스러스트 베어링 이해
A 추력 베어링 (축 방향 베어링이라고도 함)은 축 방향 또는 추력 하중과 같이 축 축에 평행하게 작용하는 하중을 전달하고 축 방향 위치를 제어하도록 설계된 특수 베어링입니다. 로터. 방사형과 달리 저널 베어링, 축에 수직으로 하중을 지지하는 스러스트 베어링은 축 축에 수직인 접촉면을 제공하므로 어느 축 방향으로든 축을 밀려는 힘에 저항할 수 있습니다. 레이디얼 베어링과 스러스트 베어링은 함께 완전한 로터 베어링 시스템.
스러스트 베어링은 펌프, 컴프레서, 터빈, 프로펠러 샤프트 및 수직 방향 장비 등 축 방향의 힘이 존재하는 모든 곳에서 필수적입니다. 스러스트 베어링의 고장 또는 부적절한 용량은 과도한 축 진동, 로터가 고정된 부품에 접촉할 경우 샤프트 엔드 플레이 및 잠재적으로 치명적인 손상을 초래할 수 있습니다.
1. 스러스트 베어링과 레이디얼 베어링: 차이점은 무엇인가요?
스러스트 베어링을 이해하는 가장 명확한 방법은 함께 작동하는 레이디얼 베어링과 대조하는 것입니다. 이 둘은 방향 크기나 구조가 아닌 하중을 견딜 수 있도록 제작되었습니다.
- 레이디얼 베어링 (예 저널 베어링)는 부하를 전달합니다. 수직 로터의 무게와 로터의 반경 방향 힘은 불균형. 하중을 전달하는 표면은 원통형이며 샤프트를 감싸고 있습니다.
- 스러스트 베어링 부하를 운반합니다. 병렬 중심선을 따라 축 방향으로 밀리는 힘입니다. 하중을 전달하는 표면은 샤프트와 직각으로 설정된 평평한(또는 모양이 있는) 면으로, 로터의 칼라 또는 숄더에 맞닿아 있습니다.
일반적인 기계에는 두 개의 레이디얼 베어링이 샤프트의 측면에 위치하여 무게를 지탱하고, 단일 스러스트 베어링은 로터의 축 위치를 고정하고 순 축력을 흡수합니다. 일부 설계에서는 이 두 가지 기능을 결합하기도 합니다. 각도 접촉 또는 테이퍼 롤러 베어링은 반경 방향 및 축 방향 하중을 동시에 전달하지만 대형 터보 기계에서는 축 방향 하중을 공유하기에는 너무 크기 때문에 스러스트 베어링은 거의 항상 반경 방향 베어링과 분리된 전용 부품입니다.
2. 스러스트 베어링의 종류
스러스트 베어링은 볼이나 롤러를 통해 하중을 전달하는 구름 요소 유형과 가압된 유막 위에 로터를 띄우는 유막 유형으로 크게 두 가지 제품군으로 나뉩니다. 이들 중 어떤 것을 선택할지는 주로 하중, 속도, 기계 크기에 따라 결정됩니다.
구름 요소 스러스트 베어링
볼이나 롤러를 통해 추력을 전달하며 중간 하중의 일반 기계에서 흔히 볼 수 있습니다. 이들의 상태는 다음과 같은 방법으로 추적할 수 있습니다. 롤링 요소 결함 방사형 베어링에 사용되는 서명입니다.
- 볼 스러스트 베어링: 볼 요소는 평평하거나 홈이 있는 스러스트 와셔 사이에서 작동합니다. 적당한 하중 용량, 중간에서 고속, 우수한 축 방향 위치 정확도. 공작 기계, 자동차 변속기 및 기타 중간 정도의 추력이 필요한 작업에 사용됩니다.
- 원통형 롤러 스러스트 베어링: 스러스트 와셔 사이의 롤러는 점 접촉이 아닌 선 접촉을 통해 매우 높은 용량을 제공하지만 저속에서 중속에서만 가능합니다. 중장비, 수직 펌프 및 크레인 후크에 사용됩니다.
- 테이퍼형 롤러 스러스트 베어링: 테이퍼 롤러는 복합 및 높은 축 방향 하중에 적합한 진정한 롤링 동작을 제공합니다. 단일 베어링이 반경 방향 및 축 방향 하중을 모두 전달하며 간격을 통해 예압을 조정할 수 있습니다. 자동차 휠 허브, 기어박스 및 복합 하중 상황에서 흔히 사용됩니다.
- 구형 롤러 스러스트 베어링: 배럴형 롤러와 곡선형 레이스웨이는 매우 높은 축 방향 하중을 견디면서 샤프트 오정렬을 허용하므로 중공업의 길고 약간 휘어진 샤프트에 유용합니다.
- 앵귤러 콘택트 볼 베어링: 볼 접촉부가 비스듬히 설정되어 있어 베어링이 반경 방향 및 축 방향 하중을 모두 견딜 수 있으며, 종종 쌍으로(연속 또는 마주보게) 장착됩니다. 고속 지원; 공작 기계 스핀들 및 고속 펌프에 사용됩니다.
유체 필름 추력 베어링
유체역학적 오일 필름 위에 로터를 띄워 대형 고출력 기계에 적합합니다. 정상 작동 시 금속과 금속이 접촉하지 않기 때문에 수명이 거의 무제한에 가깝고 감쇠력이 뛰어나며, 가압 오일을 지속적으로 공급해야 하는 단점이 있습니다.
- 틸팅 패드 스러스트 베어링 (발명자의 이름을 따서 킹스베리 또는 미셀 베어링이라고도 함): 여러 개의 피벗 패드가 각각 기울어져 오일 쐐기를 형성하여 스러스트 칼라를 패드 밖으로 들어 올립니다. 대형 터빈에서 용량은 메가와트에 달하고, 속도는 사실상 무제한(30,000rpm 이상 사용)이며, 감쇠 성능이 뛰어납니다. 증기 터빈, 가스 터빈, 대형 컴프레서 및 발전기에 사용됩니다.
- 고정 패드(테이퍼형) 스러스트 베어링: 테이퍼형 램프로 가공된 고정식 패드는 움직이는 피벗 없이 오일 웨지를 생성합니다. 틸팅 패드에 비해 부하 반전에 대한 내성은 떨어지지만, 움직이는 부품이 없어 간단하고 견고하며 대용량입니다. 수직 펌프 및 수력 터빈에 사용됩니다.
3. 스러스트 베어링이 사용되는 곳: 응용 분야
로터가 축을 따라 순방향으로 밀리는 기계에는 그 힘을 흡수하고 로터를 제자리에 고정하기 위해 스러스트 베어링이 필요합니다. 가장 일반적인 적용 분야는 다음과 같습니다:
- 원심 펌프 및 컴프레서: 각 임펠러의 압력 상승은 스러스트 베어링이 전달해야 하는 흡입 측을 향한 큰 축 방향 힘을 생성합니다.
- 증기, 가스 및 수력 터빈: 작동 유체가 블레이드 열을 축 방향으로 밀고, 스러스트 베어링(일반적으로 틸팅 패드 유형)이 이 힘과 씰 및 블레이드 팁의 밀착된 간격에 대항하여 로터를 고정합니다.
- 해양 추진(선박 및 보트 추력 베어링): 프로펠러의 추진력은 프로펠러 샤프트를 통해 선박 전체를 전진시키고, 고강도 선박용 추력 베어링은 이 추진력을 샤프트에서 선체로 전달합니다. 이는 엔지니어링 분야에서 가장 까다로운 추력 베어링 업무 중 하나입니다.
- 발전기 및 전기 모터: 수직 기계에서 스러스트 베어링은 로터의 사하중을 추가로 전달하며, 모든 기계에서 축 방향 추력에 저항합니다. 자기 흡인력.
- 기어박스: 헬리컬 및 베벨 기어는 샤프트 스러스트 베어링이 흡수해야 하는 축 방향 반응을 생성합니다.
- 공작 기계 스핀들, 자동차 드라이브 트레인 및 크레인: 더 작은 구름 요소 스러스트 베어링은 샤프트를 배치하고 적당한 축 방향 하중을 전달합니다.
4. 수직 샤프트용 스러스트 베어링
수직 펌프, 수력 발전기, 대형 수직 모터와 같은 수직 기계는 공정 축 방향 힘뿐만 아니라 다음과 같은 힘도 전달해야 하므로 스러스트 베어링에 특별한 요구가 있습니다. 회전하는 어셈블리의 전체 정적 중량, 대형 수력 발전기의 경우 수백 톤에 달할 수 있습니다. 수평형 기계에서는 레이디얼 베어링이 그 무게를 지탱하고, 수직형 기계에서는 무게가 축을 따라 똑바로 작용하여 스러스트 베어링에 그대로 실립니다.
이러한 이유로 수직 기계는 거의 항상 무게와 공정 하중을 합친 크기에 맞는 대형 유막 스러스트 베어링(일반적으로 틸팅 패드 설계)을 사용하며 샤프트의 상단 또는 하단에 장착합니다. 베어링의 유막과 냉각은 연속 최대 부하 작동을 위해 설계되어야 하며, 베어링의 온도 및 축 방향 위치 는 전체 기계에서 가장 주의 깊게 관찰되는 파라미터 중 하나인데, 수직축 추력 베어링에 고장이 발생하면 로터가 회복할 여유 없이 고정자 위로 떨어지기 때문입니다.
5. 축 방향 하중 발생원
펌프 및 압축기
- 임펠러 유압 추진력: 임펠러의 압력 차는 주요 축 방향 힘 중 하나인 순 축 방향 힘을 생성합니다. 유압력 펌프에서.
- 크기: 적당한 크기의 펌프에서도 수천 파운드에 달할 수 있습니다.
- 방향: 일반적으로 흡입 쪽을 향합니다.
- 밸런싱: 균형 구멍, 백 베인 또는 반대 임펠러는 순 추력을 감소시킵니다.
터빈에서
- 증기 또는 가스 흐름은 블레이드에 축 방향 압력을 생성합니다 — 공기 역학적 힘 로터에 작용합니다.
- 추력 크기는 전력 출력에 따라 증가합니다.
- 시동 또는 부하 변경 시 방향이 반전될 수 있습니다.
- 더미 피스톤 또는 밸런스 피스톤을 사용하여 이를 상쇄합니다.
기어박스에서
- 헬리컬 기어는 전달된 토크에 비례하여 축 방향 추력을 생성합니다.
- 베벨 기어는 축 방향 힘 성분을 생성합니다.
- 추력 방향은 기어 핸드(나선 각도의 방향)에 따라 달라집니다.
기타 출처
- 자기 흡인력: 전기 모터에서, 자기 불균형 축 방향 힘을 생성합니다.
- 프로펠러 및 팬: 작동 유체의 가속으로 인한 공기 역학적 추력.
- 벨트 드라이브: 각진 벨트는 축 방향 힘 성분을 생성합니다.
- 정렬 불량: 각도 (앵귤러) 정렬 불량 커플링에서 진동하는 축 방향 힘을 생성합니다.
6. 추력 베어링 문제 및 진단
일반적인 장애 모드
- 초과 적재: 추력이 베어링의 정격 용량을 초과하는 경우 - 공정이 중단되거나 밸런스 장치가 마모되어 순축력이 설계 이상으로 커지는 경우가 많습니다.
- 부적절한 윤활: 오일 흐름이 부족하거나 그리스가 부족하면 접촉면이 고갈되어 유막이 무너지고 표면이 닿을 수 있습니다.
- 오염: 오일 속 입자가 추력 표면을 긁어 손상시킵니다.
- 마모와 피로: 마모 또는 주기적 하중으로 인한 표면 열화, 범위는 다음과 같습니다. 피팅 부식 에서 스폴링 또는 레이스웨이의.
- 정렬 불량: 샤프트와 직각이 아닌 스러스트 칼라는 패드를 고르지 않게 하중을 가하고 한쪽이 과열됩니다.
- 전기적 침식: 유막을 통과하는 샤프트 전류가 베어링 표면에 구멍을 내어 가변 주파수 구동 기계에서 점점 더 큰 문제가 되고 있습니다.
- 과열: 과도한 마찰이나 불충분한 냉각으로 인해 배빗이 부드러워지고 패드가 닦이는 경우가 대부분입니다.
이러한 모드에 대한 사이징 마진은 정량적으로 확인할 수 있습니다. 베어링이 반경 방향 및 축 방향 하중을 모두 받으면 베어링 등가 동적 하중 계산기 를 단일 값으로 결합하면 정적 안전 계수 계산기 정지 추력 하에서 브릴링에 대한 보호 및 L10 베어링 수명 계산기 예상 서비스 수명을 예측합니다.
진동 및 축 방향 측정 증상
- 높은 축 방향 진동: 추력 베어링 문제의 주요 지표로, 일반적으로 가장 잘 보이는 것은 축 방향 가 아닌 방사형입니다.
- 축 방향 위치 상승: 유체 필름 기계에서 패드가 마모됨에 따라 샤프트가 한계를 향해 표류하는 것은 베어링 손실의 직접적인 척도입니다.
- 저주파 진동: 축이 그 간격 내에서 축 방향으로 떠 있습니다.
- 영향을 미치는: 축 간극이 과도하면 샤프트가 스톱에 충격을 가하여 날카로운 피크를 생성합니다. 진동 신호.
- 측정: 축 근접 프로브 또는 가속도계 를 통해 이러한 증상을 확인할 수 있습니다.
기타 지표
- 온도 상승: 유체 필름 베어링에서 가장 먼저 나타나는 증상인 스러스트 베어링이 뜨거워지는 현상입니다.
- 소음: 추력 베어링 위치에서 비정상적인 소리가 납니다.
- 축 방향 유격: 축 방향의 측정 가능한 샤프트 움직임.
- 오일 품질: 윤활유에 나타나는 금속 입자.
7. 현장에서의 추력 베어링 상태 측정
조립된 기계의 경우, 추력 베어링 상태는 테스트 스탠드가 아닌 현장에서 측정한 축 방향 측정값을 통해 판단합니다. 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기는 발란셋-1A 를 사용하면 엔지니어가 축 방향 진동 진폭과 단계 의 추력 끝에서 방사형 판독값과 비교하여 실제 추력 베어링 조난을 축 방향 진동과 분리합니다. 정렬 불량 또는 구부러진 샤프트도 생산할 수 있으며, 이 모든 것을 분해하기 위해 생산을 중단하지 않아도 됩니다. 동일한 장비로 더 넓은 범위의 진동 그림과 같이 자체 베어링에서 로터의 균형을 한 번 잡을 수 있습니다. 불균형 가 확인되면 추력 수치를 기계의 전체 상태에 다시 연결합니다.
8. 모니터링 및 유지 관리
중요 모니터링 매개변수
- 축 방향 진동: 의 일부로 연속적으로 또는 주기적으로 측정됩니다. 진동 모니터링 프로그램.
- 축 위치: 스러스트 베어링을 기준으로 샤프트의 축 위치를 추적하는 근접 프로브입니다.
- 추력 베어링 온도: 고장의 가장 빠른 경고 신호인 경우가 많은 RTD 또는 열전대 모니터링( 온도 센서).
- 오일 흐름과 압력: 유체 필름 스러스트 베어링의 경우 공급 중단은 즉각적인 경보 조건입니다.
유지 관리 관행
- 추력 베어링 윤활 및 오일 공급이 적절한지 확인합니다.
- 오버홀 시 축 간격을 확인하세요.
- 추력 표면을 검사합니다. 마모 또는 손상.
- 가능한 경우 스트레인 게이지 또는 로드셀을 사용하여 실제 추력 하중을 측정합니다.
- 온도 및 진동 데이터를 추이하고, 상세한 진동 분석, 의 일부로 상태 모니터링 프로그램.
스러스트 베어링은 레이디얼 베어링보다 덜 주목받는 경우가 많지만, 회전 기계에서 축 방향 위치를 제어하고 축 방향 하중을 전달하는 데 매우 중요합니다. 사용 가능한 유형, 추력의 원천 및 고장 모드를 이해하면 적절한 베어링 선택, 효과적인 모니터링 및 적시 유지보수가 가능하므로 회전자에서 고정자 접촉으로 끝나는 고장 및 기계의 파괴를 방지할 수 있습니다.
9. 자주 묻는 질문
스러스트 베어링의 기능은 무엇인가요?
스러스트 베어링은 축 방향 하중(축과 평행하게 작용하는 힘)을 전달하고 로터의 축 방향 위치를 고정합니다. 스러스트 베어링은 공정에서 발생하는 순 추진력(임펠러 추력, 블레이드 추력, 프로펠러 추력)을 흡수하고 샤프트가 고정된 부품으로 드리프트되는 것을 방지합니다.
스러스트 베어링과 레이디얼 베어링의 차이점은 무엇인가요?
하중의 방향. 레이디얼 베어링은 축에 수직인 하중(로터의 무게와 측면 힘)을 전달하고 스러스트 베어링은 축에 평행한 하중(축 방향의 힘)을 전달합니다. 대부분의 기계는 이 두 가지를 모두 사용하며, 앵귤러 콘택트 또는 테이퍼 롤러 베어링과 같은 일부 복합 하중 유형은 한 번에 두 가지 작업을 모두 수행합니다.
스러스트 베어링의 주요 유형은 무엇인가요?
두 가지 제품군. 볼, 원통형 롤러, 테이퍼 롤러, 구형 롤러 및 앵귤러 컨택트 등 롤링 요소 유형은 중간 정도의 하중과 일반 기계에 적합합니다. 유막 유형 - 틸팅 패드(킹스베리) 및 고정 패드 테이퍼형 - 로터를 유막 위에 띄워 대형 터빈, 컴프레서 및 수직 기계의 매우 높은 하중을 처리합니다.
수직형 기계에 특수 스러스트 베어링이 필요한 이유는 무엇인가요?
수직 샤프트에서 스러스트 베어링은 공정 축 방향 힘뿐만 아니라 샤프트 축을 따라 똑바로 작용하는 로터의 전체 정하중을 전달합니다. 이 때문에 수직 펌프와 수력 발전기는 결합 하중에 맞는 크기의 대형 유체 필름 스러스트 베어링을 사용합니다.
스러스트 베어링 고장은 어떻게 감지하나요?
가장 명확한 징후는 축 방향 진동 증가, 측정된 축 위치의 드리프트, 베어링 온도 상승입니다. 축 근접 프로브, 가속도계 및 온도 센서는 시간에 따라 추세를 보이며, 휴대용 분석기로 가동 중인 기계에서 진단을 확인할 수 있습니다.
스러스트 베어링이 고장나는 원인은 무엇인가요?
정격 용량을 초과하는 과부하, 윤활 실패, 오일 오염, 표면 피로(피팅 및 스팔링), 스러스트 칼라의 정렬 불량, 샤프트 전류로 인한 전기적 침식 등이 있습니다. 과열은 일반적으로 베어링을 닦아내는 일반적인 종착점입니다.
