KR20030068352A - 축봉장치 - Google Patents

Abstract

유체중에서 회전하는 회전축에 적용되는 축봉장치에 있어 축봉부재에 발생하는 것을 피할 수 없는 회전마찰열을 이용하여 축봉부재의 회전축방향으로의 접촉강도를 완화시키는 축봉장치(軸封裝置)를 제공한다.

원통상축봉부재로서 씨일체(seal體) 32 의 슬리브부 35 는 회전축 5 에 감착되어 있는 세라믹제(ceramic製)의 샤프트 슬리브(shaft sleeve) 26 의 외주면 37 에 자신의 탄성에 기인한 자긴력을 가해 원통외면에 유체압력에 의해서 누르는 힘으로 작용한다. 슬리브부 35 에는 원통내면 36 과 외주면 37 과의 접동에 따른 마찰열에 의해서 외측으로 넓어지고자 하는 열팽창력이 생성되고 이 열팽창력이 자긴력과 결과적으로 균형을 이루게 된다. 슬리브부 35 에는 불필요한 발열이 없고 마모량도 적으므로 간단한 구조이면서 비교적 염가로 우수한 축봉기능을 가져올 수 있다.

Description

축봉장치{Ultra Sealing System}

본 발명은 유체를 이송하는 펌프(pump)등에 의한 유체압력을 받으며 계속 작동하는 유체기계의 회전축에 적용되는 축봉장치(軸封裝置)에 관한 것으로, 특히 우수한 봉지기능(封止機能)을 가짐과 동시에 구조가 간편하여 취급이 용이한 축봉장치에 관한다.

유체이송용 펌프와 같이 유체압력을 받으며 계속 작동하는 유체기계에 있어서, 회전축 주위로부터 유체가 누설되는 것을 방지하는 축봉장치로 지금까지는 메카니컬 씨일(mechanical seal), 세그멘트 씨일(segment seal), 그랜드 팩킹(gland packing), 리프 씨일(leaf seal)등 각종 씨일(seal)이 사용되어 왔다. 메카니컬 씨일은 봉지면에 있는 접동면(seal face)의 압력을 스프링(spring)력과 액체압력으로 견디어 내므로 구조가 복잡함과 동시에 취급이 곤란하고 장착이 어려웁다. 또한, 메카니컬 씨일은 드라이(dry) 운전과 같은 비정상조작으로 파손 또는 열변형에 의하여 축봉기능을 상실하게 되어 교체가 필요할 경우, 교체 정비시 장시간의 운전중단이 불가피하다.

세그멘트 씨일은 다수의 세그멘트로 구성되어 있으므로 구조가 복잡하여 이들을 조합할 때 유체의 누설이 불가피하다. 그랜드 팩킹은 접동열을 누설량으로 냉각시키므로 조이는 조정이 필요하고 조정이 잘못될 경우에는 열변형이 발생한다. 또한, 리프 씨일은 축에 대해 선접촉으로 접촉하므로 접촉압력이 크며 봉지액(封止液)압력이 높거나 축 접동속도가 빠른 경우에는 접동마찰에 의한 발열로 조기에 마모가 되는 문제가 있다.

다수의 부품으로 구성되지도 않고 간단한 구조의 축봉부재를 사용하여 유체압력을 씰링(sealing)할 수 있는 씨일압력을 확보함과 동시에 회전축에 접하는 과잉의 씨일압력을 완화시키는 것이 본 발명상의 해결과제이다.

본 발명의 목적은 상기 유체기계의 회전축 주위에 적용되는 축봉장치로서 상기 문제점에 비추어 착안한 것으로 간단한 구조로서 비교적 저렴한 가격으로 제조되며, 취급이 용이하며 아울러 큰 유체압력, 고온도, 높은 접동속도에서 장시간 운전해도 누출이 없고 조기마모를 방지하며 우수한 씰링기능을 구비한 씰링 시스템을 제공하는 데 있다.

도 1 은 이 발명에 의한 축봉장치가 적용된 유체기계의 일부를 나타낸 종단면도이다.

도 2 는 이 발명에 의한 축봉장치의 일 실시예를 나타낸 종단면도이다.

도 3 은 도 2 에 나타낸 축봉장치에 사용된 씨일체(seal體)의 일부를 확대한 종단면도이다.

도 4 의 (a) 는 도 2 에 나타낸 축봉장치의 A-A 단면도이고, (b) 는 B-B 단면도이다.

부호의 설명

1 회전 임펠러 펌프(impeller pump) 2 케이싱(casing) 3 흡입구

4 토출구 5 회전축 8 임펠러 9 펌프실(pump室)

10 케이싱 커버(casing cover) 11 어댑터(adapter) 12 중공실(中空室)

13 축수체(軸受body) 14 축수케이스(軸受case) 15, 16 축수

20 축봉장치 21 리테이너(retainer) 22 조임넛(nut)

23 환상돌출부(環狀突出部) 24 회전축 5 의 표면 25 환상의 틈(環狀隔間)

26 샤프트 슬리브(shaft sleeve) 29 O-링 30 씨일 박스(seal box)

31 2 분할 씨일 커버(seal cover) 32 씨일체(seal體) 33 취부부(取付部)

34 만곡부(灣曲部) 35 슬리브부(sleeve部) 36 원통내면(圓筒內面)

36a 원통외면(圓筒外面) 37 샤프트 슬리브 26 의 외주면

40 예비 씨일체 40a 보지부재(保持部材) 41 2 분할 씨일 커버(2 분할 끼워 넣는 기구) 42 내주부(內周部)

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명상의 씰링 시스템은 유체중에서 회전하는 회전축에 원통내면으로 접촉함과 동시에 원통외면에는 앞서 언급된 유체압력에 견디는 드라이 윤활성이 우수한 재료로 만들어진 원통상축봉부재를 구비하고, 상기 원통상축봉부재의 탄성에 의해 회전축에는 스스로를 당기는 자긴력(自緊力)이, 회전축과의 접동에 따라 발생되는 접동발열로 인한 원통상축봉부재의 열팽창력과 실질적으로 균형을 이룰 수 있도록 되어 있다.

이 축봉장치(sealing system)에서 드라이 윤활성이 양호한 재료로 만들어진 원통상축봉부재는 자기 자신의 탄성에 의한 자긴력 외에도, 원통외면에 작용하는 봉지되는 유체압력을 받게 되며, 이들 힘은 원통상축봉부재를 원통통면(圓筒筒面)에서 회전축에 접촉시켜 회전축으로 내향하도록 밀어붙이는 압접력으로 작용한다.

원통상축봉부재는 회전축과 원통내면에 의해 면접촉하므로 밀어붙이는 압력이 즉, 압접력이 좁은 범위로 집중되지 않는다. 유체압력이 변화할 경우, 유체압력에 기인된 압접력도 유체압력에 따라 변화하므로 원통상축봉부재는 유체압력의 크기에 따라 씰링력(sealing force)을 확보하게 된다. 또한, 원통상축봉부재에는, 회전축과의 접동에 기인해서 생긴 접동마찰열에 의하여 압접력과는 상반되는 방향, 바깥쪽으로 넓어지려고 하는 열팽창력이 발생한다.

이 축봉장치에서는 원통상축봉부재의 탄성에 기인한 자긴력을 이 열팽창력에 의하여 실질적으로 상쇄되어 균형을 이룸으로써 원통상축봉부재가 회전축에 대해 작용하는 순수한 압접력을 완화시켜 기계적 및 열적으로 균형을 이룬 상태에서는 원통상축봉부재에 생기는 접동열은 상쇄된 자긴력에 상당하는 정도만큼 적어지게 되고 원통상축봉부재의 마모도 적어지게 된다.

이 축봉장치는 앞서 언급한 원통상축봉부재를 회전축이 관통하는 케이싱 (casing)에 부착된 취부부(取付部)로부터 만곡부를 중개로 하여 일체적으로 연계된 씨일체의 일부인 슬리브(sleeve)부로 구성한다. 원통상축봉부재를 씨일체의 일부인슬리브(sleeve)부로 구성하므로써 원통상축봉부재는 환상변형이 용이한 만곡부를 중개로 하여 지지되므로써 취부부를 케이싱에 보지시킬 경우, 케이싱으로부터 취부부에 미치는 경방향(經方向)의 구속이 만곡부에 의해 완화되어 슬리브부에는 직접 미치지 않는다. 따라서, 원통상축봉부재가 회전축에 미치는 회전압력이 과잉으로 되거나 부족하게 되거나 하지 않고 오랜시간에 걸쳐 변화없이 안정된 자긴력을 확보하게 된다. 또한, 개개의 원통상축봉부재의 제작오차에 기인한 압접력의 들쑥날쑥정도도 감소시켜 준다. 만곡부는 회전축 방향으로의 압접력이 균형이 되도록 적정한 두께와 곡률(曲率)을 가질 수 있도록 설정되어 있다.

원통상축봉부재를 씨일(seal)체의 일부로 구성한 축봉장치(sealing system)에 있어서, 앞서 언급한 씨일체는 회전축의 옆방향으로부터 끼워 넣을 수 있도록 2 분할된 누름기구에 의해서 취부부를 케이싱과의 사이에 회전축의 축방향으로 끼워 넣음으로써 케이싱으로부터 빼어낼 수 있도록 장착된다. 이와 같은 구조에 의해 원통상축봉부재가 마모나 파손되어 원통상축봉부재를 교환할 필요가 생긴 경우에는, 2 분할 끼워 넣는 누름기구를 케이싱으로부터 제거하여 2 분할 기구의 분할편을 회전축의 옆방향으로 분리하여 사용이 끝난 원통상축봉부재를 취부부나 만곡부와 함께 씨일체로서 케이싱으로부터 제거하고 회전축으로부터도 바깥으로 제거한다. 새로운 씨일체를 장착하는 경우에는 역조작으로 행한다. 즉, 씨일체를 회전축상 케이싱의 소정위치에 놓고 2 분할 누름기구의 각 분할편을 회전축의 옆방향으로부터 끼워지도록 맞춰 놓고 각 분할편을 케이싱에 취부해서 취부부를 2 분할 누름기구와 케이싱과의 사이에 끼워 넣음으로써 씨일체를 케이싱에 장착하면 된다.

이 축봉장치에 있어서, 회전축은 외주면을 윤활성이 있도록 마무리 가공한 샤프트 슬리브(shaft sleeve)가 끼워지게 되고 원통상축봉부재는 원통내면이 샤프트 슬리브의 외주면에 접촉되는 구성으로 된다. 즉, 원통상축봉부재가 접동하는 회전축은 직접 회전표면에 접촉되지 않고 회전축에 취부된 샤프트 슬리브와 접촉하게 된다. 샤프트 슬리브는 샤프트와는 별개의 재료로서 효율이 높고 낮은 코스트 (cost)로 제조 가공할 수 있다.

즉, 샤프트 슬리브의 외주면을 윤활성이 우수하게 마무리 가공 제조한 샤프트 슬리브를 샤프트에 끼워 장착, 고정시킬 수 있으므로 샤프트 자체의 표면 마무리가공은 불필요하며 축봉장치의 샤프트 쪽으로의 적용이 용이하게 된다.

샤프트 슬리브는 샤프트에 취부된 리테이너(retainer)에 의해 클램핑하므로써 고정된다. 샤프트 슬리브는 표면을 매끄럽게 가공한 세라믹(ceramic)제로 하면 열팽창이 거의 없다.

이 축봉장치에 있어서 앞서 언급한 원통상축봉부재를 회전축의 축방향으로 단수 또는 복수개로 배열하여 단수 또는 복수개의 예비 원통상축봉부재를 회전축상 또는 그 근방에 격납할 수 있다. 봉해진 유체압력등의 특성에 따러서 원통상축봉부재의 갯수는 회전축의 축방향에 단수 또는 복수개로 할 수 있다. 또한 예비 원통상축봉부재를 미리 회전축상 또는 그 근방에 격납함으로써 사용중인 원통상축봉부재가 손상될 경우등, 원통상축봉부재의 교환을 요하는 경우에 교환작업을 간단히 할 수 있고 펌프(pump)등 유체기계의 분해정도를 적게 함으로써 운전중단시간을 단축할 수 있다.

이 축봉장치에 있어서, 앞서 언급한 원통상축봉부재에 관해서는, 회전축을 작동유체로서의 앞에서 기술한 유체와의 사이에 에너지(energy)를 주고 받는 임펠러(impeller)에 연결된 펌프축으로 된 펌프에 적용할 수 있다.

펌프는 유체압력을 받음으로써 장기간에 걸쳐 실용되는 유체기계이나, 펌프에 대해 적용되는 이 축봉장치에 따르면 회전축방향의 접동강도가 경감되어 장시간 내구성을 갖는다. 또, 2 분할 누름기구를 사용해서 씨일체를 케이싱에 장착함으로써 펌프를 세부까지 분해하지 않고 2 분할 누름기구의 취부 또는 제거로 마모나 파손된 원통상축봉부재를 예비 원통상축봉부재로 간단히 단시간에 교체할 수 있다.

발명의 실시 형태

이하, 본 발명에 의한 축봉장치의 실시예를 도면에 의거해서 상세히 설명한다.

도 1 은 이 발명에 의한 축봉장치가 적용된 유체기계를 나타내는 종단면도, 도 2 는 도 1 에 나타낸 유체기계를 일부 확대해서 이 발명에 의한 축봉장치의 일 실시예 적용상태를 나타낸 종단면도, 도 3 은 도 2 에 나타낸 축봉장치의 씨일체의 일부 확대단면도, 도 4(a) 는 도 2 에 나타낸 축봉장치 A-A 단면도, (b) 는 B-B 단면도이다.

도 1 에는 이 발명에 의한 축봉장치조(軸封裝置造)가 적용된 유체기계로서의 회전 임펠러 펌프(impeller pump) 1(이하 펌프 1 로 칭한다)를 나타낸다.

펌프 1 은 내압부인 케이싱 2 의 한쪽 끝에 있는 흡입구 3 으로 유체를 흡입해서 흡입된 유체를 케이싱 2 의 윗쪽에 설치한 토출구 4 를 통해 토출하는 펌프이며 펌프축인 회전축 5 의 한쪽 끝 6 에 취부되어 있는 임펠러 8 가 펌프실 9 에서 회전하여 펌핑(pumping)하게 된다. 회전축 5 는 케이싱 2 에 고정되고 또한 케이싱 2 의 일부로서 뻗는 케이싱 커버(casing cover) 10 을 관통하여 케이싱 커버 10 과 어댑터(adapter) 11 과 이 어댑터 11 로 둘러싸인 중공실(中空室) 12 의 가운데를 지나 케이싱 커버 10 으로부터 어댑터 11 을 중개로 하여 뻗는 축수체(軸受 body) 13 과 축수 케이스 14 에 각각 설치되어 있는 축수 15, 16 에 의해 회전자유로이 지지되며 다른쪽 끝 7 에 계합된 전동수단(傳動手段)에 의해 회전구동된다.

펌프 1 에서 임펠러 8 을 지지하는 회전축 5 의 주위로부터 유체가 새어나오는 것을 방지하기 위해 케이싱 커버 10 을 둘러싼 부분에 이 발명된 축봉장치 20 이 적용된다.

도 2 에 나타낸 바와 같이 회전축 5 의 소정의 위치에는 리테이너 21 이 회전축 5 를 조여주는 상태로 고정되어 있다. 이 실시예에서는 도 4(b) 에 나타낸 것과 같이 리테이너 21 은 2 분할 구조로 되며 양 리테이너 파트 21a, 21a 를 조여주는 넛(nut) 22, 22 에 의해 서로 조여줌으로써 리테이너 21 은 회전축 5 에 클램프 (clamp)된 상태로 고정된다.

리테이너 21 은 임펠러 8 쪽에 돌출된 환상돌출부 23 을 가지고 있으며 환상돌출부 23 과 회전축 5 의 표면 24 와의 사이에 환상의 틈(環狀隔間) 25 가 형성된다. 회전축 5 에는 또한 표면을 고정밀도로 미끄럽게 마무리 가공한 세라믹제의 샤프트 슬리브 26 이 끼워져 장착되어 있다. 샤프트 슬리브 26 의 한쪽 단부 27 에는 회전축 5 와의 사이를 실링하는 O-링(0-Ring) 29 가 취부되어 있고, 다른 쪽 단부28 은 리테이너 21 에 의해 형성된 환상의 틈 25 에 압입된다. 한편, 축봉장치 20 에서, 회전축 5 의 소정 위치에 취부된 리테이너 21 은 환상구조로 구성되며 셋 스크류(set screw)로 고정시켜도 된다.

케이싱 커버 10 에는 케이싱 커버 10 의 일부로 씨일 박스(seal box) 30 이 취부되어 있으며 씨일 박스 30 에는 환상의 씨일체 32 가 회전축 5 의 축방향에 복수단(도시에는 2 단)으로 나란히 있다. 양 씨일체 32 는 2 분할 씨일 커버 31 에 의해 끼워 넣어져 있어 빠지지 않도록 한 상태로 배열설치된다. 도 3 에 확대해 표시된 것과 같이 씨일체 32 는 씨일 박스 30 에 취부되게 되는 취부부(取付部) 33 과, 취부부 33 의 한쪽 끝으로부터 일체적으로 뻗는 만곡부(灣曲部) 34 와, 만곡부 34 의 앞쪽 끝에 다시 일체적으로 뻗는 슬리브부 35 로 되어 있으며 드라이 윤활성이 우수한 재료로 제작된다.

슬리브부 35 는 이 발명상의 원통상축봉부재로서의 가능을 갖게 되고, 슬리브 35 의 통상내면(筒狀內面) 36 은 샤프트 슬리브 26 의 외주면 37 에 대하여 회전축 5 의 축방향으로 폭넓게 당접되며, 회전축 5 의 회전에 따라 외주면 37 에 미끄러지듯 접한다. 취부부 33 의 취부면측에는 O-링 38 이 배열설치(配設)되어 있고, 케이싱 커버 10 과 씨일 박스 30 과 직접 대향하는 면 사이에는 O-링 39 가 끼워져 있다.

도 4(a) 에 나타낸 것과 같이 2 분할 씨일 커버 31 은 2 분할 누름기구로서의 2 분할 씨일 커버 41 을 회전축 5 의 옆으로부터 끼워진 상태로 복수의 삽통공(揷通孔) 43 에 각각 취부 스크류(도시 안됨)에 의해 씨일 박스 30 에 고정된다. 2분할 씨일 커버 31 의 내주부 42 가 취부부 33 에 닿아 있고 취부부 33 을 씨일 박스 30 과의 사이에 끼워 넣음으로써 씨일체(seal體) 32, 32 를 씨일 박스 30 으로부터 빠져나오는 것을 방지한 상태로 케이싱 커버 10 에 장착된다. 슬리브부 35 는 취부부 33 에대해서 만곡부 34 를 중개로 지지되고 있으므로 취부부 33 의 케이싱 커버 10 에 대한 취부부 위치의 둘쑥날쑥등으로 인해 취부부 33 과 슬리브부 35 와의 사이에 조립설치상의 오차가 생겨도 변형되기 쉬운 만곡부 34 가 가져오는 변위나 스트레인의 흡수작용에 의해 슬리브부 35 가 샤프트 슬리브 26 의 외주면 37 에 미치는 밀어넣음 압력(押付力)의 둘쑥날쑥한 차이나 변동을 완화시켜주므로써 장시간에 걸쳐 안정된 밀어넣는 힘을 확보할 수 있게 된다.

또한, 개개의 씨일체 32 에 칫수, 두께등에 제작오차가 존재하더라도, 만곡부 34 는 그러한 오차를 흡수해서 씨일체 32 마다 따른 회전축 5 에 미치는 밀어넣는 압력의 변동을 적게 한다.

도 2 에 나타나 있는 바와 같이 예비 씨일체 40 이 회전축 5 에 미리 장착된 상태로 펌프 1 내에 격납되어 있다. 봉해진 유체압력등의 특성에 따라서 예비 씨일체 40 의 갯수는 회전축 5 의 축방향에 단수 또는 복수개로 할 수 있다. 예비 씨일체 40 은 도시한 것과 같이 샤프트 슬리브 26 에 미리 장착한 상채로 격납할 수 있고 또한 리테이너 21 보다도 멀리 위치한 보지부재(保持部材) 40a 에 보지된 상태로 격납할 수도 있다. 예비 씨일체 40 이 미리 회전축 5 위 또는 케이싱 커버 10 안의 회전축 5 의 근방에 격납되어 있으므로 사용중인 씨일체 32 가 규정이상으로 마모되거나 손상된 경우에는 2 분할 씨일 커버 31 을 씨일 박스 30 으로부터 빼내고, 사용이 끝난 씨일체 32 를 제거해서 예비 씨일체 40 을 씨일 박스 30 과 회전축 5 와의 사이에 끼워 넣은 후, 2 분할 씨일 커버 31 을 씨일 박스 30 에 다시 취부한다. 2 분할 씨일 커버 31 은 취부 스크류를 풀어 씨일 박스 30 으로부터 빼어낸다. 2 분할로 되어 있으므로 각 분할편을 회전축 5 의 주위로부터 제거함으로써 씨일체의 교환작업이 쉽게 된다. 이와 같이, 예비 씨일체 40 과의 교환작업을 단시간내에 그러면서도 간단히 할 수 있으므로 펌프등의 유체기계의 운전중단 시간을 단축할 수 있게 된다.

이상과 같이 구성된 축봉장치 20 으로 적정한 두께를 가진 슬리브부 35 는 원통외면 36a(도 3 참조)에 펌프 1 에 의해 생성된 유체압력을 받으며, 슬리브부 35 가 원통내면 36 에서 샤프트 슬리브 26 의 외주면 37 에 가해지는 압력은 스스로의 탄성에 기인한 자긴력에 가해져 봉지(封止)해야 할 유체압력에 의하여 압입력이 가해지게 된다. 봉지해야 할 유체압력은 펌프 1 의 운전상태에 의해서 변동되나 그 변동된 유체압력이 슬리브부 35 의 원통외면 36a 에 작용하므로 씨일체 32 는 유체압력의 크기에 따라 씰링력을 얻게 되며 유체의 누설을 효과적으로 방지해 준다.

세라믹제의 샤프트 슬리브 26 의 외주면 37 은 고정밀도의 윤활성으로 표면 마무리 가공되고 외주면 37 에 슬리브부 35 가 접촉하는 씨일체 32 는 회전축 5 가 회전작동함에 따라서 자긴력과 열팽창 응력이 균형을 이루게 된다. 즉, 슬리브부 35 의 원통내면 36 과 샤프트 슬리브 26 의 외주면 37 과의 사이에는 근소한 마찰이 작용하며 슬리브부 35 는 그 마찰에 기인해서 생성된 접동열에 의해 열팽창하여외측으로 확장되는 열팽창력이 생긴다. 슬리브부 35 자신의 탄성에 의한 자긴력은 그 일부가 그 열팽창력에 의해서 상쇄되므로 샤프트 26 에 작용하는 자긴력은 그만큼 완화된다. 자긴력이 완화되면 마찰에 의한 접동열도 감소하게 되므로 어느 정도의 자긴력이 완화된 균형상태를 이루게 된다.

펌프 1 의 작동상태가 일정하고 유체가 씨일체 32 등에 냉각작용을 미치는 경우에는 그 냉각효과도 가미된 열적 밸런스 상태가 된다. 슬리브부 35 에는 자긴력에 기인한 과도한 접동열의 발생을 회피할 수 있고 씰링에 필요한 압력이 남게 되므로 펌프 1 이 크나큰 유체압력, 높은 온도, 높은 접동속도로 운전되더라도 장시간에 걸쳐 축봉기능을 유지할 수 있게 된다.

펌프 1 을 내압, 내열운전 시험한 결과, 본 발명의 축봉장치 20 은 케이싱 2 의 파과강도를 초과하는 압력과 수증기 포화온도에서의 운전에도 잘 견디며 양호한 결과가 얻어졌다. 축봉장치 20 을 흑연을 첨가한 (PTFE)제로 제작한 후, 그 축봉장치 20 을 주철제 케이싱 2 와 세라믹제 샤프트 슬리브 26 을 준비하여 물을 가득 채운 펌프 1 에 장착하여 온도와 포화증기압력을 걸어서 연속운전 시험을 했다. 압력은 펌프 1 의 내압한도 35 ㎏/㎠ ×170 ℃ 로 한 결과 펌프 1 은 갈라졌으나 축봉장치 20 에는 이상이 없었다. 또한, 펌프 1 을 무부하운전을 함으로써 슬리브부 35 에 액체압력이나 냉각작용이 없도록 한 후 씨일체 32 의 자긴력과 열팽창력과의 밸런스를 확인할 수 있다.

펌프 1 의 운전개시에 따라, 시간경과와 함께 일정하게 잔류하는 자긴력에 의해서 누설이 없는 씨일상태를 확인할 수 있었다.

본 발명에 의한 축봉장치 20 대신에 누설이 적은 봉지기능이 비교적 우수하다고 생각되는 각종 축봉장치를 동일한 펌프장치에 적용하여 비교해 본 결과 메카니컬 씨일은 봉지면의 접동면에 생긴 접동발열 제거를 위해서 냉각액 순환이 필요한 것으로 판명되었으며 구조가 매우 복잡한 것으로 되었다. 리프 씨일에 있어서는 PTFE제의 V-링(Ring)으로 불리우는 종류의 리프 씨일은 회전축이 회전하면 추종성이 없어 조기에 마모가 발생하였다. 엘라스토머(ELASTMA)제의 오일 씨일(oil seal)로 불리우는 종류의 리프 씨일은 압력이 높아지면 회전축으로 발열이 극심하여 결국에는 뒷면에서 반전하기에 이르렀다.

본 발명에 의한 축봉장치 20 을 전기아연도금라인(line)의 아연도금액을 약액용 펌프를 사용하여 축봉장치의 내구성을 종래의 메카니컬 씨일과 비교하였다. 그 결과 종래의 메카니컬 씨일에 의한 축봉장치는 접동 발열량이 크고 냉각수를 중지하면 30 분만에 파손되었다. 본 발명에 의한 축봉장치 20 에서는 냉각수를 사용하지 않고 장기간 운전하여도 이상이 발생하지 않고 양호한 운전결과를 나타냄을 확인하였다.

이상, 본 발명에 의한 축봉장치를 일 실시예를 들어 기술하였으나 본 발명에 의한 축봉장치는 상기 실시예에 한하지 않고 그 기술적 사상의 범위에서 여러가지로 설계 및 변경이 가능하다. 또한, 축봉장치가 적용되는 유체기계도 센트리퓨걸 펌프(centrifugal pump)나 축류 펌프(axial flow pump)등과 같은 비용적형 유체기계뿐만 아니라 회전축을 가진 것이라면 용적형의 유체기계에도 물론 적용할 수 있다.

본 발명의 축봉장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 축봉장치는 유체중에서 회전하는 회전축에 원통내면에 접촉함과 동시에 원통외면에도 전술한 유체압력을 받는 드라이 윤활성이 양호한 재료로 만들어진 원통상축봉부재로 되어 있어 원통상축봉부재의 탄성에 의한 회전축방향으로의 자긴력을, 회전축과의 접동에 기인한 접동발열로 생성된 원통상축봉부재에 생기는 열팽창에 의해서 실질적으로 균형을 이루고 있어 원통상축봉부재의 회전축과의 과도한 접동마찰을 피할 수 있게 되고 축봉부재의 불필요한 발열을 감소시키게 된다. 따라서 본 발명의 축봉장치에 의하여 간단한 구조로, 비교적 저렴하면서도 우수한 축봉기능을 가질 수 있고 내구성도 충분히 길며 큰 유체압력, 높은 온도, 높은 접동속도로 장기간에 걸쳐 유체기계를 운전하는 것이 가능하게 된다. 본 발명의 축봉장치는 예를 들어 메카니컬 씨일과 비교해서 구조가 간단하고 비용대 효과가 비약적으로 향상될 뿐만 아니라 급격한 파괴나 돌발적인 운전정지가 없이 간단하게 교체, 장착이 가능한 교환용 축봉부재이기도 하므로 운용자의 심리적 부담도 경감시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 유체내에서 회전하는 회전축에 원통내면에 접촉함과 동시에 원통외면에는 유체압력을 받는 드라이(dry) 윤활성이 좋은 재료로 만들어지는 원통상축봉부재를 구비하고, 이 원통상축봉부재(圓筒狀軸封部材)의 탄성력으로 회전축방향으로 자긴력(自堅力)이 작용하게 되며, 상기 회전축과의 접동에 의해 발생한 접동발열은 상기 원통상축봉부재에 발생되는 열팽창력에 의해서 실질적으로 균형이 이루어지게 한 축봉장치(軸封裝置)
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원통상축봉부재는 상기 회전축이 관통하는 위치의 케이싱(casing)에 지지되어 있는 취부부(取付部)로부터 만곡부를 중개로 하여 일체적으로 연계되는 씨일체(seal體)의 일부인 슬리브부(sleeve部)로 구성된 축봉장치
3. 제 2 항에 있어서, 상기 씨일체(seal體)는 상기 회전축의 측방으로부터 끼워 넣을 수 있도록 분할된 2 분할 누름기구에 의해서 상기 취부부를 케이싱(casing)과의 사이에 상기 회전축의 축방향으로 끼워 넣음으로써 케이싱으로부터 빼어내기 쉽게 장착한 축봉장치
4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전축은 외주면을 매끄럽게 마무리 가공된 샤프트 슬리브(shaft sleeve)가 끼워져 부착되고, 원통상축봉부재는 상기 원통내면이 샤프트 슬리브의 외주면에 접촉하도록 한 축봉장치
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 원통상축봉부재는 상기 회전축의 축방향으로 단수 또는 복수개로 배열설치되어 단수 또는 복수의 예비 원통상축봉부재가 상기 회전축상 또는 그 근방에 격납(格納)되도록 한 축봉장치
6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 원통상축봉부재는 상기 회전축을, 작동유체로서의 유체와의 사이에 에너지를 주고 받는 임펠러 (impeller)에 연결된 펌프축으로 한 펌프에 적용되도록 한 축봉장치