KR100750431B1 - 가요성 립을 갖는 베어링 시일 - Google Patents

Abstract

압연기의 롤 네크의 테이퍼링된 부분에 사용되는 시일이며, 중심 축(A)과, 각지게 연장된 립에 힌지에 의해 결합된 적어도 하나의 반경 방향 외향으로 연장된 플랜지를 포함하는 가요성 원형 시일 몸체를 포함하며, 상기 힌지는 상기 플랜지 및 상기 립의 두께에 비해 감소된 두께를 가지고, 상기 립은 확대 림으로 이어지는 수렴형 제1 및 제2 측부를 가지고, 상기 림은 상기 중심 축에 평행한 기준 평면(P)에 내장된 외부 에지에 수렴하는 제1 및 제2 외주 면을 갖는 시일에 관한 것이다.

가요성 원형 시일, 리브, 확대 림, 플랜지, 외주 면, 끼인각, 비응력 상태

Description

가요성 립을 갖는 베어링 시일{BEARING SEAL WITH FLEXIBLE LIP}

도1은 본 발명에 따른 가요성 네크 시일을 도시하는, 압연기의 오일 필름 베어링의 시일 조립체를 절취한 단면도.

도2는 도1에 도시된 네크 시일의 내부 플랜지를 확대한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

4 : 단부 면

10 : 슬리브

16 : 고정 부싱

18 : 롤 초크

22 : 섬프

26 : 시일 조립체

28 : 네크 시일

30 : 시일 몸체

34 : 권선된 스프링

40 : 내부 플랜지

42 : 외부 플랜지

48 : 립

52 : 확대 림

56 : 외부 에지

60 : 시일 단부 판

62 : 돌출부

본 발명은 일반적으로 베어링 사용을 위한 가요성 시일에 관한 것이며, 특히, 압연기의 오일 필름 베어링에 사용되는 형식의 가요성 립 시일에 관한 것이다.

종래 기술의 시일 구조의 일례가 미국 특허 제2,868,574호에 개시되어 있으며, 시일은 대향 배치된 견부들을 분리하는 반경 방향 내향으로 연장된 강성 플랜지를 갖는 고정 원형 시일 단부 판으로 둘러싸여 있다. 가요성 시일은 시일 단부 판 견부의 경사 표면과 미끄럼 접촉하고 있는 반경 방향 외향으로 연장된 가요성 플랜지를 갖고 있다. 내측부의 플랜지/견부 표면 경계면은 베어링의 베어링 윤활제를 유지해주는 역할을 하며, 외측부의 플랜지/견부 표면 경계면은 냉각수, 압연기 스케일(scale) 등과 같은 오염 물질이 베어링으로 침투하는 것을 차단하는 역할을 한다.

이러한 구조는 베어링 윤활제의 누설, 베어링 챔버로 들어오는 오염 물질 및 시일 구성품들의 과도한 마모와 같은 문제점을 보여준다. 이들 문제점들은 주로 플랜지의 길이 전체에 걸쳐 두껍고 무거운 시일 플랜지에 기인한다. 따라서, 플랜지는 갖추어야할 만큼의 가요성을 갖지 못하여 변형되는 경향을 가지게 되고 효율적인 시일을 제공하지 못한다.

미국 특허 제4,165,881호에 개시되어 있는 시일 구조에는, 이들 문제점은 비교적 얇은 주연의 가요성 립을 시일 플랜지에 구비함으로써 해결되었다. 이 구조는 개선된 밀봉 성능을 가져왔으나, 시일이 시일 단부 판에 대하여 부적절하게 배열된 경우 누설 문제가 계속되었다.

따라서, 시일이 시일 단부 판에 대하여 부적절하게 배열된 경우를 포함하여, 모든 작동 조건하에서 효과적으로 작동할 수 있는 시일에 대한 필요성이 계속 존재하고 있다.

본 발명에 따르면, 중심 축과, 각지게 연장된 밀봉 립에 힌지에 의해 결합된 적어도 하나의 반경 방향 외향으로 연장된 플랜지를 포함하는 가요성 원형 시일 몸체를 포함하며, 힌지는 플랜지 및 립의 두께에 비해 감소된 두께를 갖는다. 립은 확대 림으로 이어지는 수렴형 측부를 가지고, 림은 외부 에지에 수렴하는 경사진 외주 면을 갖는다.

작동 환경하에서, 시일은 롤 네크의 테이퍼링된 부분에 장착되고, 밀봉 립의 외부 에지는 시일 단부 판의 인접한 견부에 미끄럼 접촉되어 있다. 힌지에서 밀봉 립의 휨은 확대 림의 증가된 질량과 강성 및 외주 면간의 각도 관계와 협력하여 밀봉 립의 외부 에지와 시일 단부 판의 견부 사이의 선 접촉을 유지하는 역할을 한 다.

본 발명의 상기 및 다른 특징들 및 장점들이 첨부한 도면을 참조하여 더 상세하게 이제 기술될 것이다.

도면 중에서 우선 도1을 참조하면, 도면 부호 "2"에는 단부 면(4)을 갖는 롤(2) 및 더 완만하게 테이퍼링된 단부 부분(8)으로 이어지는 테이퍼링된 중간 부분(6)을 가진 롤 네크가 도시되어 있다. 슬리브(10)는 테이퍼링된 단부 부분(8)에 장착되어 있으며 함께 회전하기 위해 종래의 수단(미 도시)에 의해 롤 네크에 대하여 고정되어 있다. 슬리브(10)는 롤 초크(chock)(18)내에 지지 되어 있는 고정 부싱(16)의 내부 베어링 표면(14)내에서 회전하도록 저널 결합된 외부 베어링 표면(12)을 갖고 있다.

슬리브(10)는 롤 초크(18) 및 고정 부싱(16)이 고정되어 있는 상태로 롤과 함께 회전한다. 범람하는 오일량은 베어링 표면(12, 14)사이에 계속적으로 공급된다. 롤 초크의 원형 연장부(20)는 베어링으로부터 나온 오일이 계속적으로 수집되는 섬프(sump)(22)를 저면 부에 구비하고 있다. 오일은 섬프로부터 나와 베어링 표면으로 재순환된다.

롤(2)이 "습식"조건 하에서 작동하면, 냉각 유체는 일정하게 롤(2)을 범람하여 단부 면(4) 위에서 아래로 흐른다. 냉각제를 롤로부터 배출시키려는 원심력에도 불구하고, 소정량의 냉각제는 베어링 방향으로 롤 네크를 따라 흐르는 경향이 있다. 시일 조립체(26) 및 베어링 조립체의 일부를 형성하는 가요성 네크 시일 (28)의 목적은 임의의 냉각 유체가 베어링 오일에 도달하여 베어링 오일을 오염시키는 것을 방지하는 것이며, 역으로, 베어링의 오일 손실을 방지하려는 것이다.

가요성 네크 시일(28)은 롤 네크의 테이퍼링된 부분(6)상에 밀봉 결합으로 장착되도록 구성된 내부 표면(32a, 32b)을 갖는 가요성 원형 시일 몸체(30)를 포함한다. 네크 시일(28)은 적절한 탄성 고무형 재료로 성형 된다. 선택함에 따라, 시일 몸체(30)는 권선된 스프링(34) 및 강철 케이블(36)의 매립식 조합에 의해 내부적으로 보강된다.

시일 몸체(30)는 중심 축(A)에 평행인 외부 원통 표면(38)을 갖는다. 내부 및 외부 원형 가요성 플랜지(40, 42)는 표면(38)의 대향 단부에서 시일 몸체(30)로부터 반경 방향으로 연장되어 있다.

외부 플랜지(42)에는 감소된 두께를 갖는 힌지(46)에 의해 플랜지에 결합된 종래의 가요성 립(44)이 구비되어 있다. 부가적으로 도2를 참조하면, 내부 플랜지(40)는 감소된 두께를 갖는 힌지(50)에 의해 결합된 립(48)을 또한 갖는다.

본 발명에 따라, 립(48)은 확대 림(52)에 이어지는 제1 및 제2 수렴 측부(48a, 48b)를 갖는다. 림(52)은 외부 에지(56)에 수렴하는 제1 및 제2 외주 면(54a, 54b)을 갖는다. 시일이 이완된 비응력 상태에 있는 경우(속박되거나 다르게는 비틀리지 않은 경우), 외부 에지(56)는 중심 축(A)에 평행인 기준 평면(A)에 내장되어 있다.

시일이 도1에 도시된 바와 같은 작동 환경에 있는 경우, 양 립(44, 48)은 시일 단부 판(60)의 인접한 견부(58)와 각각 미끄럼 접촉한다. 종래의 립(44)은 그 각 견부(58)에 대하여 비교적 경미한 부하를 받을 뿐이고, 립/견부 경계면의 결과적인 영역 접촉은 유체 역학적 조건을 유지하는데 도움이 되지 않는다. 시일 오정렬은 본 조건을 더 악화시켜, 가속된 마모 및 누설을 야기한다.

한편, 립(48)의 외부 에지(56)는 그 각 견부(58)에 선 접촉되어 있다. 네크 시일이 롤 네크와 함께 회전할 때, 확대 림(52)의 부가적 질량은 외부 에지(56)를 원심 가압하여 주변 견부 표면과 밀봉 접촉하게 하는 역할을 한다. 확대 림(52)의 증가된 강성과 결합된 외주 면(54a, 54b)의 각진 관계는 시일 오정렬을 보상하도록 립(48)이 힌지(50) 둘레로 굽어질 때 외부 에지(56)의 양 측부에서의 유체 역학적 작용을 보장한다.

전술한 장점들을 더욱 향상시키기 위해서, 도2에 가장 잘 도시되어 있는 것과 같이, 제1 및 제2 측부(48a, 48b)는 약 4°내지 10°사이의 끼인각(α₁)을 형성하도록 배열되어 있으며, 바람직한 각도는 약 7°이다.

이완된 비응력 상태에서, 립의 제1 측부(48a)는 기준 평면(P)에 대하여 약 46°내지 54°사이의 각도(α₂)로 배열되어 있으며, 최적의 각도는 약 50°이다. 제2 측부(48b)는 기준 평면(P)에 대하여 약 39°내지 47°사이의 각도(α₃)로 배열되어 있으며, 최적의 각도는 약 43°이다. 외주 면(54a, 54b)에 의해 형성되는 끼인각(α₄)은 바람직하게는 약 90°내지 106°사이이며, 98°가 최적이다.

바람직하게, 제1 측부(48a) 및 제1 외주 면(54a)은 약 66.5°내지 77.5°사 이의 끼인각(α₅)을 형성하며, 72°가 최적이다. 제2 측부(48b) 및 제2 외주 면(54b)은 약 157.5°내지 168.5°사이의 끼인각(α₆)을 형성하며, 163°가 최적이다.

제1 측부(48a)에는 바람직하게 제1 외주 면(54a)과 제1 측부(48a)의 접합부로부터 내향으로 이격된 돌기부(62)가 구비되어 있다. 돌기부(62)는 양호하게 반원형 리브(rib)로 형성된다.

전술한 각도 관계는 소정 범위의 시일 크기로 통합될 때 힌지식 립(48)의 밀봉 성능을 향상시키는데 기여한다. 인접한 고정 표면과 외부 에지(56)의 선 접촉은 시일의 오정렬 정도에 관계없이 유지되며, 따라서, 윤활제의 보존 및 오염 물질의 배제를 최적화한다.

비록 예시되지 않았지만, 종래의 립(44)이 구비되는 것 대신, 외부 플랜지에는 또한 본 발명에 따른 립(48)이 구비될 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따르면 시일이 시일 단부 판에 대하여 부적절하게 배열된 경우를 포함하여, 모든 작동 조건하에서 효과적으로 작동할 수 있는 시일을 제공하는 효과가 있다.

Claims (15)

1. 압연기의 롤 네크의 테이퍼링된 부분에 사용되는 시일이며,

   중심 축(A)과, 각지게 연장된 립에 힌지에 의해 결합된 적어도 하나의 반경 방향 외향으로 연장된 플랜지를 포함하는 가요성 원형 시일 몸체를 포함하며, 상기 힌지는 상기 플랜지 및 상기 립의 두께에 비해 감소된 두께를 가지고, 상기 립은 확대 림으로 이어지는 수렴형 제1 및 제2 측부를 가지고, 상기 림은 상기 중심 축에 평행한 기준 평면(P)에 내장된 외부 에지에 수렴하는 제1 및 제2 외주 면을 갖는 시일.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측부는 약 4°내지 10°사이의 끼인각(α₁)을 형성하는 시일.
3. 제2항에 있어서, 상기 끼인각(α₁)이 약 7°인 시일.
4. 제1항에 있어서, 상기 플랜지 및 상기 립이 비응력 상태에 있는 경우, 상기 립의 제1 측부는 상기 기준 평면(P)에 대하여 약 46°내지 54°사이의 각(α₂)으로 배열된 시일.
5. 제4항에 있어서, 상기 각(α₂)이 약 50°인 시일.
6. 제1항에 있어서, 상기 플랜지 및 상기 립이 비응력 상태에 있는 경우, 상기 립의 제2 측부는 상기 기준 평면(P)에 대하여 약 39°내지 47°사이의 각(α₃)으로 배열된 시일.
7. 제6항에 있어서, 상기 각(α₃)이 약 43°인 시일.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외주 면은 약 90°내지 106°사이의 끼인각(α₄)을 형성하는 시일.
9. 제8항에 있어서, 상기 각(α₄)이 약 98°인 시일.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 측부 및 상기 제1 외주 면은 약 66.5°내지 77.5°사이의 끼인각(α₅)을 형성하는 시일.
11. 제10항에 있어서, 상기 끼인각(α₅)이 약 72°인 시일.
12. 제1항에 있어서, 상기 제2 측부 및 상기 제2 외주 면은 약 157.5°내지 168.5°사이의 끼인각(α₆)을 형성하는 시일.
13. 제12항에 있어서, 상기 끼인각(α₆)이 약 163°인 시일.
14. 제1항에 있어서, 상기 제1 측부 및 상기 제1 외주 면의 접합부로부터 내향으로 이격된 상기 립 위치의 제1 측부상의 돌기부를 더 포함하는 시일.
15. 제14항에 있어서, 상기 돌기부가 반원형 단면을 갖는 리브를 포함하는 시일.

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