선박용 터보차저 플로팅 링 저널 베어링의 동역학적 특성

Abstract

본 연구에서는 자동차와 선박용 디젤엔진의 효율을 향상시키는 터보차저(turbocharger)에서 주로 쓰이는 고속 경량 회전체를 지지하는 플로팅 링 저널 베어링(floating ring journal bearing)의 동특성을 해석과 실험적으로 구하였다. 베어링의 동특성 계수는 회전체의 설계와 해석을 위해서 필요한 매우 중요한 파라미터 이다. 하지만 현재까지의 연구는 동특성의 해석에 관한 연구가 주를 이루었고, 플로팅 링의 동특성을 실험적으로 구하려는 시도가 없었다. 따라서 본 논문은 플로팅 링 저널 베어링의 동특성 계수를 실험적으로 추출하고 이를 해석결과와 비교하였다. 동특성을 해석적으로 추출하기 위하여 내측유막과 외측유막 각각의 동특성 계수를 섭동법(perturbation method)을 이용하여 구하였고 이를 임피던스 방법(impedance method)을 이용하여 전체 베어링의 동특성 계수를 구하였다. 베어링의 동특성 계수를 실험적으로 추출하기 위하여 선박용 터보차저에서 쓰이는 베어링과 동일한 형상으로 베어링을 가공하여 테스트 장치를 설계하였고, 가진 실험(impact test)을 통하여 각 회전속도 별 시스템의 주파수응답함수(frequency response function)를 구하였다. 이를 Least square method(LSM)와 Instrumental variable method(IVM)를 이용하여 curve-fitting하고 시스템의 동특성 값을 제거하여 플로팅 링 저널 베어링의 동특성 계수를 추출하였다. 연구 결과로 플로팅 링의 회전 속도와 동특성 계수를 비교하여 해석과 실험결과가 비교적 일치하는 경향을 보임을 확인하였다. 또한 축의 회전속도가 빨라질수록 베어링의 병렬강성이 증가하고 감쇠가 감소함을 확인하였고, 그로 인한 베어링의 불안정성 증가를 확인하였다.