KR100443164B1 - 수중펌프에서의 오일실내 샤프트시일장치 슬라이딩면의 윤활유 보호유지장치 - Google Patents

Abstract

수중펌프에서의 오일실내 중앙부로부터 주벽방향으로의 윤활유 산일(散逸)을 확실하게 방지할 수 있는 동시에, 오일유출구로의 유막형성작용에 의하여 펌프축의 회전수 변화에는 관계없이 윤활유속으로의 공기 혼합을 방지할 수 있고, 샤프트시일장치의 유효한 윤활과 냉각작용이 이루어지는 수중펌프에서의 오일실내 샤프트시일장치 슬라이딩면의 윤활유 보호유지장치이다.

Description

수중펌프에서의 오일실내 샤프트시일장치 슬라이딩면의 윤활유 보호유지장치{Apparatus for retaining lubrication oil at sliding surface of shaft seal device disposed within oil chamber of submersible pump}

종래, 수중펌프의 펌프케이싱과 모터실과의 사이에는 시일기구가 설치되어 있다. 그 시일기구의 오일실내에 봉입되는 윤활유량은 회전시에서의 밀봉장치 슬라이딩면의 발열이나 모터의 발열에 의한 팽창율을 예상해서 일반적으로 오일실내 용적의 80％정도로 하여 오일실내의 상방부에 공기수용공간을 보유시키고 있다.

그러나, 밀봉장치의 회전에 의한 원심력 작용으로 윤활유는 오일실내 주벽방향에 와류상으로 강압해서 중앙부에 공기수용이 집중하며, 가장 중요한 샤프트시일장치 슬라이딩면을 윤활유가 흠뻑 적시지 않게 되어 슬라이딩면의 윤활과 냉각기능이 손상되는 일이 발생한다. 그래서, 종래 샤프트시일 슬라이딩면의 윤활보호유지 대책으로서 도 7 내지 도 9에 나타내는 바와 같은 구조가 제안되어 있다.

그 구조는 샤프트시일장치(111)의 외측을 환상벽체(110)로 휘감아서 오일의 흐름을 축심방향으로 향하게 하기 위한 칸막이판(P)을 환상벽체(110)의 내주면에 끼우고, 환상벽체(110)의 하단부가 펌프측 하우징(102a) 위로부터 이격하여 아래가장자리 전둘레에서 오일실(103)과 도통하는 오일유입구(113b)를 형성하고, 환상벽체(110)의 위가장자리부를 모터측 하우징(101a)의 하면에 정착시키고, 상부메이티링(105a)과 시일링(106a)과의 슬라이딩면(112a)보다도 상방에 있어서 환상벽체(110)의 벽면요소에 복수개의 오일유출구(113a)를 설치한다 라는 것이다.

그렇지만 실험결과에 의하면, 환상벽체(110)의 아래가장자리 전둘레에서 오일실(103)과 도통하는 오일유입구(113b)가 형성된 구조에서는 더블형 샤프트시일장치(111)의 회전에 의한 원심력이 오일유입구(113b)근방에도 발생하여, 환상벽체(110)내의 윤활유를 외측으로 밀어내려는 작용이 활발해지지 때문에 윤활유의 흡입 및 밀어올림 작용이 현저하게 방해되게 된다.

또, 환상벽체(110)의 상방부에 천설된 복수개의 오일유출구(113a)로부터 직접 윤활유가 외측으로 비산하고, 결국 상부메이티링(105a)과 시일링(106a)과의 슬라이딩면(112a)을 윤활유가 흠뻑 적시지 않게 된다 라는 마이너스 효과를 발생하게 되고, 또한 비산한 윤활유는 유면(114) 상에서의 공기수용공간(115)로부터 공기가 말려들기 쉽게 된다.

또한, 각 유출구(113a)마다, 혹은 오일유출구(113a)의 부위에 의해서 유출량의 차가 생기기 때문에, 유출량이 적은 부위로부터 공기가 환상벽체(110)내로 말려들어, 상기 원심력의 작용과 역으로 작용하는 칸막이판(P)에 의한 축심방향으로의유도작용으로, 환상벽체(110)내에서 교반작용에 의해 윤활유의 순환작용이 방해됨과 동시에, 윤활유와 공기가 혼합하여 미세한 기포를 발생하고, 유·기혼합상태가 되어서 상부메이티링(105a)과 시일링(106a)과의 슬라이딩면(112a)에 개입하기 위한 윤활효과는 줄어들고, 환상벽체(110)의 내측과 외측과의 윤활유 유통작용이 원활치 못하게 되고, 이것이 상기 유·기혼합상태와 함께 슬라이딩면(112a)의 냉각효율을 현저하게 저하시키는 결과가 되고 있다.

또한, 오일유출구(113a)의 크기나 수는 펌프축(104)의 회전수에 적응한 것을 필요로 하나, 수중펌프의 사용현장에 있어서 회전수의 변화에 대응시켜서 오일유출구(113a)의 크기나 수를 증감한다는 것은 실제문제로서 불가능한 것이다.

본 발명의 목적은 수중펌프에서의 시일기구의 오일실내 중앙부로부터 둘레벽방향으로의 윤활유 산일(散逸)을 방지함과 동시에 윤활유중으로의 공기 혼합을 발생시키지 않고, 펌프축의 회전수변화에 관계없이 윤활유를 원활하게 순환시켜서 샤프트시일장치 슬라이딩면의 유효한 윤활과 냉각작용이 이루어지는 윤활유 보호유지장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 수중펌프에서의 시일기구에 관하며, 특히 그 시일기구의 오일실내의 샤프트시일장치 슬라이딩면을 유효하게 냉각작용이 행해지게 하는 윤활유 보호유지장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명장치를 실시한 수중펌프 오일실의 종단측면도이고,

도 2는 도 1에 있어서의 상부 슬라이딩면 및 오일 유출구 부분의 확대도이고,

도 3은 도 1에 있어서의 하부 슬라이딩면 및 오일 유입구 부분의 확대도이다.

도 4는 본 발명장치에 있어서의 환상벽체의 종단측면도이고,

도 5는 본 발명장치에 있어서의 환상벽체의 저면도이다.

도 6은 본 발명장치에 있어서의 환상 누름판의 종단측면도이다.

도 7은 종래의 수중펌프에 있어서의 오일실의 종단측면도이고,

도 8은 종래의 수중펌프에 있어서의 오일실내에 장착되는 환상벽체의 종단측면도이다.

도 9는 종래의 수중펌프의 오일실내에 장착되는 환상벽체의 평면도이다.

도 10은 본 발명에 있어서의 주요 극간치수 H₁,H₂를 변경하여 실험한 윤활유의 순환결과를 나타낸다.

도 11은 실험에 의한 파이버스코프에 의해 눈으로 확인하는 상황을 나타낸다.

본 발명에 관한 수중펌프에서의 오일실내 샤프트시일장치 슬라이딩면의 윤활유 보호유지장치에서는 모터실과 펌프실과의 사이에 개재하는 오일실내에 있어서, 모터측 하우징의 하면에 오목하게 설치된 환상홈에 더블형 샤프트시일장치의 상부메이티링을 끼워붙이고, 펌프측 하우징의 상면에 오목하게 설치된 환상홈에 더블형샤프트시일장치의 하부메이티링을 끼워붙이고, 하부메이티링의 회전멈춤용 환상 누름판을 상기 환상홈의 둘레벽 상면에 정착시키고, 더블형 샤프트시일장치의 외측을 환상벽체로 둘러싸고, 환상벽체의 내주면에 펌프축의 회전방향을 향하여 상승 구배(句配)의 경사면을 형성하는 가이드베인을 정착시키고, 환상벽체의 아래가장자리에는 외측방향으로 돌설하는 아래가장자리 플랜지를 부설하고, 그 플랜지 상면을 상기 누름판의 상면에 정착시키고, 환상벽체의 하방벽에 가이드베인의 하단부 이면(裏面)측과 오일실을 도통시키는 오일 유입용 가로 구멍을 개설(開設)하고, 환상벽체의 위가장자리를 상부메이티링과 시일링과의 슬라이딩면보다도 상방에 있어서, 모터측 하우징에 근접시켜서 내측방향으로 돌출하는 하우징을 부설하고, 그 하우징 상면을 상부메이티링 끼워붙임용 환상홈의 둘레벽 하면과의 대향면 사이에 오일 유출용 오일 유출구를 형성시키고, 바람직하게는 환상벽체의 위가장자리부에 부설된 플랜지 상면과 상부메이티링 끼워붙임용 환상홈의 둘레벽 하면과의 대향면 간의 간격이 약 0.5㎜ 내지 3㎜이 범위내로 조정된 오일유출용 환상홈 구멍인 오일유출구내에 형성시키고, 또 환상벽체의 위가장자리부에 부설된 플랜지 내주면과 상부 시일링 외주면과의 간격이 약 1㎜ 내지 3㎜의 범위내로 설정된다.

또한, 환상홈 구멍인 오일 유입구 또는 유출구내에 가이드판을 설치하여 한층 유효한 윤활 및 냉각작용을 도모하는 것이다.

본 발명을 실시예에 의거하여 도면의 도1 내지 도6을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 그 수중펌프 시일기구인 메카니컬시일(mechanical seal) 오일실(3)의 본 발명 실시예가 도시되어 있다.

오일실(3)은 모터실(1)과 펌프실(2)과의 사이에 설치되어 있고, 중심에 펌프축(4)이 모터실(1)로부터 도출되어 오일실(3)내를 관통하여 펌프실(2)내로 도입되어 있다. 오일실(3)은 그 상측에는 환상홈(1b)을 오목하게 만든 모터측 하우징(1a)이 있고, 그 하우징(1a)에는 환상홈(1b)을 설치한 둘레벽(1c)이 설치되어 있다.

오일실(3)의 하측에는 펌프측 하우징(2a)이 있고, 그 상면에는 환상홈(2b)을 오목하게 만든 환상홈(2b)의 둘레벽(2c)이 설치되어 있다.

상하부메이티링(5a),(5b)의 구조는 하기와 같이 되어 있다.

상부메이티링(5a)은 오일실(3)내에 있어서 펌프축(4)과 헐겁게 결합하여 모터측 하우징(1a)의 환상홈(1b)내에 끼워붙여져 있다.

하부메이티링(5b)은 오일실(3)내에 있어서 펌프축(4)과 헐겁게 결합하여 펌프측 하우징(2a)의 환상홈(2b)내에 끼워붙여져 있다.

회전멈춤용 환상누름판(1b)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 메이티링(5b)의 회전멈춤용이고, 내주연부에 하방으로 튀어나온 걸림돌기(17)를 하부메이티링(5b)의 상면 절입부(18)에 걸리게 한 상태로 환상홈 둘레벽(2c) 상면에 정착시킨다.

상부시일링(6a)은 상부메이티링(5)과 미끄럼 접합하고, 하부시일링(6b)은 하부 메이티링(5b)과 미끄럼 접합한다.

벨로우(bellows)(7a)는 상부시일링(6a)를 배면으로부터 지지하고, 벨로우(7b)는 하부시일링(6b)을 배면으로부터 지지한다.

상부리테이너(8a)는 상부시일링(6a) 및 벨로우(7a)의 외주에 끼워붙여서 양자(6a),(7a)를 일체로 결합시킨다.

하부리테이너(8b)는 하부시일링(6b) 및 벨로우(7b)의 외주에 끼워붙여서 양자(6b),(7b)를 일체로 결합시킨다.

코일스프링(9)은 펌프축(4)의 회전방향과 반대방향으로 감아올려져 있고, 상·하시일링(6a),(6b)의 배향(背向) 방향으로 각각 상하 리테이너(8a),(8b)를 통하여 팽팽하게 설치된다.

환상벽체(10)은 오일실(3)내에 있어서, 상술한 구성으로 된 더블형(double-type) 샤프트시일장치(11)의 외측을 둘러싼다. 그 내주면에는 펌프축(4)의 회전방향을 향하여 상구배 경사면을 형성하는 가이드베인(G)이 정착되어 있다.

그리고, 환상벽체(10)의 아래가장자리에는 외측방향으로 돌출하는 플랜지(F2)를 부설하고, 그 플랜지(F2) 하면을 상기 환상누름판(16)의 상면에 정착시키고, 가이드베인(G)의 하단부 이면측에 가까운 위치로부터 외측 오일실(3)내로 통하는 오일유입구(13b)를 개설한다.

또, 환상벽체(10)의 상연부를 상부메이티링(5a)과 시일링(6a)과의 슬라이딩면(12a)보다도 상방에 있어서, 모터측 하우징(1a)에 접근시켜서 내측방향으로 돌출하는 공기말려듬 방지용 플랜지(F1)를 부설한다.

그 플랜지(F1)상면과 환상홈 둘레벽(1c)하면과의 대향면 간에 오일유출용 유출구(13a)를 형성시키는 것이나, 상기 대향면간의 간격H₁을 약 0.5㎜ 내지 3㎜의 범위내에 조정해 둠으로서 환상홈 틈새이며 오일유출구인 오일유출구(13a)내에의 유막형성이 용이해지고, 또 플랜지(F1) 내주면과 상부시일링(6a) 외주면과의 간격H₂을 약 1㎜ 내지 3㎜의 범위내로 설정해 둠으로서 가이드베인(G)에 의한 윤활유의 밀어올림 작용이 유효하게 기능함과 동시에, 상부 슬라이딩면(12a)으로의 윤활유 유도를 원활하게 이루어지게 할 수 있다.

오일실(3)내에는 윤활유가 봉입되나, 그 봉입량은 오일실(3)의 전용적의 80％정도로 하고, 유면(14)상에는 공기수용공간(15)이 형성되어 있다.

그리고, 펌프 운전시에는 펌프축(4)의 회전에 따라 상·하시일링(6a),(6b)의 배향면간에 팽팽하게 설치되어 있는 코일스프링(9)도 환상벽체(10)내에서 회전한다.

환상벽체(10)의 외측에서의 오일실(3)내의 윤활유는 하부오일 유입구(13b)로부터 환상벽체(10)의 내부로 유입하고, 하부슬라이딩면(12b)을 윤활시킴과 동시에, 그 슬라이딩면(12b)에 발생하는 슬라이딩열을 흡수하면서, 가이드베인(G)의 경사면을 따라 밀어올려져 공기말려듬 방지용 플랜지(F1)의 이면을 따라서 축심방향으로 이동하여 상부 슬라이딩면(12a)을 윤활시킴과 동시에, 그 슬라이딩면(12a)에 발생하는 슬라이딩열을 흡수하고, 플랜지(F1)의 내주연으로부터 오일유출구(13a)내에 도달한다.

그 다음에 윤활유는 그 오일유출구(13a)내에서 표면장력에 의해 유막을 형성하여 공기의 침입을 저지하면서 환상벽체(10)외측의 오일실(3)내로 이송되는 것이나, 상기 오일유출용 오일유출구(13a)는 플랜지(F1) 상면과 환상홈 둘레벽(1c) 하면이 환상평면에 대향하게 구성되어 있기 때문에 유막의 형성에 의하여 공기의 말려듬을 방지할 수 있어 펌프축(4)의 회전속도 변화에 관계없이 유효하게 기능한다.

여기서, H₁은 약0.5㎜ 내지 3㎜의 범위내로 설정하면, 그 효과를 한층 높일 수 있는 동시에, 플랜지(F1) 내주면과 상부시일링(6a) 외주면과의 간격H₂을 약 1㎜ 내지 3㎜의 범위로 설정함에 따라 가이드베인(G)에 의한 오일 순환효율을 높이는 동시에, 상부 슬라이딩면(12a)으로의 윤활유 유도가 원활하게 이루어지게 된다.

실험에 의하면, 주요 간격 칫수H₁,H₂를 변경하여 윤활유의 순환결과를 나타내면 도 10에 도시한 바와 같이 된다. 도 11에는 그 실험의 상태를 나타낸다.

실험에서는 모터축의 회전수를 1800회전/분(m^-1)으로 정속회전시켜서 H₁,H₂의 조합마다 시험장치의 외부로부터 파이버스코프(20)에 의해 눈으로 확인한다.

판정기준은 3단계로 한 것으로, 하기의 표와 같이 된다.

H1의 간격으로부터 유출하는 윤활유의 상태	판 정
①전둘레로부터 균일하게 윤활유가 유출하는 상태	Ｏ
②전둘레로부터 균일하게 윤활유가 유출하지 않은 상태	△
③거의 윤활유가 유출하지 않은 상태	Ｘ

도 10에 의하면, H₁은 약 0.5㎜ 내지 3㎜의 범위내로, 간격H₂를 약 1㎜ 내지 3㎜의 범위로 설정하는 것에 의해서 전체 둘레로부터 균일하게 윤활유가 유출하는 상태로 되는 것이 판명되었다.

또한, 오일유출구(13a)는 윤활유의 환상홈 틈새인 통로로 되어 있으나, 그 흐름을 보다 바람직하게 하기 위하여 가이드판(130)을 설치할 수 있다. 가이드베인(G)을 따라 상승한 윤활유는 상부 슬라이딩면(12a)을 윤활시키는 동시에, 그 슬라이딩면(12a)에 발생하는 슬라이딩열을 흡수하고, 플랜지(F1)의 내주연으로부터 오일유출구(13a)내에 도달하는 것이나, 그 흐름을 한층 더 유효하게 원조하기 위해 가이드판(130)을 설치하는 것이다. 가이드판(130)은 그 흐름을 따르도록 경사지게 하면 한층더 가능해진다.

또 마찬가지로 오일유입구(13b)가 형성된 구조에서는 환상벽체(10)내의 윤활유를 외측으로 밀어내도록 하는 작용이 활용되었던 종래예에 대하여 윤활유의 흡입및 밀어올림 작용을 보다 유효하게 하기 위하여 가이드판(131)을 설치하는 것도 가능하다.

이 경우라도 가이드베인(G)를 따라 상승하는 윤활유의 순환을 바람직하게 하기 위하여 가이드판(131)의 기울기를 상기 오일유출구(13a)의 가이드판(130)과 같이 가이드베인(G)를 따라 상승을 원조하는 기울기로 배치하면 더욱 바람직한 것이 된다.

펌프 운전시에는 환상벽체의 외측에서의 오일실내의 윤활유가 하부의 오일 유출구로부터 환상벽체내로 유입하고, 하부 슬라이딩면을 윤활시키는 동시에 그 발열을 흡수하면서 가이드베인의 경사면을 따라 밀어올려진다.

그리고, 플랜지 이면을 따라 축심방향으로 이동하여 상부 슬라이딩면을 윤활시키는 동시에, 그 발열을 흡수하고 플랜지 내주연으로부터 환상홈 틈새인 오일유출구내에 도달하고, 그 오일유출구내에서 유막을 형성하여 공기의 침입을 저지하면서 환상벽체 외측의 오일실내로 이동한다.

본 발명에 의하면, 수중펌프에서의 오일실내 중앙부로부터 둘레벽 방향으로의 윤활유 산일(散逸)을 확실하게 방지할 수 있는 동시에, 오일유출구에의 유막형성작용에 의하여 펌프축의 회전수 변화에는 관계없이 윤활유속으로의 공기 혼합을 방지할 수 있고, 샤프트시일장치의 유효한 윤활과 냉각작용이 이루어진다.

또, 오일순환을 이루어지게 하는 기구부를 내장한 순환벽체의 아래가장자리 플랜지부가 환상의 누름판을 통하여 펌프측 하우징에 정착되므로 조립이 간단함과 동시에, 정착면의 평탄도가 크고 기구적 안정성에도 우수하다는 이점이 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 윤활유 보호유지장치는 수중펌프에서의 오일실내 샤프트시일장치 슬라이딩면의 윤활 및 냉각작용을 유효하게 행함으로써 또 다른 펌프에 있어서의 윤활유 보호유지장치에 있어서도 유효하다.

Claims (2)

1. 메카니컬 시일을 위한 오일실(3)이 모터실(1)과 펌프실(2) 사이에 끼워지는 더블형 샤프트 시일장치에 있어서,

   상기 더블형 샤프트 시일장치(11)를 둘러싸고 있는 환상 벽체(10); 상기 환상 벽체의 내주면에 설치되는 가이드 베인(G); 상기 환상 벽체의 아래 가장자리에 형성된 오일 유입구(13b); 모터측 하우징(1a)에 근접하고 상부 메이티링(5a)과 상부 시일링(6a) 사이의 슬라이딩면(12a)위에 위치한 환상 벽체(10)의 위 가장자리에 형성되며 내측 방향으로 돌출하는 플랜지(F1); 상기 플렌지의 상면과 상부 메이티링이 끼워져 고정되는 환상 홈(1b)을 둘러싸고 있는 둘레벽(1c) 하면과의 사이에 형성된 오일 유출구(13a)로 구성하되, 상기 환상 벽체(10)의 위 가장자리부에 설치된 플랜지(F1) 상면과 상부 메이티링(5a)이 끼워져 고정되는 환상 홈(1b)의 둘레벽(1c) 하면과의 간격(H1)이 0.5～3㎜이고, 또 상기 환상 벽체(10)의 위 가장자리부에 설치된 플랜지(F1) 내주면과 상부 시일링(6a) 외주면과의 간격(H2)이 1～3㎜인 것을 특징으로 하는 수중펌프에서의 오일실내 샤프트시일장치 슬라이딩면의 윤활유 보호유지장치.
2. 제 1 항에 있어서, 오일유입구(13b) 또는 오일 유출구(13a)내에 가이드판(130)(131)을 설치한 것을 특징으로 하는 수중펌프에서의 오일실내 샤프트시일장치 슬라이딩면의 윤활유 보호유지장치.