KR101837626B1 - 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰 - Google Patents

간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰은 내경에 돌출된 고정 씰링 결합키가 형성되어 있으며 직경 방향으로 관통된 버퍼 유체 주입 또는 배출구가 형성되어 있는 글랜드, 상기 회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 직경 방향을 따라 측면으로 상기 버퍼 유체 주입 또는 배출구와 연통되는 버퍼 유체 통과공이 형성되어 있으며 외경에 고정 씰링 결합키 수용홈이 형성되어 있으며 양단에는 각각 고정 씰링 제1 연마면 및 고정 씰링 제2 연마면이 대응 형성되어 있는 고정 씰링, 상기 회전축 방향을 따라 상기 고정 씰링의 일단에 위치하여 상기 회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 일단에 형성된 회전 씰링 제1 연마면이 상기 고정 씰링 제1 연마면과 접촉하여 제1 씰면을 형성하는 제1 회전 씰링, 상기 회전축 방향을 따라 상기 고정 씰링의 타단에 위치하여 상기 회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 일단에 형성된 회전 씰링 제2 연마면이 상기 고정 씰링 제2 연마면과 접촉하여 제2 씰면을 형성하며 타단에는 회전 씰링 결합키 수용홈이 형성되어 있는 제2 회전 씰링, 일단에 스프링 포켓 및 스프링 지지대 고정용 핀홀이 형성되어 있으며 타단에 상기 회전 씰링 결합키 수용홈에 수용 결합되는 회전 씰링 결합키가 형성되어 있으며 스프링 지지대 고정핀을 갖는 스프링 지지대, 상기 스프링 지지대의 스프링 포켓에 일부가 수용 결합되며 상기 스프링 지지대를 탄성 가압하는 스프링, 내경에 형성된 제1 회전 씰링 수용홈에 상기 제1 회전 씰링을 수용한 상태로 상기 글랜드의 내부에 위치하며 상기 회전축을 감싸 함께 회전하는 제1 회전 홀더, 그리고, 내경에 형성된 제2 회전 씰링 수용홈에 상기 제2 회전 씰링 및 상기 스프링의 일부가 수용된 상기 스프링 지지대를 수용한 상태로 상기 글랜드의 외부 일측에 위치하며 상기 회전축을 감싸 함께 회전하는 제2 회전 홀더를 포함하며, 상기 고정 씰링, 상기 제1 회전 씰링, 상기 제2 회전 씰링, 상기 스프링 지지대, 상기 제1 회전 홀더 및 상기 제2 회전 홀더의 내측면과 상기 회전축 사이에 밀폐된 공간인 버퍼 유체 순환용 공간부가 형성된다.

Description

간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰{SPLIT-TYPE MECHANICAL SEAL WITH SIMPLE DOUBLE SEALING SURFACE STRUCTURE}
본 발명은 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 조선이나 해양플랜트 등을 포함하는 산업 전반에 폭넓게 사용되고 있는 산업용 원심 펌프, 교반기, 믹서 등에 사용되는 유체가 회전축으로 누설 되는 것을 방지하는데 사용되는 밀봉 장치인 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰에 관한 것이다.
메카니컬 씰은 원심 펌프, 교반기, 믹서 등에 있어서 사용 유체가 회전축으로 누수 되는 것을 방지하는데 사용되는 밀봉 장치이다.
이러한 메카니칼 씰은 축에 고정되어 회전하는 회전자(Rotor), 펌프 하우징에 구속되는 글랜드(Gland)부에 고정되어 있는 고정자(Stator), 씰면(Seal face)에 압력을 가하는 탄성 스프링, 씰면 이외의 누수를 방지하는 엘라스토머 링, 분할면으로의 누수를 방지하는 엘라스토머 가스켓으로 구성되는 것이 보통이다. 축의 회전 시에 실질적으로 누수를 방지하는 두 개의 씰링은 각각 회전자와 고정자 부분에 결속되어 있으며 보통 회전자에는 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 알루미나 등의 세라믹인 경질 소재의 회전 씰링이 사용되며, 고정자에는 윤활성이 좋고 경질 소재의 회전 씰링과의 마찰에 의한 상대 마모를 감소시키키 위해 카본 등 연질 소재의 고정 씰링이 사용되고 있다. 이러한 메카니컬 씰 중 분할형 메카니컬 씰(Split mechanical seal)은 사용에 따라 마모 또는 파손이 빈번한 연질 소재의 고정 씰링 등의 부품 교체 시에 펌프 등 전체를 분해할 필요가 없이 회전축에 대해 메카니컬 씰만의 분해 및 조립이 가능하다. 따라서 설치 및 해체가 간편하여 유지 보수 비용을 크게 절감시킬 수 있는 장점을 가지고 있어 부품 교체시 펌프 전체를 분해하여야 하는 일체형 메카니컬 씰을 빠르게 대체하고 있다.
분할형 메카니컬 씰의 경우 기존의 일체형 메카니컬 씰과 유사한 구조를 갖는 반면, 회전자, 고정자, 글랜드, 씰링, 엘라스토머 링 부품이 모두 반원형 링타입으로 분할되어 있으며, 스프링부가 외부 글랜드 쪽에 위치한다는 특징을 갖는다. 또한 일체형 구조와는 달리 분할된 회전 씰링이 삽입되고 외측면으로부터 지탱해주는 회전 홀더가 반드시 필요한 구조를 갖는다.
그런데 종래의 분할형 메카니컬 씰은 후기된 선행기술문헌인 특허문헌1인 US4576384 A에서 보는 바와 같이 고정 씰링과 회전 씰링이 각각 1개씩 이여서 이들간 접촉면이 1개인 싱글 씰(Single seal) 구조만을 가지므로 그 사용 분야에 제한을 가지고 있다. 즉 염수와 같은 결정화 유체나, 고형분을 함유하는 슬러리, 유독성 화학 물질 등을 사용하는 경우에는 씰 주위의 결정화 방지를 위한 세척, 고형화 방지를 위한 씰 면의 윤활, 유출된 유독성 유체의 희석 등의 역할을 할 수 있는 버퍼 유체(buffer fluid)를 사용해야 하나 싱글 씰의 경우 버퍼 유체를 분할형 메카니컬 씰 내부의 소정 위치에 가둘 수 있는 구조를 만들 수 없기 때문에 이를 위해서는 이중 구조의 메카니컬 씰(Double mechanical seal or Containment seal)이 필수적으로 적용되어야 한다.
이러한 이중 구조의 메카니컬 씰에 관한 종래 기술로 후기된 선행기술문헌인 특허문헌2인 US5820129 A가 제안되었다. 상기 이중 구조의 씰은 회전축(1)과 함께 회전하는 하나의 회전 씰링(26)의 일측면의 두 고정 씰링면(14, 16)에 각각 내부와 외부에서 각각 접촉하는 두 개의 고정 씰링(10, 12)과 두 고정 씰링면(14, 16)에서의 접촉 상태를 유지하기 위해 탄성력을 제공하는 두 개의 탄성 스프링(56)이 글랜드(30) 내측에 각각 삽입되어 있는 구성을 가지고 있다. 따라서 버퍼 유체가 두 고정 씰링면(14, 16)까지 유입이 가능한 공간부인 씰링된 환형 캐비티 44는 글랜드 (30), 회전 씰링(26), 두 고정 씰링(10, 12) 및 가스켓(42)와 0-링(36, 38, 40)에 의해 형성된다. 상기 특허문헌 2의 이중 구조의 메카니컬 씰은 종래 이중 구조의 메카니컬 씰이 두 개의 회전 씰링에 각각 접촉하는 두 개의 고정 씰링 및 두 개의 탄성 스프링 구조가 갖는 문제점인 구조가 복잡하고 메카니컬 씰의 길이가 증대되어 소형화가 쉽지 않은 문제점을 하나의 회전 씰링을 제거함으로써 컴팩트한 구조가 되도록 하여 제조 비용을 줄이고 경량화 및 소형화가 가능하도록 하고자 하였다.
그러나 상기 특허문헌 2의 이중 구조의 메카니컬 씰은 두 고정 씰링면(14, 16)이 회전 씰링(26)의 일측면에 모두 형성되므로 두 개의 고정 씰링(10, 12) 과의 일면 접촉에 의해 협소 지역에서의 접촉면 과다에 의한 발열량 증대로 인해 접촉면 냉각을 위한 냉각수 역할을 동시에 수행하는 버퍼 유체의 유입량을 증대시키거나 버퍼 유체의 온도를 더욱 낮추어 공급하여야 하여야 할 뿐만 아니라, 환형의 캐비티를 따라 유입된 버퍼 유체가 회전 씰링(26)과의 접촉 면적이 매우 협소하여 회전 씰링(26)과의 접촉에 따른 열전도가 제대로 이루어지지 않아 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 회전축(1)을 기준으로 각각 내부와 외부에 배치된 두 개의 고정 씰링(10, 12)은 비록 회전 속도는 동일하다고 하더라도 외부 고정 씰링(12)의 선속도(원주율 속도)가 내부 고정 씰링(10)의 선속도보다 빠르므로 마모가 빨리 진행되어 두 고정 씰링(10, 12) 간이 마모율 차이에 의해 비록 탄성 스프링(56)의 가압에 의해 마모율 차이를 보정하더라도 회전 씰링(26)과의 불균일 마찰에 의해 씰링 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 비록 상기 특허문헌 2의 이중 구조의 메카니컬 씰은 종래의 이중 구조의 메카니컬 씰 대비 비록 회전 씰링(26)을 하나 줄였다고는 하나 가압 스프링(26)은 여전히 두 개인 구조로써 컴팩트화, 제조 효율 증대, 경량화 및 소형화에 한계가 있었다.
US 4576384 A US 5820129 A
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 문제점을 해결하여 종래의 이중 구조의 메카니컬 씰 구조의 한계를 극복하여 보다 냉각 효율이 우수할 뿐만 아니라, 두 고정 씰링 간의 마모율 차이를 최소화하여 씰링 효율 저하를 방지하고 보다 컴팩트하고 제조 비용 및 시간 감소를 통해 제조 효율을 더욱 증대하고, 제품의 경량화 및 소형화가 더욱 가능한 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰은 내경에 돌출된 고정 씰링 결합키가 형성되어 있으며 직경 방향으로 관통된 버퍼 유체 주입 또는 배출구가 형성되어 있는 글랜드, 상기 회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 직경 방향을 따라 측면으로 상기 버퍼 유체 주입 또는 배출구와 연통되는 버퍼 유체 통과공이 형성되어 있으며 외경에 고정 씰링 결합키 수용홈이 형성되어 있으며 양단에는 각각 고정 씰링 제1 연마면 및 고정 씰링 제2 연마면이 대응 형성되어 있는 고정 씰링, 상기 회전축 방향을 따라 상기 고정 씰링의 일단에 위치하여 상기 회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 일단에 형성된 회전 씰링 제1 연마면이 상기 고정 씰링 제1 연마면과 접촉하여 제1 씰면을 형성하는 제1 회전 씰링, 상기 회전축 방향을 따라 상기 고정 씰링의 타단에 위치하여 상기 회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 일단에 형성된 회전 씰링 제2 연마면이 상기 고정 씰링 제2 연마면과 접촉하여 제2 씰면을 형성하며 타단에는 회전 씰링 결합키 수용홈이 형성되어 있는 제2 회전 씰링, 일단에 스프링 포켓 및 스프링 지지대 고정용 핀홀이 형성되어 있으며 타단에 상기 회전 씰링 결합키 수용홈에 수용 결합되는 회전 씰링 결합키가 형성되어 있으며 스프링 지지대 고정핀을 갖는 스프링 지지대, 상기 스프링 지지대의 스프링 포켓에 일부가 수용 결합되며 상기 스프링 지지대를 탄성 가압하는 스프링, 내경에 형성된 제1 회전 씰링 수용홈에 상기 제1 회전 씰링을 수용한 상태로 상기 글랜드의 내부에 위치하며 상기 회전축을 감싸 함께 회전하는 제1 회전 홀더, 그리고, 내경에 형성된 제2 회전 씰링 수용홈에 상기 제2 회전 씰링 및 상기 스프링의 일부가 수용된 상기 스프링 지지대를 수용한 상태로 상기 글랜드의 외부 일측에 위치하며 상기 회전축을 감싸 함께 회전하는 제2 회전 홀더를 포함하며, 상기 고정 씰링, 상기 제1 회전 씰링, 상기 제2 회전 씰링, 상기 스프링 지지대, 상기 제1 회전 홀더 및 상기 제2 회전 홀더의 내측면과 상기 회전축 사이에 밀폐된 공간인 버퍼 유체 순환용 공간부가 형성된다.
상기 스프링 지지대 고정용 핀홀은 상기 회전축의 축 방향을 따라 관통되어 원주 방향으로 상기 스프링 지지대의 스프링 포켓의 인근에 배열되어 형성되어 있으며 상기 스프링 지지대 고정핀이 삽입됨으로써 상기 스프링 지지대를 상기 제2 회전 홀더 내에서 구속시킴과 동시에 상기 스프링에 의한 상기 스프링 지지대의 탄성 직선 운동을 가이드 하며, 상기 회전 씰링 결합키는 상기 회전 씰링 결합키 수용홈에 삽입 수용 결합하여 상기 제2 회전 홀더에 상기 제2 회전 씰링이 같이 수용 결합됨으로써, 상기 제2 회전 씰링이 상기 제2 회전 홀더에 구속되어 함께 회전하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제2 회전 홀더는 상기 제2 회전 씰링 수용홈의 한쪽 면에 원주 방향으로 배열되도록 형성되어 상기 스프링의 일부를 수용하여 상기 스프링 지지대의 스프링 포켓과 함께 상기 스프링의 위치를 고정시켜 주는 추가의 스프링 포켓, 그리고, 상기 회전축의 축 방향을 따라 원주 방향으로 상기 추가의 스프링 포켓의 인근에 배열되도록 형성되어 상기 스프링 지지대 고정핀의 일부가 삽입됨으로써 상기 스프링 지지대를 상기 제2 회전 홀더 내에서 구속시킴과 동시에 상기 스프링에 의한 스프링 지지대의 탄성 직선 운동을 가이드하는 스프링 지지대 고정홈 핀홈을 더 포함할 수 있다.
상기 스프링 지지대는 외경 방향으로 돌출된 스토퍼 걸림단을 더 포함하며,상기 제2 회전 홀더는 상기 제2 회전 씰링 수용홈의 내경을 향해 돌출되어 있으며, 상기 스프링의 탄성 가압력에 의해 이동하는 상기 스토퍼 걸림단이 걸리도록 하여 상기 스프링 지지대의 최대 직선 운동 거리를 제한하는 스프링 지지대 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰은 상기 고정 씰링의 외경과 상기 글랜드의 내경 사이에 배치되어 있는 적어도 하나의 고정 씰링용 오링, 상기 제1 회전 씰링의 외경과 상기 제1 회전 홀더의 내경 사이에 배치되어 있는 제1 회전 씰링용 오링, 상기 제2 회전 씰링의 외경과 상기 제2 회전 홀더의 내경 사이에 배치되어 있는 제2 회전 씰링용 오링, 그리고, 상기 제1 회전 홀더 및 상기 제2 회전 홀더가 각각 상기 회전축과의 접촉하는 면 사이에 배치되어 있는 제1 회전 홀더용 오링 및 제2 회전 홀더용 오링을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰에 의하면, 버퍼 유체 순환용 공간부의 형성을 통해 고정 씰링과 제1 및 제 2 회전 씰링의 내경 전체와의 접촉을 통한 냉각 효율이 매우 증대될 뿐만 아니라, 버퍼 유체가 두 개의 씰면과 원활이 연통되어 윤활, 세척, 희석 등이 용이하게 이루어질 수 있는 유리한 효과가 있다.
또한 두 개의 회전 씰링이 하나의 고정 씰링을 양면에서 공유하는 구조를 가지며, 제2 회전 홀더 내에 장착된 하나의 탄성 스프링과 스프링 지지대 하나에 의해 두 씰면이 동시에 원활히 가압되는 구조를 가짐으로써 두 고정 씰링 간의 마모율 차이를 최소화하여 씰링 효율 저하를 방지하고 더 단순하고 컴팩트한 분할형 메카니컬 씰을 구성할 수 있어, 구조가 간결하고 사이즈가 줄어들어 제조가 용이하고 펌프 등의 좁은 공간에도 손쉽게 장착 가능한 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰의 조립 사시도,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰의 단면도, 그리고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰의 일요부인 제2 회전 홀더의 사시도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예는 본 발명의 이상적인 분해 사시도, 조립 사시도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 설명에 앞서 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰은 한 쌍의 반원형링 타입의 분할 조립체가 조립에 의해 완성되는 형상이나 설명의 편의를 위해 필요에 따라 한 쌍 전체를 도시 및 설명하거나 하나의 분할 조립체만을 기준으로 도시 및 설명함을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰의 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰의 조립 사시도, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰의 단면도, 그리고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰의 일요부인 제2 회전 홀더의 사시도이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰은 회전축(1) 주위를 감싸는 형태로서 회전축(1)과 동심을 가지며 각각 분할된 한 쌍이 조립에 의해 결합된 하나의 글랜드(20), 하나의 고정 씰링(30), 고정 씰링(30)의 양 측면에 각각 배치된 두 개의 회전 씰링(40, 50), 스프링 지지대(60), 스프링(70), 복수개의 엘라스토머 오링(81 내지 86) 및 두 개의 회전 홀더(90, 100)를 포함한다.
각 글랜드(20), 고정 씰링(30), 회전 씰링(40, 50), 스프링 지지대, 엘라스토머 오링(81 내지 86) 및 회전 홀더(90, 100)는 반원형링 타입으로 직경 방향으로 분할되어 있으며 스프링(70)은 코일 형태의 탄성 스프링이다.
글랜드(20)는 회전축(1)을 감싸는 형태의 금속 재질의 한 쌍의 반원형링 타입의 조립체로서, 나사 체결부(29)의 결합 나사(미도시) 체결을 통해 조립체의 분할면이 상호 맞닿도록 조립된다. 이 때 두 글랜드 분할면에는 각각 대응되는 결합핀(24)과 결합핀 수용홈(25)이 존재하여 결합 나사 체결 시 두 개의 분할면을 정확히 일치시킬 수 있다. 분할면에는 펌프 이송 유체, 플러쉬 유체 및 버퍼 유체가 글랜드(20)의 분할면 사이의 틈으로 누수되는 것을 방지하기 위한 엘라스토머 재질의 글랜드 분할면 가스켓(88)을 수용하는 글랜드 분할면 가스켓 수용홈(27)이 형성되어 있다.
글랜드(20)는 외부에 배치된 제2 회전 홀더(100)를 제외한 제1 회전 홀더(90)와 고정 씰링(30)를 감싸주는 하우징 역할을 하며, 메카니컬 씰 전체를 임펠라 하우징(2)에 고정시켜 주는 역할을 한다.
글랜드(20)는 내경에 돌출된 고정 씰링 결합키(21)가 형성되어 있다. 또한 글랜드(20)는 직경 방향으로 관통된 버퍼 유체 주입 또는 배출구(22) 및 플러쉬(flush) 유체 주입 또는 배출구(23)가 형성되어 있다.
버퍼 유체 주입 또는 배출구(22)는 글랜드(20)의 직경 방향을 따라 측면으로 관통된 홀(hole)로서, 냉각, 윤활, 희석 등의 역할을 수행하는 버퍼 유체를 회전축(1)과 고정 씰링(30)과 두 회전 씰링(40, 50) 사이에 형성된 밀폐 공간인 버퍼 유체 순환용 공간부(200, 도 3 참조)인 내부로 주입한 후 메카니컬 씰 외부로 다시 배출시키는 통로 역할을 한다.
플러쉬 유체 주입 또는 배출구(23)도 글랜드(20)의 직경 방향을 따라 측면으로 관통된 홀(hole)로서, 냉각 및 플러싱(flushing) 역할을 수행하는 플러쉬 유체를 제1 회전 씰링(40) 주변에 형성된 플러쉬 유체 순환용 공간부(150)로 주입한 후 메카니컬 씰 외부로 배출 시키는 통로 역할을 한다. 플러쉬 유체 주입 또는 배출구(23)는 필요에 따라 생략 가능한 구성이다.
글랜드(20) 내부에는 한 개의 고정 씰링(30), 제1 회전 씰링(40)이 수용된 제1 회전 홀더(100)가 위치하며, 글랜드(20) 외부에 제2 회전 씰링(50)이 수용된 제2 회전 홀더(100)가 위치하고 있다. 글랜드(20) 내부 및 외부에 위치한 두 개의 회전 씰링(40, 50)은 한 개의 고정 씰링(30)을 사이에 두고 양 측면에 대응되게 배치되어 고정 씰링(30)의 양측면과 두 개의 씰면(33, 34)을 형성하고 있으며, 글랜드 외부 제2 회전 홀더(100) 내에 장치된 스프링(70)과 스프링 지지대(60) 및 제2 회전 씰링(50)에 의해 두 개의 씰면(33, 34)에 동시에 탄성 압력을 가하는 구조로 구성되어 있다.
고정 씰링(30)은 윤활성이 좋고 마모가 허용되는 카본 등 연질 소재로 마련되어 회전축(1)을 소정 이격 간격을 두고 감싸며, 직경 방향을 따라 측면으로 관통된 홀인 버퍼 유체 통과공(31)이 형성되어 하나의 버퍼 유체 주입 또는 배출구(22)를 통해 버퍼 유체 순환용 공간부(200)로 버퍼 유체를 유입시키고 반대편의 버퍼 유체 주입 또는 배출구(22)를 통해 메카니컬 씰 외부로 배출시킨다. 고정 씰링(30)은 외경에 비관통형인 고정 씰링 결합키 수용홈(32)이 형성되어 있으며, 양단에는 고정 씰링 제1 연마면(33a) 및 고정 씰링 제2 연마면(34a)이 마련되어 있다. 고정 씰링 제1 연마면(33a) 및 고정 씰링 제2 연마면(34a)은 각각 후술할 제1 회전 씰링(40)의 일단에 형성된 회전 씰링 제1 연마면(33b) 및 제2 회전 씰링(50)의 일단에 형성된 회전 씰링 제2 연마면(34b)과 짝을 이루어 두 개의 제1 및 제2 씰면(33, 34, seal face)을 형성함으로써 회전축(1)으로부터 외부로의 버퍼 용액이나 플러쉬 용액 및 펌프 이송 유체의 누수를 방지한다.
고정 씰링 결합키 수용홈(32)은 고정 씰링 결합키(21)를 수용하여 고정 씰링(30)이 회전축(1)에 대해 회전하지 않고 고정되어 있도록 하는 역할을 한다.
고정 씰링 제1 연마면(33a) 및 고정 씰링 제2 연마면(34a)은 각각 제1 및 제2 씰면(33, 34)의 밀봉성 증대와 마찰 감소를 위해 조도 0.1um 이하로 연마되어 있는 것이 바람직하다.
제1 회전 씰링(40)은 경질 소재로써, 회전축(1) 방향을 따라 고정 씰링(30) 일단에 위치하여 회전축(1)을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 제1 회전 홀더(90)에 삽입되어 회전축(1)의 회전시 함께 회전한다. 제1 회전 씰링(40)은 일단에 형성된 회전 씰링 제1 연마면(33b)이 고정 씰링(30)의 고정 씰링 제1 연마면(33a)과 접촉하여 제1 씰면(33)을 형성한다.
제2 회전 씰링(50)도 경질 소재로써, 회전축(1) 방향을 따라 고정 씰링(30) 타단에 위치하여 회전축(1)을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 제2 회전 홀더(100)에 삽입되어 회전축(1)의 회전시 함께 회전한다. 제2 회전 씰링(50)은 일단에 형성된 회전 씰링 제2 연마면(34b)이 고정 씰링(30)의 고정 씰링 제2 연마면(34a)과 접촉하여 제2 씰면(34)을 형성한다. 한편 제2 회전 씰링(50)의 타단에는 회전 씰링 결합키 수용홈(53)이 형성되어 있다.
스프링 지지대(60)는 스프링 포켓(61), 스프링 지지대 고정용 핀홀(62), 회전 씰링 결합키(63), 스프링 지지대 고정핀(65) 및 스토퍼 걸림단(66)을 포함하며, 후기된 스프링(70)의 위치를 고정시켜 스프링(70)을 지지하고 제2 회전 씰링(50)을 떠받침으로써 제1 및 제2 씰면(33, 34)을 균일하게 가압한다.
스프링 포켓(61)은 회전축(1)의 축 방향을 따라 스프링 지지대(60)의 한쪽 면에 원주 방향으로 배열되어 형성된 복수개의 원형 홈으로 스프링(70)의 일부를 수용하여 그 위치를 고정시켜 준다.
스프링 지지대 고정용 핀홀(62)은 회전축(1)의 축 방향을 따라 관통되어 원주 방향으로 스프링 포켓(61)의 인근에 배열되어 형성된 홀로써, 메카니컬 씰 조립시 원통형의 스프링 지지대 고정핀(65)이 삽입됨으로써, 스프링 지지대(60)가 제2 회전 홀더(100) 내에서 원주 방향으로 이탈하지 않도록 구속시킴과 동시에 스프링(70)에 의한 스프링 지지대(60)의 탄성 직선 운동을 원활하게 하도록 가이드 한다.
회전 씰링 결합용 키(63)는 회전 씰링 결합키 수용홈(53)에 삽입 수용 결합하여 제2 회전 홀더(100)에 같이 수용 결합됨으로써, 제2 회전 씰링(50)이 제2 회전 홀더(100)에 구속되어 함께 회전하도록 한다.
스프링(70)은 스프링 지지대(60)의 스프링 포켓(61)과 후기된 제2 회전 홀더(100)의 스프링 포켓(101)에 각각 양단이 삽입되어 위치하며, 두 씰면(33, 34)에 탄성 가압력을 제공함으로써 씰면(33, 34)의 누수 밀봉 능력을 향상시킴과 동시에 장시간 운전시 연질 소재의 고정 씰링(30)의 마모가 발생하더라도 씰면(33, 34)의 밀봉력이 저하되지 않도록 한다.
제1 회전 홀더(90)는 제1 회전 씰링 수용홈(92), 결합핀(94), 결합핀 수용홈(95), 홀더 분할면 가스켓 수용홈(97) 및 나사 체결부(99)를 포함한다.
제1 회전 홀더(90)는 내경에 형성된 제1 회전 씰링 수용홈(92)에 제1 회전 씰링(40)을 수용한 상태로 글랜드(20) 내부에 위치하며 회전축(1)을 감싸는 형태의 금속 재질의 한 쌍의 반원형 링타입의 조립체이다. 제1 회전 홀더(90)는 나사 체결부(99)의 결합 나사 체결을 통해 조립체의 분할면이 상호 맞닿은 상태에서 회전축(1)에 강한 힘으로 접촉 결합된 상태로 조립되며 회전축(1)과 함께 회전한다. 제1 회전 홀더(90)가 회전을 하게 되므로 이에 고정된 제1 회전 씰링(40)은 제1 씰면(33)에서 고정 씰링(30)과의 접촉 밀봉 상태를 유지한 체 회전을 하게 된다.
제1 회전 홀더(90)의 분할면에는 결합핀(94)과 결합핀 수용홈(95)이 존재하여 결합 나사 체결 시 두 개의 분할면을 정확히 일치시킬 수 있으며, 펌프 이송 유체, 플러쉬 유체 및 버퍼 유체가 분할면 사이의 틈으로 누수되는 것을 방지하기 위한 엘라스토머 재질의 회전 홀더 분할면 가스켓(87)을 수용하는 홀더 분할면 가스켓 수용홈(97)이 형성되어 있다.
제2 회전 홀더(100)는 스프링 포켓(101), 스프링 지지대 고정용 핀홈(102),제2 회전 씰링 수용홈(103), 결합핀(104), 결합핀 수용홈(105), 스프링 지지대 스토퍼(106), 홀더 분할면 가스켓 수용홈(107) 및 나사 체결부(109)를 포함한다.
제2 회전 홀더(100)는 내경에 형성된 제2 회전 씰링 수용홈(103)에 제2 회전 씰링(50) 및 스프링(70)의 일부가 수용된 스프링 지지대(60)를 수용한 상태로 글랜드(20)의 외부 일측에 위치하며 회전축(1)을 감싸는 형태의 금속 재질의 한 쌍의 반원형링 타입의 조립체이다. 제2 회전 홀더(100)는 나사 체결부(109)의 결합 나사 체결을 통해 조립체의 분할면이 상호 맞닿은 상태에서 회전축(1)에 강한 힘으로 접촉 결합된 상태로 조립되며 회전축(1)과 함께 회전한다. 제2 회전 홀더(100)가 회전을 하게 되므로 이에 고정된 제2 회전 씰링(50)은 제2 씰면(34)에서 고정 씰링(30)과의 접촉 밀봉 상태를 유지한 체 회전을 하게 된다.
제2 회전 홀더(100)의 분할면에는 결합핀(104)과 결합핀 수용홈(105)이 존재하여 결합 나사 체결 시 두 개의 분할면을 정확히 일치시킬 수 있으며, 펌프 이송 유체, 플러쉬 유체 및 버퍼 유체가 분할면 사이의 틈으로 누수되는 것을 방지하기 위한 엘라스토머 재질의 회전 홀더 분할면 가스켓(89)을 수용하는 홀더 분할면 가스켓 수용홈(107)이 형성되어 있다.
스프링 포켓(101)은 도 4에 도시된 바와 같이 회전축(1)의 축 방향을 따라 제2 회전 씰링 수용홈(103)의 한쪽 면에 원주 방향으로 배열되어 형성된 복수개의 원형 홈으로 스프링(70)의 일부를 수용하여 스프링 지지대(60)의 스프링 포켓(61)과 함께 스프링(70)의 위치를 고정시켜 준다.
스프링 지지대 고정용 핀홈(102)은 회전축(1)의 축 방향을 따라 원주 방향으로 스프링 포켓(101)의 인근에 배열되어 형성된 홈으로써, 메카니컬 씰의 조립시 스프링 지지대 고정핀(65)의 일부가 삽입됨으로써, 스프링 지지대(60)가 제2 회전 홀더(100) 내에서 원주 방향으로 이탈하지 않도록 구속시킴과 동시에 스프링(70)에 의한 스프링 지지대(60)의 탄성 직선 운동을 원활하게 하도록 가이드 한다.
스프링 지지대 스토퍼(106)는 제2 회전 씰링 수용홈(103)의 내경을 향해 돌출되어 있으며, 스프링 포켓(61, 101)에 스프링(70)을 수용 장착한 후 탄성 가압력에 의해 스프링 지지대(60)의 외경 방향으로 돌출된 스토퍼 걸림단(66)이 걸리도록 하여 스프링 지지대(60)의 최대 직선 운동 거리를 제한한다.
한편, 고정 씰링(30)의 외경과 글랜드(20)의 내경 사이에는 두 개의 분할형 고정 씰링용 오링(81, 82)이 위치하여, 플러쉬 유체 및 펌프이송유체가 버퍼 유체와 서로 혼합 되는 것을 방지하는 동시(82)에 버퍼 유체가 씰 외부로 누수되는 것을 방지(81)한다.
또한, 제1 회전 씰링(40)의 외경과 제1 회전 홀더(90) 내경 사이 및 제2 회전 씰링(50)의 외경과 제2 회전 홀더(100) 내경 사이에 각각 분할형 회전 씰링용 오링(83, 84)이 위치한다. 제1 회전 씰링용 오링(83)의 경우 펌프 이송 유체가 버퍼 유체 순환용 공간부(200) 내로 누수 되는 것을 방지하며, 제2 회전 씰링용 오링(84)의 경우 버퍼 유체 순환용 공간부(200) 내에서 순환 중인 버퍼 유체가 씰 외부로 누수 되는 것을 방지한다.
또한, 제1 회전 홀더(90) 및 제2 회전 홀더(100)가 각각 회전축(1)과의 접촉하는 면 사이에는 분할형 회전 홀더용 오링(85, 86)이 각각 위치한다. 제1 회전 홀더용 오링(85)은 펌프 이송 유체가 버퍼 유체 순환용 공간부(200)로 누수되는 것을 방지하며, 제2 회전 홀더 오링(86)은 버퍼 유체 순환용 공간부(200) 내에서 순환 중인 버퍼 유체가 씰 외부로 누수 되는 것을 방지한다.
이처럼 본 발명의 한 실시예에 따른 간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰은 상술한 구조로 인하여 도 3에 나타낸 것과 같이 고정 씰링(30), 제1 및 제2 회전 씰링(40, 50), 스프링 지지대(60), 스프링(70), 제1 및 제2 회전 홀더(90, 100)의 내측면과 회전축(1) 사이에 엘라스토머 오링(81 내지 86)에 의해 밀폐된 공간인 버퍼 유체 순환용 공간부(200)가 형성되게 된다. 따라서 하나의 글랜드(20)에 형성된 버퍼 유체 주입 또는 배출구(22)를 통해 주입된 버퍼 유체는 고정 씰링(30)의 버퍼 유체 통과공(31, 도 1 참조)을 통해 버퍼 유체 순환용 공간부(200)로 주입된 후 반대쪽 고정 씰링(30)에 형성된 버퍼 유체 통과공(31) 및 글랜드(20)에 형성된 버퍼 유체 주입 또는 배출구(22)구를 통해 빠져나가면서, 고정 씰링(30)과 제1 및 제 2 회전 씰링(40, 50)의 내경 전체와의 접촉을 통한 냉각 효율이 매우증대될 뿐만 아니라, 버퍼 유체가 두 개의 씰면(33, 34)과 원활이 연통되어 윤활, 세척, 희석 등이 용이하게 이루어질 수 있는 구조를 가지게 된다.
또한 두 개의 회전 씰링(40, 50)이 하나의 고정 씰링(30)을 양면에서 공유하는 구조를 가지며, 제2 회전 홀더(100) 내에 장착된 하나의 탄성 스프링(70)과 스프링 지지대(60) 하나에 의해 두 씰면(110, 120)이 동시에 원활히 가압되는 구조를 가짐으로써 더 단순하고 컴팩트한 분할형 메카니칼씰을 구성할 수 있어, 구조가 간결하고 사이즈가 줄어들어 제조가 용이하고 펌프 등의 좁은 공간에도 손쉽게 장착 가능한 유리한 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1 : 회전축 2 : 펌프 임펠라 하우징
20 : 글랜드(Gland) 21 : 고정 씰링 결합키
22 : 버퍼 유체 주입 또는 배출구23 : 플러쉬 유체 주입 또는 배출구
24, 94, 104 : 결합핀 25, 95, 105 :결합핀 수용홈
27 : 글랜드 분할면 가스켓 수용홈 29, 99, 109 : 나사 체결부
30 : 고정 씰링 31: 버퍼 용액 통과공
32: 고정 씰링 결합키 수용홈 33 : 제1 씰면
33a : 고정 씰링 제1 연마면 33b : 회전 씰링 제1 연마면
34 : 제2 씰면 34a : 고정 씰링 제2 연마면
34b : 회전 씰링 제2 연마면 40 : 제1 회전 씰링
50 : 제2 회전 씰링 53 : 회전 씰링 결합키 수용홈
60 : 스프링 지지대 61, 101 : 스프링 포켓
62 : 스프링 지지대 고정용 핀홀63 : 회전 씰링 결합키
65 : 스프링 지지대 고정핀 66 : 스토퍼 걸림단
70 : 스프링 81, 82 : 고정 씰링용 오링
83, 84 : 회전 씰링용 오링 85 , 86 : 회전 홀더용 오링
87, 89 : 회전 홀더 분할면 가스켓88 : 글랜드 분할면 가스켓
90 : 제1 회전 홀더 92 : 제1 회전 씰링 수용홈
97, 107 : 홀더 분할면 가스켓 수용홈
100 : 제2 회전 홀더 102 : 스프링 지지대 고정용 핀홈
103 : 제2 회전 씰링 수용홈 106 : 스프링 지지대 스토퍼
150 : 플러쉬 유체 순환용 공간부 200 : 버퍼 유체 순환용 공간부

Claims (5)

  1. 내경에 돌출된 고정 씰링 결합키가 형성되어 있으며, 직경 방향으로 관통된 버퍼 유체 주입 또는 배출구가 형성되어 있는 글랜드,
    회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며, 직경 방향을 따라 측면으로 상기 버퍼 유체 주입 또는 배출구와 연통되는 버퍼 유체 통과공이 형성되어 있으며, 외경에 고정 씰링 결합키 수용홈이 형성되어 있으며, 양단에는 각각 고정 씰링 제1 연마면 및 고정 씰링 제2 연마면이 대응 형성되어 있는 고정 씰링,
    상기 회전축 방향을 따라 상기 고정 씰링의 일단에 위치하여 회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 일단에 형성된 회전 씰링 제1 연마면이 상기 고정 씰링 제1 연마면과 접촉하여 제1 씰면을 형성하는 제1 회전 씰링,
    상기 회전축 방향을 따라 상기 고정 씰링의 타단에 위치하여 회전축을 소정 이격 간격을 두고 감싸며 일단에 형성된 회전 씰링 제2 연마면이 상기 고정 씰링 제2 연마면과 접촉하여 제2 씰면을 형성하며, 타단에는 회전 씰링 결합키 수용홈이 형성되어 있는 제2 회전 씰링,
    일단에 스프링 포켓 및 스프링 지지대 고정용 핀홀이 형성되어 있으며, 타단에 상기 회전 씰링 결합키 수용홈에 수용 결합되는 회전 씰링 결합키가 형성되어 있으며, 스프링 지지대 고정핀을 갖는 스프링 지지대,
    상기 스프링 지지대의 스프링 포켓에 일부가 수용 결합되며 상기 스프링 지지대를 탄성 가압하는 스프링,
    내경에 형성된 제1 회전 씰링 수용홈에 상기 제1 회전 씰링을 수용한 상태로 상기 글랜드의 내부에 위치하며 상기 회전축을 감싸 함께 회전하는 제1 회전 홀더, 그리고,
    내경에 형성된 제2 회전 씰링 수용홈에 상기 제2 회전 씰링 및 상기 스프링의 일부가 수용된 상기 스프링 지지대를 수용한 상태로 상기 글랜드의 외부 일측에 위치하며 상기 회전축을 감싸 함께 회전하는 제2 회전 홀더
    를 포함하며,
    상기 고정 씰링, 상기 제1 회전 씰링, 상기 제2 회전 씰링, 상기 스프링 지지대, 상기 제1 회전 홀더 및 상기 제2 회전 홀더의 내측면과 상기 회전축 사이에 밀폐된 공간인 버퍼 유체 순환용 공간부가 형성되는
    간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰.
  2. 제1항에서,
    상기 스프링 지지대 고정용 핀홀은
    상기 회전축의 축 방향을 따라 관통되어 원주 방향으로 상기 스프링 지지대의 스프링 포켓의 인근에 배열되어 형성되어 있으며 상기 스프링 지지대 고정핀이 삽입됨으로써 상기 스프링 지지대를 상기 제2 회전 홀더 내에서 구속시킴과 동시에 상기 스프링에 의한 상기 스프링 지지대의 탄성 직선 운동을 가이드 하며,
    상기 회전 씰링 결합키는
    상기 회전 씰링 결합키 수용홈에 삽입 수용 결합하여 상기 제2 회전 홀더에 상기 제2 회전 씰링이 같이 수용 결합됨으로써, 상기 제2 회전 씰링이 상기 제2 회전 홀더에 구속되어 함께 회전하도록 하는
    간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 회전 홀더는
    상기 제2 회전 씰링 수용홈의 한쪽 면에 원주 방향으로 배열되도록 형성되어 상기 스프링의 일부를 수용하여 상기 스프링 지지대의 스프링 포켓과 함께 상기 스프링의 위치를 고정시켜 주는 추가의 스프링 포켓, 그리고,
    상기 회전축의 축 방향을 따라 원주 방향으로 상기 추가의 스프링 포켓의 인근에 배열되도록 형성되어 상기 스프링 지지대 고정핀의 일부가 삽입됨으로써, 상기 스프링 지지대를 상기 제2 회전 홀더 내에서 구속시킴과 동시에 상기 스프링에 의한 스프링 지지대의 탄성 직선 운동을 가이드하는 스프링 지지대 고정홈 핀홈
    을 더 포함하는
    간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰.
  4. 제1항에서,
    상기 스프링 지지대는
    외경 방향으로 돌출된 스토퍼 걸림단을
    더 포함하며,
    상기 제2 회전 홀더는
    상기 제2 회전 씰링 수용홈의 내경을 향해 돌출되어 있으며, 상기 스프링의 탄성 가압력에 의해 이동하는 상기 스토퍼 걸림단이 걸리도록 하여 상기 스프링 지지대의 최대 직선 운동 거리를 제한하는 스프링 지지대 스토퍼
    를 더 포함하는
    간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰.
  5. 제1항에서,
    상기 고정 씰링의 외경과 상기 글랜드의 내경 사이에 배치되어 있는 적어도 하나의 고정 씰링용 오링,
    상기 제1 회전 씰링의 외경과 상기 제1 회전 홀더의 내경 사이에 배치되어 있는 제1 회전 씰링용 오링,
    상기 제2 회전 씰링의 외경과 상기 제2 회전 홀더의 내경 사이에 배치되어 있는 제2 회전 씰링용 오링, 그리고,
    상기 제1 회전 홀더 및 상기 제2 회전 홀더가 각각 상기 회전축과의 접촉하는 면 사이에 배치되어 있는 제1 회전 홀더용 오링 및 제2 회전 홀더용 오링
    을 더 포함하는
    간결한 이중 씰링면 구조를 갖는 분할형 메카니컬 씰.
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