KR102384073B1 - 고압측 플러싱 기능을 구비한 밀봉 장치 및 밀봉 요소 - Google Patents

Abstract

본 발명은
- 밀봉 갭(18)을 형성하여 서로 이격되어 배치되고 이동 축(16) 주위로 서로에 대해 이동될 수 있는 제 1 및 제 2 기계 부품(12, 14);
- 밀봉 유지 구조의 위 또는 안, 특히 두 기계 부품(12, 14) 중 하나의 유지 홈(26) 내부에 배치되는 베이스부(24)를 갖는 밀봉 장치(10)로 구성되고,
저압측 N에 대하여 밀봉 갭(18)의 고압측 H를 밀봉하기 위해 각각 다른 기계 부품(12, 14)의 밀봉 표면(32)에 대항하여 밀봉부(30)를 통해 다이내믹한 밀봉 방식으로 접하는 밀봉 헤드(28)로 더 구성되는 밀봉 장치(10)에 관한 것이고, 고압측 H는 유체에 의해 가압될 수 있고, 밀봉 요소(20)는 하나 이상의 유동 요소(66, 68, 92, 94)와 함께 고압측에 제공되고, 이에 의해 밀봉부(30)의 영역에서 고압측의 유체가 밀봉 헤드(28)로 흐르는 방식으로, 두 기계 부품(12, 14)의 상대적인 이동의 경우 유체 흐름이 유발된다. 또, 본 발명은 이러한 유형의 밀봉 장치용 밀봉 요소(20)에 관한 것이다.

Description

고압측 플러싱 기능을 구비한 밀봉 장치 및 밀봉 요소

본 발명은 고압측 플러싱 기능을 구비한 밀봉 장치 및 밀봉 요소에 관한 것이다. 밀봉 장치는 밀봉 갭을 형성하면서 서로 이격되어 이동 축 둘레로 서로에 대해 이동될 수 있는 제1 및 제2 기계 부품을 포함한다. 밀봉 장치는 두 기계 부품의 하나의 기계 부품의 밀봉 유지 구조, 특히 유지 홈에 또는 그 위에 배치된 베이스부를 가진 밀봉 요소를 포함한다. 밀봉 요소는 밀봉 갭의 저압측에 대해 밀봉 갭의 고압측을 밀봉하기 위하여 각각의 다른 기계 부품의 밀봉 표면에 대해 밀봉부에 의하여 다이내믹하게 밀봉 방식으로 접촉 지지되는 밀봉 헤드를 가진다.

그러한 다이내믹 밀봉 시스템은 차량의 구성 및 기계적인 엔지니어링에서 필수적인 디자인 요소를 구성한다. 밀봉 요소들은, 예컨대, 반경방향 또는 축방향 샤프트 밀봉로 사용된다. 동시에, 그러한 밀봉 요소들은 조립체의 기술적인 발전에 기인하여, 슬라이딩 속도, 및 실제로 점증하는 동작 압력, 온도에 노출된다. 밀봉 요소들의 손상은 밀봉되어야 하는 유체의 바람직하지 않은 누출을 초래하고, 이는 특히 중요한 용도들에서 심각한 결과를 초래할 수 있다. 따라서 밀봉 요소들은 그들의 밀봉 성능에 대해 점증하는 더 높은 요청을 충족해야 할뿐더러 동시에 또한 향상된 사용 수명을 가져야 한다.

마찰에 의하여 유발된 밀봉 요소들의 사용 수명의 감소는 실제로 주로 밀봉 구간 영역에서의 최적의 열 소비 및 바람직하게 최소의 슬라이딩 마찰을 가진 소재 조합을 사용함으로써 밀봉 표면에 접촉되는 밀봉 요소의 밀봉 구간 영역에서의 최적의 윤활에 의하여 보상된다.

이러한 측면에서, 밀봉 요소의 소위 드래그-백 성능을 추가로 향상시키기 위한 노력이 이루어졌다. 밀봉 장치의 동작 동안, 밀봉 표면과 접촉하는 밀봉 요소의 밀봉부 또는 밀봉 구간 영역에서, 윤활 오일이 사용될 때 윤활 오일의 열 과부하 및 그에 따른 소위 탄소 집적이 발생될 수 있다. 고온 내성을 갖는 탄성 소재로 제조된 밀봉 요소들을 사용할 때 특히 이러한 것이 발생한다.

이들은 특히 현대의 밀봉 시스템들에서 구축된 소위, 형광 탄성체들을 포함한다. 두 유형의 탄소 축적이 구별될 수 있음이 알려져 있다. 탄화 오일은 밀봉 또는 밀봉 표면에 직접 정착되어 축적될 수 있다.

축적된 탄소 집적이 일정한 두께를 초과하면, 밀봉 요소의 사용 사용 수명이 단축된다. 더욱이, 윤활 오일이 또한 밀봉 탄성체를 관통하여 탄소 집적부를 생성할 수 있다. 이와 같이, 밀봉 요소는 그의 밀봉부 영역 또는 밀봉 에지에서 탄성이 약화된다. 마지막으로, 밀봉 요소는 밀봉 표면의 불규칙성이나 기계 부품의 진동을 더 이상 충분히 보충할 수 없으므로, 오일을 누출시킨다. 이러한 제2 유형의 탄소 집적은 밀봉 요소의 사용 수명에 중대한 영향을 미친다.

따라서 본 발명의 목적은 탄소 잡적과 밀봉 요소 위의 탄소 침착 및 당장 유용할 수 있는 밀봉 요소 용액들 내로의 함유물에 더욱 잘 대응하는 상기 설명한 밀봉 장치 및 밀봉 요소를 제공하는 것이다.

밀봉 장치에 관련한 상기 목적은 특허청구범위 1에 특정된 특성들을 가지는 밀봉 장치에 의하여 달성된다. 본 발명에 따른 밀봉 요소는 특허청구범위 17에 기재된다.

본 발명에 따른 밀봉 장치는 고압측, 특히 그의 전방측 또는 고압측을 향하는 측면에 밀봉 요소가 구비되고, 두 기계 부품의 상대적인 운동 동안, 고압측의 밀봉 헤드가 밀봉부 영역 위로 흐름하도록 밀봉 갭에서 유체 흐름이 그를 관통하여 생성되는 적어도 하나의 흐름 생성기 또는 하나의 유동 요소를 가지는 사실을 기본적인 특징으로 한다.

이와 같이, 밀봉 장치의 동작 동안, 유동 요소는 직접 또는 간접으로 다이내믹 밀봉 구간의 방향으로 밀봉 갭의 고압측 위에 배치된 유체의 플러싱 흐름을 생성한다. 유동 요소는 유체에서 압력 차이를 생성한다. 이러한 압력 차이의 결과, 유체는 밀봉 장치의 역동적인 밀봉 구간을 직접 향하거나 또는 밀봉 구간으로부터 멀어지게 가속된다. 후자의 경우, 밀봉 구간을 향하여 흐르는 유체는 밀봉 구간으로 유입한다.

두 기계 부품의 상대적인 회전 운동의 경우, 밀봉 요소가 밀봉 표면에 대해 밀봉 유지 구조를 갖는 기계 부품와 함께 회전하거나, 또는 밀봉 표면을 가지는 기계 부품이 밀봉 요소에 대해 회전한다. 후자의 경우, 유체는 밀봉 표면 위의 그의 마찰과 밀봉 표면의 회전축 둘레로 지향된 흐름(소위 테일러 쿠테 흐름)의 고유 점성에 의하여 유체가 편향된다. 밀봉 표면- 두 기계 부품의 이동 축에 관련해서-을 가지는 기계 부품은 반경 방향으로 배치된 기계 부품이고 회전하여 편향되며, 이어서 밀봉 표면을 가지는 기계 부품에서 가속된 유체는 추가적으로 원심력에 기인해서 높은 회전 속도에서 외측으로 민다.

이는 소위 테일러 와류(vortices)를 생성하고, 이는 두 기계 부품의 이동 축에 수직이며 유체의 혼합을 유발한다. 밀봉 헤드는 밀봉 표면을 향하는 단면이 돌출 형상의 단부면을 가진다. 밀봉 헤드는 따라서 밀봉 표면 측에 구형으로 형성된다. 따라서, 고압측 유체 공간은 밀봉 헤드와 밀봉 표면 사이에 형성되고, 유체가 관통하여 흐를 수 있는 단면인 그의 자유 단면의 밀봉 구간을 향하여 테이퍼된다.

따라서, 밀봉 구간을 향하여 흐르는 유체의 전체적인 향상된 흐름 제어는 다이내믹 밀봉 구간의 냉각, 윤활, 및 플러싱을 위하여 달성된다. 이는 또한 밀봉 구간에서의 이미 존재하는 탄소 집적부의 제거 또는 그러한 집적부의 생성을 방지하기 위하여 효과적이다.

본 발명에 따른 밀봉 헤드의 밀봉부는 밀봉 헤드의 단부면으로부터 멀리 연장하는, 적어도 하나의 트레드를 포함한다. 이러한 트레드는 따라서 밀봉 헤드의 단부면의 윤곽으로부터 돌출한다. 트레드는 비압축 상태에서 둥근 형상, 즉, 반경, 또는 양측에서 밀봉 에지를 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 밀봉 스트립에는 연속적인 바람직하게 커다란 비조직적인 트레드가 구비된다.

이동 축 둘레로의 두 기계 부품의 상대 운동의 경우, 흐름은 유동 요소 위로 흐르고, 밀봉 헤드의 밀봉부를 향하거나 또는 밀봉부으로부터 멀어지게 향해서, 유체 요소는 반경방향 밀봉 요소의 경우 축방향으로의 흐름에서 그리고 축방향 밀봉 요소의 경우, 반경방향으로의 흐름(각각의 경우, 두 기계 부품의 이동 축에 대해)에서 흐름을 생성한다. 전자의 경우, 밀봉 요소의 밀봉부를 향하여 흐르는 유체는 밀봉부 또는 밀봉 구간 위로 흐른다. 후자의 경우, 밀봉 구간을 향하여 흐르는 유체는 밀봉부 또는 밀봉 구간 위로 흐른다.

전체적으로, 이로써 추가적으로 향상된 윤활 및 냉각이 가능하고, 그리고 밀봉 헤드의 밀봉 표면 또는 밀봉 구간에 접촉하는 밀봉부의 영역의 눙동적인 플러싱이 달성될 수 있다. 밀봉 요소의 밀봉부에서의 탄소의 침착 또는 탄소의 형성과 집적은 효과적으로 상쇄될 수 있다. 유체는 밀봉 구간으로부터 밀봉 요소의 밀봉부 위에 침착될 수 있는 이미 존재하는 탄소 집적부를 능동적으로 세척할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유동 요소가 특히 밀봉 요소의 홈에 의하여 형성될 수 있다. 그러한 홈은 밀봉의 제조에 사용된 원래 성형 방법에서, 특히 사출 성형에 의하여 간단히 그리고 비용 절감적으로 제조될 수 있다. 본 발명의 대체적인 실시예에 따라, 밀봉 요소 또는 밀봉 헤드는 리세스된 통로(관통 보어)로서 또한 설계될 수 있다.

밀봉 헤드의 상기 설명한 홈 또는 리세스된 통로(관통 보어)는 바람직하게 두 기계 부품의 운동 방향으로 적어도 부분적으로 경사지게 형성되거나 배치된다. 본 발명에 따르면, 상기 설명한 홈 또는 리세스된 통로(관통 보어)는 양 단부들에서 개방되도록 설계된다.

밀봉 구간 영역에서의 특히 표과적인 세척 효과를 위하여, 본 발명에 따른 홈 또는 리세스된 통로(관통 보어)는, 적어도 부분적으로, 단면이 테이퍼되고, 그를 관통해서 고압측으로부터 저압측 방향으로 또는 밀봉 헤드의 밀봉부으로 유체가 흐를 수 있다. 따라서, 홈은 노즐의 의미로서 작용할 수 있고 밀봉부 방향으로 다시 한 번 더욱 효과적으로 가속시킬 수 있다. 따라서, 홈에 기인해서, 유체는 높은 흐름 속도에서 밀봉부를 향해질 수 있다. 전체적으로, 유체의 소정의 세척 효과가 이와 같이 더욱 향상될 수 있으므로 이미 존재하는 탄소 집적부는 밀봉부 또는 밀봉 표면으로부터 더욱 효과적으로 분리될 수 있고 밀봉 영역으로부터 제거될 수 있다.

밀봉 헤드의 홈 또는 리세스된 통로(관통 보어)는 환형 흐름 채널, 바람직하게 단부-측의 원주 홈 형태에 의하여 밀봉부 측 위에 유체로 연결되고; 즉, 홈 또는 통로는 밀봉 헤드의 이러한 환형 흐름 채널 내로 개방된다. 따라서, 밀봉부는 고압측에서 원주 방향으로 유체에 의하여 완전히 둘러 싸일 수 있다. 이것은 밀봉 구간 영역에서 열 소비에 효과적이다. 이는 또한 밀봉 구간의 추가적인 최적의 세척을 달성한다. 환형 흐름 채널(저압측을 향한)은 횡방향으로 밀봉 표면의 밀봉부에 적용된 밀봉 헤드의 밀봉부에 의하여 효과적으로 형성된다.

본 발명의 대체적인 실시예에 따르면, 밀봉 헤드의 유동 요소는 밀봉 헤드로부터 멀어지게 연장한다. 이와 같이 유동 요소는 밀봉 헤드의 프로파일 연장부 형태로서 설계된다. 제조 엔지니어링 측면에서, 그러므로 유동 요소는 밀봉 헤드 위에 바람직하게 직접 형성된다. 따라서, 유동 요소는 동시에 밀봉 헤드 위의 위치에 유지된다. 유동 요소는 밀봉 헤드에 대해 블레이드(날개) 식으로 작용한다. 유동 요소는 달걀모양(oval), 타원(elliptical), 다각형, 또는 삼각형 단면 형상을 가질 수 있다. 날개 프로파일의 의미에서 형태-없는 단면 형상이 또한 고려될 수 있다. 밀봉 요소의 프로파일 연장부로서 설계된 유동 요소의 (스러스트) 효과는 유체에 의하여 또는 작동시 그 위로 흘러들어갈 수 있는 유동 요소의 표면의 적절한 크기 조정 및 형상화에 의하여 필요한 만큼 조정될 수 있다. 이동 축에 대해 또는 밀봉 요소의 국부적인 반경에 대해 흐름에 노출된 유동 요소의 표면의 경사를 적절히 선택하고 그리고 흐름에 노출된 유동 요소의 표면의 잠재적인 경사를 적절히 선택함으로써, 유체의 가속은 유동 요소에 의하여 영향을 받을 수 있다.

유동 요소는 또한 특히 회전하여 이동가능한 기계 부품에서 양방향성 효과를 가지도록 형성될 수 있으며; 즉, 서로에 대한 기계 부품의 운동의 양측 방향으로 밀봉 갭을 따라 향하는 흐름에 유동 요소가 영향을 미칠 수 있다.

본 발명에 따르면, 유동 요소는 밀봉 헤드에 원주방향으로 및/또는 밀봉 헤드의 측면에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 밀봉 요소의 밀봉부의 윤활과 냉각은 밀봉 요소에 복수의 유동 요소들이 구비되는 점에서 본 발명에 따라 추가적으로 향상될 수 있다. 따라서, 밀봉 요소의 밀봉부에서의 탄소의 형성과 침착/함입은 동시에 보다 효과적으로 대응될 수 있다.

이와 같이, 서로 결합된 밀봉 요소로부터 돌출하는 하나 이상의 홈-형상이며유동 요소들은 밀봉 헤드 위에 배치될 수 있다. 홈-형상의 유동 요소(들)는, 예컨대, 밀봉 표면을 향하는 밀봉 헤드의 단부 측에 배치될 수 있고, 밀봉 헤드로부터 돌출하는 유동 요소(들)는 밀봉 요소의 측면 또는 밀봉 헤드에 배치될 수 있다.

특히, 밀봉 헤드로부터 멀리 돌출하는 유동 요소들에 의하여, 열 측면에서 효과적인, 유체 혼합이 동시에 달성될 수 있다. 유체 내의 난류 흐름 영역이 유동 요소에 의하여 생성되고, 더 큰 미입자 불순물(예컨대, 석탄 응집체)은 또한 유체 내에 분쇄되고 슬러리화될 수 있다. 밀봉 헤드 또는 밀봉 표면에 대한 손상의 위험(scoring)은 이와 같이 더욱 최소화될 수 있다. 복수의 유동 요소들이 단일 열 또는 복수 열로서 밀봉 헤드 위의 밀봉 요소의 원주 방향으로 배치될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에 따르면, 밀봉 헤드는 적어도 부분적으로 헬리컬 또는 나선을 따라 구성된다. 이와 같이 배치된 밀봉 요소들은 특히 효과적인 방식으로 상호 작용할 수 있다. 따라서, 기능적으로 충분한, 큰 유체 흐름이 밀봉 요소의 고압측에서 개별적인 유동 요소들의 밀집한 치수에 의해서도 달성될 수 있다.

밀봉 요소는 밀봉 헤드에 배치된 저압측 복원 요소들을 가질 수 있음을 유의하여야 한다. 따라서, 고압측으로부터 저압측으로 흐르는 유체는 밀봉 헤드의 밀봉부에 복귀 이송될 수 있고, 이로써 밀봉 요소의 윤활, 냉각 및 또한 드래그-백 성능을 향상시킬 수 있다. 복귀-이송 요소들은 홈-형상일 수 있거나 또는 밀봉 요소의 상기 설명한 유동 요소들에 대응하는 방식으로 프로파일 연장부로서 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 밀봉 요소는 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히, 탄성 소재로 구성될 수 있다. 밀봉 유지 구조는 밀봉 장치의 조립체를 보다 용이하게 제작하도록 카트리지에 의하여 형성될 수 있음을 또한 알아야 한다. 카트리지는 금속이나 다른 적절한 소재로 제조될 수 있다.

본 발명에 따르면, 밀봉 헤드와 베이스 섹션은 비직선 단면 형상, 또는 실질적으로 비직선인 단면 형상 및 밀봉 요소의 원주 방향으로 잇달아서, 바람직하게 규칙적인 간격으로 떨어진, 복수의 재료-약화 영역을 가지는 밀봉 요소의 탄성적으로 변형가능한 연결부에 의하여 서로 연결될 수 있다.

밀봉 요소가 - 두 기계 부품의 이동 축에 대해 - 반경방향으로 밀봉 방식으로, 즉, 소위, 반경방향 샤프트 밀봉 또는 피스톤 링으로서 형성되는 경우, 연결부는 반경 방향으로 비직선의, 즉, 곡선 단면 프로파일을 가진다. 밀봉 요소가 축방향의 밀봉 기능을 가지도록, 즉, 소위 축방향 샤프트 밀봉로서 형성되므로, 따라서 연결부는 비직선의, 즉, 굽은 단면 프로파일을 축방향으로 가진다.

탄성적으로, 특히 고무-탄성적으로 변형가능한 연결부의 그러한 단면 프로파일에 의하여, 밀봉 표면과 밀봉 표면의 불규칙성을 가진 기계 부품의 진동은 연결부에 의하여 신뢰할만하게 흡수되거나 보충될 수 있다. 따라서, 밀봉 헤드의 밀봉 에지 또는 밀봉부의 국부적인 과부하는 피해질 수 있고, 밀봉 요소의 신뢰할만한 밀봉 성능이 달성될 수 있다.

더욱이, 밀봉 요소의 특히 소형의 설계가 구현될 수 있다. 밀봉 장치의 사용 가능 범위의 면에서 이것은 효과적이다. 연결부가 고압측을 향하여 개방된 자유 공간을 형성하면, 이어서 밀봉 요소는 밀봉 장치의 고압측 가압화에 의하여 압력에 의하여 작동될 수 있다.

달리 말하면, 밀봉 헤드는 고압측에 존재하는 작동 압력에 비례하는 압력에서 밀봉 표면에 대해 가압된다. 바람직하게, 연결부(적어도 부분적으로)는 굽은-형상 또는 사형-형상의, 즉, U- 또는 V-형상의 단면 윤곽을 가진다.

탄성적으로, 바람직하게 고무-탄성적으로 변형가능한 연결부의 소재 취약부를 밀봉 요소의 원주 방향으로 제공함으로써, 밀봉 구간, 즉, 밀봉 표면과 밀봉부의 접촉 구간의 특히 효율적인 윤활 및 냉각이 이로써 달성될 수 있다.

이는 밀봉 장치의 다이내믹 밀봉 구간 영역에서 탄소의 형성에 대응한다. 연결부의 취약 소재는 연결부의 비소재-취약 영역부보다 밀봉 장치의 작동 동안 낮은 토크 지지를 갖는 밀봉 헤드를 제공한다. 이들은 밀봉 요소의 원주 방향으로 소재 취약부들에 삽입 설치된다. 두 기계 부품의 상대 운동 동안, 소재 취약부를 갖는 영역과, 연결부의 소재 취약부를 갖지 않는 영역의 공간상 분포 패턴에 대응하는 밀봉 표면에 대한 밀봉부의 접촉 압력 곡선은 원주 방향으로 밀봉 표면에 영향을 미친다. 밀봉 요소의 원주 방향으로의 밀봉 헤드의 밀봉부의 변동하거나 일정하지 않은 접촉(표면) 압력에 의하여 밀봉 갭의 고압측과 밀봉 장치에 배치된 유체에 의하여 내마모성 밀봉부의 향상된 윤활이 가능해진다. 이는 밀봉 요소의 밀봉 거동에 부정적으로 영향을 미치지 않는다.

본 발명에 따르면, 완전하거나 또는 부분적으로, 연결부는 밀봉 요소의 밀봉 성능에 중요한, 밀봉 표면에 대한 밀봉 헤드의 예비압축된 밀봉 결합에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 어느 경우에나, 밀봉 헤드는 밀봉 유지 구조를 포함하는 기계 부품 위에 반드시 지지되는, 연결부에 의하여 밀봉 헤드는 밀봉 표면에 대항하여 가압된다.

이 경우, 베이스부는 정적으로 밀봉하는 방식으로 축방향 또는 반경 방향으로 밀봉-유지 구조를 포함하는 기계 부품에 대항하여 베이스부는 접촉 지지된다. 본 발명에 따른 연결부 소재의 취약화에 기인하여, 소재-취약부의 공간 분포 패턴에 대응하는 밀봉 표면 상의 밀봉부의 일정하지 않은/변동하는 접촉압력 곡선은 어느 경우에나 더욱 향상된다. 밀봉부 (표면) 영역이 밀봉 표면에 직각인 방향으로 연결부의 소재-취약부에 일치되면서, 밀봉 헤드의 밀봉부는, 연결부의 취약화되지 않은 영역에 일치된 영역 위에서보다 더 작은 접촉 (표면) 압력으로 밀봉 표면에 직각인 방향으로 접촉 지지된다.

따라서, 밀봉 구간 영역에서의 밀봉 장치의 자체-윤활, 즉, 밀봉 헤드와 밀봉 표면 사이의 접촉 구간 영역의 충분한 윤활층이, 그리고 따라서 밀봉 요소의 사용 사용 수명이 더욱 향상될 수 있다.

소재-취약 영역에서의 본 발명에 따른 연결부는 연결부의 최대 두께의 바람직하게 90%보다 작은, 특히 50%보다 작은 두께를 가진다. 그러므로 소재 취약부를 가진 영역들은 연결부의 리세스가 아니고, 항상 유체가 저압측으로 통과하는 것에 대항하여 고압측을 밀봉한다. 연결부는 중간에서 밀봉 헤드에 또는 대신해서, 에지에, 특히 밀봉 헤드의 저압측 에지에 일체로 형성될 수 있다.

전자의 경우, 그러므로, 밀봉 헤드는 연결부로부터 횡방향으로 멀리 연장하고, 축방향으로 밀봉하는 밀봉 요소의 경우, 이동 축에 대해 축방향으로, 그리고 양 측면에서 반경 방향으로 연장한다. 이와 같이, 용이한 방식으로, 밀봉 헤드의 밀봉부는 밀봉 표면에 대해 직각인 방향으로 밀봉 표면에 대해 원주방향으로 가압될 수 있다. 양자의 경우, 밀봉 요소의 추가적인 기능상 또는 부가적인 부품들에 대한 공간이 생성된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 밀봉 헤드는 적어도 하나의 유지 구조를 포함할 수 있고, 그 안 또는 위에 (고무) 탄성적으로 변형가능한 사전 압축 요소, 특히 워엄 스프링 또는 탄성체 링이 보유하는 방식으로 배치되고, 그에 의해 밀봉 헤드가 밀봉 표면에 대항하여 클램핑된다. 그러한 사전 압축 요소는 밀봉 표면에 대해 연결부에 의하여 제공된 밀봉 헤드의 사전 압축에 추가하거나 대신해서 본 발명에 따라 제공될 수 있다. 본 발명에 따르면, 유지 구조는 바람직하게 베이스부를 향하는 밀봉 헤드의 후방 측면에 배치된다. 제조 엔지니어링 측면 및 밀봉 요소의 간단하고 확실한 장착의 견지에서, 유지 구조는 환형 홈으로서 효과적으로 설계된다. 밀봉 헤드가 단지 하나의 유지 구조를 가지면, 그것은 밀봉 헤드의 고압측에 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 밀봉 요소의 더욱 신뢰할만한 밀봉 성능이 보장될 수 있다.

본 발명의 바람직한 진전에 따르면, 밀봉 헤드는 홀디 구조를 가지며, 이는 바람직하게 연결부의 양 측면, 즉, 저압측과 고압측에서 베이스부에 대향하는 그의 후방 측에 위치된다.

본 발명의 제1의 대체적인 실시예에 따르면, 밀봉 헤드용 (고무) 탄성적으로 변형가능한 사전 압축 요소, 특히 워엄 스프링 또는 탄성 링은, 두 개의 유지 구조 위/안에 고정되어 배치될 수 있다. 서로 떨어진 사전 압축 요소들에 의하여, 밀봉 헤드의 밀봉부는 특히 신뢰할만하고 경사-저항 식으로 밀봉 표면에 대해 가압될 수 있다.

본 발명의 제2의 대체적인 실시예에 따르면, 지지링은 저압측에 배치된 유지 구조 안/위에 배치될 수 있고 탄성적으로 변형가능한 사전압축 요소, 특히 워엄 스프링 또는 탄성체 링은 고압측에서 유지 구조 안/위에 배치될 수 있다.

지지링은 밀봉 요소 또는 밀봉 헤드의 소재에 관련해서 단단하고, 즉, 반경 방향 및 축방향으로 치수가 안정적이다. 밀봉 헤드의 탄성적으로 변형가능한 소재에 기인하여, 지지링은 밀봉 헤드를 밀봉 표면 상의 밀봉 위치에 고정할 수 있다.

밀봉 헤드의 탄성적으로 변형가능한 소재를 고려하면, 지지링은 추가적으로, 그에 따라 형상화되었으면, 밀봉 헤드용 사전압축 요소의 기능을 수행할 수 있다. 지지링은 또한 밀봉 헤드의 축방향 또는 반경방향의 지지를 제공할 수 있고 및/또는 저압측에서 밀봉 요소의 연결부로서 작용하고, 이로써 유체의 고압 작동 압력에서도 밀봉 요소의 작동성을 보장할 수 있다. 고압측에 배치된 사전압축 요소에 의하여, 밀봉 장치가 사용될 때, 밀봉 표면에 대한 밀봉 헤드의 충분한 접촉 압력이 달성될 수 있다.

상기 설명한 예비 압축 요소(들) 또는 지지링의 특히 간단하고 영구적인 부착을 위하여, 본 발명에 따른 환형 홈은 바람직하게 환형 홈의 내경보다 작은 구멍 단면을 가진다. 밀봉 장치가 장착될 때, 상기 설명한 부착물은 용이하게 환형 홈 내로 클립되어 결합될 수 있고 밀봉 요소에 포획되어 고정된다.

본 발명의 진전에 따르면, 필요시, 지지링에는 밀봉 갭의 저압측으로부터 고압측으로의 오염물의 유입을 방지하기 위하여 와이핑 또는 밀봉 립이 구비된다. 따라서, 밀봉 장치는 크게 오염된 환경에서 사용하기에 더욱 적합하다. 와이핑이나 밀봉 립은 바람직하게 밀봉 표면을 가지는 기계 부품에 둘레에 부착된다. 와이핑 립은 병진해서 서로에 대해 이동가능한 기계 부품에서 특히 효과적이다.

본 발명에 따르면, 밀봉 헤드는 다른 단면 형상들로 구현될 수 있다. 이와 같이, 밀봉 헤드는 달걀 모양, 타원, 또는 다각형 단면 형상을 가질 수 있다. 바람직하게, 밀봉 헤드는 단면이 돌출 형상이고 밀봉 표면을 향하는 단부면을 가진다. 밀봉 헤드는 따라서 밀봉 표면 측에서 구형으로 형성된다.

본 발명에 따른 밀봉 요소에 의하면 향상된 자체-윤활 및 자체-냉각이 가능할뿐더러 작동시 밀봉부에서의 탄소의 축적 또는 침착 및 탄소의 집적에 반응한다. 이와 같이, 밀봉 요소는 특히 고속 용도에서 더 긴 사용 수명에 도달할 수 있다.

도면들에 도시된 일 실시예를 기초로 보다 상세하게 본 발명이 설명될 것이다. 도면들에서:
도 1은 이동 축 기계 부품 둘레로 서로에 대해 이동가능한 두 개의 기계 부품, 및 두 기계 부품 중의 하나의 기계 부품의 밀봉 면에 대해 다이내믹 밀봉 방식으로 접촉 지지되는 밀봉 요소를 가지는 밀봉 장치를 도시하고, 이 밀봉 요소는, 단면이 굽은 형상이고(또는 단면이 U-형상)원주 방향으로 다수의 소재 취약부가 구비된 탄성적으로 변형가능한 연결부에 의하여 서로 연결된, 밀봉 헤드와 베이스 섹션을 가지며;
도 2는 다른 단면도로서 도 1의 밀봉 장치를 도시하고, 여기서 밀봉 요소의 연결부는 소재 취약부가 아닌 단면으로 도시되고;
도 3은 밀봉 헤드가 동작할 때 밀봉 헤드의 흐름 부를 향하여 흐름을 생성하는, 홈-형상의 유동 요소를 도시하는 별개의 사시도로서, 도 1의 밀봉 장치의 밀봉 요소를 도시하고;
도 4는 도 3에 따른 밀봉 요소의 세부를 도시하고;
도 5는 밀봉 요소가 두 기계 부품의 이동 축에 관련하여 축방향으로 다이내믹하게 밀봉되도록 설계된 도 1에 따른 밀봉 장치에 유사한 밀봉 장치를 도시하고;
도 6은 유동 요소들이 밀봉 헤드의 리세스된 통로(관통-보어)로서 부분적으로 설계된 밀봉 장치를 도시하며;
도 7은 밀봉 요소의 밀봉 헤드의 밀봉부에는 가동 홈이 구비된 밀봉 장치를 도시하고;
도 8은 워엄 스프링으로 설계된 예비압축 요소들에 의하여 밀봉 헤드가 밀봉 표면에 대해 부분적으로 또는 완전히 예비 압축된 도 1의 밀봉 장치에 유사한 도면을 도시하고;
도 9는 밀봉 요소의 밀봉 헤드가 고압측에서 워엄 스프링으로 설계된 예비압축 요소에 의하여 그리고 저압측에서 지지링에 의하여 유지되는 도 8에 유사한 밀봉 장치를 도시하고;
도 10은 저압측에 배치된 밀봉 요소의 지지링이 밀봉 표면에 원주방향으로 접하는 와이핑 또는 밀봉 립을 추가적으로 포함하는 도 9에 유사한 밀봉 장치를 도시하고;
도 11은 별개의 사시도에서 프로파일 연장부로서 형성되거나 홈-형상의 유동 요소들을 가지는 밀봉 요소의 대체적인 실시예를 도시하고;
도 12는 도 1에 따른 밀봉 요소를 부분 상세도면으로 도시하고;
도 13은 프로파일 신장부들과 유사하게 형성된 유동 요소들이 육면체 형식으로 설계된 도 11 및 12에 유사한 밀봉 요소를 도시하며;
도 14는 부분 상세 도면으로 도 13의 밀봉 요소를 도시하며;
도 15는 역사다리형 유동 요소를 가지는 밀봉 요소의 부분 상세 도면을 도시하고;
도 16은 도 15 도시의 밀봉 요소에 유사한 밀봉 요소를 부분 상세 도면으로 도시하고; 및
도 17은 원통형 제2 유동 요소들을 갖는 밀봉 요소를 부분 상세 도면으로 도시한다.

도 1과 2는 여기서 회전가능한 방식으로, 16으로 표시된 이동축 둘레로 서로에 대해 이동가능한 제1 및 제2 기계 부품을 가지는 밀봉 장치(10)를 도시한다. 두 기계 부품(12, 14)들 사이에 밀봉 갭(18)이 형성된다. 밀봉 갭은 유체, 특히 예컨대 오일과 같은 윤활제가 배치되고 압력(P)에 의하여 작용될 수 있는 밀봉될 고압측(H)을 가진다. 고압-측(H)은 밀봉 갭의 저압측(N)에 대항하여 밀봉 요소(20)에 의하여 밀봉된다. 밀봉 요소(20)는 소위 방사상의 샤프트 링으로 여기서 설계된다.

전체 밀봉 요소(20)는 탄성적으로 변형가능한 소재, 바람직하게 탄성체(elastomer)로 구성될 수 있고, 바람직하게 하나의 부재로 제조된다. 밀봉 요소(20)의 중심축은 22로 표시된다. 밀봉 요소의 중심축은 여기서 두 기계 부품(12, 14)의 이동 축(16)과 일치한다. 밀봉 요소(20)의 베이스부(24)는 제1 기계 부품(12)의 밀봉 유지 구조물, 여기서 유지 홈(26) 위에 유지된다. 홈은 또한 일 단부에서 축방향으로 개방하도록 설계될 수 있다. 베이스부(22)는 정적 밀봉을 생성하기 위하여 반경 방향 및/또는 축방향으로 제1 기계 부품(12) 위에 지지될 수 있다. 베이스부(24)는 이 경우 밀봉 유지 구조에 클램핑 유지된다. 베이스부(24)는 또한 이 기술 분야의 통상의 전문가에게 알려진 다른 방식들로 밀봉 유지 구조를 가지는 기계 부품(12, 14)에 고정, 핀 고정, 접합, 또는 가압될 수 있다.

지지 또는 보강 부(27)는 밀봉 요소(20)의 소재 내에 부분적으로 또는 완전히 매입될 수 있음이 이해될 것이다. 그러한 보강부들에 의하여, 밀봉 요소(20)는 예컨대, 압입 고정되어 축방향으로 단일 횡방향의 개방 유지홈(26)으로서 형성된 밀봉 유지 구조 내에 유지될 수 있다. 도 2 도시와 같은 지지 부재는 또한 유지 홈(26) 없이 제1 기계 부품(12)의 밀봉 유지 구조에 밀봉 요소(20)를 고정하도록 L-형상으로 구성될 수 있다. 이 지지 부재는 바람직하게 저압측에서 밀봉 요소(20)에 대한 정지부로서 작용할 수 있다.

밀봉 요소(20)는 또한 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(32) 위에 원주방향으로 다이내믹 밀봉 방식으로 밀봉부(30)에 접촉하는 밀봉 헤드(28)를 가진다.

도 1에 따른 반경 방향 샤프트 밀봉로서 형성된 밀봉 요소(20)는 내측 또는 외측을 밀봉하는 디자인을 가질 수 있는 것이 이해되어야 한다. 밀봉 헤드는 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(32) 위에 위치되어 이동 축에 반경 방향으로 밀봉한다. 물론, 이하 도 5와 관련해서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 두 기계 부품(12, 14)의 이동 축(16)에 대해 축방향으로 밀봉하도록 밀봉 요소(20)는 또한 형성될 수 있다. 예로서, 밀봉 헤드(28)와 베이스부(24)는 고무-탄성적으로 변형가능한 연결부(34)에 의하여 여기서 서로 연결된다. 연결부(34)는 굴곡되거나 또는 굽은-형상이며 이로써 일부 부분들에서 U-형상의 단면 형상을 가진다. 연결부의 제1 및 제2 다리부(36, 38)들은 각각 밀봉 표면(32)에 평행으로 연장하거나 실질적으로 평행이며 연결부(34)의 후방 부분(40)에 의하여 서로 연결된다. 두 개의 다리부(36, 38)들은 각각 이동 축에 반경 방향, 즉, 밀봉 표면(32)에 수직인 방향으로 연장하고, 그리고 밀봉 헤드(28) 또는 베이스부(24)에 형성되는 각진 단부 부재(42)를 가진다. 후방 부분(40)은 저압측을 향하는 볼록 외측면(44)을 가질 수 있다.

여기 도시된 반경 방향으로 밀봉하는 밀봉 요소(20)의 경우, 이와 같이 연결부(34)는 이동 축(16)에 반경방향인 방향으로 비직선 단면 프로파일을 가진다. 축방향으로 밀봉하는 밀봉 요소의 경우, 따라서 연결부는 축방향으로 비직선 단면 프로파일을 가진다. 연결부(34)는 여기서와 같이 적어도 부분적으로 또는 전적으로 밀봉 표면(32)과 밀봉 헤드(28)의 사전 압축된 밀봉 접촉을 생성할 수 있다. 이와 같이 밀봉 헤드(28)는 밀봉 표면(32)에 대해 내측의 탄성체로 이루어진 연결부(34)의 소재에 의하여 전적으로 예시된 실시예에서 사전-압축된다. 멤브레인-형상의 연결부(34)에 의하여, 이동 축에 대해 부유하는 반경 방향으로 밀봉 헤드(28)는 장착된다. 따라서, 밀봉 요소(20)는 밀봉 부분(30)에 대해 국부적인 과잉 압축을 생성함이 없이 제2 기계 부품(14)의 편심을 보충할 수 있다.

연결부(34)의 다리부들 사이의 굽은-형상 또는 사형-형상의 연결부에 기인하여 환형 공간(46)이 형성되는 것이 유의되어야 한다. 공간은 밀봉 장치의 어떤 부품도 배치되지 않은 공간 용적을 의미하는 것으로 이해된다. 이 공간은 밀봉 헤드를 원주방향으로 둘러싼다. 공간(46)은 연결부(34)의 두 다리부(36, 38)들에 의하여 전적으로 밀봉 표면(32)에 직각인 방향으로 물리적으로 경계가 정해지고 밀봉 장치(10)의 고압측(H)에 유체 연결된다.

고압측(H) 그리고 따라서 공간(46)에 압력(P)이 적용되면, 이어서 밀봉 헤드는 고압측(H)에 가해지는 압력(P)에 대해 압력-비례 방식으로 밀봉 표면(32)에 대해 가압될 수 있다. 이와 같이 밀봉 요소(20)는 완전히 압력으로 작동가능하다.

연결부(34)는 밀봉 요소(20)의 원주 방향으로 서로로부터 바람직하게 규칙적으로 떨어진 복수의 소재-취약 영역(48)을 가진다.

도 1에서, 밀봉 요소(20)의 단면은 소재적으로 취약한 영역(48) 레벨에 도시된다. 도 2는 연결부(34)의 소재적으로 취약한 영역(48)이 교차되는 또 다른 단면으로 밀봉 요소(20)를 도시한다.

도 1에 따르면, 밀봉 표면(32)이나 밀봉 유지 구조에 대해 경사되거나 후방 부분(40)(여기서 반경 방향으로)의 높이로 배치될 수 있다. 소재적으로 취약한 영역에서, 연결부(34)는 비취약 영역의 연결부(34)의 최대 두께(dmax)의 90%보다 작은, 바람직하게 50%보다 작은 두께(d)를 지속적으로 가진다.

연결부(34)는 리세스된 통로(관통 보어) 등이 없는 것을 유의하여야 한다. 그러므로 연결부(34)는 일반적으로 유체가 침투할 수 없다.

도 1과 2에 따르면, 연결부(34)는 밀봉 헤드(28)의 중심에 장착된다. 그러므로, 밀봉 헤드(28)는 고압측에 헤드의 일측면(28a)이 배치되고 저압측에 헤드의 다른 측면(28b)이 배치된다. 밀봉 헤드(28)는 또한 연결부(34)의 양측면, 즉, 저압측과 고압측에 베이스 부(24)를 향하는 그의 후방측에 유지 구조를 가진다. 유지 구조는 이하 보다 상세하게 설명될 다른 가능한 부착물을 수용하도록 작용하는 원주방향 환형 홈(52)으로 형성될 수 있다.

밀봉 헤드(28)는 여기서는 돌출되어 형성된 단면(54)을 가진 전체적으로 구형 단면 형상을 가진다. 밀봉부(30)은 여기서 환형 트레드(56)를 포함한다. 트레드(56)는 밀봉 헤드(28)의 단부면(54)으로부터 밀봉 표면(32)의 방향으로 멀리 연장한다. 트레드는 도 1과 2 도시와 같이 두 개의 밀봉 에지(58)를 가진 직사각형 단면을 가질 수 있다. 트레드는 밀봉 표면에 대항하여 접하는 연속적인 환형 주행면(60)을 가지는 것을 유의하여야 한다. 밀봉 표면(60)은 바람직하게 육안으로 보면 비조직적인 방식으로 형성된다.

밀봉 장치(10)의 밀봉 구간(62)의 능동적인 냉각, 윤활, 및 플러싱(flushing)을 위하여, 밀봉 요소의 단부면(54)에는 고압측에 프로파일 시스템(64)이 구비된다. 프로파일 시스템은 여기서 복수의 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들을 포함한다. 이들 제1 및 제2 유동 요소(64, 66)들은 이동 축(16) 둘레로의 두 기계 부품의 상대적인 운동 동안 밀봉 갭(18)의 고압측(H)에 유체 운동을 생성하고, 이로써 유체가 밀봉 구간(62)의 영역에서 고압측의 밀봉 헤드(28) 위로 흐를 수 있다.

도 3은 노출 도면에서 도 1과 2에 따른 밀봉 장치의 밀봉 요소를 도시한다. 도 4는 밀봉 요소(20)의 세부를 도시한다. 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들은 각각 여기서 예컨대 밀봉 헤드(28)의 트레드 홈 또는 홈으로서 형성된다. 제1 유동 요소(66)들은 예컨대 밀봉 요소(20)의 원주 방향으로 밀봉 헤드(28) 위에 서로로부터 이격되어 연속적으로 배치된다. 제1 유동 요소(66)들은 각각의 제1 유동 요소의 (국부적인) 반경 방향(R)에 대해 경사되게 제1 측면을 향하여 각각 배치된다. 제1 유동 요소는 여기서 각각 대략 20도의 각도(α)를 가지는 (국부적인) 반경 방향을 포함한다. 제2 유동 요소(68)들은 또한 밀봉 헤드(28)의 밀봉 요소(20)의 원주 방향으로 서로로부터 떨어지게 연속적으로 배치된다. 제2 유동 요소(68)들은 여기서 이 경우 각각의 제2 유동 요소(68)의 (국부적인) 반경 방향(R)에 대해 경사된 방식으로 제2 측면을 향하여 연장한다. 제2 유동 요소(68)는 각각 (국부적으로) 반경 방향에 대해 이 경우 대략 20도인 각도(β)를 형성한다. 상기 설명된 각도(α와 β)들은 15도와 45도, 특히 20도와 40도 사이일 수 있다. 제1 유동 요소(66)는 국부적인 반경 방향(R)에 대해 경사되게 다른 각도(α)들로 적어도 부분적으로 배치될 수 있는 것으로 이해된다.

제1 및 제2의 홈-형상의 유동 요소(66, 68)들은 각각 고압측의 제1 구멍(70)과 저압측을 향하는 제2 구멍(72)을 각각 가진다.

홈-형상의 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들은 저압측(N) 방향으로 또는 밀봉 요소(20)의 밀봉 구간(30) 방향으로, 따라서 밀봉 구간(62) 방향으로 이동 축(16)(도 1과 2)에 평행인 방향으로 각각 연장한다. 홈들은 밀봉 헤드(28)의 전방 원주 홈(74)의 형태인 환형 흐름 채널 내로 개방될 수 있다. 전방 원주 홈(77)은 트레드(56)에 의하여 저압측(N)을 향하여 물리적으로 경계가 정해진다. 밀봉 헤드의 단부면(54)은 제1 및 제2 유동 요소(64, 66)들을 가지는 영역에서 밀봉 표면(32)으로부터 떨어져 배치되는 것에 유의하여야 한다.

홈-형상의 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들은 유체가 밀봉 헤드(28)의 밀봉부(30) 방향으로 관통하여 흐를 수 있는 단면으로 테이퍼되게 형성될 수 있다. 이러한 단면에서의 테이퍼링은 밀봉 헤드(28)의 밀봉부(30) 방향으로 진행 방향을 따라 홈들의 각각의 폭 및/또는 각각의 깊이를 감소시킴으로써 달성될 수 있다.

밀봉 장치(10)의 작동에서, 밀봉 요소(20)는 밀봉 표면(32)에 대해 기계 부품(12, 14)을 가지는 밀봉 유지 구조와 같이 회전하거나, 또는 밀봉 표면(32)을 가지는 기계 부품(12, 14)은 밀봉 요소(20)에 대해 회전한다. 제1의 경우, 유체는 밀봉 구간(62)으로 이송되고 따라서 회전 방향에 따라, 제1 또는 제2 홈-형상의 유동 요소(66, 68)를 거쳐 축방향으로 이송된다. 제2의 경우, 유체는 밀봉 표면(32) 위의 마찰과 이동 축(16) 둘레로 흐름 방향으로의 고유 점성에 의하여 밀봉 표면(32)에 편향된다(테일러-쿠엣 흐름).

따라서 유체는 이동 축(16) 둘레로의 두 기계 부품(12, 14)의 상대 운동 동안 제1 및/또는 제2 유동 요소(66, 68)들 위로 흐르고, 예시된 반경방향으로 밀봉하는 밀봉 요소가 밀봉 헤드(28)의 밀봉 구간(30)을 향하여 축방향으로 - 이동 축에 관련해서- 운동하는 유체 흐름을 유동 요소들은 생성한다. 밀봉 구간(30) 위로 흐르는 유체 또는 밀봉 구간(30)의 플러싱이 밀봉 구간(62)의 향상된 윤활, 냉각, 및 세척을 제공한다. 따라서, 밀봉 요소(20)의 밀봉 구간(30)에서의 탄소의 형성 또는 집적 또는 탄소의 침착은 방지될 수 있다. 이미 형성되고 밀봉 요소의 밀봉 구간에 침착되는 탄소는 유체에 의하여 세척 제거될 수 있다.

저압측(N)에서, 밀봉 헤드는 복원 이송 프로파일(76)을 가질 수 있고, 이를 통해 밀봉 장치(10)의 드래그-백 성능이 달성될 수 있고, 그리고 이를 통해 밀봉 표면에 도포된 밀봉 헤드(28)의 밀봉부(30)의 추가적인 윤활이 저압측(N)으로부터 또한 달성될 수 있다. 복원 이송 프로파일(76)은 여기서 밀봉 요소(20)의 고압측 (H)에 배치된 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들에 대응하는 방식으로 형성될 수 있다.

밀봉 장치(10)의 대체적인 실시예에서, 상기 장치에는 축방향 밀봉 요소(20), 즉, 축방향 샤프트 밀봉이 구비된다. 이 경우, 도 5 도시의 밀봉 표면(32)은 환형 디스크 형상을 가지며 예컨대 제2 기계 부품(14)의 환형 칼라(78)에 의하여 형성될 수 있다. 환형 칼라(78)는 제2 기계 부품(14)에 일체로 형성되고, 용접되거나, 또는 접합될 수 있다. 밀봉 장치(10)가 이러한 방식으로 설계될 때, 밀봉 헤드(28)의 밀봉부(30)은 이동 축(16)에 축방향으로 밀봉 표면(32)에 예비 압축되어 밀봉 접촉하게 된다.

따라서 연결부는 밀봉 헤드(28)로부터 밀봉 요소(20)의 베이스부(24)로 축방향으로 연장하고 축방향으로 비직선 단면 프로파일을 가진다. 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들은 밀봉 헤드(28)의 고압측에 배치된다.

위에 설명된 밀봉 장치(10)의 제1 및/또는 제2 유동 요소(66, 68)들은 또한 적어도 부분적으로 점선으로 도 6에 도시된 실시예에 도시된 바와 같이 밀봉 헤드(28)의 리세스된 통로(관통 보어)(79)로서 형성될 수 있다.

대체적인 실시예에 따르면, 밀봉 장치(10)는, 밀봉부(30) 영역에서, 도 7 도시의 트레드 대신, 적어도 하나의 환형 홈 또는 프로파일 홈(80) 또는 복수의 평행 환형 프로파일 홈(80)을 포함할 수 있다. 따라서, 필요하면, 예리한 에지, 또는 둥근 밀봉 에지가 프로파일 홈(80)의 양 측 위에서 밀봉 헤드에 형성될 수 있다. 홈 또는 프로파일 홈(80)은 밀봉 헤드(28)의 단부면(54)의 오목부를 나타낸다. 도 7에 더욱 상세하게는 도시되지 않은, 프로파일 홈(80)의 홈 본체는 밀봉 에지(58)에 의하여 단부면(또는 그 표면)에 연결된다.

도 8은 두 개의 탄성적으로 변형가능한 예비압축 요소(82)에 의하여 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(32)에 대해 가압되는 밀봉 장치(10)를 도시한다. 이러한 초기 부하는 위에 설명된 바와 같은 연결부(34)의 예비압축 기능에 중첩될 수 있거나, 또는 연결부(34)의 그러한 예비-압축 기능을 완전히 대체할 수 있다. 두 개의 예비압축 요소(82)들은 각각 밀봉 요소(20)로부터 분리된 부품으로서 형성되고 연결부(34)의 양 측, 즉, 저압측과 고압측에 배치되며, 여기서 요소들은 밀봉 헤드(28)의 후방 환형홈(52)의 하나에 유지된다.

이러한 목적으로서, 환형 홈(52)은 각각 각각의 환형 홈(52)의 내경(86)보다 더 작은 구멍 폭(88)을 가지는 구멍(84)을 가진다. 예비압축 요소(82)는 이와 같이 밀봉 장치(10)의 작동 동안 밀봉 요소(20)에 대해 압축된다. 예비압축 요소(82)는 특히 워엄 스프링의 형태로 도 8에 따라 형성될 수 있다. 소재가 취약한 영역(48) 및 그의 비-소재 취약 영역에서 밀봉 요소의 원주 방향으로 연결부(34)의 다른 트크 성능에 기인하여, 밀봉부(30)의 접촉압력 곡선은 밀봉 장치(10)의 작동 동안 밀봉 요소(20)의 원주 방향으로 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(32)에서 달성된다. 이와 같이, 밀봉 요소(20)의 윤활 및 따라서 사용 수명은 향상될 수 있다.

도 9는 지지링(90)이 저압측에서 밀봉 헤드(28)의 환형홈(52)에 배치되는 점에서 기본적으로 도 8 도시의 예시적인 실시예와 다른 밀봉 장치(10)를 도시한다. 여기서 워엄 스프링 형태인, 환형의, 탄성적으로 변형가능한 요소(82)가 고압측에 배치된 밀봉 헤드(28)의 홈(52)에 배치된다. 지지링(90)은 밀봉 요소(20)의 탄성 소재보다 더 큰 탄성 영률을 가진 소재로 제조된다. 지지링(90)은 치수상으로 안정되고 밀봉 장치(10)의 동작 동안 생성되는 힘에 의하여 변형가능하지 않고, 또는 단지 약간 변형가능하다. 지지링(90)에 의하여, 밀봉 요소(20)의 밀봉 헤드(28)는 변경 거리에 따르거나 전체적으로 고압측(H)의 가압하에도 저압측에서 일정하거나 실질적으로 일정한 접촉 압력에 의하여 밀봉 표면(32)에 대해 가압될 수 있다.

달리 말하면, 지지링(90)은 밀봉 요소(20)의 탄성 변형성에 기인하여 예비압축 요소로서 간접적으로 작용할 수 있다. 고압측(H)이 가압되면, 밀봉 헤드(28)와 연결부(34)는 이동 축(16)에 대해 축방향으로 지지링에 의하여 지지될 수 있다. 더욱이, 연결부(34)는 밀봉 표면 방향으로, 즉, 여기서 이동 축으로 반경 방향으로 그의 제1 다리부(36) 또는 그의 후방부(40)에 의하여 지지링(90) 위에 지지될 수 있다. 이와 같이, 밀봉 헤드 위의 연결부에 작용하는 경사 토크는, 그리고 따라서 이동 축(16)에 대한 밀봉 헤드(28)의 바람직하지 않은 기울어짐은 보충될 수 있다. 이와 같이, 고압측(H)으로부터 저압측(N)으로의 유체의 바람직하지 않은 누출, 즉, 바람직하지 않은 흡기는, 고압측(H)이 가압되면 피해질 수 있다.

에 설명된 밀봉 장치의 밀봉 요소(20)의 프로파일 시스템(64)은 또한 고압측에 하나 이상의 유동 요소들을 가질 수 있고, 이들은 각각 프로파일 돌기의 형태로 밀봉 헤드(28)로부터 각각 멀리 연장한다. 그러한 유동 요소들은 밀봉 헤드(28) 위에 대체적으로 또는 부가적으로 배치될 수 있다. 이들 유동 요소들은 바람직하게 도 11 내지 14에 연관해서 이하 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 밀봉 헤드의 측면 에지 및/또는 밀봉 표면(32)을 향하는 밀봉 헤드(28)의 단부면(54)에 배치된다.

도 10 도시의 밀봉 장치(10)에 따르면, 제2 기계 부품의 밀봉 표면(32)에 원주방향으로 접촉 지지되는 (환형의) 밀봉 또는 와이핑 립(91)이 지지링(90)에는 구비될 수 있다.

도 11 및 12 도시의 밀봉 요소(20)는 위에 설명된 바와 같은 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들에 부가해서 제3 및 제4 유동 요소(92, 94)들을 가진다. 이들 유동 요소(92, 94)들은 각각 삼각형 기본 또는 단면 형상을 가진다. 밀봉 요소(20)의 중심축(22) 방향으로 제3 유동 요소의 단부(96)가 향한다.

제3 및 제4 유동 요소(92, 94)들은 밀봉 요소(20)의 원주 방향으로 서로 이어서 지속적으로 그리고 교대적으로 배치된다. 유동 요소(92, 94)들이 또한 일열로 또는 여러 열로 그룹을 지어 밀봉 헤드에 배치될 수 있음은 물론이다.

홈-형상의 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들의 측면 본체에 유사한 프로파일 돌기 형태로 형성된 제3 및 제4 유동 요소(92, 94)들의 흐름면(96)들이 회전 방향에 따라 밀봉 장치(10)의 밀봉 구간(62)(도 1)을 향하거나 및/또는 밀봉 구간(62)으로부터 멀어지게 밀봉 갭(18)을 따라 이동될 수 있다. 밀봉 요소(20)의 형상, 크기, 및 공간상의 분포 패턴에 비추어, 프로파일 돌기들은 밀봉 장치(10)가 동작 중일 때, 밀봉부 또는 밀봉 구간(62)으로의 시간당 충분히 큰 유체 용적 흐름을 생성하기 위하여 밀봉 헤드(28)의 홈-형상의 제1 및 제2 유동 요소(66, 68)들의 고압측 구멍들의 위치 및 공간 상의 분포 패턴에 일치될 수 있다.

도 13과 14 도시의 예시적인 실시예에 따라, 프로파일 돌기로서 형성된 유동 요소(92, 94)들은 또한 장사방형(rhomboid) 형상을 가질 수 있고, 도 15 및 16 도시의 예시적인 실시예들은 역사다리형 또는 대략 역사다리형 형상을 가질 수 있다.

도 17 도시의 실시예에서, 프로파일 돌기들로서 형성된 유동 요소(92, 94)들은 원형 원통형 기본 형상 그리고 따라서 원형 단면 형상을 가진다. 이들 제3 유동 요소(92)는 두 열로 그리고 밀봉 요소(20)의 원주 방향으로 갭들에 서로에 대해 배치되므로, 유동 요소(92, 94)들의 원형 단면 형상에 상관 없이, 밀봉 갭(18)(도 1)을 따른 지향된 유체 흐름이 생성될 수 있다.

작동에서, 고압측(H)에 배치된 유체는 프로파일 돌기들로 형성된 유동 요소 (92, 94) 들에 의하여 효과적으로 혼합될 수 있고, 통과하는 중에 유체에 포함된 미입자 불순물이 더욱 분쇄되고 슬러리화되는 난류가 유체중에서 생성될 수 있다. 이와 같이, 밀봉 표면이나 밀봉 요소(20)에 대한 입자들의 손상 효과는 크게 감소될 수 있다.

Claims (17)

1. - 밀봉 갭(18)을 형성하여 서로 이격되어 배치되고 이동 축(16) 주위로 서로에 대해 이동될 수 있는 제 1 및 제 2 기계 부품(12, 14);
   - 밀봉 유지 구조의 위에서 또는 안에서 두 기계 부품(12, 14) 중 하나의 유지 홈(26) 내부에 배치되는 베이스부(24), 및 단면에 오목하게 형성된 단부면(54)을 갖고 저압측 N에 대하여 밀봉 갭(18)의 고압측 H를 밀봉하기 위해 각각 다른 기계 부품(12, 14)의 밀봉 표면(32)에 대항하여 밀봉부(30)를 통해 다이내믹한 밀봉 방식으로 접하는 밀봉 헤드(28)를 갖는 밀봉 요소(20);로 구성되고,
   밀봉부(30)는 전면에 밀봉 헤드(28)로부터 떨어져서 연장되는 트레드(56)를 갖고, 트레드(56)에는 연속적인 주행면(60)이 제공되며,
   밀봉 요소(20)는
   - 밀봉 표면(32)을 향해 개구되고, 밀봉부 측에서, 밀봉 헤드의 원주 홈(74)과 유체적으로 연결되는 단부면(54)에 배치되는 홈;
   - 양 단부에서 개구되고, 밀봉부 측에서, 밀봉 헤드(28)의 원주 홈(74)과 유체적으로 연결되는 리세스된 통로(관통 보어); 또는
   - 밀봉 헤드(28)로부터 떨어져서 연장되는 프로파일 확장;의 형태로 하나 이상의 유동 요소(66, 68, 92, 94)와 함께 고압측에 제공되고,
   이에 의해 유체가 고압측의 그의 밀봉부(30)의 영역에서 밀봉 헤드(28)를 향해 흐르는 방식으로, 두 기계 부품(12, 14)의 상대적인 이동의 경우 유체 흐름이 유발되는 밀봉 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 홈은 양 단부에서 개구되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 홈 또는 리세스된 통로(관통 보어)는 적어도 부분적으로 그의 단면에 있어서 테이퍼되고 그를 통해 유체는 밀봉 헤드(28)의 밀봉부(30)의 방향으로 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 원주 홈(74)은 밀봉 표면(32)에 대항하여 접하는 밀봉 헤드(28)의 밀봉부(30)에 의해 직접적으로 측면으로 경계가 정해지는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
5. 청구항 1에 있어서, 밀봉 헤드(28)의 밀봉부(30)는 하나 이상의 환형 프로파일 홈(80)을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
6. 청구항 1에 있어서, 유동 요소(66, 68, 92, 94)는 밀봉 헤드(28) 상에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
7. 청구항 1에 있어서, 유동 요소(66, 68, 92, 94)는 오발형, 타원형, 원형, 삼각형 또는 다각형의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
8. 청구항 1에 있어서, 밀봉 요소(20)는 다수의 유동 요소(66, 68, 92, 94)가 제공되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 밀봉 요소의 원주 방향으로 유동 요소(66, 68, 92, 94)는 하나 이상의 열로 밀봉 헤드(28) 상에 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
10. 청구항 1에 있어서, 밀봉 헤드(28) 및 베이스부(24)는 밀봉 요소(20)의 탄성적으로 변형 가능한 연결부(34)에 의하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
11. 청구항 10에 있어서, 연결부(34)는 적어도 부분적으로 비선형의 단면 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
12. 청구항 10에 있어서, 연결부(34)는 밀봉 요소(20)의 원주 방향으로 서로 균일하게 이격되는 다수의 재료-약화(48) 영역을 갖는 밀봉 장치.
13. 청구항 10에 있어서, 연결부(34)는 밀봉 표면(32) 상에서 밀봉 헤드(28)의 프리-스트레스된 밀봉 접촉을 야기하는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
14. 청구항 1에 있어서, 밀봉 헤드(28)는 베이스부(24)에 마주하는 그의 배면(50)에 하나 이상의 유지 구조로서 환형 홈(52)을 갖고, 그 안에 또는 위에 탄성적으로 변형 가능한 프리로딩 요소(82)로서 웜 스프링이 밀봉 표면(32)에 대항하여 밀봉 헤드(28)를 가압하고 유지하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
15. 청구항 1에 있어서, 연결부(34)의 양 측, 즉 저압측 및 고압측에서 밀봉 헤드(28)는 베이스부(24)에 마주하는 그의 배면(50)에 유지 구조로서 환형 홈(52)을 갖는데, 여기에서
    두 유지 구조 안에 또는 위에 탄성적으로 변형 가능한 프리로딩 요소(82)로서 웜 스프링이 배치되거나, 또는
    저압측 안에 또는 위에 배치된 유지 구조의 안에 또는 위에는 지지링(90)이 배치되고, 고압측 안에 또는 위에 배치된 유지 구조의 안에 또는 위에는 탄성적으로 변형 가능한 프리로딩 요소(82)로서 웜 스프링이 배치되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
16. 청구항 1에 있어서, 밀봉 요소(20)는, 적어도 부분적으로 또는 완전히 고무-탄성적으로 변형 가능한 탄성중합체 재료를 연결하는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 밀봉 장치(10)용 밀봉 요소(20).

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