KR102770640B1

KR102770640B1 - Air Bearing For Turbomachinery

Info

Publication number: KR102770640B1
Application number: KR1020220144134A
Authority: KR
Inventors: 김윤하
Original assignee: (주) 터보맥스
Priority date: 2022-11-02
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2025-02-21
Anticipated expiration: 2042-11-02
Also published as: KR20240062521A

Abstract

터보기기에 사용되는 에어베어링이 소개된다. 에어베어링은 하우징; 제1 엔드 및 제1 엔드로부터 원주방향으로 말려진 제2 엔드를 갖는 탑포일; 하우징과 탑포일 사이에 개재된 범프포일; 및 하우징의 축방향 적어도 일단에 체결 고정되어 탑포일 및 범프포일의 축방향 이탈을 제한하는 리테이너 링을 포함한다. 제1 엔드와 제2 엔드 사이에 갭이 마련되며, 리테이너 링과 탑포일 사이에 범프포일과 연통되는 간극이 마련된다.An air bearing used in a turbomachinery is introduced. The air bearing includes a housing; a top foil having a first end and a second end circumferentially rolled from the first end; a bump foil interposed between the housing and the top foil; and a retainer ring that is fixedly fastened to at least one axial end of the housing to limit axial displacement of the top foil and the bump foil. A gap is provided between the first end and the second end, and a clearance is provided between the retainer ring and the top foil that communicates with the bump foil.

Description

{Air Bearing For Turbomachinery}

본 발명은 터보송풍기, 터보압축기, 터보팽창기 등 로터와 유체 간 에너지를 전달하는 터보기기에 사용되는 에어베어링에 관한 것이다.The present invention relates to an air bearing used in a turbomachinery that transmits energy between a rotor and a fluid, such as a turbo blower, a turbo compressor, and a turbo expander.

터보기기의 로터는 구름운동하는 볼 베어링에 의해 접촉 지지되거나, 또는 에어베어링이나 마그네틱 베어링에 의해 비접촉식으로 지지된다. 비접촉식 베어링은 윤활유가 필요 없으며 마찰이나 소음이 적어 축회전하는 터보기기의 로터 지지에 적합하다.The rotor of a turbomachinery is supported in contact by rolling ball bearings, or in a non-contact manner by air bearings or magnetic bearings. Non-contact bearings do not require lubrication and have low friction and noise, making them suitable for supporting the rotor of a turbomachinery that rotates around an axis.

에어베어링은 기체를 윤활제로 사용하는 동압 베어링(Hydrodynamic gas bearing)으로, 회전하는 로터와 베어링 사이에서 기체 필름이 빌드업되어 로터가 부상되도록 한다. 에어베어링은 동력손실이 적고 고속 안정성이 우수하여 고속의 회전기기에 사용된다.Air bearings are hydrodynamic gas bearings that use gas as a lubricant, and a gas film builds up between the rotating rotor and the bearing to levitate the rotor. Air bearings have low power loss and excellent high-speed stability, so they are used in high-speed rotating equipment.

에어베어링은 1970년대 항공기의 객실 공조용 냉각터빈이나 공기순환장치에 사용되었고, 에어베어링의 부하지지능력이 향상됨에 따라 점차 터보 펌프, 모터 블로어, 히트 펌프, 터보 컴프레서, 마이크로 가스터빈, 터보 차져 등에도 사용되고 있다.Air bearings were used in refrigeration turbines and air circulation devices for cabin air conditioning in aircraft in the 1970s, and as the load-bearing capacity of air bearings improved, they are gradually being used in turbo pumps, motor blowers, heat pumps, turbo compressors, micro gas turbines, and turbochargers.

에어베어링은 부하지지능력이나 감쇠를 상당히 향상시킬 수 있으며 강성 또한 쉽게 조절 가능하기 때문에 동적 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 열변형, 정렬 불량, 기계적 가공오차 등 기계적 변형에 대한 적응성이 좋아 사용하기에 편리하다.Air bearings can significantly improve the load-bearing capacity and damping, and their rigidity can be easily adjusted, which greatly improves dynamic stability. They are also easy to use because they are adaptable to mechanical deformations such as thermal deformation, misalignment, and mechanical processing errors.

에어베어링은 저속 영역에서 고체 마찰, 로터와 베어링 간의 마찰을 피할 수 없다. 따라서 저속에서 로터와 베어링 사이의 마찰계수를 줄이고 베어링의 신뢰성이나 내구성을 향상시키기 위해 MoS₂와 같은 고체 마찰제로 베어링 표면을 코팅하기도 한다.Air bearings cannot avoid solid friction and friction between the rotor and the bearing in the low-speed range. Therefore, in order to reduce the coefficient of friction between the rotor and the bearing at low speeds and improve the reliability and durability of the bearing, the bearing surface is sometimes coated with a solid friction agent such as _MoS2 .

도 1에 저널 에어베어링의 일례가 도시되어 있다.An example of a journal air bearing is shown in Fig. 1.

도 1을 참조하면, 저널 에어베어링은 로터(1)와 하우징(2) 간의 틈새에 배치되어 회전축에 수직한 방향으로 로터(1)를 지지한다. 저널 에어베어링은 로터(1)를 직접 지지하는 탑포일(3)과 실질적인 댐핑 성능을 발휘하는 범프포일(4)를 구비한다. 범프포일(4)은 도 1에서 아치형 구조이나, 캔틸레버형 등 다른 형태로 구성될 수 있다.Referring to Fig. 1, a journal air bearing is arranged in a gap between a rotor (1) and a housing (2) to support the rotor (1) in a direction perpendicular to the rotation axis. The journal air bearing has a top foil (3) that directly supports the rotor (1) and a bump foil (4) that exhibits substantial damping performance. The bump foil (4) has an arch-shaped structure in Fig. 1, but may be configured in other shapes such as a cantilever shape.

탑포일(3)은 그 일단은 하우징(2)의 내주면에 고정되고 타단은 자유단이다. 이러한 에어베어링은 일방향 회전하는 로터의 지지가 가능하다. 도 1의 로터(1)가 반시계 방향 회전하다가 반대로 시계 방향 회전하면 탑포일(3)이 자유단 측에서부터 로터(1)에 의해 말리는 현상이 발생하고 에어베어링의 하중 지지능력은 상실된다.The top foil (3) has one end fixed to the inner surface of the housing (2) and the other end is free. This air bearing can support a rotor that rotates in one direction. When the rotor (1) of Fig. 1 rotates counterclockwise and then clockwise, the top foil (3) is rolled by the rotor (1) from the free end side, and the load-bearing capacity of the air bearing is lost.

터보블로어가 압력을 상승시켜 에어를 공급하던 중 정지할 때, 잔류 또는 리크된 여압의 공기에 의해 블로어가 조금씩 역회전을 하는 경우가 있다. 수 mm만 움직여도 무거운 로터와 탑포일 간에 큰 마찰이 발생하고, 이러한 현상이 반복되는 경우 탑포일의 코팅이 벗겨지고 심한 경우 탑포일이 영구변형되거나 피로파괴될 수 있다.When a turbo blower stops while supplying air by increasing pressure, the blower may slightly reverse rotation due to the remaining or leaked pressurized air. Even if it moves only a few millimeters, a large amount of friction occurs between the heavy rotor and the top foil, and if this phenomenon is repeated, the coating on the top foil may peel off, and in severe cases, the top foil may be permanently deformed or destroyed by fatigue.

에어베어링의 회전 방향성 문제는 탑포일의 양단을 하우징에 고정하고 자유단을 없애는 것으로 해결될 수 있을 것이다. 예로서 탑포일의 자유단을 하우징에 마련된 홈에 끼우거나 하우징에 별도 마련된 고정부재를 이용하여 고정할 수 있을 것이다. 개선된 다른 방안으로 한국특허 제1968658호의 양방향 에어베어링이 제안된 바 있다.The problem of the rotational direction of the air bearing can be solved by fixing both ends of the top foil to the housing and eliminating the free end. For example, the free end of the top foil can be fitted into a groove provided in the housing or fixed using a fixing member provided separately in the housing. As another improved method, a bidirectional air bearing has been proposed in Korean Patent No. 1968658.

통상적으로 저널 에어베어링의 탑포일은 두께 0.2mm~0.3mm 정도의 박판으로 제작된다. 박판 탑포일은 유연하지만, 큰 무게의 로터에 의해 쉽게 탑포일 및 범프포일이 휘어지고 변형될 수 있어 내구성이나 수명 측면에서 불리하다. 탑포일을 더 두껍게 하여 구조적 강성을 크게 할 수 있다면, 내구성 및 수명 향상 뿐만 아니라 제조원가의 절감 이익 또한 기대할 수 있다.Typically, the top foil of a journal air bearing is manufactured from a thin plate with a thickness of about 0.2 mm to 0.3 mm. The thin plate top foil is flexible, but the top foil and bump foil can easily bend and deform due to the heavy rotor, which is disadvantageous in terms of durability and lifespan. If the top foil can be made thicker to increase structural rigidity, not only can durability and lifespan be improved, but also manufacturing cost can be reduced.

에어베어링은 많은 장점에도 불구하고, 갑작스런 단발적인 큰 외란에 의해 범프포일에 영구변형(범프포일의 높이가 낮아지는 변형)이 발생하고, 이로 인해 베어링 기능이 상실되고 주요 부품들의 파손에 이르게 되는 문제가 있다. 1차적으로 범프포일의 영구변형을 제한함으로써, 임펠러, 샤프트 등 주요 부품의 손상에 이르는 2차 피해를 방지할 필요가 있다.Despite the many advantages of air bearings, there is a problem that permanent deformation (deformation in which the height of the bump foil is lowered) occurs in the bump foil due to a sudden, one-time, large external disturbance, which causes loss of bearing function and damage to major components. It is necessary to prevent secondary damage leading to damage to major components such as the impeller and shaft by primarily limiting the permanent deformation of the bump foil.

본 발명은 종래기술과 관련된 위와 같은 단점들을 해소한 터보기기용 저널베어링을 제공함을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a journal bearing for a turbomachinery that overcomes the above-mentioned shortcomings related to the prior art.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항들에 의해서도 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not necessarily limited to the matters mentioned above, and other problems not mentioned can also be understood by the matters described below.

위 목적들은 청구범위에 기재된 발명들, 구성들에 의해 달성된다. 본 발명의 터보기기용 에어베어링은 특징적으로 중공의 하우징; 하우징 내에 설치되며, 제1 엔드 및 제1 엔드로부터 원주방향으로 말려진 제2 엔드를 갖는 탑포일, 제1 엔드와 제2 엔드 사이에 갭이 마련됨; 하우징과 탑포일 사이에 개재된 범프포일; 및 하우징의 축방향 적어도 일단에 체결 고정되어 탑포일 및 범프포일의 축방향 이탈을 제한하는 리테이너 링을 포함한다.The above objects are achieved by the inventions and configurations described in the claims. The air bearing for a turbomachinery of the present invention is characterized by comprising: a hollow housing; a top foil installed in the housing and having a first end and a second end circumferentially rolled from the first end, a gap being provided between the first end and the second end; a bump foil interposed between the housing and the top foil; and a retainer ring fastened and fixed to at least one axial end of the housing to limit axial displacement of the top foil and the bump foil.

본 발명에 의하면, 상기 탑포일은 종래보다 두꺼운 0.5mm~4mm의 두께의 플레이트로 제작되며, 둥글게 말린 실린더 형태의 구조를 갖는다. 범프포일은 축방향 일단과 타단이 개방된 원통형으로 형성된다.According to the present invention, the top foil is manufactured as a plate having a thickness of 0.5 mm to 4 mm, which is thicker than conventional ones, and has a structure in the shape of a rounded cylinder. The bump foil is formed in a cylindrical shape with one end and the other end in the axial direction open.

본 발명에 의하면, 상기 리테이너 링과 탑포일 사이에 범프포일과 연통되는 간극이 마련된다. 간극을 통해 탑포일과 하우징 사이 공간의 열이 원활이 배출된다.According to the present invention, a gap is provided between the retainer ring and the top foil, which communicates with the bump foil. Heat in the space between the top foil and the housing is smoothly discharged through the gap.

본 발명에 의하면, 상기 탑포일의 축방향 일단 테두리에 슬롯이 마련된다. 리테이너 링은 방사방향 안쪽으로 돌출된 키플레이트를 구비하며, 슬롯에 끼워진 키플레이트에 의해 탑포일의 회전이 제한된다.According to the present invention, a slot is provided on an axial end edge of the top foil. A retainer ring has a key plate protruding radially inward, and rotation of the top foil is restricted by the key plate fitted into the slot.

본 발명에 의하면, 상기 키플레이트에는 슬릿이 형성된다. 범프포일은 키플레이트의 슬릿에 끼워질 수 있도록 축방향으로 돌출된 칼라를 구비한다. 키플레이트와 슬릿에 의해 범프포일이 하우징 내에서 위치 고정된다.According to the present invention, a slit is formed in the key plate. The bump foil has a collar that protrudes axially so as to be fitted into the slit of the key plate. The bump foil is positionally fixed within the housing by the key plate and the slit.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 탑포일이 강성을 갖도록 두껍게 제작될 수 있어 에어베어링의 잦은 변형 및 손상이 방지되고, 에어베어링의 수명 연장이 가능하다.According to the present invention as described above, the top foil can be manufactured thickly to have rigidity, thereby preventing frequent deformation and damage of the air bearing and extending the life of the air bearing.

또한 본 발명에 의하면, 포일들의 고정을 위해 베어링 하우징의 내주면에 홈가공을 하거나 포일들에 절곡부를 형성할 필요가 없다. 에어베어링의 제작이 손쉬워지고, 제작 비용의 절감이 가능하다.In addition, according to the present invention, there is no need to form grooves on the inner surface of the bearing housing or to form bends in the foils for fixing the foils. This makes it easier to manufacture air bearings and reduces manufacturing costs.

또한 본 발명에 의하면, 하우징 및 포일들이 단순한 구조로 형성되므로 열팽창 등으로 인한 변형 시 종래보다 상대적으로 대칭성이 유지될 수 있고, 에어베어링의 로터 댐핑 성능 및 안정성이 우수하다.In addition, according to the present invention, since the housing and foils are formed with a simple structure, relative symmetry can be maintained compared to the conventional one when deformed due to thermal expansion, etc., and the rotor damping performance and stability of the air bearing are excellent.

도 1은 저널 에어베어링의 예를 보여준다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에어베어링을 보여준다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 에어베어링을 보여준다.
도 5는 도 4에 도시된 에어베어링의 부분확대도이다.Figure 1 shows an example of a journal air bearing.
Figures 2 and 3 show air bearings according to embodiments of the present invention.
Figure 4 shows an air bearing according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a partially enlarged view of the air bearing shown in Figure 4.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면들을 이해할 수 있도록 실시예들을 들어 보다 구체적으로 살펴본다. 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들은 동일한 부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징들에 대한 직관적인 이해를 위해 과장되거나 개략적으로 도시될 수 있다.Hereinafter, examples will be described in more detail so that various characteristic aspects of the present invention can be understood. In the drawings, identical or equivalent components may be indicated by the same symbols, and the drawings may be exaggerated or schematically illustrated for intuitive understanding of the features of the present invention.

본 문서에서, 별도 한정이 없거나 본질적으로 허용될 수 없는 것이 아닌 한, 두 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 표현들, 예로서 '상', '연결'과 같은 표현들은 두 요소가 서로 직접 접촉하는 것은 물론 제1 및 제2 요소의 요소 사이에 제3의 요소가 개재되는 것을 허용한다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표시는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다.In this document, unless there is a separate limitation or it is inherently unacceptable, expressions used to describe the relationship between two elements, such as 'up' and 'connection', allow for the two elements to come into direct contact with each other, as well as the intervention of a third element between the elements of the first and second elements. Directional indications such as front-back, left-right, or up-down are only for convenience of explanation.

도 2 및 도 3에 실시예에 따른 터보기기용 저널 에어베어링이 도시되어 있다. 도 2는 에어베어링의 부품들을 보인 분해사시도, 도 3은 부품들 조립 후의 에어베어링을 보인 도면이다.A journal air bearing for a turbomachinery according to an embodiment is illustrated in FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an exploded perspective view showing parts of the air bearing, and FIG. 3 is a drawing showing the air bearing after the parts are assembled.

도 2 및 도 3을 참조하면, 에어베어링은 중공의 베어링 하우징(30), 하우징(30) 내에 설치되는 탑포일(10) 및 범프포일(20), 그리고 하우징(30)의 축방향 일단(31)과 타단(32)에 설치된 리테이너 링(40a,40b: 40)을 구비한다. 축방향은 하우징(30) 내에 설치되는 로터(미도시)의 회전축 방향을 의미한다.Referring to FIGS. 2 and 3, the air bearing has a hollow bearing housing (30), a top foil (10) and a bump foil (20) installed within the housing (30), and retainer rings (40a, 40b: 40) installed at one axial end (31) and the other axial end (32) of the housing (30). The axial direction refers to the direction of the rotation axis of a rotor (not shown) installed within the housing (30).

하우징(30)은 축방향의 일단(31)과 타단(32)이 개방된 원통형 구조를 갖는다. 종래 하우징(30)의 내주면에는 탑포일이나 범프포일의 일단을 끼워 고정하기 위한 홈이나 슬롯 등이 축방향으로 형성된다. 그러나, 실시예에 의하면 이러한 홈 가공이 불필요하며, 따라서 하우징(30)은 단순한 원통 형상(내주면 기준)으로 제작될 수 있고 열팽창 시에도 대칭성이 유지될 수 있다.The housing (30) has a cylindrical structure with one end (31) and the other end (32) in the axial direction open. Conventionally, a groove or slot, etc. is formed in the axial direction on the inner surface of the housing (30) for fitting and fixing one end of a top foil or a bump foil. However, according to the embodiment, such groove processing is unnecessary, and therefore, the housing (30) can be manufactured in a simple cylindrical shape (based on the inner surface) and symmetry can be maintained even during thermal expansion.

탑포일(10)은 로터(미도시)를 직접 지지하는 부품으로, 탑포일(10)과 로터 사이에 빌드업된 공기 필름에 의해 로터가 부상된다. 종래보다 두꺼운 0.5mm~4mm의 두께의 플레이트로 제작되며, 둥글게 말린 실린더 형태의 구조를 갖는다.The top foil (10) is a component that directly supports the rotor (not shown), and the rotor is floated by the air film built up between the top foil (10) and the rotor. It is manufactured with a plate thickness of 0.5 mm to 4 mm, which is thicker than conventional ones, and has a structure in the shape of a round cylinder.

탑포일(10)은 원주방향으로 제1 엔드(10a)와 제2 엔드(10b)를 갖는다. 제2 엔드(10b)는 제1 엔드(10a)로부터 원주방향으로 말려져 있고, 제1 엔드(10a)와 제2 엔드(10b) 사이에 갭(13)이 마련된다. 이 갭(13)은 터보기기 운전 중 발생하는 열로 인한 로터, 하우징(30) 및 탑포일(10)의 열팽창량을 보상한다.The top foil (10) has a first end (10a) and a second end (10b) in the circumferential direction. The second end (10b) is rolled circumferentially from the first end (10a), and a gap (13) is provided between the first end (10a) and the second end (10b). This gap (13) compensates for the thermal expansion of the rotor, housing (30), and top foil (10) due to heat generated during operation of the turbomachinery.

탑포일(10)의 축방향 일단(11)과 타단(12)은 개방되어 있다. 일단(11)과 타단(12)의 각 테두리에는 슬롯(14)이 형성된다. 슬롯(14)은 적어도 1개 이상, 바람직하게는 원주방향을 따라 2개 이상 마련된다. 실시예에 의하면, 슬롯(14)은 테두리에서 축방향으로 각지게 커팅된 형상을 갖는다.The axial end (11) and the other end (12) of the top foil (10) are open. A slot (14) is formed on each edge of the one end (11) and the other end (12). At least one slot (14) is provided, and preferably two or more slots are provided along the circumferential direction. According to an embodiment, the slot (14) has a shape cut angularly in the axial direction at the edge.

범프포일(20)은 하우징(30)의 내주면과 탑포일(10) 사이에 개재되며, 로터로부터의 충격을 완화 및 댐핑하는 스프링 역할을 한다. 범프포일(20)은 축방향 일단(21)과 타단(22)이 개방된 원통형의 단일 피스로 구성되며, 댐핑을 위한 범프 구조를 갖는다. 범프포일(20)의 일단(21)과 타단(22)의 각 테두리에는 축방향으로 돌출된 칼라(23)가 마련된다.The bump foil (20) is interposed between the inner surface of the housing (30) and the top foil (10), and acts as a spring to alleviate and damp impact from the rotor. The bump foil (20) is composed of a single cylindrical piece with one end (21) and the other end (22) in the axial direction open, and has a bump structure for damping. A collar (23) protruding in the axial direction is provided on each edge of one end (21) and the other end (22) of the bump foil (20).

리테이너 링(40)은 하우징(30)의 일단(31)에 체결 고정되며, 탑포일(10) 및 범프포일(20)의 축방향 이탈을 제한한다. 하우징(30)의 타단(32)에는 리테이너 링(40) 대신 하우징(30) 자체에 해당 기능을 갖는 리브 구조가 마련될 수 있다. 다만 바람직한 실시예에 의하면, 하우징(30)의 축방향 대칭성, 제작 및 조립 편의성 등을 위해 하우징(30)의 일단(31)과 타단(32) 각각에 리테이너 링(40)이 체결 고정된다.A retainer ring (40) is fastened and fixed to one end (31) of the housing (30) and restricts axial displacement of the top foil (10) and the bump foil (20). Instead of the retainer ring (40), a rib structure having a corresponding function may be provided on the other end (32) of the housing (30). However, according to a preferred embodiment, a retainer ring (40) is fastened and fixed to each of one end (31) and the other end (32) of the housing (30) for the purpose of axial symmetry of the housing (30) and convenience of manufacturing and assembling.

리테이너 링(40)은 방사방향 안쪽, 즉 중심축 방향으로 돌출되어, 탑포일(10)의 축방향 이탈을 방지하는 키플레이트(41)를 구비한다. 조립 과정에 키플레이트(41)는 탑포일(10)에 마련된 슬롯(14)에 끼워져, 탑포일(10)의 원주방향 움직임을 제한한다. 키플레이트(41)에 의해 탑포일(10)의 축방향 및 원주방향으로의 움직임이 제한된다. 키플레이트(41)는 슬롯(14)에 대응하여 적어도 1개 이상, 바람직하게는 원주방향을 따라 2개 이상 마련된다.The retainer ring (40) is provided with a key plate (41) that protrudes radially inwardly, i.e., in the direction of the central axis, to prevent axial displacement of the top foil (10). During the assembly process, the key plate (41) is fitted into a slot (14) provided in the top foil (10) to restrict the circumferential movement of the top foil (10). The axial and circumferential movements of the top foil (10) are restricted by the key plate (41). At least one key plate (41) is provided corresponding to the slot (14), and preferably two or more are provided along the circumferential direction.

키플레이트(41)에는 슬릿(42)이 형성된다. 조립 과정에 범프포일(20)의 칼라(23)가 슬릿(42)에 끼워진다. 칼라(23)는 슬릿(42)에 내로 완전히 삽입되지 않을 수 있다. 슬릿(42)에 의해 칼라(23)가 걸림 고정되어 범프포일(20)의 축방향 및 원주방향 움직임이 제한된다. 키플레이트(41)의 방사방향 선단에 슬롯(14)이 걸림 고정되어 탑포일(10)이 위치 고정되고, 칼라(23)와 슬릿(42) 간의 상호 걸림 작용에 의해 범프포일(20)이 위치 고정된다.A slit (42) is formed in the key plate (41). During the assembly process, the collar (23) of the bump foil (20) is fitted into the slit (42). The collar (23) may not be completely inserted into the slit (42). The collar (23) is caught and fixed by the slit (42), thereby restricting the axial and circumferential movements of the bump foil (20). The slot (14) is caught and fixed at the radial end of the key plate (41), thereby fixing the top foil (10) in position, and the bump foil (20) is caught in position by the mutual catch action between the collar (23) and the slit (42).

종래 저널 에어베어링에서 탑포일이나 범프포일이 하우징에 고정되지 않은 경우, 운전 중 로터와의 마찰에 의해 하우징 내에서 탑포일이나 범프포일이 로터를 따라 도는 문제가 있었다. 탑포일이나 범프포일의 회전 움직임은 로터에 대한 댐핑을 불안정하게 하며, 포일의 변형 손상을 야기한다. 실시예에 의하면, 탑포일(10) 및 범프포일(20)이 하우징(30) 내에 손쉽게 위치고정될 수 있다. 또한, 탑포일이나 범프포일을 고정하기 위해 하우징 내주면에 홈 가공을 하거나, 탑포일이나 범프포일의 일단을 절곡 가공할 필요가 없다.In a conventional journal air bearing, if the top foil or bump foil is not fixed to the housing, there is a problem that the top foil or bump foil rotates along the rotor within the housing due to friction with the rotor during operation. The rotational movement of the top foil or bump foil makes damping for the rotor unstable and causes deformation damage to the foil. According to the embodiment, the top foil (10) and the bump foil (20) can be easily positioned and fixed within the housing (30). In addition, there is no need to form a groove on the inner surface of the housing or to bend one end of the top foil or bump foil in order to fix the top foil or bump foil.

도 3을 참조하면, 리테이너 링(40)과 탑포일(10) 사이에 범프포일(20)과 연통되는 간극(3)이 마련된다. 리테이너 링(40)은 방사방향 외측의 외경라인과 방사방향 내측의 내경라인을 가지며, 내경라인과 탑포일(10) 사이에 간극(3)이 원주방향을 따라 마련된다. 리테이너 링(40)의 내경라인에 키플레이트(41)가 방사방향 돌출 형성된다.
운전 중 스테이터 등에서 발생하는 열을 제거하기 위해 터보기기 내부로 냉각공기가 유입된다. 간극(3)을 통해 냉각공기가 탑포일(10)과 하우징(30) 내주면 사이의 공간으로 유입 및 유출된다. 에어베어링의 냉각을 위해, 에어베어링은 리테이너 링(40)에 간극(3)이 폐쇄하지 않도록 구성된다.Referring to Fig. 3, a gap (3) is provided between the retainer ring (40) and the top foil (10) to communicate with the bump foil (20). The retainer ring (40) has an outer diameter line on the radial outer side and an inner diameter line on the radial inner side, and a gap (3) is provided along the circumferential direction between the inner diameter line and the top foil (10). A key plate (41) is formed to protrude radially on the inner diameter line of the retainer ring (40).
In order to remove heat generated from the stator, etc. during operation, cooling air is introduced into the turbomachinery. Cooling air is introduced and discharged into the space between the top foil (10) and the inner surface of the housing (30) through the gap (3). In order to cool the air bearing, the air bearing is configured so that the gap (3) is not closed in the retainer ring (40).

도 4 및 도 5에 또 하나의 실시예에 따른 에어베어링이 도시되어 있다.An air bearing according to another embodiment is illustrated in FIGS. 4 and 5.

도 4 및 도 5를 참조하면, 에어베어링은 중공의 하우징(30), 하우징(30) 내주면에 설치된 탑포일 및 범프포일(20), 그리고 하우징(30)의 축방향 일단과 타단에 설치된 리테이너 링(40)을 구비한다. 리테이너 링(40)에는 원주방향을 따라 관통홀(4)이 마련되고, 하우징(30)에는 관통홀(4)에 대응하는 체결홀이 마련된다. 관통홀(4)을 통해 볼트(5)가 체결되어, 리테이너 링(40)이 하우징(30)에 고정된다.Referring to FIGS. 4 and 5, the air bearing has a hollow housing (30), a top foil and a bump foil (20) installed on the inner surface of the housing (30), and a retainer ring (40) installed on one axial end and the other axial end of the housing (30). A through hole (4) is formed in the retainer ring (40) along the circumferential direction, and a fastening hole corresponding to the through hole (4) is formed in the housing (30). A bolt (5) is fastened through the through hole (4), so that the retainer ring (40) is fixed to the housing (30).

리테이너 링(40)은 키플레이트(41)를 구비하며, 키플레이트(41)에 의해 탑포일(10) 및 범프포일(20)이 하우징(30) 내에서 위치 고정된다. 탑포일(10)은 축방향으로 길게 형성된 오프닝(13)을 갖는다. 범프포일(20)은 탑포일(10)과 하우징(30) 내주면 사이에 개재된다. 범프포일(20)과 탑포일(10)은 각각 하우징(30)의 내주면에 고정하기 위한 절곡부가 불필요하며, 단순히 원통형으로 말려진 단순한 구조를 갖는다.The retainer ring (40) has a key plate (41), and the top foil (10) and the bump foil (20) are positionally fixed within the housing (30) by the key plate (41). The top foil (10) has an opening (13) that is formed long in the axial direction. The bump foil (20) is interposed between the top foil (10) and the inner surface of the housing (30). The bump foil (20) and the top foil (10) do not require a bending portion for fixing them to the inner surface of the housing (30), and have a simple structure that is simply rolled into a cylindrical shape.

이상 본 발명의 실시예들이 설명되었고, 이들 실시예는 본 발명의 다양한 측면들과 특징들을 이해하는데 도움이 될 것이다. 이 실시예들에서 소개된 특징들 또는 요소들은 다양한 형태로 조합될 수 있고, 이러한 조합에 의해 본 문서에서는 미처 설명되지 못한 또 다른 실시예가 제시될 수 있다.The embodiments of the present invention have been described above, and these embodiments will be helpful in understanding various aspects and features of the present invention. The features or elements introduced in these embodiments can be combined in various forms, and through these combinations, other embodiments not described in this document can be presented.

보호하고자 하는 발명의 범위가 청구항들에 기재된다. 청구항에 기재된 요소들은, 발명의 본질 또는 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 다양하게 변경 및 수정되고 등가물로 대체될 수 있다. 청구항에 기재된 도면부호들은, 만일 기재되어 있다면, 청구된 발명들이나 그 요소들에 대한 쉽고 그리고 직관적인 이해를 돕기 위한 것일 뿐 청구된 발명들의 권리범위를 한정하지 않는다.The scope of the invention to be protected is set forth in the claims. The elements set forth in the claims may be variously changed and modified and replaced with equivalents within the scope that does not depart from the essence or scope of the invention. The drawing reference signs set forth in the claims, if any, are only intended to facilitate easy and intuitive understanding of the claimed inventions or their elements and do not limit the scope of the rights of the claimed inventions.

10: 탑포일 10a: 원주방향의 제1 엔드
10b: 원주방향의 제2 엔드 11: 축방향의 일단
12: 축방향의 타단 13: 갭
14: 슬롯 20: 범프포일
23: 칼라 30: 하우징
31: 하우징의 축방향 일단 32: 하우징의 축방향 타단
40: 리테이너 링 41: 키플레이트10: Top foil 10a: Circumferential first end
10b: Second end in the circumferential direction 11: One end in the axial direction
12: Axial end 13: Gap
14: Slot 20: Bump Foil
23: Color 30: Housing
31: Axial end of housing 32: Axial end of housing
40: Retainer ring 41: Key plate

Claims

hollow housing;
A top foil installed within the housing and having a first end and a second end rolled circumferentially from the first end, a gap being provided between the first end and the second end;
A bump foil interposed between the housing and the top foil; and
A retainer ring is provided on at least one axial end of the housing to limit axial displacement of the top foil and the bump foil.
A gap is provided between the retainer ring and the top foil, which communicates with the bump foil.
A slot is provided on the axial end edge of the top foil, and the retainer ring has a key plate protruding radially inward, and the rotation of the top foil is restricted by the key plate fitted into the slot.
An air bearing for a turbomachinery, wherein a slit is formed in the above key plate, and a bump foil has a collar that protrudes axially so as to be fitted into the slit of the key plate.

An air bearing for a turbomachinery according to claim 1, wherein the top foil has a thickness of 0.5 mm to 4 mm.

An air bearing for a turbomachinery according to claim 1 or claim 2, wherein the bump foil is composed of a single cylindrical piece with one axial end and the other end open.