KR102025453B1 - 고압 시일을 위한 지지 링 장치 - Google Patents

고압 시일을 위한 지지 링 장치 Download PDF

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KR102025453B1 KR1020147020209A KR20147020209A KR102025453B1 KR 102025453 B1 KR102025453 B1 KR 102025453B1 KR 1020147020209 A KR1020147020209 A KR 1020147020209A KR 20147020209 A KR20147020209 A KR 20147020209A KR 102025453 B1 KR102025453 B1 KR 102025453B1
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Abstract

본 발명은 고압 시일을 위한 지지 링 장치로서, 고압 시일은 축방향으로 슬라이딩 또는 선회 가능하며 고압 용기의 원통형 섹션에 장착되는 용기 클로저를 위해 제공되는 지지 링 장치를 포함하며, 상기 고압 시일은 지지 링 장치의 도움으로 고압 용기의 원통형 섹션을 반경방향으로 시일링하며, 10 000 bar까지의 최대 압력이 유체에 의해 지지 링 장치 및 고압 시일 상에 가해진다. 상기 지지 링 장치는 유체측으로부터 볼 때,
Figure 112014067728942-pct00013
상기 장치의 축방향 고정구(6),
Figure 112014067728942-pct00014
반경방향으로 초기응력이 가해지는 한편, 용기 클로저(1)에 놓이는 시일링 링(4),
Figure 112014067728942-pct00015
용기 클로저(1)의 축에 대해 수직으로 놓인 링의 측면에 단부면(7)을 갖는 적어도 하나의 지지 링을 가지며,
Figure 112014067728942-pct00016
서로에 대해 지지되도록 윤곽이 형성된 적어도 2 개의 성형 부품들로 구성되는 적어도 하나의 지지 링 장치(8)가 제공되며,
Figure 112014067728942-pct00017
상기 성형 부품들은 서로에 대해 지지되며, 서로에 대해 지지되는 그 측면들에 서로 평행한 원추형 대응 면들(12)을 구비하며, 그리고
Figure 112014067728942-pct00018
상기 평행한, 원추형 대응 면들(12) 중 하나는 단부면(7)에서 시작하는, 고압 시일을 위한 지지 링 장치에 관한 것이다.

Description

고압 시일을 위한 지지 링 장치{SUPPORT RING ARRANGEMENT FOR A HIGH-PRESSURE SEAL}
본 발명은 고압 시일(seal)을 위한 지지 링 장치로서, 고압 시일은 축방향으로 삽입 또는 선회 가능하며 고압 용기의 원통형 부분에 장착되는 용기 클로저(closure)를 위해 제공되는 지지 링 장치를 포함하며, 상기 고압 시일은 지지 링 장치의 도움으로 고압 용기의 원통형 부분을 반경방향으로 시일링(sealing)(밀봉)하며, 그리고 10 000 bar까지의 최대 압력이 유체에 의해 지지 링 장치 및 고압 시일에 가해지는, 고압 시일을 위한 지지 링 장치에 관한 것이다.
문헌 US 4 570 944 는 앞뒤로 움직일 수 있는 압력 피스톤을 위한 시일 장치에 관한 것으로, 시일 장치는 저압 시일 링, 캠 링 및 고압 시일 링으로 구성되며, 약 350 bar 까지의 압력이 유체에 가해진다. 여기서 언급되는 모든 링들은 시일링 작용을 갖는다.
생산물의 고압 처리에서, 생산물은 고압 챔버에서 고압 매질에 의해 충돌되며, 10 000 bar까지의 압력으로 처리된다. 압축 응력, 인장 응력, 등과 같은 다양한 힘들이 고부하 빈도로 고압 시일에 가해진다. 또한, 용기 및 용기 클로저의 상당한 팽창 또는 압축이 발생할 수 있으며, 이것은 그 중에서도 조인트, 틈새 또는 다른 개구들로 이어질 수 있으며, 그 안으로 시일이 이동하거나 유입될 수 있다. 따라서, 가압 하에 갭, 등을 밀폐시키고 따라서 고압 시일을 상응하게 지지하기 위하여, 지지 링 구조체와 같은 추가적인 부재들이 사용된다.
따라서, 본 발명은 축방향으로 삽입 또는 선회할 수 있으며 고압 용기의 원통형 부분에 장착되는 용기 클로저를 위해 의도되는 고압 시일을 위한 지지 링 장치로서, 상기 고압 시일은 지지 링 장치의 도움으로 고압 용기의 원통형 부분을 반경방향으로 시일링하며, 그리고 10 000 bar까지의 최대 압력이 유체에 의해 지지 링 장치 및 고압 시일에 가해지는, 고압 시일을 위한 지지 링 장치를 제공하는 과제에 기초한다.
상기 목적은 고압 시일을 위한 지지 링 장치(8)로서, 고압 시일은 축방향으로 삽입 또는 선회할 수 있으며 고압 용기의 원통형 부분에 장착되는 용기 클로저(1)를 위해 제공되는 지지 링 장치(8)를 포함하며, 상기 고압 시일은 지지 링 장치(8)의 도움으로 고압 용기의 원통형 부분을 반경방향으로 시일링하며, 10 000 bar까지의 최대 압력이 지지 링 장치(8) 및 고압 시일(4, 5)에 유체에 의해 가해지며, 상기 지지 링 장치는 유체측으로부터 볼 때,
Figure 112014067728942-pct00001
상기 장치의 축방향 고정구(6),
Figure 112014067728942-pct00002
반경방향으로 초기응력이 가해지는 한편, 용기 클로저(1)에 놓이는 시일링 링(4, 5),
Figure 112014067728942-pct00003
용기 클로저(1)의 축에 대해 수직으로 놓인 그 측면에 단부면(7)을 갖는 적어도 하나의 지지 링을
구비하며, 여기서
Figure 112014067728942-pct00004
서로에 대해 지지되도록 윤곽이 형성된 적어도 2 개의 성형 부품들(2, 3)로 구성되는 적어도 하나의 지지 링 장치(8)가 제공되며,
Figure 112014067728942-pct00005
여기서 성형 부품들은 서로에 대해 지지되며, 서로에 대해 지지되는 그 측면들에 서로 평행한 원추형 대응 면들(12)을 구비하며, 그리고
Figure 112014067728942-pct00006
평행한, 원추형 대응 면들(12) 중 하나는 단부면(7)에서 시작하는,
고압 시일을 위한 지지 링 장치(8)에 의해 달성된다.
원칙적으로 지지 링 장치(8)는 고압 시일을 위한 그 지지 작용이 달성되는 한, 원하는 만큼 많은 성형 부품들로 구성될 수 있다. 편리하게는 지지 링 장치(8)는 서로 지지되는 2 개의 형상화된 성형 부품들로 설계된다. 성형 부품들은 서로 지지되며, 이들은 서로에 대해 지지되는 그 측면들에서 서로 평행한 원추형 대응 면들(12)을 갖는다.
지지 링 장치(8)의 부품들이 서로 지지되는 그 측면들에서 서로 평행한 원추형 면들(12)을 갖는 구성의 결과로서, 지지 링 장치(8)의 부품들은 서로 미끄러질 수 있으며 따라서 용기 클로저(12)와 용기 사이에 조인트, 틈새 또는 다른 개구들의 형성이 방지될 수 있다.
시일링 링의 부품들이 확장으로부터 야기되는 틈새 내로 유입 또는 밀려 들어오는 것을 방지하기 위하여, 평행한, 원추형 대응 면(12)은 단부면(7)에서 시작한다. 이러한 방식으로, 서로 평행한 원추형 대응 면들(12)의 서로에 대한 슬라이딩은 틈새를 야기하지 않는다.
성형 부품들 중 적어도 하나는 용기 클로저(1) 그 자체에 의해 형성될 수 있다. 상기 성형 부품은 지지 링 장치(8)의 다른 성형 부품 상에 평행한, 원추형 대응 면들(12)을 통해 지지된다.
성형 부품들 중 하나는 용기 클로저(1)의 해제 가능한 구성 부품에 의해 또한 형성될 수 있다. 용기 클로저(1)의 해제 가능한 구성 부품이 동일한 특성(평행한, 원추형 대응 면들)을 갖는 한, 해제 가능한 구성 부품은 동일한 효과를 달성할 것이다. 해제 가능한 구성 부품을 예를 들면 평행한, 원추형 대응 면들을 갖는 링에 의해 형성될 수 있다.
성형 부품들 중 하나의 단부면(7)은 용기 클로저(1)의 축에 대해 수직으로 배치된다. 물론, 단부면(7)은 또한 예를 들면 용기 클로저(1)의 축에 대해 평균 90±30°로 배치될 수 있는 것과 같은 상이한 형태를 취할 수 있다.
평행한, 원추형 대응 면들(12)의 원추체는 용기 클로저(1)의 축에 대해 40°내지 80°의 나선각을 가질 수 있다. 전이 영역(11)이 서로 평행한 원추형 대응 면들(12) 사이에 제공되며, 전이 영역(11)은 압력의 소멸 후에 압력의 형성 전과 같이, 성형 부품들이 시작 위치에서와 같이 다시 서로 지지되도록 설계된다.
예를 들면, 전이 영역(11)은 약간 원추형이거나 또는 만곡될 수 있으며, 그 결과 성형 부품들은 전이 영역(11)에서 상향으로 그리고 하향으로 만곡된 공간을 형성하며, 전이 영역(11)은 또한 그 기능을 충족하는 한 임의의 원하는 다른 형상을 취할 수 있다.
바람직하게는 전이 영역(11)은 외측 성형 부품(3)과 내측 성형 부품(2)이 전이 영역(11)에서 서로 평행한 면들을 갖도록 설계될 수 있다. 상기 평행한 면들은 또한 용기 클로저(1)의 축에 평행할 수 있으며, 외측 성형 부품(3)은 용기 클로저(1)의 축으로부터 더 먼 부품을 의미하며, 내측 성형 부품(2)은 외측 성형 부품(3)보다 용기 클로저(1)의 축에 더 가까운 부품을 의미한다.
이상적으로는, 외측 성형 부품(3)은 시일링 링(4)을 향하는 측에 삽입 사면(斜面)을 갖는다.
지지 링 장치(8)는 2 개 이상의 부품들로 구성될 수 있으며; 여기서, 외측 성형 부품(3)(링)은 차례로 예를 들면 원주방향으로 반경방향으로 연장되는 슬롯(9) 및 외주 상에서 원주방향으로 연속적인 컷아웃(cut-out)부가 형성된 상기 링에 의해 조립되는 2 개의 부품 링들로 구성될 수 있으며, 상기 링의 슬롯이 형성된 부품들은 텐셔닝 장치(tensioning apparatus)(10)에 의해 컷아웃부에서 함께 유지된다. 텐셔닝 장치(10)는 압력의 소멸 후에도 상기 링의 슬롯이 형성된 부품들이 다시 함께 신뢰 가능하게 접합되는 것을 가능하게 한다.
외주 상에 링의 원주방향으로 제공되는 컷아웃부는 텐셔닝 장치(10)에 의존하면서 상이하게 설계될 수 있다. 컷아웃부의 횡단면은 예를 들면 직사각형, 원형, 타원형 또는 다른 기하학적 구조를 취할 수 있으며, 상기 링의 슬롯이 형성된 부품들은 텐셔닝 장치(10)에 의해 함께 유지될 수 있다.
텐셔닝 장치(10)는 예를 들면 폴리머 또는 엘라스토머 링이 될 수 있다. 또한, 적절한 와이어 케이블 또는 와이어 권선, 로프, 또는 스프링 클램프가 텐셔닝 장치(10)의 적절한 부재들로서 기능할 수 있다.
장치를 위한 축방향 고정구(6)가 제공된다. 상기 고정구는 링/전방 링에 의해 형성될 수 있다.
10 000 bar 까지의 압력에서, 양 성형 부품들(2, 3)은 고강도 합금으로 구성되어야 한다. 외측 성형 부품(3)이 용기 및/또는 용기 클로저(1)보다 더 낮은 탄성 계수를 갖는 경우, 유리하다.
바람직하게는 성형 부품들 중 적어도 하나는 구리 합금 또는 티타늄 합금으로 구성된다. 바람직하게는 성형 부품들 중 적어도 하나는 강철로 구성된다.
바람직하게는 지지 링 장치(8)를 구비한 고압 시일은 용기 클로저(1)에 고정된다.
도 1a는 용기 클로저(1)에 지지 링 장치(8)를 구비한 고압 시일을 도시한다.
도 1b는 도 1a에서 단면 A의 확대도이다.
도 1c는 지지 링 장치(8)를 구비한 고압 시일의 상세도이다.
도 2는 2 개의 부품 링들(2, 3)을 갖는 지지 링 장치(8)를 도시한다.
도 3a는 슬롯이 형성된 외측 링을 도시한다.
도 3b는 텐셔닝 장치(10)를 갖는 컷아웃부를 도시한다.
도 1a, 1b, 1c는 고압 시일 및 용기 클로저(1) 상의 지지 링 장치(8)를 도시한다. 유체측으로부터 볼 때, 고압 시일과 지지 링 장치(8)는 전방 링(6), 용기 클로저(1)에 놓이는 시일링 링(4)을 포함하며, 상기 시일링 링(4)는 C-형상 그루브를 가지며, 그리고 상기 그루브는 O-링(5)을 둘러싼다. 시일링 링(4)에 지지되는 지지 링 장치(8)가 제공되며, 상기 지지 링 장치(8)는 2 개의 부품 링들, 내측 지지 링(2) 및 외측 지지 링(3)으로 구성된다. 2 개의 부품 링들은 서로에 대해 지지된다. 홀과 고정 장치를 갖는 전방 링이 제공된다. 전방 링(6)에 있는 고정 장치에 의해, 고압 시일과 지지 링 장치(8)는 용기 클로저(1)에 축방향으로 고정된다.
도 2에서, 내측 지지 링(2)/내측 성형 부품 및 외측 지지 링(3)/외측 성형 부품은 서로에 대해 지지되는 그 측면들에서 서로 평행한 면들(12)을 가지며, 그리고 상기 평행한 면들(12)은 단부면(7)에서 시작하며, 상기 내측 지지 링(2)/내측 성형 부품 및 외측 지지 링(3)/외측 성형 부품은 각각 서로에 대해 지지되는 그 측면들에서 동일한 나선각을 갖는 원추체를 가지며, 그리고 전이 영역(11)이 서로 평행한 면들 사이에 제공되며, 상기 전이 영역(11)은 상기 내측 지지 링(2)/내측 성형 부품 및 외측 지지 링(3)/외측 성형 부품이 전이 영역(11)에서 서로 평행한 면들을 가지도록 설계된다. 이 실시형태의 결과로서, 반경방향 하중은 개선된 방법으로 링 폭에 걸쳐 분포되며, 또한 반경방향 위치는 압력이 없는 상태에서 정확하게 정의된다.
도 2는 지지 링 장치(8)에 대한 단지 하나의 있을 수 있는 설계를 도시한다. 그러나, 지지 링들은, 내측 지지 링(2)/내측 성형 부품의 단부면(7)이 시일링 링(4)에 지지되도록 배치되며 그리고 외측 지지 링(3)/외측 성형 부품의 단부면(7)이 용기 클로저(1)에 지지되도록 배치되는 방식으로 또한 배치될 수 있다. 이것은 조립된 지지 링 장치(8)의 지지 작용에 영향을 미치지는 않는다.
도 3a, 3b는 슬롯이 형성된 외측 지지 링(3)/외측 성형 부품을 상이한 사시도들로 도시한다. 도 3a는 외측 지지 링(3)/외측 성형 부품의 슬롯이 형성된 장소의 확대도(상세 B)를 도시하며, 슬롯(9)은 원주방향으로 반경방향으로 연장한다. 외측 지지 링(3)에 작용하는 인장 응력은 이 실시형태의 결과로서 크게 제거된다.
컷아웃부가 외주 상에서 외측 지지 링(3)/외측 성형 부품의 원주방향으로 제공되며, 컷아웃부에는 외측 지지 링(3)/외측 성형 부품의 슬롯이 형성된 부품들이 폴리머 링과 같은 텐셔닝 장치(10)에 의해 고정 유지된다. 도 3b는 직사각형 횡단면을 갖는 텐셔닝 장치(10)를 포함하는 있을 수 있는 컷아웃부를 도시한다.
참조부호 리스트
1 용기 클로저
2 내측 지지 링 / 내측 성형 부품
3 외측 지지 링 / 외측 성형 부품
4 시일링 링
5 O-링
6 축방향 고정구 / 전방 링
7 단부면
8 지지 링 장치
9 슬롯
10 텐셔닝 장치
11 전이 영역
12 평행한, 원추형 대응 면들

Claims (14)

  1. 고압 시일을 위한 지지 링 장치로서, 고압 시일은 축방향으로 삽입 또는 선회할 수 있으며 고압 용기의 원통형 부분에 장착되는 용기 클로저를 위해 제공되는 지지 링 장치를 포함하며, 상기 고압 시일은 지지 링 장치의 도움으로 고압 용기의 원통형 부분을 반경방향으로 시일링하며, 10 000 bar까지의 최대 압력이 유체에 의해 지지 링 장치 및 고압 시일에 가해지며, 상기 지지 링 장치는 유체측으로부터 볼 때,
    Figure 112019064142180-pct00007
    상기 장치의 축방향 고정구(6),
    Figure 112019064142180-pct00008
    반경방향으로 초기응력이 가해지는 한편, 용기 클로저(1)에 놓이는 시일링 링(4, 5),
    Figure 112019064142180-pct00009
    용기 클로저(1)의 축에 대해 수직으로 놓인 그 측면에 단부면(7)을 갖는 적어도 하나의 지지 링을
    가지는, 고압 시일을 위한 지지 링 장치에 있어서,
    Figure 112019064142180-pct00010
    서로에 대해 지지되도록 윤곽이 형성된 적어도 2 개의 성형 부품들(2, 3)로 구성되는 적어도 하나의 지지 링 장치(8)가 제공되며,
    Figure 112019064142180-pct00011
    성형 부품들은 서로에 대해 지지되며, 서로에 대해 지지되는 그 측면들에 서로 평행한 원추형 대응 면들(12)을 구비하며,
    Figure 112019064142180-pct00012
    평행한, 원추형 대응 면들(12) 중 하나는 단부면(7)에서 시작하며,
    Figure 112019064142180-pct00025
    전이 영역(11)이 서로 평행한 원추형 대응 면들(12) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 고압 시일을 위한 지지 링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 성형 부품들 중 적어도 하나는 용기 클로저(1) 그 자체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  3. 제1항에 있어서, 성형 부품들 중 적어도 하나는 용기 클로저(1)의 해제 가능한 구성 부품에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  4. 제1항에 있어서, 단부면(7)은 용기 클로저(1)의 축에 대해 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  5. 제1항에 있어서, 단부면(7)은 용기 클로저(1)의 축에 대해 평균 90±30°로 경사 배치되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  6. 제2항에 있어서, 원추체는 용기 클로저(1)의 축에 대해 40°내지 80°의 나선각을 가지는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  7. 제3항에 있어서, 원추체는 용기 클로저(1)의 축에 대해 40°내지 80°의 나선각을 가지는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  8. 제1항에 있어서, 전이 영역(11)은, 압력의 소멸 후에 압력의 형성 전과 같이 성형 부품들이 시작 위치에서와 같이 다시 서로 지지되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  9. 제8항에 있어서, 전이 영역(11)은 성형 부품들이 전이 영역(11)에서 서로 평행한 면들을 갖도록 설계되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  10. 제1항에 있어서, 성형 부품들 중 적어도 하나는 원주방향으로 반경방향으로 연장되는 슬롯(9) 및 외주 상에서 원주방향으로 연속적인 컷아웃(cut-out)부를 가지며, 상기 슬롯이 형성된 부품들은 텐셔닝 장치(10)에 의해 컷아웃부에서 함께 유지되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  11. 제1항에 있어서, 성형 부품들 중 적어도 하나는 고강도 합금으로 구성되며 용기 및 용기 클로저(1)보다 더 낮은 탄성 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  12. 제11항에 있어서, 성형 부품들 중 적어도 하나는 구리 합금 또는 티타늄 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  13. 제11항에 있어서, 성형 부품들 중 적어도 하나는 강철로 구성되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 지지 링 장치(8)를 구비한 고압 시일은 용기 클로저(1)에 고정되는 것을 특징으로 하는 지지 링 장치.
KR1020147020209A 2012-01-20 2013-01-14 고압 시일을 위한 지지 링 장치 KR102025453B1 (ko)

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