플로팅 링 베어링으로 지지되는 초고속 회전체 시스템의 동적 거동 특성 및 주요 베어링 설계 변수에 대한 고찰

Abstract

비선형 동적 특성이 매우 두드러지는 플로팅 링 베어링(floating ring bearings)은 차량용 터보차저를 비롯한 일부 초고속 회전기계에 오랫동안 적용되어 왔으며, 신뢰성과 내구성이 매우 뛰어난 것으로 알려져 있다. 플로팅 링 베어링은 비교적 단순한 구조와 저렴한 제작 비용으로 매우 높은 회전속도와 작동 온도에서도 회전체 시스템을 안정적으로 지지하는 장점을 가지고 있지만, 최근 에너지 및 동력 분야에서 많은 주목을 받고 있는 초소형 고속 터보기계와 소형 가스터빈과 같은 회전기계에 적용하기 위한 사례 연구는 아직 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 플로팅 링 베어링을 새로운 고온 및 고속 회전기계에 적용하기 위해 설계할 때 반드시 고려할 주요 변수들을 살펴보고, 베어링 설계 인자 변화가 베어링 정적, 동적 특성 및 이로 지지되는 회전체의 동역학적 특성 변화에 미치는 영향을 고찰해 보았다. 특히 플로팅 링 베어링의 크기 (내경, 외경, 길이, 그루브, 오일 공급 유로) 선정에 따라 영향을 받는 베어링 윤활 특성 변화를 기존 문헌을 토대로 살펴보고 설계 시 실용적으로 적용할 수 있는 방안을 제시하였다. 본 연구 결과를 토대로 윤활 유체의 온도와 점성 변화를 바탕으로 플로팅 링 베어링의 상세 설계 결과를 고찰하여, 이러한 베어링 특성이 초고속 비선형 회전체 거동 결과에 미치는 영향을 통합적으로 살펴보았다.