KR100625832B1

KR100625832B1 - 극저온 비접촉 환상실 장착구조

Info

Publication number: KR100625832B1
Application number: KR1020040098607A
Authority: KR
Inventors: 전성민; 김진한
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-09-20
Also published as: KR20060059502A

Abstract

본 발명은 극저온 비접촉 환상실 장착구조에 관한 것이다. 본 발명은 일측면에 스프링걸림단과 내주면에 핀삽입홈을 갖는 실유입공간이 내부에 형성되며, 중앙 영역에는 회전축이 통과하는 수평끼움공이 형성되는 좌측실케이징과, 상기 좌측실케이징의 일면에 밀착 고정되어 상기 실유입공간을 마감하게 되며, 상기 수평끼움공에 대응되게 수평삽입공이 형성되는 우측실케이징으로 이루어지는 실케이징 및 상기 실케이징의 실유입공간에 유입되는 유체의 누설을 방지하는 환상실을 포함하는 극저온 비접촉 환상실 장착구조에 있어서, 상기 환상실은, 상기 회전축 외경에 실간극(sg)이 유지되도록 삽입공이 형성되어 카본 계열 및 저온용 수지계열로 구성되는 실내륜과, 상기 실내륜의 외주면에 내주면이 열박음으로 조립되는 조립공이 형성되며, 외주면에는 상기　실유입공간의 핀삽입홈에 삽입되는 핀이 돌출 형성되어 금속으로 구성되는 실외륜으로 이루어지며; 상기 환상실의 일측면 및 상기 좌측실케이징의 스프링걸림단 사이에 위치되어 상기 환상실을 축방향으로 탄성 지지하는 접시형스프링와셔가 구비되고; 상기 실내륜의 일측면에는 상기 접시형스프링와셔의 탄성력에 의해 상기 우측실케이징의 일측면에 밀착되는 돌출밀착부가 돌출 형성되며; 상기 돌출밀착부가 밀착되는 상기 우측실케이징의 접촉면에는 제 2차실유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 폭발 위험이 있는 극저온 환경(액체산소, 액체수소)에서 회전기계의 유체 누설을 방지하기 위하여 사용되는 환상실은 열수축을 보상하면서 간극을 회전체의 진동에 따라 능동적으로 유지할 수 있도록 재질을 상호 다르게 구성하여 열박음으로 조립하게 됨으로써 안전하면서도 유체의 누설이 방지되는 효과가 제공된다.

극저온, 비접촉, 실

Description

극저온 비접촉 환상실 장착구조{CRYOGENIC NONCONTACT ANNULAR SEAL INSTALLATION STRUCTURE}

도 1은 본 발명에 따른 극저온 비접촉 환상실이 장착되는 상태를 도시한 측단면도.

도 2는 본 발명에 따른 극저온 비접촉 환상실의 구조를 도시한 분해 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 극저온 비접촉 환상실 장착구조의 동작상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1,2 : 제 1,2차실유로 10 : 실케이징

20,30 : 좌,우측실케이징 22 : 수평끼움공

23 : 스프링걸림단 24 : 핀삽입홈

25 : 실유입공간 32 : 수평삽입공

40 : 환상실 42 : 삽입공

43 : 돌출밀착부 44,48 : 실내,외륜

45 : 조립공 46 : 핀

50 : 회전축 60 : 접시형스프링와셔

sg : 실간극

본 발명은 폭발 위험이 있는 극저온 환경(액체산소, 액체수소)에서 회전기계의 유체 누설을 방지하기 위하여 사용되는 극저온 비접촉 환상실에 관한 것으로, 특히 극저온 환경에 따른 실의 열수축을 보상하면서 실의 간극을 회전체의 진동에 따라 능동적으로 유지할 수 있어 안전하면서도 누설량이 적은 극저온 비접촉식 환상실 장착구조에 관한 것이다.

일반적으로 각종 공작기계 등의 회전부위에 대한 밀봉을 담당하는 실(seal)은 저속기계에 사용되는 실과 고속기계에서 사용되는 실 등이 있으며, 회전축을 회전시키기 위한 베어링에 주입되는 윤활유의 누설을 방지하거나, 압축기 등의 작동유체의 누설을 방지하기 위해 사용되는 데, 그 실링방법에 따라 접촉식 실링과 비접촉식 실링방법이 사용되는 것이다.

이러한 실링 방법중 접촉식 실은 가스켓, 오링 등과 같이 직접 접촉하여 실링을 이루는 것으로, 확실한 실링을 이룰 수 있으며, 저속, 고압의 실링에 사용된다. 하지만, 회전축의 회전수가 고속으로 갈수록 마찰소닐, 발열, 마모 등으로 접촉식 실은 사용이 불가능하게 됨으로써 점차적으로 비접촉식 실이 사용되는 실정인 것이다.

그러나, 이와 같은 종래 비접속식 실은 하나의 물질, 즉 금속재로 형성되어 있어, 극저온 환경에 따른 회전축의 수축으로 인한 실간극의 증가를 보상하지 못하게 됨으로써, 즉 실간극이 증가하게 되면 유체 누설이 증가되어 누설을 최소화하고 자는 실 고유의 기능이 상실되었으며, 이로 인하여 폭발성을 가지고 있는 극저온 유체-액체산소, 액체수소에서 마찰에 의한 발열이나, 회전축과 실의 재질인 금속과 금속의 마찰로 인한 스파크로써 폭발성 유체가 폭발하게 되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 폭발 위험이 있는 극저온 환경하에서 작동하는 터보기계의 누설을 방지하여 안전하면서도 안정적으로 누설량을 제어할 수 있는 극저온 비접촉 환상실 장착구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 일측면에 스프링걸림단과 내주면에 핀삽입홈을 갖는 실유입공간이 내부에 형성되며, 중앙 영역에는 회전축이 통과하는 수평끼움공이 형성되는 좌측실케이징과, 상기 좌측실케이징의 일면에 밀착 고정되어 상기 실유입공간을 마감하게 되며, 상기 수평끼움공에 대응되게 수평삽입공이 형성되는 우측실케이징으로 이루어지는 실케이징 및 상기 실케이징의 실유입공간에 유입되는 유체의 누설을 방지하는 환상실을 포함하는 극저온 비접촉 환상실 장착구조에 있어서, 상기 환상실은, 상기 회전축 외경에 실간극(sg)이 유지되도록 삽입공이 형성되어 카본 계열 및 저온용 수지계열로 구성되는 실내륜과, 상기 실내륜의 외주면에 내주면이 열박음으로 조립되는 조립공이 형성되며, 외주면에는 상기　실유입공간의 핀삽입홈에 삽입되는 핀이 돌출 형성되어 금속으로 구성되는 실외륜으로 이루어지며; 상기 환상실의 일측면 및 상기 좌측실케이징의 스프링걸림단 사이에 위치되어 상기 환상실을 축방향으로 탄성 지지하는 접시형스프링와셔가 구비되고; 상기 실내륜의 일측면에는 상기 접시형스프링와셔의 탄성력에 의해 상기 우측실케이징의 일측면에 밀착되는 돌출밀착부가 돌출 형성되며; 상기 돌출밀착부가 밀착되는 상기 우측실케이징의 접촉면에는 제 2차실유로가 형성됨으로써 달성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같 다.

첨부된 도면중 도 1은 본 발명에 따른 극저온 비접촉 환상실이 장착된 상태를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 극저온 비접촉 환상실의 구조를 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 극저온 비접촉 환상실 장착구조의 동작상태도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 극저온 비접촉 환상실 장착구조는 실케이징(10) 및 환상실(40)로 이루어져 회전축(50)의 외경에 실간극(sg)을 유지하여 장착된다.

상기 실케이징(10)은, 상기 일측면에 스프링걸림단(23)과 내주면에 핀삽입홈(24)을 갖는 실유입공간(25)이 내부에 형성되며, 중앙 영역에는 회전축(50)이 통과하는 수평끼움공(22)이 형성되는 좌측실케이징(20)과, 상기 좌측실케이징(20)의 일면에 밀착 고정되어 상기 실유입공간(25)을 마감하게 되며, 상기 수평끼움공(22)에 대응되게 수평삽입공(32)이 형성되는 우측실케이징(30)으로 이루어진다.
상기 환상실(40)은, 상기 실케이징(10)의 실유입공간(25)에 유입되는 유체의 누설을 방지하되, 상기 회전축(50) 외경에 실간극(sg)이 유지되도록 삽입공(42)이 형성되는 실내륜(44)과, 상기 실내륜(44)의 외주면에 내주면이 열박음으로 조립되는 조립공(45)이 형성되며, 외주면에는 상기　실유입공간(25)의 핀삽입홈(24)에 삽입되는 핀(46)이 돌출 형성되는 실외륜(48)으로 이루어진다.
또한, 상기 환상실(40)의 일측면 및 상기 좌측실케이징(20)의 스프링걸림단(23) 사이에 위치되어 상기 환상실(40)을 축방향으로 탄성 지지하는 접시형스프링와셔(60)가 구비되고, 상기 실내륜(44)의 일측면에는 상기 접시형스프링와셔(60)의 탄성력에 의해 상기 우측실케이징(30)의 일측면에 밀착되는 돌출밀착부(43)가 돌출 형성되며, 상기 돌출밀착부(43)가 밀착되는 상기 우측실케이징(30)의 접촉면에는 제 2차실유로(2)가 형성된다.

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그리고, 실내륜(44)은 폭발 방지를 위하여 금속과의 접촉이 되더라도 문제가 없도록 카본 계열이나 저온용 수지계열로 이루어지고, 실외륜(48)은 극저온 환경(액체산소, 액체산소)에 따른 회전축(50)의 수축으로 인한 실간극(sg)의 증가를 보상하기 위하여 회전축(50)과 비슷한 열팽창율을 갖는 금속으로 이루어진다.

한편, 실내륜(44)의 삽입공(42)과 회전축(50) 외경 사이에 유지되는 실간극(sg)은 약 30㎛가 유지되고, 삽입공(42)과 회전축(50) 외경 사이에는 실간극(sg)에 해당되는 제 1차실유로(1)가 형성된다.

상기 실내륜(44)의 일측면과 좌측실케이징(20)의 스프링걸림단(23)에는 접시형스프링와셔(60)가 삽입되어 환상실(40)을 축방향으로 고정시키게 된다. 즉, 접시형스프링와셔(60)의 탄성력으로써 실내륜(44)의 돌출밀착부(43)가 우측실케이징(30)의 내부면에 밀착된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 환상실이 장착되는 상태를 설명하면, 먼저 카본 계열이나 저온용 수지계열로 이루어진 실내륜(44)의 외주면에 회전축(50)과 비슷한 열팽창율을 갖는 금속으로 이루어진 실외륜(48)의 조립공(45)을 끼운 다음, 열박음으로써 조립하게 된다.

그러면, 실내륜(44)의 외주면이 실외륜(48)의 조립공(45)에 조립되어 폭발 방지를 위하여 금속과의 접촉이 되더라도 문제가 없으며, 극저온 환경(액체산소, 액체산소)에 따른 회전축(50)의 수축으로 인한 실간극(sg)의 증가를 보상하기 위한 극저온 비접촉식 환상실의 제작이 완료된다. 즉, 재질이 상호다르게 이루어진 실,내외륜(44)(48)이 상호 조립유지된다. 이때, 금속과 금속은 스파크가 발생되지만 금속과 비금속의 마찰은 스파크가 발생되지 않아 폭발이 방지된다.

이러한 상태에서 실케이징(10)을 구성하고 있는 좌측실케이징(20)의 스프링걸림단(23)에 접시형스프링와셔(60)를 밀착시킨 다음, 실유입공간(25) 내부에 조립이 완료된 환상실(40)의 타면을 유입시킨 다음, 환상실(40)의 실외륜(48)에 형성된 핀(46)을 좌측실케이징(20)의 핀삽입홈(24)에 끼우게 되면, 실외륜(48)의 핀(46)이 핀삽입홈(24)에 끼워져 실유입공간(25) 내부에 환상실(40)이 회전이 방지되고, 실내륜(44)의 타면이 접시형스프링와셔(60)에 밀착된다.

그 다음으로 좌측실케이징(20) 일면에 수평끼움공(22)과 대응되게 수평삽입공(32)이 형성된 우측실케이징(30)을 밀착 고정시키면, 실유입공간(25)을 마감하게 되고, 실내륜(44)의 돌출밀착부(43)는 우측실케이징(30)의 내측면에 밀착된다.

이때, 상기 좌측실케이징(20)의 스프링걸림단(23)에 삽입된 접시형스프링와셔(60)의 탄성력으로써 환상실(40)이 축방향으로 탄성 고정되어 실내륜(44)의 돌출밀착부(43)가 우측실케이징(30)의 내측면에 밀착되는 것이다.

이러한 상태에서 환상실(40)의 실내륜(44)에 형성된 삽입공(42)을 회전축(50)에 삽입시키게 된다. 그러면, 실내륜(44)의 삽입공(42)이 회전축(50) 외경에 삽입되는 동시에 삽입공(42)과 회전축(50) 사이에 약 30㎛의 실간극(sg)이 유지됨으로써 환상실(40)의 장착이 완료된다. 이때, 삽입공(42)과 회전축(50) 외경 사이 에는 실간극(sg)에 해당되는 제 1차실유로(1)가 형성된다.

이와 같이 장착이 완료된 환상실(40)은, 터보기계(미도시)의 회전력을 전달받은 회전축(50)은 회전하게 되며, 실내륜(40)의 삽입공(42)과 회전축(50) 외경 사이에 형성된 실간극(sg), 즉 제 1차실유로(1)에서 압력차의 발생으로 인하여 환상실(40)은 좌,우측실케이징(20)(30) 내부의 실유입공간(25) 내부에서 상부로 부상하게 된다.

이때, 회전축(50)의 진동에 의하여 일부 영역에서 실간극(sg)이 좁아지는 경우 실간극(sg) 내의 유체 압력이 증가하게 되어 환상실(40)은 추가적으로 부상하게 되고, 접시형스프링와셔(60)의 탄성력으로써, 실내륜(44)의 돌출밀착부(43)가 우측실케이징(30)의 내측면에 밀착되어 제 2차실유로(2)가 닫히게 됨으로써 유체의 누설이 방지된다.

따라서, 회전축(50)에 대한 환상실(40)의 반경 방향 위치를 상대적으로 일정하게 유지하게끔 되고, 극저온 환경(액체산소, 액체수소)에 따른 구조물의 열팽창을 보상하고, 회전체의 진동에 따른 실간극(sg)을 일정하게 제어함으로써 마찰에 의하여 폭발 위험이 있는 특수한 환경에서 누설방지용으로 사용하게 되는 것이다.

이상에서 상술한 본 발명에 의하면, 폭발 위험이 있는 극저온 환경(액체산소, 액체수소)에서 회전기계의 유체 누설을 방지하기 위하여 사용되는 환상실은 열수축을 보상하면서 간극을 회전체의 진동에 따라 능동적으로 유지할 수 있도록 재 질을 상호 다르게 구성하여 열박음으로 조립하게 됨으로써 안전하면서도 유체의 누설이 방지되는 효과가 제공된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims

일측면에 스프링걸림단(23)과 내주면에 핀삽입홈(24)을 갖는 실유입공간(25)이 내부에 형성되며, 중앙 영역에는 회전축(50)이 통과하는 수평끼움공(22)이 형성되는 좌측실케이징(20)과, 상기 좌측실케이징(20)의 일면에 밀착 고정되어 상기 실유입공간(25)을 마감하게 되며, 상기 수평끼움공(22)에 대응되게 수평삽입공(32)이 형성되는 우측실케이징(30)으로 이루어지는 실케이징(10) 및 상기 실케이징(10)의 실유입공간(25)에 유입되는 유체의 누설을 방지하는 환상실(40)을 포함하는 극저온 비접촉 환상실 장착구조에 있어서,

상기 환상실(40)은, 상기 회전축(50) 외경에 실간극(sg)이 유지되도록 삽입공(42)이 형성되어 카본 계열 및 저온용 수지계열로 구성되는 실내륜(44)과, 상기 실내륜(44)의 외주면에 내주면이 열박음으로 조립되는 조립공(45)이 형성되며, 외주면에는 상기　실유입공간(25)의 핀삽입홈(24)에 삽입되는 핀(46)이 돌출 형성되어 금속으로 구성되는 실외륜(48)으로 이루어지며;

상기 환상실(40)의 일측면 및 상기 좌측실케이징(20)의 스프링걸림단(23) 사이에 위치되어 상기 환상실(40)을 축방향으로 탄성 지지하는 접시형스프링와셔(60)가 구비되고;

상기 실내륜(44)의 일측면에는 상기 접시형스프링와셔(60)의 탄성력에 의해 상기 우측실케이징(30)의 일측면에 밀착되는 돌출밀착부(43)가 돌출 형성되며;

상기 돌출밀착부(43)가 밀착되는 상기 우측실케이징(30)의 접촉면에는 제 2차실유로(2)가 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 비접촉 환상실 장착구조.
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