KR102664812B1 - 시일 장치 - Google Patents

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KR102664812B1
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이와오 마츠오카
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

피밀봉 유체의 기외로의 누출을 확실하게 방지할 수 있는 시일 장치를 제공한다. 제1 부재(10)와 제1 부재(10)에 대하여 회전하는 제2 부재(2)의 상대 회전 개소에 마련되고, 외부 유체(W)에 면하는 제1 시일 수단(21)과, 제1 시일 수단(21)에 병설되고, 기내의 피밀봉 유체에 면하는 제2 시일 수단(23)을 구비하고, 외부 유체(W)의 침입 및 피밀봉 유체의 누출을 방지하는 시일 장치(1)로서, 제1 시일 수단(21)과 제2 시일 수단(23) 사이에는, 이들 제1 시일 수단(21) 및 제2 시일 수단(23)에 중간 시일 수단(22)이 병설되고, 제1 시일 수단(21)과 중간 시일 수단(22) 사이에는, 외부 유체(W)보다도 고압의 기체가 공급되는 기체실(31)이 형성되고, 중간 시일 수단(22)과 제2 시일 수단(23)의 사이에는, 기체실(31)로 공급되는 기체보다도 저압 또한 피밀봉 유체보다도 저압의 기체가 공급되는 중간실(32)이 형성되어 있다.

Description

시일 장치
본 발명은, 선박의 추진기나 조류 발전기 등에 적용되는 회전 기계의 상대 회전 개소를 시일하는 시일 장치에 관한 것이다.
종래, 선박의 추진기나 조류 발전기 등이 구비하는 회전 기계에 마련되는 시일 장치에는, 상대 회전 개소에 형성되는 환상(環狀) 극간을 시일함으로써, 예를 들면 윤활유 등의 기내의 피밀봉 유체가 기외로 누출되는 것을 방지함과 동시에, 해수 등의 외부 유체가 기내로 침입하는 것을 방지하는 것이 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 개시되어 있는 선박의 추진기에 적용되는 시일 장치는, 추진용의 회전축이 삽입 통과되는 축공을 구비한 하우징에 보지(保持)되고, 회전축에 외감(外嵌)되는 라이너의 외주면에 슬라이딩 접촉하는 시일링을 축방향으로 병설하여 3개 구비하고 있고, 이들 시일링 중, 선외측에 마련되는 한 쌍의 시일링 사이에 형성되는 1차 환상실에 대하여 공기가 공급됨과 동시에, 선내측에 마련되는 한 쌍의 시일링 사이에 형성되는 2차 환상실에 대하여 윤활유가 공급되어 있다. 상세하게는, 1차 환상실은, 해수압에 시일링의 조임 압력을 더한 내압으로 보지되도록 공기의 공급량이 조정되어 있고, 또한 2차 환상실은, 시일링을 통하여 1차 환상실에 공급된 공기를 선외측으로 취출시키기 위해 필요한 내압이 되도록 윤활유의 공급량이 조정됨으로써, 1차 환상실 및 2차 환상실의 내압이 항상 해수압의 변동분에 따라 조정되기 때문에, 해수압의 변동에 대한 응답성이 높아, 선내로의 해수의 침입을 방지할 수 있도록 되어 있다.
일본공개특허공보 평11-304005호(4페이지, 도 2)
그러나, 특허문헌 1의 시일 장치는, 윤활유가 공급되는 2차 환상실의 내압을 이용하여 1차 환상실로부터 공기를 선외측으로 취출시킴으로써, 선내로의 해수의 침입을 방지하고 있지만, 2차 환상실의 내압이 1차 환상실의 내압보다도 항상 높은 상태로 조정되기 때문에, 이들의 시일링에 문제가 발생했을 경우, 2차 환상실 내의 고압의 윤활유가 시일링을 통하여 1차 환상실에 침입하고, 당해 윤활유가 공기와 함께 1차 환상실로부터 저압의 선외측으로 취출됨으로써, 윤활유의 선외로의 누출이 발생해 버릴 우려가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제점에 착목하여 이루어진 것으로, 피밀봉 유체의 기외로의 누출을 확실하게 방지할 수 있는 시일 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 시일 장치는,
제1 부재와 당해 제1 부재에 대하여 회전하는 제2 부재의 상대 회전 개소에 마련되고,
외부 유체에 면하는 제1 시일 수단과, 당해 제1 시일 수단에 병설되고, 기내의 피밀봉 유체에 면하는 제2 시일 수단을 구비하고,
외부 유체의 침입 및 피밀봉 유체의 누출을 방지하는 시일 장치로서,
상기 제1 시일 수단과 상기 제2 시일 수단의 사이에는, 이들 상기 제1 시일 수단 및 상기 제2 시일 수단에 중간 시일 수단이 병설되고,
상기 제1 시일 수단과 상기 중간 시일 수단의 사이에는, 외부 유체보다도 고압의 기체가 공급되는 기체실이 형성되고,
상기 중간 시일 수단과 상기 제2 시일 수단의 사이에는, 상기 기체실에 공급되는 기체보다도 저압 또한 피밀봉 유체보다도 저압의 기체가 공급되는 중간실이 형성되어 있다.
이에 의하면, 제2 시일 수단에 면한 피밀봉 유체가, 이 제2 시일 수단을 통하여 중간실로 침입하는 문제가 발생해도, 기외측에 인접하는 기체실보다도 압력이 낮은 중간실에 이 피밀봉 유체를 체류시킬 수 있기 때문에, 피밀봉 유체의 기외로의 누출을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 제2 시일 수단은, 립 시일이며, 그 립부가 피밀봉 유체에 의해 상기 제2 부재에 밀어붙여지도록 배치되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 중간실의 기체보다도 고압의 피밀봉 유체의 압력을, 립 시일의 조임 압력으로서 작용시킬 수 있기 때문에, 피밀봉 유체가 중간실에 침입하기 어렵다.
상기 중간실은, 연통로를 통하여 회수실에 연통되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 중간실에 침입한 피밀봉 유체가 연통로를 통하여 회수 실로 회수됨으로써, 중간실 내의 피밀봉 유체를 별실인 회수실에 배출하기 쉬워지기 때문에, 피밀봉 유체의 기외로의 누출을 보다 방지할 수 있다.
상기 연통로에는, 상기 중간실측으로의 역류를 방지하는 역지 밸브가 마련되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 회수실에 회수된 피밀봉 유체가 연통로를 통하여 중간실로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
상기 중간실에는, 압력 제어된 압축 기체가 공급되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 기체실에 공급되는 기체나 피밀봉 유체와의 차압을 적정하게 유지할 수 있다.
상기 압축 기체는, 압축 공기라도 좋다.
이에 의하면, 취급이 용이하고 또한 안전성을 확보할 수 있다.
피밀봉 유체는, 외부 유체보다도 저압으로 제어되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 중간실에 침입한 피밀봉 유체가 기외로 누출되기 어렵다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 시일 장치를 사용한 선미관 시일 시스템을 설명하는 개략도이다.
도 2는, 실시예 1에 있어서의 시일 장치를 나타내는 확대 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 2에 있어서의 시일 장치를 사용한 선미관 시일 시스템을 설명하는 개략도이다.
도 4는, 실시예 2에 있어서의 시일 장치를 나타내는 확대 모식도이다.
도 5는, 실시예 2에 있어서의 시일 장치를 사용한 선미관 시일 시스템의 변형예를 설명하는 개략도이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 3에 있어서의 시일 장치를 나타내는 확대 모식도이다.
본 발명에 따른 시일 장치를 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.
실시예 1
실시예 1에 따른 시일 장치에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 선박의 추진기용의 시일 장치를 예로 들어 설명한다. 또한, 도 1 및 도 2의 지면(紙面) 좌측을 시일 장치의 선미측(선외측)으로 하고, 도 1 및 도 2의 지면 우측을 시일 장치의 선수측(선내측)으로 하여 설명한다. 또한, 도 2, 4에 있어서는, 하우징 등의 해칭을 생략하고, 각 실에 공급·저류되는 압축 공기 및 윤활유를 해칭에 의해 모식적으로 나타내고 있다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 시일 장치(1)는, 선박의 추진기용의 축봉 장치로서, 추진용의 프로펠러(3)를 갖는 프로펠러축(2)이 삽입 통과되는 선미관(100)에 대하여 선미측으로부터 장착되고, 프로펠러축(2)과 도시하지 않는 베어링의 윤활을 위해 선체를 구성하는 선미관(100) 내에 공급되는 피밀봉 유체로서의 윤활유의 선외로의 누출을 방지함과 동시에, 외부 유체로서의 해수(W)의 선내로의 침입을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 시일 장치(1)는, 선내에 마련되는 공기 제어 유닛(120), 윤활유 순환 유닛(130) 및 회수 유닛(140)과 각각 관로로 접속됨으로써 선미관 시일 시스템을 구성하고 있다. 또한, 선내에 마련되는 시일 장치(40)는, 선미관(100)에 대하여 선수측으로부터 장착되고, 선미관(100) 내에 공급되는 윤활유의 기계실로의 침입을 방지하기 위한 축봉 장치이다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 선미측의 시일 장치(1)에 대해서 설명하고, 선수측의 시일 장치(40)에 대한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2에 나타나는 바와 같이, 시일 장치(1)는, 제1 부재로서의 하우징(10)과, 하우징(10)에 대하여 회전하는 제2 부재로서의 프로펠러축(2)을 구성하는 라이너(4)의 상대 회전 개소에 마련되고, 선외의 해수(W)에 면하는 제1 시일 수단으로서의 제1 립 시일(21)과, 제1 립 시일(21)보다도 선내측에 병설되고, 선미관(100) 내의 유실(油室; 33)을 채우는 윤활유에 면하는 제2 시일 수단으로서의 제2 립 시일(23)과, 제1 립 시일(21)과 제2 립 시일(23) 사이에 병설되는 중간 시일 수단으로서의 중간 립 시일(22)로 주로 구성되어 있다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 하우징(10)은, 선미측으로부터 차례로, 제1 분할 하우징(10a), 제2 분할 하우징(10b), 제3 분할 하우징(10c) 및 제4 분할 하우징(10d)을 축방향으로 서로 감합시킨 상태에서 도시하지 않는 볼트 등에 의해 일체로 연결함으로써 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 또한, 하우징(10)은, 선수측의 제4 분할 하우징(10d)에 형성되는 플랜지부를 선미관(100)에 대하여 선미측으로부터 맞닿게 한 상태에서 도시하지 않는 볼트 등에 의해 고정되어 있다.
또한, 하우징(10)에 있어서, 제1 분할 하우징(10a)과 제2 분할 하우징(10b) 사이에는, 제1 립 시일(21)의 외경부가 대략 밀봉 형상으로 보지되고, 제2 분할 하우징(10b)과 제3 분할 하우징(10c) 사이에는, 중간 립 시일(22)의 외경부가 대략 밀봉 형상으로 보지되고, 제3 분할 하우징(10c)과 제4 분할 하우징(10d) 사이에는, 제2 립 시일(23)의 외경부가 대략 밀봉 형상으로 보지되어 있다.
또한, 제2 분할 하우징(10b), 제3 분할 하우징(10c) 및 제4 분할 하우징(10d)에는, 공기 제어 유닛(120)과 기체실로서의 제1 환상실(31) 사이를 연통하는 제1 공기 공급로(11)의 일부를 이루는 관통공이 형성되어 있고, 제2 분할 하우징(10b)에는, 내주면의 상방측에 제1 공기 공급로(11)에 연통하는 공급구(11a)가 형성되어 있다.
또한, 제3 분할 하우징(10c) 및 제4 분할 하우징(10d)에는, 공기 제어 유닛(120)과 중간실로서의 제2 환상실(32) 사이를 연통하는 제2 공기 공급로(12)의 일부를 이루는 관통공이 형성되어 있고, 제3 분할 하우징(10c)에는, 내주면의 상방측에 제2 공기 공급로(12)에 연통하는 공급구(12a)가 형성되어 있다. 또한, 제3 분할 하우징(10c) 및 제4 분할 하우징(10d)에는, 제2 환상실(32)과 회수 유닛(140) 사이를 연통하는 연통로(14)의 일부를 이루는 관통공이 형성되어 있고, 제3 분할 하우징(10c)에는, 내주면의 하방측에 연통로(14)에 연통하는 배출구(14a)가 형성되어 있다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 이들 립 시일(21, 22, 23)은, 내수성, 내유성이 우수한 불소 고무나 니트릴 고무 등의 탄성 재료로 형성되어 있다. 또한, 본 실시예의 각 립 시일(21, 22, 23)은, 잘 알려진 구성이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
또한, 각 립 시일(21, 22, 23)은, 하우징(10)에 외경부를 대략 밀봉 형상으로 보지된 상태로 축방향으로 병설되어, 내경측으로 연장됨과 동시에 고압측을 향하여 축방향으로 연설(延設)된 립부(21a, 22a, 23a)의 내주면을 프로펠러축(2)에 외감된 라이너(4)의 외주면에 각각 슬라이딩 접촉시킴으로써, 제1 립 시일(21)과 중간 립 시일(22) 사이에 제1 환상실(31)이 형성되고, 중간 립 시일(22)과 제2 립 시일(23) 사이에 제2 환상실(32)이 형성되어 있다. 또한, 제2 립 시일(23)과 선수측의 시일 장치(40)에 있어서의 선미측의 립 시일(41)의 사이에 환상의 유실(33)이 형성되어 있다.
또한, 제1 환상실(31)에는, 공기 제어 유닛(120)으로부터 제1 공기 공급로(11)를 통하여 해수(W)보다도 고압으로 조정된 압축 기체로서의 압축 공기가 공급된다. 또한, 제2 환상실(32)에는, 공기 제어 유닛(120)으로부터 제2 공기 공급로(12)를 통하여 제1 환상실(31)로 공급되는 압축 공기보다도 저압 또한 윤활유 순환 유닛(130)으로부터 선미관(100) 내의 유실(33)로 공급되는 윤활유보다도 저압으로 조정된 압축 기체로서의 압축 공기가 공급된다.
또한, 제1 환상실(31)의 선미측에 마련되는 제1 립 시일(21)은, 그 립부(21a)가 선외측을 향하도록 배치되어 있고, 해수압(PW)이 립부(21a)에 대한 조임 압력의 일부로서 작용하고 있다. 또한, 제1 환상실(31)의 선수측 또한 제2 환상실(32)의 선미측에 마련되는 중간 립 시일(22)은, 그 립부(22a)가 선외측, 즉 제1 환상실(31)측을 향하도록 배치되어 있고, 제1 환상실(31) 내의 공기압(P1)이 립부(22a)에 대한 조임 압력의 일부로서 작용하고 있다. 또한, 제2 환상실(32)의 선수측에 마련되는 제2 립 시일(23)은, 그 립부(23a)가 선내측, 즉 선미관(100)측을 향하도록 배치되어 있고, 선미관(100) 내의 유실(33)의 유압(PO)이 립부(23a)에 대한 조임 압력의 일부로서 작용하고 있다.
이어서, 시일 장치(1)와 함께 선미관 시일 시스템을 구성하는 공기 제어 유닛(120), 윤활유 순환 유닛(130) 및 회수 유닛(140)에 대해서 설명한다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 공기 제어 유닛(120)은, 선내에 마련되는 도시하지 않는 컴프레서로부터 공급되고, 도시하지 않는 감압 밸브나 유량 제어 밸브 등에 의해 압력 조정된 압축 공기를 제1 공기 공급로(11), 제2 공기 공급로(12), 또는 제3 공기 공급로(13)를 통하여, 제1 환상실(31), 제2 환상실(32) 또는 후술하는 윤활유 순환 유닛(130)의 윤활유 탱크(131)로 공급하는 유닛이다.
상세하게는, 공기 제어 유닛(120)은, 제1 환상실(31)의 선미측에 배치되는 제1 립 시일(21)의 립부(21a)를 압압하는 해수압(PW)에 따라, 제1 환상실(31) 내의 공기압(P1)이 항상 해수압(PW)을 초과하도록 조정한다.
또한, 해수압(PW)은, 선박의 흘수에 따라 변동하며, 공기 제어 유닛(120)은, 이러한 해수압(PW)의 변동에 추종하여 공기압을 조정한다. 또한, 해수압(PW)에 따른 신호, 즉 제1 공기 공급로(11) 및 제1 환상실(31)의 공기압에 따른 신호는 제1 공기 공급로(11)와 제2 공기 공급로(12)의 분기 부분에 마련되는 공기 제어 유닛(120)의 일부인 감압 밸브(122)에 출력되어 있고, 압축 공기의 일부는, 감압 밸브(122)를 통과할 때에, 당해 출력된 신호에 기초하여 제1 환상실(31)에 공급되는 압축 공기의 공기압(P1)보다도 저압, 또한 선미관(100) 내의 유실(33)로 공급되는 윤활유의 유압(PO)보다도 미리 설정되어 있는 차압만큼 낮아지도록 감압된 공기압(P2)의 압축 공기로서, 제2 공기 공급로(12)를 통하여 제2 환상실(32)로 공급된다.
윤활유 순환 유닛(130)은, 선내에 마련되는 윤활유 탱크(131)로부터 펌프(134)를 사용하여 제1 윤활유 순환로(132)를 통하여 선미관(100) 내로 윤활유를 공급하고, 선미관(100) 내로부터 제2 윤활유 순환로(133)를 통하여 재차 윤활유 탱크(131)로 되돌림으로써 윤활유를 순환시키는 유닛이다. 또한, 해수압(PW)에 따른 신호가 제1 공기 공급로(11)와 제3 공기 공급로(13)의 분기 부분에 마련되는 공기 제어 유닛(120)의 일부인 감압 밸브(123)에 출력되어 있고, 압축 공기의 일부는, 감압 밸브(123)를 통과할 때에, 출력된 신호에 기초하여 제2 환상실(32)에 공급되는 압축 공기의 공기압(P2)보다도 고압, 또한 해수압(PW)보다도 미리 설정되어 있는 차압만큼 낮게 감압 혹은 동압이 되도록 조정된 후, 제3 공기 공급로(13)를 통하여 윤활유 탱크(131)로 공급된다. 따라서, 윤활유 탱크(131) 내의 윤활유의 유압(PO)은, 이와 같이 감압된 압축 공기와, 유면(油面)을 경계면으로 하여 접함으로써, 제2 환상실(32)의 공기압(P2)보다도 고압, 또한 해수압(PW)보다도 낮게 혹은 동압으로 조정된다.
즉, 해수압(PW), 제1 환상실(31) 내의 공기압(P1), 제2 환상실(32) 내의 공기압(P2), 및 유실(33) 내의 유압(PO)은, 공기압(P1)>해수압(PW)≥유압(PO)>공기압(P2)을 항상 충족하도록 조정되어 있다.
회수 유닛(140)은, 선미관(100) 내의 유실(33)로부터 윤활유가 제2 환상실(32) 내에 침입하는 문제가 발생했을 경우에, 이 윤활유를 연통로(14)를 통하여 선내에 마련되는 회수실(141)로 회수하는 유닛이다. 또한, 연통로(14)에는, 역지 밸브(142)가 마련되어 있어, 회수실(141)로 회수된 윤활유가 제2 환상실(32)로 역류하는 것을 방지한다.
이와 같이, 본 실시예의 시일 장치(1)는, 제1 공기 공급로(11)를 통하여 제1 환상실(31)로 공급되는 압축 공기의 공기압(P1)보다도 저압이 되도록, 공기 제어 유닛(120)에 의해 공기압(P2)으로 감압된 압축 공기가, 제2 공기 공급로(12)를 통하여 제2 환상실(32)로 공급되기 때문에, 제2 립 시일(23)에 면한 유실(33) 내의 윤활유가 제2 립 시일(23)을 통하여 제2 환상실(32) 내로 침입하는 문제가 발생해도, 선외측에 인접하는 제1 환상실(31) 내보다도 낮은 공기압(P2)의 제2 환상실(32)로 침입해 온 윤활유를 체류시킬 수 있어, 윤활유의 선외로의 누출을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 제2 환상실(32)의 선미측에 마련되는 중간 립 시일(22)의 립부(22a)가 제1 환상실(31)측을 향하도록 배치되는 점에서, 중간 립 시일(22)의 립부(22a)가, 제1 환상실(31)의 공기압(P1)과 제2 환상실(32)의 공기압(P2)의 차압에 의해 라이너(4)의 외주면을 향하여 내경측으로 압압되어 시일되기 때문에, 제2 환상실(32)에 침입한 윤활유의 제1 환상실(31)로의 침입을 방지하여, 윤활유의 선외로의 누출을 보다 방지할 수 있다.
또한, 선미관(100) 내의 유실(33)의 윤활유가 제2 립 시일(23)을 통하여 제2 환상실(32)로 침입하는 문제가 발생해도, 제2 환상실(32)에 침입한 윤활유가 연통로(14)를 통하여 선내의 회수실(141)로 회수됨으로써, 제2 환상실(32) 내로부터 윤활유를 배출하기 쉬워지기 때문에, 윤활유의 선외로의 누출을 보다 방지할 수 있다.
또한, 윤활유 순환 유닛(130)으로부터 선미관(100) 내의 유실(33)로 공급되는 윤활유는, 해수압(PW)보다도 미리 설정되어 있는 차압만큼 낮아지도록 감압되어 있고, 유실(33) 내의 유압(PO)이 해수압(PW)보다도 저압이 되도록 제어되기 때문에, 제2 환상실(32)로 윤활유가 침입해도, 선외로 누출되기 어렵다.
또한, 공기 제어 유닛(120)으로부터 제2 환상실(32)로 공급되는 압축 공기는, 선미관(100) 내의 유실(33)에 공급되는 윤활유보다도 미리 설정되어 있는 차압만큼 낮아지도록 감압됨으로써, 제2 립 시일(23)의 립부(23a)가 제2 환상실(32)과 유실(33)의 차압에 의해 라이너(4)의 외주면을 향하여 내경측으로 압압되어 시일되기 때문에, 유실(33) 내로 공급되는 윤활유의 제2 환상실(32)로의 침입을 방지할 수 있다. 또한, 제2 환상실(32)에 공급되는 압축 공기의 유실(33) 내로의 침입도 방지할 수 있다.
또한, 제2 환상실(32)에는, 공기 제어 유닛(120)을 통하여 압력 조정된 압축 공기가 공급되어 있어, 제1 환상실(31)로 공급되는 압축 공기나 유실(33) 내로 공급되는 윤활유와의 차압을 적정하게 유지할 수 있는 점에서, 특히 제2 환상실(32)을 구성하는 중간 립 시일(22) 및 제2 립 시일(23)에 대한 부하를 대략 일정하게 유지하여, 장수명화할 수 있다.
또한, 제1 환상실(31) 및 제2 환상실(32)에는, 공기 제어 유닛(120)을 통하여 압축 공기가 공급되기 때문에, 취급이 용이하고 또한 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 공기 제어 유닛(120)에 있어서 해수압(PW) 이상의 공기압(P1)이 되도록 압력 조정된 압축 공기가 제1 공기 공급로(11)를 통하여 제1 환상실(31)로 공급되기 때문에, 제1 립 시일(21)의 립부(21a)와 라이너(4) 사이로부터 제1 환상실(31)로의 해수(W)의 침입이 방지된다. 또한, 제1 환상실(31)에 공급된 공기압(P1)의 공기를 해수압(PW)에 저항하여 제1 립 시일(21)의 립부(21a)와 라이너(4) 사이로부터 선외로 취출시킴으로써, 공기 제어 유닛(120)에 있어서 해수압(PW)의 변동을 검지할 수 있기 때문에, 다른 검출 탱크나 배관 증설이 불필요해진다.
또한, 제2 환상실(32) 내의 공기압(P2)을 해수압(PW)보다도 낮게 설정함으로써, 유실(33) 내의 유압(PO)을 해수압(PW) 미만으로 할 수 있기 때문에, 윤활유의 압력을 높이기 위한 펌프 설비나 윤활유 탱크(131)를 높은 곳에 설치할 필요가 없어져, 선미관 시일 시스템 전체를 간소화할 수 있다.
또한, 제2 환상실(32)에는, 제1 환상실(31)로부터 고압의 압축 공기가 침입해 온 경우에 과잉분의 압력을 배출할 수 있도록 감압 밸브, 릴리프 밸브 등의 압력 제어 밸브가 설치되는 것이 바람직하고, 이에 따라, 유실(33) 내로의 공기의 침입을 방지할 수 있다.
실시예 2
다음으로, 실시예 2에 따른 시일 장치에 대해, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
실시예 2에 있어서의 시일 장치(201)에 대해서 설명한다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 시일 장치(201)는, 제1 부재로서의 하우징(210)과, 하우징(210)에 대하여 회전하는 제2 부재로서의 프로펠러축(2)을 구성하는 라이너(4)의 상대 회전 개소에 마련되고, 제1립 시일(21), 중간 립 시일(22), 제2 립 시일(23)과, 제2 립 시일(23)의 선수측에 병설되는 보조 립 시일(24)로 주로 구성되어 있다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 하우징(210)은, 선미측으로부터 차례로, 제1 분할 하우징(10a), 제2 분할 하우징(10b), 제3 분할 하우징(10c), 제4분할 하우징(210d) 및 제5분할 하우징(210e)을 축방향으로 서로 감합시킨 상태에서 도시하지 않는 볼트 등에 의해 일체로 연결함으로써 대략 원통 형상으로 형성되어 있다.
또한, 하우징(210)에 있어서, 제4분할 하우징(210d)과 제5분할 하우징(210e) 사이에는, 보조 립 시일(24)의 외경부가 대략 밀봉 형상으로 보지되어 있다. 또한, 제2 립 시일(23)과 보조 립 시일(24) 사이에 환상의 제2 유실(34)이 형성되어 있다.
또한, 제4분할 하우징(210d) 및 제5분할 하우징(210e)에는, 윤활유 순환 유닛(130)으로부터 연장되는 제1 윤활유 순환로(132)로부터 분기되어 제2 유실(34)과의 사이를 연통하는 분기 연통로(234)의 일부를 이루는 관통공이 형성되어 있고, 제4분할 하우징(210d)에는, 내주면의 하방측에 분기 연통로(234)와 연통하는 공급구(234a)가 형성되어 있다. 또한, 분기 연통로(234)에는 개폐 밸브(235)가 마련되어 있다. 또한, 윤활유 순환 유닛(130)을 구성하는 윤활유 탱크(131)는, 공기 제어 유닛(120)으로부터 제3 공기 공급로(13)를 통하여 공급되는 압축 공기의 압력에 의해 윤활유의 압력을 조정 가능한 가압 탱크로서 구성되어 있다.
또한, 제2 유실(34)의 선미측에 마련되는 제2 립 시일(23)은, 그 립부(23a)가 선내측, 즉 제2 유실(34)측을 향하도록 배치되어 있고, 제2 유실(34) 내의 유압(PO2)이 립부(23a)에 대한 조임 압력의 일부로서 작용하고 있다. 또한, 제2 유실(34)의 선수측에 마련되는 보조 립 시일(24)은, 그 립부(24a)가 선내측, 즉 선미관(100)측을 향하도록 배치되어 있고, 선미관(100) 내의 유실(33)의 유압(PO1)이 립부(24a)에 대한 조임 압력의 일부로서 작용하고 있다.
이에 의하면, 본 실시예의 시일 장치(201)는, 제2 립 시일(23)의 립부(23a)가 제2 유실(34)측을 향하도록 배치되는 점에서, 제2 립 시일(23)의 립부(23a)가 제2 환상실(32)과 제2 유실(34)의 차압에 의해 라이너(4)의 외주면을 향하여 내경측으로 압압되어 시일되기 때문에, 제2 유실(34)로 공급되는 윤활유의 제2 환상실(32)로의 침입을 방지할 수 있다. 또한, 윤활유 순환 유닛(130)으로부터 분기 연통로(234)를 통하여 제2 유실(34)로 공급된 윤활유는, 제2 립 시일(23)에 의해 시일됨으로써, 제2 유실(34) 내의 유압(PO2)이 유실(33) 내의 유압(PO1) 이상(유압(PO2)≥유압(PO1))이 되기 때문에, 보조 립 시일(24)의 립부(24a)와 라이너(4) 사이로부터 유실(33) 내로 윤활유를 유출시킬 수 있어, 제2 유실(34)에 공급되는 윤활유가 제2 환상실(32)로 침입하기 어렵게 되어 있다. 또한, 제2 유실(34)로부터 유실(33) 내로 유출된 윤활유는, 제2 윤활유 순환로(133)를 통하여 윤활유 탱크(131)로 되돌아가도록 되어 있다.
또한, 분기 연통로(234)에 개폐 밸브(235)가 마련됨으로써, 예를 들면, 제2 립 시일(23)이 파손된 경우에 개폐 밸브(235)를 닫음으로써, 제2 유실(34)로의 윤활유의 공급을 정지하고, 주로 보조 립 시일(24)에 의해 윤활유를 시일하도록 전환을 행할 수 있다.
또한, 윤활유 순환 유닛을 구성하는 윤활유 탱크는, 공기 제어 유닛(120)으로부터 공급되는 압축 공기의 압력에 의해 윤활유의 압력을 조정 가능한 가압 탱크로서 구성되는 것에 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 실시예 2에 있어서의 시일 장치(201)를 사용한 선미관 시일 시스템의 변형예로서, 도 5에 나타나는 바와 같이, 윤활유 순환 유닛(230)을 구성하는 윤활유 탱크(231)는, 중력에 의해 일정압의 윤활유를 공급하는 중력 탱크로서 구성되어도 좋다. 또한, 상기 실시예 1에 있어서의 시일 장치(1)를 사용한 선미관 시일 시스템에, 도 5에 나타나는 윤활유 순환 유닛(230)이 적용되어도 좋다.
실시예 3
다음으로, 실시예 3에 따른 시일 장치에 대해, 도 6을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 센터 오픈식의 조류 발전기용의 시일 장치를 예로 들어 설명한다. 또한, 도 6의 지면 좌측을 시일 장치의 내경측으로 하고, 도 6의 지면 우측을 시일 장치의 외경측으로 하여 설명한다.
실시예 3에 있어서의 시일 장치(301)에 대해서 설명한다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 센터 오픈식의 조류 발전기용의 시일 장치(301)는, 내주면에 복수의 블레이드(303)를 갖는 환상의 로터(302)와, 당해 로터(302)의 외경측에 배치되고, 코일(306)을 갖는 환상의 발전 유닛(307)과의 사이에 마련되는 한 쌍의 베어링(304, 304)의 윤활을 위해 기내에 공급되는 윤활유의 기외로의 누출을 방지함과 동시에, 해수(W)의 기내로의 침입을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 로터(302)에는, 외주면의 둘레 방향에 걸쳐 자석(305)이 마련되어 있고, 블레이드(303)에서 조류를 받은 로터(302)가 발전 유닛(307)에 대하여 상대 회전함으로써 발전이 행해진다.
시일 장치(301)는, 로터(302) 및 발전 유닛(307)의 전후에 배치되는 한 쌍의 환상의 케이싱(300, 300)에 내경측으로부터 장착되는 제1 부재로서의 한 쌍의 환상의 하우징(310, 310)과, 하우징(310, 310)에 대하여 회전하는 제2 부재로서의 로터(302)의 상대 회전 개소에 마련되고, 해수(W)에 면하는 제1 시일 수단으로서의 한 쌍의 환상의 제1 립 시일(321, 321)과, 제1 립 시일(321, 321)에 각각 병설되고, 기내의 윤활유에 면하는 제2 시일 수단으로서의 한 쌍의 제2 립 시일(323, 323)과, 제1 립 시일(321, 321)과 제2 립 시일(323, 323) 사이에 각각 병설되는 중간 시일 수단으로서의 중간 립 시일(322, 322)로 주로 구성되어 있다.
도 6에 나타나는 바와 같이, 하우징(310, 310)은, 각각 내경측으로부터 차례로, 제1 분할 하우징(310a), 제2 분할 하우징(310b), 제3 분할 하우징(310c) 및 제4 분할 하우징(310d)을 서로 감합시킨 상태에서 도시하지 않는 볼트 등에 의해 일체로 연결함으로써 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 또한, 하우징(310, 310)은, 내경측의 제1 분할 하우징(310a, 310a)에 형성되는 플랜지부를 케이싱(300, 300)의 내주면에 대하여 각각 감합시킨 상태에서 도시하지 않는 볼트 등에 의해 고정되어 있다.
또한, 하우징(310, 310)에 있어서, 각각 제1 분할 하우징(310a)과 제2 분할 하우징(310b) 사이에는, 제1 립 시일(321)의 일단부가 대략 밀봉 형상으로 보지되고, 제2 분할 하우징(310b)과 제3 분할 하우징(310c) 사이에는, 중간 립 시일(322)의 일단부가 대략 밀봉 형상으로 보지되고, 제3 분할 하우징(310c)과 제4 분할 하우징(310d) 사이에는, 제2 립 시일(323)의 일단부가 대략 밀봉 형상으로 보지되어 있다. 또한, 제1 립 시일(321)과 중간 립 시일(322) 사이에 제1 환상실(331)이 형성되고, 중간 립 시일(322)과 제2 립 시일(323) 사이에 제2 환상실(332)이 형성되어 있다. 또한, 제2 립 시일(323)과 베어링(304) 사이에 환상의 유실(333)이 형성되어 있다.
또한, 제2 분할 하우징(310b, 310b)에는, 기내에 마련되는 공기 제어 유닛(120)과 기체실로서의 제1 환상실(331, 331) 사이를 연통하는 제1 공기 공급로(311, 311)의 일부를 이루는 관통공이 형성되어 있다.
또한, 제3 분할 하우징(310c, 310c)에는, 공기 제어 유닛(120)과 중간실로서의 제2 환상실(332, 332) 사이를 연통하는 제2 공기 공급로(312, 312)의 일부를 이루는 관통공이 형성되어 있다.
이와 같이, 본 실시예의 시일 장치(301)는, 제1 공기 공급로(311, 311)를 통하여 제1 환상실(331, 331)로 공급되는 압축 공기의 공기압(P1)보다도 저압이 되도록, 공기 제어 유닛(120)에 의해 공기압(P2)으로 감압된 압축 공기가, 제2 공기 공급로(312, 312)를 통하여 제2 환상실(332, 332)로 공급되기 때문에, 제2 립 시일(323, 323)에 면한 기내의 유실(333) 내의 윤활유가 제2 립 시일(323, 323)을 통하여 제2 환상실(332, 332) 내로 침입하는 문제가 발생해도, 기외측에 인접하는 제1 환상실(331, 331) 내보다도 낮은 공기압(P2)의 제2 환상실(332, 332)로 침입해 온 윤활유를 체류시킬 수 있어, 윤활유의 선외로의 누출을 확실하게 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명했지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시예에 있어서의 시일 장치는, 윤활유뿐만 아니라 기외로부터 침입한 해수(W)에 대해서도, 중간실로서의 제2 환상실에 있어서 회수할 수 있음은 말할 필요도 없다. 또한, 외부 유체는 해수에 한정하지 않고, 예를 들면 담수라도 좋다. 또한, 피밀봉 유체도 윤활유에 한정하지 않는다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 공기 제어 유닛(120)은, 압축 공기를 감압 밸브(122, 123)에 의해 감압하는 구성으로 하여 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 압축 공기의 감압에는, 릴리프 밸브 등의 각종 압력 제어 밸브가 사용되어도 좋다. 또한, 압축 기체는 압축 공기에 한정하지 않는다.
또한, 상기 실시예 1, 2에 있어서, 립 시일이 프로펠러축(2)에 외감되는 라이너(4)의 외주면에 슬라이딩 접촉하는 양태에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 립 시일은 프로펠러축(2)의 외주면에 직접 슬라이딩 접촉하는 것이라도 좋다. 또한, 상기 실시예에 있어서, 각 시일 수단은, 립 시일로 구성되는 것에 한정하지 않는다.
또한, 상기 실시예 3에 있어서, 센터 오픈식의 조류 발전기에 적용되는 시일 장치(301)에 대해서 설명했지만, 예를 들면 터빈식의 조류 발전기에 대하여 실시예 1 또는 실시예 2의 구성의 시일 장치가 적용되어도 좋다.
1; 시일 장치
2; 프로펠러축(제2 부재)
4; 라이너
10; 하우징(제1 부재)
11; 제1 공기 공급로
12; 제2 공기 공급로
13; 제3 공기 공급로
14; 연통로
21; 제1 립 시일(제1 시일 수단)
22; 중간 립 시일(중간 시일 수단)
23; 제2 립 시일(제2 시일 수단)
24; 보조 립 시일
31; 제1 환상실(기체실)
32; 제2 환상실(중간실)
33; 유실
34; 제2 유실
100; 선미관
120; 공기 제어 유닛
122, 123; 감압 밸브
130; 윤활유 순환 유닛
131; 윤활유 탱크
132; 제1 윤활유 순환로
133; 제2 윤활유 순환로
134; 펌프
140; 회수 유닛
141; 회수실
142; 역지 밸브
201; 시일 장치
210; 하우징(제1 부재)
230; 윤활유 순환 유닛
231; 윤활유 탱크
234; 분기 연통로
300; 케이싱
301; 시일 장치
302; 로터(제2 부재)
307; 발전 유닛
310; 하우징(제1 부재)
311; 제1 공기 공급로
312; 제2 공기 공급로
321; 제1 립 시일(제1 시일 수단)
322; 중간 립 시일(중간 시일 수단)
323; 제2 립 시일(제2 시일 수단)
331; 제1 환상실(기체실)
332; 제2 환상실(중간실)
333; 유실

Claims (7)

  1. 제1 부재와 당해 제1 부재에 대하여 회전하는 제2 부재의 상대 회전 개소에 마련되고,
    외부 유체에 면하는 제1 시일 수단과, 당해 제1 시일 수단에 병설되고, 기내의 피밀봉 유체에 면하는 제2 시일 수단을 구비하고,
    외부 유체의 침입 및 피밀봉 유체의 누출을 방지하는 시일 장치로서,
    상기 제1 시일 수단과 상기 제2 시일 수단 사이에는, 이들 상기 제1 시일 수단 및 상기 제2 시일 수단에 중간 시일 수단이 병설되고,
    상기 제1 시일 수단과 상기 중간 시일 수단 사이에는, 외부 유체보다도 고압의 기체가 공급되는 제1 공급로에 연통하는 기체실이 형성되고,
    상기 중간 시일 수단과 상기 제2 시일 수단 사이에는, 상기 기체실에 공급되는 기체보다도 저압 또한 피밀봉 유체보다도 저압의 기체가 공급되는 제2 공급로에 연통하는 중간실이 형성되어 있는 시일 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 시일 수단은, 립 시일이며, 그 립부가 피밀봉 유체에 의해 상기 제2 부재에 밀어붙여지도록 배치되어 있는 시일 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간실은, 연통로를 통하여 회수실에 연통되어 있는 시일 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연통로에는, 상기 중간실측으로의 역류를 방지하는 역지 밸브가 마련되어 있는 시일 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간실에는, 압력 제어된 압축 기체가 공급되어 있는 시일 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압축 기체는, 압축 공기인 시일 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    피밀봉 유체는, 외부 유체보다도 저압으로 제어되어 있는 시일 장치.
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