KR100509514B1 - 로터리 조인트의 밀봉구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터리 조인트 내의 회전 접촉되는 부분에 설치되어 회전관 내로 유동하는 유체의 누설을 효과적으로 방지하기 위한 로터리 조인트의 밀봉구조에 관한 것으로, 본 발명은 외관을 이루는 하우징과; 하우징의 내측에 회전가능하게 설치된 회전관과; 회전관 및 하우징 사이의 상호 인접하는 부분에 개재된 패킹과, 이러한 패킹을 탄성적으로 가압하는 탄성부재로 이루어져 회전관 내부로 유동하는 유체의 누설을 방지하는 메커니컬 실을 포함하는 로터리 조인트에 있어서, 회전관 및 하우징의 각 패킹과 회전접촉하는 부분 상에 세라믹 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

로터리 조인트의 밀봉구조{Sealing structure of a rotary joint}

본 발명은 로터리 조인트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로터리 조인트 내의 회전 접촉되는 부분에 설치되어 회전관 내로 유동하는 유체의 누설을 효과적으로 방지하기 위한 로터리 조인트의 밀봉구조에 관한 것이다.

널리 주지된 바와 같이, 로터리 조인트는 압력이 있는 유체나 대기압 이하의 유체를 누수하지 않고 고정 배관으로부터 각종 기계장치의 회전 부분에 공급하거나 배출시킬 때 이용되는 회전관 이음장치로서, 예를 들면 회전하고 있는 드럼, 실린더 등에 가열을 위한 증기, 열수, 열유 등의 열매체 및 냉각을 위한 물, 암모니아, 프레온 등과 같은 냉매체나 유체로 작동하는 클러치, 브레이크 등과 같은 회전기기에 압축공기나 작동유 등의 작동매체를 공급하고자 할 때 이용된다.

한편, 이러한 로터리 조인트는 각종 기계장치의 회전하는 드럼 또는 실린더 등의 한쪽으로는 냉매체, 열매체 등과 같은 유체를 공급하고, 다른 쪽으로는 유체를 배출시키도록 하는 단관식과, 유체의 흐름이 상호 대향되는 방향으로 진행되도록 구성되어 유체의 공급 및 배출이 하나의 로터리 조인트만으로 이루어지는 복관식으로 대별된다.

도 1은 이러한 로터리 조인트 중에서 복관식 로터리 조인트의 한 예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 복관식 로터리 조인트는 외관을 이루는 하우징(1)과, 이러한 하우징(1)의 내측에 회전가능하게 설치된 회전관(2)과, 회전관(2)의 일측 단부의 내측면 상에 그랜드 커버 및 그랜드 패킹(5, 4)에 의해 밀봉적으로 체결된 사이펀 파이프용 장착구(3)와, 이러한 사이펀 파이프용 장착구(3) 내측에 결합되는 사이펀 파이프(미도시)의 유로와 연통되도록 하우징(1)의 일측에 결합되어진 엘보우(6)와, 이러한 회전관(2) 및 하우징(1)의 상호 인접하는 부분에 밀봉적으로 설치되어 회전관(2) 내부로 유동하는 유체의 누설을 방지하는 메커니컬 실(7)로 이루어진다.

하우징(1)은 전, 후 양측면이 개방되고, 그 중앙 부분에 유체가 유입되는 유입구(1a)이 형성된다. 이러한 하우징(1)의 후술하는 회전관(2)의 외부로 연장되는 부분의 개방된 일측면에는 커버 및 스토퍼(1b, 1c)가 결합되며, 하우징(1)의 개방된 내측면 상에는 제 1 및 제 2 캡(1d, 1e)이 각각 끼워맞춤된다.

회전관(2)은 하우징(1) 내부에 회전가능하게 지지되어 설치되고, 그 일측 단부가 각종 기계 장치의 회전하는 드럼 또는 실린더 등이 결합되어 드럼 또는 실린더가 회전함에 따라 함께 회전한다. 이러한 회전관(2)은 그 일측의 외주면 상에 원주방향을 따라 돌출 형성된 밀봉면(2a)이 형성되고, 상술한 하우징(1)의 유입구(1a)에 대응되는 부분에 다수의 유입공(2b)이 원주 방향을 따라 형성된다.

사이펀 파이프용 장착구(3)는 회전관(2)의 선단부 상에 그랜드 패킹 및 그랜드 커버(4, 5)에 의해 밀봉적으로 체결되고, 이러한 사이펀 파이프용 장착구(3) 내측에 각종 기계장치의 회전하는 드럼 또는 실린더 내에 공급된 유체를 외부로 배출하는 기능을 수행하는 사이펀 파이프(미도시)가 장착된다.

엘보우(6)는 사이펀 파이프용 장착구(3)와 연통되도록 하우징(1)의 일측에 결합되어, 사이펀 파이프용 장착구(3) 내측에 장착되는 사이펀 파이프(미도시)를 통해 흡입된 유체를 외부로 배출시킨다.

메커니컬 실(7)은 고온, 고압 하에서 고속도로 회전하는 각종 회전축 상에서 유체의 누설을 방지하기 위한 것으로, 제 1 및 제 2 패킹(7a, 7b), 탄성부재(7c)로 이루어진다.

제 1 패킹(7a)은 카본 재질로 이루어지고, 상술한 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 마주보는 방향으로 끼워맞춤되어, 회전관(2)과 동시에 회전하게 되어 하우징(1)의 제 1 캡(1d)과 회전 접촉하게 된다.

제 2 패킹(7b)은 카본 재질로 이루어지고, 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 하우징(1)의 제 2 캡(1e) 사이에 개재되어, 회전관(2)이 회전함에 따라 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 회전 접촉하게 된다.

탄성부재(7c)는 코일 스프링 형태로 이루어지고, 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 제 1 패킹(7a) 사이에 탄설되어 회전관(2)이 회전함에 따라 그 자체의 탄성력을 제 1 패킹(7a)의 회전접촉되는 부분과 제 2 패킹(7b)의 회전접촉되는 부분으로 인가하여, 각 패킹(7a, 7b)의 회전접촉되는 부분에 탄성적인 밀봉이 이루어지도록 한다.

이에 따라, 메커니컬 실(7)은 제 1 패킹(7a)과 제 1 캡(1d)사이의 탄성적 밀봉 작용 및 제 1 패킹(7b)와 제 2 캡(1e) 사이의 탄성적 밀봉 작용에 의해 회전관(2) 내부로 유동하는 유체의 누설을 방지한다.

이러한 구성에 의해, 복관식 로터리 조인트는 회전관(2) 및 사이펀 파이프에 의해 하나의 로터리 조인트를 이용하여 고정 배관으로부터 각종 기계장치의 회전하는 부분으로 유체의 공급 및 배출을 동시에 수행한다.

한편, 단관식 로터리 조인트는 이러한 복관식 로터리 조인트에서 상술한 엘보우(6) 및 사이펀 파이프가 생략되고, 엘보우(6) 대신에 하우징(1)의 개방된 타측면에 별도의 엔드 캡이 장착된다. 이러한 단관식 로터리 조인트는 기계 장치의 회전하는 부분(즉, 회전하는 드럼 또는 실린더)의 양측에 각각 결합되어, 한쪽은 유체의 공급 기능을, 다른 쪽은 유체의 배출 기능을 각각 개별적으로 수행한다.

한편, 이러한 종래의 로터리 조인트의 메커니컬 실(7)을 이용한 밀봉구조는 상술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 패킹(7a, 7b)이 하우징(1)의 제 1 캡(1d) 및 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 회전접촉하면서 탄성부재(7c)에 의해 탄성적으로 밀봉되는 구조로 이루어졌으며, 상술한 제 1 및 제 2 패킹(7a, 7b)은 회전접촉하는 부분에 발생하는 마찰 손실을 고려하여 통상적으로 마찰계수가 작은 카본 재질로 이루어졌었다.

하지만, 종래의 로터리 조인트의 밀봉구조는 각 패킹(7a, 7b)이 회전접촉하는 하우징(1)의 제 1 캡(1d) 및 회전관(2)의 밀봉면(2a)은 금속재질로 이루어짐에 따라, 카본재질과 금속재질 사이에서의 마모가 매우 심하고, 그로 인해 확실한 밀봉성에 대한 신뢰도가 떨어지며, 그 사용 수명이 저하되어 잦은 교체 수리가 불가피하여 그 경제성이 저하되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 메커니컬 실의 각 패킹과 회전접촉하는 회전관 및 하우징의 일측부분에 세라믹 코팅처리를 함으로써, 내마모성 및 그 사용수명을 연장시키고, 고압 및 고속 회전시에도 확실한 밀봉성이 보장되며, 이로 인한 잦은 메커니컬 실의 교체 및 수리가 필요없어 경제성이 매우 향상되는 로터리 조인트의 밀봉구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외관을 이루는 하우징과; 하우징의 내측에 회전가능하게 설치된 회전관과; 회전관 및 하우징 사이의 상호 인접하는 부분에 개재된 패킹과, 이러한 패킹을 탄성적으로 가압하는 탄성부재로 이루어져 회전관 내부로 유동하는 유체의 누설을 방지하는 메커니컬 실을 포함하는 로터리 조인트에 있어서, 회전관 및 하우징의 각 패킹과 회전접촉하는 부분 상에 세라믹 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 세라믹 코팅층은 1~3mm의 두께로 이루어짐이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트의 밀봉구조를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 제 2 패킹(70b) 사이의 회전접촉하는 부분, 및 하우징(1)의 제 1 캡(1d)과 제 1 패킹(70a) 사이의 회전접촉하는 부분 상에 세라믹 코팅층(8)이 각각 형성됨을 특징으로 한다.

한편, 도시된 일반적인 복관식 로터리 조인트와 본 발명의 밀봉구조를 연계하여 설명하면, 외관을 이루는 하우징(1)과, 이러한 하우징(1)의 내측에 회전가능하게 설치된 회전관(2)과, 회전관(2)의 일측 단부의 내측면 상에 그랜드 커버 및 그랜드 패킹(5, 4)에 의해 밀봉적으로 체결된 사이펀 파이프용 장착구(3)와, 이러한 사이펀 파이프용 장착구(3) 내측에 결합되는 사이펀 파이프(미도시)의 유로와 연통되도록 하우징(1)의 일측에 결합되어진 엘보우(6)와, 이러한 회전관(2) 및 하우징(1)의 상호 인접하는 부분에 밀봉적으로 설치되어 회전관(2) 내부로 유동하는 유체의 누설을 방지하는 메커니컬 실(70)로 이루어진다.

하우징(1)은 전, 후 양측면이 개방되고, 그 중앙 부분에 유체가 유입되는 유입구(1a)이 형성된다. 이러한 하우징(1)의 후술하는 회전관(2)의 외부로 연장되는 부분의 개방된 일측면에는 커버 및 스토퍼(1b, 1c)가 결합되며, 하우징(1)의 개방된 내측면 상에는 제 1 및 제 2 캡(1d, 1e)이 각각 끼워맞춤된다.

회전관(2)은 하우징(1) 내부에 회전가능하게 지지되어 설치되고, 그 일측 단부가 각종 기계 장치의 회전하는 드럼 또는 실린더 등에 결합되어 드럼 또는 실린더가 회전함에 따라 함께 회전한다. 이러한 회전관(2)은 그 일측의 외주면 상에 원주방향을 따라 돌출 형성된 밀봉면(2a)이 형성되고, 상술한 하우징(1)의 유입구(1a)에 대응되는 부분에 다수의 유입공(2b)이 원주 방향을 따라 형성된다.

사이펀 파이프용 장착구(3)는 회전관(2)의 선단부 상에 그랜드 패킹 및 그랜드 커버(4, 5)에 의해 밀봉적으로 체결되고, 이러한 사이펀 파이프용 장착구(3) 내측에 사이펀 파이프(미도시)가 장착되며, 이 사이펀 파이프(미도시)는 각종 기계장치의 회전하는 드럼 또는 실린더 내에 공급된 유체를 외부로 배출하는 기능을 수행한다.

엘보우(6)는 사이펀 파이프용 장착구(3)와 연통되도록 하우징(1)의 일측에 결합되어, 사이펀 파이프용 장착구(3) 내측에 장착되는 사이펀 파이프(미도시)를 통해 흡입된 유체를 외부로 배출시킨다.

메커니컬 실(70)은 고온, 고압 하에서 고속도로 회전하는 각종 회전축 상에서 유체의 누설을 방지하기 위한 것으로, 제 1 및 제 2 패킹(70a, 70b), 탄성부재(70c)로 이루어진다.

제 1 패킹(70a)은 카본 재질로 이루어지고, 상술한 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 마주보는 방향으로 끼워맞춤되어, 회전관(2)과 동시에 회전하게 되어 하우징(1)의 제 1 캡(1d)과 회전 접촉하게 된다.

제 2 패킹(70b)은 카본 재질로 이루어지고, 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 하우징(1)의 제 2 캡(1e) 사이에 개재되어, 회전관(2)이 회전함에 따라 회전관(2)의 밀봉면(2a)와 회전접촉하게 된다.

탄성부재(70c)는 코일 스프링 형태로 이루어지고, 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 제 1 패킹(70a) 사이에 탄설되어 회전관(2)이 회전함에 따라 그 자체의 탄성력을 제 1 패킹(70a)의 회전접촉되는 부분과 제 2 패킹(70b)의 회전접촉되는 부분으로 인가하여, 각 패킹(70a, 70b)의 회전접촉되는 부분에 탄성적인 밀봉이 이루어지도록 한다.

이에 따라, 메커니컬 실(70)은 제 1 패킹(70a)과 제 1 캡(1d)사이의 탄성적 밀봉 작용, 및 제 1 패킹(70b)와 제 2 캡(1e) 사이의 탄성적 밀봉 작용에 의해 회전관(2) 내부로 유동하는 유체의 누설을 방지한다.

한편, 본 발명에 따른 로터리 조인트의 밀봉구조는 도 2의 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 상술한 회전관(2)의 밀봉면(2a)의 제 2 패킹(70b)과 회전접촉하는 부분, 및 하우징(1)의 제 1 캡(1d)의 제 1 패킹(70a)과 회전 접촉하는 일측 부분 에 세라믹 코팅층(8)이 각각 형성된다. 이러한 세라믹 코팅층(8)이 카본 재질의 패킹(70a, 70b)과 회전 접촉하는 금속 재질의 회전관(2) 및 하우징(1)의 일측 부분에 형성됨에 따라, 금속 재질과 카본 재질 사이의 마모 강도를 강화시킨다. 이에 따라, 회전관(2) 및 하우징(1)의 패킹(70a, 70b)과 회전접촉되는 부분의 내마모성이 향상되어 그 사용수명이 연장되며, 또한 고속, 고압 회전시에도 확실한 밀봉성이 보장되는 특징이 있다.

이상과 같은 구성에 의한 복관식 로터리 조인트는 회전관(2) 및 사이펀 파이프에 의해 하나의 로터리 조인트를 이용하여 고정 배관으로부터 각종 기계장치의 회전하는 부분으로 유체의 공급 및 배출을 동시에 수행하는 것으로, 단관식 로터리 조인트는 이러한 복관식 로터리 조인트에서 상술한 엘보우(6) 및 사이펀 파이프가 생략되고, 엘보우(6) 대신에 하우징(1)의 개방된 타측면에는 별도의 엔드 캡이 장착된다. 이러한 단관식 로터리 조인트는 기계 장치의 회전하는 부분(즉, 회전하는 드럼 또는 실린더)의 양측에 각각 결합되어, 한쪽은 유체의 공급 기능을, 다른 쪽은 유체의 배출 기능을 각각 개별적으로 수행한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 밀봉구조가 적용되는 일 형태의 복관식 로터리 조인트가 도 2에 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 밀봉구조는 복관식 또는 단관식 뿐만 아니라, 그 외의 다양한 형태의 로터리 조인트의 밀봉 구조 모두에 적용가능하다.

상기와 같은 본 발명은, 카본 재질로 이루어진 패킹과 회전접촉하는 금속 재질의 회전관 및 하우징의 일측 부분에 세라믹 코팅처리를 하여 내마모성 및 그 사용수명을 연장시키고, 고압 및 고속 회전시에도 확실한 밀봉성이 보장되며, 이로 인한 잦은 메커니컬 실의 교체 및 수리가 필요없어 경제성이 향상되는 매우 뛰어난 효과가 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 잇을 것이다.

도 1은 일반적인 복관식 로터리 조인트의 일 형태를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트의 밀봉구조를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 하우징 2 : 회전관

3 : 사이펀 파이프용 장착구 6 : 엘보우

8 : 세라믹 코팅층 70 : 메커니컬 실

70a : 제 1 패킹 70b : 제 2 패킹

70c : 탄성부재

Claims (2)

1. 내측면에 제1 및 제2캡(1d, 1e) 가 끼워지고, 중앙 부분에 유체가 유입되는 유입구(1a)를 구비한 하우징 (1)과;

   상기 하우징 (1)의 내측에 회전가능하게 지지되고, 일측의 외주면 상에는 반 경방향으로 돌출된 밀봉면(2a)이 원주방향으로 형성되며, 상기 하우징(1)의 유입구 (1a)에 대응하는 외주면 상에는 다수의 유입공 (2b) 이 형성된 회전관 (2) 과 ;

   상기 회전관 (2)의 밀봉면 (2a) 과 마주보면서 상기 하우징 (1)의 제1캡(1d) 와 회전접촉되게 끼움결합되는 카본 재질의 제1패킹(70a)과, 상기 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 하우징(1)의 제2캡(1e) 사이에 개재된 제2패킹(70b)과, 회전관(2)의 밀봉면 (2a)과 제1패킹(70a) 사이에 탄설되어 제1 및 제2 패킹(70a, 70b)에 탄성력을 인가하는 탄성부재(70c)로 이루어진 메커니컬 실(70)을 포함하는 로터리 조인트에 있어서;

   상기 회전관(2)의 밀봉면(2a)과 메커니컬 실(70)의 제2패킹(70b) 사이의 회전접촉하는 부분과, 하우징 (1)의 제1캡(1d)과 메커니컬 실(70)의 제1패킹(70a) 사이의 회전접촉하는 부분 상에 세라믹 코팅층 (8) 이 각각 형성되고,

   상기 세라믹 코팅층 (8) 은 1~3 mm 의 두께로 이루어진 것을 특징으로 하는 로터리 조인트의 밀봉구조.
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