KR100412591B1 - Mechanical sealing structure of water pump - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 세라믹 회전체와 이를 지지하는 회전지지대 사이의 슬라이딩 접촉하는 상대 습동면에 냉각수에 포함된 이물질이 침투하는 것을 배제할 수 있는 구조의 워터펌프의 미캐니칼 시일을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a mechanical seal of a water pump having a structure that can prevent foreign substances contained in cooling water from penetrating into a relative sliding surface in sliding contact between a ceramic rotating body and a rotating support supporting the same.
이를 위해 본 발명은 임펠러가 고정 장착되는 회전 베어링 축과 함께 회전하는 시일 케이스와, 그 시일 케이스에 의해 고정되어 함께 회전하는 세라믹 회전체와, 그 세라믹 회전체가 회전할때 이를 밀착하여 지지해주며 고정 상태에 놓여지는 회전체 지지대와, 그 회전체 지지대가 상기 세라믹 회전체에 밀착하도록 탄발 지지하는 지지스프링 및 워터펌프 바디에 고정되는 지지부재를 포함하여 구성되는 워터펌프의 미캐니칼 시일부에 있어서, 상기 세라믹 회전체를 고정시키는 시일케이스의 단부는 세라믹 회전체를 지나 회전체 지지대의 외주 일부를 감싸도록 연장하며, 그 시일 케이스의 연장 단부에는 상기 회전체 지지대의 외주면에 밀착하여 접촉하는 고무립이 고정 장착된 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention provides a seal case that rotates together with a rotating bearing shaft in which an impeller is fixedly mounted, a ceramic rotor fixed by the seal case and rotates together, and closely supports the ceramic rotor when it rotates. In the mechanical seal portion of the water pump comprising a rotary support which is placed in a fixed state, a support spring for elastically supporting the rotary support to closely contact the ceramic rotating body, and a support member fixed to the water pump body. The end of the seal case for fixing the ceramic rotating body extends so as to surround a part of the outer circumference of the rotating body support through the ceramic rotating body, and the rubber end is in close contact with the outer circumferential surface of the rotating body support. The lip is fixedly mounted.
Description
본 발명은 엔진 냉각수 순환을 위한 워터펌프의 미캐니칼 시일부의 구조 개선에 관한 것이다.The present invention relates to a structural improvement of the mechanical seal of a water pump for engine coolant circulation.
실린더내의 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 달하나 이 열이 모두 동력으로 전환되는 것은 아니고 이 열의 상당량이 실린더, 실린더 헤드 및 피스톤 등에 흡수된다.The temperature of the combustion gas in the cylinder reaches 2000 ° C or more, but not all of this heat is converted to power, and a significant amount of this heat is absorbed in the cylinder, the cylinder head, and the piston.
이에따라 이들 부분들의 온도가 과도하게 상승하면 실린더 변형의 원인이 되거나 실린더 벽의 유막을 파괴시켜 윤활 불량이 일어나게 되며, 심하면 엔진 소착을 일으키고 연소 상태도 나쁘게 만들어 노킹이나 조기 점화를 유발하여 엔진 출력을 저하시키게 된다.As a result, excessively high temperatures in these parts can cause cylinder deformation or break the oil film on the cylinder wall, resulting in poor lubrication.Severe engine build-up and poor combustion can result in knocking or premature ignition, resulting in lower engine power. Let's go.
그러나 반대로 엔진이 너무 냉각되면 연소에 의해 생긴 열중에서 냉각으로 인하여 상실되는 양이 많아져 엔진의 열효율을 저하시켜 연료 소비를 증대시키며, 또 실린더내에 가솔린의 무화가 불충분한 혼합기가 공급되어 엔진 오일을 묽게 만들어 실린더의 마모를 촉진시키는 원인을 제공하게 된다.On the contrary, if the engine is cooled too much, the amount of heat lost due to combustion increases due to cooling, which lowers the thermal efficiency of the engine and increases fuel consumption. Also, a mixture with insufficient gasoline atomization is supplied into the cylinder to supply engine oil. The thinning will provide a cause to accelerate the wear of the cylinder.
이때문에 엔진을 냉각하여 과열을 방지하되, 과냉되지 않고 적온을 유지할 수 있도록 엔진 냉각 장치가 사용되고 있다.For this reason, the engine cooling device is used to cool the engine to prevent overheating, but to maintain the temperature without overcooling.
엔진을 냉각시키는 방식으로는 공랭식과 수냉식이 있는데 수냉식은 워터펌프에 의하여 냉각수를 강제로 실린더블록과 실린더 헤드에 공급하여 엔진을 냉각시키게 된다.There are air cooling and water cooling methods for cooling the engine. The water cooling system cools the engine by forcibly supplying the coolant to the cylinder block and the cylinder head by a water pump.
워터펌프(20)는 도 3에 도시하는 것과 같이 케이싱(도시생략)내에서 회전하는 임펠러(21)에 의해 냉각수의 송출압을 얻게되는데, 임펠러(21)를 장착한 회전 베어링축(22)을 통해 케이싱 밖으로 냉각수가 누설되는 것을 방지하기 위해 미캐니컬 시일(23)에 의해 회전 베어링축(22)을 밀봉하고 있다.The water pump 20 obtains the discharge pressure of the coolant by the impeller 21 rotating in the casing (not shown) as shown in FIG. 3, and the rotary bearing shaft 22 on which the impeller 21 is mounted is obtained. In order to prevent the cooling water from leaking out of the casing, the rotary bearing shaft 22 is sealed by the mechanical seal 23.
미캐니칼 시일(23)은 회전 베어링축(22)과 함께 회전하는 시일케이스(24)와, 그 시일 케이스(24)에 의해 고정지지되어 함께 회전하는 세라믹 회전체(25)와, 그 세라믹 회전체(25)가 회전할때 이를 지지해주는 회전체 지지대(26) 및 소성카본재로 형성되는 그 회전체 지지대(26)가 세라믹 회전체(25)에 밀착하도록 탄발 지지하는 지지스프링(27) 및 워터 펌프 바디(28)에 고정된 지지부재(29)로 구성되어 임펠러(21)측의 냉각수가 회전 베어링축(22)을 따라 외부로 누설되는 것을 상기 미캐니칼 시일부(23)에서 차단하게 된다.The mechanical seal 23 includes a seal case 24 that rotates together with the rotary bearing shaft 22, a ceramic rotor 25 that is fixedly supported by the seal case 24 and rotates together, and the ceramic rotor A support spring 27 for elastically supporting the rotating body support 26 supporting the whole body 25 when the whole 25 rotates and the rotating body support 26 formed of a plastic carbon material in close contact with the ceramic rotating body 25; It is composed of a support member 29 fixed to the water pump body 28 to block the leakage of the cooling water on the impeller 21 side to the outside along the rotary bearing shaft 22 in the mechanical seal 23 do.
그러나 미캐니칼 시일부(23)는 항상 냉각수 속에 잠겨 있고, 그 냉각수에는 엔진을 순환하는 과정에 엔진 가공시 발생한 가공칩이나 마모되어 발생한 쇳가루 및 주물사 등 많은 종류의 이물질이 포함되기 마련이어서, 종래의 시일 구조에 의하면 이 이물질들이 회전체(25)와 고정 상태인 회전체 지지대(26)사이의 습동면(30)에 끼어들어, 그 습동부에의 마찰 및 마모를 발생시키게 되며, 이에따라 펌프의 구동 토오크가 증대되고 마모량 증가에 의한 냉각수 누설 문제를 일으키고 있다.However, the mechanical seal 23 is always immersed in the coolant, and the coolant includes many kinds of foreign matters such as processed chips generated during engine processing or crushed powder and cast sand generated during engine circulation in the process of circulating the engine. According to the seal structure of the foreign matter is inserted into the sliding surface 30 between the rotating body 25 and the rotating body support 26 in a fixed state, causing friction and wear on the sliding portion, and accordingly The driving torque is increased and the cooling water leakage problem is caused by the increased amount of wear.
이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 세라믹 회전체와 이를 지지하는 회전지지대 사이의 슬라이딩 접촉하는 상대 습동면에 냉각수에 포함된 이물질이 침투하는 것을 배제할 수 있도록 한 구조의 워터펌프의 미캐니칼 시일을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned object, and its object is to provide a structure in which a foreign material contained in the cooling water can be prevented from infiltrating into the relative sliding surface in sliding contact between the ceramic rotating body and the rotating support supporting the same. To provide a mechanical seal of a water pump.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 임펠러가 고정 장착되는 회전 베어링 축과 함께 회전하는 시일 케이스와, 그 시일 케이스에 의해 고정되어 함께 회전하는 세라믹 회전체와, 그 세라믹 회전체가 회전할때 이를 밀착하여 지지해주며 고정 상태에 놓여지는 회전체 지지대와, 그 회전체 지지대가 상기 세라믹 회전체에 밀착하도록 탄발 지지하는 지지스프링 및 워터펌프 바디에 고정되는 지지부재를 포함하여 구성되는 워터펌프의 미캐니칼 시일부에 있어서, 상기 세라믹 회전체를 고정시키는 시일케이스의 단부는 세라믹 회전체를 지나 회전체 지지대의 외주 일부를 감싸도록 연장하며, 그 시일 케이스의 연장 단부에는 상기 회전체 지지대의 외주면에 밀착하여 접촉하는 고무립이 고정 장착된 것을 특징으로 한다.The present invention provides a seal case that rotates with a rotating bearing shaft fixedly mounted to the impeller, a ceramic rotor fixed by the seal case to rotate together, and when the ceramic rotor rotates to achieve the above object The support of the water pump comprising a rotating support that is in close contact and is placed in a fixed state, a support spring for elastically supporting the rotating support to closely contact the ceramic rotating body, and a support member fixed to the water pump body. In the mechanical seal portion, an end portion of the seal case for fixing the ceramic rotor extends to surround a portion of the outer circumference of the rotor support through the ceramic rotor, and an extension end of the seal case is provided on the outer circumferential surface of the rotor support. It is characterized in that the rubber lip fixedly mounted in close contact.
도 1은 본 발명에 의한 미캐니칼 시일구조를 나타내는 도면1 is a view showing a mechanical seal structure according to the present invention.
도 2는 도 1 에 도시된 시일구조의 A부 확대도2 is an enlarged view of a portion A of the seal structure shown in FIG.
도 3은 종래기술3 is a prior art
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
1 : 임펠러 2 : 회전베어링축1: Impeller 2: Rotating Bearing Shaft
3 : 미캐니칼 시일 4 : 세라믹 회전체3: mechanical seal 4: ceramic rotating body
5 : 회전체 지지대 6 : 지지스프링5: Rotating Body Support 6: Support Spring
7 : 워터펌프바디 8 : 지지부재7: water pump body 8: support member
9 : 시일케이스 9a : 연장부9: seal case 9a: extension part
10 : 고무립 11 : 립부10: rubber lip 11: lip
12 : 긴박스프링 13 : 습동부12: long box spring 13: sliding part
이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 워터펌프의 미캐니칼 시일 구조를 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명에 의한 미캐니칼 시일의 A부 확대도이다.1 is a view showing a mechanical seal structure of a water pump according to the present invention, Figure 2 is an enlarged view of a portion A of the mechanical seal according to the present invention.
부호 1은 펌프 하우징(도시생략)내에서 회전 하는 것에 의해 냉각수에 원심력을 부여하여 높은 압력으로 냉각수를 송출하는 임펠러이며, 이 임펠러(1)는 엔진의 크랭크축으로부터 V벨트 구동 기구에 의해 동력을 전달 받아 회전하는 회전 베어링 축(2)에 고정 장착된다.Reference numeral 1 denotes an impeller that imparts centrifugal force to the coolant by rotating it in the pump housing (not shown) and delivers the coolant at a high pressure. The impeller 1 is powered by a V-belt drive mechanism from the crankshaft of the engine. It is fixedly mounted on the rotating bearing shaft (2) to receive and rotate.
이 회전 베어링 축(2)에는 냉각수의 외부 누설을 방지하기 위한 미캐니칼 시일(3)이 장치되며, 이 미캐니칼 시일(3)을 회전 베어링축(2)과 함께 회전하는 세라믹 회전체(4)와, 그 세라믹 회전체(4)와 슬라이딩 접촉을 유지하되, 회전하지 아니하고 정지 위치를 가지고 세라믹 회전체(4)를 지지하는 회전체 지지대(5)와, 그 회전체 지지대(5)가 세라믹 회전체(4)에 안정적으로 밀착 접촉하도록 탄발 지지하는 지지스프링(6) 및 워터펌프 바디(7)에 고정되는 지지부재(8)를 포함하여 구성되어 있다.The rotating bearing shaft 2 is equipped with a mechanical seal 3 for preventing external leakage of cooling water, and a ceramic rotating body for rotating the mechanical seal 3 together with the rotating bearing shaft 2 ( 4), a rotor support 5 for maintaining the sliding contact with the ceramic rotor 4 but having no stop rotation and supporting the ceramic rotor 4 with a stop position, and the rotor support 5 being It comprises a support spring (6) for elastic support and stable support to the ceramic rotating body (4) and a support member (8) fixed to the water pump body (7).
그리고 상기 회전체 지지대(5)는 소성카본재로 만들어진다.And the rotary support 5 is made of a plastic carbon material.
한편, 상기 세라믹 회전체(4)는 시일케이스(9)에 의해 고정 지지되며, 그 시일케이스(9)가 회전 베어링 축(2)을 잡고 있어, 회전 베어링 축(2)이 회전하면 시일케이스(9)에 의해 세라믹 회전체(4)도 회전하게 되는 것이다.On the other hand, the ceramic rotating body 4 is fixedly supported by the seal case 9, the seal case 9 is holding the rotary bearing shaft 2, when the rotary bearing shaft 2 rotates the seal case ( 9) the ceramic rotor 4 is also rotated.
상기 시일케이스(9)는 종래와 달리 세라믹 회전체(4)의 외주를 지나 ㄷ자 단면 형상을 가지도록 연장하되, 그의 연장부(9a)가 회전체 지지대(5)의 외주 일부, 대략 절반 위치까지 감싸도록 연장되어지며, 또 상기 시일케이스(9)의 연장부(9a)에는 고무립(10)이 고정 장착되어 있다.Unlike the conventional case, the seal case 9 extends so as to have a U-shaped cross-sectional shape past the outer circumference of the ceramic rotor 4, and the extension 9a is extended to a part of the outer circumference of the rotor support 5, approximately half position. The rubber lip 10 is fixedly mounted on the extension part 9a of the seal case 9.
그 고무립(10)의 립부(11)는 긴박스프링(12)의 조임력에 의해 항상 회전체 지지대(5)의 외표면에 밀착된 접촉 상태를 유지하게 된다.The lip portion 11 of the rubber lip 10 is always in close contact with the outer surface of the rotor support 5 by the tightening force of the long box spring (12).
상기 립부(11)의 내외측의 경사각은 서로 다르게 설정하되,의 조건이 되도록 설계한다.Inclination angle of the inside and outside of the lip portion 11 Are set differently, Design to be in condition of.
이와같은 본 발명은 고무립(10)의 립부(11)가 항상 회전체 지지대(5)의 외표면에 밀착하므로 세라믹 회전체(4)측으로 냉각수와 이물질이 침투하는 것을 차단하게 될뿐 아니라 립부(11)의 경사각 차이에 의하여 긴박스프링(12)에 의한 조임력 F 가 작용할 때 표면 전단력 τα=μF(cosα-cosβ)이 항상 세라믹 회전체(4)쪽에서냉각수측으로 작용하게 되어에 의해 냉각수와 이물질이 습동부(13)로 침입하는 것을 방지(밀어내게 됨)하여 습동부(13)를 보호하게 되는 것이다.In the present invention as described above, since the lip portion 11 of the rubber lip 10 is always in close contact with the outer surface of the rotor support 5, the lip portion (not only prevents penetration of cooling water and foreign matter into the ceramic rotor 4 side). 11, surface shear force τα = μF (cosα-cosβ) always acts on the cooling water side from the ceramic rotor 4 when the tightening force F by the long box spring 12 is applied by the inclination angle difference. This prevents the cooling water and foreign matter from entering (sliding out) the sliding portion 13 to protect the sliding portion 13.
이상과 같은 본 발명에 의하면 시일케이스를 세라믹 회전체를 지나 회전체 지지대의 외주까지 연장하고 그 연장 단부에 고무립을 고정시킨 후 고무립의 내측 립부가 회전체 지지대에 밀착하여 시일하도록 하며, 또 립부 양쪽의 각도 차이를 두어 전단력이 냉각수가 유입되는 쪽으로 작용하도록 하는 것에 의해서 메인 시일을 습동부에서 담당하도록 하되, 이 시일 기능이 정상적으로 유지될 수 있도록 이물질의 습동부에로의 유입을 차단하므로써 지속적이고 안정적인 시일성의 확보가 가능하며, 이물질 유입에 따른 구동 토오크 증가를 예방 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, the seal case extends through the ceramic rotating body to the outer circumference of the rotating body support and secures the rubber lip at its extended end so that the inner lip portion of the rubber lip is in close contact with the rotating body support. Maintaining the main seal in the sliding part by making the shear force act on the inflow side of the coolant by placing the angular difference between the ribs, but by keeping the foreign material from entering the sliding part so that the sealing function can be maintained normally It is possible to secure stable sealing and to prevent the increase of driving torque due to the inflow of foreign substances.
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|---|---|---|---|---|
| US4380416A (en) * | 1978-09-25 | 1983-04-19 | Societe Internationale De Mecanique Industrielle S.A. | Centrifugal pumps |
| JPH11218095A (en) * | 1990-01-30 | 1999-08-10 | Nippon Seiko Kk | Bearing seal device for water pump, bearing for water pump and water pump for water-cooled engine for automobile |
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2000
- 2000-12-28 KR KR10-2000-0083430A patent/KR100412591B1/en not_active IP Right Cessation
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