearing housing 200 to close the bearing mounting unit 220 , and includes a body 310 , a bearing mounting unit 320 , and a second slot ( 330 and 340 and a coupling hole 350 .
  • the body 310 is a disk-shaped metal member centered on the center line (C), and a hollow (H) is formed in the center with the center line (C) as the center of the circle.
  • the bearing mounting part 320 is a circular part formed on one surface of the main body 310 and is provided so that the second thrust foil air bearing 100b can be mounted thereon.
  • a plurality of bearing mounting pins P that can be coupled to the second thrust foil air bearing 100b are disposed on the edge of the bearing mounting part 320 .
  • the second slots 330 and 340 are grooves of a predetermined shape, and are provided in a shape corresponding to positions corresponding to the first pores 14 and 15a of the second thrust foil air bearing 100b. do.
  • the second slots 330 and 340 include a radial slot 330 elongated in a radial direction of the center line C, and a circumferential slot 340 elongated in a circumferential direction of the center line C. ) is included.
  • the inner end of the radial slot 330 communicates with the hollow H of the body 310 , and the outer end of the radial slot 330 is closed.
  • the radial slot 330 corresponds to the first cutout 14 of the lower plate 10 of the second thrust foil air bearing 100b
  • the circumferential slot 340 corresponds to the second thrust foil air bearing 100b
  • (100b) corresponds to the second cutout (15b) of the lower plate (10).
  • the radial slot 330 and the circumferential slot 340 communicate with each other.
  • both ends of the circumferential slot 340 communicate with a pair of adjacent radial slots 330, respectively.
  • the overall shape of the second slots 330 and 340 is a circular mesh shape.
  • the coupling hole 350 is a plurality of holes provided on the edge of the main body 310 , and is a hole for screwing with the coupling hole 250 of the bearing housing 200 .
  • the cooling gas A accommodated in the cooling furnace 7 is forcibly circulated by the cooling fan 9, so that the rotor of the motor 5 and the field coil of the stator, as shown in FIG. It passes through the rotation shaft F and the thrust foil air bearing assembly 1000 .
  • the cooling gas A circulating in the cooling passage 7 is introduced into the air inlet 260 of the bearing housing 200 and then is shown in FIG. 11 .
  • a portion of the cooling gas (A) flowing along the first slot 230 and the first slot 240 and flowing through the first slots 230 and 240 is A portion of the cooling gas (A) that flows from the lower surface of the lower plate 10 to the upper surface through the first pores 14, 15, 15a of the lower plate 10, and flows into the upper surface of the lower plate 10 is It flows from the lower surface of the intermediate plate 20 to the upper surface through the second pores 22 , 28 , and 29 .
  • the cooling gas A passing through the plate members 10 , 20 and 30 of the first thrust foil air bearing 100a passes to the opposite side of the rotating part R as shown in FIG. 10 . and flows along the second slots 330 and 340 of the bearing cover 300 as shown in FIG. 12 .
  • the cooling gas A flowing along the second slots 330 and 340 of the bearing cover 300 passes through the first pores 14 and 15b as shown in FIG. 7 to the lower plate 10. a portion of the cooling gas (A) flowing from the lower surface to the upper surface of the lower plate 10 from the lower surface of the intermediate plate 20 through the second pores 22, 28, 29 will flow upwards.
  • the cooling gas A passing through the plate members 10 , 20 and 30 of the second thrust foil air bearing 100b is formed in the hollow H of the bearing cover 300 , as shown in FIG. 10 . ) to the outside of the thrust foil air bearing assembly 1000 .
  • Thrust foil air bearings 100a and 100b of the above configuration are used in a device having a stopper S and a rotating portion R that rotates relative to the centerline C with respect to the stopper S.
  • a possible thrust foil air bearing comprising: a lower plate (10) coupled to the stop (S); an intermediate plate 20 disposed on the upper surface of the lower plate 10 and having an elastically deformable bump foil 24; The upper plate 30 is disposed on the upper surface of the intermediate plate 20 to face the rotating part R, and is disposed on the upper side of the bump foil 24 and has a top foil 34 that is in contact with the rotating part R.
  • the top foil 34 Since it includes first pores 14 , 15 , 15a , 15b provided in the lower plate 10 to allow air to flow from the lower surface of the lower plate 10 to the upper surface of the lower plate 10 , the top foil 34 ) as well as the lower surface of the top foil 34 and the bump foil 24 can be sufficiently cooled, so that the lower surface of the top foil 34 does not discolor due to high temperature or the coating is separated and separated, and the top foil 34 It has the advantage that there is no damage accident.
  • the thrust foil air bearings 100a and 100b have a second pore ( 22, 28, and 29 are included, so there is an advantage in that the cooling gas A can easily reach the lower surface of the top foil 34.
  • the thrust foil air bearings 100a and 100b have third pores 32 and 37 provided in the upper plate 30 to allow air to flow from the lower surface of the upper plate 30 to the upper surface of the upper plate 30 . ), so that the cooling gas (A) to the upper surface of the top foil 34 has the advantage that it is easy to reach.
  • the lower plate 10 is provided with a coupling part 12 protruding toward the rotating part R, and the coupling part 12 is the intermediate plate. Since the lower plate 10, the middle plate 20, and the upper plate 30 are coupled to each other while passing through the 20 and the upper plate 30, the "modular" bearing can be quickly assembled without a complicated process such as welding. There are advantages to being able to do this.
  • the thrust foil air bearing assembly 1000 is a bearing assembly including a pair of the thrust foil air bearings 100a and 100b, and a bearing mounting part 220 to which the first thrust foil air bearing 100a can be mounted. and a bearing housing 200 disposed in the bearing mounting part 220 and including first slots 230 and 240 provided at positions corresponding to the first pores of the first thrust foil air bearing 100a.
  • the thrust foil air bearing assembly 1000 the first slot (230, 240) and the second slot (330, 340), a radial slot extending elongated in the radial direction of the center line (C) ( 230 and 330 and at least one of the circumferential slots 240 and 340 extending long in the circumferential direction of the center line C, the lower plate 10 of the thrust foil air bearings 100a and 100b
  • the cooling gas (A) is easy to supply the cooling gas (A) to the entire lower surface.
  • the lower plates of the thrust foil air bearings 100a and 100b ( 10) since the radial slots 230 and 330 and the circumferential slots 240 and 340 are in communication with each other, the lower plates of the thrust foil air bearings 100a and 100b ( 10) has the advantage that it is easy to supply the cooling gas (A) evenly to the entire lower surface.
  • the thrust foil air bearing assembly 1000 has an air inlet hole 260 in the bearing housing 200 that connects the opposite surface of the bearing mounting part 220 and the first slots 230 and 240 with each other. Since at least one of these is formed, as shown in FIG. 2 , it is different from the conventional turbocompressor in which the cooling gas (A) is introduced only into the space between the hollow (H) of the bearing housing 200 and the rotating shaft (F). Alternatively, there is an advantage that the additional cooling gas (A) can be supplied to the first slots (230, 240).
  • the thrust foil air bearing assembly 1000 may include a body 210 in which the bearing housing 200 is a disk-shaped member centered on the center line C; A protrusion 211 protrudes from the main body 210 along the center line C and is provided in the form of a pipe with the center line C as the center of a circle; and, on the outer peripheral surface of the protrusion 211, Since at least one air induction groove 261 which is a groove portion communicating with the air inlet hole 260 is formed, the amount of cooling gas A flowing into the air inlet hole 260 can be increased.
  • the thrust foil air bearing assembly 1000 is mounted on the rear end of the turbocompressor as shown in FIG. 2 , but of course, the mounting position or method of use may be changed.

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Abstract

본 발명은 스러스트 포일 공기 베어링에 관한 것으로서, 정지부와, 상기 정지부에 대하여 중심선을 중심으로 상대 회전하는 회전부를 구비하는 장치에 사용 가능한 스러스트 포일 공기 베어링으로서, 상기 정지부에 결합되는 하판; 상기 하판의 상면에 배치되며, 탄성 변형이 가능한 범프 포일을 구비하는 중간판; 상기 중간판의 상면에 배치되어 상기 회전부와 마주하며, 상기 범프 포일의 상측에 배치되어 상기 회전부와 접촉 가능한 탑 포일을 구비하는 상판; 상기 하판의 하면으로부터 상기 하판의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 하판에 마련되어 있는 제1 기공을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 탑 포일의 하면 및 범프 포일이 충분히 냉각될 수 있어, 탑 포일의 하면이 고온에 의해 변색하거나 코팅이 분리 이탈하지 않고, 탑 포일의 파손 사고가 발생하지 않는 효과가 있다.

Description

스러스트 포일 공기 베어링 및 그것을 포함하는 베어링 조립체
본 발명은 스러스트 포일 공기 베어링에 관한 것으로서, 특히 탑 포일의 하면 및 범프 포일이 충분히 냉각될 수 있어, 탑 포일의 하면이 고온에 의해 변색하거나 코팅이 분리 이탈하지 않고, 탑 포일의 파손 사고가 발생하지 않는 스러스트 포일 공기 베어링에 관한 것이다.
터보 압축기(turbo compressor) 또는 터보 블로어(turbo blower)는, 임펠러(impeller)를 고속으로 회전시킴으로써 외부의 공기나 가스를 흡입하여 압축한 후 외부로 송풍하는 원심형 펌프로서, 분체(powder) 이송용이나 하수 처리장 등에서 폭기(爆氣)용으로 많이 사용되고 있으며, 최근에는 산업 공정용과 자동차 탑재용으로도 사용이 되고 있다.
이러한 터보 압축기에서는, 임펠러의 고속 회전으로 인하여 모터와 베어링에서 마찰에 의한 고열이 발생할 수밖에 없는 바, 주요 발열부(heat source)인 모터와 베어링에 대한 냉각이 필요하다.
종래의 터보 압축기의 일례가 한국특허(등록번호 10-1888156, 등록일 2018-08-07)에 개시되어 있는데, 이 터보 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이 임펠러(4)를 회전시키기 위하여, 전단부가 상기 임펠러(4)와 결합되어 있는 회전축(F)을 구비하는 모터(5); 상기 모터(5)를 수용하는 모터 수용 공간(6)을 구비한 하우징; 상기 모터 수용 공간을 지나가도록 마련되며, 내부에 수용된 냉각용 기체가 순환 가능하도록 형성된 냉각 기로(7);를 포함하며, 압축 기체 유로(8)는 상기 냉각 기로(7)와 공간적으로 분리됨으로써, 상기 압축 기체 유로(8)의 내부에 있는 기체가 상기 냉각 기로(7)로 침투할 수 없는 것을 특징으로 한다.
한편, 종래의 터보 압축기의 후단부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(F)의 고속 회전에 의하여 발생되는 마찰력을 감소시키기 위하여, 상기 회전축(F)을 회전 가능하게 지지하기 위한 한 쌍의 스러스트 포일 공기 베어링(1a, 1b)가 장착되어 있고, 상기 한 쌍의 스러스트 포일 공기 베어링(1a, 1b)를 수용하고 있는 베어링 하우징(2)과 상기 베어링 하우징(2)에 결합되는 베어링 커버(3)가 마련되어 있다.
상기 종래의 터보 압축기에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 냉각 기로(7)를 흐르는 공기가 상기 스러스트 포일 공기 베어링(1a, 1b)의 탑 포일 상면과 회전부(R) 사이의 공간으로만 흐르도록 구성되어 있었는데, 이로 인하여 상기 스러스트 포일 공기 베어링(1a, 1b)의 탑 포일의 상면만 냉각되고, 탑 포일의 하면과 범프 포일의 상면 사이에는 공기가 흐르지 못하고 정체되는 문제점이 있었다.
이렇게 탑 포일의 상면만 냉각되면, 얇은 금속 부재인 탑 포일, 범프 포일 등이 서로 밀집한 상태로 겹쳐진 스러스트 포일 공기 베어링(1a, 1b)의 구조적 특성 때문에, 탑 포일의 하면이 충분히 냉각되지 못하고 고온에 의해 변색하거나, 탑 포일의 하면 코팅이 분리 이탈함으로써 결국 탑 포일의 파손 사고로까지 이어지는 심각한 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 탑 포일의 하면 및 범프 포일이 충분히 냉각될 수 있어, 탑 포일의 하면이 고온에 의해 변색하거나 코팅이 분리 이탈하지 않고, 탑 포일의 파손 사고가 발생하지 않도록 구조가 개선된 스러스트 포일 공기 베어링을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 스러스트 포일 공기 베어링 한 쌍을 포함하는 베어링 조립체를 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스러스트 포일 공기 베어링은, 정지부와, 상기 정지부에 대하여 중심선을 중심으로 상대 회전하는 회전부를 구비하는 장치에 사용 가능한 스러스트 포일 공기 베어링으로서, 상기 정지부에 결합되는 하판; 상기 하판의 상면에 배치되며, 탄성 변형이 가능한 범프 포일을 구비하는 중간판; 상기 중간판의 상면에 배치되어 상기 회전부와 마주하며, 상기 범프 포일의 상측에 배치되어 상기 회전부와 접촉 가능한 탑 포일을 구비하는 상판; 상기 하판의 하면으로부터 상기 하판의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 하판에 마련되어 있는 제1 기공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 중간판의 하면으로부터 상기 중간판의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 중간판에 마련되어 있는 제2 기공을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 상판의 하면으로부터 상기 상판의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 상판에 마련되어 있는 제3 기공을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 하판은, 상기 회전부를 향하여 돌출되어 있는 결합부를 구비하며, 상기 결합부가, 상기 중간판과 상판을 관통한 상태로, 상기 하판과 중간판 및 상판을 서로 결합시키는 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스러스트 포일 공기 베어링 조립체는, 상기 스러스트 포일 공기 베어링 한 쌍을 포함하는 베어링 조립체로서, 제1 스러스트 포일 공기 베어링이 장착될 수 있는 베어링 장착부를 구비하며, 상기 베어링 장착부에 배치되며 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링의 제1 기공에 대응하는 위치에 마련되는 제1 슬롯을 포함하는 베어링 하우징; 제2 스러스트 포일 공기 베어링이 장착될 수 있는 베어링 장착부를 구비하며, 상기 베어링 장착부에 배치되며 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링의 제1 기공에 대응하는 위치에 마련되는 제2 슬롯을 포함하며, 상기 베어링 하우징과 탈착 가능하게 결합될 수 있는 베어링 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯은, 상기 중심선의 반경 방향으로 길게 연장되어 있는 반경 방향 슬롯과, 상기 중심선의 원주 방향으로 길게 연장되어 있는 원주 방향 슬롯 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 반경 방향 슬롯과 상기 원주 방향 슬롯은 서로 연통되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베어링 하우징에는, 상기 베어링 장착부의 반대면과 상기 제1 슬롯을 서로 연통시켜주는 공기유입공이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베어링 하우징은, 상기 중심선을 중심으로 하는 원판형 부재인 본체; 상기 본체로부터 상기 중심선을 따라 돌출되어 있으며, 상기 중심선을 원의 중심으로 하는 파이프 형태로 마련된 돌출부;를 포함하며, 상기 돌출부의 외주면에는, 상기 공기유입공과 각각 연통되어 있는 홈부인 공기유도홈이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 정지부와, 상기 정지부에 대하여 중심선을 중심으로 상대 회전하는 회전부를 구비하는 장치에 사용 가능한 스러스트 포일 공기 베어링으로서, 상기 정지부에 결합되는 하판; 상기 하판의 상면에 배치되며, 탄성 변형이 가능한 범프 포일을 구비하는 중간판; 상기 중간판의 상면에 배치되어 상기 회전부와 마주하며, 상기 범프 포일의 상측에 배치되어 상기 회전부와 접촉 가능한 탑 포일을 구비하는 상판; 상기 하판의 하면으로부터 상기 하판의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 하판에 마련되어 있는 제1 기공을 포함하므로, 탑 포일의 하면 및 범프 포일이 충분히 냉각될 수 있어, 탑 포일의 하면이 고온에 의해 변색하거나 코팅이 분리 이탈하지 않고, 탑 포일의 파손 사고가 발생하지 않는 효과가 있다.
도 1은 종래의 터보 압축기의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 터보 압축기의 부분확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 스러스트 포일 공기 베어링 조립체의 결합 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링 조립체의 분리 사시도이다.
도 5은 도 3에 도시된 베어링 하우징의 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 제1 스러스트 포일 공기 베어링의 분리사시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 제2 스러스트 포일 공기 베어링의 분리사시도이다.
도 8은 도 4에 도시된 베어링 커버의 사시도이다.
도 9는 도 3에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링 조립체의 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링 조립체의 부분확대도이다.
도 11은 도 4에 도시된 베어링 하우징의 내부 공기 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 4에 도시된 베어링 커버의 내부 공기 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 스러스트 포일 공기 베어링 조립체의 결합 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링 조립체의 분리 사시도이다. 도 5은 도 3에 도시된 베어링 하우징의 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)는, 도 2에 도시된 바와 같이 스러스트 포일 공기 베어링을 포함하는 베어링 조립체로서, 한 쌍의 스러스트 포일 공기 베어링 (100a, 100b)과, 베어링 하우징(200)과, 베어링 커버(300)을 포함한다.
상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)은, 압축된 공기의 압력으로 하중을 지지하는 공기 베어링(air bearing)으로서, 정지부(S)와 상기 정지부(S)에 대하여 중심선(C)을 중심으로 상대 회전하는 회전부(R)를 구비하는 다양한 장치에 사용 가능한 추력 베어링(thrust bearing)이다. 이 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)은 하판(10)과, 중간판(20)과, 상판(30)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)과 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)은, 대부분의 구성이 동일하고 일부의 구성 및 장착 위치에서 차이가 있으므로, 먼저 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)의 공통적 구성에 대하여 설명하기로 한다.
여기서, 상기 정지부(S)와 회전부(R)는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 원형의 디스크 부재이며, 상기 회전부(R)는 상기 중심선(C)을 중심으로 미리 정한 회전 방향(W)으로 회전하는 회전축(F)에 결합되어 있다.
한편, 상기 회전부(R)는 상기 정지부(S)에 대하여 상대 회전한다는 의미에서 결정된 상대적 용어이므로 상기 회전부(R)와 정지부(S)의 용어가 서로 교체 사용되어도 무방하다. 다만 이하에서는 상기 정지부(S)가 절대 좌표에서 정지된 부분이고 상기 회전부(R)가 절대 좌표에서 회전하는 부분으로 전제하고 설명하기로 한다.
상기 하판(10)은, 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형의 디스크 부재로서, 상기 정지부(S)의 상면에 배치되며, 하판 본체(11)와 결합부(12)와 베어링 장착공(13)을 구비한다.
상기 하판 본체(11)는, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 원형의 디스크 부분으로서, 하면이 상기 정지부(S)의 상면에 배치된다.
상기 하판 본체(11)의 중앙에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 중공(H)이 형성되어 있다.
상기 결합부(12)는, "ㄱ"자 형태로 미리 절곡되어 있는 부분으로서, 상기 하판 본체(11)로부터 상기 회전부(R)를 향하여 돌출되어 있다.
상기 결합부(12)는, 복수 개 마련되어, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.
상기 결합부(12)는, 상기 하판 본체(11)의 중공(H) 표면인 내주면과 상기 하판 본체(11)의 외주면 사이에 배치되어 있으며, "ㄱ"자 형상의 단면이 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장됨으로써 형성된다.
본 실시예에서 상기 결합부(12)는, 상기 하판 본체(11)의 내주면과 상기 하판 본체(11)의 외주면 사이의 반경 방향 거리 절반 지점에 배치되어 있다.
상기 결합부(12)는, 상기 하판 본체(11)의 구멍인 제1 절개부(14)를 채우고 있던 금속 박판이 프레스 가공에 의하여 절개 및 절곡됨으로써 형성된다.
상기 제1 절개부(14)는, 복수 개 마련되어, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.
상기 제1 절개부(14)는, 상기 하판 본체(11)의 중공(H) 표면인 내주면과 상기 하판 본체(11)의 외주면 사이에 배치되어 있으며, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장됨으로써 형성된다.
한편, 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)의 서로 인접한 한 쌍의 상기 제1 절개부(14)의 사이에는, 복수 개의 구멍 형태로 제2 절개부(15, 15a)가 형성되어 있다.
그러나 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)의 서로 인접한 한 쌍의 상기 제1 절개부(14)의 사이에는, 상기 제2 절개부(15, 15a) 대신에 다른 형상의 제2 절개부(15b)가 형성되어 있다.
상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)의 제2 절개부(15b)는, 상기 중심선(C)의 원주 방향으로 길게 연장되어 있는 원호 형태의 구멍으로서, 후술할 상기 중간판(20)의 제1 절개부(28)의 테두리에 대응하는 위치와 형상을 가진다.
상기 제1 절개부(14)와 제2 절개부(15, 15a)는, 상기 하판(10)의 하면으로부터 상기 하판(10)의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록 하는 제1 기공(14, 15, 15a)으로 기능한다.
상기 결합부(12)의 상단부 하면은, 상기 하판 본체(11)의 상면으로부터 미리 정한 길이만큼 돌출되어 있다.
상기 결합부(12)는, 후술할 상기 중간판(20)의 제1 관통공(22) 및 상기 상판(30)의 제2 관통공(32)을 관통한 상태로, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)을 서로 밀착시킨 상태로 결합시킨다.
상기 결합부(12)는, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)이 상기 중심선(C)을 따라 서로 분리되지 않도록 결합시키는 기능을 수행한다.
본 실시예에서 상기 하판(10)의 결합부(12)는, 상기 중간판(20)과 상판(30)에 탈착 가능하게 결합되는 잠금 위치와, 상기 중간판(20)과 상판(30)으로부터 분리가능한 해제 위치 사이에서, 상기 중심선(C)을 중심으로 회전이동 가능하도록 마련된다.
상기 베어링 장착공(13)은, 후술할 베어링 장착용 핀(P)이 관통하는 구멍으로서, 상기 하판 본체(11)의 테두리를 따라 원주 방향으로 복수 개 나열되어 있다.
상기 중간판(20)은, 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형의 디스크 부재로서, 상기 하판(10)의 상면에 배치되며, 중간판 본체(21)와, 제1 관통공(22)과, 베어링 장착공(23)과, 범프 포일(24)을 구비한다.
상기 중간판 본체(21)는, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 원형의 디스크 부분으로서, 하면이 상기 하판 본체(11)의 상면에 배치된다. 여기서, 상기 중간판 본체(21)는 상기 하판 본체(11)와 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 중간판 본체(21)의 중앙에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 중공(H)이 형성되어 있다. 여기서 상기 중간판 본체(21)의 중공(H)은 상기 하판 본체(11)의 중공(H)과 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 제1 관통공(22)은, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장된 슬롯 형상의 구멍으로서, 상기 결합부(12)가 관통할 수 있는 길이와 폭을 가지고 있다.
상기 베어링 장착공(23)은, 상기 베어링 장착용 핀(P)이 관통하는 구멍으로서, 상기 중간판 본체(21)의 테두리를 따라 원주 방향으로 복수 개 나열되어 있다.
상기 중간판(20)의 베어링 장착공(23)은, 상기 하판(10)의 베어링 장착공(13)과 대응되는 위치에 형성되어 있으며 서로 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 범프 포일(24)은, 사다리 꼴 형태의 평면 형상을 가지는 부분으로서, 상기 중심선(C)을 따라 상하 방향으로 탄성 변형이 가능하도록, 다수 개의 산과 골이 번갈아가면서 연결된 물결(wave) 형상의 부분이다.
상기 범프 포일(24)은, 상기 결합부(12)와 마찬가지로, 상기 중간판 본체(21)의 구멍인 제1 절개부(28)을 채우고 있던 금속 박판이 프레스 가공에 의하여 절개 및 절곡됨으로써 형성된다.
상기 범프 포일(24)은, 복수 개 마련되어 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.
상기 범프 포일(24)은, 사다리 꼴의 네 변 중 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변(25, 26) 중 하나(25)만 상기 중간판 본체(21)에 결합되어 있으며, 나머지 세 변은 자유단(free end)으로 형성되어 있다.
본 실시예에서 상기 범프 포일(24)은, 상기 범프 포일(24)에 대한 공기의 흐름을 기준으로, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변 중 상류측 변(25)만 상기 중간판 본체(21)에 결합되어 있다. 즉, 상기 범프 포일(24)은 상류측 변(25)만 상기 중간판 본체(21)에 결합되고 하류측 변(26)은 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있다.
상기 범프 포일(24)은, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 하류측으로 길게 형성되며, 상기 중심선(C)의 반경 반향을 따라 서로 이격된 복수 개의 절개선(27)을 구비하고 있다.
본 실시예에서 상기 제1 관통공(22)은 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변 중 하류측 변(26) 근처에 형성되는데, 상기 범프 포일(24)의 하류측 변(26)과 상기 중간판 본체(21)의 사이의 구멍인 상기 제1 절개부(28)의 일부가 상기 제1 관통공(22)으로 기능하게 된다.
상기 중간판(20)의 상류측 변(25)에는, 사각형 구멍으로 형성된 제2 절개부(29)가 형성되어 있다.
상기 제1 관통공(22), 상기 제1 절개부(28)의 테두리 및 상기 제2 절개부(29)는, 상기 중간판(20)의 하면으로부터 상기 중간판(20)의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록 하는 제2 기공(22, 28, 29)으로 기능한다.
상기 상판(30)은, 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형의 디스크 부재로서, 상기 중간판(20)의 상면에 배치되어 상기 회전부(R)와 마주하며, 상판 본체(31)와, 제2 관통공(32)과, 베어링 장착공(33)과, 탑 포일(34)을 구비한다.
상기 하판(10)과, 중간판(20)과, 상판(30)은 동일한 재질의 금속 박판으로 제조될 수 있으며, 각각의 두께는 서로 상이할 수도 있다.
상기 상판 본체(31)는, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 원형의 디스크 부분으로서, 하면이 상기 중간판 본체(21)의 상면에 배치된다. 여기서, 상기 상판 본체(31)는 상기 하판 본체(11)와 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 상판 본체(31)의 중앙에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 중공(H)이 형성되어 있다. 여기서 상기 상판 본체(31)의 중공(H)은 상기 하판 본체(11)의 중공(H)과 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 제2 관통공(32)은, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장된 슬롯 형상의 구멍으로서, 상기 결합부(12)가 관통할 수 있는 길이와 폭을 가지고 있다.
상기 제2 관통공(32)은 상기 제1 관통공(22)과 대응하는 위치에 형성되어 있으며, 동일한 길이와 폭을 가지고 있다.
상기 베어링 장착공(33)은, 상기 베어링 장착용 핀(P)이 관통하는 구멍으로서, 상기 상판 본체(31)의 테두리를 따라 원주 방향으로 복수 개 나열되어 있다.
상기 상판(30)의 베어링 장착공(33)은, 상기 하판(10)의 베어링 장착공(13)과 상기 중간판(20)의 베어링 장착공(23)에 대응되는 위치에 형성되어 있으며 서로 동일한 직경을 가지고 있다.
본 실시예에서 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 베어링 장착공(13, 23, 33)들은, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 동일한 가상의 원주 상에 배치되어 있다.
상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 베어링 장착공(13, 23, 33)들이 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)에 배치된 배치 패턴은, 베어링 사용 위치에 따라, 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)와 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)에서 서로 동일하지 않은 패턴으로 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)은 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)과 거울 대칭(mirror symmetry) 관계에 있다.
상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)의 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 어느 하나에서, 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들 중 서로 인접한 베어링 장착공(13, 23, 33)이 이루는 배치 각도는, 상기 중심선(C)의 원주 방향 위치에 따라 동일하지 않도록 비대칭적으로 제작되어 있다.
따라서, 상기 회전축(F)에 각각 결합된 회전부(R)의 양면과 각각 대면하는 한 쌍의 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)에서 상기 배치 패턴을 달리함으로써, 작업자가 베어링의 장착 위치를 서로 바꾸어서 장착하는 실수를 원천적으로 방지할 수 있다. 즉, 작업자가 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)을 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)이 장착될 곳에 장착하려고 시도하면, 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들이 상기 베어링 장착용 핀(P)에 삽입되지 않는다.
상기 탑 포일(34)은, 사다리 꼴 형태의 평면 형상을 가지는 부분으로서, 상기 범프 포일(24)의 상측에 배치되어 상기 회전부(R)와 접촉 가능한 부분이다.
상기 탑 포일(34)은, 복수 개 마련되어 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.
상기 탑 포일(34)은 상기 범프 포일(24)과 대응되는 위치와 크기를 가지고 있다.
상기 탑 포일(34)은, 상기 범프 포일(24)과 마찬가지로, 상기 상판 본체(31)의 구멍인 제1 절개부(37)를 채우고 있던 금속 박판이 프레스 가공에 의하여 절개 및 절곡됨으로써 형성된다.
상기 탑 포일(34)은, 사다리 꼴의 네 변 중 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변(35, 36) 중 하나(35)만 상기 상판 본체(31)에 결합되어 있으며, 나머지 세 변은 자유단(free end)으로 형성되어 있다.
본 실시예에서 상기 탑 포일(34)은, 상기 탑 포일(34)에 대한 공기의 흐름을 기준으로, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변 중 상류측 변(35)만 상기 상판 본체(31)에 결합되어 있다. 즉, 상기 탑 포일(34)은 상류측 변(35)만 상기 상판 본체(31)에 결합되고 하류측 변(36)은 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있다.
본 실시예에서 상기 제2 관통공(32)은 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변 중 하류측 변(36) 근처에 형성되는데, 상기 탑 포일(34)의 하류측 변(36)과 상기 상판 본체(31)의 사이의 상기 제1 절개부(37)가 상기 제2 관통공(32)으로 기능하게 된다.
상기 제2 관통공(32)와 상기 제1 절개부(37)의 테두리는, 상기 상판(30)의 하면으로부터 상기 상판(30)의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록 하는 제3 기공(32, 37)으로 기능한다.
본 실시예에서 상기 상판(30)의 제2 관통공(32)은, 상기 중간판(20)의 제1 관통공(22)과 상기 하판(10)의 제1 절개부(14)에 대응하는 위치와 형상을 가지고 있다.
본 실시예에서, 상기 상판(30)의 제1 절개부(37)의 테두리는 상기 중간판(20)의 제1 절개부(28)에 대응하는 위치와 형상을 가지고 있다.
본 실시예에서 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)의 하판(10)의 제2 절개부(15)는 상기 중간판(20)의 제2 절개부(29)에 대응하는 위치와 형상을 가지고 있으며, 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)의 하판(10)의 제2 절개부(15a)는 상기 중간판(20)의 제1 관통공(22)에 대응하는 위치와 형상을 가지고 있으며, 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)의 하판(10)의 제2 절개부(15b)는 상기 중간판(20)의 제1 절개부(28)의 테두리에 대응하는 위치와 형상을 가지고 있다.
상기 하판(10)의 결합부(12)가 상기 잠금 위치에 있을 때, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 베어링 장착공(13, 23, 33)들은, 상기 베어링 장착용 핀(P)이 관통할 수 있도록 일렬로 정렬되지만, 상기 하판(10)의 결합부(12)가 상기 해제 위치에 있을 때에는 상기 베어링 장착공(13)과 상기 베어링 장착공(23, 33)은 일렬로 정렬되지 못한다.
상기 베어링 하우징(200)은, 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)을 내부에 수용할 수 있는 하우징으로서, 본체(210)와 베어링 장착부(220)와 제1 슬롯(230, 240)과 결합공(250)을 포함한다.
상기 본체(210)는, 상기 중심선(C)을 중심으로 하는 원판형 금속 부재로서, 중앙에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 중공(H)이 형성되어 있다.
상기 베어링 장착부(220)는, 상기 본체(210)의 일면에 형성되어 있는 원판형의 공간부로서, 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)이 장착될 수 있도록 마련되어 있다. 여기서 상기 베어링 장착부(220)의 깊이는 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)을 모두 수용할 수 있도록 충분한 값을 가진다.
상기 베어링 장착부(220)의 테두리에는, 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)와 결합될 수 있는 상기 베어링 장착용 핀(P)이 복수 개 배치되어 있다.
상기 베어링 장착용 핀(P)은, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)이 상기 중심선(C)과 교차하는 가상의 평면상에서 슬라이딩되어 서로 분리되지 않도록 결합시키는 기능을 수행하고, 상기 결합부(12)가 의도하지 않게 상기 해제 위치로 회전하는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
상기 본체(210)의 타면에는, 상기 중심선(C)을 따라 돌출되어 있는 돌출부(211)가 형성되어 있다.
상기 돌출부(211)는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 파이프 형태를 가지며, 내부에 중공(H)이 형성되어 있다.
상기 제1 슬롯(230, 240)은, 미리 정한 형상의 홈(groove)으로서, 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)의 제1 기공(14, 15)에 대응하는 위치에 대응하는 형상으로 마련된다.
상기 제1 슬롯(230, 240)은, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장되어 있는 반경 방향 슬롯(230)과, 상기 중심선(C)의 원주 방향으로 길게 연장되어 있는 원주 방향 슬롯(240)을 포함한다.
상기 반경 방향 슬롯(230)은 상기 하판(10)의 제1 절개부(14) 및 제2 절개부(15a)에 대응하고, 상기 원주 방향 슬롯(240)은 상기 하판(10)의 제2 절개부(15)에 대응한다.
상기 반경 방향 슬롯(230)의 내측 단부는 상기 본체(210)의 중공(H)과 연통되어 있으며, 상기 반경 방향 슬롯(230)의 외측 단부는 폐쇄되어 있다.
본 실시예에서 상기 원주 방향 슬롯(240)의 일단부는 상기 반경 방향 슬롯(230)과 연통되어 있고, 상기 원주 방향 슬롯(240)의 타단부는 폐쇄되어 있다. 따라서, 상기 제1 슬롯(230, 240)은 "ㅏ" 자 형태의 단위 슬롯이 원주 방향을 따라 나열된 형태로 마련되어 있다.
상기 결합공(250)은, 상기 본체(210)의 테두리에 마련되어 있는 복수 개의 구멍으로서, 상기 베어링 커버(300)과의 나사 결합을 위한 구멍이다.
상기 반경 방향 슬롯(230)의 내측 단부에는, 상기 본체(210)의 뒷면으로부터 상기 본체(210)의 앞면으로 공기가 유입될 수 있도록 형성된 공기유입공(260)이 형성되어 있다.
상기 공기유입공(260)은, 상기 베어링 하우징(200)의 외부에 있는 공기를 상기 베어링 장착부(220)로 유입시킬 수 있는 구멍이다.
상기 돌출부(211)의 외주면에는, 상기 공기유입공(260)과 각각 연통되어 있는 홈부인 공기유도홈(261)이 복수 개 형성되어 있다.
상기 공기유도홈(261)은, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.
상기 베어링 커버(300)는, 상기 베어링 하우징(200)와 탈착 가능하게 결합하여 상기 베어링 장착부(220)를 폐쇄할 수 있는 커버 부재로서, 본체(310)와 베어링 장착부(320)와 제2 슬롯(330, 340)과 결합공(350)을 포함한다.
상기 본체(310)는, 상기 중심선(C)을 중심으로 하는 원판형 금속 부재로서, 중앙에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 중공(H)이 형성되어 있다.
상기 베어링 장착부(320)는, 상기 본체(310)의 일면에 형성되어 있는 원형부로서, 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)이 장착될 수 있도록 마련되어 있는 부분이다.
상기 베어링 장착부(320)의 테두리에는, 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)와 결합될 수 있는 베어링 장착용 핀(P)이 복수 개 배치되어 있다.
상기 제2 슬롯(330, 340)은, 미리 정한 형상의 홈(groove)으로서, 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)의 제1 기공(14, 15a)에 대응하는 위치에 대응하는 형상으로 마련된다.
상기 제2 슬롯(330, 340)은, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장되어 있는 반경 방향 슬롯(330)과, 상기 중심선(C)의 원주 방향으로 길게 연장되어 있는 원주 방향 슬롯(340)을 포함한다.
상기 반경 방향 슬롯(330)의 내측 단부는 상기 본체(310)의 중공(H)과 연통되어 있으며, 상기 반경 방향 슬롯(330)의 외측 단부는 폐쇄되어 있다.
상기 반경 방향 슬롯(330)은 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)의 하판(10)의 제1 절개부(14)에 대응하고, 상기 원주 방향 슬롯(340)은 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)의 하판(10)의 제2 절개부(15b)에 대응한다.
상기 반경 방향 슬롯(330)과 상기 원주 방향 슬롯(340)이 서로 연통되어 있는데, 본 실시예에서는 상기 원주 방향 슬롯(340)의 양단부가 서로 인접한 한 쌍의 상기 반경 방향 슬롯(330)과 각각 연통되어 있다. 따라서 상기 제2 슬롯(330, 340)의 전체적인 형태는 원형 그물 형태가 된다.
상기 결합공(350)은, 상기 본체(310)의 테두리에 마련되어 있는 복수 개의 구멍으로서, 상기 베어링 하우징(200)의 결합공(250)과 나사 결합을 하기 위한 구멍이다.
이하에서는, 상술한 구성의 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)가 작동하는 방법의 일례를 설명하기로 한다. 여기서 상기 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)가 도 1에 도시된 터보 압축기에 장착되어 사용되는 것을 전제로 설명하기로 한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 모터(5)의 회전축(F)이 회전하면, 상기 임펠러(4)와 냉각팬(9)이 회전하게 되고, 상기 압축 기체 유로(8)로 유입된 외부 공기는 압축된 후 외부로 배출된다. 이때, 상기 압축 기체 유로(8)는 상기 냉각 기로(7)와 공간적으로 분리되어 있으므로, 상기 압축 기체 유로(8)의 내부에서 흐르는 공기가 압축되는 과정에서 누설되어 상기 냉각 기로(7)로 침투할 수 없다. 즉 상기 압축 기체 유로(8)를 따라 흐르는 공기의 흐름과 상기 냉각 기로(7)를 따라 흐르는 냉각용 기체 흐름(A)은 서로 혼합되지 않는다. 여기서 상기 냉각용 기체(A)로는 공기 또는 불활성 기체가 사용될 수 있다.
상기 냉각 기로(7)의 내부에 수용된 냉각용 기체(A)는, 상기 냉각팬(9)에 의하여 강제 순환됨으로써, 도 1에 도시된 바와 같이 모터(5)의 로터, 스테이터의 계자 코일과, 상기 회전축(F)과, 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)를 거쳐 지나가게 된다.
상기 냉각 기로(7)의 내부에서 순환하는 냉각용 기체(A)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 베어링 하우징(200)의 공기유입공(260)으로 유입된 후, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 제1 슬롯(230) 및 제1 슬롯(240)을 따라 유동하게 되고, 상기 제1 슬롯(230, 240)을 유둉하는 냉각용 기체(A)의 일부는 도 6에 도시된 바와 같이 하판(10)의 제1 기공(14, 15, 15a)을 통하여 상기 하판(10)의 하면으로부터 상면으로 유동하게 되고, 상기 하판(10)의 상면으로 흘러나온 냉각용 기체(A)의 일부는 상기 제2 기공(22, 28, 29)를 통하여 상기 중간판(20)의 하면으로부터 상면으로 유동하게 된다.
그리고 상기 중간판(20)의 상면으로 흘러나온 냉각용 기체(A)의 일부는, 상기 상판(30)의 제3 기공(32, 37)을 통하여 상기 상판(30)의 상면으로 흘러나오게 된다.
이렇게 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)의 판 부재들(10, 20, 30)을 거쳐온 냉각용 기체(A)는, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 회전부(R)의 반대편으로 넘어가게 되고, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 베어링 커버(300)의 제2 슬롯(330, 340)을 따라 유동하게 된다.
상기 베어링 커버(300)의 제2 슬롯(330, 340)을 따라 유동하는 냉각용 기체(A)는, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 기공(14, 15b)을 통하여 상기 하판(10)의 하면으로부터 상면으로 유동하게 되고, 상기 하판(10)의 상면으로 흘러나온 냉각용 기체(A)의 일부는 상기 제2 기공(22, 28, 29)를 통하여 상기 중간판(20)의 하면으로부터 상면으로 유동하게 된다.
그리고 상기 중간판(20)의 상면으로 흘러나온 냉각용 기체(A)의 일부는, 상기 상판(30)의 제3 기공(32, 37)을 통하여 상기 상판(30)의 상면으로 흘러나오게 된다.
이렇게 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)의 판 부재들(10, 20, 30)을 거쳐온 냉각용 기체(A)는, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 베어링 커버(300)의 중공(H)을 통하여 상기 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)의 외부로 유출된다.
위에서 설명한 과정을 통하여, 상기 냉각용 기체(A)는, 도 1에 도시된 바와 같 계속적으로 순환하면서, 모터(5) 내부의 열기를 냉각시킬 수 있게 된다.
상술한 구성의 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)는, 정지부(S)와, 상기 정지부(S)에 대하여 중심선(C)을 중심으로 상대 회전하는 회전부(R)를 구비하는 장치에 사용 가능한 스러스트 포일 공기 베어링으로서, 상기 정지부(S)에 결합되는 하판(10); 상기 하판(10)의 상면에 배치되며, 탄성 변형이 가능한 범프 포일(24)을 구비하는 중간판(20); 상기 중간판(20)의 상면에 배치되어 상기 회전부(R)와 마주하며, 상기 범프 포일(24)의 상측에 배치되어 상기 회전부(R)와 접촉 가능한 탑 포일(34)을 구비하는 상판(30); 상기 하판(10)의 하면으로부터 상기 하판(10)의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 하판(10)에 마련되어 있는 제1 기공(14, 15, 15a, 15b)을 포함하므로, 탑 포일(34)의 상면 뿐만 아니라 탑 포일(34)의 하면 및 범프 포일(24)이 충분히 냉각될 수 있어, 탑 포일(34)의 하면이 고온에 의해 변색하거나 코팅이 분리 이탈하지 않고, 탑 포일(34)의 파손 사고가 발생하지 않는 장점이 있다.
그리고 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)은, 상기 중간판(20)의 하면으로부터 상기 중간판(20)의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 중간판(20)에 마련되어 있는 제2 기공(22, 28, 29)을 포함하므로, 탑 포일(34)의 하면까지 냉각용 기체(A)가 도달하기 용이하다는 장점이 있다.
또한 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)은, 상기 상판(30)의 하면으로부터 상기 상판(30)의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 상판(30)에 마련되어 있는 제3 기공(32, 37)을 포함하므로, 탑 포일(34)의 상면까지 냉각용 기체(A)가 도달하기 용이하다는 장점이 있다.
그리고 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)은, 상기 하판(10)이, 상기 회전부(R)를 향하여 돌출되어 있는 결합부(12)를 구비하며, 상기 결합부(12)가, 상기 중간판(20)과 상판(30)을 관통한 상태로, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)을 서로 결합시키므로, 용접과 같은 복잡한 공정 없이도 신속하게 "모듈형" 베어링의 조립이 가능하다는 장점이 있다.
또한 상기 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)는, 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b) 한 쌍을 포함하는 베어링 조립체로서, 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)이 장착될 수 있는 베어링 장착부(220)를 구비하며, 상기 베어링 장착부(220)에 배치되며 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링(100a)의 제1 기공에 대응하는 위치에 마련되는 제1 슬롯(230, 240)을 포함하는 베어링 하우징(200); 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)이 장착될 수 있는 베어링 장착부(320)를 구비하며, 상기 베어링 장착부(320)에 배치되며 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링(100b)의 제1 기공(14, 15b)에 대응하는 위치에 마련되는 제2 슬롯(330, 340)을 포함하며, 상기 베어링 하우징(200)과 탈착 가능하게 결합될 수 있는 베어링 커버(300);를 포함하므로, 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)의 제1 기공(14, 15, 15a, 15b)에 냉각용 기체(A)를 공급하기 용이하다는 장점이 있다.
그리고 상기 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)는, 상기 제1 슬롯(230, 240)과 상기 제2 슬롯(330, 340)이, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장되어 있는 반경 방향 슬롯(230, 330)과, 상기 중심선(C)의 원주 방향으로 길게 연장되어 있는 원주 방향 슬롯(240, 340) 중 적어도 하나를 포함하므로, 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)의 하판(10)의 하면 전체에 냉각용 기체(A)를 공급하기 용이하다는 장점이 있다.
또한 상기 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)는, 상기 반경 방향 슬롯(230, 330)과 상기 원주 방향 슬롯(240, 340)은 서로 연통되어 있으므로, 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100a, 100b)의 하판(10)의 하면 전체에 골고루 냉각용 기체(A)를 공급하기 용이하다는 장점이 있다.
그리고 상기 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)는, 상기 베어링 하우징(200)에, 상기 베어링 장착부(220)의 반대면과 상기 제1 슬롯(230, 240)을 서로 연통시켜주는 공기유입공(260)이 적어도 하나 이상 형성되어 있으므로, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 베어링 하우징(200)의 중공(H)과 회전축(F) 사이의 공간만으로 냉각용 기체(A)가 유입되던 종래의 터보 압축기와는 달리, 추가적인 냉각용 기체(A)가 상기 제1 슬롯(230, 240)에 공급될 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)는, 상기 베어링 하우징(200)이, 상기 중심선(C)을 중심으로 하는 원판형 부재인 본체(210); 상기 본체(210)로부터 상기 중심선(C)을 따라 돌출되어 있으며, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 파이프 형태로 마련된 돌출부(211);를 포함하며, 상기 돌출부(211)의 외주면에는, 상기 공기유입공(260)과 각각 연통되어 있는 홈부인 공기유도홈(261)이 적어도 하나 이상 형성되어 있으므로, 상기 공기유입공(260)으로 유입되는 냉각용 기체(A)의 양을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
본 실시예에서는, 상기 스러스트 포일 공기 베어링 조립체(1000)가 도 2에 도시된 바와 같이 터보 압축기의 후단부에 장착되어 있으나, 그 장착 위치나 사용 방법을 달라질 수도 있음은 물론이다.
이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

Claims (9)

  1. 정지부와, 상기 정지부에 대하여 중심선을 중심으로 상대 회전하는 회전부를 구비하는 장치에 사용 가능한 스러스트 포일 공기 베어링으로서,
    상기 정지부에 결합되는 하판;
    상기 하판의 상면에 배치되며, 탄성 변형이 가능한 범프 포일을 구비하는 중간판;
    상기 중간판의 상면에 배치되어 상기 회전부와 마주하며, 상기 범프 포일의 상측에 배치되어 상기 회전부와 접촉 가능한 탑 포일을 구비하는 상판;
    상기 하판의 하면으로부터 상기 하판의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 하판에 마련되어 있는 제1 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중간판의 하면으로부터 상기 중간판의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 중간판에 마련되어 있는 제2 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상판의 하면으로부터 상기 상판의 상면으로 공기가 흐를 수 있도록, 상기 상판에 마련되어 있는 제3 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하판은, 상기 회전부를 향하여 돌출되어 있는 결합부를 구비하며,
    상기 결합부가, 상기 중간판과 상판을 관통한 상태로, 상기 하판과 중간판 및 상판을 서로 결합시키는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 스러스트 포일 공기 베어링 한 쌍을 포함하는 베어링 조립체로서,
    제1 스러스트 포일 공기 베어링이 장착될 수 있는 베어링 장착부를 구비하며, 상기 베어링 장착부에 배치되며 상기 제1 스러스트 포일 공기 베어링의 제1 기공에 대응하는 위치에 마련되는 제1 슬롯을 포함하는 베어링 하우징;
    제2 스러스트 포일 공기 베어링이 장착될 수 있는 베어링 장착부를 구비하며, 상기 베어링 장착부에 배치되며 상기 제2 스러스트 포일 공기 베어링의 제1 기공에 대응하는 위치에 마련되는 제2 슬롯을 포함하며, 상기 베어링 하우징과 탈착 가능하게 결합될 수 있는 베어링 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯은, 상기 중심선의 반경 방향으로 길게 연장되어 있는 반경 방향 슬롯과, 상기 중심선의 원주 방향으로 길게 연장되어 있는 원주 방향 슬롯 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반경 방향 슬롯과 상기 원주 방향 슬롯은 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 베어링 하우징에는, 상기 베어링 장착부의 반대면과 상기 제1 슬롯을 서로 연통시켜주는 공기유입공이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 베어링 하우징은,
    상기 중심선을 중심으로 하는 원판형 부재인 본체;
    상기 본체로부터 상기 중심선을 따라 돌출되어 있으며, 상기 중심선을 원의 중심으로 하는 파이프 형태로 마련된 돌출부;를 포함하며,
    상기 돌출부의 외주면에는, 상기 공기유입공과 각각 연통되어 있는 홈부인 공기유도홈이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체
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