KR100994067B1 - 고압, 고속회전용 밀봉장치 - Google Patents

고압, 고속회전용 밀봉장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압, 고속회전용 밀봉장치에 관련되며, 구성에 특징으로 살펴보면, 회전부의 축(1)과 하우징(2)사이 기밀을 유지하는 밀봉장치에 있어서, 상기 축(1)상에 일단이 고정되고, 다른 일단에 조인트키(12)가 돌출되는 가트링(10); 상기 가트링(10)의 조인트키(12)와 맞물리도록 조인트홈(22)이 형성되고, 축(1)상에 스프링(24)과 함께 삽입되어 회전부 패킹(26)에 의해 기밀이 유지되는 회전부 링씰(20); 상기 회전부 링씰(20)과 일단이 면접되고, 다른 일단은 스토퍼(32)와 고정부 패킹(36)에 의해 하우징(2)상에서 유동가능하게 지지되는 고정부 링씰(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 회전부 링씰과 고정부 링씰이 회전부상에서 유동가능하게 설치됨에 따라 고속, 고압환경에서 진동 및 외력에 의한 축의 기울기에 유연하게 대응하여 접동면의 기밀성이 고도로 유지되고, 특히 구조가 간단하여 조립 및 유지보수가 간편한 효과가 있다.

Description

고압, 고속회전용 밀봉장치{Mechanical seal for High pressure and high speed }
본 발명은 고압, 고속회전용 밀봉장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 컴프레서를 포함하는 고압, 고속회전을 요하는 회전부의 축과 하우징사이에 기밀을 유지하는 고압, 고속회전용 밀봉장치에 관한 것이이다.
통상적으로 컴프레셔, 워터 펌프, 터빈, 엔진, 선박추진축을 포함하는 기밀을 요하는 회전부의 하우징과 축 사이에는 내부의 액체가 외부로 누설되지 않도록 밀봉장치가 설치되는바, 여기서 밀봉장치는 회전중에도 기밀성이 확보되도록 한 쌍의 링형 메카니칼 씰이 서로 면접된 상태로 설치된다.
하지만, 일측의 링형 메카니칼 씰이 축상에 압입고정된 형태로 설치됨에 따라 구동중 진동, 또는 메카니칼 씰간의 부정확한 조립으로 인한 접동면의 밀착불량으로 안정된 기밀성이 확보되지 못하는 실정이다.
이에 종래에 특허공개번호 특1999-005200호에서 회전 링형 씰을 임펠러 측으로 협소해지는 테이퍼진 접면으로 내경을 형성함과 동시에 대응 위치의 고정 링형 씰은임펠러 측으로 협소해지는 테이퍼진 접면으로 외경을 형성하도록 하여 밀착 회전시 자동 조심 접면됨으로써 링형 씰간의 동축도를 구현하므로 축의 진동, 또는 회전 링형 씰간의 부정확한 조립으로 인한 기밀 접동면의 섭동환경 하에서도 안정된 기밀을 이루도록 하고 있다.
그러나, 상기 종래기술은 축의 진동, 또는 회전 링형 씰간의 부정확한 조립환경에서도 기밀성을 확보하기 위한 기술이지만, 사용상에 있어 다음과 같은 문제점이 제기되었다.
첫째, 고속, 고압환경에서 축상에 충격이 가해지거나 축이 기울어질 경우, 회전 링형 씰은 고정된 상태로 고정 링형 씰이 축과 함께 기울어지면서 접동면이 순간적으로 이격되어 내부의 액체가 외부로 누설되고, 특히 강한 충격이 작용시에는 고정 링형 씰이 축과 회전 링형 씰사이에 끼여 파손되는 문제점이 따랐다.
둘째, 회전 링형 씰과 고정 링형 씰을 설치하기 위해 구동축과 하우징 내주면형상으로 절곡형성되는 카트리지, 슬리브를 포함하는 구성부품이 별도로 구비되므로 구조가 복잡하고, 특히 조립 및 유지보수에 따른 작업성이 저하되는 폐단이 따랐다.
본 발명은 상기한 점에 착안한 것으로서, 보다 상세하게는 구조가 간단하여 조립 및 유지보수가 간편하며, 고속, 고압환경에서 진동 및 외력에 의한 축의 유동이 발생되는 환경에서 접동면의 기밀성이 견고하게 유지되는 고압, 고속회전용 밀봉장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 회전부의 축(1)과 하우징(2)사이 기밀을 유지하는 밀봉장치에 있어서, 상기 축(1)상에 일단이 고정되고, 다른 일단에 조인트키(12)가 돌출되는 가트링(10); 상기 가트링(10)의 조인트키(12)와 맞물리도록 조인트홈(22)이 형성되고, 축(1)상에 스프링(24)과 함께 삽입되어 회전부 패킹(26)에 의해 기밀이 유지되는 회전부 링씰(20); 및 상기 회전부 링씰(20)과 일단이 면접되고, 다른 일단은 스토퍼(32)와 고정부 패킹(36)에 의해 하우징(2)상에서 유동가능하게 지지되는 고정부 링씰(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 회전부 링씰(20)과 스프링(24)사이에 설치되어 일면은 회전부 패킹(26)과 밀착되고, 다른 일면은 스프링(24)과 밀착되는 링형 밀판(28)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스프링(24)은 얇은 웨이프 강판을 여러장 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정부 링씰(30)은 외주면에 패킹홈(38)이 형성되어 고정부 패킹(36)이 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스토퍼(32) 일단에 돌출형성되고, 패킹홈(38)과 맞물려 고정부 링씰(30)을 밀착지지하는 밀편(32a)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 회전부 링씰과 고정부 링씰이 회전부상에서 유동가능하게 설치됨에 따라 고속, 고압환경에서 진동 및 외력에 의한 축의 기울기에 유연하게 대응하여 접동면의 기밀성이 고도로 유지되고, 특히 구조가 간단하여 조립 및 유지보수가 간편한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고압, 고속회전용 밀봉장치를 전체적으로 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 고압, 고속회전용 밀봉장치의 내부구성을 나타내는 종단면도.
도 3a 내지 3b는 본 발명에 따른 고압, 고속회전용 밀봉장치의 작동상태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 고압, 고속회전용 밀봉장치에 관련되며, 이때 고압, 고속회전용 밀봉장치는 미세한 진동 및 외력에도 축의 기울어짐이 심하게 발생되는 고속, 고압환경에서 축(1)과 하우징(2)사이의 기밀성이 고도로 유지되도록 하기 위해 가트링(10), 회전부 링씰(20), 고정부 링씰(30)을 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 가트링(10)은 축(1)상에 일단이 고정되고, 다른 일단에 조인트키(12)가 돌출된다. 가트링(10)은 일단이 축(1)상에 억지끼움 또는 나사결합, 키홈결합을 포함하는 체결방식으로 고정되고, 다른 일단에 조인트키(12)를 통하여 회전부 링씰(20)과 결속된다.
여기서, 조인트키(12)는 축(1)과 평행하는 방향으로 1~6개소에 이격배치되고(예컨대, 도 1에서는 3개소에 형성된 상태를 도시), 후술하는 회전부 링씰(20)의 조인트홈(22)과 맞물려 축(1)이 회전시 회전부 링씰(20)이 함께 회전하도록 연계되고, 또 회전부 링씰(20)과 함께 설치되는 스프링(24)의 탄성력이 축방향으로 작용하도록 안내한다.
또한, 본 발명에 따른 회전부 링씰(20)은 가트링(10)의 조인트키(12)와 맞물리도록 조인트홈(22)이 형성되고, 축(1)상에 스프링(24)과 함께 삽입되어 회전부 패킹(26)에 의해 기밀이 유지된다. 회전부 링씰(20)은 내마모성, 내식성이 우수한 SiC(Silicon carbide)재질로 형성되고, 일면이 후술하는 고정부 링씰(30)과 면접촉되어 축(1)과 하우징(2)사이의 기밀성이 유지된다.
회전부 링씰(20)은 상기 조인트키(12)와 대응하는 외주면에 조인트홈(22)이 형성되고, 내경이 헐꺼운 끼워맞춤 공차로 형성되어 축(1)상에 삽입된 상태로 유동성이 확보되도록 설치된다.
그리고, 회전부 링씰(20)의 내주면과 축(1)의 외주면사이에 회전부 패킹(26)이 삽설되고, 회전부 패킹(26)으로 인해 회전부 링씰(20)이 유동되는 중에도 축(1)과 회전부 링씰(20)사이의 공극이 마감된다.
또, 회전부 링씰(20)은 축(1)상에 구비되는 스프링(24)의 탄성력에 의해 후술하는 고정부 링씰(30) 측으로 밀착되도록 구비된다. 이에 작동중 회전부 링씰(20)과 고정부 링씰(30)의 마찰에 따른 마모분이 자동으로 보상되고, 또 진동 또는 외력에 의해 축(1)이 기울어지더라도 회전부 링씰(20)과 고정부 링씰(30)이 면접되는 접촉면이 들뜸현상이 방지된다.
여기서, 스프링(24)은 얇은 웨이프 강판을 여러장 적층하여 형성된 웨이브스프링(Wave spring)으로 형성된다. 이에 축(1)이 회전중에 기울기가 발생하더라도 경사각도에서 형상보존성능이 우수하여 탄성력 왜곡현상이 방지됨에 따라 회전부 링씰(20)과 고정부 링씰(30)이 면접되는 접촉면의 이상마모, 편마모현상이 방지됨과 더불어 밀착력이 견고하게 유지된다.
또, 회전부 링씰(20)과 스프링(24)사이에 설치되어 일면은 회전부 패킹(26)과 밀착되고, 다른 일면은 스프링(24)과 밀착되는 링형 밀판(28)이 구비된다. 이때 링형 밀판(28)은 스프링(24)의 탄성력을 회전부 링씰(20)상으로 고루게 분산전달함은 물론 회전부 패킹(26)이 축방향으로 변형되지 않도록 일측에서 지지하여 회전부 패킹(26)을 통한 축(1)과 회전부 링씰(20)사이의 기밀성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 링씰(30)은 회전부 링씰(20)과 일단이 면접되고, 다른 일단은 스토퍼(32)와 고정부 패킹(36)에 의해 하우징(2)상에서 유동가능하게 지지된다. 고정부 링씰(30)은 상기 회전부 링씰(20)과 동일하게 내마모성, 내식성이 우수한 SiC(Silicon carbide)재질로 형성되고, 일면이 회전부 링씰(30)과 면접촉되어 축(1)과 하우징(2)사이의 기밀이 유지된다.
여기서, 고정부 링씰(30)은 외경이 헐꺼운 끼워맞춤 공차로 형성되고, 하우징(2)의 내주면에 삽입된 상태로 스토퍼(32)에 의해 설정된 위치에서 유동성이 확보되도록 지지된다.
그리고, 고정부 링씰(30)의 외주면과 하우징(2)의 외주면사이에 고정부 패킹(36)이 삽설되고, 고정부 패킹(36)으로 인해 고정부 링씰(30)이 유동되는 중에도 하우징(2)과 고정부 링씰(30)사이의 공극이 마감된다.
이때, 고정부 링씰(30)은 외주면에 패킹홈(38)이 형성되어 고정부 패킹(36)이 수용된다. 이에 고정부 패킹(36)이 패킹홈(38)에 수용되어 고정부 링씰(30)과 하우징(2) 사이에 삽설됨에 따라 작동중 이탈, 변형이 방지됨은 물론 외력에 의한 탄성변형이 제한되어 고정부 링씰(30)이 보다 압축된 탄지력으로 지지하게 된다.
또한, 상기 스토퍼(32) 일단에 돌출형성되고, 패킹홈(38)과 맞물려 고정부 링씰(30)을 밀착지지하는 밀편(32a)이 구비된다. 스토퍼(32)는 C링을 포함하는 결속수단에 의해 하우징(2)상에 지지되고, 밀편(32a)이 고정부 링씰(30)의 패킹홈(38)과 맞물리도록 설치됨에 따라 작동중 고정부 씰링(30)의 과도한 기울어짐이 방지되고, 특히 고정부 패킹(36)이 축방향으로 변형되지 않도록 일측에서 지지되므로 고정부 패킹(36)을 통한 하우징(2)과 고정부 링씰(30)사이의 기밀성이 향상된다.
작동상에 있어서, 축(1)이 회전시 가트링(10)에 의해 회전부 링씰(20)이 함께 회전하고, 이때 회전부 링씰(20)은 스프링(24)의 탄성력에 의해 고정부 링씰(30)에 면접촉된 상태로 회전되면서 자연적으로 발생한 0.01~0.04 마이크로 두께의 유막에 의해 서로 맞닿아 회전된다. 이때 회전부 링씰(20)과 고정부 링씰(30)은 회전부 패킹(26)과 고정부 패킹(36)에 의해 축(1)과 하우징(2) 사이에서 유동가능한 구조를 설치된다.
따라서, 작동중 진동 및 외력으로 인해 축(1)이 순간적으로 기울어질 경우, 회전부 링씰(20)과 고정부 링씰(30)이 밀착된 상태로 도 3a처럼 축(1)의 기울어짐에 영향을 받지 않고 초기상태로 유지되거나, 도 3b와 같이 축(1)의 기울기방향으로 함께 기울어지면서 면접촉부의 기밀성이 견고하게 유지되므로 내부 유체의 누수가 방지된다.
한편, 회전부 링씰(20)과 고정부 링씰(30)이 축(1)과 하우징(2)사이에 순차적으로 삽입되어 스토퍼(32)에 의해 고정되는 간단한 조립구조를 가짐에 따라 스토퍼(32)를 분리하는 단순작업을 통하여 회전부 링씰(20)과 고정부 링씰(30)의 교체를 포함하는 유지보수작업이 간편하게 이루어지는 이점이 있다.
10: 가크링 20: 회전부 링씰 30: 고정부 링씰

Claims (5)

  1. 회전부의 축(1)과 하우징(2)사이 기밀을 유지하는 밀봉장치에 있어서,
    상기 축(1)상에 일단이 고정되고, 다른 일단에 조인트키(12)가 돌출되는 가트링(10);
    상기 가트링(10)의 조인트키(12)와 맞물리도록 조인트홈(22)이 형성되고, 축(1)상에 스프링(24)과 함께 삽입되어 회전부 패킹(26)에 의해 기밀이 유지되는 회전부 링씰(20); 및
    상기 회전부 링씰(20)과 일단이 면접되고, 다른 일단은 스토퍼(32)와 고정부 패킹(36)에 의해 하우징(2)상에서 유동가능하게 지지되는 고정부 링씰(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압, 고속회전용 밀봉장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전부 링씰(20)과 스프링(24)사이에 설치되어 일면은 회전부 패킹(26)과 밀착되고, 다른 일면은 스프링(24)과 밀착되는 링형 밀판(28)이 구비되는 것을 특징으로 하는 고압, 고속회전용 밀봉장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스프링(24)은 얇은 웨이프 강판을 여러장 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고압, 고속회전용 밀봉장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고정부 링씰(30)은 외주면에 패킹홈(38)이 형성되어 고정부 패킹(36)이 수용되는 것을 특징으로 하는 고압, 고속회전용 밀봉장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 스토퍼(32) 일단에 돌출형성되고, 패킹홈(38)과 맞물려 고정부 링씰(30)을 밀착지지하는 밀편(32a)이 구비되는 것을 특징으로 하는 고압, 고속회전용 밀봉장치.
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