WO2017086732A1 - Air foil bearing - Google Patents

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WO2017086732A1
WO2017086732A1 PCT/KR2016/013329 KR2016013329W WO2017086732A1 WO 2017086732 A1 WO2017086732 A1 WO 2017086732A1 KR 2016013329 W KR2016013329 W KR 2016013329W WO 2017086732 A1 WO2017086732 A1 WO 2017086732A1
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foil
bump
plate
width
air
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PCT/KR2016/013329
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French (fr)
Korean (ko)
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박치용
박건웅
양현섭
송필곤
문한석
정환명
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한온시스템 주식회사
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    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D17/08—Centrifugal pumps
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    • 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
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial 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
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    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02—Sliding-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
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    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings

Definitions

  • the present invention relates to an air foil bearing, and more particularly to an air foil bearing with improved damping efficiency.
  • a bearing is a mechanical element that secures the shaft in a fixed position and supports the shaft rotatably while supporting the weight of the shaft and the load on the shaft.
  • Ball bearings and journal bearings support the shaft using an oil film
  • foil bearings support the shaft by forming a high-pressure air layer between the top foil and the shaft.
  • Air foil bearings support axial loads by introducing air, which is a viscous fluid between the rotor or the foil that contacts the disk when the rotor rotates at high speed, to create pressure.
  • the air foil bearing is effective for supporting a rotating shaft rotating at high speed, it can be applied to a rotating shaft rotating at high speed in a rotary machine such as a turbo compressor, a turbo cooler, a turbo generator, and an air compressor.
  • air foil bearings have a structure in which bump foils and top foils are disposed between a pair of disk-shaped plates. Since the load bearing capacity of the air foil bearing is determined by the total pressure of the air formed inside the bearing, it is necessary to increase the total pressure. However, the conventional air foil bearing does not have a structure that can increase the pressure of the air has a problem that it is difficult to improve the load bearing capacity.
  • the air foil bearing of the present invention is an air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft, wherein the air foil bearing has a disk-shaped plate and a plurality of bumps coupled on the plate. A foil and a top foil disposed on top of the bump foil, one end of which is coupled to the plate and the other end of which is free.
  • the bump foil includes a plurality of single bumps arranged in a plurality of rows spaced apart from each other, and the stiffness of the single bump is gradually increased or equal to the outer diameter from the inner diameter side of the plate.
  • each row of the single bump (A ⁇ D) is gradually increased toward the outer diameter of the plate, or the width (A ⁇ D) of the single bump is characterized in that a plurality of outer diameter side larger than the plurality of inner diameter side of the plate is formed It is done.
  • the length of the bump acid L of the single bump is characterized in that it becomes larger toward the outer diameter side from the inner diameter side of the plate.
  • the length of the arc of the single bump disposed on the inner and outer diameter side of the plate is characterized in that formed longer than the length of the arc of the single bump disposed on the inside.
  • the bump foil includes first to fifth single bumps disposed to be inclined in a radial direction of the plate, wherein the first to fifth single bumps are spaced apart from each other in a first to fourth row, and the rigidity of the single bumps. Is gradually larger or the same from the inner diameter side of the plate toward the outer diameter.
  • the widths A to D of the first to fourth rows of the single bumps are gradually increased toward the outer diameter of the plate.
  • the widths C and D of the third and fourth rows of the single bumps may be larger than the widths A and B of the first and second rows of the plate.
  • the length of the bump acid L of the single bump is characterized in that it becomes larger toward the outer diameter side from the inner diameter side of the plate.
  • the length of the arcs of the first and fourth rows of the single bumps is longer than the length of the arcs of the second and third rows.
  • the present invention also provides an air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft, wherein the air foil bearing is disposed on a disk-shaped plate, a plurality of bump foils coupled to the plate, and an upper portion of the bump foil.
  • a top foil having one end coupled to the plate and the other end free, the bump foil provides an air foil bearing comprising a first foil and a second foil disposed inside the first foil.
  • the first foil and the second foil are spaced apart from each other with a slit interposed therebetween.
  • the first foil is characterized in that it has a greater rigidity than the second foil.
  • the first foil and the second foil is made of a different material.
  • the first foil and the second foil is characterized in that made of the same material.
  • the thickness of the first foil is characterized in that thicker than the thickness of the second foil.
  • the bump width of the first foil is smaller than the bump width of the second foil.
  • the second foil is formed with a slit bisecting the width inside, and the width of the slit between the first foil and the second foil is characterized in that corresponding to the slit width of the second foil.
  • the second foil is formed with a slit bisecting a width inside, wherein the width of the slit between the first foil and the second foil is larger than the slit width of the second foil.
  • the first foil and the second foil are provided in plural numbers, and the first foil and the second foil are disposed with second slits having different widths and shapes therebetween.
  • the first slit between the first foil and the second foil is formed in the same width from one end to the other end.
  • the second slit between the second foils is formed such that its width increases toward the opposite side of the trailing edge F from the trailing edge F connecting the first foil and the second foil at the rotor rotational side end thereof. It is characterized by that.
  • the second slit between the second foils is characterized in that its width becomes stepwise larger toward the opposite side of the trailing edge (F).
  • the second foil is characterized in that the width of the opposite end of the trailing edge F is smaller than the width of the trailing edge F side.
  • the second foil includes at least one stepped portion that is bent in a step shape on one side facing each other, and a connection part extending along the rotor rotation direction to connect the stepped portion.
  • the first foil is characterized in that the opposite end of the trailing edge F is spot welded.
  • the bump height of the first foil is smaller than the bump height of the second foil.
  • the distance D from the trailing edge F side end of the slit to the trailing edge F is less than or equal to twice the bump pitch C.
  • the present invention provides an air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft, wherein the air foil bearing includes a disc-shaped plate, a plurality of bump foils coupled to the plate, and an upper end of the bump foil. And a top foil coupled to the plate and free at the other end, wherein the bump foil includes first to fourth foils extending in a direction opposite to the rotor rotation direction.
  • the first to fourth foils are characterized in that the ends corresponding to the rotor rotation direction are connected to one.
  • the height of the first bump mountain A provided adjacent to the opposite end of the rotor rotation direction of each of the first to fourth foils and the other bump mountains adjacent to each other is different.
  • the height of the first bump mountains A of the first to fourth foils is lower than the height of the other bump mountains adjacent to each other.
  • the height of the first bump mountains A of the first to fourth foils is within 70% of the height of the other bump mountains adjacent to it.
  • the top foil is characterized in that it has an inclined section (L1) is gradually spaced apart from the plate, and the planar section (L2) is evenly spaced apart from the plate.
  • the first bump mountains A of the first to fourth foils may correspond to a position where the planar section L2 of the top foil starts.
  • An end B adjacent the first bump acid A of the first and fourth foils is spot welded to the plate.
  • Air foil bearing according to an embodiment of the present invention can adjust the stiffness of the bump by varying the width of the single bump, the height of the bearing because the height of the initial bump is all the same so that the wedge effect is implemented only when the load by the oil film There is an advantage to management.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example in which the air foil bearing of the present invention is installed
  • FIG. 2 is a plan view showing an air foil bearing according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the bump foil according to FIG.
  • FIG. 4 is a plan view showing an air foil bearing according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing an air foil bearing according to a third embodiment of the present invention.
  • 6 and 7 are a plan view showing a welded portion of the air foil bearing according to another embodiment
  • FIG. 8 is a graph showing a pressure distribution according to the air foil bearing of FIG. 6,
  • FIG. 9 is a plan view showing an air foil bearing according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view and a side view of the air foil bearing according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating an air foil bearing according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example in which the air foil bearing of the present invention is installed.
  • an air foil bearing according to an exemplary embodiment of the present invention is installed in a mechanical device having a rotating shaft rotating at high speed.
  • the air foil bearing 700 is installed to support the rotating shaft 650 of the blower motor 600 mounted to the air compressor 10.
  • the description is only one embodiment. Where the mechanism with rotary axis can be applied).
  • the vehicle air compressor 10 may include a housing 100 forming an appearance, an impeller 400 coupled to the front of the housing 100 to compress air, an impeller receiving portion 200 accommodating the impeller 400, and It includes an impeller housing 300, a rear cover 500 coupled to the rear of the housing 100, and a blower motor 600 installed inside the housing 100 to drive the impeller 400 to rotate. .
  • An air inlet 310 through which external air is introduced is formed at the front center of the impeller housing 300, and air outlets 330 are formed at both front sides.
  • Impeller 400 is installed inside the impeller housing 300, the rotating shaft 650 of the blower motor 600 to be described later is coupled to the hollow penetrating the impeller 400. That is, the impeller 400 is supported by the rotation shaft 650. The air sucked through the air inlet 310 by the impeller 400 is compressed by the impeller 400 and discharged to the air outlet 330.
  • the blower motor 600 is inserted into the motor housing 600a inserted inside the housing 100.
  • the blower motor 600 is installed adjacent to the inner circumferential surface of the motor housing 600a and has a stator 630 having a hollow (not shown), a rotating shaft 650 installed through the hollow of the stator 630, and a rotating shaft ( Rotor 610 is coupled to the outer peripheral surface of the 650.
  • the rotating shaft 650 is provided inside the housing 100 by a thrust bearing 700 and a journal bearing 750 installed at the rear of the impeller 400 in a state where one end is coupled to the hollow of the impeller 400. It is rotatably supported, and the rear end is also rotatably supported by the rear bearing 800.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an air foil bearing according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a bump foil according to FIG. 2.
  • a disk-shaped rotor disk (not shown) is formed on the front side of the rotating shaft 650, and the thrust bearing 700 is inserted adjacent to the front side and the rear side of the rotor disk (see FIG. 1).
  • the thrust bearing 700 is an air foil bearing, and a plurality of fan-shaped bump foils are formed on a disc-shaped plate 702. 706 is seated and again covered with top foil 704.
  • the center of the thrust bearing 700 is formed with a circular hole in which the rotation shaft 650 is inserted. With the rotating shaft 650 inserted into the hole of the thrust bearing 700, one surface of the bump foil 706 is adjacent to one surface of the rotor disk and the other surface is seated on the plate 702.
  • the top foil 704 is formed with a free end, one end of which is fixed to the plate 702 and the other end of which is deformed apart from the plate 702.
  • the bump foil 706 is formed in the shape of a fan plate and is in contact with the top foil 704 between the fixed end and the free end of the top foil 704. Top foil 704 and bump foil 706 are attached to plate 702 by welding.
  • air which is a viscous fluid, flows between the air foils to form a pressure to support the load during rotation.
  • the load bearing force is affected not only by the viscosity of the air but also by the stiffness of the bump foil 706.
  • each single bump foil 706 is determined by the area of the bump projected on the plane, and the stiffness of the bump foil 706 goes from the inner diameter side to the outer diameter side of the plate 702 (1 to 4 rows). It is preferable to make them all uniform, or to become larger gradually. The reason for this is that the load is concentrated during rotation in the fourth row direction, so that the wear becomes more severe. Therefore, the rigidity in the fourth row direction is advantageous in terms of durability.
  • the widths A to D of each row of the bump foil 706 are uniformly configured, and in this case, each single bump (means 1 to 5 in FIG. 3).
  • the stiffness of each of 1 to 5 numbers sequentially becomes different.
  • the rotational side stiffness in the rotational direction is lower than the inner diameter side, which is very disadvantageous for uniform stiffness distribution. Therefore, when the widths A to D of the single bumps are uniformly configured as in the related art, the rigidity of the bump foils 706 may not be configured to increase gradually toward the uniform or heavily loaded side.
  • the diagonal length of the single bumps (1 to 5) (the part of the convex bump mountain when viewed from the side of the single bump, L) must be adjusted, and the diagonal length (L) is the single bump (1 to 5). It can be changed by adjusting the width (A ⁇ D) of each column of 5) (in this case, the bump mountain height of the single bump is all designed to be the same).
  • a and B are the same if the width of each row of columns A to D of a single bump (1 to 5) is A, the width of two rows is B, the width of three columns is C, and the width of four columns is D.
  • the length of the bump mountains L increases from one row to four columns, and the area of the single bumps also increases, thereby increasing the load bearing capacity.
  • the wedge effect of preventing the leakage of air forming the oil film can be realized. .
  • the air pocket P which traps air between the top foil 704 and the bump foil 706 by configuring the lengths of the single bumps 1 to 5 so that the second and third rows are indented into the first row and the fourth row. Area becomes large. Therefore, by the wedge effect (when the space in which the fluid is stored becomes wedge-shaped, the fluid is pulled by the viscosity of the fluid, pushed into the wedge-shaped gap, and the dynamic pressure (pressure) is generated, and the load is supported by this pressure). The loss of the oil film can be prevented. In addition, as the area of the air pocket P increases, the damping force is improved, so that the non-contact area of the top foil 704 is widened, thereby reducing the friction applied to the top foil 704.
  • the wedge effect is implemented only when subjected to the load by the oil film, which is advantageous in managing the height of the thrust bearing 700.
  • the stiffness also increases as the width of the single bumps increases. Therefore, the stiffness can be adjusted by varying the width of the single bump under the condition that the shape of the single bump is the same.
  • Figure 5 is a plan view showing an air foil bearing according to a third embodiment of the present invention.
  • the thrust bearing 700 is an air foil bearing, and a plurality of fan-shaped bump foils 706 are formed in a disc-shaped plate 702. Seated and covered with top foil 704 again.
  • the center of the thrust bearing 700 is formed with a circular hole in which the rotation shaft 650 is inserted. With the rotary shaft 650 inserted into the hole of the thrust bearing 700, one surface of the bump foil 706 is adjacent the top foil 704 to one surface of the trust disk 652 and the other surface is seated on the plate 702. .
  • the top foil 704 is formed with a free end, one end of which is fixed to the plate 702 and the other end of which is deformed apart from the plate 702.
  • the fixed end of the top foil 704 is attached to the plate 702 by welding.
  • the bump foil 706 is in the form of a flat plate and is in contact with the top foil 704 between the fixed end and the free end of the top foil 704.
  • the bump foil 706 is composed of two foils, a foil having an approximately '-' shape forming a fan-shaped edge and a foil provided inside the '-' shaped foil.
  • the bump foil 706 includes a connecting foil 706a constituting a fan-shaped radial edge, a first foil 706b constituting a fan-shaped outer diameter side edge, and a fan-shaped inner diameter edge 3rd foil 706d and 4th spaced apart between the 2nd foil 706c which comprises this, and each slit C1-C3 between the 1st foil 706b and the 2nd foil 706c. It consists of a foil 706e. In addition, the free ends of the third foil 706d and the fourth foil 706e are also spaced apart from the connecting foil 706a with the slit C4 interposed therebetween.
  • An end portion of the third foil 706d is diagonally cut, and a diagonal cut is made correspondingly to the portion where the first foil 706b and the connecting foil 706a are diagonally cut.
  • the diagonally cut portions are spaced apart from each other with the cutting slits 704a interposed therebetween.
  • One end of the first to fourth foils 706b, 706c, 706d, and 706e is welded to the plate 702 (to be described later), and the other end extends along a circular arc direction.
  • the lengths of the first to fourth foils 706b, 706c, 706d, and 706e become shorter from the first foil 706b to the fourth foil 706e.
  • the third and fourth foils 706d and 706e are disposed on the side under less pressure generated during rotation, and thus, the first and second foils 706b and 2nd. It is preferable to be made of a material having a smaller rigidity than the foil 706c.
  • the widths of the bumps constituting the third foil 706d and the fourth foil 706e are made wide so that the amount of deformation is reduced.
  • the rigidity can be lowered than the first foil 706b and the second foil 706c.
  • the aforementioned slit includes a first slit C1, a second slit C2, a third slit C3, and a fourth slit C4, wherein the first to third slits C1 to C3 are made of
  • the first to fourth foils 706b, 706c, 706d, and 706e serve to maintain a minimum gap so as not to contact each other.
  • the fourth slit C4 is connected to the foil 706a even when the bump acids of the third and fourth foils 706d and 706e are pressed when the bump foil 706 is deformed so that the third and fourth foils 706d and 706e are tensioned. It is desirable to have a gap that is not in contact with.
  • the direction in which the fluid is introduced while the rotor is rotated is introduced in the axial direction and the rotor rotation direction, in which case the fluid introduced into the fourth slit C4 and the first to third slits C1 to C3 is simultaneously or When introduced randomly, it is possible to form a space that provides a stable movement of the fluid can improve the stable damping ability.
  • All of the first to third slits C1 to C3 are formed in the circumferential direction of the plate 702, and the fourth slit C4 is formed in the radial direction to stably perform vibration damping according to inflow and outflow of fluid. can do.
  • the thrust bearing 700 according to the third embodiment of the present invention is configured in the same manner as in the above-described second embodiment, and the interval between the first to third slits C1 to C3 is different. Can be set.
  • the interval between the first to third slits C1 to C3 may be designed to be the same as the fourth slit C4.
  • the width of the third foil 706d 'and the fourth foil 706e' is formed to be smaller than the width of the first foil 706b 'and the second foil 706c', which is the third foil. 706d 'and the fourth foil 706e' perform different damping from the first foil 706b 'and the second foil 706c', thereby stably supporting and dispersing the axial stress applied to the rotor. To prevent breakage.
  • the thrust bearing 700 ' according to the third embodiment of the present invention has a different damping and load than the second embodiment described above. You have support.
  • the damping amount is changed and the deformation amount of the third foil 706d 'and the fourth foil 706e' is larger than in the second embodiment, thereby minimizing stress concentration and load in the axial direction due to the inflow and movement of the fluid. can do.
  • the vibration applied to the rotor is minimized, thereby improving the vibration damping efficiency in the axial direction.
  • the vibration and shock transmitted to the compressor or air blower to improve the durability and vibration damping ability at the same time can be used stably in long-term use.
  • 6 and 7 are plan views illustrating a welded portion of an air foil bearing according to another embodiment.
  • the bump foils 706 and 706 are formed of approximately 'C' shaped first foils 706a and 706a constituting a fan-shaped edge and a first foil 706a.
  • second foils 706b and 706b ' which are disposed inside the 706a' and are spaced apart from each other with the first foils 706a and 706a 'and the slits 706c and 706c' interposed therebetween.
  • One end of the first foil 706a, 706a 'and the second foil 706b, 706b' may be welded to the plate 702, and the other end may be formed to extend in a circular arc direction (FIGS. 6 and 7).
  • 4 and 5 have only the same reference numerals as those of the embodiments of FIGS. 4 and 5, and thus the detailed description of each configuration will be omitted.
  • the welded portions (parts corresponding to 706f, 706f 'in Figs. 4 and 5) are disposed on the rotor rotational side.
  • the welded portions are formed to be narrower in width than the first foils 706a and 706a 'and the second foils 706b and 706b' and are installed to maintain only a fixed state.
  • the welded portion is not formed with an uneven portion such as bump acid, the welded portion is stably maintained without being damped in accordance with the inflow and discharge of the fluid.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a pressure distribution according to the air foil bearing of FIG. 6.
  • the radial direction of the plate 702 (defining the center side of the plate at any point in FIG. 2 is defined as d1 and the outer diameter side as d2).
  • the pressure of the bump foil 706 is called P1.
  • P2 is the pressure of the bump foil 706 along the radial direction of the plate 702 when the first foil 706a and the second foil 706b are provided according to an embodiment of the present invention.
  • pressure is concentrated between the radially inner (d1) and the outer (d2), whereas in the case of P2, the pressure is relatively evenly distributed between the radially inner (d1) and the outer (d2). Can be.
  • the contact of the bump foil 706 and the top foil 704 of the portion may be increased, thereby increasing the wear of the top foil 704.
  • the edges of the bump foil 706 close to the inner side d1 and the outer side d2 of the radial radius may have a low load bearing force and thus may not be sufficiently pressured.
  • the load bearing force is improved, so that radially inner side d1 and outer side d2 also have sufficient pressure. You can get The pressure distribution P2 is thus evenly distributed without concentrating the pressure in one place.
  • Air foil bearing according to an embodiment of the present invention having the configuration described above has the effect of improving the load bearing capacity and increase the damping effect by changing the shape and rigidity of the bump foil.
  • the durability of the bearing is improved by improving the damping force.
  • the air foil bearing according to the above embodiments by changing the shape of the bump foil and the shape of the slit it is possible to prevent the end of the bump foil to protrude sharply during deformation of the bump foil.
  • the shapes of the bump foil and the slit are changed will be described in detail, and the shape may be applied to the above-described embodiments (a detailed description of the same configuration as the above-described embodiments will be omitted.
  • the outer arc of the fan shape is defined as the outer diameter side and the inner arc as the inner diameter direction based on FIG. 9).
  • FIG. 9 is a plan view illustrating an air foil bearing according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • bump foils 706a ′′ and 706b ′′ are provided between the top foil 704 ′′ and the plate 702 ′′ of the air foil bearing.
  • the bump foils 706a “and 706b” are the first foil 706a "disposed on the outer diameter and the inner diameter side of the top foil ⁇ based on the rotation direction of the rotor (arrow direction in Fig. 5) and the first foil 706a". ) Is composed of a second foil 706b "disposed in between (in this embodiment, the first foil is composed of two and the second foil is described as an example).
  • the trailing edge F is a rotor. It is the portion connecting the first foil 706a "and the second foil 706b" at the end in the direction of rotation.
  • the bump foils 706a “and 706b” are the widths (spacings) of the slits 706c “and 706d” and the bump widths B to B “of the bump foils 706a” and 706b “as in the above-described embodiment.
  • the individual stiffness of each of the first foil 706a “and the second foil 706b” can be adjusted.
  • the bump widths B to B "of the second foil 706b” are more specifically adjusted. By adjusting the stiffness can be adjusted.
  • the bump foils 706a “and 706b” are divided into a plurality of slits 706c “and 706d", and the first slit between the first foil 706a “and the second foil 706b” 706c ′′ and the second slit 706d ′′ between the second foil 706b ′′ are different in shape.
  • the second slit 706d "located between the two second foils 706b" differs in width from one end to the other end facing the trailing edge F (slit between the second slits also trailing). The opposite end of the edge is open).
  • the second foil 706b is comprised of longer and shorter lengths corresponding to the rotor rotational direction than the other.
  • the second slit 706d located between them is in the form of a stepped step, trailing edge
  • the width of the second slit 706d “becomes narrower toward F. That is, the bump widths B to B" of the second foil 706b "may be configured differently for each section.
  • the second long foil 706b ′′ having a relatively long length is formed with a first stepped portion 7060 at one end portion adjacent to the trailing edge F, and the trailing edge F at the first stepped portion 7060.
  • the first connecting portion 7071 is formed to extend in the opposite direction to the C.
  • a second step portion 7062 is formed again, and trailing from the second step portion 7082.
  • the second connection portion 7063 extends toward the opposite end of the edge F. Since the stepped direction is toward the outer diameter side, the bump width B ′ of the first connection portion 7071 is the second connection portion 7063. Is greater than the bump width (B).
  • the relatively short second foil 706b ′′ may be formed at a portion spaced apart from the trailing edge F by the first step portion 7060 on one side facing the long second foil 706b ′′.
  • Three stepped portions 7065 may be provided. That is, the third connection portion 7094 is provided at the portion adjacent to the trailing edge F, and the fourth connection portion 7066 is provided at the opposite side of the trailing edge F, and the third step portion 7027 is disposed therebetween. ) Can be connected. At this time, since the stepped direction is toward the inner diameter side, the bump width B ′′ of the fourth connection portion 7066 is narrower than the bump width (not shown) of the third connection portion 7094.
  • the bump width B of the second connector 7063 and the bump width B ′′ of the fourth connector 7066 may be the same or different according to design specifications.
  • the stiffness of the trailing edge F region can have a higher stiffness than the center part E region.
  • the stiffness of the trailing edge (F) region can be adjusted.
  • the distance D from the ends of the slits 706c ′′, 706d ′′ to the trailing edge F is preferably designed to be less than or equal to twice the bump pitch C (D ⁇ 2C).
  • the height of the bump mountain and the bump width may be changed to improve the load bearing force and the damping effect.
  • a detailed structure will be described with reference to the drawings. (Bump foils of the present embodiment have only the same reference numerals as those of the fourth embodiment and have the same structure, and thus detailed description of the bump foils will be omitted).
  • FIG. 10 is a plan view and a side view showing an air foil bearing according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a plan view showing an air foil bearing according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the top foil 704 has a fixed end and a bump foil 706 is inserted between the plate 702 so that the other end of the top foil 704 is the free end of the top foil 704 with the plate 702. It is a structure that is spaced apart. Therefore, the top foil 704 is formed with an inclined section L1 in which the distance from the fixed end side toward the free end side gradually increases with the plate 702. When a predetermined position passes after the inclined section L1, a planar section L2 having a uniform interval between the top foil 704 and the plate 702 is formed.
  • the portion where the planar section L2 is formed corresponds to the portion of the first leading edge A of the bump foil 706 based on the rotor rotation direction. That is, the first bump mountain portion A of the first to fourth foils 706a to 706d becomes the start position of the plane section L2.
  • the highest point of the top foil 704 and the first bump mountain A by setting the height of the first bump mountain A of the first to fourth foils 706a to 706d lower than the adjacent bump mountain (second or more).
  • a gap is formed in the liver, a thin oil film is first formed along the shape of the top foil 704 due to the film stiffness of the top foil 704 and the stiffness of the bump acid after the second.
  • the load applied to the bump foil 706 is gradually increased to increase the pressure of the oil film.
  • the lowered first bump mountain A contacts the top foil 704 and deforms to support the load (activation).
  • the first bump acid A is positioned in the plane section L2 of the top foil 704 in order to be uniformly pressurized when the first bump acid A is activated. As the first bump mountain A supports the load, the planar section L2 increases so that the thrust bearing 700 has a higher load bearing capacity.
  • the height of the first bump mountain A be configured to be up to 30% lower than the height of the other bump mountain. That is, the height of the first bump mountain A is formed to be within 70% of the height of the other bump mountain.
  • the rotor 610 is excited while vibrating by an external force.
  • the rotor 610 has a set gap (gap at the initial position) with the thrust bearing 700 at the initial position, but the set gap increases or decreases due to the excitation.
  • the bump foil 706 is pressed and restored to repeat, and when the bump foil 706 is pressed and the maximum restored displacement, the bump foil 706 is pressed to approximately 30% of the bump acid of the bump foil 706. And restored (measurement of displacement of the rotor over time).
  • the height of the first bump mountain (A) within 30% of the other bump mountain height, it is possible to properly support the load due to the pressure when a certain pressure or more is applied to the thrust bearing 700.
  • the lengths of the second foil and the third foil may be changed.
  • the non-welded end E of the second foil 706b 'and the third foil 706c' connects the welded end B of the first foil 706a 'and the fourth foil 706d'. It may have a form disposed on the same line as the virtual line.
  • Air foil bearing according to an embodiment of the present invention having the configuration described above has the effect of improving the load bearing capacity and increase the damping effect by changing the shape and rigidity of the bump foil.
  • the durability of the bearing is improved by improving the damping force.
  • the present invention relates to an air foil bearing with improved damping efficiency.

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Abstract

The present invention relates to an air foil bearing. The present invention is configured such that the rigidity of bumps can be controlled by varying the width of single bumps, and has an advantage in managing the height of the bearing, since a wedge effect is realized only under the weight of an oil film as initial bumps all have the same height. Also, the present invention is capable of stably damping an impact exerted in the direction of the rotation axis of a rotor, improving bearing power, and minimizing an impact resulting from damping and has the effect of improving the durability of the air foil bearing.

Description

에어 포일 베어링Air foil bearing
본 발명은 에어 포일 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 댐핑 효율이 향상된 에어 포일 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to an air foil bearing, and more particularly to an air foil bearing with improved damping efficiency.
베어링은 회전축을 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전 가능하게 지지하는 기계 요소이다. 볼 베어링이나 저널 베어링은 유막을 이용해 축을 지지하는 방식이고, 포일 베어링은 탑 포일과 축 사이에 고압의 공기층을 형성하여 축을 지지하는 방식의 베어링이다.A bearing is a mechanical element that secures the shaft in a fixed position and supports the shaft rotatably while supporting the weight of the shaft and the load on the shaft. Ball bearings and journal bearings support the shaft using an oil film, and foil bearings support the shaft by forming a high-pressure air layer between the top foil and the shaft.
에어 포일 베어링은 로터가 고속 회전할 때 로터 또는 베어링 디스크와 접하는 포일 사이에 점성을 갖는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 축 하중을 지지한다.Air foil bearings support axial loads by introducing air, which is a viscous fluid between the rotor or the foil that contacts the disk when the rotor rotates at high speed, to create pressure.
에어 포일 베어링은 고속으로 회전하는 회전축을 지지하는데 효과적이므로, 터보 압축기나 터보 쿨러, 터보 발전기, 공기 압축기 등의 회전기기 내에서 고속으로 회전하는 회전축에 적용할 수 있다.Since the air foil bearing is effective for supporting a rotating shaft rotating at high speed, it can be applied to a rotating shaft rotating at high speed in a rotary machine such as a turbo compressor, a turbo cooler, a turbo generator, and an air compressor.
이러한 에어 포일 베어링의 일 예가 한국특허등록 제1396889호에 개시되어 있다.An example of such an air foil bearing is disclosed in Korean Patent Registration No. 1396889.
일반적으로 에어 포일 베어링은 한 쌍의 원판 형상의 플레이트 사이에 범프 포일 및 탑 포일이 배치되는 구조를 갖는다. 에어 포일 베어링의 하중지지 능력은 베어링 내부에 형성되는 공기의 전체 압력에 의해 결정되는 것이므로 전체 압력을 높일 필요가 있다. 그러나 종래의 에어 포일 베어링은 공기의 압력을 높일 수 있는 구조가 없어 하중 지지력을 향상시키기가 어려운 문제가 있다.In general, air foil bearings have a structure in which bump foils and top foils are disposed between a pair of disk-shaped plates. Since the load bearing capacity of the air foil bearing is determined by the total pressure of the air formed inside the bearing, it is necessary to increase the total pressure. However, the conventional air foil bearing does not have a structure that can increase the pressure of the air has a problem that it is difficult to improve the load bearing capacity.
본 발명의 목적은 댐핑 효율이 향상된 에어 포일 베어링을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an air foil bearing with improved damping efficiency.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 에어 포일 베어링은, 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 베어링에 있어서, 상기 에어 포일 베어링은, 원판형의 플레이트와, 상기 플레이트 상에 결합되는 복수의 범프 포일과, 상기 범프 포일의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트에 결합되고 타단이 자유단인 탑 포일을 포함한다.In order to achieve the above object, the air foil bearing of the present invention is an air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft, wherein the air foil bearing has a disk-shaped plate and a plurality of bumps coupled on the plate. A foil and a top foil disposed on top of the bump foil, one end of which is coupled to the plate and the other end of which is free.
상기 범프 포일은 서로 이격된 복수 개의 열로 배치된 복수의 단일 범프를 포함하며, 상기 단일 범프의 강성은 상기 플레이트의 내경 쪽에서 외경 쪽으로 갈수록 점차 커지거나 동일한 것을 특징으로 한다.The bump foil includes a plurality of single bumps arranged in a plurality of rows spaced apart from each other, and the stiffness of the single bump is gradually increased or equal to the outer diameter from the inner diameter side of the plate.
상기 단일 범프의 각 열의 폭(A~D)은 상기 플레이트의 외경 쪽으로 갈수록 점차 커지거나, 상기 단일 범프의 폭(A~D)은 상기 플레이트의 내경 쪽 복수 개 보다 외경 쪽 복수 개가 크게 형성된 것을 특징으로 한다.The width of each row of the single bump (A ~ D) is gradually increased toward the outer diameter of the plate, or the width (A ~ D) of the single bump is characterized in that a plurality of outer diameter side larger than the plurality of inner diameter side of the plate is formed It is done.
상기 단일 범프의 범프 산(L)의 길이는 상기 플레이트의 내경 쪽에서 외경 쪽으로 갈수록 커지는 것을 특징으로 한다.The length of the bump acid L of the single bump is characterized in that it becomes larger toward the outer diameter side from the inner diameter side of the plate.
상기 플레이트의 내경 및 외경 쪽에 배치된 상기 단일 범프의 호의 길이가 내측에 배치된 상기 단일 범프의 호의 길이보다 길게 형성된 것을 특징으로 한다.The length of the arc of the single bump disposed on the inner and outer diameter side of the plate is characterized in that formed longer than the length of the arc of the single bump disposed on the inside.
상기 범프 포일은 상기 플레이트의 반경 방향에 경사지게 배치되는 제1 내지 제5 단일 범프를 포함하고, 상기 제1 내지 제5 단일 범프는 제1 내지 제4 열을 이루며 서로 이격되며, 상기 단일 범프의 강성은 상기 플레이트의 내경 쪽에서 외경 쪽으로 갈수록 점차 커지거나 동일한 것을 특징으로 한다.The bump foil includes first to fifth single bumps disposed to be inclined in a radial direction of the plate, wherein the first to fifth single bumps are spaced apart from each other in a first to fourth row, and the rigidity of the single bumps. Is gradually larger or the same from the inner diameter side of the plate toward the outer diameter.
상기 단일 범프의 상기 제1 내지 제4 열의 폭(A~D)은 상기 플레이트의 외경 쪽으로 갈수록 점차 커지는 것을 특징으로 한다.The widths A to D of the first to fourth rows of the single bumps are gradually increased toward the outer diameter of the plate.
상기 단일 범프의 상기 제3 및 제4 열의 폭(C, D)은 상기 플레이트의 상기 제1 및 제2열의 폭(A, B) 보다 크게 형성된 것을 특징으로 한다.The widths C and D of the third and fourth rows of the single bumps may be larger than the widths A and B of the first and second rows of the plate.
상기 단일 범프의 범프 산(L)의 길이는 상기 플레이트의 내경 쪽에서 외경 쪽으로 갈수록 커지는 것을 특징으로 한다.The length of the bump acid L of the single bump is characterized in that it becomes larger toward the outer diameter side from the inner diameter side of the plate.
상기 단일 범프의 상기 제1 및 제4 열의 호의 길이가 상기 제2 및 제3열의 호의 길이보다 길게 형성된 것을 특징으로 한다.And the length of the arcs of the first and fourth rows of the single bumps is longer than the length of the arcs of the second and third rows.
또한, 본 발명은 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 베어링에 있어서, 상기 에어 포일 베어링은, 원판형의 플레이트와, 상기 플레이트 상에 결합되는 복수의 범프 포일과, 상기 범프 포일의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트에 결합되고 타단이 자유단인 탑 포일을 포함하며, 상기 범프 포일은 제1 포일과, 상기 제1 포일의 내측에 배치되는 제2 포일을 포함하는 에어 포일 베어링을 제공한다.The present invention also provides an air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft, wherein the air foil bearing is disposed on a disk-shaped plate, a plurality of bump foils coupled to the plate, and an upper portion of the bump foil. A top foil having one end coupled to the plate and the other end free, the bump foil provides an air foil bearing comprising a first foil and a second foil disposed inside the first foil.
상기 제1 포일과 상기 제2 포일은 슬릿을 사이에 두고 상호 이격된 것을 특징으로 한다.The first foil and the second foil are spaced apart from each other with a slit interposed therebetween.
상기 제1 포일은 상기 제2 포일 보다 큰 강성을 갖는 것을 특징으로 한다.The first foil is characterized in that it has a greater rigidity than the second foil.
상기 제1 포일과 상기 제2 포일은 서로 다른 재질로 만들어지는 것을 특징으로 한다.The first foil and the second foil is made of a different material.
상기 제1 포일과 상기 제2 포일은 동일한 재질로 만들어지는 것을 특징으로 한다.The first foil and the second foil is characterized in that made of the same material.
상기 제1 포일의 두께는 상기 제2 포일의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 한다.The thickness of the first foil is characterized in that thicker than the thickness of the second foil.
상기 제1 포일의 범프 폭은 상기 제2 포일의 범프 폭 보다 작은 것을 특징으로 한다.The bump width of the first foil is smaller than the bump width of the second foil.
상기 제2 포일은 내측에 폭을 이등분하는 슬릿이 형성되며, 상기 제1 포일 및 제2 포일 사이의 상기 슬릿의 폭은 상기 제2 포일의 상기 슬릿 폭에 대응하는 것을 특징으로 한다.The second foil is formed with a slit bisecting the width inside, and the width of the slit between the first foil and the second foil is characterized in that corresponding to the slit width of the second foil.
상기 제2 포일은 내측에 폭을 이등분하는 슬릿이 형성되며, 상기 제1 포일 및 제2 포일 사이의 상기 슬릿의 폭은 상기 제2 포일의 상기 슬릿 폭 보다 큰 것을 특징으로 한다.The second foil is formed with a slit bisecting a width inside, wherein the width of the slit between the first foil and the second foil is larger than the slit width of the second foil.
상기 제1 포일 및 제2 포일은 복수 개로 구비되며, 상기 제1 포일 및 제2 포일은 서로 상이한 폭 및 형상을 갖는 제2 슬릿을 사이에 두고 배치되는 것을 특징으로 한다.The first foil and the second foil are provided in plural numbers, and the first foil and the second foil are disposed with second slits having different widths and shapes therebetween.
상기 제1 포일과 제2 포일 사이의 제1 슬릿은 일단부에서 타단부까지 동일한 폭으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first slit between the first foil and the second foil is formed in the same width from one end to the other end.
상기 제2 포일 사이의 제2 슬릿은 로터 회전 방향 쪽 단부에서 상기 제1 포일 및 제2 포일을 연결하는 트레일링 에지(F) 쪽에서 상기 트레일링 에지(F)의 반대쪽으로 갈수록 그 폭이 커지는 형상인 것을 특징으로 한다.The second slit between the second foils is formed such that its width increases toward the opposite side of the trailing edge F from the trailing edge F connecting the first foil and the second foil at the rotor rotational side end thereof. It is characterized by that.
상기 제2 포일 사이의 제2 슬릿은 상기 트레일링 에지(F)의 반대쪽으로 갈수록 그 폭이 단차지게 커지는 것을 특징으로 한다.The second slit between the second foils is characterized in that its width becomes stepwise larger toward the opposite side of the trailing edge (F).
상기 제2 포일은 상기 트레일링 에지(F)의 반대쪽 단부의 폭이 상기 트레일링 에지(F)쪽 단부의 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.The second foil is characterized in that the width of the opposite end of the trailing edge F is smaller than the width of the trailing edge F side.
상기 제2 포일은 서로 마주보는 일측에 계단형으로 꺾인 적어도 하나의 단차부와, 상기 로터 회전 방향을 따라 연장되어 상기 단차부를 연결하는 연결부를 포함한다.The second foil includes at least one stepped portion that is bent in a step shape on one side facing each other, and a connection part extending along the rotor rotation direction to connect the stepped portion.
상기 제1 포일은 상기 트레일링 에지(F)의 반대쪽 단부가 스팟 용접(spot welding)되는 것을 특징으로 한다.The first foil is characterized in that the opposite end of the trailing edge F is spot welded.
상기 제1 포일의 범프 높이는 상기 제2 포일의 범프 높이보다 작은 것을 특징으로 한다.The bump height of the first foil is smaller than the bump height of the second foil.
상기 슬릿의 상기 트레일링 에지(F) 쪽 단부에서 상기 트레일링 에지(F)까지의 거리(D)는 범프 피치(C)의 2배 값보다 작거나 같은 것을 특징으로 한다.The distance D from the trailing edge F side end of the slit to the trailing edge F is less than or equal to twice the bump pitch C.
본 발명은 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 베어링에 있어서, 상기 에어 포일 베어링은, 원판형의 플레이트와, 상기 플레이트 상에 결합되는 복수의 범프 포일과, 상기 범프 포일의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트에 결합되고 타단이 자유단인 탑 포일을 포함하며, 상기 범프 포일은 로터 회전방향의 반대 방향을 향해 연장 형성된 제1 포일 내지 제4 포일을 포함하는 에어 포일 베어링을 제공한다.The present invention provides an air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft, wherein the air foil bearing includes a disc-shaped plate, a plurality of bump foils coupled to the plate, and an upper end of the bump foil. And a top foil coupled to the plate and free at the other end, wherein the bump foil includes first to fourth foils extending in a direction opposite to the rotor rotation direction.
상기 제1 포일 내지 제4 포일은 상기 로터 회전방향에 대응하는 단부가 하나로 연결된 것을 특징으로 한다.The first to fourth foils are characterized in that the ends corresponding to the rotor rotation direction are connected to one.
상기 각각의 제1 포일 내지 제4 포일의 상기 로터 회전방향의 반대 방향 쪽 단부에 인접하여 구비된 첫 번째 범프 산(A)과 이웃한 다른 범프 산의 높이가 상이한 것을 특징으로 한다.The height of the first bump mountain A provided adjacent to the opposite end of the rotor rotation direction of each of the first to fourth foils and the other bump mountains adjacent to each other is different.
상기 제1 포일 내지 제4 포일의 상기 첫 번째 범프 산(A)의 높이는 상기 이웃한 다른 범프 산의 높이보다 낮은 것을 특징으로 한다.The height of the first bump mountains A of the first to fourth foils is lower than the height of the other bump mountains adjacent to each other.
상기 제1 포일 내지 제4 포일의 상기 첫 번째 범프 산(A)의 높이는 상기 이웃한 다른 범프 산 높이의 70% 이내인 것을 특징으로 한다.The height of the first bump mountains A of the first to fourth foils is within 70% of the height of the other bump mountains adjacent to it.
상기 탑 포일은 상기 플레이트와 이격 간격이 점차 커지는 경사 구간(L1)과, 상기 플레이트와의 이격 간격이 균일한 평면 구간(L2)를 갖는 것을 특징으로 한다.The top foil is characterized in that it has an inclined section (L1) is gradually spaced apart from the plate, and the planar section (L2) is evenly spaced apart from the plate.
상기 제1 포일 내지 제4 포일의 상기 첫 번째 범프 산(A)은 상기 탑 포일의 상기 평면 구간(L2)가 시작되는 위치에 대응하는 것을 특징으로 한다.The first bump mountains A of the first to fourth foils may correspond to a position where the planar section L2 of the top foil starts.
상기 제1 포일 및 제4 포일의 상기 첫 번째 범프 산(A)에 인접한 단부(B)는 상기 플레이트에 스팟 용접(spot welding)되는 것을 특징으로 한다.An end B adjacent the first bump acid A of the first and fourth foils is spot welded to the plate.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링은 단일 범프의 폭을 가변함으로써 범프의 강성을 조절할 수 있으며, 초기 범프의 높이가 모두 동일해 유막에 의한 하중을 받을 때만 쐐기 효과가 구현되므로 베어링의 높이 관리에 유리한 측면이 있다. Air foil bearing according to an embodiment of the present invention can adjust the stiffness of the bump by varying the width of the single bump, the height of the bearing because the height of the initial bump is all the same so that the wedge effect is implemented only when the load by the oil film There is an advantage to management.
또한, 로터의 회전축 방향으로 가해지는 충격을 안정적으로 댐핑하고, 지지력 향상 및 댐핑에 따른 충격을 최소화할 수 있으며, 에어 포일 베어링의 내구성이 향상되는 효과가 있다.In addition, it is possible to stably damp the impact applied in the direction of the rotation axis of the rotor, to improve the bearing capacity and to minimize the impact of the damping, and to improve the durability of the air foil bearing.
도 1은 본 발명의 에어 포일 베어링이 설치된 예를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing an example in which the air foil bearing of the present invention is installed,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도,2 is a plan view showing an air foil bearing according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 도 2에 따른 범프 포일을 도시한 모식도,3 is a schematic diagram showing the bump foil according to FIG.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도,4 is a plan view showing an air foil bearing according to a second embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도,5 is a plan view showing an air foil bearing according to a third embodiment of the present invention;
도 6 및 도 7은 각기 다른 실시 예에 따른 에어 포일 베어링의 용접 부위를 도시한 평면도,6 and 7 are a plan view showing a welded portion of the air foil bearing according to another embodiment,
도 8은 도 6의 에어 포일 베어링에 따른 압력 분포를 도시한 그래프,8 is a graph showing a pressure distribution according to the air foil bearing of FIG. 6,
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도,9 is a plan view showing an air foil bearing according to a fourth embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도 및 측면도,10 is a plan view and a side view of the air foil bearing according to the fifth embodiment of the present invention;
도 11은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도이다.11 is a plan view illustrating an air foil bearing according to a sixth embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the drawings, it will be described in detail for the air foil bearing according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 에어 포일 베어링이 설치된 예를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example in which the air foil bearing of the present invention is installed.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링은 고속으로 회전하는 회전축이 구비된 기계장치에 설치된다. 본 명세서에서는 편의상 공기 압축기(10)에 장착된 블로어 모터(600)의 회전축(650)을 지지하는데 에어 포일 베어링(700)이 설치된 것을 예로 들어 설명하고자 한다(그러나 이러한 설명은 하나의 실시 예일 뿐, 회전하는 축을 가진 기계장치 어디에 적용되어도 무방하다).As shown in FIG. 1, an air foil bearing according to an exemplary embodiment of the present invention is installed in a mechanical device having a rotating shaft rotating at high speed. In the present specification, for convenience, the air foil bearing 700 is installed to support the rotating shaft 650 of the blower motor 600 mounted to the air compressor 10. For example, the description is only one embodiment. Where the mechanism with rotary axis can be applied).
차량용 공기 압축기(10)는 외관을 형성하는 하우징(100)과, 하우징(100)의 전방에 결합되어 공기를 압축하는 임펠러(400)와, 임펠러(400)를 수용하는 임펠러 수용부(200) 및 임펠러 하우징(300)과, 하우징(100)의 후방에 결합되는 리어 커버(500)와, 하우징(100)의 내부에 설치되어 임펠러(400)를 회전 구동시키는 블로어 모터(600)를 포함하여 구성된다.The vehicle air compressor 10 may include a housing 100 forming an appearance, an impeller 400 coupled to the front of the housing 100 to compress air, an impeller receiving portion 200 accommodating the impeller 400, and It includes an impeller housing 300, a rear cover 500 coupled to the rear of the housing 100, and a blower motor 600 installed inside the housing 100 to drive the impeller 400 to rotate. .
임펠러 하우징(300)의 전방 중앙에는 외부 공기가 유입되는 공기 유입구(310)가 형성되고, 전방 양측에는 공기 토출구(330)가 형성된다. 임펠러(400)는 임펠러 하우징(300)의 내부에 설치되며, 임펠러(400)를 관통하는 중공에 후술할 블로어 모터(600)의 회전축(650)이 결합된다. 즉, 임펠러(400)는 회전축(650)에 의해 지지된다. 임펠러(400)에 의해 공기 유입구(310)를 통해 흡입된 공기는 임펠러(400)에 의해 압축되어 공기 토출구(330)로 배출된다.An air inlet 310 through which external air is introduced is formed at the front center of the impeller housing 300, and air outlets 330 are formed at both front sides. Impeller 400 is installed inside the impeller housing 300, the rotating shaft 650 of the blower motor 600 to be described later is coupled to the hollow penetrating the impeller 400. That is, the impeller 400 is supported by the rotation shaft 650. The air sucked through the air inlet 310 by the impeller 400 is compressed by the impeller 400 and discharged to the air outlet 330.
블로어 모터(600)는 하우징(100)의 내측에 삽입된 모터 하우징(600a)에 삽입된다. 블로어 모터(600)는 모터 하우징(600a)의 내주면에 인접하게 설치되며 중공(번호 미표기)을 갖는 스테이터(630)와, 스테이터(630)의 중공을 관통하여 설치되는 회전축(650)과, 회전축(650)의 외주면에 결합되는 로터(610)로 구성된다.The blower motor 600 is inserted into the motor housing 600a inserted inside the housing 100. The blower motor 600 is installed adjacent to the inner circumferential surface of the motor housing 600a and has a stator 630 having a hollow (not shown), a rotating shaft 650 installed through the hollow of the stator 630, and a rotating shaft ( Rotor 610 is coupled to the outer peripheral surface of the 650.
회전축(650)은 일단이 임펠러(400)의 중공에 결합된 상태에서 임펠러(400)의 후방에 설치되는 트러스트 베어링(thrust bearing, 700) 및 저널 베어링(750)에 의해 하우징(100)의 내측에 회전 가능하게 지지되고, 후방 단부 역시 후방 베어링(800)에 의해 회전 가능하게 지지된다.The rotating shaft 650 is provided inside the housing 100 by a thrust bearing 700 and a journal bearing 750 installed at the rear of the impeller 400 in a state where one end is coupled to the hollow of the impeller 400. It is rotatably supported, and the rear end is also rotatably supported by the rear bearing 800.
이하에서는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 에어 포일 베어링에 대해 상세히 설명하기로 한다(단, 각 실시 예의 도면 부호는 각 도면에 도시된 구성만을 지칭하며, 각 실시 예 별로 동일한 구성에 대해서는 중복 설명을 생략하기로 한다).Hereinafter, an air foil bearing according to various embodiments of the present disclosure will be described in detail (However, the reference numerals of the respective embodiments refer only to the components shown in the drawings. Will be omitted).
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2에 따른 범프 포일을 도시한 모식도이다. FIG. 2 is a plan view illustrating an air foil bearing according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a bump foil according to FIG. 2.
회전축(650)의 전방 쪽에는 원판 형상의 로터 디스크(번호 미표기)가 형성되며, 로터 디스크의 전방 쪽 일면 및 후방 쪽 타면에 인접하여 트러스트 베어링(700)이 삽입된다(도 1 참조).A disk-shaped rotor disk (not shown) is formed on the front side of the rotating shaft 650, and the thrust bearing 700 is inserted adjacent to the front side and the rear side of the rotor disk (see FIG. 1).
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 트러스트 베어링(700)은 에어 포일(air foil) 베어링으로, 원판형의 플레이트(702)에 복수의 부채꼴 형상의 범프 포일(706)을 안착시키고 다시 탑 포일(704)로 커버한 형태이다. 트러스트 베어링(700)의 중앙에는 회전축(650)이 삽입되는 원형의 홀이 형성된다. 회전축(650)이 트러스트 베어링(700)의 홀에 삽입된 상태에서 범프 포일(706)의 일면은 탑 포일(704)이 로터 디스크의 일면과 인접하고 타면은 플레이트(702)에 안착된다.2 and 3, the thrust bearing 700 according to the first embodiment of the present invention is an air foil bearing, and a plurality of fan-shaped bump foils are formed on a disc-shaped plate 702. 706 is seated and again covered with top foil 704. The center of the thrust bearing 700 is formed with a circular hole in which the rotation shaft 650 is inserted. With the rotating shaft 650 inserted into the hole of the thrust bearing 700, one surface of the bump foil 706 is adjacent to one surface of the rotor disk and the other surface is seated on the plate 702.
탑 포일(704)은 일단이 플레이트(702)에 고정되고 타단이 플레이트(702)와 이격되어 변형되는 자유단으로 형성된다. 범프 포일(706)은 부채꼴의 판 형태로 형성되며, 탑 포일(704)의 고정단과 자유단의 사이에서 탑 포일(704)과 접촉된다. 탑 포일(704)과 범프 포일(706)은 용접에 의해 플레이트(702)에 부착된다.The top foil 704 is formed with a free end, one end of which is fixed to the plate 702 and the other end of which is deformed apart from the plate 702. The bump foil 706 is formed in the shape of a fan plate and is in contact with the top foil 704 between the fixed end and the free end of the top foil 704. Top foil 704 and bump foil 706 are attached to plate 702 by welding.
로터(630)의 고속회전에 따라 로터 디스크에 에어 포일 사이에 점성을 갖는 유체인 공기가 유입되어 압력을 형성함으로써 회전 시 하중을 지지한다.As the rotor 630 rotates at high speed, air, which is a viscous fluid, flows between the air foils to form a pressure to support the load during rotation.
동일한 피치(Pitch), 높이(Height), 길이(Length), 두께(Thickness)를 갖는 트러스트 베어링(700)에서, 하중 지지력은 공기의 점성뿐만 아니라 범프 포일(706)의 강성에도 영향을 받는다.In a thrust bearing 700 having the same pitch, height, length and thickness, the load bearing force is affected not only by the viscosity of the air but also by the stiffness of the bump foil 706.
각 단일 범프 포일(706)이 갖는 강성은 평면상에 투영된 범프의 면적에 의해 결정되는데, 범프 포일(706)의 강성은 플레이트(702)의 내경 쪽에서 외경 쪽 방향으로 갈수록(1열에서 4열 방향으로 갈수록) 모두 균일하게 구성하거나, 점차 커지게 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 4열 방향으로 갈수록 회전 시 하중이 집중되어 마모가 심해지기 때문에 4열 방향으로 갈수록 강성이 커지는 것이 내구성 측면에서 유리하다.The stiffness of each single bump foil 706 is determined by the area of the bump projected on the plane, and the stiffness of the bump foil 706 goes from the inner diameter side to the outer diameter side of the plate 702 (1 to 4 rows). It is preferable to make them all uniform, or to become larger gradually. The reason for this is that the load is concentrated during rotation in the fourth row direction, so that the wear becomes more severe. Therefore, the rigidity in the fourth row direction is advantageous in terms of durability.
그러나 종래에는 범프 포일(706)의 각 열의 폭(A~D)을 모두 균일하게 구성하였으며, 이 경우 각각의 단일 범프(도 3의 1~5번 각각을 의미함. 로터의 회전 방향을 기준으로 순차적으로 1~5번의 번호를 부여함)의 강성이 모두 상이해진다. 특히 회전 방향의 회경측 강성이 내경측보다 낮아 균일한 강성 분포에 매우 불리해진다. 따라서 단일 범프의 각 열의 폭(A~D)을 종래와 같이 균일하게 구성하면 범프 포일(706)의 강성을 균일하게 또는 하중을 많이 받는 쪽으로 갈수록 점차 커지게 구성할 수 없다.However, in the related art, the widths A to D of each row of the bump foil 706 are uniformly configured, and in this case, each single bump (means 1 to 5 in FIG. 3). The stiffness of each of 1 to 5 numbers sequentially becomes different. In particular, the rotational side stiffness in the rotational direction is lower than the inner diameter side, which is very disadvantageous for uniform stiffness distribution. Therefore, when the widths A to D of the single bumps are uniformly configured as in the related art, the rigidity of the bump foils 706 may not be configured to increase gradually toward the uniform or heavily loaded side.
따라서 이를 해결하기 위해, 단일 범프(1~5)의 대각선 길이(단일 범프를 측면에서 보았을 때 볼록하게 범프 산을 이루는 부분, L)를 조절해야 하며, 대각선 길이(L)는 단일 범프(1~5)의 각 열의 폭(A~D)의 조절을 통해 변경할 수 있다(이때, 단일 범프의 범프 산 높이는 모두 동일하게 설계함).Therefore, to solve this problem, the diagonal length of the single bumps (1 to 5) (the part of the convex bump mountain when viewed from the side of the single bump, L) must be adjusted, and the diagonal length (L) is the single bump (1 to 5). It can be changed by adjusting the width (A ~ D) of each column of 5) (in this case, the bump mountain height of the single bump is all designed to be the same).
단일 범프(1~5)의 각 열의 폭(A~D) 중 1열의 폭을 A, 2열의 폭을 B, 3열의 폭을 C, 4열의 폭을 D라고 한다면, A와 B는 동일하게 구성하고, C는 A 및 B 보다 크게, D는 C보다 크게 구성할 수 있다(A=B<C<D).A and B are the same if the width of each row of columns A to D of a single bump (1 to 5) is A, the width of two rows is B, the width of three columns is C, and the width of four columns is D. C can be made larger than A and B, and D can be made larger than C (A = B <C <D).
전술한 바와 같이 단일 범프의 폭을 구성하면, 범프 산(L)의 길이가 1열에서 4열로 갈수록 커지게 되며, 단일 범프의 면적 역시 커지므로 하중 지지력이 커지게 된다.As described above, when the width of the single bumps is configured, the length of the bump mountains L increases from one row to four columns, and the area of the single bumps also increases, thereby increasing the load bearing capacity.
이러한 구성과 더불어, 단일 범프(1~5)의 길이(로터 회전 방향에 따른 1열~4열의 호의 길이)를 조절함으로써 유막을 형성하는 공기의 손실(leak)를 방지하는 쐐기 효과를 구현할 수 있다.In addition to this configuration, by adjusting the length of the single bumps 1 to 5 (the length of the arcs of 1 to 4 rows according to the rotor rotation direction), the wedge effect of preventing the leakage of air forming the oil film can be realized. .
즉, 단일 범프(1~5)의 길이를 1열과 4열의 안쪽으로 2열과 3열이 요입되도록 구성함으로써 탑 포일(704)과 범프 포일(706) 사이에 공기를 가둘 수 있는 에어 포켓(P)의 면적이 커지게 된다. 따라서 쐐기 효과(유체가 저장되는 공간이 쐐기형으로 좁아지면 유체의 점성에 의해 유체가 당겨져 쐐기형의 틈새로 밀려 들어가면서 동압(압력)이 발생하고, 이 압력에 의해 하중이 지지되는 효과)에 의해 유막의 손실을 방지할 수 있다. 또한, 에어 포켓(P)의 면적이 커지면서 댐핑력이 향상되어 탑 포일(704)의 비접촉 면적이 넓어지므로 탑 포일(704)에 가해지는 마찰이 감소되는 효과가 있다.That is, the air pocket P which traps air between the top foil 704 and the bump foil 706 by configuring the lengths of the single bumps 1 to 5 so that the second and third rows are indented into the first row and the fourth row. Area becomes large. Therefore, by the wedge effect (when the space in which the fluid is stored becomes wedge-shaped, the fluid is pulled by the viscosity of the fluid, pushed into the wedge-shaped gap, and the dynamic pressure (pressure) is generated, and the load is supported by this pressure). The loss of the oil film can be prevented. In addition, as the area of the air pocket P increases, the damping force is improved, so that the non-contact area of the top foil 704 is widened, thereby reducing the friction applied to the top foil 704.
전술한 구성에 따르면, 초기 범프 포일(706)의 범프 산 높이가 모두 동일하므로 쐐기 효과는 유막에 의한 하중을 받을 때만 구현되어 트러스트 베어링(700)의 높이 관리에 유리한 측면이 있다.According to the above-described configuration, since the bump mountain heights of the initial bump foils 706 are all the same, the wedge effect is implemented only when subjected to the load by the oil film, which is advantageous in managing the height of the thrust bearing 700.
또한, 단일 범프의 형상이 모두 동일한 경우 단일 범프의 폭이 커지면 강성도 증가하게 된다. 따라서 단일 범프의 형상이 동일한 상태 조건에서 단일 범프의 폭을 가변함으로써 강성을 조절할 수 있다.In addition, when the shapes of the single bumps are all the same, the stiffness also increases as the width of the single bumps increases. Therefore, the stiffness can be adjusted by varying the width of the single bump under the condition that the shape of the single bump is the same.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도, 도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing an air foil bearing according to a second embodiment of the present invention, Figure 5 is a plan view showing an air foil bearing according to a third embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 트러스트 베어링(700)은 에어 포일(air foil) 베어링으로, 원판형의 플레이트(702)에 복수의 부채꼴 형상의 범프 포일(706)을 안착시키고 다시 탑 포일(704)로 커버한 형태이다. 트러스트 베어링(700)의 중앙에는 회전축(650)이 삽입되는 원형의 홀이 형성된다. 회전축(650)이 트러스트 베어링(700)의 홀에 삽입된 상태에서 범프 포일(706)의 일면은 탑 포일(704)가 트러스트 디스크(652)의 일면과 인접하고 타면은 플레이트(702)에 안착된다.As shown in FIG. 4, the thrust bearing 700 according to the second embodiment of the present invention is an air foil bearing, and a plurality of fan-shaped bump foils 706 are formed in a disc-shaped plate 702. Seated and covered with top foil 704 again. The center of the thrust bearing 700 is formed with a circular hole in which the rotation shaft 650 is inserted. With the rotary shaft 650 inserted into the hole of the thrust bearing 700, one surface of the bump foil 706 is adjacent the top foil 704 to one surface of the trust disk 652 and the other surface is seated on the plate 702. .
탑 포일(704)는 일단이 플레이트(702)에 고정되고 타단이 플레이트(702)와 이격되어 변형되는 자유단으로 형성된다. 탑 포일(704)의 고정단은 용접에 의해 플레이트(702)에 부착된다.The top foil 704 is formed with a free end, one end of which is fixed to the plate 702 and the other end of which is deformed apart from the plate 702. The fixed end of the top foil 704 is attached to the plate 702 by welding.
범프 포일(706)은 부채꼴의 판 형태로, 탑 포일(704)의 고정단과 자유단의 사이에서 탑 포일(704)과 접촉된다. 범프 포일(706)은 부채꼴 형태의 가장자리를 형성하는 대략‘ㄷ’자 형태의 포일과, ㄷ’자 형태의 포일 내측에 구비된 포일의 2가지 포일로 구성된다.The bump foil 706 is in the form of a flat plate and is in contact with the top foil 704 between the fixed end and the free end of the top foil 704. The bump foil 706 is composed of two foils, a foil having an approximately '-' shape forming a fan-shaped edge and a foil provided inside the '-' shaped foil.
좀더 상세히 설명하면, 범프 포일(706)은 부채꼴 형상의 반경 방향 가장자리를 구성하는 연결 포일(706a)과, 부채꼴 형상의 외경 쪽 가장자리를 구성하는 제1 포일(706b)와, 부채꼴 형상의 내경 쪽 가장자리를 구성하는 제2 포일(706c)와, 제1 포일(706b)과 제2 포일(706c)의 사이에 각 슬릿(C1~C3)을 사이에 두고 이격 형성되는 제3 포일(706d) 및 제4 포일(706e)로 구성된다. 또한, 제3 포일(706d) 및 제4 포일(706e)의 자유단 역시 슬릿(C4)을 사이에 두고 연결 포일(706a)과 이격 배치된다. 제3 포일(706d)의 단부는 모서리의 일부가 사선으로 절개되며, 제1 포일(706b) 및 연결 포일(706a)의 사이가 사선으로 절개된 부분에 대응하여 동일하게 사선으로 절개된다. 사선으로 절개된 부분은 절개 슬릿(704a)을 사이에 두고 상호 이격된다. 제1 내지 제4 포일(706b, 706c, 706d, 706e)은 일단이 플레이트(702)에 용접 결합(용접 부위에 대해서는 후술하기로 함)되고, 타단은 부채꼴의 호 방향을 따라 연장 형성된다. More specifically, the bump foil 706 includes a connecting foil 706a constituting a fan-shaped radial edge, a first foil 706b constituting a fan-shaped outer diameter side edge, and a fan-shaped inner diameter edge 3rd foil 706d and 4th spaced apart between the 2nd foil 706c which comprises this, and each slit C1-C3 between the 1st foil 706b and the 2nd foil 706c. It consists of a foil 706e. In addition, the free ends of the third foil 706d and the fourth foil 706e are also spaced apart from the connecting foil 706a with the slit C4 interposed therebetween. An end portion of the third foil 706d is diagonally cut, and a diagonal cut is made correspondingly to the portion where the first foil 706b and the connecting foil 706a are diagonally cut. The diagonally cut portions are spaced apart from each other with the cutting slits 704a interposed therebetween. One end of the first to fourth foils 706b, 706c, 706d, and 706e is welded to the plate 702 (to be described later), and the other end extends along a circular arc direction.
제1 내지 제4 포일(706b, 706c, 706d, 706e)은 제1 포일(706b)에서 제4 포일(706e)로 갈수록 그 길이가 짧아진다. 제1 포일(706b) 및 제2 포일(706c)에 비해 제3 포일(706d) 및 제4 포일(706e)은 회전 시 발생되는 압력을 덜 받는 쪽에 배치되므로, 제1 포일(706b) 및 제2 포일(706c)보다 강성이 작은 재질로 만들어지는 것이 바람직하다. 또는, 제1 내지 제4 포일(706b, 706c, 706d, 706e)을 동일 재질로 구성하더라도, 제3 포일(706d) 및 제4 포일(706e)을 구성하는 범프의 폭을 넓게 구성하여 변형량이 제1 포일(706b) 및 제2 포일(706c)의 범프보다 커지게 함으로써 제1 포일(706b) 및 제2 포일(706c)보다 강성을 낮출 수 있다.The lengths of the first to fourth foils 706b, 706c, 706d, and 706e become shorter from the first foil 706b to the fourth foil 706e. Compared to the first and second foils 706b and 706c, the third and fourth foils 706d and 706e are disposed on the side under less pressure generated during rotation, and thus, the first and second foils 706b and 2nd. It is preferable to be made of a material having a smaller rigidity than the foil 706c. Alternatively, even if the first to fourth foils 706b, 706c, 706d, and 706e are made of the same material, the widths of the bumps constituting the third foil 706d and the fourth foil 706e are made wide so that the amount of deformation is reduced. By making it larger than the bumps of the first foil 706b and the second foil 706c, the rigidity can be lowered than the first foil 706b and the second foil 706c.
제1 포일(706b) 및 제2 포일(706c)보다 제3 포일(706d) 및 제4 포일(706e)이 낮은 강성을 갖게 되면, 제3 포일(706d) 및 제4 포일(706e) 부분이 변형량이 크므로 공기를 많이 가둘 수 있게 되어 하중 지지력이 상승하는 효과가 있다.When the third foil 706d and the fourth foil 706e have lower rigidity than the first foil 706b and the second foil 706c, the portions of the third foil 706d and the fourth foil 706e are deformed. Because of this large amount of air can be trapped, there is an effect that the load bearing capacity is increased.
한편, 전술한 슬릿은 제1 슬릿(C1), 제2 슬릿(C2), 제3 슬릿(C3), 제4 슬릿(C4)으로 구성되는데, 제1 내지 제3 슬릿(C1~C3)은 제1 내지 제4 포일(706b, 706c, 706d, 706e)이 상호 접촉되지 않도록 최소 간격을 유지하는 역할을 한다. Meanwhile, the aforementioned slit includes a first slit C1, a second slit C2, a third slit C3, and a fourth slit C4, wherein the first to third slits C1 to C3 are made of The first to fourth foils 706b, 706c, 706d, and 706e serve to maintain a minimum gap so as not to contact each other.
제4 슬릿(C4)은 범프 포일(706)의 변형 시 제3 및 제4 포일(706d, 706e)의 범프 산이 가압되어 제3 및 제4 포일(706d, 706e)이 인장되더라도 연결 포일(706a)에 접촉되지 않을 정도의 간격을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 로터가 회전되면서 유체가 유입되는 방향은 축 방향과 로터 회전 방향으로 각각 유입되는데, 이 경우 제4 슬릿(C4)과 제1 내지 제3 슬릿(C1~C3)으로 유입된 유체가 동시 또는 랜덤하게 유입될 경우 유체의 안정적인 이동을 제공하는 공간을 형성할 수 있어 안정적인 댐핑 능력을 향상시킬 수 있다.The fourth slit C4 is connected to the foil 706a even when the bump acids of the third and fourth foils 706d and 706e are pressed when the bump foil 706 is deformed so that the third and fourth foils 706d and 706e are tensioned. It is desirable to have a gap that is not in contact with. In addition, the direction in which the fluid is introduced while the rotor is rotated is introduced in the axial direction and the rotor rotation direction, in which case the fluid introduced into the fourth slit C4 and the first to third slits C1 to C3 is simultaneously or When introduced randomly, it is possible to form a space that provides a stable movement of the fluid can improve the stable damping ability.
제1 내지 제3 슬릿(C1~C3)은 모두 플레이트(702)의 원주 방향에 형성되고, 제4 슬릿(C4)은 반경 방향을 향해 형성되므로 유체의 유입 및 유출에 따른 진동 댐핑을 안정적으로 실시할 수 있다.All of the first to third slits C1 to C3 are formed in the circumferential direction of the plate 702, and the fourth slit C4 is formed in the radial direction to stably perform vibration damping according to inflow and outflow of fluid. can do.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 트러스트 베어링(700)은 전술한 제2 실시 예와 동일하게 구성되되, 제1 내지 제3 슬릿(C1~C3)의 간격이 상이하게 설정될 수 있다.As shown in FIG. 5, the thrust bearing 700 according to the third embodiment of the present invention is configured in the same manner as in the above-described second embodiment, and the interval between the first to third slits C1 to C3 is different. Can be set.
즉, 제1 내지 제3 슬릿(C1~C3)의 간격이 제4 슬릿(C4)과 동일하게 설계될 수 있다.That is, the interval between the first to third slits C1 to C3 may be designed to be the same as the fourth slit C4.
이 경우 제3 포일(706d’) 및 제4 포일(706e’)의 폭이 제1 포일(706b’) 및 제2 포일(706c’)의 폭보다 상대적으로 작은 폭으로 형성되는데, 이는 제3 포일(706d’) 및 제4 포일(706e’)이 제1 포일(706b’) 및 제2 포일(706c’)과는 상이한 댐핑을 실시하고 이를 통해 로터에 가해지는 축 방향 응력을 안정적으로 지지 분산하여 파손을 예방하기 위해서이다.In this case, the width of the third foil 706d 'and the fourth foil 706e' is formed to be smaller than the width of the first foil 706b 'and the second foil 706c', which is the third foil. 706d 'and the fourth foil 706e' perform different damping from the first foil 706b 'and the second foil 706c', thereby stably supporting and dispersing the axial stress applied to the rotor. To prevent breakage.
제1 내지 제3 슬릿(C1~C3)의 간격이 제4 슬릿(C4)과 동일하므로 본 발명의 제3 실시 예에 따른 트러스트 베어링(700‘)은 전술한 제2 실시 예와 상이한 댐핑 및 하중 지지력을 갖게 된다.Since the distance between the first to third slits C1 to C3 is the same as the fourth slit C4, the thrust bearing 700 'according to the third embodiment of the present invention has a different damping and load than the second embodiment described above. You have support.
이로 인해 댐핑량이 달라지고, 제2 실시 예에서보다 제3 포일(706d’) 및 제4 포일(706e’)의 변형량이 커지므로 유체의 유입 및 이동으로 인한 축 방향에서의 응력 집중 및 하중을 최소화 할 수 있다.As a result, the damping amount is changed and the deformation amount of the third foil 706d 'and the fourth foil 706e' is larger than in the second embodiment, thereby minimizing stress concentration and load in the axial direction due to the inflow and movement of the fluid. can do.
따라서 로터에 가해지는 진동이 최소화되고 이로 인해 축 방향에서의 진동 댐핑 효율이 향상된다. 또한, 압축기 또는 에어 블로워에 전달되는 진동 및 충격을 최소화 하여 내구성 향상과 진동 댐핑 능력을 동시에 향상시켜 장기간 사용시에도 안정적으로 사용할 수 있다.Thus, the vibration applied to the rotor is minimized, thereby improving the vibration damping efficiency in the axial direction. In addition, by minimizing the vibration and shock transmitted to the compressor or air blower to improve the durability and vibration damping ability at the same time can be used stably in long-term use.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링에 있어서, 용접 부위에 대해 상세히 설명하기로 한다.In the air foil bearing according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration, a welding portion will be described in detail.
도 6 및 도 7은 각기 다른 실시 예에 따른 에어 포일 베어링의 용접 부위를 도시한 평면도이다.6 and 7 are plan views illustrating a welded portion of an air foil bearing according to another embodiment.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 범프 포일(706, 706‘)은 부채꼴 형상의 가장자리를 구성하는 대략 'ㄷ'자 형태의 제1 포일(706a, 706a’)과, 제1 포일(706a, 706a’) 내측에 배치되되 제1 포일(706a, 706a’)과 슬릿(706c, 706c’)을 사이에 두고 이격 형성되는 제2 포일(706b, 706b’)로 구성된다. 제1 포일(706a, 706a’) 및 제2 포일(706b, 706b’)은 일단이 플레이트(702)에 용접 결합되고, 타단은 부채꼴의 호 방향을 따라 연장 형성될 수 있다(도 6 및 도 7의 구성은 도 4 및 도 5의 실시 예와 도면 부호만 상이할 뿐 동일한 구조를 가지므로 각 구성에 대한 상세한 설명을 생략하기로 함).6 and 7, the bump foils 706 and 706 are formed of approximately 'C' shaped first foils 706a and 706a constituting a fan-shaped edge and a first foil 706a. And second foils 706b and 706b ', which are disposed inside the 706a' and are spaced apart from each other with the first foils 706a and 706a 'and the slits 706c and 706c' interposed therebetween. One end of the first foil 706a, 706a 'and the second foil 706b, 706b' may be welded to the plate 702, and the other end may be formed to extend in a circular arc direction (FIGS. 6 and 7). 4 and 5 have only the same reference numerals as those of the embodiments of FIGS. 4 and 5, and thus the detailed description of each configuration will be omitted.
용접 부위(도 4 및 도 5의 706f, 706f’에 대응되는 부분임)는 로터 회전 방향 쪽에 배치된다. 용접 부위는 폭이 제1 포일(706a, 706a’) 및 제2 포일(706b, 706b’)에 비해 상대적으로 좁게 형성되어 고정된 상태만 유지하도록 설치된다. 또한, 용접 부위는 범프 산과 같은 요철 부위가 형성되지 않으므로, 유체의 유입 및 배출에 따라 용접 부위가 댐핑을 실시하지는 않고 고정된 상태를 안정적으로 유지시킨다.The welded portions (parts corresponding to 706f, 706f 'in Figs. 4 and 5) are disposed on the rotor rotational side. The welded portions are formed to be narrower in width than the first foils 706a and 706a 'and the second foils 706b and 706b' and are installed to maintain only a fixed state. In addition, since the welded portion is not formed with an uneven portion such as bump acid, the welded portion is stably maintained without being damped in accordance with the inflow and discharge of the fluid.
한편, 도 8은 도 6의 에어 포일 베어링에 따른 압력 분포를 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating a pressure distribution according to the air foil bearing of FIG. 6.
도 8에 도시된 바와 같이, 범프 포일(706)의 강성이 균일한 경우 플레이트(702)의 반경 방향(도 2의 임의 지점에서 플레이트의 중심쪽을 d1, 외경쪽을 d2로 정의함)에 따른 범프 포일(706)의 압력을 P1이라고 한다. P2는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 포일(706a) 및 제2 포일(706b)이 구비된 경우 플레이트(702)의 반경 방향에 따른 범프 포일(706)의 압력이다. P1의 경우 반경 방향 내측(d1)과 외측(d2) 사이에 압력이 집중되는 현상이 발생하는 반면, P2의 경우 반경 방향 내측(d1)과 외측(d2) 사이에 비교적 골고루 압력이 분포되는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, when the rigidity of the bump foil 706 is uniform, the radial direction of the plate 702 (defining the center side of the plate at any point in FIG. 2 is defined as d1 and the outer diameter side as d2). The pressure of the bump foil 706 is called P1. P2 is the pressure of the bump foil 706 along the radial direction of the plate 702 when the first foil 706a and the second foil 706b are provided according to an embodiment of the present invention. In the case of P1, pressure is concentrated between the radially inner (d1) and the outer (d2), whereas in the case of P2, the pressure is relatively evenly distributed between the radially inner (d1) and the outer (d2). Can be.
압력이 한 곳으로 집중되면 해당 부분의 범프 포일(706)과 탑 포일(704)의 접촉이 많아져 탑 포일(704)의 마모가 증가할 수 있다. 또한, 플반경 방향 내측(d1)과 외측(d2)에 가까운 범프 포일(706)의 가장자리가 하중 지지력이 낮아 압력을 충분히 받지 못하고 있다는 의미도 된다.If the pressure is concentrated in one place, the contact of the bump foil 706 and the top foil 704 of the portion may be increased, thereby increasing the wear of the top foil 704. In addition, the edges of the bump foil 706 close to the inner side d1 and the outer side d2 of the radial radius may have a low load bearing force and thus may not be sufficiently pressured.
그런데 본 발명의 실시 예들에서와 같이, 제1 포일(706a)의 강성을 제2 포일(706b)의 강성보다 높게 설정하면 하중 지지력이 향상되므로 반경 방향 내측(d1)과 외측(d2) 역시 충분한 압력을 받을 수 있다. 그에 따라 압력 분포 P2가 압력이 한 곳으로 집중되지 않고 골고루 분포된다.However, as in the embodiments of the present invention, when the rigidity of the first foil 706a is set higher than the rigidity of the second foil 706b, the load bearing force is improved, so that radially inner side d1 and outer side d2 also have sufficient pressure. You can get The pressure distribution P2 is thus evenly distributed without concentrating the pressure in one place.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링은 범프 포일의 형상 및 강성을 변경함으로써 하중 지지력을 향상시키고 댐핑 효과를 증가시키는 효과가 있다. 또한, 댐핑력의 향상으로 베어링의 내구성이 향상되는 효과가 있다.Air foil bearing according to an embodiment of the present invention having the configuration described above has the effect of improving the load bearing capacity and increase the damping effect by changing the shape and rigidity of the bump foil. In addition, the durability of the bearing is improved by improving the damping force.
전술한 실시 예들에 따른 에어 포일 베어링에 있어서, 범프 포일의 형상 및 슬릿의 형상을 변경함으로써 범프 포일의 변형 시 범프 포일의 단부가 날카롭게 돌출되는 것을 방지할 수 있다. 이하에서는 범프 포일 및 슬릿의 형상을 변경한 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 하며, 이러한 형상은 전술한 실시 예들에 적용될 수 있다(전술한 실시 예들과 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 함. 편의상 도 9를 기준으로 부채꼴 형태의 외측 호를 외경측, 내측 호를 내경측 방향으로 정의함).In the air foil bearing according to the above embodiments, by changing the shape of the bump foil and the shape of the slit it is possible to prevent the end of the bump foil to protrude sharply during deformation of the bump foil. Hereinafter, an embodiment in which the shapes of the bump foil and the slit are changed will be described in detail, and the shape may be applied to the above-described embodiments (a detailed description of the same configuration as the above-described embodiments will be omitted. For convenience, the outer arc of the fan shape is defined as the outer diameter side and the inner arc as the inner diameter direction based on FIG. 9).
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도이다.9 is a plan view illustrating an air foil bearing according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 에어 포일 베어링의 탑 포일(704")과 플레이트(702")의 사이에는 범프 포일(706a", 706b")이 구비된다.As shown in FIG. 9, bump foils 706a ″ and 706b ″ are provided between the top foil 704 ″ and the plate 702 ″ of the air foil bearing.
범프 포일(706a", 706b")은 로터의 회전 방향(도 5의 화살표 방향)을 기준으로 탑 포일()의 외경 및 내경 쪽에 배치된 제1 포일(706a")과, 제1 포일(706a")의 사이에 배치된 제2 포일(706b")로 구성된다(본 실시 예에서는 제1 포일이 2개, 제2 포일이 2개로 구성된 것을 예로 하여 설명함). 트레일링 에지(F)는 로터 회전 방향 쪽 단부에서 상기 제1 포일(706a") 및 제2 포일(706b")을 연결하는 부분이다.The bump foils 706a "and 706b" are the first foil 706a "disposed on the outer diameter and the inner diameter side of the top foil 으로 based on the rotation direction of the rotor (arrow direction in Fig. 5) and the first foil 706a". ) Is composed of a second foil 706b "disposed in between (in this embodiment, the first foil is composed of two and the second foil is described as an example). The trailing edge F is a rotor. It is the portion connecting the first foil 706a "and the second foil 706b" at the end in the direction of rotation.
범프 포일(706a", 706b")은 전술한 실시 예에서와 같이 슬릿(706c", 706d")의 폭(간격) 및 범프 포일(706a", 706b")의 범프 폭(B~B")을 조절함으로써 제1 포일(706a") 및 제2 포일(706b") 각각의 개별 강성을 조절할 수 있다. 본 실시 예에서는 제2 포일(706b")의 범프 폭(B~B")을 좀더 세부적으로 조절하여 강성을 조절할 수 있다.The bump foils 706a "and 706b" are the widths (spacings) of the slits 706c "and 706d" and the bump widths B to B "of the bump foils 706a" and 706b "as in the above-described embodiment. By adjusting, the individual stiffness of each of the first foil 706a "and the second foil 706b" can be adjusted. In this embodiment, the bump widths B to B "of the second foil 706b" are more specifically adjusted. By adjusting the stiffness can be adjusted.
좀더 상세히 설명하면, 범프 포일(706a", 706b")은 복수 개의 슬릿(706c", 706d")으로 구분되며, 제1 포일(706a")과 제2 포일(706b") 사이의 제1 슬릿(706c")과, 제2 포일(706b") 사이의 제2 슬릿(706d")은 그 형상이 상이하다.In more detail, the bump foils 706a "and 706b" are divided into a plurality of slits 706c "and 706d", and the first slit between the first foil 706a "and the second foil 706b" 706c ″ and the second slit 706d ″ between the second foil 706b ″ are different in shape.
제1 포일(706a")과 제2 포일(706b")의 사이에 위치하는 제1 슬릿(706c")은 로터의 회전 방향을 따라 동일한 폭을 갖도록 형성된다. 즉, 제1 포일(706a")과 제2 포일(706b")의 일측 단부에서 트레일링 에지(F) 방향 쪽 단부까지의 제1 슬릿(706c")의 폭이 일정하게 형성된다. 또한, 제1 포일(706a")과 제2 포일(706b") 사이의 제1 슬릿(706c")은 트레일링 에지(F) 쪽 단부가 막혀있고, 반대쪽이 개방된 형태를 갖는다.The first slit 706c "positioned between the first foil 706a" and the second foil 706b "is formed to have the same width along the rotation direction of the rotor. That is, the first foil 706a". And the width of the first slit 706c ″ from one end of the second foil 706b ″ to the end of the trailing edge F direction is uniformly formed. In addition, the first slit 706c "between the first foil 706a" and the second foil 706b "is closed at the trailing edge F side and is open at the opposite side.
그러나 두 개의 제2 포일(706b") 사이에 위치한 제2 슬릿(706d")은 일측 단부에서 트레일링 에지(F)를 향하는 쪽 단부까지의 폭이 상이하다(제2 슬릿 사이의 슬릿 역시 트레일링 에지의 반대쪽 단부가 개방된 형태이다).However, the second slit 706d "located between the two second foils 706b" differs in width from one end to the other end facing the trailing edge F (slit between the second slits also trailing). The opposite end of the edge is open).
제2 포일(706b")은 다른 하나 보다 로터 회전 방향에 대응하는 길이가 더 긴 것과 짧은 것으로 구성된다. 이들 사이에 위치한 제2 슬릿(706d")은 계단식으로 단차가 지는 형태이며, 트레일링 에지(F)를 향해 갈수록 제2 슬릿(706d")의 폭이 좁아진다. 즉, 제2 포일(706b")의 범프 폭（B~B")은 구간마다 상이하게 구성될 수 있다.The second foil 706b "is comprised of longer and shorter lengths corresponding to the rotor rotational direction than the other. The second slit 706d" located between them is in the form of a stepped step, trailing edge The width of the second slit 706d "becomes narrower toward F. That is, the bump widths B to B" of the second foil 706b "may be configured differently for each section.
이에 따라 상대적으로 길이가 긴 제2 포일(706b")은 트레일링 에지(F)에 인접한 일측 단부에 제1 단턱부(7060)가 형성되고, 제1 단턱부(7060)에서 트레일링 에지(F)의 반대쪽 방향으로 제1 연결부(7061)가 연장 형성된다. 제1 연결부(7061)가 소정 길이 연장된 후 다시 제2 단턱부(7062)가 형성되고, 제2 단턱부(7062)로부터 트레일링 에지(F)의 반대쪽 단부를 향해 제2 연결부(7063)가 연장된다. 단턱진 방향은 외경측 방향을 향하므로, 제1 연결부(7061)의 범프 폭(B')은 제2 연결부(7063)의 범프 폭(B) 보다 크다.Accordingly, the second long foil 706b ″ having a relatively long length is formed with a first stepped portion 7060 at one end portion adjacent to the trailing edge F, and the trailing edge F at the first stepped portion 7060. The first connecting portion 7071 is formed to extend in the opposite direction to the C. After the first connecting portion 7071 is extended by a predetermined length, a second step portion 7062 is formed again, and trailing from the second step portion 7082. The second connection portion 7063 extends toward the opposite end of the edge F. Since the stepped direction is toward the outer diameter side, the bump width B ′ of the first connection portion 7071 is the second connection portion 7063. Is greater than the bump width (B).
상대적으로 길이가 짧은 제2 포일(706b")에는 길이가 긴 제2 포일(706b")과 마주보는 일측에 제1 단턱부(7060)보다 트레일링 에지(F)로부터 소정 간격 이격된 부분에 제3 단턱부(7065)가 구비될 수 있다. 즉, 트레일링 에지(F)에 인접한 부분에 제3 연결부(7064)가 구비되고, 트레일링 에지(F)의 반대쪽에 제4 연결부(7066)가 구비되며, 그 사이를 제3 단턱부(7065)가 연결하는 형태가 될 수 있다. 이때, 단턱진 방향은 내경측 방향을 향하므로, 제3 연결부(7064)의 범프 폭(미도시)보다 제4 연결부(7066)의 범프 폭(B")이 더 좁다.The relatively short second foil 706b ″ may be formed at a portion spaced apart from the trailing edge F by the first step portion 7060 on one side facing the long second foil 706b ″. Three stepped portions 7065 may be provided. That is, the third connection portion 7094 is provided at the portion adjacent to the trailing edge F, and the fourth connection portion 7066 is provided at the opposite side of the trailing edge F, and the third step portion 7027 is disposed therebetween. ) Can be connected. At this time, since the stepped direction is toward the inner diameter side, the bump width B ″ of the fourth connection portion 7066 is narrower than the bump width (not shown) of the third connection portion 7094.
제2 연결부(7063)의 범프 폭(B)과 제4 연결부(7066)의 범프 폭(B")은 설계 사양에 따라 같거나 달라질 수 있다.The bump width B of the second connector 7063 and the bump width B ″ of the fourth connector 7066 may be the same or different according to design specifications.
제1 포일(706a")의 트레일링 에지(F) 반대쪽 단부는 각각 스팟 용접(spot welding)되며, 제1 포일(706a")의 높이(단면 형상에서 범프 포일의 범프 피지 최고점의 높이)는 제2 포일(706b") 대비 최대 50%까지 낮게 구성할 수 있다. 이에 따라, 중앙부(E 영역)의 강성이 제1 포일(706a")에 비해 상대적으로 낮아질 수 있다. 좀더 상세하게는 용접된 제1 포일(706a")는 용접되지 않은 제2포일(706b") 대비 2배의 강성을 가질 수 있다.The opposite ends of the trailing edge F of the first foil 706a "are each spot welded, and the height of the first foil 706a" (the height of the bump sebum peak of the bump foil in cross-sectional shape) It can be configured to be up to 50% lower than the two foils (706b "). Accordingly, the rigidity of the center portion (E region) can be relatively lower than the first foil (706a"). More specifically, the welded first foil 706a ″ may have twice the rigidity of the non-welded second foil 706b ″.
또한, 트레일링 에지(F) 부위의 강성이 중앙부(E 영역) 대비 높은 강성을 가질 수 있도록 슬릿(706c", 706d")의 단부에서 트레일링 에지(F)까지의 거리(D)를 규제함으로써 트레일링 에지(F) 부위의 강성을 조절할 수 있다. 슬릿(706c", 706d")의 단부에서 트레일링 에지(F)까지의 거리(D)는 범프 피치(C)의 2배 값보다 작거나 같게 설계(D≤2C)하는 것이 바람직하다.Furthermore, by regulating the distance D from the ends of the slits 706c ", 706d" to the trailing edge F so that the stiffness of the trailing edge F region can have a higher stiffness than the center part E region. The stiffness of the trailing edge (F) region can be adjusted. The distance D from the ends of the slits 706c ″, 706d ″ to the trailing edge F is preferably designed to be less than or equal to twice the bump pitch C (D ≦ 2C).
전술한 제4 실시 예의 에어 포일 베어링에 있어서, 하중 지지력 및 댐핑 효과를 향상시키기 위해 범프 산의 높이 및 범프 폭을 변경시킬 수 있다. 도면을 참조하여 상세한 구조를 설명하기로 한다(본 실시 예의 범프 포일은 제4 실시 예와 도면 부호만 상이할 뿐, 동일한 구조를 가지므로 범프 포일의 상세한 설명은 생략하기로 함).In the above-described air foil bearing of the fourth embodiment, the height of the bump mountain and the bump width may be changed to improve the load bearing force and the damping effect. A detailed structure will be described with reference to the drawings. (Bump foils of the present embodiment have only the same reference numerals as those of the fourth embodiment and have the same structure, and thus detailed description of the bump foils will be omitted).
도 10은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도 및 측면도, 도 11은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 에어 포일 베어링을 도시한 평면도이다.10 is a plan view and a side view showing an air foil bearing according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a plan view showing an air foil bearing according to a sixth embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 탑 포일(704)는 일단이 고정단이고 플레이트(702)와의 사이에 범프 포일(706)이 삽입되어 탑 포일(704)의 자유단인 타단이 플레이트(702)와 이격되는 구조이다. 따라서 탑 포일(704)는 고정단 쪽에서 자유단 쪽 방향으로 갈수록 플레이트(702)와의 간격이 점차 커지는 경사 구간(L1)이 형성된다. 경사 구간(L1)을 지나 소정 위치가 되면 탑 포일(704)와 플레이트(702)의 간격이 균일한 평면 구간(L2)가 형성된다.As shown in FIG. 10, the top foil 704 has a fixed end and a bump foil 706 is inserted between the plate 702 so that the other end of the top foil 704 is the free end of the top foil 704 with the plate 702. It is a structure that is spaced apart. Therefore, the top foil 704 is formed with an inclined section L1 in which the distance from the fixed end side toward the free end side gradually increases with the plate 702. When a predetermined position passes after the inclined section L1, a planar section L2 having a uniform interval between the top foil 704 and the plate 702 is formed.
평면 구간(L2)가 형성되는 부분은 로터 회전 방향을 기준으로 범프 포일(706)의 첫 번째 산(leading edge, A) 부분에 해당된다. 즉, 제1 포일 내지 제4 포일(706a~ 706d)의 첫 번째 범프 산(A) 부분이 평면 구간(L2)의 시작 위치가 된다.The portion where the planar section L2 is formed corresponds to the portion of the first leading edge A of the bump foil 706 based on the rotor rotation direction. That is, the first bump mountain portion A of the first to fourth foils 706a to 706d becomes the start position of the plane section L2.
제1 포일 내지 제4 포일(706a~ 706d)의 첫 번째 범프 산(A)의 높이를 인접한 범프 산(두 번째 이상)보다 낮게 설정함으로써 탑 포일(704)와 첫 번째 범프 산(A)의 최고점 간에 간극이 형성되면, 탑 포일(704)의 막 강성과 두 번째 이후 범프 산의 강성으로 인해 먼저 탑 포일(704)의 형상을 따라 얇은 유막이 형성된다. The highest point of the top foil 704 and the first bump mountain A by setting the height of the first bump mountain A of the first to fourth foils 706a to 706d lower than the adjacent bump mountain (second or more). When a gap is formed in the liver, a thin oil film is first formed along the shape of the top foil 704 due to the film stiffness of the top foil 704 and the stiffness of the bump acid after the second.
로터(610)의 회전수가 증가하거나 하중 부하가 증가하면 범프 포일(706)에 가해지는 하중이 점차 커져 유막의 압력이 상승하게 된다. 이 경우 트러스트 베어링(700)의 변형이 일정 수준 이상으로 증가하면, 높이가 낮춰진 첫 번째 범프 산(A)이 탑 포일(704)에 접촉해 변형되면서 하중을 지지하게 된다(활성화). 첫 번째 범프 산(A)이 활성화될 때 균일하게 가압되기 위해 첫 번째 범프 산(A)을 탑 포일(704)의 평면 구간(L2)에 위치하도록 하는 것이다. 첫 번째 범프 산(A)이 하중을 지지하게 되면서 평면 구간(L2)가 증가해 트러스트 베어링(700)은 더 높은 하중지지 능력을 갖게 된다.When the rotation speed of the rotor 610 is increased or the load load is increased, the load applied to the bump foil 706 is gradually increased to increase the pressure of the oil film. In this case, when the deformation of the thrust bearing 700 increases above a certain level, the lowered first bump mountain A contacts the top foil 704 and deforms to support the load (activation). The first bump acid A is positioned in the plane section L2 of the top foil 704 in order to be uniformly pressurized when the first bump acid A is activated. As the first bump mountain A supports the load, the planar section L2 increases so that the thrust bearing 700 has a higher load bearing capacity.
이를 위해, 첫 번째 범프 산(A)의 높이는 다른 범프 산의 높이의 최대 30% 까지 낮게 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 첫 번째 범프 산(A)의 높이는 다른 범프 산 높이의 70% 이내의 높이로 형성된다.For this purpose, it is preferable that the height of the first bump mountain A be configured to be up to 30% lower than the height of the other bump mountain. That is, the height of the first bump mountain A is formed to be within 70% of the height of the other bump mountain.
첫 번째 범프 산(A)의 높이를 책정하기 위해 외부에서 공기 압축기(10)에 상하 또는 좌우 방향으로 지속적인 진동 또는 짧은 시간 간헐적인 진동을 발생시키면, 로터(610)이 외력에 의해 진동하면서 가진된다. 로터(610)은 초기 위치에서 트러스트 베어링(700)과의 설정 공극(초기 위치에서의 간극)을 갖고 있으나, 가진에 의해 설정 공극이 증감하게 된다.If the external compressor generates continuous vibration or short time intermittent vibration in the vertical or horizontal direction in order to set the height of the first bump mountain A, the rotor 610 is excited while vibrating by an external force. . The rotor 610 has a set gap (gap at the initial position) with the thrust bearing 700 at the initial position, but the set gap increases or decreases due to the excitation.
즉, 범프 포일(706)이 가압되어 눌렸다 복원되기를 반복하는데, 범프 포일(706)이 최대로 눌리는 변위와 최대로 복원된 변위를 살펴보면 범프 포일(706)의 범프 산의 대략 30% 수준으로 가압 및 복원됨을 알 수 있다(시간에 따른 로터의 변위 측정).In other words, the bump foil 706 is pressed and restored to repeat, and when the bump foil 706 is pressed and the maximum restored displacement, the bump foil 706 is pressed to approximately 30% of the bump acid of the bump foil 706. And restored (measurement of displacement of the rotor over time).
따라서 첫 번째 범프 산(A)의 높이를 다른 범프 산 높이의 30% 이내로 설정함으로써 트러스트 베어링(700)에 일정 이상의 압력이 가해질 때 해당 압력에 의한 하중을 적절히 지지할 수 있다.Therefore, by setting the height of the first bump mountain (A) within 30% of the other bump mountain height, it is possible to properly support the load due to the pressure when a certain pressure or more is applied to the thrust bearing 700.
또는, 도 11에서와 같이 제2 포일 및 제3 포일의 길이를 변경할 수도 있다.Alternatively, as shown in FIG. 11, the lengths of the second foil and the third foil may be changed.
즉, 제2 포일(706b') 및 제3 포일(706c')의 용접되지 않은 단부(E)는 제1 포일(706a') 및 제4 포일(706d')의 용접된 단부(B)를 연결하는 가상의 선과 동일 선상에 배치되는 형태를 가질 수 있다.That is, the non-welded end E of the second foil 706b 'and the third foil 706c' connects the welded end B of the first foil 706a 'and the fourth foil 706d'. It may have a form disposed on the same line as the virtual line.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에어 포일 베어링은 범프 포일의 형상 및 강성을 변경함으로써 하중 지지력을 향상시키고 댐핑 효과를 증가시키는 효과가 있다. 또한, 댐핑력의 향상으로 베어링의 내구성이 향상되는 효과가 있다.Air foil bearing according to an embodiment of the present invention having the configuration described above has the effect of improving the load bearing capacity and increase the damping effect by changing the shape and rigidity of the bump foil. In addition, the durability of the bearing is improved by improving the damping force.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, as long as such improvements and modifications are obvious to those skilled in the art, they will fall within the scope of the present invention.
본 발명은 댐핑 효율이 향상된 에어 포일 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to an air foil bearing with improved damping efficiency.

Claims (36)

  1. 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 베어링에 있어서,An air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft,
    상기 에어 포일 베어링은, 원판형의 플레이트와, 상기 플레이트 상에 결합되는 복수의 범프 포일과, 상기 범프 포일의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트에 결합되고 타단이 자유단인 탑 포일을 포함하는 에어 포일 베어링.The air foil bearing includes an air plate including a disc-shaped plate, a plurality of bump foils coupled to the plate, and a top foil disposed on an upper portion of the bump foil, one end of which is coupled to the plate and the other end of which is free. Foil bearing.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 범프 포일은 서로 이격된 복수 개의 열로 배치된 복수의 단일 범프를 포함하며, 상기 단일 범프의 강성은 상기 플레이트의 내경 쪽에서 외경 쪽으로 갈수록 점차 커지거나 동일한 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The bump foil includes a plurality of single bumps arranged in a plurality of rows spaced apart from each other, the stiffness of the single bump is characterized in that the gradually increasing or the same from the inner diameter side of the plate toward the outer diameter.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 단일 범프의 각 열의 폭(A~D)은 상기 플레이트의 외경 쪽으로 갈수록 점차 커지거나, 상기 단일 범프의 폭(A~D)은 상기 플레이트의 내경 쪽 복수 개 보다 외경 쪽 복수 개가 크게 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The width of each row of the single bump (A ~ D) is gradually increased toward the outer diameter of the plate, or the width (A ~ D) of the single bump is characterized in that a plurality of outer diameter side larger than the plurality of inner diameter side of the plate is formed Air foil bearing made.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 단일 범프의 범프 산(L)의 길이는 상기 플레이트의 내경 쪽에서 외경 쪽으로 갈수록 커지는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The bump bump (L) of the single bump is an air foil bearing, characterized in that the length increases from the inner diameter side of the plate toward the outer diameter.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 to 4,
    상기 플레이트의 내경 및 외경 쪽에 배치된 상기 단일 범프의 호의 길이가 내측에 배치된 상기 단일 범프의 호의 길이보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the length of the arc of the single bump disposed on the inner and outer diameters of the plate is longer than the length of the arc of the single bump disposed on the inner side.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 범프 포일은 상기 플레이트의 반경 방향에 경사지게 배치되는 제1 내지 제5 단일 범프를 포함하고, 상기 제1 내지 제5 단일 범프는 제1 내지 제4 열을 이루며 서로 이격되며, 상기 단일 범프의 강성은 상기 플레이트의 내경 쪽에서 외경 쪽으로 갈수록 점차 커지거나 동일한 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The bump foil includes first to fifth single bumps disposed to be inclined in a radial direction of the plate, wherein the first to fifth single bumps are spaced apart from each other in a first to fourth row, and the rigidity of the single bumps. Air foil bearing, characterized in that gradually increasing or the same from the inner diameter side of the plate toward the outer diameter.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 단일 범프의 상기 제1 내지 제4 열의 폭(A~D)은 상기 플레이트의 외경 쪽으로 갈수록 점차 커지는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the widths A to D of the first to fourth rows of the single bumps gradually increase toward the outer diameter of the plate.
  8. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 단일 범프의 상기 제3 및 제4 열의 폭(C, D)은 상기 플레이트의 상기 제1 및 제2열의 폭(A, B) 보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the width (C, D) of the third and fourth rows of the single bump is greater than the width (A, B) of the first and second rows of the plate.
  9. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 단일 범프의 범프 산(L)의 길이는 상기 플레이트의 내경 쪽에서 외경 쪽으로 갈수록 커지는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The bump bump (L) of the single bump is an air foil bearing, characterized in that the length increases from the inner diameter side of the plate toward the outer diameter.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 9,
    상기 단일 범프의 상기 제1 및 제4 열의 호의 길이가 상기 제2 및 제3열의 호의 길이보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the length of the arcs of the first and fourth rows of the single bumps is longer than the length of the arcs of the second and third rows.
  11. 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 베어링에 있어서,An air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft,
    상기 에어 포일 베어링은, 원판형의 플레이트와, 상기 플레이트 상에 결합되는 복수의 범프 포일과, 상기 범프 포일의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트에 결합되고 타단이 자유단인 탑 포일을 포함하며,The air foil bearing includes a disk-shaped plate, a plurality of bump foils coupled to the plate, and a top foil disposed on an upper portion of the bump foil and having one end coupled to the plate and the other end free.
    상기 범프 포일은 제1 포일과, 상기 제1 포일의 내측에 배치되는 제2 포일을 포함하는 에어 포일 베어링.And the bump foil comprises a first foil and a second foil disposed inside the first foil.
  12. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 제1 포일과 상기 제2 포일은 슬릿을 사이에 두고 상호 이격된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the first and second foils are spaced apart from each other with slits interposed therebetween.
  13. 제12항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 제1 포일은 상기 제2 포일 보다 큰 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the first foil has a greater rigidity than the second foil.
  14. 제13항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 제1 포일과 상기 제2 포일은 서로 다른 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the first and second foils are made of different materials.
  15. 제13항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 제1 포일과 상기 제2 포일은 동일한 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the first and second foils are made of the same material.
  16. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 제1 포일의 두께는 상기 제2 포일의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the thickness of the first foil is thicker than the thickness of the second foil.
  17. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 제1 포일의 범프 폭은 상기 제2 포일의 범프 폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And wherein the bump width of the first foil is less than the bump width of the second foil.
  18. 제12항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 제2 포일은 내측에 폭을 이등분하는 슬릿이 형성되며, 상기 제1 포일 및 제2 포일 사이의 상기 슬릿의 폭은 상기 제2 포일의 상기 슬릿 폭에 대응하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The second foil is formed in the slit bisecting the width inside, the width of the slit between the first foil and the second foil, the air foil bearing, characterized in that corresponding to the slit width of the second foil.
  19. 제12항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 제2 포일은 내측에 폭을 이등분하는 슬릿이 형성되며, 상기 제1 포일 및 제2 포일 사이의 상기 슬릿의 폭은 상기 제2 포일의 상기 슬릿 폭 보다 큰 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The second foil has a slit bisecting the width is formed inside, the air foil bearing, characterized in that the width of the slit between the first foil and the second foil is larger than the slit width of the second foil.
  20. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 제1 포일 및 제2 포일은 복수 개로 구비되며, 상기 제1 포일 및 제2 포일은 서로 상이한 폭 및 형상을 갖는 제2 슬릿을 사이에 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The first foil and the second foil is provided in plurality, the first foil and the second foil is an air foil bearing, characterized in that disposed between the second slit having a different width and shape.
  21. 제20항에 있어서,The method of claim 20,
    상기 제1 포일과 제2 포일 사이의 제1 슬릿은 일단부에서 타단부까지 동일한 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And a first slit between the first and second foils having the same width from one end to the other end.
  22. 제21항에 있어서,The method of claim 21,
    상기 제2 포일 사이의 제2 슬릿은 로터 회전 방향 쪽 단부에서 상기 제1 포일 및 제2 포일을 연결하는 트레일링 에지(F) 쪽에서 상기 트레일링 에지(F)의 반대쪽으로 갈수록 그 폭이 커지는 형상인 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The second slit between the second foils is formed such that its width increases toward the opposite side of the trailing edge F from the trailing edge F connecting the first foil and the second foil at the rotor rotational side end thereof. Air foil bearing, characterized in that.
  23. 제22항에 있어서,The method of claim 22,
    상기 제2 포일 사이의 제2 슬릿은 상기 트레일링 에지(F)의 반대쪽으로 갈수록 그 폭이 단차지게 커지는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.Air foil bearing, characterized in that the width between the second slit between the second foil is stepped toward the opposite side of the trailing edge (F).
  24. 제23항에 있어서,The method of claim 23, wherein
    상기 제2 포일은 상기 트레일링 에지(F)의 반대쪽 단부의 폭이 상기 트레일링 에지(F)쪽 단부의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And said second foil has a width at the opposite end of said trailing edge (F) smaller than a width at said trailing edge (F) end.
  25. 제24항에 있어서,The method of claim 24,
    상기 제2 포일은 서로 마주보는 일측에 계단형으로 꺾인 적어도 하나의 단차부와, 상기 로터 회전 방향을 따라 연장되어 상기 단차부를 연결하는 연결부를 포함하는 에어 포일 베어링.The second foil has an air foil bearing including at least one stepped portion that is bent in a step shape on one side facing each other, and a connection part extending along the rotor rotation direction to connect the stepped portion.
  26. 제25항에 있어서,The method of claim 25,
    상기 제1 포일은 상기 트레일링 에지(F)의 반대쪽 단부가 스팟 용접(spot welding)되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the first foil is spot welded at the opposite end of the trailing edge (F).
  27. 제26항에 있어서,The method of claim 26,
    상기 제1 포일의 범프 높이는 상기 제2 포일의 범프 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The bump height of the first foil is smaller than the bump height of the second foil.
  28. 제27항에 있어서,The method of claim 27,
    상기 슬릿의 상기 트레일링 에지(F) 쪽 단부에서 상기 트레일링 에지(F)까지의 거리(D)는 범프 피치(C)의 2배 값보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And a distance (D) from said trailing edge (F) side end of said slit to said trailing edge (F) is less than or equal to twice the bump pitch (C).
  29. 회전축을 회전 가능하게 지지하는 에어 포일 베어링에 있어서,An air foil bearing rotatably supporting a rotating shaft,
    상기 에어 포일 베어링은, 원판형의 플레이트와, 상기 플레이트 상에 결합되는 복수의 범프 포일과, 상기 범프 포일의 상부에 배치되되 일단이 상기 플레이트에 결합되고 타단이 자유단인 탑 포일을 포함하며,The air foil bearing includes a disk-shaped plate, a plurality of bump foils coupled to the plate, and a top foil disposed on an upper portion of the bump foil and having one end coupled to the plate and the other end free.
    상기 범프 포일은 로터 회전방향의 반대 방향을 향해 연장 형성된 제1 포일 내지 제4 포일을 포함하는 에어 포일 베어링.The bump foils include air foil bearings including first to fourth foils extending in a direction opposite to the rotor rotation direction.
  30. 제29항에 있어서,The method of claim 29,
    상기 제1 포일 내지 제4 포일은 상기 로터 회전방향에 대응하는 단부가 하나로 연결된 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The first foil to the fourth foil is an air foil bearing, characterized in that the end corresponding to the rotor rotation direction is connected to one.
  31. 제30항에 있어서,The method of claim 30,
    상기 각각의 제1 포일 내지 제4 포일의 상기 로터 회전방향의 반대 방향 쪽 단부에 인접하여 구비된 첫 번째 범프 산(A)과 이웃한 다른 범프 산의 높이가 상이한 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.Air foil bearing, characterized in that the height of the first bump acid (A) provided adjacent to the opposite end of the rotor rotation direction of each of the first to fourth foils and the other bump mountains adjacent to each other.
  32. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1 포일 내지 제4 포일의 상기 첫 번째 범프 산(A)의 높이는 상기 이웃한 다른 범프 산의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the height of the first bump mountains (A) of the first to fourth foils is lower than the height of the other bump mountains adjacent to each other.
  33. 제32항에 있어서,33. The method of claim 32,
    상기 제1 포일 내지 제4 포일의 상기 첫 번째 범프 산(A)의 높이는 상기 이웃한 다른 범프 산 높이의 70% 이내인 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.And the height of the first bump mountains (A) of the first to fourth foils is within 70% of the height of the other bump bumps adjacent thereto.
  34. 제33항에 있어서,The method of claim 33, wherein
    상기 탑 포일은 상기 플레이트와 이격 간격이 점차 커지는 경사 구간(L1)과, 상기 플레이트와의 이격 간격이 균일한 평면 구간(L2)를 갖는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The top foil is an air foil bearing, characterized in that it has an inclined section (L1) is gradually spaced apart from the plate, and a planar section (L2) with a uniform distance from the plate.
  35. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein
    상기 제1 포일 내지 제4 포일의 상기 첫 번째 범프 산(A)은 상기 탑 포일의 상기 평면 구간(L2)가 시작되는 위치에 대응하는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.The first bump mountain (A) of the first to fourth foils corresponds to a position where the planar section (L2) of the top foil starts.
  36. 제33항에 있어서,The method of claim 33, wherein
    상기 제1 포일 및 제4 포일의 상기 첫 번째 범프 산(A)에 인접한 단부(B)는 상기 플레이트에 스팟 용접(spot welding)되는 것을 특징으로 하는 에어 포일 베어링.An end (B) adjacent the first bump acid (A) of the first and fourth foils is spot welded to the plate.
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