KR101579518B1 - 수처리장의 구동축 수밀장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리장 구조물(10)에 설치되는 구동축(15)을 수밀하는 장치에 있어서; 상기 구조물(10)의 벽체에 결합되는 하우징(21)의 내부에 구동축(15)과 동심상으로 고정링(25)을 수용하는 씰고정부(20); 상기 고정링(25)과 밀착 상태를 유지하면서 구동축(15)과 함께 회전하는 회전링(35)을 하우징(21) 내부에 수용하는 씰회전부(30); 및 상기 고정링(25)과 회전링(35)의 마찰면에 냉매를 공급하도록 설치되는 냉각부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 정수처리장 등의 콘크리트 구조물에 설치되는 구동축의 수밀에 메커니컬 씰 방식을 기반으로 일정한 실링력을 작용하면서 장시간 작동에 따른 내구성 약화를 방지하는 효과가 있다.

Description

수처리장의 구동축 수밀장치{Drive shaft sealing apparatus for water treatment ficility}

본 발명은 동력을 전달하는 축을 수밀하는 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 정수처리장 등에서 콘크리트 구조물의 내외측으로 연장되어 설치되는 구동축의 수밀성을 확보하는 수처리장의 구동축 수밀장치에 관한 것이다.

통상 각종 수처리 설비(장치)는 개방형 또는 반밀폐형 콘크리트 구조물에 수용된 피처리수에 대한 소정의 공정처리를 수행하기 위하여 콘크리트 벽체를 관통하여 설치된 구동축으로 동력을 전달한다. 이 경우 콘크리트 벽체에 대한 구동축의 수밀성은 주요 장비의 내구성 약화를 방지하고 공정의 신뢰성과 안전성을 유지하는 측면에서 매우 중요하다.

일예로, 하기의 선행문헌 1에 의하면 정수처리장의 응집지 측벽에 관통되게 설치되고 내부에 응집기의 축이 회전가능토록 끼워지는 관체와, 상기 관체의 응집기 외부로 돌출된 끝단부에 고정된 플랜지와, 상기 플랜지에 착탈가능토록 장착되는 밀봉케이싱과, 상기 밀봉 케이싱내에 위치되어 상기 축의 주위를 감싸도록 설치된 실링부재로 구성된다. 이에, 케이싱을 분리시켜 노출되는 실링부재를 용이하게 보수하거나 교체하는 효과를 기대한다.

그러나, 선행문헌 1에서 U자형 단면으로 규정되는 실링부재는 일반적인 소재로 추정되고 밀착력을 높이기 곤란하여 실링력이 미흡할뿐더러 장시간 운전시 급격한 내구성 저하가 우려된다.

또 다른 예로서, 하기의 선행문헌 2는 구동축을 감싸도록 4개소의 밀봉 링을 수용하는 케이싱과; 상기제2 밀봉 링이 상기 제1 밀봉을 향하여 가압되도록 하는 제1 스프링과; 제4 밀봉 링이 상기 제3 밀봉 링을 향하여 가압되도록 하는 제2 스프링과; 상기 제1 및 제2 스프링을 지지하는 중간 링을 포함한다. 이에, 고속 회전으로 야기되는 진동을 스프링으로 감쇠하여 밀봉 링의 편마모 또는 파괴에 의한 실링액의 누출을 방지하는 효과를 기대한다.

상기 선행문헌 2는 텅스텐과 카본 재질로 형성된 4개의 밀봉 링과 더불어 스프링으로 밀봉력을 높이고 있기는 하지만 수처리장과 같이 고하중으로 장시간 운전을 요하는 환경에 대응하여 내구성을 확보하기 미흡하다.

1. 한국 등록특허공보 제0208747호 "정수처리장의 응집기 축 밀봉장치" (공개일자 : 1998. 8. 5.) 2. 한국 등록실용신안공보 제0295583호 "분산탱크의 축 밀봉장치" (공개일자 : 2002. 11. 18.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 정수처리장 등에서 콘크리트 구조물의 내외측으로 연장되어 설치되는 구동축의 수밀에 있어서 메커니컬 씰 방식을 기반으로 하여 실링력과 내구성을 확보하는 수처리장의 구동축 수밀장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수처리장 구조물에 설치되는 구동축을 수밀하는 장치에 있어서; 상기 구조물의 벽체에 결합되는 하우징의 내부에 구동축과 동심상으로 고정링을 수용하는 씰고정부; 상기 고정링과 밀착 상태를 유지하면서 구동축과 함께 회전하는 회전링을 하우징 내부에 수용하는 씰회전부; 및 상기 고정링과 회전링의 마찰면에 냉매를 공급하도록 설치되는 냉각부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 씰고정부는 하우징의 내면에 방수성과 단열성을 지닌 내층재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 씰회전부는 동심상으로 설치되는 칼라, 스프링, 드라이브링으로 회전링에 축방향 가압력을 작용하는 동시에 드라이브링의 내부에 신축 가능하게 수용되는 U형러버에 반경방향 가압력을 작용하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 씰회전부는 리테이너의 일측으로 회전링을 수용하는 동시에 타측으로 와셔를 개재하여 U형러버의 일단을 지지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각부는 하우징에 형성되는 냉각자켓, 냉각자켓의 외단부에 형성되는 포트, 포트에 결합되여 유로를 개폐하는 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 정수처리장 등의 콘크리트 구조물에 설치되는 구동축의 수밀에 메커니컬 씰 방식을 기반으로 일정한 실링력을 작용하면서 장시간 작동에 따른 내구성 약화를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수밀장치가 설치된 예를 나타내는 정수장 구성도
도 2는 본 발명에 따른 수밀장치의 주요부를 결합상태로 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 수밀장치의 주요부를 분리상태로 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 수밀장치의 주요부를 확대하여 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 수밀장치의 냉각수단을 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수처리장 구조물(10)에 설치되는 구동축(15)을 수밀하는 장치에 관하여 제안한다. 수처리장은 상하수도, 공장 용수, 폐수 등을 처리하는 시설을 의미하며, 임펠러(블레이드) 등을 회전시키기 위해 구조물(10) 상으로 구동축(15)을 지지한다. 구조물(10)은 처리대상의 유체(물)와 격리된 공간을 형성하도록 통상 콘크리트로 형성된다.

도 1은 정수장의 일예로서, 구조물(10)의 벽체에 설치된 관체(11) 상으로 구동축(15)을 설치하고, 구동축(15)의 내측 단부에 베어링(14)을 개재하여 구동기(17)를 연결한다. 이와 같은 구조물(10)의 외부에서 내부로 유체의 침투를 방지하도록 관체(11)의 내측 단부에 수밀장치를 요한다. 본 발명의 수밀장치는 기본적으로 씰고정부(20)와 씰회전부(30)에 의한 메커니컬 씰 방식을 기반으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 씰고정부(20)가 상기 구조물(10)의 벽체에 결합되는 하우징(21)의 내부에 구동축(15)과 동심상으로 고정링(25)을 수용하는 구조이다. 구조물(10)의 형태에 따라 관체(11)가 벽체에서 약간 노출되거나 플랜지(12)와 함께 벽체에 몰딩된다. 후자의 경우 도 2처럼 별도의 플랜지(12)를 개재하여 벽체의 플랜지(12)에 하우징(21)을 연결한다. 하우징(21)은 금속재질(SUS)이 선호되지만 수지재질을 사용할 수도 있다. 하우징(21)에 구동축(15)과 동심상으로 수용되는 고정링(25)은 세라믹계 재질이 선호되지만 경우에 따라 카본재질을 사용할 수도 있다. 특히 SiC(실리콘 카바이드)는 경도와 내마모성이 우수하고 비중이 매우 작아 고속 회전의 다이내믹 밸런스에도 유리하다. 고정링(25)은 바이톤(VITON) 재질의 가스켓(26)을 개재하여 구동축(15)과 적절한 틈새를 유지하는 상태로 하우징(21)의 내측면에 장착한다.

한편, 고정링(25)의 점검과 교체 용이성을 위해 하우징(21)을 부분적 개폐 가능한 구조로 형성하는 것이 좋다. 이 경우 분리되는 부분에는 O-링(28)를 장착하여 수밀성을 확보한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 씰고정부(20)는 하우징(21)의 내면에 방수성과 단열성을 지닌 내층재(23)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 내층재(23)는 하우징(21)과 마찬가지로 일단에 플랜지를 형성하여 O-링(28)을 장착한다. 내층재(23)는 방수성과 단열성을 지닌 수지재질로 형성한다.

또, 본 발명에 따르면 씰회전부(30)가 상기 고정링(25)과 밀착 상태를 유지하면서 구동축(15)과 함께 회전하는 회전링(35)을 하우징(21) 내부에 수용하는 구조이다. 씰회전부(30)는 구동축(15)과 함께 회전하는 부분으로서 씰고정부(20)의 하우징(21) 내부에 수용된다. 회전링(35)은 고정링(25)과 동일하게 세라믹(SiC)을 사용하지만 카본재질을 배제하는 것은 아니다. 밀착된 상태로 마찰되는 고정링(25)과 회전링(35)은 메커니컬 씰 기능을 수행하여 자체적으로 얇은 유막을 형성하면서 장시간 지속적으로 윤활과 밀봉을 유지한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 씰회전부(30)는 동심상으로 설치되는 칼라(31), 스프링(32), 드라이브링(34)으로 회전링(35)에 축방향 가압력을 작용하는 동시에 드라이브링(34)의 내부에 신축 가능하게 수용되는 U형러버(36)에 반경방향 가압력을 작용하는 것을 특징으로 한다. 칼라(31)는 볼트를 이용하여 구동축(15)에 고정되지만 구동축(15)에 단턱을 형성하여 고정력을 증대할 수 있다. 드라이브링(34)은 칼라(31)와 이격된 위치에 축방향 이동을 허용하도록 설치된다. 칼라(31)와 드라이브링(34) 사이에는 설정된 탄성계수를 지닌 스프링(32)이 설치된다. 드라이브링(34)의 내부에는 U자형의 단면을 지닌 바이톤(VITON) 재질의 U형러버(36)가 설치된다. 스프링(32)의 탄성력에 의하여 드라이브링(34)이 고정링(25)과 회전링(35)의 접촉력을 높이는 동시에 U형러버(36)를 가압하여 반경방향의 팽창에 의한 축방향 접촉력도 높인다.

이때, 상기 씰회전부(30)는 리테이너(37)의 일측으로 회전링(35)을 수용하는 동시에 타측으로 와셔(38)를 개재하여 U형러버(36)의 일단을 지지하는 것을 특징으로 한다. 도 4에서 리테이너(37)는 우측단의 개구보다 좌측단의 개구가 좁아진 형태로 예시된다. 리테이너(37)의 우측단 개구에는 회전링(35)을 수용하고 좌측단 개구에는 U형러버(36)의 일단을 수용하여 지지한다. U형러버(36)가 연질이므로 와셔(38)를 끼운 상태로 리테이너(37)에 결속한다.

한편, 도시에는 생략되나 외부에서 스프링(32)의 탄성력을 가변하도록 칼라(31), 드라이브링(34) 등의 구성적 변경도 가능하다.

이와 같은 구조에 의하면 고정링(25)은 물론 회전링(35)과 U형러버(36)를 개별적으로 분리하여 교체하기 용이하므로 전체적으로 교체하는 것에 비하여 유지관리 비용을 절감할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 냉각부(40)가 상기 고정링(25)과 회전링(35)의 마찰면에 냉매를 공급하도록 설치되는 구조이다. 냉각부(40)는 정수장의 처리용량과 연계되어 외부주입 방식을 선호하지만 여타의 방식을 배제하는 것은 아니다. 고정링(25)과 회전링(35)의 냉각 외에 하우징(21)의 냉각도 포함될 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각부(40)는 하우징(21)에 형성되는 냉각자켓(42), 냉각자켓(42)의 외단부에 형성되는 포트(44), 포트(44)에 결합되여 유로를 개폐하는 밸브(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 냉각자켓(42)은 하우징(21)에서 고정링(25)과 회전링(35)에 인접한 부분에 형성된다. 밸브(46)는 초기 가동시 냉각자켓(42)의 유로를 개방하여 냉매가 유입되는지를 확인한 후 폐쇄하기 위한 용도로 사용된다. 밸브(46)를 설치하기 위하여 하우징(21)에 형성된 포트(44)는 평상시 플러그로 냉매 유로를 폐쇄한다.

한편, 이와 같은 냉각자켓(42)과 유로는 경우에 따라 고정링(25)과 회전링(35) 사이의 유막 상태를 검출하기 위한 용도로 활용될 수도 있다. 검출에 있어서 직접적으로 유막 두께를 측정하는 센서, 간접적으로 온도와 진동을 측정하는 센서 등을 활용한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 구조물 11: 관체
12, 22: 플랜지 15: 구동축
20: 씰고정부 21: 하우징
23: 내층재 25: 고정링
26: 가스켓 28: O-링
30: 씰회전부 31: 칼라
32: 스프링 34: 드라이브링
35: 회전링 36: U형러버
37: 리테이너 38: 와셔
40: 냉각부 42: 냉각자켓
44: 포트 46: 밸브

Claims (5)

1. 수처리장 구조물(10)에 설치되는 구동축(15)을 수밀하는 장치에 있어서;
   상기 구조물(10)의 벽체에 설치된 관체(11) 상으로 결합되는 하우징(21)의 내부에 구동축(15)과 동심상으로 고정링(25)을 수용하는 씰고정부(20);
   상기 고정링(25)과 밀착 상태를 유지하면서 구동축(15)과 함께 회전하는 회전링(35)을 하우징(21) 내부에 수용하는 씰회전부(30); 및
   상기 고정링(25)과 회전링(35)의 마찰면에 냉매를 공급하도록 설치되는 냉각부(40);를 포함하여 이루어지고,
   상기 씰회전부(30)는 동심상으로 설치되는 칼라(31), 스프링(32), 드라이브링(34)으로 회전링(35)에 축방향 가압력을 작용하는 동시에 드라이브링(34)의 내부에 신축 가능하게 수용되는 U형러버(36)에 반경방향 가압력을 작용하며,
   상기 씰회전부(30)는 리테이너(37)의 일측으로 회전링(35)을 수용하는 동시에 타측으로 와셔(38)를 개재하여 U형러버(36)의 일단을 지지하는 것을 특징으로 하는 수처리장의 구동축 수밀장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 씰고정부(20)는 하우징(21)의 내면에 방수성과 단열성을 지닌 내층재(23)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리장의 구동축 수밀장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각부(40)는 하우징(21)에 형성되는 냉각자켓(42), 냉각자켓(42)의 외단부에 형성되는 포트(44), 포트(44)에 결합되여 유로를 개폐하는 밸브(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리장의 구동축 수밀장치.

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