KR101605044B1 - 래비린스 실 - Google Patents

Abstract

본 발명은 래비린스 실에 관한 것으로서, 제1관의 단부에 형성되고, 상기 제1관의 반경방향을 따라 형성되는 제1톱니를 포함하는 제1부재, 및 상기 제1관과 동일한 축방향으로 인접하게 배치되는 제2관의 단부에 형성되고, 상기 제2관의 축방향을 따라 형성되는 제2톱니를 포함하는 제2부재를 포함하고, 상기 제1관 및 상기 제2관의 결합시, 상기 제1톱니는 상기 제2부재와 제1간격을 형성하고, 상기 제2톱니는 상기 제1부재와 제2간격을 형성하는 래비린스 실을 개시한다.

Description

래비린스 실{LABYRINTH SEAL}

본 발명은 래비린스 실에 관한 것으로서, 구체적으로 관의 축방향과 반경반향으로 모두 톱니형상을 갖는 래비린스 실에 관한 것이다.

래비린스 실은 두 배관을 물리적으로 분리시키면서 분리된 배관에서의 유체의 누설을 최소화하는 장치이다. 동일 축상의 두 배관은 일정 부분 겹치면서 물리적으로 분리되어 있다. 분리된 영역을 통해 상기 두 배관을 통과하는 유체가 누설되는 것을 줄이기 위하여 겹치는 영역의 한쪽 배관에 톱니 형태의 연속된 턱을 만들어 톱니와 톱니 사이에 작은 챔버가 있는 형태를 띤다.

래비린스 실을 사용할 수 있는 유체는 기체이다. 배관 내부에 흐르는 유체는 배관의 내, 외부의 압력 차이에 의해 틈새로 유체가 외부로 빠져나오게 된다. 유체는 톱니 형태가 존재하는 공간을 지나면서 압력 강하가 발생하고, 이 때문에 유체의 누설이 급격하게 감소한다.

이러한 래비린스 실의 성능을 결정하는 핵심은 톱니가 있는 배관과 톱니가 없는 배관의 간격이다. 이 간격을 제대로 유지하지 못할 경우, 래비린스 실은 배관 또는 다른 부재와 물리적으로 접촉이 발생할 수 있다. 그리고, 유체의 손실도 증가하게 되어 래비린스 실 본연의 기능을 상실할 수 있다.

래비린스 실의 간격을 유지하기 어려운 상황은 배관의 지지점이 래비린스 실에서 멀거나, 배관 내부에 흐르는 기체의 온도 범위가 넓은 경우이다. 이는 배관의 온도 상승에 따라 배관의 처짐이 필연적으로 발생하고, 래비린스 실이 배관 등과 물리적으로 접촉하는 경우가 생기기 때문이다.

그리고, 공기 흡입식 엔진의 정확한 추력을 측정하기 위하여 공기 공급 배관과 엔진의 흡입구 사이의 물리적 분리가 필요하다. 저온 환경에서는 어려움 없이 축방향으로 설치된 래비린스 실을 이용하여 물리적 분리가 가능하지만 고온 환경에서는 배관의 팽창 처짐이 발생하여 래비린스 실의 간격을 유지하기 어려운 문제점이 있었다. 다시 말해, 기존의 래비린스 실은 온도의 상승으로 인해 배관의 처짐현상이 발생하는 경우, 배관의 반경 방향의 움직임을 수용하지 못하는 문제점이 있어왔다.

본 발명의 일 목적은 온도의 상승으로 인해 배관의 처짐현상이 발생하는 경우에도 이러한 처짐현상을 수용할 수 있는 래비린스 실을 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 일 목적은 배관의 축방향의 팽창도 흡수할 수 있는 래비린스 실을 제공하기 위함이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 래비린스 실은, 제1관의 단부에 형성되고, 상기 제1관의 반경방향을 따라 형성되는 제1톱니를 포함하는 제1부재, 및 상기 제1관과 동일한 축방향으로 인접하게 배치되는 제2관의 단부에 형성되고, 상기 제2관의 축방향을 따라 형성되는 제2톱니를 포함하는 제2부재를 포함하고, 상기 제1관 및 상기 제2관의 결합시, 상기 제1톱니는 상기 제2부재와 제1간격을 형성하고, 상기 제2톱니는 상기 제1부재와 제2간격을 형성한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1관과 상기 제2관의 직경의 길이는 서로 대응되게 형성될 수 있다.

상기 제1부재는, 상기 제1관의 단부에서 직경방향으로 연장되는 제1연장부, 상기 제1연장부에서 절곡되어, 상기 제2관과 결합시 상기 제2관의 적어도 일부를 덮도록 상기 제1관의 축방향으로 연장되는 제2연장부, 및 상기 제2연장부의 단부에서 절곡되어, 상기 제1관의 직경방향으로 연장되는 제3연장부를 포함할 수 있다.

상기 제1톱니는, 상기 제1관이 제2관과 결합시 상기 제2관과 대향되는, 상기 제3연장부의 일면에 형성될 수 있다.

상기 제2부재는, 상기 제2관의 단부에서 소정의 간격만큼 이격되고, 상기 제2관의 직경방향으로 연장되어 형성되는 돌출유닛을 포함할 수 있다.

상기 제1간격은, 상기 제1관과 제2관의 결합시 상기 돌출유닛과 상기 제1톱니 사이에 형성되고, 상기 제1간격은, 상기 제1관 및 제2관 내부에 상대적으로 고온의 유체가 흐름에 따라, 상기 제1관 및 제2관이 축방향으로 팽창되어도 상기 제1부재와 상기 제2부재가 서로 접촉되지 않도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 제2톱니는 상기 제2관의 단부에 인접하여 외면에 형성되고, 상기 제2간격은 상기 제2연장부와 상기 제2톱니 사이에 형성될 수 있다.

상기 제2간격은, 상기 제1관 및 제2관 내부에 상대적으로 고온의 유체가 흐름에 따라 상기 제1관 및 제2관의 강성 저하로 인한 처짐이 발생하여도, 상기 제2연장부와 상기 제2톱니가 서로 접촉하지 않도록 이루질 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따르는 적어도 하나의 구성에 의하면, 배관의 축방향 및 반경방향의 팽창 및 처짐을 흡수할 수 있도록 하여, 고온 환경에서도 래비린스 실이 정상적으로 기능하도록 하기 위함이다.

또한, 본 발명에 따르는 적어도 하나의 다른 구성에 의하면, 저온, 고온 환경 모든 조건에서 유체 누설을 최소화하여 정확한 엔진 추력 측정을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들 중 하나를 도시한 것으로, 제1관 및 제2관이 결합된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 제1관 및 제2관을 축방향으로 자른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 상기 도 1에 도시된 제1관 및 제2관을 나타낸 사시도이다.

이하, 본 발명에 관련된 래비린스 실에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들 중 하나를 도시한 것으로, 제1관(10) 및 제2관(20)이 결합된 모습을 나타낸 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 제1관(10) 및 제2관(20)을 축방향으로 자른 단면을 나타낸 단면도이고, 도 3a 및 도 3b는 각각 상기 도 1에 도시된 제1관(10) 및 제2관(20)을 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 제1관(10)과 제2관(20)이 서로 결합되어 있는 모습이 도시되어 있다. 제1관(10) 및 제2관(20)이 결합하면서, 제1부재(30)와 제2부재(40)가 서로 인접하여 배치된다. 상기 제1부재(30) 및 제2부재(40)는 서로 접촉되지는 않는다. 이는 상기 제1부재(30) 및 제2부재(40) 내부에 형성되는 톱니와 톱니 사이의 작은 챔버에 의해 압력 강하를 발생시키도록 하기 위함이다. 래비린스 실(100)은 제1부재(30)와 제2부재(40)를 포함하여 형성된다. 그리고, 본 발명은 기체에만 적용이 가능하다.

도 2 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 래비린스 실(100)은 제1부재(30) 및 제2부재(40)를 포함한다.

제1부재(30)는 제1관(10)의 단부에 형성되고, 상기 제1관(10)의 반경방향을 따라 형성되는 제1톱니(34)를 포함한다. 제2부재(40)는 상기 제1관(10)과 동일한 축방향으로 인접하게 배치되는 제2관(20)의 단부에 형성되고, 상기 제2관(20)의 축방향을 따라 형성되는 제2톱니(44)를 포함한다. 그리고, 상기 제1관(10) 및 상기 제2관(20)의 결합시, 상기 제1톱니(34)는 상기 제2부재(40)와 제1간격(51)을 형성하고, 상기 제2톱니(44)는 상기 제1부재(30)와 제2간격(52)을 형성한다.

이 때, 상기 제1관(10)과 상기 제2관(20)의 직경의 길이는 서로 대응되게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1관(10)의 직경의 길이(10R)와 상기 제2관(20)의 직경의 길이(20R)가 서로 같은 길이를 가질 수 있다. 그러나, 배관의 설계, 압력차이 및 제1부재(30), 제2부재(40)의 형상에 따라, 상기 제1관(10)과 제2관(20)의 직경의 길이가 서로 다를 수도 있다.

구체적으로 상기 제1부재(30)는 제1 내지 제3연장부(31, 32, 33)를 포함할 수 있다.

제1연장부(31)는 상기 제1관(10)의 단부에서 직경방향으로 연장되어 형성된다. 상기 제1연장부(31)의 연장길이는 후술할 제2톱니(44)와 상기 제1부재(30) 사이의 거리를 결정하는 요소가 된다.

제2연장부(32)는 상기 제1연장부(31)에서 절곡되어, 상기 제2관(20)과 결합시 상기 제2관(20)의 적어도 일부를 덮도록 상기 제1관(10)의 축방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 제2연장부(32)의 길이는 후술할 돌출유닛(41)과의 거리를 통해 제1간격(51)을 결정하는 요소가 될 수 있다.

제3연장부(33)는 상기 제2연장부(32)의 단부에서 절곡되어, 상기 제1관(10)의 직경방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제1톱니(34)는 상기 제1관(10)이 제2관(20)과 결합시 상기 제2관(20)과 대향되는, 상기 제3연장부(33)의 일면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제3연장부(33)의 상기 돌출유닛(41)과 대향되는 면에 상기 제1톱니(34)가 형성될 수 있다.

상기 제1톱니(34)는 상기 제3연장부(33)의 일면에 서로 이격되어 복수개 형성될 수 있다. 상기 제1톱니(34)와 상기 돌출유닛(41) 사이에서 형성되는 작은 공간(챔버)이 상기 배관 내부에서 유체가 빠져나올 때, 압력강하를 일으킬 수 있다. 이러한 압력강하를 통해 상기 배관 내부의 유체가 배관의 외부로 쉽게 빠져나가지 못하게 할 수 있다.

상기 제2부재(40)는 제2톱니(44)와 돌출유닛(41)을 포함할 수 있다.

돌출유닛(41)은 상기 제2관(20)의 단부에서 소정의 간격만큼 이격되고, 상기 제2관(20)의 직경방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 돌출유닛(41)은 상기 제3연장부(33)와 대향되어 형성될 수 있다. 그리고 상기 제3연장부(33)에 형성되는 제1톱니(34)와 상기 돌출유닛(41)과의 거리가 제1간격(51)이 된다. 즉, 상기 제1간격(51)은 상기 제1관(10)과 제2관(20)의 결합시, 상기 돌출유닛(41)과 상기 제1톱니(34) 사이의 거리가 될 수 있다.

상기 제1간격(51)은, 상기 제1관(10) 및 제2관(20) 내부에 상대적으로 고온의 유체가 흐름에 따라, 상기 제1관(10) 및 제2관(20)이 축방향으로 팽창되어도 상기 제1부재(30)와 상기 제2부재(40)가 서로 접촉되지 않도록 소정의 거리만큼 이격될 수 있다.

그리고, 상기 제2톱니(44)는 상기 제2관(20)의 단부에 인접하여 외면에 형성되고, 상기 제2간격(52)은 상기 제2연장부(32)와 상기 제2톱니(44) 사이에 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제2간격(52)은, 상기 제1관(10) 및 제2관(20) 내부에 상대적으로 고온의 유체가 흐름에 따라 상기 제1관(10) 및 제2관(20)의 강성 저하로 인한 처짐이 발생하여도, 상기 제2연장부(32)와 상기 제2톱니(44)가 서로 접촉하지 않도록 소정의 거리를 이루도록 형성될 수 있다.

배관은 제1관(10) 및 제2관(20)을 포함한다. 그리고, 유체는 상기 제1관(10)에서 제2관(20)쪽으로 흐를 수 있다.

배관은 상류의 특정 지점, 하류의 특정 지점에서 고정되어 있으며, 배관의 수축, 팽창에 따라 제1간격(51)은 바뀔 수 있다. 배관의 온도 상승에 따라 강성의 저하로 배관이 처질 수 있다. 이 때, 상기 처짐에 따라, 상기 제2간격(52)이 바뀔 수 있다. 즉, 배관이 아래로 처지면 배관의 위쪽의 제2간격(52)은 넓어지고, 아래쪽의 제2간격(52)은 줄어든다. 이 때, 경우에 따라서 제2간격(52)의 아래부분의 제2연장부(32)와 제2부재(40)의 단부(42)가 맞닿아 래비린스 실(100)의 기능을 상실할 수 있다.

따라서, 축방향의 팽창 및 수축과 배관의 처짐이 고려될 수 있는 거리를 고려하여 제1간격(51) 및 제2간격(52)이 계산된 래비린스 실(100)을 설계할 수 있다. 이러한 거리를 고려하면, 저온 유체가 흐를 때에도 유체의 누설을 최소화할 수 있고, 고온에서도 배관 내부로부터의 유체 누설을 줄일 수 있다. 저온에서는 제2간격(52)이 배관 내부로부터의 유체 누설을 결정짓고, 고온에서는 제1간격(51)이 배관 내부로부터의 유체 누설을 결정지을 수 있다.

이상에서 설명한 래비린스 실은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (8)

1. 제1관의 단부에 형성되고, 상기 제1관의 반경방향을 따라 형성되는 제1톱니를 포함하는 제1부재; 및
   상기 제1관과 동일한 축방향으로 인접하게 배치되는 제2관의 단부에 형성되고, 상기 제2관의 축방향을 따라 형성되는 제2톱니를 포함하는 제2부재;를 포함하고,
   상기 제1관 및 상기 제2관의 결합시, 상기 제1톱니는 상기 제2부재와 제1간격을 형성하고, 상기 제2톱니는 상기 제1부재와 제2간격을 형성하고,
   상기 제1부재는,
   상기 제1관의 단부에서 직경방향으로 연장되는 제1연장부;
   상기 제1연장부에서 절곡되어, 상기 제2관과 결합시 상기 제2관의 적어도 일부를 덮도록 상기 제1관의 축방향으로 연장되는 제2연장부; 및
   상기 제2연장부의 단부에서 절곡되어, 상기 제1관의 직경방향으로 연장되는 제3연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 래비린스 실.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1관과 상기 제2관의 직경의 길이는 서로 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 래비린스 실.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1톱니는,
   상기 제1관이 제2관과 결합시 상기 제2관과 대향되는, 상기 제3연장부의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 래비린스 실.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2부재는,
   상기 제2관의 단부에서 소정의 간격만큼 이격되고, 상기 제2관의 직경방향으로 연장되어 형성되는 돌출유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 래비린스 실.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1간격은, 상기 제1관과 제2관의 결합시 상기 돌출유닛과 상기 제1톱니 사이에 형성되고,
   상기 제1간격은, 상기 제1관 및 제2관 내부에 상대적으로 고온의 유체가 흐름에 따라, 상기 제1관 및 제2관이 축방향으로 팽창되어도 상기 제1부재와 상기 제2부재가 서로 접촉되지 않도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 래비린스 실.
7. 제3항에 있어서,
   상기 제2톱니는 상기 제2관의 단부에 인접하여 외면에 형성되고,
   상기 제2간격은 상기 제2연장부와 상기 제2톱니 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 래비린스 실.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2간격은,
   상기 제1관 및 제2관 내부에 상대적으로 고온의 유체가 흐름에 따라 상기 제1관 및 제2관의 강성 저하로 인한 처짐이 발생하여도, 상기 제2연장부와 상기 제2톱니가 서로 접촉하지 않도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 래비린스 실.

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