상호 연결 경계를 갖는 동압 공기 윤활 그루브 베어링에 관한 연구

상호 연결 경계를 갖는 동압 공기 윤활 그루브 베어링에 관한 연구

동압 공기 베어링은 공기를 윤활제로 사용하는 베어링으로서, 공기막내에서 발생하는 동압의 효과로 회전체를 지지하게 됩니다. 따라서 별도의 가압 장치가 필요하지 않아 구조가 단순합니다. 특히 베어링면이나 회전체면에 그루브가 있는 경우 그루브가 추가적인 동압을 발생시켜 더욱 효과적으로 회전체를 지지할 수 있게 됩니다.

최근 축-베어링 시스템의 구조를 간단하게 하기 위해 Fig. 1과 같이 저널-스러스트 베어링을 연결시킨 형태의 축-베어링 시스템이 제안되고 있습니 다. 따라서, 압력 고정 경계 대신 저널-스러스트 베어링이 상호 연결된 경계에서 질량 보존을 만족하 는 새로운 경계 조건을 적용해야 합니다. 따라서 본 연구에서는 상호 연결된 저널-스러스트 베어링 의 성능을 보다 정확히 예측하기 위해, 저널-스러스트 베어링의 상호 연결 경계에서 질량 보존을 만 족하는 덕트 모델을 개발하고 이를 이용하여 상호 연결 경계에 적용될 수 있는 새로운 경계 조건을 제시하였습니다. 제시된 경계 조건을 적용하여 상호 연결 경계를 가지는 베어링의 성능에 대하여 연 구하였고, 나아가 상호 연결 부분의 부피가 베어링의 성능에 미치는 영향에 대해서 연구하였습니다.

Fig. 5의 상호 연결 부분의 크기를 달리하며 계산한 압력 분포를 나타낸다. Fig. 5의 경계 조건 (1)은 Lee(9) 등이 제시한 z방향의 유량 흐름을 무시하는 경계 조건이며 경계 조건 (2)는 상호 연결 경계 에서 압력이 z방향으로도 일정하다는 가정을 이용한 것으로, 저널 베어링을 통해 나오는 유량의 총합과 스러스트 베어링을 통해 나오는 유량의 총합 의 합이 0이라는 조건을 이용합니다. Fig. 5의 경계 조건 (3)은 본 연구에서 제시한 덕트모델을 이용한 것으로서 상호 연결 부분의 크기를 달리하며 계산 한 경우입니다. 상호 연결 부분에 해당하는 덕트의 크기가 작을 때에는 z방향 유량을 무시한 (1)번 경 계 조건과 압력 값이 매우 유사하게 구해졌으나 덕트의 크기가 커짐에 따라 덕트가 일종의 압력 reservoir 역 할을 하여 압력 분포의 형태가 점점 평탄해짐을 알 수 있습니다.

이를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었습니다.
(1) 저널-스러스트 베어링 사이의 상호 연결 경계의 압력 분포는 상호 연결 부분의 크기에 매우 큰 영향을 받는다. 상호 연결 부분의 크기가 작은 경우는 상호 연결 경계의 압력 분포는 z 방향 유량을 무시한 경우와 매우 흡사하나, 상호 연결 부분의 크기가 증가함에 따라 압력 분포는 균일해진다.
(2) 상호 연결된 저널-스러스트 베어링은 펌핑 영역이 확장되어 보다 큰 동압의 발생을 기대할 수 있다. 본 논문에서 해석된 결과에 따르면 상호 연결된 스러스트 베어링의 부하용량의 크기는 상호 연결되어 있지 않은 스러스트 베어링에 비해 5배 정도 컸다.