KR20020047155A - 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링 - Google Patents

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미치엘스마크왈터엘자
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아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽
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Abstract

본 발명은, 한편으로는 축(1)과 레이디얼 슬라이딩 베어링(2) 사이에 가압액 공급원과 연결되는 제1 틈새(9)가 형성되도록 상기 축(1)이 유극이 있는 상태로 지지되게 상기 축(1)을 포위하는 레이디얼 베어링과, 다른 한편으로는 상기 축(1)의 표면부(6)와 액셜 슬라이딩 베어링(3)의 반경 방향 부분 사이에도 제2 틈새(13)가 형성되도록 상기 축의 반경 방향으로 연장하는 표면부(6)와 대향하도록 유극을 두고 배치되는 하나 이상의 액셜 슬라이딩 베어링(3)으로 이루어지고, 상기 제2 틈새(13)는 제1 틈새(9)와 연결되어, 액셜 슬라이딩 베어링(3)에는 제1 틈새(9)에 의하여 액체가 공급되고, 이 제1 틈새(9)는 액셜 슬라이딩 베어링(3)의 교축부 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링이다.

Description

조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링{COMBINED RADIAL-AXIAL SLIDE BEARING}
가능한 형태의 액체 윤활 액셜 슬라이딩 베어링은 가압 액체를 이 슬라이딩 베어링에 공급하는 외부 동력원이 사용되는 정압 베어링이다.
상기 액체는 모세관 또는 소형 개구와 같은 흐름 교축부 또는 교축부에 의하여 베어링에 공급된다.
이러한 정압 베어링의 원리는 베어링 틈새가 작아질수록 흐름이 감소하고 교축부에 의한 압력 강하가 감소한다는 사실을 기초로 한다. 베어링 틈새에서의 압력이 상승하고, 상기 틈새를 좁게 만든 힘이 보상된다.
이러한 정압 베어링은 액체 공급 압력에 의존하는 고부하능과, 고강성도와, 회전수와 거의 관계없는 지지능을 갖는다.
특히, 윤활액이 물과 같이 점성이 낮은 경우, 상기 교축부는 아주 작아야하고, 따라서 이 교축부는 장애물에 매우 민감해진다.
유속을 제한하기 위해서 베어링 틈새가 가능한한 작아야 한다는 것을 고려하면, 이러한 베어링에서, 특히 물을 사용하는 경우, 공차가 매우 작다.
또한, 상기 교축부 때문에, 액셜 베어링의 구조는 더 복잡하고 고가인 반면, 대부분의 경우 충분한 압력을 얻기 위해서 펌프가 적용되어야 한다.
액체로 윤활되는 레이디얼 슬라이딩 베어링의 형태 중 하나가 축 자체의 운동으로 윤활액에 필요한 압력을 제공하는 동압 베어링이다.
베어링은 축과의 사이에 거의 유극이 없는 상태로 그 축을 둘러싼다. 축에 반경 방향 힘이 작용하면, 축 자체는 편심 위치에 있게 되고, 그 결과 웨지(wedge)가 형성된다. 축의 회전 운동의 영향 하에, 액체는 이 자연적인 협소부 속으로 가압되고, 그 결과 압력이 조성된다. 이러한 압력의 조성은 축을 상승시키고, 축을 변위시킨 힘에 대한 반력을 제공한다. 그렇게 해서, 축은 평형 상태에서 중앙에 위치하지 않게 되며, 그 이유는 그렇지 않으면 압력이 조성될 수 없기 때문이다. 편심율은 60 내지 90 %인 것이 이상적이다.
이러한 동압 베어링은 작은 제조 허용 오차를 필요로 하지만, 더 간단하고 저렴하다. 동압 베어링은 작동의 신뢰성은 있지만, 고부하능 및 강성도는 없다. 또한, 이들의 부하 동력이 회전 수에 좌우되고, 시동 중에 축과 베어링 사이에 접촉이 있어서 마모 및 손상이 발생한다는 것이 불리한 점이다.
또한, 정압 액셜 베어링과 정압 레이디얼 베어링을 단일의 슬라이딩 베어링으로 조합시키는 것은 공지되어 있다.
이러한 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링은 특히 영국 특허 제639,293호에 기재되어 있다.
축에는 2 개의 칼라가 마련되고, 이 칼라 사이에는 작은 유극을 두고 고정링이 장착되며, 이 고정링의 내주면에는 다수의 홈이 마련되고, 이 홈에는 교축 마우스피스(restricting mouthpiece)에 의하여 교축부가 형성되며, 이 교축부에 공기 또는 수증기와 같은 유체가 공급된다.
이 유체는 홈을 통하여 칼라까지 흘러 축 둘레에 유체층을 형성하며, 이에 따라 축이 반경 방향으로 지지된다. 이 유체는 상기 링과 칼라의 말단부들 사이의 유극에 의하여 형성된 틈새를 통하여 반경 방향 외측으로 흘러, 링과 칼라 사이의 접촉을 방지하는데, 다시 말해서 액셜 베어링을 제공한다.
실제, 전술한 영국 특허에는 베어링 둘레의 상위한 챔버에 유체를 공급하는 몇 개의 협소부에 의하여 제공되는 정압 레이디얼 베어링이 기재되어 있다. 별도의 협소부에 의하여 정압 액셜 베어링을 제공하는 대신, 레이디얼 베어링 자체에 연속하여 레이디얼 베어링의 협소부를 마련하여 형성된 그 협소부를 사용한다.
그러나, 이 공지의 조합형 베어링은 협소부 또는 교축부를 형성하는 마우스피스가 존재하기 때문에, 전술한 액셜 베어링과 동일한 단점, 특히 협소부들이 폐색될 위험이 있다.
본 발명은 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조합형 슬라이딩 베어링에 의하여 지지되는 축의 개략적인 횡단면도.
도 2는 본 발명에 따른 조합형 슬라이딩 베어링의 변형례에 대한 도 1의 축의 개략적인 횡단면도.
본 발명의 목적은 상기 단점들을 보이지 않고, 따라서 모세관 또는 마우스피스가 폐색될 위험이 없으며, 비교적 저렴하고 콤팩트한 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 조합형 베어링이, 한편으로는 축과 레이디얼 슬라이딩 베어링 사이에 가압액 공급원과 연결되는 제1 틈새가 형성되도록 상기 축이 유극이 있는 상태로 지지되게 상기 축을 포위하는 레이디얼 베어링과, 다른 한편으로는 표면부와 액셜 슬라이딩 베어링의 반경 방향 부분 사이에도 제2 틈새가 형성되도록 상기 축의 반경 방향으로 연장하는 표면부와 대향하도록 유극을 두고 배치되는 하나 이상의 액셜 슬라이딩 베어링으로 이루어지고, 상기 제2 틈새는 제1 틈새와 연결되어, 액셜 슬라이딩 베어링에는 제1 틈새에 의하여 액체가 공급되고, 이 제1 틈새는 액셜 슬라이딩 베어링의 교축부 기능을 수행하는 것에 의하여 달성된다.
제1 틈새가 상기 정압 액셜 슬라이딩 베어링의 교축부 기능을 행하므로, 외부의 교축부가 전혀 불필요하며, 따라서 그러한 외부의 교축부로 인한 전술한 모든 불리한 점이 제거된다.
제1 틈새와 제2 틈새는 반드시 서로 직접 연결될 필요는 없다. 이들 틈새는 축과 베어링 하우징 사이의 챔버에 의하여 연결될 수도 있다.
이 하우징의 일부는 상기 틈새와 직접 경계를 이룰 수 있다. 하우징의 내측에는 틈새와 경계를 이루는 하나 이상의 베어링 쿠션 또는 이와 유사한 것이 마련될 수 있다.
상기 조합형 베어링은 단면형(singular)으로서, 레이디얼 베어링의 단부에 단면형 액셜 슬라이딩 베어링을 포함할 수 있으며, 이에 따라 제2 틈새는 제1 틈새의 일단부와 연결된다. 그러나, 변형례에서 상기 조합형 베어링은 양면형으로서 레이디얼 슬라이딩 베어링의 각 단부에 하나씩 2 개의 액셜 슬라이딩 베어링을 포함하며, 이에 따라 2 개의 액셜 슬라이딩 베어링의 제2 틈새는 제1 틈새의 2 개의단부에 각각 연결된다.
후자의 경우에, 가압 액체 공급원에 대한 제1 틈새의 연결부는 제1 틈새의 중심에서 제1 틈새의 중간부에 대하여 대칭으로 위치하는 2 개의 지점에 할당하는 것이 바람직하다.
하나의 액셜 베어링을 갖는 다른 경우에는, 전술한 연결부는 제1 틈새의 어느 지점에 할당해도 되며, 이에 따라 이 베어링 틈새에서의 하나의 동일한 액체 유속에 대한 압력 강하는 상기 지점의 위치에 의존한다.
본 발명의 특징을 더 잘 보여주기 위하여, 어떠한 한정의 의도없이 예로서, 본 발명에 따른 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링의 2 개의 바람직한 실시예를 첨부 도면과 관련하여 설명하겠다.
도 1에는 물로 윤활되는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링(2, 3)에 반경방향과 축방향으로 지지되는 축(1), 보다 자세히 말하면 이 축(1)의 단부가 도시되어 있다.
상기 축(1)은, 예를 들면 물로 윤활되는 압축기 요소의 로터 중 하나에 고정되고, 베어링의 액셜 모드와 관련하여 급격한 직경의 변화를 나타낸다.
따라서, 상기 축은 대직경부(4)와, 자유단을 형성하는 소직경부(5)를 포함하고, 상기 대직경부(4)와 소직경부(5)와의 사이에는 반경 방향 견부, 다시 말해서 반경 방향 표면부(6)가 형성된다.
조합형 슬라이딩 베어링(2, 3)은 대체로 대직경부(4)를 둘러싸는 동압 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)과, 정압 액셜 슬라이딩 베어링(3)으로 구성되는데, 이들 베어링은 베어링 하우징(7) 내에 형성된다.
상기 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)은 유극을 두고 축(1) 부분을 둘러싸는 베어링 쿠션(8)을 포함하며, 따라서 이들 사이에는 좁은 제1 틈새(9)가 형성된다.
상기 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)을 관통하여 연장하는 압력 Pin의 가압수용 공급 도관(11)의 마우스(mouth)(10)는 상기 제1 틈새(9)로 할당되는데, 상기 공급 도관은 도 1에 도시되어 있지 않은 가압수 공급원, 예컨대 압축기의 로터에 물을 분사하기 위한 도관과 연결된다.
이 동압 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)은 공지된 표준 방법, 예를 들면, 특히 롤로프/마텍 저 "Machine-onderdelen" 450 내지 473면에 기재된 좀머펠트법에 따라 평가되어 왔고, 이 방법에 따라 운전 조건과, 내장(building-in) 가능성과, 상기 예에서는 물인 적용 윤활 액체를 고려해 왔다.
액셜 슬라이딩 베어링(3)은 링형 베어링 쿠션(12)을 포함하는데, 이 링형 베어링 쿠션은 베어링 하우징(7) 내벽부의 반경 방향 부분과 맞닿아 축(1)의 전술한 반경 방향 표면부(6)와 대향하도록 고정되고, 상기 베어링 쿠션(12)과 표면부 사이에는, 제2 틈새(13)가 형성된다. 따라서, 베어링 쿠션(12)은 슬라이딩 베어링(3)의 반경 방향 부분을 형성한다.
상기 제2 틈새(13)는 2 개의 베어링 쿠션(8, 12) 사이에 형성된 링형의 밀폐 챔버에 의해서 베어링 하우징(7)의 내측과 축(1) 사이에서 전술한 제1 틈새(9)와 연결된다.
또한, 액셜 베어링(3)은, 특히 롤로프/마텍 저 "Machine-onderdelen" 473 내지 479면에 기재된 바와 같은 교축부에 의해 윤활액이 공급되는 정압 액셜 슬라이딩 베어링용 표준 방법에 따라 평가되었는데, 다만 개구 또는 모세관의 직경 대신에 전술한 제1 틈새(9)의 마우스(10)로부터 이 제1 틈새(9) 단부의 챔버(14)까지의 거리를 파라미터로 사용한다는 차이점이 있다.
이러한 고전적인 평가에서, 교축부에 의한 압력 강하를 계산하는 방정식을 지금까지 설명한 조립체의 압력 강하를 설명하는 방정식으로 대체한다. 상기 베어링에 의한 압력 강하는 아래의 방정식에 의하여 간단한 방법으로 계산될 수 있다.
△P = Qㆍ12 viscoㆍL/(0.5 S)3ㆍ∏ㆍD
식중, 변수는 다음과 같다.
Q = 유량
visco = 매체의 점도
L = 개구로부터 베어링의 가장자리까지의 거리
D = 레이디얼 베어링의 직경
S = 레이디얼 베어링의 직경 방향 유극
△P = 베어링에 대한 압력 강하 : Pin- Pax
조합형 슬라이딩 베어링(2, 3)의 기능은 다음과 같다.
레이디얼 슬라이딩 베어링(2)은 통상 동압 베어링으로 작용하는데, 이것은 압력, Pin하에서 제1 틈새(9)로 공급되는 액체는 축(1) 회전의 영향으로 링 형태의 층을 형성하고, 따라서 상기 축은 도 1에서 화살표(15)로 도시된 바와 같이 평형 위치로 상승하게 된다는 것을 의미한다. 이러한 평형 위치에서, 축(1)은 레이디얼 베어링(2)에 중심이 맞춰져 있지 않다.
액셜 슬라이딩 베어링(3)에는 상기 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)의 제1 틈새(9)의 마우스(10)로부터 흐르는 물이 공급된다. 이 제1 틈새(9)가 매우 좁기 때문에, 상기 마우스(10)와 챔버(14) 사이의 경로에서 유속에 상응하는 압력 강하 △P가 발생한다.
이 챔버(14)에서, 따라서 정압 액셜 슬라이딩 베어링(3)의 제2 틈새(13)의 입구에서도, 압력 Pax(=Pin- △P)가 조성된다.
작동 중의 압력의 조성 때문에, 로터와 축(1)은 축방향으로 밀리게 된다. 상기 축(1)에 가해지는 축방향 힘은 도 1에 화살표(16)로 지시되어 있다.
이 축방향 힘 때문에, 축(1)은 화살표(16) 방향으로 이동하려는 경향을 띄게 된다. 그러나, 제2 틈새(13)의 폭이 감소하면, 이 제2 틈새(13) 뿐 아니라 제1 틈새(9)를 통과하는 물의 유량이 감소하게 되며, 그 결과 압력 강하 △P는 감소한다.
전술한 방정식으로부터, 결과적으로 압력 Pax는 상승하고, 이것은 평형 상태가 이루어질 때까지 전술한 축방향 힘이 반력을 받는 결과가 된다는 것을 추론할 수 있다.
이러한 평형 상태 하에서 축방향 힘이 저하되면, 상기 제2 틈새(13)의 폭은 증가하게 되고, 그 결과 물의 유량은 증가하고 압력 강하 △P는 증대된다. 이로써, 압력 Pax도 다시 평형 상태를 얻을 때까지 저하한다.
따라서, 제1 틈새(9)는 액셜 슬라이딩 베어링(3)의 개구 또는 모세관의 역할을 한다.
압력 강하 △P가 마우스(10)와 챔버(14) 사이의 제1 틈새(9) 부분의 길이에 종속한다는 것은 명백하다. 도 1에서, 이 마우스(10)는 제1 틈새(9)의 중앙에 도시되어 있지만, 이 마우스(10)를 액셜 슬라이딩 베어링(3)을 향하여, 또는 액셜 슬라이딩 베어링(3)으로부터 멀리 이동시킴으로써, 압력 강하 △P는 유량이 동일한 상태로, 각각 감소 및 증가하게 된다.
액셜 슬라이딩 베어링(3)을 평가하는 경우에, 이 액셜 슬라이딩 베어링(3)은 그것의 경사도(angularity) 및 행정(stroke)과 표면 조도에 종속하는 제2 틈새(13)의 너비가 최소라면, 압력 Pax는 가능한한 높고, 결과적으로 압력 강하 △P는 최소가 된다. 그러나, 여전히 물의 유량은 마찰열을 소산시키기에 충분히 클 것임에 틀림없다.
지나치게 크지 않아도 좋은 제2 틈새(13)의 최대 너비에서, 전술한 압력 Pax는 가능한한 낮아야 하고, 결과적으로, 압력 강하 △P는 최대이여야 한다.
도 2에 도시되어 있는 실시예의 형태는 상기 조합형 베어링(2, 3)이 양면형이라는 점에서 전술한 실시예의 형태와 다른데, 이는 조합형 베어링이 화살표(16)로 지시된 방향 뿐 아니라 도 2의 화살표(17)로 도시된 반대 방향으로도 축방향 힘을 받고, 이러한 목적으로 하나의 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)과는 별도로 지금까지 설명한 베어링(2, 3)과 각각 동일한 2 개의 액셜 슬라이딩 베어링(3)을 포함한다는 것을 의미한다.
축(1)은 2 개의 소직경부(5)를 포함하고, 따라서 대직경부(4)와 각 소직경부(5) 사이에는 견부가 형성되어, 반경 방향 표면부(6)가 형성되고 이 표면부에 대향하게 액셜 베어링(3)이 배치된다.
챔버(14)에 의하여, 2 개의 레이디얼 슬라이딩 베어링(3)의 틈새(13)는 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)의 틈새(9)의 양단부에 각각 연결된다.
압력 Pin으로 제1 틈새(9)에 공급되는 물은 정해진 유량으로 각 제2 틈새(13)로 향하는 2 갈래의 흐름으로 갈라진다.
레이디얼 슬라이딩 베어링(2)은 도 1에 따른 실시예의 형태에서 처럼 기능한다. 또한, 2 개의 액셜 슬라이딩 베어링(3)은 지금까지 설명한 바와 같은 방식으로 기능하고, 이에 따라 타방 틈새의 너비가 증가하면 일방 틈새(13)의 너비는 감소하고, 그 반대가 될 수도 있다.
대체로, 2 개의 액셜 슬라이딩 베어링(3) 사이 중간의 마우스(10)가 선택되고, 이들 액셜 슬라이딩 베어링은 서로 동일하여, 2 개의 틈새(13)는 폭이 일정하게 되고, 이들 제2 틈새(13)를 향하는 유량도 동일하게 된다. 평형 상태로부터 벗어나는 즉시, 일방의 유량은 타방의 유량보다 커지게 되어, 그 결과 압력 Pax가 변화되고, 과대한 축방향 압력에 반력이 작용된다.
변형례에서, 공급 도관(11)은 단부에서 2 갈래로 갈라지며, 따라서 2 개의 마우스(10)는 도 2에 점선으로 도시된 바와 같이 2 개의 액셜 슬라이딩 베어링(3) 사이 중간에 대하여 대칭되게 제1 틈새(9)에 할당된다.
공급 도관(11)에 의하여 제1 틈새(9)에 공급되는 액체가 반드시 물일 필요는 없다. 예를 들면, 오일 또는 다른 윤활액이어도 좋다.
틈새(9, 13)는 반드시 챔버에 의하여 연결될 필요는 없다. 가능하다면, 이들 틈새는 서로 직접 연결될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시되고 지금까지 설명한 실시예의 형태로 한정되지 않고, 오히려 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링은 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않은 다양한 변형례로 실현될 수 있다.

Claims (9)

  1. 한편으로는 축(1)과 레이디얼 슬라이딩 베어링(2) 사이에 가압액 공급원과 연결되는 제1 틈새(9)가 형성되도록 상기 축(1)이 유극이 있는 상태로 지지되게 상기 축(1)을 포위하는 레이디얼 베어링과, 다른 한편으로는 상기 축(1)의 표면부(6)와 액셜 슬라이딩 베어링(3)의 반경 방향 부분 사이에도 제2 틈새(13)가 형성되도록 상기 축의 반경 방향으로 연장하는 표면부(6)와 대향하도록 유극을 두고 배치되는 하나 이상의 액셜 슬라이딩 베어링(3)으로 이루어지고, 상기 제2 틈새(13)는 제1 틈새(9)와 연결되어, 액셜 슬라이딩 베어링(3)에는 제1 틈새(9)에 의하여 액체가 공급되고, 이 제1 틈새(9)는 액셜 슬라이딩 베어링(3)의 교축부 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 틈새(9)와 제2 틈새(13)는 축(1)과 베어링 하우징(7) 사이의 챔버(14)에 의하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단면형(singular)으로서, 상기 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)의 단부에 1 개의 액셜 슬라이딩 베어링(3)을 포함하며, 이에 따라 제2 틈새(13)는 제1 틈새(9)의 단부와 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 양면형으로서, 상기 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)의 각 단부에 하나씩 2 개의 액셜 슬라이딩 베어링(3)을 포함하며, 따라서 2 개의 액셜 슬라이딩 베어링(3)의 제2 틈새(13)는 제1 틈새(9)의 2 개의 단부에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 틈새(9)와 가압액 공급원과의 연결부는 상기 제1 틈새(9)의 중심에 할당되는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 틈새(9)와 가압액 공급원과의 연결부는 상기 제1 틈새(9)의 중심에 대하여 대칭인 2 개의 지점에 할당되는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 틈새(9)와 가압액 공급원과의 연결부는 마우스(10)를 구비하고 레이디얼 슬라이딩 베어링(2)을 통하여 연장하는 공급 도관(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이디얼 슬라이딩베어링(2) 및 액셜 슬라이딩 베어링(3)은 베어링 쿠션(8, 12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축(1)은 압축기 로터의 축인 것을 특징으로 하는 조합형 레이디얼-액셜 슬라이딩 베어링.
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