KR20010030565A - 기계적 기밀 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축상으로 각각 이격되어 중간 접힘부를 통해 서로 연결되는 결합부를 가지는 유연재인 벨로우즈 부재를 갖춘 벨로우즈 시스템으로 구성되는 기계적 기밀 시스템에 관한 것이다. 결합부들 중 하나는 회전 요소에 대해 고정되고, 다른 하나는 회전력을 전달하기 위해 회전하는 기밀링과 함께 작동한다. 또한 기계적 기밀 시스템은 회전하는 기밀 링을 고정된 기밀 링에 대항하여 기계적으로 가압하는 프리텐션 장치를 가지고 있다. 본 발명은 벨로우즈 부재에 의해 지지된 제한된 외부 반지름(A)의 강성 지지재를 제공하여 축상으로 회전하는 기밀링을 지지한다. 벨로우즈 시스템은 축상으로 각각 이격된 전동부로 구성되고, 이들 중 하나는 기밀링측에서 벨로우즈 부재의 결합부와 힘전달 상태로 작동하고 다른 하나는 요소상에 서 벨로우즈 부재의 결합부와 힘전달 상태로 작동한다. 요소측에서 결합부와 대면하는 전동부는 지지부재의 외부 반지름(A)보다 작은 내부 반지름(D)를 가진다. 이런 특징들은 운전 신뢰성을 향상하는 동시에 기계적 기밀 시스템의 치수, 특히 회전하는 기밀링이 최소화되는 것을 허용한다.

Description

기계적 기밀 시스템{Mechanical seal system}

예를 들어 저자에 의해 1998년 출간된 에이비씨 데어 그라이트링디크퉁의 부르그만 렉시콘의 22쪽 내지 23쪽에서 공지된 바와 같이 벨로우즈 부재를 갖는 기계적인 표면 기밀 장치에서, 벨로우즈 부재는 2차적인 동적 기밀부재로서 동시에 작용하므로 기계적 표면 기밀 장치의 구조를 덜 복잡하게 만들고 결과적으로 더욱 경제적으로 만든다. 또한 이러한 장치들은 먼지나 노화에 의해 영향받지 않는다.

본 발명의 목적은 상술된 형태의 기계적 표면 기밀 장치의 구조적인 치수, 특히 반지름 치수를 최소화시키는 것이다. 더욱이 기계적 표면 기밀 장치는 경제적인 대량 생산에 필수조건을 제공하고 사용시 높은 신뢰성을 주는 단순하게 설계된 환상 기밀부재들을 사용할 수 있어야만 한다.

본 발명은 기계적 표면 기밀 장치에 관한 것으로서, 특히 한쌍의 상호 작용하는 환상 기밀부재중 하나의 환상 기밀부재와 회전 요소 사이에 축상 탄성 접속을 설치하기 위한 탄성재의 벨로우즈 부재를 가진 장치에 관한 것이다.

도 1은 조립 상태에 있는 본 발명에 따른 기계적 표면 기밀 장치의 부분 종 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 기계적 표면 기밀 장치의 회전 요소의 확대 종단면도이다.

본 발명에 따르면 기계적 표면 기밀 장치는 하나의 환상 기밀부재가 고정 요소 상에 비회전 상태로 장착되도록 채택되는 반면 다른 하나의 환상 기밀부재가 회전 요소와 공동 회전을 위해 제공되는 한쌍의 상호 작용 환상 기밀부재와, 중간 접힘부에 의해 상호 연결된 축상으로 이격된 장착부를 갖는 탄성재의 벨로우즈 부재로 구성되고 상기 장착부 중 하나는 상기 회전 요소에 대해 고정되도록 채택되는 반면에 다른 하나는 회전식 환상 기밀부재와 토크 전송 상태인 벨로우즈 조립체와, 상기 고정식 환상 기밀부재에 대항하여 상기 회전식 환상 기밀부재를 기계적으로 가압하는 편향수단으로 이루어진다.

본 발명의 기계적인 표면 기밀 장치는 소정의 반지름 치수를 갖는 강성 지지부재가 회전식 환상 기밀부재를 축상으로 지지하기 위한 벨로우즈부재에 의해 지지되는데 특징이 있다. 사용도중 회전식 환상 기밀부재가 인접할 수 있는 강성 지지부재를 제공함으로써 환상 기밀부재의 반지름 치수가 최소일지라도 환상 기밀부재는 기계적 표면 기밀 장치에 효과적인 축방향 힘에 의해 탄성재로 된 벨로우즈 부재와 결합을 파괴 또는 손상시키는 것이 방지된다. 특히, 환상 기밀부재는 축 주위에 위치한 힘 전달 부분들로 구성되는 본 발명의 통합체에 의해 적합하게 제공되는 구동 하우징 내의 구멍을 특별히 관통하는 것이 방지되며, 힘 전달부분들 중의 하나는 다른 것이 회전 요소의 측면에서 마운팅 부분과 힘을 전달하는 관계에 있는 동안에 환상의 기밀부재의 측면에서 벨로우즈 부재의 마운팅 부분과 힘을 전달하는 관계에 있으며, 그것에 의해 회전 요소의 측면에서 마운팅 부분과 마주하는 힘 전달부분은 미리 계산된 지지재의 외부 반지름보다 더 작은 내부 반지름을 가지고 있을 수도 있다.

본 발명과 일치하는 방법의 결과로서, 최소한의 환상 기밀부재의 반지름 치수뿐만 아니라 제조를 원할히 하기 위한 단순한 횡단면 모양이 되기 위해 환상의 기밀부재의 형상에 관하여 특별한 요구가 필요없다. 유리한 본 발명의 구현 및 효과들 그리고 그로인해 얻어지는 이익들은 청구항과 아래의 설명으로부터 확실해질것이다.

본 발명은 실시예와 도면을 참조하여 하기에 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1에서, 본 발명의 기계적 기밀 장치는 참조 번호 1로 부여되고 한쌍의 상호 작용하는 환상 기밀부재(2, 3)로 구성되고, 이들 중 환상 기밀부재(2)는 고정요소, 예를 들어 펌프등의 하우징(4) 상에 적절한 방식으로 비회전 상태로 지지된다. 그와 대조적으로, 다른 환상 기밀부재(3)는 회전 요소, 예를 들어 기계적 표면 기밀 장치에 의해서 하우징(4)에 대해 기밀가능한 샤프트(5)와 공동으로 회전할 수 있도록 제공된다. 환상 기밀부재(2, 3)는 방사상 또는 거의 방사상의 기밀면을 갖고 이들 사이에는 사용할 때 간극이 형성된다. 환상 기밀부재(2, 3)에 적합한 재료는, 예를 들어 부르그만 렉시콘의 인용문중 269쪽에 언급된다. 보다 상세한 설명을 위해 참조문헌은 본 명세서에 합체될 수 있다.

이 후, 기계적 표면 기밀 장치의 회전 요소가 확대 도시되어 있는 도 2를 참조한다. 회전 요소는 고무 또는 탄성중합체와 같은 탄성재의 벨로우즈 부재(6)를 포함하는 벨로우즈 조립체로 구성되며, 벨로우즈 부재는, 본질적으로 공지된 방식에서, 제1장착부(8)와, 상기 제1장착부로부터 축상으로 이격된 제2장착부(9)와, 상기 2개의 장착부(8, 9)를 서로 연결하는 중간 접힘부(7)의 세부분으로 정의된다. 사용시 중간 접힘부(7)는 도 2에 도시된 바와 같이 Z형 형상을 가진다. 그러나 본 발명은 접힘부(7)의 이러한 형상에만 한정되는 것은 아니다. 다른 형상은, 예를 들어 부르그만 렉시콘의 인용문중 23쪽에 보여지고 있다. 바람직하게, 장착부(8, 9)는 대체적으로 관형 구조를 가지고 있다.

또한, 벨로우즈 조립체는 제1전동부(13)와 직경이 감소된 제2전동부(14)를 갖는 구동 하우징(12)으로 구성되고, 상기 2개의 전동부는 중간견부 또는 단차부(15)에 의해 상호 연결된다. 상기 제1전동부(13)는, 환상 기밀부재(3)와, 장착부(8)와, 전동부(13)가 도 2에 도시된 바와 같이 동축상으로 중첩할 때, 벨로우즈 부재(6)의 장착부(8)가 환상 기밀부재(3)의 외주면과 전동부(13)의 내주면 사이에서 샌드위치 방식으로 둘러싸여지고 압축되어 상기 요소들 사이에서 마찰 접속을 생성하는 방식으로 벨로우즈 부재(6)의 제1장착부(8)를 수용하기 위하여 설계된다.

따라서, 토크는 실질적으로 미끄러짐 없이 전동부(13)로부터 장착부(8)를 경유하여 환상 기밀부재(3)에 전달될 수 있다. 만약에 원한다면, 마찰 접속보다는 강성 접속이 상기 요소들 사이에 제공될 수 있다.

구동 하우스(12)의 제2전동부(14)는 내측의 방사상 직경(D)을 갖는 구멍이나 관통구를 한정한다. 제2전동부(14)는 금속과 같은 적합한 재료로 된 구동링(16)에 제공된 축홈(17; axial groove)에 결합하는 다수의 주연상으로 분포되고 축상으로 연장되는 핑거로 이루어져 있다. 구동링(16)은 마찰에 의해서 벨로우즈 부재(6)의 제2장착부(9) 상에 고정되거나 또는 이러한 고정은 조립시에 벨로우즈 부재(6)를 소형의 구동링(16)과 함께 샤프트(5) 상에 위치시킴으로써 달성된다. 따라서, 샤프트(5)의 회전은 장착부(9)와 구동링(16)을 통해 구동 하우징(12)에 전달된 후, 그로부터 상술된 방식으로 환상 기밀부재(3)에 전달된다.

환상 기밀부재(2)를 고정식 환상 기밀부재(2)에 대항하여 기계적으로 편향시키기 위한 편향 수단(biasing means)이 제공된다. 비록, 다른 편향 수단이 제공될 수 있지만, 본 발명의 실시예에 사용된 것은, 도 1을 참조하여 샤프트의 견부 상의 일단에 지지되고 구동 하우징(12)의 견부(15) 상의 타단에 지지되는 나선형 또는 헬리컬 스프링(10)으로 구성된다. 나선형 스프링(10)은 구동 하우징(12)의 제2전동부(14)를 둘러싸고 전동부(14)의 핑거들의 가능한 전개(spreading)를 차단하는 밀접하게 인접한 감김(turn)으로 구성된다. 또한, 바람직하게는 나선형 스프링(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 원뿔형 구조를 갖는다.

본 발명에 따르면, 환상의 기밀 부재(3)를 축상으로 지지하기 위한 지지부재(11)가 제공되고, 상기 지지부재 자체는, 적합한 방식으로, 벨로우즈 부재(6)에 고정된다. 지지부재(11)는 금속과 같은 적합한 재료의 환상의 디스크일 수 있고 벨로우즈 부재(6)와는 반대로, 변형되어 축 주위에 유효한 힘을 초래하지 않거나 또는 실질적으로 아주 적은 정도일만큼 충분히 단단하다. 금속대신에 지지부재(11)는 피크(PEEK) 등과 같은 치수적으로 안정한 플라스틱으로 구성될 수 있다.

지지부재(11)는 그 외주연에서 접힘부(7) 근처의 벨로우즈 부재(6)의 제1장착부(8)의 홈에 마찰식으로 또는 접착제에 의해서 고정되고 샤프트(5)가 관통하는 구멍을 포함한다. 또한, 지지부재(11)는 구동 하우징(12)의 제2전동부 내 구멍의 내부 방사상 직경(D)보다 적절하게 큰 미리 결정된 외부 반지름(A)을 갖는다. 장치가 사용되거나 운전 중일 때 환상 기밀부재(3)의 일단부가 지지부재(11)의 축상으로 인접한 단부면 상에 안착하는 동안 벨로우즈 부재(6)의 접힘부(7)의 일부가 지지부재(11)의 반대쪽 단부면에 인접할 수 있다.

상술된 바와 같은 기계적 표면 기밀 장치의 구조로 생긴 결과는, 기계적 편향 수단(10) 또는 작동 도중의 유압효과에 의해 인가되고 환상 기밀부재(3)에 대한 구동 하우징(12)과 벨로우즈 부재(6)의 축방향 이동을 초래하는 축방향 힘은 회전식 환상 기밀부재(3)가 구동 하우징(12) 내의 구멍안으로 관통하여 벨로우즈 부재(6)에 대한 과도한 파괴 또는 손상을 야기시키지 못하게 하고, 환상 기밀부재(3)는 고정식 환상 기밀부재(2)와의 상호 작용에 기인하는 축방향 이동을 초래하는 것이 실질적으로 억제되게 된다. 기계적 표면 기밀 장치상의 과도한 유압식 또는 기계적 축방향 힘 효과는 단지 지지부재(11)가 구동 하우징의 견부(15) 근처의 위치로 움직이게 한 후 지지부재(11)는 벨로우즈 부재(6)가 어떠한 손상 효과를 받지 않도록 정지한다.

본 발명은 환상 기밀부재(3)의 방사상 치수를 최소화하여서 예를 들어 그 외부 방사상 치수가 구동 하우징(12)의 치수(D)보다 작게 할 수 있다.

본 발명은 구동 하우징을 합체하는 실시예에 근거하여 상술되었다. 또한 환상 기밀부재가 벨로우즈 부재의 정밀한 부분으로 관통하는 것을 막기 위해 환상 기밀부재가 접촉할 수 있는 강성 지지부재의 제공은 구동 하우징이 없는 장치에서 잇점이 될 수 있다.

Claims (9)

1. 하나의 환상 기밀부재가 고정 요소 상에 비회전 상태로 장착되도록 채택되는 반면 다른 하나의 환상 기밀부재가 회전 요소와 공동 회전을 위해 제공되는 한쌍의 상호 작용 환상 기밀부재와,

   중간 접힘부에 의해 상호 연결된 축상으로 이격된 장착부를 갖는 탄성재의 벨로우즈 부재로 구성되고, 상기 장착부 중 하나는 상기 회전 요소에 대해 고정되도록 채택되는 반면에 다른 하나는 회전식 환상 기밀부재와 토크 전송 상태인 벨로우즈 조립체와,

   상기 고정식 환상 기밀부재에 대항하여 상기 회전식 환상 기밀부재를 기계적으로 가압하는 편향수단으로 이루어지고,

   상기 벨로우즈 부재에 의해 고정되고 상기 회전식 환상 기밀부재를 축상으로 지지하기 위하여 미리 결정된 방사상 직경(A)을 갖는 강성 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적 표면 기밀 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 벨로우즈 조립체는 축상으로 이격된 전동부를 갖고, 이들중 하나는 환상 기밀부재측에서 상기 벨로우즈 부재의 장착부와 힘 전달 상태에 있는 반면에 다른 하나는 회전 요소측에서 장착부와 힘 전달 상태에 있고, 상기 회전 요소측에서 상기 장착부에 대면하는 전동부는 상기 지지부재의 외부 방사상 치수(A)보다 작은 내측 방사상 치수(D)를 갖는 것을 특징으로 하는 기계적 표면 기밀 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 편향 수단은 상기 구동 하우징의 일단부에 지지되는 것을 특징으로 하는 기계적 기밀 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편향 수단은 테이퍼형 나선 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 표면 기밀 장치.
5. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 비회전 접속이 회전 요소측 벨로우즈 부재의 장착부와 구동 하우징의 대면 전동부 사이에 제공되고, 상기 접속은 축방향에서 상대적으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기계적 표면 기밀 장치.
6. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부재는 벨로우즈 부재의 접힘부에 가까운 장착부의 환상 기밀부재측의 축상 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 기계적 표면 기밀 장치.
7. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부재는 환상의 디스크인 것을 특징으로 하는 기계적 표면 기밀 장치.
8. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부재는 금속 재료인 것을 특징으로 하는 기계적 표면 기밀 장치.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부재는 벨로우즈 부재의 재료보다 더 큰 강성을 가진 플라스틱으로 제작되는 것을 특징으로 하는 기계적 표면 기밀 장치.