WO2023163266A1 - 에어포일 저널 베어링 - Google Patents

에어포일 저널 베어링 Download PDF

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WO2023163266A1
WO2023163266A1 PCT/KR2022/003336 KR2022003336W WO2023163266A1 WO 2023163266 A1 WO2023163266 A1 WO 2023163266A1 KR 2022003336 W KR2022003336 W KR 2022003336W WO 2023163266 A1 WO2023163266 A1 WO 2023163266A1
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WO
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foil
accommodation space
extension tab
bearing housing
contact
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/003336
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English (en)
French (fr)
Inventor
선정훈
장수혁
김도영
이상대
Original Assignee
(주)건우테크
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Publication date
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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
    • F16C17/024—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. radial foil bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—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
    • F16C43/00—Assembling bearings
    • F16C43/04—Assembling rolling-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • 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
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/43—Screw compressors

Definitions

  • the present invention relates to an airfoil journal bearing, and more particularly, to an airfoil journal bearing, which does not require abrasion of the bearing housing due to bump foils, requires little maintenance of the bearing housing, and maintains the best condition even after long use. It's about journal bearings.
  • Airfoil bearings which are widely used in various turbo machines, have the basic principle of allowing the shaft to be lifted by the force of air within the bearing housing by guiding the compressed air generated during shaft rotation into the space between the shaft and the bearing housing.
  • the air compressed in the compressor is mainly used for fuel combustion, and the remaining compressed air is supplied to the airfoil bearing to support the shaft of the compressor or turbine. to drive the bearings.
  • Such an airfoil bearing is suitable for supporting the shaft of a rotating body rotating at high speed, and can be used as a bearing for a high-speed turbo machine operating at 50,000 rpm to 150,000 rpm, for example.
  • airfoil bearings are clean because they do not require a lubrication system, and have good load bearing capacity because the area supporting the shaft is wider than other types of bearings.
  • the disclosed journal foil air bearing includes a bearing housing having a hollow in which a rotor is disposed; bump foils spaced apart from each other along the inner circumferential surface of the hollow of the bearing housing and installed at least two; It is disposed along the top of two or more bump foils and includes a top foil installed one along the circumferential direction; When the rotor rotates at high speed, the top foil is deformed outwardly in a lobe form at a place where the bump foils are spaced apart from each other.
  • the conventional air bearing described above has a disadvantage in that the top foil and the bump foil are fixed to the bearing housing by welding. That is, the top foil and the bump foil are fixed to the spacer block of the bearing housing by spot welding. Since it is fixed by welding, it is of course impossible to replace the top foil and the bump foil separately.
  • the present invention was created to solve the above problems, and maintenance of the bearing housing is not required even when used for a long time, it is always maintained in the best condition, and the bump foil and top foil can be periodically or non-periodically replaced. It is an object to provide an advantageous, airfoil journal bearing.
  • the airfoil journal bearing of the present invention as a means of solving the problems for achieving the above object takes the shape of a ring and provides an accommodation space of a certain inner diameter, a concealed groove is formed on the outer circumferential surface, and the accommodation space is opened toward the concealed groove a bearing housing having a side passage to; It is embedded in the accommodating space of the bearing housing in a rolled state, and is in line contact with the inner circumferential surface of the accommodating space, elastically deformable by external force, integral with one end of the elastic body, concealed groove through the side passage a bump foil having a first extension tab accommodated therein; A foil body accommodated inside the bump foil in a rolled state and in surface contact with the bump foil, formed integrally with one end of the foil body and accommodated in a concealed groove through a side passage, and overlapping the first extension tab. a top foil having two extension tabs; A fixing part fixing the overlapping first extension tab and the second extension tab in the concealing groove is included.
  • a tangential plane portion extending in a tangential direction of a circumferential circle of an inner circumferential surface of the accommodation space is formed inside the concealing groove, and the first extension tab and the second extension tab are detachably fixed to the tangential plane portion in an overlapping state. do.
  • the bump foil is obtained by pressing a metal plate having a certain width and length
  • the elastic body has a constant pitch interval in the longitudinal direction and is in line contact with the inner circumferential surface of the accommodating space. and has a close-contact portion that is positioned and comes into surface contact with the foil body.
  • the elastic body takes a predetermined cross-sectional shape in the width direction, and the curved portion is in line contact with the inner circumferential surface of the accommodation space, and opens when the contact portion is pressed by an external force.
  • the resilient body has a predetermined cross-sectional shape in the width direction, and the curved portion is in line contact with the inner circumferential surface of the accommodation space, and when the contact portion is pressed by an external force, it collapses.
  • the elastic body of the bump foil A plurality of adhesion members spaced apart at regular intervals, parallel to each other, and face-to-face with the top foil, located between each adhesion member, assembled to be decomposable for the adhesion member, in line contact with the inner circumferential surface of the accommodation space, and by external force It is configured to include a plurality of elastically deformable elastic curved surface members.
  • the elastic curved surface member is slidably fitted to the close contact member.
  • the airfoil journal bearing of the present invention formed as described above does not cause abrasion at the contact portion between the bump foil and the bearing housing, there is no need for maintenance on the bearing housing even when used for a long time, and it always maintains the best condition. .
  • FIG. 1 is a cutaway perspective view of an air blower to which an airfoil journal bearing is applied according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the air blower shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a view showing the shaft and journal bearing of FIG. 1 separately.
  • FIG. 4 is a perspective view of a journal bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view of the journal bearing shown in FIG. 4;
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the journal bearing shown in FIG. 4;
  • FIG. 7 is an exploded cutaway perspective view of the journal bearing of FIG. 4 .
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining the action of a bump foil in a journal bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a front view illustrating a modified example of a journal bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front view for explaining another modified example of a journal bearing according to an embodiment of the present invention.
  • the journal bearing of the present invention is applicable to various turbo machines.
  • a turbo machine is a term that encompasses mechanical equipment with built-in high-speed rotating shafts.
  • the air blower 10 will be described as an example as a turbo machine.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an air blower to which an airfoil journal bearing is applied according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the air blower shown in FIG. 1
  • 3 is a view separately showing the shaft and the journal bearing of FIG. 1 .
  • the motor 11 is built into the main body 18 of the air blower 10, and the shaft 13 outputting the rotational force of the motor 11 is supported by two journal bearings 30 there is.
  • the journal bearing 30 rotatably supports the shaft 13 while being accommodated and fixed to the main body 18 .
  • an impeller 17 is fixed to one end of the shaft 13.
  • the impeller 17 is built into the impeller casing 15 and rotates at high speed when the motor 11 is operated to pump air.
  • the two journal bearings 30 have the same configuration, and have basic configurations of a bearing housing 31, a bump foil 37, and a top foil 35.
  • the bump foil 37 and the top foil 35 are detachably mounted to the bearing housing 31 . In other words, it is not completely fixed by welding, but can be separated if necessary.
  • FIG. 4 is a perspective view of a journal bearing according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a front view of the journal bearing shown in FIG. 4
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the journal bearing of FIG. 4 with a partial cutout.
  • 8A and 8B are diagrams for explaining an action of a bump foil in a journal bearing according to an embodiment of the present invention.
  • the airfoil journal bearing 30 includes a bearing housing 31, two bump foils 37, a top foil 35, and a fixing screw 40 as a fixing part. .
  • the bearing housing 31 is a ring-shaped member providing a receiving space 31b of a certain inner diameter.
  • the bearing housing 31 may be made of aluminum.
  • two concealed grooves 31k are formed outside the bearing housing 31 .
  • the concealed groove 31k is a portion to which first and second extension tabs 37e and 35c are coupled, and communicates with the accommodation space 31b through the side passage 31c.
  • the side passage 31 is a hole through which the first and second extension tabs 37e and 35c pass.
  • the bottom surface of the concealing groove 31k is a tangential flat portion 31e, which is in close contact with the second extension tab 35c.
  • the tangential flat portion 31e is a flat surface extending in the tangential direction of the circumferential circle (S in Fig. 5) of the inner circumferential surface 31a of the accommodating space 31b.
  • the imaginary plane including the tangent plane portion 31e coincides with the tangent to the circle S.
  • the reason why the tangential plane portion 31e coincides with the tangential line as described above is to more easily push the first and second extension tabs 37e and 35c toward the concealed groove 31k. That is, in a state where the bump foil 37 and the top foil 35 are wound round and inserted into the accommodating space 31b, only by rotating them in the direction of the arrow a, the first and second extension tabs 37e and 35c are It automatically passes through the side passage 31c and falls in the direction of arrow b, considering the simplicity of this assembly.
  • female screw holes 31g are formed on both tangential plane portions 31e.
  • the female screw hole 31g is a groove into which the fixing screw 40 is screwed.
  • the bump foil 37 is obtained by pressing a metal plate having a certain thickness, and is composed of an elastic body 37d and a first extension tab 37e.
  • the elastic body 37d takes the shape of a substantially rectangular plate, and has a plurality of parabolic curved portions 37a and contact portions 37c.
  • the contact portion 37c is a portion that adheres to the outer circumferential surface of the foil body 35a of the top foil 35.
  • the parabolic curved surface portion 37a protrudes convexly toward the inner circumferential surface 31a of the bearing housing 31, and as shown in FIG. 5, it is a portion that makes linear contact with the inner circumferential surface 31a.
  • the parabolic curved surface portion 37a is integrally formed between the two contact portions 37c.
  • the contact portion 37c is integrally formed between the two parabolic curved surface portions 37a.
  • the parabolic curved portion 37a has a parabolic cross-sectional shape, and is completely open in the direction of the top foil 35, as shown in FIG. 8A.
  • the parabolic curved surface portions 37a have a constant pitch interval in the longitudinal direction.
  • the term "longitudinal direction” means the longitudinal direction when the elastic body 37d is flatly unfolded (circumferential direction when rolled).
  • the cross-sectional shape of the elastic body 37d in the width direction is the same.
  • the width direction is a direction orthogonal to the length direction.
  • the first extension tab 37e is a rectangular plate integrally formed with one end of the elastic body, and as described above, passes through the side passage 31c and is accommodated in the concealed groove 31k by the fixing screw 40. Fixed by To this end, a screw hole 37g is formed in the first extension tab 37e.
  • two bump foils 37 are embedded in the journal bearing 30 of this embodiment. That is, as shown in FIG. 6, the two are accommodated in the bearing housing 31 in a connected state side by side.
  • the parabolic curved surface portions 37a of the bump foils 37 on both sides are shifted by half pitch.
  • the parabolic curved portion 37a is located on the right side of the close contact portion 37c of the left bump foil 37. This arrangement structure is to balance the support for the shaft 13.
  • the two bump foils 37 having the above configuration are mounted on the bearing housing 31 in a rolled state. At this time, the parabolic curved surface portion 37a of the elastic body 37d makes linear contact with the inner circumferential surface 31a of the bearing housing.
  • the top foil 35 is composed of a foil body 35a and two second extension tabs 35c.
  • the top foil 35 is also manufactured by pressing a metal plate having a certain thickness.
  • the foil body 35a is accommodated inside the bump foil 37 in a rolled state, and the outer circumferential surface faces the contact portion 37c.
  • the foil body 35a transfers the load generated when the shaft 13 rotates at high speed to the bump foil 37 .
  • the bump foil 37 is elastically deformed by the top foil 35 being pressed in the direction of arrow F. That is, the parabolic curved surface portion 37a elastically spreads and absorbs vibration. When the force applied to the top foil 35 is removed, the parabolic curved surface portion 37a is elastically restored to its original state.
  • the parabolic curved surface portion 37a elastically deforms and absorbs vibration, it is not accompanied by friction with the bearing housing 31, and since the shape of the parabolic curved surface portion 37a itself is formed round, the bearing housing inner circumferential surface 31a wear does not occur.
  • the second extension tab 35c passes through the side passage 31c and is accommodated in the concealed groove 31k.
  • the second extension tab 35c is interposed between the first extension tab 37e and the tangential plane portion 31e.
  • a screw hole 35e is also formed in the second extension tab 35c.
  • the second extension tab 35c is fixed to the inside of the concealed groove 31k through the fixing screw 40 while overlapping the first extension tab 37e.
  • FIG 9 is a front view showing a modified example of the journal bearing 30 according to an embodiment of the present invention.
  • the elastic body 37d in the bump foil 37 shown in FIG. 9 is composed of a contact portion 37c and a cylindrical curved portion 37k.
  • the cylindrical curved portion 37k is a portion in line contact with the inner circumferential surface 31a of the bearing housing 31 .
  • the cylindrical curved portion 37k is open to the bump foil 37 side, it takes a constricted shape.
  • the maximum diameter D of the inside of the cylindrical curved portion 37k is relatively large compared to the distance W at the point where the cylindrical curved portion 37k and the contact portion 37c meet.
  • the cylindrical curved portion 37k is elastically deformed in a constriction direction when a pressing force in the direction of arrow P is applied, and absorbs vibration. Of course, when the pressing force in the direction of the arrow P is removed, it is elastically restored to the initial state.
  • FIG. 10 is a front view for explaining another modified example of a journal bearing according to an embodiment of the present invention.
  • the elastic body 52 of the bump foil 50 shown in FIG. 10 has a prefabricated structure. That is, a plurality of close contact members 51 and elastic curved surface members 53 are mutually fitted and assembled.
  • the adhesive member 51 is a portion that faces the top foil 35 and has a fitting groove 51c at an end in the direction of the elastic curved member 53 .
  • Fitting groove (51c) is a groove formed by bending the end of the close contact member (51).
  • the elastic curved surface member 53 is a member that is curved in a substantially U-shape and has a predetermined cross-sectional shape in the longitudinal direction (width direction of the elastic body), and is in line contact with the inner circumferential surface 31a of the bearing housing 31.
  • the elastic curved surface member 53 can be elastically deformed.
  • a hook 53a is formed at an end of the elastic curved member 53 .
  • the hook 53a is also made by bending the elastic curved surface member 53.
  • the engaging hook 53a is inserted into the fitting groove 51c in a sliding direction. That is, in a state in which the engaging hook 53a is aligned with one end of the fitting groove 51c, the assembly is performed by sliding in the longitudinal direction of the fitting groove.
  • the close contact member 51 and the elastic curved member 53 can be selectively replaced. For example, replacing only damaged parts.
  • a plurality of elastic curved surface members 53 having different elastic forces may be provided, and the elastic curved surface members 53 may be replaced according to the required load of the bearing.
  • an elastic curved surface member having an optimal elastic force can be mounted and used in its place, except for the elastic curved surface member used.
  • impeller casing 17 impeller 18: main body
  • journal bearing 31 bearing housing 31a: inner circumference
  • 35a foil body 35c: second extension tab 35e: screw hole

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Abstract

본 발명은 에어포일 저널 베어링에 관한 것이다. 이는, 일정 내경의 수용공간을 제공하며, 외주면에는 은폐홈이 형성되고, 수용공간을 은폐홈측으로 개방하는 사이드통로를 갖는 베어링하우징과; 베어링하우징의 수용공간에 내장되되, 수용공간의 내주면에 대해 선접촉하고, 탄성 변형 가능한 탄력본체, 탄력본체의 일단부에 일체를 이루며, 사이드통로를 통해 은폐홈에 수용되는 제1연장탭을 갖는 범프포일과; 범프포일의 내측에 수용되며, 범프포일에 대해 면접촉하는 포일본체, 포일본체의 일단부에 일체를 이루고 사이드통로를 통해 은폐홈에 수용되며, 제1연장탭에 겹쳐지는 제2연장탭을 구비한 탑포일과; 겹쳐 있는 제1연장탭과 제2연장탭을 은폐홈내에 고정시키는 고정부를 포함한다. 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 에어포일 저널 베어링은, 범프포일과 베어링하우징의 접촉부에서의 마모 현상이 발생하지 않으므로, 오랜 시간동안 사용하더라도 베어링하우징에 대한 유지 보수가 필요 없고, 항상 최상의 컨디션을 유지한다. 또한 베어링하우징에 대한 범프포일과 탑포일의 결합이 조립식으로 구현되므로, 범프포일과 탑포일의 주기적 또는 비주기적 교체가 가능하여 유지보수가 유리하다.

Description

에어포일 저널 베어링
본 발명은 에어포일 저널 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 범프포일에 의한 베어링하우징의 마모가 발생하지 않으므로, 베어링하우징에 대한 유지 보수가 거의 필요 없고, 오래 사용하더라도 최상의 컨디션을 유지하는, 에어포일 저널 베어링에 관한 것이다.
각종 터보 머신에 많이 사용되는 에어포일 베어링은, 샤프트의 회전 시 발생하는 압축공기를 샤프트와 베어링하우징과의 사이 공간 내부로 유도함으로써, 샤프트가 베어링하우징 내에서 공기의 힘으로 부양되도록 하는 기본 원리를 갖는다.
예를 들어, 에어포일 베어링이 적용된 가스터빈엔진의 경우, 압축기에서 압축된 공기는 연료의 연소를 위해 주로 사용되고, 나머지 압축공기가 에어포일 베어링으로 공급되어, 압축기나 터빈의 샤프트를 지지하는 에어포일 베어링을 구동하는 것이다.
이러한 에어포일 베어링은, 고속으로 회전하는 회전체의 샤프트를 지지하는데 적합하여, 가령, 50,000rpm 내지 150,000rpm 까지의 고속 터보머신의 베어링으로 사용될 수 있다. 더욱이 에어포일 베어링은, 윤활시스템이 필요 없어 청정하고, 샤프트를 지지하는 면적이 다른 방식의 베어링에 비해 넓으므로 하중 지지능력이 양호하다.
이와 관련된 발명의 배경이 되는 기술로서, 한국등록특허공보 제10-1068542호를 통해 저널 포일 에어베어링이 개시된 바 있다.
개시된 저널 포일 에어베어링은, 로터가 배치되는 중공을 가지는 베어링하우징과; 베어링하우징의 중공의 원주내면을 따라 상호간에 이격되어 2개 이상이 설치되는 범프포일과; 2개 이상의 범프 포일의 상부를 따라 배치된 것으로서 원주방향을 따라 한 개가 설치되는 톱 포일을 포함하여 이루어져; 로터의 고속 회전시 톱 포일이 상기 범프 포일이 상호간에 이격된 곳에서 외측으로 로브형태로 변형하는 구성을 갖는다.
그런데 상기한 종래의 에어베어링은, 베어링하우징에 대한 톱포일과 범프포일의 고정이 용접 방식으로 이루어진다는 단점이 있다. 즉, 톱포일과 범프포일을 베어링하우징의 스페이서블록에 점용접으로 고정하는 것이다. 용접방식으로 고정되므로, 톱포일과 범프포일을 따로 교체할 수 없음은 물론이다.
또한, 사용 중 발생하는 미세진동에 의해, 용접부분에 크랙이 발생하고 마침내 용접부분이 깨질 경우, 톱포일과 범프포일이 분리되어 대형 사고가 발생함은 물론, 에어베어링이 내장된 장비 자체가 파괴될 수 있다.
이에 더하여, 범프포일과 베어링하우징이 접하는 부분이 쉽게 마모될 수 있는 문제도 있다. 범프포일의 모서리부분이 베어링하우징의 내주면과 마찰되며 마찰부분을 깎아 파먹는 것이다. 마모가 심해질 경우 베어링으로서의 기능을 제대로 수행할 수 없게 됨은 물론이다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
한국등록특허공보 제10-1068542호(2011.09.22. 등록) 저널 포일 에어베어링
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 오랜 시간동안 사용하더라도 베어링하우징에 대한 유지 보수가 필요 없고, 항상 최상의 컨디션을 유지하며, 범프포일과 탑포일의 주기적 또는 비주기적 교체가 가능하여 유지보수가 유리한, 에어포일 저널 베어링을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 에어포일 저널 베어링은, 링의 형상을 취하고 일정 내경의 수용공간을 제공하며, 외주면에는 은폐홈이 형성되고, 상기 수용공간을 은폐홈측으로 개방하는 사이드통로를 갖는 베어링하우징과; 둥글게 말린 상태로 상기 베어링하우징의 수용공간에 내장되되, 수용공간의 내주면에 대해 선접촉하고, 외력에 의해 탄성 변형 가능한 탄력본체, 탄력본체의 일단부에 일체를 이루며, 상기 사이드통로를 통해 은폐홈에 수용되는 제1연장탭을 갖는 범프포일과; 둥글게 말린 상태로 상기 범프포일의 내측에 수용되며, 범프포일에 대해 면접촉하는 포일본체, 포일본체의 일단부에 일체를 이루고 사이드통로를 통해 은폐홈에 수용되며, 제1연장탭에 겹쳐지는 제2연장탭을 구비한 탑포일과; 겹쳐 있는 제1연장탭과 제2연장탭을 은폐홈내에 고정시키는 고정부를 포함한다.
또한, 상기 은폐홈의 내부에는, 수용공간 내주면의 원주방향 원의 접선방향으로 연장된 접선평면부가 형성되고, 상기 제1연장탭과 제2연장탭은 겹쳐진 상태로 접선평면부에 착탈 가능하도록 고정된다.
또한, 상기 범프포일은, 일정폭 및 길이을 갖는 금속판을 프레싱 가공한 것으로서, 상기 탄력본체는, 길이방향으로 일정피치 간격을 가지며 상기 수용공간의 내주면에 선접촉하는 곡면부와, 각 곡면부의 사이에 위치하고 포일본체에 면접촉하는 밀착부를 갖는다.
그리고, 상기 탄력본체는, 폭방향으로 일정단면 형상을 취하고, 상기 곡면부는, 수용공간의 내주면에 선접촉한 상태로, 상기 밀착부가 외력에 의해 눌릴 때 벌어진다.
또한, 상기 탄력본체는, 폭방향으로 일정단면 형상을 가지고, 상기 곡면부는, 수용공간의 내주면에 선접촉한 상태로, 상기 밀착부가 외력에 의해 눌릴 때 오므라진다.
또한, 상기 범프포일의 탄력본체는; 일정간격 이격되며 상호 평행하고 상기 탑포일에 면접하는 다수의 밀착부재와, 각 밀착부재의 사이에 위치하며 밀착부재에 대해 분해 가능 하도록 조립되고, 수용공간의 내주면에 대해 선접촉하며, 외력에 의해 탄성 변형 가능한 다수의 탄성곡면부재를 포함하여 구성된다.
아울러, 상기 탄성곡면부재는, 밀착부재에 슬라이딩 가능하도록 끼움 결합한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 에어포일 저널 베어링은, 범프포일과 베어링하우징의 접촉부에서의 마모 현상이 발생하지 않으므로, 오랜 시간동안 사용하더라도 베어링하우징에 대한 유지 보수가 필요 없고, 항상 최상의 컨디션을 유지한다.
또한 베어링하우징에 대한 범프포일과 탑포일의 결합이 조립식으로 구현되므로, 범프포일과 탑포일의 주기적 또는 비주기적 교체가 가능하여 유지보수가 유리하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 저널 베어링이 적용된 에어블로워의 절제 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 에어블로워의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 샤프트와 저널 베어링을 별도로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 저널 베어링의 정면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 저널 베어링의 분해 사시도이다.
도 7은 도 4의 저널 베어링의 절제 분해 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링에서의 범프포일의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링의 변형 예를 도시한 정면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링의 또 다른 변형 예를 설명하기 위한 정면도이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 저널 베어링은, 각종 터보 머신에 적용 가능하다. 터보 머신은, 고속 회전하는 샤프트가 내장된 기계장비를 포괄하는 용어이다. 후술하는 본 실시예에서는 터보 머신으로서 에어블로워(10)를 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일 저널 베어링이 적용된 에어블로워의 절제 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 에어블로워의 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1의 샤프트와 저널 베어링을 별도로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 에어블로워(10)의 본체(18) 내부에 모터(11)가 내장되어 있고, 모터(11)의 회전력을 출력하는 샤프트(13)는 두 개의 저널베어링(30)에 지지되어 있다. 저널베어링(30)은 본체(18)에 수용 고정된 상태로 샤프트(13)를 회전 가능하도록 지지한다.
또한 샤프트(13)의 일단부에는 임펠러(17)가 고정된다. 임펠러(17)는 임펠러케이싱(15)에 내장되며 모터(11)의 작동 시 고속회전하며 공기를 펌핑한다.
두 개의 저널베어링(30)은 동일한 구성을 가지며, 베어링하우징(31), 범프포일(37), 탑포일(35)의 기본 구성을 갖는다. 특히 범프포일(37)과 탑포일(35)은 베어링하우징(31)에 대해 착탈 가능하도록 장착된다. 말하자면, 용접방식으로 완전히 고정된 것이 아니라, 필요 시 분리가 가능한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 저널 베어링의 정면도이다. 또한, 저널 베어링의 분해 사시도이며, 도 7은 도 4의 저널 베어링의 일부 절제 분해 사시도이다. 그리고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링에서의 범프포일의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어포일 저널 베어링(30)은, 베어링하우징(31), 두 개의 범프포일(37), 탑포일(35), 고정부로서의 고정스크류(40)를 포함한다.
베어링하우징(31)은, 일정 내경의 수용공간(31b)을 제공하는 링형 부재이다. 베어링하우징(31)은 알루미늄으로 제작 될 수 있다. 또한 베어링하우징(31)의 외측에는 두 개의 은폐홈(31k)이 형성되어 있다. 은폐홈(31k)은 후술할 제1,2연장탭(37e,35c)이 결합하는 부분으로서, 사이드통로(31c)를 통해 수용공간(31b)과 연통한다. 사이드통로(31)는 제1,2연장탭(37e,35c)이 통과하는 구멍이다.
아울러 은폐홈(31k)의 바닥면은 접선평면부(31e)로서, 제2연장탭(35c)과 밀착한다. 접선평면부(31e)는 수용공간(31b) 내주면(31a)의 원주방향 원(도 5의 S)의 접선방향으로 연장된 평평한 면이다. 말하자면, 접선평면부(31e)를 포함하는 가상의 평면이, 상기 원(S)의 접선과 일치하는 것이다.
접선평면부(31e)를, 상기한 바와 같이 접선에 일치시킨 이유는, 제1,2연장탭(37e,35c)을 은폐홈(31k) 측으로 보다 용이하게 내밀기 위해서이다. 즉, 범프포일(37)과 탑포일(35)을 둥글게 감아 수용공간(31b)에 끼운 상태로, 단지, 화살표 a방향으로 회전시키기만 하면, 제1,2연장탭(37e,35c)이, 자동으로 사이드통로(31c)를 통과해 화살표 b방향으로 빠지는데, 이러한 조립 상의 간편성을 고려한 것이다.
또한, 양측 접선평면부(31e)에는 암나사구(31g)가 형성되어 있다. 암나사구(31g)는 고정스크류(40)가 나사 결합하는 홈이다.
범프포일(37)은, 일정두께를 갖는 금속판을 프레싱 가공한 것으로서, 탄력본체(37d)와 제1연장탭(37e)으로 이루어진다.
탄력본체(37d)는 대략 직사각판의 형상을 취하며, 다수의 포물선형곡면부(37a)과 밀착부(37c)를 갖는다. 밀착부(37c)는 탑포일(35)의 포일본체(35a) 외주면에 밀착하는 부분이다. 또한, 포물선형곡면부(37a)는 베어링하우징(31)의 내주면(31a)측으로 볼록하게 돌출되어, 도 5에 도시한 바와 같이, 내주면(31a)에 선접촉하는 부분이다.
포물선형곡면부(37a)는 두 개의 밀착부(37c)의 사이에 일체를 이룬다. 마찬가지로, 밀착부(37c)는 두 개의 포물선형곡면부(37a)의 사이에 일체를 이룬다. 포물선형곡면부(37a)는 포물선형 단면 형상을 가지며, 도 8a에 도시한 바와 같이, 탑포일(35) 방향으로 완전히 개방되어 있다.
포물선형곡면부(37a)는, 길이방향으로 일정피치 간격을 갖는다. 길이방향이라 함은, 탄력본체(37d)를 평평하게 펼쳤을 때의 길이방향(둥글게 말았을 때의 원주방향)을 의미한다. 또한, 탄력본체(37d)의 폭방향 단면 형상은 동일하다. 폭방향은 길이방향에 직교하는 방향이다.
제1연장탭(37e)은, 탄력본체의 일단부에 일체를 이루는 직사각판으로서, 상기한 바와 같이, 사이드통로(31c)를 통과해 은폐홈(31k)에 수용된 상태로 고정스크류(40)에 의해 고정된다. 이를 위하여 제1연장탭(37e)에는 스크류구멍(37g)이 형성되어 있다.
한편, 본 실시예의 저널 베어링(30)에는 두 개의 범프포일(37)이 내장된다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 두 개가 나란하게 연접한 상태로 베어링하우징(31)에 수용되는 것이다. 특히 양측 범프포일(37)의 포물선형곡면부(37a)는 반피치씩 어긋나 있다. 말하자면, 도 6의 도면상 좌측 범프포일(37)의 밀착부(37c)의 우측에는 포물선형곡면부(37a)가 위치하는 것이다. 이러한 배치 구조는 샤프트(13)에 대한 지지 밸런스를 맞추기 위한 것이다.
상기 구성을 갖는 두 개의 범프포일(37)은, 둥글게 말린 상태로 베어링하우징(31)에 장착된다. 이 때 탄력본체(37d)의 포물선형곡면부(37a)는 베어링하우징의 내주면(31a)에 대해 선접촉한다.
탑포일(35)은, 포일본체(35a)와 두 개의 제2연장탭(35c)로 이루어진다. 탑포일(35)도 일정두께를 갖는 금속판을 프레싱 가공하여 제작된다.
포일본체(35a)는 둥글게 말린 상태로 범프포일(37)의 내측에 수용되며, 외주면이 밀착부(37c)에 면접한다. 포일본체(35a)는 샤프트(13)의 고속 회전 시 발생하는 하중을 범프포일(37)로 전달한다.
범프포일(37)은 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 화살표 F방향으로 눌리는 탑포일(35)에 의해 탄성 변형된다. 즉, 포물선형곡면부(37a)가 탄성적으로 벌어지며 진동을 흡수하는 것이다. 탑포일(35)에 가해지던 힘이 제거되면, 포물선형곡면부(37a)는 처음의 상태로 탄성 복원된다.
포물선형곡면부(37a)가 탄성 변형하며 진동을 흡수하지만, 베어링하우징(31)과의 마찰을 동반하지 않고, 또한 포물선형곡면부(37a) 자체의 모양이 둥글게 형성되어 있으므로, 베어링하우징 내주면(31a)의 마모는 발생하지 않는다.
제2연장탭(35c)은 사이드통로(31c)를 통과한 후 은폐홈(31k)에 수용된다. 제2연장탭(35c)은 제1연장탭(37e)과 접선평면부(31e)의 사이에 개재된다. 제2연장탭(35c)에도 스크류구멍(35e)이 형성된다. 제2연장탭(35c)은 제1연장탭(37e)과 겹쳐진 상태로 고정스크류(40)를 통해 은폐홈(31k) 내부에 고정된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링(30)의 변형 예를 도시한 정면도이다.
이하, 상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.
도 9에 도시한 범프포일(37)에서의 탄력본체(37d)는, 밀착부(37c)와 원통형곡면부(37k)로 이루어진다. 원통형곡면부(37k)는 베어링하우징(31)의 내주면(31a)에 선접촉하는 부분이다. 원통형곡면부(37k)는 범프포일(37) 측으로 개방되어 있긴 하지만 오므라진 형상을 취한다. 말하자면, 원통형곡면부(37k)와 밀착부(37c)가 만나는 지점의 간격(W)에 비해, 원통형곡면부(37k) 내부의 최대 직경(D)이 상대적으로 큰 것이다.
원통형곡면부(37k)는 화살표 P방향의 가압력이 가해질 때 오므라지는 방향으로 탄성 변형되며, 진동을 흡수한다. 화살표 P방향 가압력이 제거되면 처음의 상태로 탄성 복원됨은 물론이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저널 베어링의 또 다른 변형 예를 설명하기 위한 정면도이다.
도 10에 도시한 범프포일(50)의 탄력본체(52)은 조립식 구조를 갖는다. 즉, 다수의 밀착부재(51)와 탄성곡면부재(53)를 상호 끼움 조립한 것이다.
밀착부재(51)는 탑포일(35)에 면접하는 부분으로서, 탄성곡면부재(53) 방향 단부에 끼움홈(51c)을 갖는다. 끼움홈(51c)은 밀착부재(51)의 단부를 절곡하여 형성된 홈이다.
또한 탄성곡면부재(53)는, 대략 U자형으로 만곡되며 길이방향(탄력본체의 폭방향)으로 일정 단면형상을 갖는 부재로서, 베어링하우징(31)의 내주면(31a)에 선접촉 한다. 탄성곡면부재(53)는 탄성변형 가능하다.
아울러, 탄성곡면부재(53)의 단부에는 걸림후크(53a)가 형성되어 있다. 걸림후크(53a)도 탄성곡면부재(53)를 절곡하여 만든 것이다. 걸림후크(53a)는 끼움홈(51c)에 슬라이딩 방향으로 삽입된다. 즉, 걸림후크(53a)를 끼움홈(51c)의 한쪽 끝에 맞춘 상태로, 끼움홈의 길이방향으로 슬라이딩 이동시켜 조립하는 것이다.
상기한 바와 같이, 밀착부재(51)와 탄성곡면부재(53)를 조립형으로 구현함으로써, 밀착부재(51)나 탄성곡면부재(53)를 선별적으로 교체할 수 있다. 이를테면, 손상된 부분만 교체하는 것이다.
더 나아가, 상호 다른 탄성력을 내재한 탄성곡면부재(53)를 다수 구비해 놓고, 베어링의 요구하중에 맞추어 탄성곡면부재(53)를 교체 사용할 수도 있다. 이를테면, 사용하던 탄성곡면부재를 빼고, 그 자리에, 최적 탄성력을 갖는 탄성곡면부재를 장착 사용할 수 있는 것이다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
(부호의 설명)
10:에어블로워 11:모터 13:샤프트
15:임펠러케이싱 17:임펠러 18:본체
30:저널베어링 31:베어링하우징 31a:내주면
31b:수용공간 31c:사이드통로 31e:접선평면부
31g:암나사구 31k:은폐홈 35:탑포일
35a:포일본체 35c:제2연장탭 35e:스크류구멍
37:범프포일 37a:포물선형곡면부 37c:밀착부
37d:탄력본체 37e:제1연장탭 37g:스크류구멍
37k:원통형곡면부 40:고정스크류 50:범프포일
51:밀착부재 51c:끼움홈 52:탄력본체
53:탄성곡면부재 53a:걸림후크

Claims (7)

  1. 링의 형상을 취하고 일정 내경의 수용공간을 제공하며, 외주면에는 은폐홈이 형성되고, 상기 수용공간을 은폐홈측으로 개방하는 사이드통로를 갖는 베어링하우징과;
    둥글게 말린 상태로 상기 베어링하우징의 수용공간에 내장되되, 수용공간의 내주면에 대해 선접촉하고, 외력에 의해 탄성 변형 가능한 탄력본체, 탄력본체의 일단부에 일체를 이루며, 상기 사이드통로를 통해 은폐홈에 수용되는 제1연장탭을 갖는 범프포일과;
    둥글게 말린 상태로 상기 범프포일의 내측에 수용되며, 범프포일에 대해 면접촉하는 포일본체, 포일본체의 일단부에 일체를 이루고 사이드통로를 통해 은폐홈에 수용되며, 제1연장탭에 겹쳐지는 제2연장탭을 구비한 탑포일과;
    겹쳐 있는 제1연장탭과 제2연장탭을 은폐홈내에 고정시키는 고정부를 포함하는,
    에어포일 저널 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 은폐홈의 내부에는,
    수용공간 내주면의 원주방향 원의 접선방향으로 연장된 접선평면부가 형성되고,
    상기 제1연장탭과 제2연장탭은 겹쳐진 상태로 접선평면부에 착탈 가능하도록 고정되는,
    에어포일 저널 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 범프포일은, 일정폭 및 길이을 갖는 금속판을 프레싱 가공한 것으로서,
    상기 탄력본체는,
    길이방향으로 일정피치 간격을 가지며 상기 수용공간의 내주면에 선접촉하는 곡면부와, 각 곡면부의 사이에 위치하고 포일본체에 면접촉하는 밀착부를 갖는,
    에어포일 저널 베어링.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄력본체는, 폭방향으로 일정단면 형상을 취하고,
    상기 곡면부는, 수용공간의 내주면에 선접촉한 상태로, 상기 밀착부가 외력에 의해 눌릴 때 벌어지는,
    에어포일 저널 베어링.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 탄력본체는, 폭방향으로 일정단면 형상을 가지고,
    상기 곡면부는, 수용공간의 내주면에 선접촉한 상태로, 상기 밀착부가 외력에 의해 눌릴 때 오므라지는,
    에어포일 저널 베어링.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 범프포일의 탄력본체는;
    일정간격 이격되며 상호 평행하고 상기 탑포일에 면접하는 다수의 밀착부재와,
    각 밀착부재의 사이에 위치하며 밀착부재에 대해 분해 가능 하도록 조립되고, 수용공간의 내주면에 대해 선접촉하며, 외력에 의해 탄성 변형 가능한 다수의 탄성곡면부재를 포함하여 구성된,
    에어포일 저널 베어링.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성곡면부재는,
    밀착부재에 슬라이딩 가능하도록 끼움 결합하는,
    에어포일 저널 베어링.
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