KR0176235B1 - 피스톤막대용의 스터핑 박스 시일 - Google Patents

피스톤막대용의 스터핑 박스 시일 Download PDF

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Abstract

2사이클 디젤모터의 피스톤막대(1)에 인접된 피스톤측상부패킹구역(10)의 범위는 여러부분으로 구성된 금속스트리퍼(12)에 의하여 한정되어 있다. 이러한 스트리퍼는 내화성 링으로서 이용되고, 작은 유격에 의하여 부하없이 피스톤막대를 둘러싸고 있다. 동일한 패킹구역내에서 그 아래에 놓여있는 페킹링(17, 19)은 플라스틱으로 되어있다. 코르스 헤드측, 즉 크랭크실측의 하부패킹구역(20)에는 패킹 링(19)뿐 아니라, 스트리핑 링(21)도 플라스틱으로 제조되어 있다. 이러한 스터핑 박스 시일은 피스톤막대(1)에서의 마찰을 현저하 적게 하고, 수명도 길어진다. 이에 따라 윤활유의 소비가 감소된다. 간단한 구조는 조립과 정비시간을 단축시키고 예비부품의 유지를 최소화시킨다.

Description

피스톤막대용의 스터핑 박스 시일
제1도는 서로 분리되어 있는 상, 하부패킹과 안내링이 달려 있는 디젤모터의 스터링 박스 시일을 도시한 수직단면도.
제2도는 안내링이 없는 또다른 선박디젤모터용 스터핑 박스의 일변형을 도시한 부분종단면도.
제3도는 3개부분으로 구성된 내화성 링을 도시한 정면도.
제4도는 확대단면도.
제5도는 스트리핑 링을 도시한 정반대 단면도.
제6도는 접합점 영역을 도시한 확대단면도.
제7도는 패킹링을 도시한 정반대 단면도.
제8도 접합점 영역을 도시한 확대 횡단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 피스톤막대 2 : 세척공기실
3 : 크랭크실 7 : 중간바닥
10, 20 : 패킹구역 11, 22 : 견인스프링
12 : 스트리퍼 13 : 챔버링
14 : 안내링 15 : 클램프
17, 19 : 패킹 21 : 스트리핑 링
121 : 분절 122 : 다리
124 : 유출천공 125, 225 : 홈
172 : 분리면 176 : 연단
221 : 접합점 226 : 립
본 발명은 피스톤측의 상부패킹구역과 크랭크측의 제2패킹구역이 제공된 내역기관의 피스톤막대용 스터핑 박스 시일(stuffing box seal)에 관한 것이다. 이러한 종류의 스터핑 박스 시일은 특히 선박디젤모터용으로 공지되어 있다. 이에 관하여는 Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg 회사의 DE-B21'14'152에 기술되어 있고 일변형은 EP-A-0'138'443에 기술되어 있다.
각 스터핑 박스 시일의 역할에는 예를 들면 기름이 함께 휩쓸려가는 것을 방지하기 위하여 크랭크유와 실린더유를 최대한 분리시키고 즉 깨끗한 크랭크유는 아래로부터 더러워진 실린더유는 위로부터 스트리핑하고, 크로스 헤드로부터의 압력충격을 밀폐시키고, 세척공기압을 차단시키고, 수명을 길게하고, 예를 들면 세척공기실내에서 연소하는 것과 같은 극단적인 조건하에서도 기능을 원활하게 발휘하고, 기름손실을 감소시키고, 피스톤막대의 마모를 최대한으로 적게 한다는 다수의 조건들이 포함된다.
고도의 밀폐성과 스트리핑작용을 달성하기 위하여는 밀폐링과 스트리핑 링이 피스톤막대에 정확히 인접되어야 한다. 이것은 부족된 양으로도 피스톤막대에 유체가 스며들지 못하게 정확히 접착되는 비교적 유연한 가요성 재료로 링을 구성함으로써 달성할 수 있다. 그외에도 절단부는 유체가 직접 링을 넘어서 흐를 수 없도록 밀봉시켜야 한다.
통상적인 스트리핑 링을 금속으로 여러개의 부분으로 만들어져 있고, 절단부는 직선으로 되어 있다. 이러한 링은 큰 스프링의 힘에 의하여서만 가까스로 피스톤막대의 정확한 형태에 적합하게 되고, 이때 시동시 및 유입시에는 무엇보다도 상,하부 사점(死点)에서 링과 막대에 강한 마찰이 일어나게 된다. 더구나 이와 같은 금속마찰로 인하여 긁힌 자국이 생기고, 이것이 또한 패킹을 저하시킨다.
이러한 패킹의 수명은 특히 윤활에 따라 달라진다. 여기에서 윤활은 피스톤막대에 따라 적당한 크리프 누설에 의하여 실시된다. 그러한 윤활을 위한 이와 같은 누설은 기름의 현저한 과소비를 초래한다. 통상적으로 금속밀폐링은 3개 이상의 이음매를 가진다. 이것도 또한 밀폐성을 저하시키게 된다.
DE-A-23'512'850(G. espey)에서 처음으로 스트리핑 링을 탄성물질로 한가닥으로 만드는 것을 제안하였다. 특히 EP-A-0'139'965에 의한 밀폐링과 스트리핑 링을 피스톤막대용 스터핑 박스 시일내에 사용하였다. 이러한 밀폐링 또는 스트리핑 링은 크랭크실측의 하부패킹구역내에서만 소수로 사용되었다. 이에 의하여 밀폐성은 어느 정도 향상되었으나, 금속으로 만든 상부 스터핑 박스 시일의 수명이 만족스럽지 못하였고, 피스톤막대의 마모가 컸기 때문에 이와 같은 해결방법은 실시하기가 어려웠다.
따라서 본 발명의 과제는 전술한 종류의 스터핑 박스 시일을 피스톤막대의 질량이 부족된 경우에도 밀폐성을 지속시키거나 향상시킴으로써 수명을 길게하고 기름의 소바량을 감소시키고 링과 피스톤막대의 마모를 적게하고, 조립과 정비뿐만 아니라 예비품의 유지까지도 감소화시킬 수 있도록 개량하는 것이다.
이러한 과제는 본 발명의 특허청구법의 제1항에 의한 특징을 가진 스터핑 박스 시일에 의하여 해결한다.
종래에는 강도와 온도를 참작하여 크랭크실 바로 다음에 놓여있는 패킹만을 플라스틱으로 만드는 것이 중요하다고 생각하였다. 그러나 많은 시험에 의하여 이러한 종류의 스터핑 박스 시일은 수명이 상당히 짧고, 대향면들도 크게 마모된다는 사실을 알게 되었다. 본 출원인은 상당한 측정에 의하여 플라스틱으로 만든 이음매없는 밀폐링과 스트리핑 링의 밀폐성이 너무 높기 때문에 그위에 놓여있는 금속으로 만든 밀폐링과 스티리핑 링이 불충분하게 윤활된다는 것을 확인하였다.
정도가 높아지는 마찰을 적당히 조정하면 이로 인하여 누설이 많아지고 이에 따라 스터핑 박스 시일의 수명도 더 짧아진다. 전문가들의 예상과는 달리 본 발명의 특허청구범위 제1항의 특징을 가진 스터핑 박스 시일은 능률과 수명이 높고 이에 따라 기름의 손실이 매우 적다는 것이 판명되었고, 이는 한편으로 스터핑 박스 시일의 밀폐성에 의하여 다른 한편으로는 링의 윤활필요의 감소에 의하여 설명할 수 있다.
본 발명의 2가지 실시예를 첨부도면에 의하여 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도의 선박디젤모터용 스터핑 박스 시일의 일실시예를 도시한 수직단면도이다. 도시된 배열은 빈터투르에 조재하는 Firma Gebruder Sulzer AG의 선박모터와 같다. 중앙에는 크랭크실(3)로부터 피스톤막대측의 세척공기실(2)의 이르기까지 수직으로 뻗어있는 피스톤막대(1)가 있다. 도면상 2개의 패킹구역, 즉 피스톤막대측에 있는 제2패킹구역(10)과 크랭크실측의 제2패킹구역(20)이 있음을 명백히 알수 있다. Sulzor회사의 또다른 유형에서는 예를 들면 링의 수가 변동되지만 원칙은 동일하다.
피스톤막대측에 있는 상부패킹구역(10)에는 가장 위쪽으로 내화성 링으로서 이용되고, 금속으로 만들어진 큰 스트리퍼(12)가 제공되어 있다. 이 링에 대하여는 제3도 및 제4도에서 더 상세히 설명한다. 내와성 링은 챔버링(13)의 주변에 놓여있다. 큰 스트리퍼(12) 아래에는 전술한 "유통(floating)" 스트리핑 패킹(17)이 놓여있다. 상부스트리핑 패킹(17), 아래에는 안내링(14)이 챔버링(13)의 홈속에 들어있다. 클램프(15)가 이러한 상부패킹들을 유지한다, 여러부분(여기에서는 3개부분)으로 구성된 스트리퍼는 하나 이상의 여러부분으로 구성된 견인스프링에 의하여 방사상 방향으로 유지되어 있다. 전술한 견인스프링(11)과 동일한 견인스프링들이 안내링(13) 둘레에도 놓여있고 클램프(15)를 가로지른다.
종래의 Sulzer 시스템에서는 챔버링(13)의 내측면이 땜 납으로 주조 및 가공되어 안내링으로 이용된다. 따라서 이 구역만이 마모되지만 때로는 링 전체를 교제하여야 되기 때문에 이를 정비업소에 보내어 땜납층을 기계적으로 제거하거고 다시 새로이 가공하여 되며 이로 인하여 상당한 비용이 소요된다. 이러한 비용을 피하기 위하여 대개는 이 링을 버리고 새로운 링으로 교체하는데 이것도 비용이 많이 소요된다.
본 발명의 기초가 되는 관념은 간단한 방법으로 일지점에서 교체할 수 있고 자체윤활되는 재료로 구성된 한가닥의 안내링을 대응하는 홈속에 끼워넣는 것이 관계되며 여기에서는 강철로 구성된 챔버링(13)은 항시 재사용할 수 있다.
이러한 제1패킹 아래쪽에 또다른 스트리핑 패킹(19)이 제공되어 있다. 동일한 스트리핑 패킹(19)이 크랭크실과 크로스헤드측 패킹구역(20)내에서 최상부에 놓여있다. 이러한 스트리핑 패칭(19) 아래쪽에는 함께 견인스프링(22)에 의하여 눌려있는 다수의 스트리핑 링(21)이 배치되어 있다. 제7도 및 제8도는 스트리핑 패킹(17, 19)의 실시예를 상세히 도시한 것이다. 스트리핑 링(21)은 제5도 및 제6도에 상세히 도시되어 있다.
제2도에 도시된 제2실시예의 원리는 예를 들면 Burmeister & Wain, Kobe, MAN 회사들의 선박모터에 적합한 일변형에 상응하는 것이다. 피스톤막대(1)는 크랭크실(3)을 피스톤막대측의 세척공기실(2)로부터 분리시키는 중간바닥(7)을 통하여 활동(滑動)한다. 여기에서도 제1실시예에서 보다는 명료하지 아니하나 제1패킹구역(10)과 크랭크실측의 제2패킹구역(20)이 제공되어 있음을 알 수 있다. 스터핑 박스 시일 전체는 2개의 부분으로 구성되고 중간바닥(7)위에 나사로 죄어붙여져 있는 패킹케이싱내에 들어있다. 이러한 케이싱위쪽에는 여러부분으로 구성된 금속스트리퍼(12)가 그 아래 놓여있는 스트리핑 패칭(17)과 함께 배치되어 있다. 스트리퍼(12)는 금속으로 만들어져 있고, 하부지지물(15')과 함께 플라스틱으로 구성된 그 아래에 있는 스트리핑 패킹(17, 19)을 세척공기실(2)내의 열과 경우에 따라 존재하는 불꽃으로부터 보호한다. 여기에서 사용되고, 내화성 링으로서 이용되는 스트리퍼는 제3도 및 제4도에 도시된 실시예와 다른 단면형태를 가진다, 제2패킹구역(20)내의 피킹링(17, 19)과 스트리핑 링(21)은 제1도에 의한 실시예에서 사용하는 형태와 거의 동일하다.
제3도에 도시된 스트리퍼(12)는 3개의 분절(121)로 구성되어 있다. 스트리퍼(12)의 내경은 피스톤막대(1)의 직경보다 약간 더 크다. 따라서 스트리퍼(12)가 스터핑 박스 시일내에 장착되는 경우에는 피스톤막대(1)에 인접되는 것이 아니라 작은 유격을 가지고 이를 들러싸게 된다. 내화성 링으로서 이용되는 스트리퍼(12)에는 L자형 단면이 있다. 피스톤막대에 대하여 평행으로 뻗어있는 다리(122)에는 서로 일정한 간격을 두고 평행으로 뻗어있는 2개의 스트리핑 연단(123)이 제공되고 있다.이러한 2개의 스트리핑 연단 사이에는 일정한 간격을 두고 외측으로 향한 다수의 유출천공(124)이 제공되어 있다. 이와 같은 천공(124)은 벗겨진 오일과 그물입자들을 방출하는데 이용된다. 다리(122)에는 외측으로 반원형 단면을 가진 홈(125)이 파여 있다. 이 홈속에는 하나 또는 다수의 부분들로 구성되고 이에 의하여 몇 개의 분절(121)이 함께 유지되고 서로 눌려지는 견인스프링이 놓여있다. 제1도 및 제2도에는 이러한 스프링들이 단면으로 도시되어 있다. 밀폐성을 높이기 위하여 스프리핑 연단(123)에 동심으로 뻗어있고 래비린드 패킹(labyrinth packing)과 같은 홈을 제공할 수 있다.
제5도에 정반대의 단면도로 도시된 스트리핑 링(21)은 완전히 플라스틱으로 만들어져 있다. 특히 이를 위하여 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE)을 사용한다. 이 링은 여기에서는 한가닥으로 되어 있고, 일측면에서만 접합점(221)에 의하여 분리되어 있다. 이와 같이 일부분으로 만들어진 스트리핑 릴은 조립하기가 쉽고, 이에 따라 조립시간이 단축되기 때문에 매우 유리하다. 분리점(221)은 서로 중첩되는 2개의 부분(222)에 의하여 폐쇄된다. 따라서 2개의 부분(222')은 내측면에서 가장자리에 있는 2개의 환상스트리핑 립(226) 사이의 영역과 통하여 있다. 분리면(222')의 외측면은 견인스프링(22)이 들어있는 환상홈(225)과 통하여 있다. 접합부의 분리면(222')은 2개의 밀폐립(226) 사이의 중에서 외측으로 뻗어있기 때문에 환상홈(125)의 중앙에서 외측으로 놓이게 된다. 이에 의하여 견인스프링(22)이 2개의 부분(222)을 서로 떨어지게 밀어내기 때문에 링의 밀폐성을 파괴하고 링이 홈속에 고착되는 것이 방지된다.
제7도에 정반대 단면도로 도시된 스트리핑 패킹(17)은 접합부가 기밀하게 밀폐되어 있다는 것을 제외하고, 전술한 스트리핑 링(21)과 동일한 구조로 되어있다. 이 링도 PTFE로 만들어져 있다. 여기에도 서로 중첩되는 2개의 부분(172)에 의하여 밀폐되는 분리접합부(171)가 있다. 여기에서도 분리면(172)이 중앙스트리핑 연단(176)내로 뻗어있다. 더 넓은 패킹 링(17)에는 서로 평행으로 뻗어있는 3개의 스트리핑 연단(176)이 제공되어 있다. 여기에서도 외주면에는 적당한 스프링(18)이 들어갈 수 있는 2개의 환상홈(175)이 파여있다. 2개의 인접된 스트리핑 연단(176) 사이에는 오일방출천공(177)이 제공되어 있다. 밀폐링(17)은 밀폐링과 스트리핑 링의 컴비네이션으로 도시되어 있다. 이때 도면에서 우측은 오일방출천공이 달린 스트리핑측면이고, 좌측은 천공이 없는 패킹측면이 된다. 다수의 스트리핑 링들이 조밀하게 끼워져 있는 때에도 벗겨진 오일이 원활하게 방출될 수 있도록 외측면에는 아래쪽으로 경사지게 뻗어있는 리세스(178)가 제공되어 있다.

Claims (9)

  1. 피스톤측의 상부패킹구역(10)과 크로스 헤드측, 즉 크랭크실 측의 하부패킹구역(20)이 달려있는 2사이클 디젤모터의 피스톤막대(1)용 스터핑 박스 시일로서 상부패킹구역의 피스톤측에서 여러부분으로 구성된 금속스트리퍼(12)에 의하여 경계를 이루고, 이 스트리퍼가 내화성 링으로서 이용되고 스프링의 부하없이 피스톤막대를 작은 유격으로 둘러싸고 있으며, 그 아래쪽에 놓여있는 패킹링(17, 19)과 안내링(14)이 플라스틱으로 구성되어 있고, 하부패킹구역의 패킹링과 스트리핑 링(19, 21)도 모두 플라스틱으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스터핑 박스 시일.
  2. 제1항에 있어서, 피스톤막대(1)쪽으로 향하여 있는 안내링(14)의 활면에 피스톤막대의 세로방향으로 뻗어있는 다수의 홈이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 스프링 박스 시일.
  3. 제1항에 있어서, 패킹링(17, 19)이 한가닥으로 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 스터핑 박스 시일.
  4. 제1항에 있어서, 패킹링(17, 19)에 단순한 또는 이중작용을 하는 기밀한 접합부(172)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 스터핑 박스 시일.
  5. 제1항에 있어서, 스트리핑 링(21)에 2대의 스트리핑 연단(226)이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 스터핑 박스 시일.
  6. 제1항에 있어서, 분리접합부 영역내에 있는 스트리핑 링(21, 22)에 서로 중첩된 접합점이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 스터핑 박스 시일.
  7. 제4항에 있어서, 서로 중첩된 영역내에 있는 접합점의 분리면(172')이 중앙패킹립(176)내로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 스터핑 박스 시일.
  8. 제1항에 있어서, 스트리퍼(12)에 2개의 평행 스트리핑 연단(123)이 있고, 이 스트리핑 연단에에 래비린드 패킹을 형성하는 홈들이 파여있고, 스트리핑 연단(123)사이에 유출 천공(124)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스터핑 박스 시일.
  9. 제1항에 있어서, 패킹링 및 스트리핑 링(17, 19, 21)에는 그 스트리핑 연단(176, 226)사이에 오일방출천공(177, 223)이 제공되어 있고, 그 외측면에는 아래쪽으로 경사지게 뻗어있는 벗겨진 오일방출용 리세스(178)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 스터핑 박스 시일.
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