KR102693337B1 - 트레일링 에지에 홈이 형성된 틸팅 패드 저널 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축을 지지하는 틸팅 패드 저널 베어링에 관한 것으로, 상기 회전축의 회전 방향의 전단에 위치하는 트레일링 에지, 상기 회전축의 회전 방향의 후단에 위치하는 리딩 에지 및 상기 트레일링 에지와 상기 리딩 에지 사이에 위치하고 상기 회전축에 대향하는 패드 내측면을 포함하는 복수의 패드; 상기 복수의 패드 사이에 위치하여, 상기 복수의 패드와 상기 회전축 사이에 윤활유를 공급하는 노즐; 및 상기 복수의 패드의 외측면을 둘러싸는 쉘을 포함하되, 상기 패드 내측면 중에서 상기 트레일링 에지에 인접한 영역에 상기 회전축 방향으로 연장되어, 상기 윤활유의 배출을 촉진하는 적어도 하나의 홈이 형성되어 가열된 윤활유가 잘 배출되고 신유의 공급이 원활하도록 한다.

Description

트레일링 에지에 홈이 형성된 틸팅 패드 저널 베어링 {Tilting pad journal bearing with grooved trailing edge}

본 발명은 틸팅 패드 저널 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트레일링 에지에 홈이 형성되어 층류를 박리시키는 틸팅 패드 저널 베어링에 관한 것이다.

베어링은 회전하는 축과 회전을 지지하는 축 지지대 사이의 마찰을 줄여주는 기계요소이다. 따라서 축을 감싸도록 형성된다. 내부에 볼, 롤러 등의 구름부재를 두어 마찰을 감소시키는 방법을 사용하는 경우 구름 베어링(rolling bearing)이라 칭하며, 구름부재가 아닌 윤활유를 주입하여 비접촉방식으로 미끄러지도록 하는 경우 미끄럼 베어링(sliding bearing)이라 칭한다. 저널 베어링(journal bearing)은 하중이 회전축에 직각으로 작용하는 베어링을 뜻하는 말로, 미끄럼 베어링의 일종이다.

한편, 저널 베어링에서 회전축과 만나는 내면인 슬리브가 보다 효과적으로 회전축을 지지하도록, 슬리브를 복수의 패드로 분리한 틸팅 패드 저널 베어링(tilting pad journal bearing)이 최근 도입되었다. 도 1을 참조하면, 틸팅 패드 저널 베어링(100) 내에서는 복수 개로 구비된 패드(102)가 회전축(101)을 중심으로 회전축(101)과 쉘(103) 사이에 방사형으로 배치되며, 윤활유가 주입되면 회전축(101)과 쉘(103) 사이의 영역에서 유동한다. 회전축(101)의 회전에 의해 윤활유가 패드(102)와 회전축(101) 사이로 유입되면, 패드는 윤활유 내에서 자유롭게 회동하게 되고, 그 압력에 의해 압축된 윤활유가 회전축(101)에 반력을 작용해 지지하는 방식으로 작동한다.

이와 같은 틸팅 패드 저널 베어링의 윤활유는 마찰 감소 및 축 지지의 역할을 함과 동시에, 회전에 의해 베어링 및 회전축이 가열되어 성능 저하가 일어나는 것을 방지하고자 냉각의 역할도 수행한다. 그러나 이미 냉각을 수행해 온도가 높아진 윤활유가 회전축의 회전에 의해 그 다음 패드로 그대로 공급되어 냉각 효율이 저하되는 문제가 발생하였다.

이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 패드 사이에 블록커(blocker, 104)를 형성하여 전 패드에서 그 다음 패드로 넘어가려는 윤활유의 층류를 차단하는 방식이 고안되었다. 층류의 길목을 블록커(104)를 부설해 물리적으로 차단, 배출되는 윤활유를 전부 내보내고자 한 것이다. 그러나 구조 및 기능상 블록커(104)가 패드 이상으로 회전축에 가까워질 수 없고, 실질적으로 작은 패드 하나를 패드 사이에 더 추가한 것에 불과하게 되어, 그대로 층류가 블록커 및 회전축의 사이를 통과해 그 다음 패드로 넘어가 층류 차단의 효과가 미비하다는 문제가 존재했다. 또한 패드와 패드 사이는 노즐이 위치해서 윤활유를 공급하는 공간인데, 블록커(104)의 부설로 인해 공간이 지나치게 좁아져 신유의 공급과 폐유의 배출이 도리어 방해를 받는 문제가 발생했다.

미국 등록특허 제8696210호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 층류가 박리되어 다음 패드로 넘어가지않고 고온의 윤활유가 효과적으로 배출되는 틸팅 패드 저널 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 회전축을 지지하는 틸팅 패드 저널 베어링은, 상기 회전축의 회전 방향의 전단에 위치하는 트레일링 에지, 상기 회전축의 회전 방향의 후단에 위치하는 리딩 에지 및 상기 트레일링 에지와 상기 리딩 에지 사이에 위치하고 상기 회전축에 대향하는 패드 내측면을 포함하는 복수의 패드; 상기 복수의 패드 사이에 위치하여, 상기 복수의 패드와 상기 회전축 사이에 윤활유를 공급하는 노즐; 및 상기 복수의 패드의 외측면을 둘러싸는 쉘을 포함하되, 상기 패드 내측면 중에서 상기 트레일링 에지에 인접한 영역에 상기 회전축 방향으로 연장되어, 상기 윤활유의 배출을 촉진하는 적어도 하나의 홈이 형성될 수 있다.

상기 쉘은 상기 패드가 이탈하지 않은 상태에서 요동 가능하도록 상기 패드에 결합되는 피봇을 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 홈은, 상기 회전축과 평행한 방향으로 연장되는 반원형의 형상을 가질 수 있다.

상기 복수의 패드는 바이패스 유로를 더 포함하되, 상기 바이패스 유로의 일측 개구는 상기 적어도 하나의 홈과 연결되고, 상기 바이패스 유로의 타측 개구는 상기 복수의 패드 사이의 공간과 연결될 수 있다.

상기 바이패스 유로의 높이는 상기 적어도 하나의 홈의 직경보다 작을 수 있다.

상기 바이패스 유로의 개수는 상기 적어도 하나의 홈의 개수와 동일할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

층류가 효과적으로 박리되어 신유가 원활히 공급됨에 따라 틸팅 패드 저널 베어링의 냉각 효과가 증대화된다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다. 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 기존 틸팅 패드 저널 베어링의 윤활유 흐름을 나타낸 단면도이다.
도 2는 기존 틸팅 패드 저널 베어링에 블록커를 설치한 모습을 나타난 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링의 내부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링의 E 영역을 확대해서 자세히 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링의 복수의 패드에 홈과 바이패스 유로가 형성된 모습을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링의 윤활유 공급 및 배출 구조를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 내부를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)은 복수의 패드(30), 복수의 패드(30) 사이에 위치하는 노즐(40) 및 복수의 패드(30)의 외주면(38)을 둘러싸도록 형성되는 쉘(20)을 포함하고, 그밖에 쉘(20)을 둘러싸고 베어링(1)의 최외곽면이 되는 하우징(10)을 더 포함할 수 있다. 또한 베어링(1)의 중심에는 회전축(70)이 삽입될 수 있다.

패드(30)는 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 중심으로 삽입되는 회전축(70)을 지지하는 역할을 하는 슬리브의 조각으로, 리딩 에지(32), 패드 내측면(37), 패드 외측면(38) 및 트레일링 에지(33)로 구성된다. 각 패드(30)는 환형의 슬리브를 수 개의 조각으로 잘라놓은 형태와 유사하다. 따라서 회전축(70)과 대향하여 형성되는 패드 내측면(37), 절단면에 해당하는 리딩 에지(32)와 트레일링 에지(33), 가장 외곽의 면인 패드 외측면(38)으로 구성되는 것이다.

패드(30)는 복수로 구성된다. 패드(30)는 일반적으로 3 내지 5개로 구성된다. 본 발명의 일 실시예를 도시한 도 3에서는 패드(30)가 총 5개 회전축(70)을 중심으로 회전축(70) 외주를 따라 배치되도록 도시하였으나, 패드(30)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니며 베어링(1)의 설계에 따라 달라질 수 있다.

패드 내측면(37)은 회전축(70)을 바라보도록 형성된다. 따라서 회전축(70)의 외주면과 유사한 곡면에 대응되도록 형성된다.

패드 내측면(37) 중 트레일링 에지(33)에 인접한 영역에는 회전축(70) 방향을 따라 연장된 홈(34)이 형성된다. 또한 홈(34)에 연결되는 바이패스 유로(35)가 패드(30) 내에 형성될 수 있다. 패드 내측면(37)에 형성되는 홈(34) 및 바이패스 유로(35)에 대해서는 도 4 및 도 5에 대한 설명에서 자세히 서술한다.

패드 외측면(38)은 쉘(20)과 대향하도록 형성된다. 패드(30)가 환형의 슬리브를 절단한 형태를 하고 있기 때문에, 패드 내측면(37)에 비해서 패드 외측면(38)의 넓이가 더 크도록 형성된다. 쉘(20)의 내측면과 패드 외측면(38)이 대향되도록 형성되므로, 쉘(20)의 내측면이 이루는 곡면과 패드 외측면(38)의 형상이 유사하게 형성된다. 쉘(20)과 패드 외측면(38) 사이 영역에도 패드 내측면(37) 및 회전축(70)의 사이 영역과 같이 윤활유가 유입되므로, 쉘(20)과 패드 외측면(38)은 직접 접촉하지 않고 윤활유를 통해 간접적으로 만나게 된다.

패드(30)는 자유롭게 요동할 필요가 있지만 정해진 위치를 벗어나 회전하거나 이동하는 경우 회전축(70)을 지지하는 역할을 원활하게 수행하지 못할 수 있다. 따라서 후술할 피봇(41)이 설치되어 패드(30)의 위치를 정해줘야 할 필요가 있다. 따라서 패드(30)가 자유롭게 요동하되 정해진 자리에서 이탈되지 않도록, 피봇(41)이 삽입되어 결합되는 패드 피봇 홀(31)이 패드 외측면(38)에 더 형성될 수 있다. 패드 피봇 홀(31)은 피봇(41)의 말단과 대응되는 형상으로 형성되어 피봇(41)이 삽입되고 결합될 수 있도록 한다. 그러나 패드 피봇 홀(31)은 피봇(41)의 말단 형상에 비해서 다소 크게 형성되어 피봇(41) 말단과의 사이에 유격이 형성되도록 하여 피봇(41)을 중심으로 패드(30)가 요동할 수 있도록 한다.

리딩 에지(32)(leading edge)는 회전축(70)의 회전 방향을 기준으로 후단에 위치하는 패드(30)의 에지이다. 본 발명의 일 실시예의 틸팅 패드 저널 베어링(1)에 삽입되는 회전축(70)의 회전방향은 도 3에서 시계 반대 방향(counter-clockwise)으로 가정한다. 따라서 도 3의 회전축(70) 하단에 위치한 패드(30)에서 리딩 에지(32)는 패드(30) 좌측에 위치한 에지가 된다.

리딩 에지(32)는 노즐(40)에 의해 윤활유를 공급받게 되고, 공급받은 윤활유가 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이 공간 또는 패드 외측면(38)과 쉘(20) 사이 공간으로 이동하는 통로의 일측면이 된다. 윤활유가 최초로 공급되어 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이 공간으로 이동하게 되므로, 회전 방향을 기준으로 윤활유가 더 먼저 공급되는 위치인바 리딩(leading) 에지라고 불리는 것이다.

트레일링 에지(33)(trailing edge)는 회전축(70)의 회전 방향을 기준으로 전단에 위치하는 패드(30)의 에지이다. 따라서 도 3의 회전축(70) 하단에 위치한 패드(30)에서 트레일링 에지(33)는 패드(30) 우측에 위치한 에지가 된다.

트레일링 에지(33)는 윤활유가 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이 공간을 통과해 가열되어 배출되는 통로의 일측면이 된다. 고온의 윤활유가 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이 공간에서 리딩 에지(32)로부터 트레일링 에지(33)로 이동하게 되므로, 회전 방향을 기준으로 윤활유가 나중에 공급되는 위치인바 트레일링(trailing) 에지(33)라고 불리는 것이다.

트레일링 에지(33)에는 바이패스 유로(35)의 토출구(36)가 형성된다. 바이패스 유로(35) 및 그 토출구(36)에 대해서는 도 4 및 도 5에 대한 설명에서 자세히 서술한다.

노즐(40)은 윤활유를 외부로부터 틸팅 패드 저널 베어링(1) 내부로 공급하는 구성요소이다. 노즐(40)은 복수의 패드 사이의 공간(50)에 위치하고 회전축(70)을 바라보도록 형성될 수 있다. 따라서 노즐(40)이 윤활유를 복수의 패드 사이의 공간(50)으로 공급하여 공급된 새 윤활유가 리딩 에지(32)를 따라 회전축(70)과 패드 내측면(37) 사이의 공간 및 패드 외측면(38)과 쉘(20) 사이의 공간으로 공급되도록 한다

노즐(40)은 바람직하게는 모든 패드 사이의 공간(50)에 위치해서 윤활유의 순환이 원활하게 이루어지도록 한다.

쉘(20)은 본 발명의 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 외곽에 위치하는 구성요소로, 복수의 패드 외측면(38)을 둘러싸도록 구성된다. 쉘(20)은 복수의 패드(30)와 회전축(70)을 둘러싸는 환형으로 구성되며, 패드(30)가 윤활유 내에서 유동할 수 있어야 하므로 윤활유가 새지 않도록 내부 영역을 완전히 둘러싼 폐곡선을 이룬다.

노즐(40)은 쉘(20) 외부로부터 내부로 윤활유를 공급해야 하므로, 쉘(20)을 통과하여 일측 개구가 패드 사이의 공간(50)에 위치하도록 구성될 수 있다. 또한 피봇(41)은 패드(30)를 쉘(20)의 일정 영역으로부터 벗어나지 않도록 해야 할 필요가 있으므로, 쉘(20)에는 쉘 피봇 홀(21)이 형성되어 피봇(41)이 삽입 및 고정되도록 할 수 있다. 쉘 피봇 홀(21)은 쉘(20)을 관통하도록 구성되어 피봇(41)의 말단이 패드(30)의 패드 피봇 홀(31)에 요동 가능하도록 결합되게 할 수 있으나 관통홀이 아닌 쉘(20) 내측면에만 형성되도록 할 수 있는 등 다양한 형태가 가능하다.

하우징(10)은 쉘(20)을 감싸는 구성요소로, 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 최외곽을 형성할 수 있다.

이하, 틸팅 패드 저널 베어링(1) 내에서 윤활유의 순환이 어떻게 이루어지는지를 도 3을 참조하여 설명한다.

노즐(40)을 통해 윤활유가 복수의 패드(30) 사이의 영역으로 공급된다. 동시에 노즐(40)은 본 발명의 일 실시예에서 회전축(70)에 인접하도록 구성하였으므로, 회전축(70)과 패드 내측면(37) 사이 영역으로 직접 윤활유를 공급할 수 있다. 윤활유가 회전축(70)과 패드 내측면(37) 사이 영역으로 공급되고, 회전축(70)이 회전하면서 회전축(70)의 회전운동에 의해 윤활유의 흐름이 생기게 된다. 윤활유는 회전축(70)과 패드 내측면(37) 사이 영역에서 회전축(70)의 회전 방향으로 흐르게 된다.

패드(30)는 윤활유가 쉘(20) 내부 영역으로 공급됨에 따라 윤활유 내를 유동할 수 있게 되며, 피봇(41)과 연결되어 있으므로 피봇(41)을 중심으로 한 위치에서 이탈하지 않고 요동할 수 있다.

회전축(70)이 패드(30) 방향으로 압력을 받아 이동하여 회전축(70)과 패드 내측면(37) 사이의 영역이 좁아지면, 상기 영역을 지나가는 윤활유의 압력이 증가하게 되고, 이에 따라 회전축(70)이 이동한 방향의 반대 방향으로 윤활유가 회전축(70)에 반력을 작용하게 된다. 이와 같은 과정을 통해 회전축(70)에 수직한 방향으로 작용하는 하중을 패드(30) 및 윤활유가 지지할 수 있다.

회전축(70)과 패드 내측면(37) 사이 영역을 회전축(70)의 회전 방향으로 지나가면서 마찰에 의해 가열된 윤활유는 트레일링 에지(33)에 도달하게 된다. 윤활유는 회전축(70)에 의해 회전 방향으로 가속되었으므로 일부가 층류(laminar flow)가 되어 그대로 그 다음 패드(30)의 패드 내측면(37)으로 이동하는 캐리 오버(carry over) 현상이 일어나게 된다. 그 다음 패드 내측면(37)으로 이동하지 않은 윤활유는 트레일링 에지(33)를 따라서 복수의 패드(30)의 사이 영역(50)으로 배출되어, 최종적으로 후술할 드레인 홀(61)을 따라서 베어링(1) 외부로 배출된다.

트레일링 에지(33)에서 상술한 바와 같이 윤활유가 향하는 방향의 분기가 일어나므로, 이 중 캐리 오버가 일어나는 윤활유의 양을 최소화하고 복수의 패드 사이의 공간(50)으로 배출되는 윤활유의 양을 최대화 하기 위해 홈(34)과 바이패스 유로(35)가 형성된다. 이하, 도 4를 참조하여 패드 내측면(37)에 형성되는 홈(34)과 패드(30)에 형성되는 바이패스 유로(35)에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 트레일링 에지(33) 및 이에 인접한 패드 내측면(37)에 해당하는 E 영역을 확대해서 자세히 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)은 패드 내측면(37)에 홈(34)을 가지고, 패드(30) 내에 바이패스 유로(35)를 가진다.

패드 내측면(37) 중 트레일링 에지(33)에 인접한 영역에는 적어도 하나의 홈(34)이 회전축(70)방향으로 연장되어 형성되는데, 본 발명의 일 실시예에서는 총 2개가 형성되는 것으로 표현하였으나 이에 제한되지 않고 다양한 수량의 홈(34)이 형성될 수 있다. 또한 홈(34)이 반원형의 형상을 가지는 것으로 표현하였으나, 이는 가공의 용이함을 위한 것일 뿐 이에 제한되지 않고 다양한 형태가 가능하다.

홈(34)은 윤활유가 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이의 영역을 통과해서 배출되는 트레일링 에지(33)에 인접한 영역에서 회전축(70)을 바라보고 형성되므로, 해당 영역에서 라비린스 씰(labyrinth seal)과 같은 역할을 한다. 라비린스 씰이란 미로와 같은 구조를 거치면서 유체의 속도와 압력을 떨어트려 유체가 배출되는 현상을 최대한 저지하는 구조를 의미하는 것으로, 완전히 밀폐되지 않은 영역의 경계에 다수의 쐐기가 형성된 형태로 주로 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)에서는 2개의 반원형으로 형성되는 홈(34)이 라비린스 씰의 쐐기와 유사한 구조가 된다. 따라서 윤활유의 층류가 상기 홈(34)을 통과하면서 압력 및 속도가 느려지고, 그 흐름이 깨져 다음 패드(30)로 넘어가려는 캐리 오버 현상이 종래의 기술에 비해 매우 약화된다.

복수의 홈(34)이 형성되는 경우 각 홈(34)이 바로 접하도록 형성될 수도 있지만, 본 발명의 일 실시예와 같이 일정 유격을 두고 형성될 수도 있으며 그 간격은 도시된 바에 제한되지 않는다.

홈(34)에는 바이패스 유로(35)가 연결될 수 있다. 바이패스(bypass) 유로(35)란 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이를 흐르는 윤활유를 패드 사이의 공간(50)으로 배출하기 위한 우회 유로이다. 따라서 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이 영역에 일측 개구인 유입구(39)를 가지고, 트레일링 에지(33)에서 패드(30) 사이의 영역을 향해 열려있는 타측 개구인 토출구(36)를 가지고 있으며, 두 개구를 패드(30)를 관통함으로써 잇는 구조로 형성된다. 따라서 바이패스 유로(35) 내부로 윤활유가 유입되어 흐를 수 있다. 유입구(39)로 유입된 윤활유가 바이패스 유로(35)를 통과하여 패드 사이의 공간(50)에 위치한 토출구(36)로 배출되어, 다음 패드(30)로 넘어가지 않도록 하는 것이다.

바이패스 유로(35)의 유입구(39)는 홈(34)에 형성될 수 있다. 바이패스 유로(35)가 홈(34)과 연결됨으로써 홈(34)으로 유입된 윤활유가 바로 바이패스 유로(35)를 따라 패드 사이의 공간(50)에 배출될 수 있다. 따라서 바이패스 유로(35)의 개수는 홈(34)의 개수와 동일하게 구성되어 각 바이패스 유로(35)가 각 홈(34)에 연결될 수 있다. 그러나 바이패스 유로(35)의 위치는 이에 제한되지 않고, 패드 내측면(37) 중 트레일링 에지(33)에 인접한 타 영역에 위치할 수도 있다.

바이패스 유로(35)의 토출구(36)는 트레일링 에지(33)에 형성되어 패드 사이의 공간(50)으로 윤활유를 배출하는 역할을 한다. 토출구(36)의 위치는 도 3 및 도 4에 도시된 바에 제한되지 않으며, 트레일링 에지(33) 중 패드 외측면(38)에 인접한 영역에 위치할 수도 있으며 목적에 따른 다양한 변형이 가능하다.

바이패스 유로(35)의 높이(h)는 바이패스 유로(35)의 하측면을 이루는 패드(30)와 상측면을 이루는 패드(30) 사이의 최단 직선거리를 의미하고, 홈(34)의 직경(D)은 홈(34)의 측단면이 반원형으로 형성될 경우, 해당 반원의 직경을 의미한다. 바이패스 유로(35)의 높이(h)는 홈(34)의 직경(D)보다 작도록 형성될 수 있다. 만일 홈(34)의 직경(D)에 비해서 바이패스 유로(35)의 높이(h)가 지나치게 클 경우, 홈(34)의 형상이 제대로 유지되지 못하며 따라서 홈(34)을 부설하면서 의도한 라비린스 씰의 역할을 홈(34)이 수행할 수 없기 때문이다.

바이패스 유로(35)를 통해 홈(34)에 위치하던 윤활유가 다음 패드(30)로부터 먼 위치에 유입 및 배출됨으로써, 층류가 될 윤활유를 패드(30) 사이의 영역으로 보다 원활하게 배출할 수 있다.

이와 같은 홈(34) 및 바이패스 유로(35)의 작용에 의해 고온의 윤활유가 층류화되어 다음 패드(30)로 넘어가는 것을 막고 원활히 배출되도록 함으로써, 새로운 저온의 윤활유가 노즐(40)을 통해 보다 원활히 공급되게 된다. 따라서 회전축(70)의 마찰에 의해 형성되는 마찰열을 윤활유가 냉각시킬 수 있는 냉각 효율이 상승하게 된다. 리딩 에지(32)를 통해 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이로 공급되는 윤활유의 평균 온도가 종래 기술에 비해 훨씬 내려가기 때문이다.

이하, 도 5를 참조하여 도 4에서 설명한 패드 내측면(37)에 형성되는 홈(34)과 패드(30)에 형성되는 바이패스 유로(35)의 입체적 형상에 대해서 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 복수의 패드(30)에 홈(34)과 바이패스 유로(35)가 형성된 모습을 도시한 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 홈(34)은 패드 내측면(37) 중 트레일링 에지(33)에 가까운 영역에 형성되고, 반원형이 회전축(70)과 평행한 방향으로 연장된 유로의 형태로 형성된다. 홈(34)은 패드 내측면(37)의 일부를 음각한 형태로 형성된다.

도 5에는 도시되지 않았지만, 바이패스 유로(35)가 상기 홈(34)에 연결되고, 그 개구 중 하나인 토출구(36)가 트레일링 에지(33)에 슬릿의 형태로 회전축(70) 방향으로 연장되어 형성된다. 따라서 트레일링 에지(33)의 정면도에서 토출구(36)는 마치 수평방향으로 형성된 슬릿과 같이 보일 것이다.

도 5에 도시되지 않았으나 홈(34)에는 바이패스 유로(35)의 유입구(39)가 형성된다. 유입구(39) 역시 토출구(36)와 같이 회전축(70) 방향으로 연장된 슬릿의 형태를 한다. 바이패스 유로(35)는 유입구(39)와 토출구(36)를 각각 일측 개구와 타측 개구로 하여 두 개구를 잇는 통로가 되므로, 패드(30) 내부에서 회전축(70) 방향을 향해 연장된 슬릿의 형태를 할 것이다.

단 바이패스 유로(35)는 회전축(70)과 평행한 방향으로 연장되나, 패드(30)의 회전축(70)과 평행한 방향 길이 전체에 대해서 연장되지는 않는다. 만일 패드(30)의 길이 전체에 대해서 바이패스 유로(35)가 연장되는 경우 패드(30)는 일체를 유지하지 못하고 분리되기 때문이다. 따라서 바이패스 유로(35)는 회전축(70)과 평행한 방향 양 단에서는 패드(70)를 관통하지 아니한다. 바이패스 유로(35)의 양측 개구가 되는 유입구(39)와 토출구(36) 역시 회전축(70)과 평행한 방향 양 단에서 패드를 관통하지 아니할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여 틸팅 패드 저널 베어링(1) 내로 윤활유가 유입되고 외부로 윤활유가 배출되는 구조를 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 윤활유 공급 및 배출 구조를 나타낸 사시도이다. 도 6에서는 틸팅 패드 저널 베어링(1) 전체를 도시하지 않았으며, 베어링(1)의 중심을 지나는 수평선을 기준으로 아래에 존재하는 베어링(1)의 부분만을 도시하였다.

도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)은 전후방향으로 커버(60)를 더 포함한다.

커버(60)는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 회전축(70)에 직교하는 방향을 덮도록 형성되는 구성요소이다. 따라서 윤활유의 누수나 패드(30)의 이탈과 같은 경우를 차단하는 베어링(1)의 축방향 경계가 되는 구성요소이다.

커버(60)는 쉘(20)의 회전축(70)방향 전후면에 결합될 수 있고, 하우징(10)과 결합될 수도 있다. 따라서 쉘(20) 또는 하우징(10)과 결합되기 위한 나사구멍을 더 포함할 수 있다.

커버(60)는 회전축(70) 방향으로 뚫려있는 드레인 홀(61)을 포함하며, 복수로 형성될 수 있다. 드레인 홀(61)은 윤활유를 틸팅 패드 저널 베어링(1)의 외부로 배출하는 역할을 한다. 바람직하게는 드레인 홀(61)은 패드 사이의 공간(50)에 위치하여 트레일링 에지(33)로 배출되는 고온의 윤활유를 배출하기에 용이하게 구성될 수 있다. 또한 바람직하게는 드레인 홀(61)은 모든 패드 사이의 공간(50)에 위치해서 베어링(1) 내 윤활유의 순환이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

노즐(40)을 통해 패드 사이의 공간(50)으로 공급된 저온의 윤활유는 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이 공간으로 공급되고, 패드 내측면(37)과 회전축(70) 사이에서 회전축(70)의 회전에 의해 이동하면서 마찰열을 흡수해 가열되게 된다. 가열된 윤활유는 트레일링 에지(33)와 패드 내측면(37)에 형성된 홈(34), 홈(34)과 연결된 바이패스 유로(35)를 통해 토출구(36)로 배출되어 그 다음 패드 사이의 공간(50)에 도달하게 된다. 고온의 윤활유를 다음 패드(30)가 사용하지 않도록 하기 위하여 커버(60)에 위치한 드레인 홀(61)을 통해 배출한다. 윤활유가 배출된 만큼 노즐(40)을 통해서 유입되면서 각 패드(30)를 중심으로 지속적인 윤활유의 순환이 일어난다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

1 : 틸팅 패드 저널 베어링 10 : 하우징
20 : 쉘 21 : 쉘 피봇 홀
30 : 패드 31 : 패드 피봇 홀
32 : 리딩 에지 33 : 트레일링 에지
34 : 홈 35 : 바이패스 유로
36 : 토출구 37 : 패드 내측면
38 : 패드 외측면 39 : 유입구
40 : 노즐 41 : 피봇
50 : 패드 사이의 공간 60 : 커버
61 : 드레인 홀 70 : 회전축
100 : 종래 기술의 틸팅 패드 저널 베어링
101 : 종래 기술의 회전축
102 : 종래 기술의 패드
103 : 종래 기술의 쉘
h : 바이패스 유로의 높이 D : 홈의 직경

Claims (6)

1. 회전축을 지지하는 틸팅 패드 저널 베어링에 있어서,
   상기 회전축의 회전 방향의 전단에 위치하는 트레일링 에지, 상기 회전축의 회전 방향의 후단에 위치하는 리딩 에지 및 상기 트레일링 에지와 상기 리딩 에지 사이에 위치하고 상기 회전축에 대향하는 패드 내측면을 포함하는 복수의 패드;
   상기 복수의 패드 사이에 위치하여, 상기 복수의 패드와 상기 회전축 사이에 윤활유를 공급하는 노즐; 및
   상기 복수의 패드의 외측면을 둘러싸는 쉘을 포함하되,
   각 상기 패드는,
   상기 패드 내측면 상에서 상기 트레일링 에지에 인접한 영역에 상기 회전축의 축 방향을 따라 형성되어, 상기 윤활유의 배출을 촉진하는 복수개의 홈과,
   각각의 상기 홈 내부에서 상기 축 방향을 따라서 슬릿 형태로 길게 형성된 유입구와, 상기 트레일링 에지 상에서 상기 축 방향을 따라 슬릿 형태로 상기 유입구에 대응하도록 상기 유입구와 인접한 다른 측면에 형성되는 토출구를 상기 패드 내부에 상기 회전축의 회전 방향의 전방으로 연결하되, 상기 홈의 직경보다 작은 높이를 갖도록 형성되고 각 상기 유입구로부터 각 토출구 사이를 상기 홈의 길이방향을 따라서 일체로 관통시켜 윤활유를 우회시키는 바이패스 유로들을 포함하고,
   상기 바이패스 유로는 상기 복수개의 홈과 동일한 개수로 형성되되, 상기 패드 내측면에 대해서 사선 방향으로 형성되며,
   각 상기 바이패스 유로의 토출구들은 상기 회전축의 축 방향과 나란히 배치되되, 각각의 패드 사이의 공간과 독립적으로 연결되는 틸팅 패드 저널 베어링.
2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1 항에 있어서,
   상기 쉘은 상기 패드가 이탈하지 않은 상태에서 요동 가능하도록 상기 패드에 결합되는 피봇을 포함하는 틸팅 패드 저널 베어링.
3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1 항에 있어서,
   상기 홈은, 상기 회전축과 평행한 방향으로 연장되는 반원형의 형상을 갖는 틸팅 패드 저널 베어링.
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