KR101121210B1 - 시일 링 및 선미관 시일 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 시일 립부의 접촉 응력이 누설이나 조기 이상 마모 등을 일으키지 않는 적정 상태로 유지되도록 설정되어, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상하는 동시에, 게다가 케이싱의 환상 홈에 감합하는 시일 외주부의 장착성을 향상시켜서, 시일 립부의 접촉 응력을 안정화시키는 것을 과제로 한다. 키부(29)의 최상부는 중심(T)을 정점으로서 반경방향 외측에 산 형상으로 형성되는 동시에, 키부(29)로부터 힐부(31)에는 축방향 두께가 얇아지도록 단차부(37a, 37b)를 갖고, 배면 측의 단차부(37b)의 내경이 정면 측의 단차부(37a) 보다 크게 형성되고, 한층 더 립부(35)의 립 선단(39)은 산 형상으로 돌출하고, 립 선단(39)을 라이너(15)에 가압하는 환형 스프링(41)이 감합하는 스프링 홈(43)의 중심(P)이, 립 선단(39) 보다 립 배면 측에 립 배면 폭의 추진축 방향 길이의 10%의 범위 내로 오프셋되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

시일 링 및 선미관 시일 장치{SEAL RING AND STERN TUBE SEALING APPARATUS}

본 발명은, 선미관의 선외 측에 설치된 케이싱 부재 내를 관통하는 선박용의 추진축과 케이싱 부재 사이에 설치되어, 해수가 선내 측에 침수하는 것을 방지하는 시일 링 및 그것을 이용한 선미관 시일 장치에 관한 것이다.

종래부터, 고무나 엘라스토머로 이루어지는 시일 링이 선미관 시일 장치에 이용되어 왔다.

예를 들면, 특허 문헌 1(특개 2000-238694호 공보)에는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 선미관(01)을 관통하는 추진축(프로펠러축)(02)에 장착된 라이너(03)에 미끄럼운동하는 탄성 부재로 이루어지는 립형의 시일 링(04, 05, 06)이, 복수의 하우징 부재(07)에 끼워지도록 배치되어, 선미 측에 배치한 제 1 시일 링(04)과, 이에 인접하는 제 2 시일 링(05)에 의해서 제 1 선미 환상 공간(08)을 형성하는 동시에, 제 2 시일 링(05)과 제 3 시일 링(06)에 의해 제 2 선미 환상 공간(09)을 형성하도록 하여, 해수의 침수나 이물의 침입, 및 선내 측의 윤활유의 누설을 방지하는 선미관 시일 장치(010)가 나타내어져 있다.

이 시일 링(04, 05, 06)의 단면 형상으로서는, 도 8에 도시한 형상이 나타내어져 있다.

[선행 기술 문헌]

[특허 문헌]

[특허 문헌 1]　특개 2000-238694호 공보

선미관 시일 장치에 이용되는 시일 링은, 선미관의 선외 측에 설치된 케이싱의 내주 측에 형성된 환상 홈에 감합하는 시일 외주부와, 프로펠러축의 외주나 프로펠러축에 외감(外嵌)한 라이너 외주면에 밀접하는 시일 립부에 의해 구성되어, 시일 외주부의 케이싱으로의 감합 부분에는, 조임 여유가 마련되어 조립할 수 있게 되어 있다.

이 때문에, 시일 외주부의 케이싱으로의 감합에 임하여, 비틀림이나 물림이 생기거나, 장착 후의 온도 변화에 의해, 시일 외주부가 변형하면, 시일 립부의 접촉 응력이 변화하여, 시일성에 악영향을 줄 우려가 있었다.

또한, 프로펠러축 외주면이나 라이너 외주면으로 밀착하는 시일 립부를 지지하는 완부의 강성이 약하면, 시일 립부가 라이너 외주면에 적절한 응력 상태로 접촉하지 못하고, 시일 립부의 미끄럼운동면이, 완전히 맞닿은 상태를 일으켜서 조기 이상 마모가 생기기 쉽고, 또한 이상 마모에 의한 미끄럼운동 발열에 의해 고무 물성의 연화와 변형을 일으켜서 스펀지화하여 기포 발생(블리스터)이나 내부 크랙의 발생의 우려가 있었다. 이 때문에, 시일 링의 시일 립의 단면 형상이나 시일 립부를 지지하는 완부의 강성에 대해 여러 가지의 연구가 이루어지고 있다.

상기 특허 문헌 1에 개시되어 있는 시일 링의 단면 형상은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 시일 링(04)이 프로펠러축(02)의 라이너(03)와 접촉하는 미끄럼운동면에, 프로펠러축(02)의 회전 시에 제 1 선미 환상 공간(08) 내의 물을 고압 측의 선외에 강제적으로 송출하게 하도록 하는 미소한 요철(011)을 라이너의 미끄럼운동면(012)에 다수 마련하고, 이 요철(011)에 의해, 프로펠러축(02)의 회전 시에 이송 작용을 적극적으로 발생시키는 것이다.

따라서, 이 특허 문헌 1에는, 시일 링의 외주부가 케이싱의 내주에 형성되는 홈에 안정적으로 감합하는 시일 링의 단면 형상이나, 시일 링의 외주부를 케이싱에 감합하기 쉬운 단면 형상이나, 더욱이 시일 립부의 접촉 응력을 적정 상태로 유지하여, 시일 립부와 프로펠러 샤프트의 미끄럼운동면을 개입시켜 누설이나 시일 립부의 조기 이상 마모 등을 방지하여 시일성을 향상하는 것까지는 개시되어 있지 않다.

따라서, 본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 시일 립부의 접촉 응력이 누설이나 조기 이상 마모 등을 일으키지 않는 적정 상태로 유지되도록 설정되어, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상하는 동시에, 또한 케이싱의 환상 홈에 감합하는 시일 외주부의 장착성을 향상하여, 시일 립부의 접촉 응력을 안정화시키는 시일 링 및 그것을 이용한 선미 환형 시일 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 제 1 발명은, 선미관의 선외 측에 설치된 케이싱 부재 내를 관통하는 선박용 추진축과, 상기 케이싱 부재 사이에 설치되고, 해수가 선내 측에 침수하는 것을 방지하는 시일 링으로서, 추진축 방향의 단면 형상이, 케이싱의 내주에 형성된 환상 홈에 감합하는 키부와, 상기 키부로부터 추진 축심을 향해 직경방향으로 신장하는 힐부와, 상기 힐부의 선단으로부터 일정한 경사 각도를 가져서 직경방향 내측에 신장하는 동시에 케이싱 측에 형성된 백업 부재에 의해 내측이 지지를 받는 완부와, 상기 완부의 선단에 형성되어 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 밀접하는 립부를 구비하는 시일 링에 있어서, 상기 키부의 최상부는 축방향 두께의 중심을 정점으로서 반경방향 외측에 산 형상으로 형성되는 동시에, 키부로부터 힐부에는 축방향 두께가 얇아지도록 키부의 정면 측과 배면 측에 각각 단차부를 갖고, 상기 단차부의 내경은 키부의 정면 측보다 배면 측이 크게 형성되고, 상기 립부의 립 선단은 반경방향 내측으로 산 형상으로 송출하고, 립부에는 립 선단을 추진축 측으로 가압하는 환상 스프링이 감합하는 스프링 홈이 형성되고, 상기 스프링 홈의 중심이 상기 립 선단보다 립 배면 측에 립 배면 폭의 추진축 방향 길이의 10%의 범위 내로 오프셋되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

이러한 제 1 발명에 의하면, 상기 키부의 정부는 축방향 두께의 중심을 정점으로서 반경방향 외측에 산 형상으로 형성되는 동시에, 키부로부터 힐부에는 축방향 두께가 얇아지도록 키부의 정면 측과 배면 측에 각각 단차부를 갖고, 상기 단차부의 내경은 키부의 정면 측보다 배면 측이 크게 형성되기 때문에, 시일 링의 키부의 환상 홈으로의 장착성이 향상하여, 장착 시에 키부가 잘 감입되지 않게 물려 시일 링이 변형하는 것이 방지된다. 그 결과, 키부가 변형하는 동시에, 립부의 접촉 응력이 변화하여, 시일성에 악영향을 주는 것이 방지된다.

즉, 배면측의 높이가 낮기 때문에, 정면 측을 앞방향으로서 시일 링을 케이싱 내의 환상 홈에 압입(press)하기 쉬워진다. 따라서, 조립하기 쉽고, 선박이 도크 등에서 추진축을 뽑지 않고 축 상에서 시일 링의 교환이 용이하게 된다.

또한, 이러한 제 1 발명에 의하면, 상기 립부의 립 선단은 반경방향 내측에 산 형상으로 송출하고, 립부에는 립 선단을 추진축 측으로 가압하는 환상 스프링이 감합하는 스프링 홈이 형성되어 상기 스프링 홈의 중심이 상기 립 선단보다 립 배면 측에 립 배면 폭의 추진축 방향 길이의 10%의 범위 내로 오프셋되어 설치되므로, 상기 환상 홈에 키부가 감합되고, 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 상기 립부를 밀접시킨 세트 상태 때에는, 립 선단으로부터 립 배면폭의 추진축 방향 길이의 대략 20%의 위치에 환상 스프링이 위치되어 립 선단측에서의 접촉 응력을 높일 수 있고, 립부의 밀봉 성능을 향상할 수 있다. 또한, 립 선단측에서의 접촉 응력을 높일 수 있는 것에 의해서, 립 배면의 접촉의 완전히 맞닿은 상태도 생기기 어려워서 이상 마모의 발생도 방지된다.

따라서, 시일 립부의 접촉 응력이 누설이나 조기 이상 마모 등을 일으키지 않는 적정 상태에 유지되어, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상할 수 있다.

또한, 제 1 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 립부의 추진축 방향에 대한 립 정면각(β)을 립 배면각(α) 보다 크게 형성하고, 립 정면각(β)이 45~55°의 범위로, 또한 립 배면각(α)이 25~30°의 범위로 설정되면 좋다.

립 배면각(α) 및 립 정면각(β)이 상기 설정 범위보다 커지면, 립 선단이 예각이 되어, 진동이 큰 선박에서는 립 선단의 접촉면 폭의 부족을 일으켜서 정면 측으로부터 배면 측으로의 해수의 누설이나, 배면 측으로부터 정면 측으로의 윤활유의 누설이 생기기 쉬워진다. 또한, 반대로, 립 배면각(α) 및 립 정면각(β)이 설정 범위보다 작아지면, 립 선단이 둔각이 되어, 립 선단의 접촉면 폭이 커져서, 과잉의 접촉을 일으켜서 접촉 압력을 확보하지 못하여 시일성이 악화되는 동시에 조기 이상 마모가 생기기 쉬워진다.

따라서, 상기 범위로 설정하는 것에 의해 립 선단에 발생하는 이상 현상을 억제하여, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상할 수 있다. 특히, 이와 같이 립 선단 정면측 및 배면측의 각도를 설정하는 것에 의해, 상기 환상 스프링의 오프셋 위치와 더불어, 립 선단에 있어서의 접촉 응력이 적정하게 유지되어 시일성을 향상할 수 있다.

또한, 제 1 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 백업 부재의 선단과 상기 완부의 접촉 위치에 있어서의 완부 두께(H)와, 상기 접촉 위치로부터 립 선단까지의 상기 경사 각도 방향에 있어서의 팔 거리(L)가, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 만족하면 좋다.

이와 같이, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 만족하도록 설정하는 것은, 즉, H³/L⁴을 파라미터로서 이용하여 완부로부터 립부에 걸친 강성을 설정한다.

백업 부재의 접촉 위치로부터 앞이 캔틸레버인 받침대에 있어서의 휨을 일으키는 부분이므로, 립 선단의 휨량(V)을, 캔틸레버 받침대의 휨 식(1)을 이용하여 나타내고, 립 선단이 적절한 접촉 응력에 의해 접촉하는 완부 및 립부의 강성을, 휨량을 요구하는 식(1)의, H³/L⁴을 파라미터로서 이용하여 평가한다.

V=K₁(WL⁴/EI)=K₂(WL⁴/EH³) ???(1)

W：시일 링 정면 측에 걸린 압력, K₁, K₂：정수, E：신장 탄성률(사용 재료, 예를 들면 불소고무의 신장 탄성률을 이용한다)

시험 결과를 기초하여, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 찾아냈다. 그 결과, 이 범위로 설정하는 것에 의해, 시일 립부의 미끄럼운동면이 과잉으로 접촉(완전히 맞닿음)하여 조기 이상 마모를 일으킬 수 없는 적정 상태로 유지되어, 시일성을 유지하면서 내구성이 향상할 수 있다.

또한, 제 1 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기의 H³/L⁴을 파라미터로 하는 것이 아니라, 상기 환상 홈에 키부가 감합되어 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 상기 립부가 밀접된 세트 상태에 있어서, 시일 링의 정면 측을 배면 측보다 높게 하여 정면 측과 배면 측과의 차압을 약 0.15 MPa로 했을 때에 상기 립 선단의 접촉 폭이 2~3mm가 되도록 상기 완부 및 립부의 강성이 설정되도록 해도 괜찮다.

이와 같이, 접촉 폭을 설정하는 것에 의해, 휨 식으로부터 설정한 H³/L⁴을 이용하는 일 없이, 직접적으로 접촉 폭을 규정하는 것으로, 립부의 미끄럼운동면이 과잉으로 접촉(정답)하여 조기 이상 마모를 일으킬 수 없는 적정 상태로 유지되어, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 이 2~3mm의 접촉 폭의 최적치는 시험에 의해 미리 확인한 값이다.

다음에, 제 2 발명은, 선미관 시일 장치에 관한 것으로서, 선미관의 선외 측에 설치된 케이싱 부재 내를 관통하는 선박용 추진축과, 상기 케이싱 부재 사이에 설치되고, 해수가 선내 측에 침수하는 것을 방지하는 시일 링을 구비하며, 상기 시일 링의 추진축 방향의 단면 형상이, 케이싱의 내주에 형성된 환상 홈에 감합하는 키부와, 상기 키부로부터 추진 축심을 향해 직경방향으로 신장하는 힐부와, 상기 힐부의 선단으로부터 일정한 경사 각도를 가져서 직경방향 내측으로 신장하는 동시에 케이싱 측에 형성된 백업 부재에 의해 내측이 지지되는 완부와, 상기 완부의 선단에 형성되어 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 밀접하는 립부에 의해 구성되는 선미관 시일 장치에 있어서, 상기 키부의 최상부는 축방향 두께의 중심을 정점으로서 반경방향 외측에 산 형상으로 형성되는 동시에, 키부로부터 힐부에는 축방향 두께가 얇아지도록 키부의 정면 측과 배면 측에 각각 단차부를 갖고, 상기 단차부의 내경은 키부의 정면 측보다 배면 측이 크게 형성되고, 키부는 상기 환상 홈에 감합하면 단단히 체결되는 동시에, 배면측의 상기 단차부와 상기 환상 홈 사이에는 직경방향으로 공간이 형성되고, 상기 립부의 립 선단은 반경방향 내측에 산 형상으로 돌출하고, 립부에는 힙 선단을 추진축 측으로 가압하는 환상 스프링이 감합하는 스프링 홈이 형성되고, 상기 스프링 홈의 중심이 상기 립 선단보다 립 배면 측에 립 배면 폭의 추진축 방향 길이의 10%의 범위 내로 오프셋되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

이러한 제 2 발명에 의하면, 상기 제 1 발명으로 설명한 시일 링의 작용 효과를 갖는 선미관 시일 장치를 얻을 수 있다.

또한, 제 2 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 립부의 추진축 방향에 대한 립 정면각(β)을 립 배면각(α) 보다 크게 형성하고, 립 정면각(β)이 45~55°의 범위로, 또한 립 배면각(α)이 25~30°의 범위로 설정되면 좋다.

또한, 제 2 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 백업 부재의 선단과 상기 완부와의 접촉 위치에 있어서의 완부 두께(H)와, 상기 접촉 위치로부터 립 선단까지의 상기 경사 각도 방향에 있어서의 팔 거리(L)가, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 만족하면 좋다.

또한, 제 2 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 환상 홈에 키부가 감합되고, 추진축의 외주면 혹은 추진 축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 상기 립부가 밀접된 세트 상태에 있어서, 시일 링의 정면 측을 배면 측보다 높게 하여 정면 측과 배면 측과의 차압을 약 0.15 MPa로 했을 때에 상기 립 선단의 접촉 폭이 2~3mm가 되도록 상기 완부 및 립부의 강성이 설정되면 좋다.

이러한 구성에 의해, 상기 제 1 발명으로 설명한 시일 링을 갖춘 선미관 시일 장치를 얻을 수 있다.

또한, 제 2 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 환상 홈의 양측 벽의 직경방향 거의 중앙부에, 환상의 릴리프 홈이 형성되어 있으면 좋다.

이와 같이, 상기 환상 홈의 양측 벽의 직경방향 거의 중앙부에, 환상의 릴리프 홈이 형성되어 있는 것에 의해, 케이싱의 환상 홈에 키부를 밀어 넣어 감합하는 경우에, 키부의 측벽의 일부가 상기 릴리프 홈에 비집고 들어가기 위해, 키부 체결 후의 내경 측으로의 이동이 억제되고, 키부의 환상 홈 내에서의 감합 상태의 위치 결정이 되어, 키부의 위치가 안정화한다.

제 1 발명에 의하면, 시일 링의 키부의 장착성이 향상하여, 장착 시의 키부의 변형이 방지되고, 그 결과 키부가 변형하는 동시에, 립부의 접촉 응력이 변화하여, 시일성에 악영향을 주는 것이 방지된다. 또한, 시일 링을 케이싱 내의 환상 홈에 압입하기 쉬워져서, 추진축을 뽑지 않고 축 상에서 시일 링의 교환이 가능하게 된다.

더욱이, 제 1 발명에 의하면, 립부의 립 선단은 반경 방향 내측에 산 형상으로 돌출하고, 립부에는 립 선단을 추진축 측으로 가압하는 환상 스프링이 감합하는 스프링 홈이 형성되고, 상기 스프링 홈의 중심이 상기 립 선단보다 립 배면 측에 립 배면 폭의 추진축 방향 길이의 10%의 범위 내로 오프셋되어 설치되므로, 상기 환상 홈에 키부가 감합되고, 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 상기 립부를 밀접시킨 세트 상태일 때에는, 립 선단으로부터 립 배면 폭의 추진축 방향 길이의 대략 20%의 위치에 환상 스프링이 위치되어 립 선단 측에서의 접촉 응력을 높일 수 있고, 립부의 밀봉 성능을 향상할 수 있다. 또한, 립 선단 측에서의 접촉 응력을 높일 수 있는 것에 의해, 립 배면의 접촉의 완전히 맞닿은 상태도 생기기 어려워서 이상 마모의 발생도 방지된다.

따라서, 시일 립부의 접촉 응력이 누설이나 조기 이상 마모 등을 일으키지 않는 적정 상태로 유지되어, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상할 수 있다.

또한, 제 2 발명에 의하면, 상기 제 1 발명의 시일 링에 의해서 발휘되는 작용 효과를 갖는 선박의 선미관 시일 장치를 얻을 수 있다.

도 1은 실시예를 나타내는 시일 링을 구비한 선미관 시일 장치의 전체 구성도의 예이다.
도 2는 시일 링 단체의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 3은 시일 링이 케이싱의 환상 홈에 장착된 상태를 나타내는 전체 구성도이다.
도 4는 립 선단의 배면각과 정면각과의 관계를 나타내는 도표이다.
도 5는 시일 링 세트 상태로의 회전 시험 결과를 나타낸다. (a)는 그 시험 결과를 나타내는 도표이고, (b)는 시험 조건을 나타내는 설명도이다.
도 6은 환상 스프링의 오프셋 배치에 의한 접촉면압의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 7은 종래 기술의 설명도이다.
도 8은 종래 기술의 설명도이다.

이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시예를 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이들에만 한정하는 취지는 아니다.

도 1을 참조하여, 선미관 시일 장치의 전체 구성에 대해 설명한다. 선미관 시일 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같은 프로펠러(3)가 단부에 장착된 추진용 프로펠러축(추진축)(5)과, 선미관(7)으로부터 선외 측에 돌출하여 설치되어 내부에 프로펠러축(5)이 관통하는 케이싱(케이싱 부재)(9)과, 상기 케이싱(9)의 내주측과 프로펠러축(5)의 외주측 사이를 시일하는 시일 링(11)에 의해 구성되어 있다.

프로펠러(3)에는 볼트(13)에 의해 프로펠러축(5)의 라이너(15)가 고정되어 있고, 라이너(15)의 몸통부는 프로펠러축(5)의 외주를 둘러싸서 프로펠러축(5)과 일체로 회전하게 되어 있다. 이 라이너(15)의 몸통부 외주에는 3개의 립형의 시일 링(11a, 11b, 11c)의 립이 미끄럼 접촉하고 있다. 또한, 최선미 측에는, 어망 방지 링(17)이 장착되어, 어망 등의 해수중의 이물이 비집고 들어가는 것을 막고 있다.

케이싱(9)은, 복수의 케이싱(9a~9e)이 적층 상태로 중첩하여 볼트(19)에 의해 일체로 선미관(7)에 고정되고, 시일 링(11a, 11b, 11c) 각각은, 케이싱(9b~9e)에 끼우도록 하여 유지되어 있다. 최선미 측에 배치되는 제 1 시일 링(11a)과, 그 근처의 제 2 시일 링(11b)은 립이 해수 측을 향하여, 해수가 선내 측에 유입하는 것을 막는 기능을 하고 있다. 선내 측에 가장 가까운 제 3 시일 링(11c)은 립을 선내 측을 향하여, 선내 측의 윤활유가 선외로 빠져나오는 것을 막고 있다.

또한, 제 1 시일 링(11a)과 제 2 시일 링(11b)에 의해, 제1 선미 환상 공간(21)을 형성하고, 제 2 시일 링(11b)과 제 3 시일 링(11c)에 의해, 제 2 선미 환상 공간(23)을 형성하고, 제 3 시일 링(11c)의 선미관(7) 측의 제 3 선미 환상 공간(25)은 도시하지 않는 저유 탱크에 연통하고 있다. 이들 선미 환상 공간에는 취항하기 전에 미리 기름을 충전하여 밀봉 상태로 된다.

이들 시일 링(11a, 11b, 11c)은, 고무 또는 엘라스토머의 탄성 부재로 이루어지고, 고무 재료로서는, 내수, 내유에 강한 불소 고무(예를 들면, 듀퐁사 제의 상품명 바이톤), 또는 니트릴 고무(NBR)에 의해 형성되어 있다.

시일 링(11)은, 원환(링) 형상을 하고, 중심의 중공 부분에 라이너(15)가 삽입되게 되어 있고, 원환 부분의 단면 형상은 일정 단면 형상을 가지고, 프로펠러축(5) 방향의 단면 형상을 도 2에 나타낸다.

도 2와 같이, 시일 링(11)[여기에서는 제 1 시일 링(11a)에 대해 설명하지만, 다른 제 2 시일 링(11b), 제 3 시일 링(11c)에 대해서도 같은 단면 형상을 가지고 있음]은, 선미관(7)의 선체 외측에 고정되어 프로펠러축(5)을 둘러싸도록 형성되는 케이싱(케이싱 부재)(9)의 내주에 형성된 환상 홈(27)(도 3 참조)에 감합하는 키부(29)와, 상기 키부(29)로부터 프로펠러축(5)의 중심선을 향해 직경방향으로 신장하는 힐부(31)와, 상기 힐부(31)의 선단으로부터 정면 측으로 일정한 경사 각도를 가져서 신장하는 완부(33)와, 상기 완부(33)의 선단에 형성되어 라이너(15)의 외주면에 밀접하는 립부(35)에 의해 구성되어 있다. 이하 각 부에 대하여 상세하게 설명한다.

(키부)

키부(29)의 최상부는 축방향 두께의 중심(T)을 정점으로서 반경방향 외측에 산 형상으로 형성되어 있다. 예를 들면, 양측으로 균등하게 대략 15도의 경사각을 가지고 있다. 이와 같이, 균등인 산 형상으로 하는 것으로, 키부(29)를 케이싱(9) 내의 환상 홈(27) 내에, 밀어 넣어 사이에 둘 때에, 고무는 압축되어, 산 형상의 최상부는, 양방향으로 밀리게 되므로, 즉 2방향으로 압축률의 공간이 있는 것으로, 키부(29)의 환상 홈(27) 내의 중심 위치가 스스로 정해져서, 키부(29)의 감합 상태가 안정된다.

또한, 키부(29)로부터 힐부(31)에는 축방향 두께가 얇아지도록 키부(29)의 정면 측(A)과 배면 측(B)에 각각 단차부(37a, 37b)가 형성되고, 단차부(37a, 37b)는 R형상으로 형성되어 있다.

또한, 배면 측(B)의 단차부(37b)의 내경은, 정면 측(A)의 단차부(37a)의 내경보다 크게 형성되어 있다. 즉, 키부(29)의 높이가, 정면 측(A)보다 배면 측(B)이 낮게 형성되어 있다. 구체적으로는, 키부(29)의 정면측의 높이가, 7~15mm에 대해, 배면 측의 높이가 5.5~11mm로 형성되어 있다. 내경으로 말하면 배면 측(B)의 단차부(37b)의 내경(37bd)이 정면 측(A)의 단차부(37a)의 내경(37ad)보다 1.5~4mm 크게 형성되고 있다.

이와 같이 배면 측의 높이를 정면 측 높이의 70~80%로 하는 것에 의해, 케이싱(9)의 환상 홈(27)에, 키부(29)를 삽입할 때에[도 3 점선 화살표(Y) 방향으로 키부(29)를 밀어 넣을 때에], 배면 측의 높이가 낮기 때문에, 배면 측의 단차부(37b)가 잘 환상 홈(27) 내에 끼워져서, 물리는 일 없이 조립이 간단하고 또 확실하게 된다. 이 정면 측과 배면 측과의 높이 관계는 실험적으로 삽입하기 쉬움과 삽입 후의 안정성에서 설정되어 있다.

즉, 배면 측의 높이가 너무 낮으면, 키부(29)를 배면 측에서 막는 면적이 감소하기 때문에, 조립 후의 키부(29)의 위치가 불안정하게 된다. 이 때문에 상기한 바와 같은 일정한 범위가 필요하다.

또한, 키부(29)의 환상 홈(27)으로의 조립 시에 키부(29)가 잘 끼워지지 않고 물려 키부(29)가 변형하여 한층 더 립부(35)의 접촉면이 변형하는 것이 방지된다. 그 결과로서 립부(35)의 접촉 응력이 변화하여 시일성에 악영향을 주는 것이 방지된다.

더욱이, 배면측의 높이가 낮기 때문에, 정면 측을 앞쪽으로 하여 시일 링(11a)을 케이싱(9) 내의 환상 홈(27)에 눌러 넣기가 용이해지므로, 선박이 도크 등에서 프로펠러축(5)을 뽑지 않고, 프로펠러(3)와 라이너(15)를 떼어낸 상태에서 시일 링(11a)의 교환이 용이하게 된다.

(완부)

힐부(31)의 하부 선단으로부터 정면 측(A)을 향해 일정한 경사 각도(θ)를 가져서 신장하는 완부(33)가 형성되어 있다. 경사 각도(θ)는 25~30도의 범위로 형성된다. 이 완부(33)의 선단에는 라이너(15)의 외주면에 밀접하는 립부(35)가 형성된다.

또한, 이 완부(33)의 도중 위치까지, 시일 링(11a)이 케이싱(9) 내에 세트되어 정면 측으로부터 해수압이 작용했을 때에 케이싱(9)에 형성된 백업 부재(49)에 당접하여 직경방향으로 내측으로부터 지지되도록 되어 있다.

(립부)

립부(35)의 립 선단(39)은 반경방향 내측에 산 형상으로 돌출하여 형성되어 있다. 또한, 립부(35)에는 립 선단(39)을 라이너(15)에 가압하는 환상 스프링(41)(도 3 참조)이 감합하는 반원 단면 형상의 스프링 홈(43)이 형성되고, 상기 스프링 홈(43)의 중심(P)는, 립 선단(39)보다 립 배면 측에 립 배면 폭(45)의 프로펠러 축방향 길이(45a)에 대해, 대략 10%의 범위 내로 오프셋(47) 되어 설치되어 있다. 즉, 도 2의 립 배면 폭(45)의 축방향 길이(45a)에 대한 오프셋(47)이 대략 10%의 범위 내로 위치되어 있다. 구체적으로는, 립 배면 폭(45)의 축방향 길이가 8~12mm에 대해, 오프셋량이 0.3~1.0 mm(3~9%)으로 설정된다.

이와 같이, 시일 링(11a)이 프리 상태[시일 링(11a)을 케이싱(9) 내에 조립하지 않는 단체의 상태를 말함]에 있어서, 스프링 홈(43)의 중심(P)이 립 선단(39)보다 립 배면 측에 립 배면 폭(45)의 프로펠러 축방향 길이(45a)의 대략 10%의 범위 내로 오프셋(47) 되어 설치되므로, 케이싱(9)의 환상 홈(27)에 키부(29)가 감합되고, 라이너(15)의 외주면에 립부(35)를 밀접시킨 세트 상태에 있어서, 립 선단(39)으로부터 립 배면 측에 립 배면 폭(45)의 축방향 길이로 오프셋량이 1.5~2.5mm[립 배면 폭(45)의 축방향 길이가 8~12mm에 대해, 오프셋량이 1.5~2.5 mm(19~21%)]가 되도록 설정되어 있다.

따라서, 프리 상태에서는, 대략 10%의 범위 내로 오프셋 상태인 것이, 세트 상태에서는 대략 20%가 된다.

따라서, 시일 링(11a)을 라이너(15) 외주면에 세트한 상태에 있어서도 립 선단(39)으로부터 대략 20%의 위치에 환상 스프링(41)이 위치되므로, 립 배면 폭(45) 중 립 선단(39) 측에서 접촉 응력을 높일 수 있고, 립부(35)의 밀봉 성능을 향상할 수 있다. 또한, 립 선단(39) 측에서의 접촉 응력을 높일 수 있는 것에 의해, 립 배면의 접촉의 완전히 닿은 상태도 생기기 어려워 이상 마모의 발생도 방지된다.

따라서, 시일 립부의 접촉 응력이 누설이나 조기 이상 마모 등을 일으키지 않는 적정 상태로 유지되어, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상할 수 있다.

또한, 립부(35)의 립 선단(39)은 반경방향 내측에 산 형상으로 돌출하여, 프리 상태에서, 립 정면 측의 프로펠러 축방향에 대한 립 정면각(β)과 립 배면 측의 프로펠러 축방향에 대한 립 배면각(α)은, β>α의 관계를 가져서, β=45~55°의 범위, 또한 α=25~30°의 범위로 설정되어 있다.

립 정면각(β)이 립 배면각(α) 보다 크게 설정되어 있는 것은, 시일 링(11a)을 세트하여 정면 측에 해수의 압력이 작용했을 때에, 립 배면 측에 립부(35)가 쓰러지고, 립 배면 측에 미끄럼운동면이 형성되도록 하기 위한 것이다.

또한, 립 배면각(α) 및 립 정면각(β)이 설정 범위보다 커지면, 립 선단(39)이 예각이 되고, 진동이 큰 선박에서는 립 선단(39)의 접촉면 폭의 부족을 일으켜서 정면 측(A)으로부터 배면 측(B)(도 2, 도 3 참조)으로의 해수의 누설이나, 배면 측으로부터 정면 측으로의 윤활유의 누설이 생기기 쉬워진다. 또한, 반대로, 립 배면각(α) 및 립 정면각(β)이 설정 범위보다 작아지면, 립 선단이 둔각이 되고, 립 선단(39)의 접촉면 폭이 커져서, 과잉의 접촉을 일으켜 접촉 압력을 확보하지 못하여 시일성이 악화되는 동시에 조기 이상 마모가 생기기 쉬워진다.

구체적으로는, 도 4의 실시예 1에 나타낸 바와 같이, 프리 상태에서 45°≤β≤55°, 25°≤α≤30°의 범위로 하면, α, β의 범위의 경우에는, 시일 링(11a)을 세트하고, 후술하는 성능시험의 시험 조건(정면 측을 배면 측보다 약 0.15 MP 높게 한 상태)에 의해 확인했는데, 배면 측으로부터 정면 측으로의 누설량도, 미끄럼운동면의 이상 마모도 생기지 않았다.

비교예 1과 같이 배면각(α)이, 20°≤α< 25°로 실시예 1 보다 작아지면, 립 선단(39)의 접촉면 폭이 커져서 이상 마모가 생기고, 비교예 2와 같이 실시예 1 보다 정면각(β)이, 55°＜β≤ 65°으로 커지면, 립 선단이 예각이 되어 접촉면 폭이 작아져서 배면 측으로부터 정면 측으로의 누설량이 증대했다. 또한, 비교예 3과 같이, 배면각(α)을 20°≤α< 25°으로 작게 하고, 정면각(β)을 55°＜β≤ 65°으로 크게 하면, 배면 측으로부터 정면 측으로의 누설, 및 미끄럼운동면의 이상 마모를 모두 낳기 쉬워졌다.

따라서, α, β를 상기 범위로 설정하는 것에 의해 립 선단(39)의 접촉면에 생기는 이상 현상을 억제하여, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상할 수 있다. 특히, 이와 같이 립 선단(39)의 정면 측 및 배면 측의 각도를 설정하는 것으로 상기 환상 스프링(41)의 오프셋(47)과 더불어, 립 선단(39)의 접촉면에 있어서의 접촉 응력의 적정화 및 이상 마모를 방지할 수 있다.

또한, 도 2, 3에 나타낸 바와 같이, 힐부(31)로부터 완부(33)에 걸쳐서, 완부(33)의 경사방향(θ)에 따라 신장하여 완부(33)를 하부에서 지지하는 백업 부재(49)가 케이싱(9)에 형성되어 있고, 이 백업 부재(49)의 선단과 완부(33)와의 접촉 위치(51)[상세하게는, 백업 부재(49)의 경사와 선단 측의 R부가 교차하는 교점 위치]에 있어서의 완부 두께(H)와, 접촉 위치(51)로부터 립 선단(39)까지의 경사 각도 방향에 있어서의 팔 거리(L)가, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 만족하도록 설정되어 있다.

즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 백업 부재(49)의 선단과 완부(33)와의 접촉 위치(51)로부터 앞이 한쪽으로 치우친 지지받침대에 있어서의 휨을 일으키는 부분이므로, 립 선단(39)의 휨량(V)을, 한쪽 지지받침대의 휨 식(1)을 이용하여 나타내고, 립 선단(39)이 적절한 접촉 응력에 의해 접촉하는 완부(33) 및 립부(35)의 강성을, 휨량을 요구하는 식(1)의, H³/L⁴을 파라미터로서 이용하여 평가한다.

V=K₁(WL⁴/EI)=K₂(WL⁴/EH³) ??? (1)

W：시일 링 정면 측에 결린 압력, K1, K2：정수, E：신장 탄성률(사용 재료, 예를 들면 불소 고무의 신장 탄성률을 이용한다)

시험 결과를 기초하여, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 찾아냈다. 그 결과, 이 범위로 설정하는 것에 의해, 시일 립부의 미끄럼운동면이 과잉으로 접촉(완전히 맞닿음)하여 조기 이상 마모를 일으킬 수 없는 적정 상태로 유지되고, 시일성을 유지하면서 내구성이 향상할 수 있었다.

또한, H³/L⁴을 파라미터로 하는 것이 아니라, 시일 링(11a)을 하우징(9) 내에 세트하여 라이너(15)를 장착한 상태로 하고, 시일 링(11a)의 정면 측(A)을 배면 측(B) 보다 높게 하여 정면 측(A)과 배면 측(B)과의 차압을 약 0.15 MPa일 때에 립 선단의 접촉면 폭이 2~3mm가 되도록 완부(33) 및 립부(35)의 강성이 설정되도록 해도 괜찮다.

이와 같이 접촉면 폭을 설정하는 것에 의해, 립부(35)의 미끄럼운동면이 과잉으로 접촉(완전히 맞닿음)하여 조기 이상 마모를 일으킬 수 없는 적정 상태로 유지되고, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상할 수 있다.

즉, 상기 H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 유지하도록 완부(3) 및 립부(35)의 강성을 설정하더라도, 립 선단의 접촉면 폭이 소정의 조건의 아래에서 일정 범위를 만족하도록 완부(33) 및 립부(35)의 강성을 설정하더라도, 마찬가지로 적절한 접촉 응력의 설정이 가능해진다.

또한, 백업 부재(49)의 선단 위치, 즉 백업 부재(49)의 길이(B)는, 완부(33)의 길이(U)와 두께(H) 사이에, B/(U＋H)=60~71%의 관계를 가지며, 이 범위 내로 설정되어 있다.

따라서, 상기 H³/L⁴의 범위의 설정에 더하여, 백업 부재(49)의 선단 위치의 범위를 설정하는 것에 의해, 완부(33)의 강성을 보다 적정 상태로 유지할 수 있게 된다.

(케이싱으로의 세트 상태)

도 3에 나타낸 바와 같이, 하우징(9)의 환상 홈(27)에 키부(29)가 감합되고, 라이너(15)의 외주면에 립부(35)를 밀접시킨 세트 상태에 있어서는, 완부(33)와 백업 부재(49)란, c의 간극이 대략 평행하게 형성되고, 백업 부재(49)의 선단과 완부(33)로부터 립부(35)에 걸치는 R부와의 사이에는, m의 간극이 형성되도록 세트된다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같은 립 배면각은 α'이 된다.

시일 링(11a)의 정면 측에 해수의 압력이 작용하면, 립부(35) 및 완부(33)가 휘고, 백업 부재(49)의 선단에 접촉하고, 한층 더 변형이 진행되면 접촉 위치(51)로부터 앞의 완부(33) 및 립부(35)가 변형한다.

키부(29)가 감합하는 환상 홈(27)의 양측 벽의 높이는, 양측 모두 동일 높이이며, 키부(29)로부터 힐부(31)에 걸쳐 형성되는 단차부(37b)의 내경 측에는 공간(N)이 형성되게 되어 있고, 이미 설명한 바와 같이 키부(29)의 조립이 간단하고 또 확실하게 되도록 되어 있다.

더욱이, 키부(29)가 감합하는 환상 홈(27)의 양측 벽의 직경방향 거의 중앙부에는, 환상의 릴리프 홈(53)이 양측으로 형성되어 있다. 이 환상의 릴리프 홈(53)이 형성되어 있는 것에 의해, 케이싱(9)의 환상 홈(27)에 키부(29)를 밀어 넣어 감합할 경우에, 키부(29)의 측벽의 일부가 릴리프 홈(53)에 비집고 들어가기 때문에, 키부(29)의 체결 후의 내경 측으로의 이동이 억제되어, 키부(29)의 환상 홈(27) 내에서의 감합 상태의 위치 결정이 되어, 키부(29)의 위치가 안정화한다.

또한, 립부(35)에 형성된 스프링 홈(43)에 감합하는 환상 스프링(41)은, 라이너(15)의 삽입 전에서는, 스프링 홈(43)에 감합하여 주름이 생기지 않을 정도로 하고, 라이너(15)의 삽입 후에, 스프링이 작용하는 상태가 되어 있다. 따라서, 립부(35)의 오프셋량으로 설명한 바와 같이, 스프링 홈(43)의 중심(P)과 립 선단(39)과의 위치 관계는, 프리 상태에서, 오프셋(47)이 립 배면 폭(45)의 프로펠러 축방향 길이(45a)의 대략 10%의 범위 내에 있었던 것이, 세트 상태에서 대략 20%의 위치로 이동하도록 설정되어 있다.

(성능 시험 결과)

다음에, 시일 링(11a)의 성능 확인 시험의 결과에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.

케이싱(9)으로의 세트 상태에서, 라이너(15)가 장착된 상태에 있어서, 도 5(b)에 나타내는 시험 조건, 즉 라이너(15)의 외주면의 주 속도가 3.8m/s, 정면 측(A)을 배면 측(B) 보다 높게 하고, 차압이 0.15 MPa, 정면 측을 깨끗한 물로, 배면 측을 기름 상태로서 배면 측으로부터 정면 측으로의 누설량, 미끄럼운동부의 접촉 폭, 미끄럼운동면의 마모 상태, 립부의 변형에 대해 확인했다. 또한, 라이너 몸통부의 외경이 600 mm의 ＃600 시일 링으로, 립 배면 폭(45)의 축방향 길이(45a)가 9mm인 것으로 확인을 실시했다.

도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 실시예 1은, 환상 스프링(41)의 오프셋(47)이 0.5mm로, 백업 부재(49)가 설치되어 있는 경우를 나타낸다. 또한, 백업 부재(49)의 접촉 위치(51)는, 예를 들면 도 3의 완부(33)의 축방향 길이 약 11mm에 대해 m= 약 4mm 정도로 설정되어 있다.

실시예 2는, 환상 스프링(41)의 오프셋(47)이 1.0mm로, 그 외는 실시예 1과 같다.

또한, 비교예 4는, 실시예 2와 마찬가지로 백업 부재(49)가 없는 경우를 나타내고, 비교예 5는 환상 스프링(41)의 오프셋(47)이 2.0mm로 백업 부재(49)가 설치되어 있는 경우를 나타내고, 비교예 6은, 비교예 5의 백업 부재(49)가 설치되지 않은 경우를 각각 나타내 보인 것이다.

실시예 1, 2에 있어서는, 누설 및 미끄럼운동면 상태의 이상도 없고, 립부(35)의 변형도 없는 것이 확인할 수 있었던, 이 실시예 1, 2의 경우의 접촉 폭은 2~3mm의 범위가 적절한 것이 확인할 수 있었다.

이 접촉 폭에 대해서는, 접촉 폭(X)(립 선단으로부터의 배면 측으로의 축방향 거리, 도 3 참조)과, 그 접촉 폭에 있어서의 접촉면압의 분포 상태를 도 6에 나타낸다.

실시예 1과 같이, 환상 스프링(41)의 오프셋(47)이 0.5mm와 같이 립 배면 폭의 축방향 길이의 10% 이하로 설정했을 경우에는, 접촉 폭(X)이 2mm이며 도 6의 라인(S1)과 같이 립 선단 측에서 접촉 응력을 높일 수 있고, 밀봉 성능을 향상할 수 있다.

비교예 5와 같이, 환상 스프링(41)의 오프셋(47)이 2.0mm와 같이 립 배면 폭의 축방향 길이의 10%를 초과해버리는 경우에는, 접촉 폭(X)이 4mm이며 도 6의 라인(S2)과 같이 립 선단 측에서 접촉 응력을 약하게 할 수 있고, 밀봉 성능이 저하하는 동시에, 완전히 맞닿는 경향이 생겨 나와 조기 이상 마모의 우려가 있다.

더욱이, 비교예 6과 같이, 백업 부재(49)가 없는 경우에는, 완부(33)의 강성이 저하하고, 접촉 폭(X)이 6.5mm가 되고, 도 6의 라인(S3)과 같이 접촉 응력을 약하게 할 수 있어 넓은 범위에 분포하게 되기 때문에, 밀봉 성능이 저하하는 동시에, 완전히 맞닿는 경향이 한층 더 커져서 조기 이상 마모의 우려가 있다.

또한, 비교예 4는, 실시예 2와 백업 부재(49)의 유무의 차이만의 경우를 나타내고 있고, 백업 부재(49)가 있는 실시예 2의 경우에는, H³/L⁴=14×10^-4이며, 백업 부재(49)가 없는 비교예 4의 경우에는, H³/L⁴=4.6×10^-4이다. 백업 부재(49)가 없고 L가 커져서 H³/L⁴가 10×10^-4 보다 작아지면 상기한 바와 같이 접촉 응력을 약하게 할 수 있어서 넓은 범위에 분포하게 되기 때문에, 밀봉 성능이 저하하는 동시에, 완전히 맞닿는 경향이 한층 더 커져서 조기 이상 마모의 우려가 있다.

또한, L가 짧아져서 H³/L⁴가 30×10^-4 보다 커지면, 휨량이 작아지기 때문에, 축진동에 대한 추종성이 저하한다. 더욱이, 라이너가 마모 또는 손상 등에 의해 삭정(削正)하는 경우에, 라이너 조임 여유가 적기 때문에 삭정 여유가 잡히지 않게 된다. 또한, 적은 조임 여유로 시일 장치를 조립했을 경우에는, 악천후 등으로 축진동이 커졌을 때에는, 해수 침수나 기름 누설이 발생할 가능성이 커진다.

이상의 실시예와 같이, 시일 링(11a)의 키부(29)의 형상, 및 키부(29)가 조립되는 환상 홈(27)의 형상을 개량하는 것에 의해, 시일 링(11a)의 장착성이 향상하여, 장착 시의 키부(29)의 변형, 그에 따른 립부(35)의 변형이 방지되고, 그 결과 키부(29)가 변형하는 동시에, 립부(35)의 접촉 응력이 변화하여, 시일성에 악영향을 주는 것이 방지된다.

또한, 시일 링(11a)을 케이싱(9) 내의 환상 홈(27)에 밀어 넣는 것이 쉬워져서, 프로펠러축(5)을 뽑지 않고 프로펠러축(5) 상에서 시일 링(11a, 11b, 11c)의 교환이 가능하게 된다.

더욱이, 스프링 홈(43)의 중심(P)이 립 선단(39) 보다 립 배면 측에 립 배면 폭(45)의 추진축 방향 길이(45a)의 10%의 범위 내로 오프셋시키는 것에 의해, 환상 홈(27)에 키부(29)가 감합되고, 라이너(15)의 외주면에 립부(35)를 밀접시킨 세트 상태일 때에는, 립 선단(39)으로부터 립 배면 폭의 추진축 방향 길이의 대략 20%의 위치에 환상 스프링(41)이 위치되어 립 선단 측에서의 접촉 응력을 높일 수 있고, 립부(35)의 밀봉 성능을 향상할 수 있다. 또한, 립 선단 측에서의 접촉 응력을 높일 수 있는 것에 의해, 립 배면의 접촉의 완전히 맞닿은 상태도 생기기 어려워서 이상 마모의 발생도 방지된다.

또한, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 만족하도록 완부(33) 및 립부(35)의 강성을 설정하고, 또는 면 측(A)을 배면 측(B)보다 높게 하여, 차압이 0.15 MPa 정도 생기는 통상의 사용 상태에 있어서, 립 선단(39)의 접촉 폭(X)이 2~3mm로 설정하는 것에 의해, 립 선단부에서의 접촉 응력을 높여서, 밀봉 성능을 향상할 수 있어, 립부(35)의 접촉 응력이 누설이나 조기 이상 마모 등을 일으키지 않는 적정 상태로 유지되어, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상할 수 있다.

본 발명에 의하면, 시일 립부의 접촉 응력이 누설이나 조기 이상 마모 등을 일으키지 않는 적정 상태로 유지되도록 설정되어, 시일성을 유지하면서 내구성을 향상하는 동시에, 또한 케이싱의 환상 홈에 감합하는 시일 외주부의 장착성을 향상하고, 시일 립부의 접촉 응력을 안정화시킬 수 있으므로, 시일 링 및 그것을 이용한 선미관 시일 장치로의 이용에 적합하다.

Claims (9)

1. 선미관의 선외 측에 설치된 케이싱 부재 내를 관통하는 선박용 추진축과, 상기 케이싱 부재 사이에 설치되고, 해수가 선내 측에 침수하는 것을 방지하는 시일 링으로서, 추진축 방향의 단면 형상이, 케이싱의 내주에 형성된 환상 홈에 감합하는 키부와, 상기 키부로부터 추진 축심을 향해 직경방향으로 신장하는 힐부와, 상기 힐부의 선단으로부터 일정한 경사 각도를 가져서 직경방향 내측으로 신장하는 동시에 케이싱 측에 형성된 백업 부재에 의해 내측이 지지되는 완부와, 상기 완부의 선단에 형성되어 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 밀접하는 립부를 구비하는 시일 링에 있어서,
   상기 키부의 최상부는 축방향 두께의 중심을 정점으로서 반경방향 외측에 산 형상으로 형성되는 동시에, 키부로부터 힐부에는 축방향 두께가 얇아지도록 키부의 정면 측과 배면 측에 각각 단차부를 갖고, 배면측의 단차부는 그 내경 측에 케이싱과의 사이에 공간이 형성되도록 정면 측의 내경보다 크게 형성되고,
   상기 립부의 립 선단은 반경방향 내측에 산 형상으로 돌출하고, 립부에는 립 선단을 추진축 측에 가압하는 환형 스프링이 감합하는 스프링 홈이 형성되고, 상기 스프링 홈의 중심이 상기 립 선단보다 립 배면 측에 립 배면 폭의 추진축 방향 길이의 10%의 범위 내로 오프셋되어 설치되며,
   상기 립부의 추진축 방향에 대한 립 정면각(β)을 립 배면각(α) 보다 크게 형성하고, 립 정면각(β)이 45~55°의 범위로, 또한 립 배면각(α)이 25~30°의 범위로 설정되고,
   상기 환상 홈에 상기 키부가 삽입될 때에, 상기 환상 홈의 양측 벽의 직경방향 중앙부에 형성된 환상의 릴리프 홈에 키부의 정면측과 배면측 각각의 면의 일부가 비집고 들어가서, 상기 키부의 감합 상태가 위치결정되는 것을 특징으로 하는 시일 링.
   
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3. 제1항에 있어서,
   상기 백업 부재의 선단과 상기 완부와의 접촉 위치에 있어서의 완부 두께(H)와, 상기 접촉 위치로부터 립 선단까지의 상기 경사 각도 방향에 있어서의 팔 거리(L)가, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 시일 링.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 환상 홈에 키부가 감합되고, 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 상기 립부가 밀접된 세트 상태에 있어서, 시일 링의 정면 측을 배면 측 보다 높게 하여 정면 측과 배면 측과의 차압을 0.15 MPa로 했을 때에 상기 립 선단의 접촉 폭이 2~3mm가 되도록 상기 완부 및 립부의 강성이 설정되는 것을 특징으로 하는 시일 링.
   
5. 선미관의 선외 측에 설치된 케이싱 부재 내를 관통하는 선박용 추진축과, 상기 케이싱 부재 사이에 설치되고, 해수가 선내 측에 침수하는 것을 방지하는 시일 링을 구비하며, 상기 시일 링의 추진축 방향의 단면 형상이, 케이싱의 내주에 형성된 환상 홈에 감합하는 키부와, 상기 키부로부터 추진축심을 향해 직경방향으로 신장하는 힐부와, 상기 힐부의 선단으로부터 일정한 경사 각도를 가져서 직경방향 내측으로 신장하는 동시에 케이싱 측에 형성된 백업 부재에 의해 내축이 지지되는 완부와, 상기 완부의 선단에 형성되어 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 밀접하는 립부에 의해 구성되는 선미관 시일 장치에 있어서,
   상기 키부의 최상부는 축방향 두께의 중심을 정점으로서 반경방향 외측에 산 형상으로 형성되는 동시에, 키부로부터 힐부에는 축방향 두께가 얇아지도록 키부의 정면 측과 배면 측에 각각 단차부를 갖고, 배면측의 단차부는 그 내경 측에 케이싱과의 사이에 공간이 형성되도록 정면 측의 내경보다 크게 형성되고,
   상기 립부의 립 선단은 반경방향 내측에 산 형상으로 돌출하고, 립부에는 립 선단을 추진축 측에 가압하는 환상 스프링이 감합하는 스프링 홈이 형성되고, 상기 스프링 홈의 중심이 상기 립 선단보다 립 배면 측에 립 배면 폭의 추진축방향 길이의 10%의 범위 내로 오프셋되어 설치되며,
   상기 립부의 추진축 방향에 대한 립 정면각(β)을 립 배면각(α) 보다 크게 형성하고, 립 정면각(β)이 45~55°의 범위로, 또한 립 배면각(α)이 25~30°의 범위로 설정되고,
   상기 환상 홈에 상기 키부가 삽입될 때에, 상기 환상 홈의 양측 벽의 직경방향 중앙부에 형성된 환상의 릴리프 홈에 키부의 정면 측과 배면 측 각각의 면의 일부가 비집고 들어가서, 상기 키부의 감합 상태가 위치결정되는 것을 특징으로 하는 선미관 시일 장치.
   
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7. 제5항에 있어서,
   상기 백업 부재의 선단과 상기 완부와의 접촉 위치에 있어서의 완부 두께(H)와, 상기 접촉 위치로부터 립 선단까지의 상기 경사 각도 방향에 있어서의 팔 거리(L)가, H³/L⁴=(10~30)×10^-4(1/mm)의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 선미관 시일 장치.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 환상 홈에 키부가 감합되고, 추진축의 외주면 혹은 추진축에 외감되는 라이너 부재의 외주면에 상기 립부가 밀접된 세트 상태에 있어서, 시일 링의 정면 측을 배면 측보다 높게 하여 정면 측과 배면 측과의 차압을 0.15 MPa로 했을 때에 상기 립 선단의 접촉 폭이 2~3mm가 되도록 상기 완부 및 립부의 강성이 설정되는 것을 특징으로 하는 선미관 시일 장치.
   
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