KR100427934B1 - 워터펌프의 미캐니칼 시일 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 세라믹 회전체와 이를 지지하는 회전체 지지대 사이의 슬라이딩 접촉하는 상대 습동면에 냉각수에 포함된 이물질이 침투하는 것을 배제할 수 있는 구조의 워터펌프의 미캐니칼 시일을 제공하는데 있다.

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 시일 케이스의 단부는 세라믹 회전체를 지나 회전체 지지대의 외주를 감싸도록 연장되며, 또한 상기 시일 케이스와 고정부분인 회전체 지지대의 외주연 사이에는 미세 간극을 두고 대향토록 하되 시일 케이스 내측의 회전체 지지대 부위와의 간극보다 회전체 지지대의 냉각수측에 접한 부위의 간극이 크도록 설정한 것을 특징으로 한다.

Description

워터펌프의 미캐니칼 시일 구조{Mechanical sealing structure of water pump}

본 발명은 엔진 냉각수 순환을 위한 워터펌프의 미캐니칼 시일부의 구조 개선에 관한 것이다.

실린더내의 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 달하나 이 열이 모두 동력으로 전환되는 것은 아니고 이 열의 상당량이 실린더, 실린더 헤드 및 피스톤 등에 흡수된다.

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.

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.

이때문에 엔진을 냉각하여 과열을 방지하되, 과냉되지 않고 적온을 유지할 수 있도록 엔진 냉각 장치가 사용되고 있다.

엔진을 냉각시키는 방식으로는 공랭식과 수냉식이 있는데 수냉식은 워터펌프에 의하여 냉각수를 강제로 실린더블록과 실린더 헤드에 공급하여 엔진을 냉각시키게 된다.

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.

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.

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.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 세라믹 회전체와 이를 지지하는 회전체 지지대 사이의 슬라이딩 접촉하는 상대 습동면에 냉각수에 포함된 이물질이 침투하는 것을 배제할 수 있도록 한 구조의 워터펌프의 미캐니칼 시일을 제공하는데 있다.

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 시일 케이스의 단부는 세라믹 회전체를 지나 회전체 지지대의 외주를 감싸도록 연장되며, 또한 상기 시일 케이스와 고정부분인 회전체 지지대의 외주연 사이에는 미세 간극을 두고 대향토록 하되 시일 케이스 내측의 회전체 지지대 부위와의 간극보다 회전체 지지대의 냉각수측에 접한 부위의 간극이 크도록 설정한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 워터펌프의 미캐니칼 시일 구조를 나타내는 도면

도 2는 동상 미캐니칼 시일의 A부 확대도

도 3은 종래의 기술

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 임펠러 2 : 회전베어링 축

3 : 미캐니칼 시일 4 : 세라믹 회전체

5 : 회전체 지지대 6 : 지지스프링

7 : 워터펌프 바디 8 : 지지부재

9 : 시일 케이스 11 : 습동면

G₁,G₂: 간극 P₁,P₂: 압력

이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 워터 펌프의 미캐니칼 시일 구조를 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 A부 확대도이다.

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.

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.

그리고 상기 회전체 지지대(5)는 소성카본재로 만들어진다.

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.

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 외주를 감싸도록 연장되어지며, 또 상기 시일케이스(9)의 연장부(9a)는 상기 회전체 지지대(5)의 외주와는 미세 간극(G₁)(G₂)을 두고 대향하고 있다.

펌프하우징 내부의 냉각수측에 접한 회전체 지지대(5) 부위의 간극 G₁은 시일케이스(9) 내측의 회전체 지지대(5) 부위의 간극 G₂보다 작게 설정, 즉 G₁<G₂로 설정되어 있다.

이와같은 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

회전체 지지대(5)와 시일케이스(9)의 간극 G₁과G₂가 서로 다르게 설정하였기때문에 유체의 점성에 의해 간극이 적은 부분의 속도장은 시일케이스(9)의 회전에 의해 지배되므로써 G₁측의 유속이 증가되어지게 되며, 유속이 증가하게 되면 베르누이 정리에 의해 압력 P₁은 저하된다.

이와 반대로 시일케이스(9) 내측의 간극 G₂는 G₁에 비해 크므로 시일케이스(9)가 회전하더라도 유체 점성력에 의한 영향이 작게 미쳐 속도는 느려지고 압력은 높아지게 된다. 이와 같이 양측에 생기는 압력차(P₂P₁)에 의해 화살표 표시(10) 방향으로 유체의 유동을 만들어 내게 된다 다시말하면 압력이 높은 쪽(P₂)에서 압력이 낮은쪽(P₁)으로 냉각수의 흐름이 일어나게 된다는 것이다.

이는 냉각수가 시일케이스(9)와 회전체 지지대(5) 사이의 틈새(G₁)(G₂)를 통과하여 세라믹 회전체(4)와의 습동면(11)쪽으로 가려고 할때 밀어내는 역활을 하게 되는 것을 의미하는 것으로 냉각수에 포함된 이물질이 세라믹 회전체(4)쪽으로 이동하는 것을 방지하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면 세라믹 회전체를 고정 지지하고 있는 시일 케이스를 회전체 지지대의 외주를 감싸도록 연장하고 시일케이스 안쪽의 회전체 지지대의 외주와 시일 케이스와의 미세 간극이 냉각수에 접한 측의 회전체 지지대와 시일 케이스와의 미세 간극보다 크게 설정하므로써 양측의 압력차 발생에 의해 이물질을 함유한 냉각수가 회전체 지지대와 세라믹 회전체의 습동면으로의 진입을 시도할 때 밖(냉각수 유입측)으로 밀어내는 유체학적 기능을 가지게 되어 습동부에 이물질이 끼는 현상과 마모 및 냉각수 누설을 방지하게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 임펠러(1)가 고정 장착되는 회전 베어링 축(2)과 함께 회전하는 시일 케이스(9)와, 그 시일 케이스(9)에 의해 고정되어 함께 회전하는 세라믹 회전체(4)와, 그 세라믹 회전체(4)가 회전할때 이를 밀착하여 지지해주며 고정 상태에 놓여지는 회전체 지지대(5)와, 그 회전체 지지대(5)가 상기 세라믹 회전체(4)에 밀착하도록 탄발 지지하는 지지스프링(6) 및 워터펌프 바디(7)에 고정되는 지지부재(8)를 포함하여 구성되는 워터펌프의 미캐니칼 시일부에 있어서,

   상기 세라믹 회전체(4)를 고정시키는 시일 케이스(9)의 연장부(9a)는 세라믹 회전체(4)를 지나 회전체 지지대(5)의 외주를 감싸도록 연장되며,

   또한 상기 시일 케이스(9)와 고정부분인 회전체 지지대(5)의 외주연 사이에는 미세 간극(G1,G2)을 두고 대향토록 하되,

   펌프하우징 내부의 냉각수측에 접한 회전체 지지대(5) 부위의 간극 G₁은 시일케이스(9) 내측의 회전체 지지대(5) 부위의 간극 G₂보다 작게 설정한 것을 특징으로 하는 워터펌프의 미캐니칼 시일 구조.