KR20050083055A - 수직형 펌프 축밀봉 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직형 펌프의 축밀봉 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 래버린스 실(labyrinth seal)의 원리와 이젝터(ejector)의 원리를 이용한 수직형 펌프의 축밀봉(Shaft Seal)에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 수직형 펌프의 축밀봉 장치에 있어서 수개의 단으로 된 래버린스 실(6)을 펌프 축슬리브(4) 둘레에 형성시키고 이젝터(13)는 펌프 케이싱(1) 흡입측에 관통하여 설치된다. 펌프 운전시 이젝터(13)로 작동유체의 일부를 유도하기 위하여 펌프의 출구측과 이젝터 입구측을 작동유체관(14)으로 연결한다. 작동유체관(14)에서 한 개의 압력관(15)을 분지하여 펌프 운전시 작동유체의 압력에 의해 래버린스 실을 아래로 움직이기 위한 압력실(19)로 연결한다. 펌프가 운전시 압력실(19)에 형성된 압력은 스프링(7)의 힘을 이기고 래버린스 실(6)을 아래로 이동시켜 회전실(11)이 래버린스 실(6)과 떨어져 회전하게 한다. 한편 작동유체가 이젝터를 통과하면서 이젝터의 원리에 의해서 래버린스 실(6) 마지막 단에서 공기를 공기관(16)을 통하여 흡입한 뒤 작동유체는 공기와 같이 펌프 케이싱내로 분출된다. 펌프 케이싱 흡입측에 유입된 작동유체는 자중과 압력에 의해 아래로 흐르면서 축슬리브(4)와 베어링(27)을 윤활한다. 한편 흡입된 공기는 도 3 에서 도시된 바와 같이 래버린스 실(6)의 수개의 단을 통과하면서 교축작용에 의해 압력이 계속 감소하면서 래버린스 실(6)의 마지막 단에 이르러 다시 공기관(16)으로 유입된다. 이와 동시에 회전실(11)과 래버린스 실(6) 사이로 대기중에서 유입된 여분의 공기는 공기분출관(17)을 통과한 후 공기공급 및 배출장치(5) 에 의해서 공기배출구(24)로 대기중으로 배출된다. 이로써 본 발명은 펌프가 운전중에 회전실(11)과 정지상태의 래버린스 실(6)을 분리된 상태에서 회전하면서 작동유체의 누설을 방지할 수 있게 하여 마찰과 이물질에 의한 축밀봉 장치의 고장을 방지하여 무보수 및 고장 없는 축밀봉창치을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

수직형 펌프 축밀봉 장치 {Shaft Seal Assembly for Vertical Type Pump}

본 발명은 수직형 원심펌프의 축밀봉 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 정지실(stationary seal), 회전실(rotary seal) 및 스프링(spring) 등 주요 부품으로 구성되고 회전실은 스프링의 미는 힘으로 정지실에 밀착되어 정지되어 있거나 펌프 운전시 밀착된 상태에서 회전하여 수직형 원심펌프의 축과 케이싱 사이의 기밀을 유지하는 것에 관한 것이다.

종래에는 펌프가 정시시나 회전시 모두 정지실과 회전실이 밀착된 상태를 유지하면서 펌프의 축과 케이싱 사이의 기밀을 유지한다. 하지만 펌프가 회전시에는 정시실과 회전실의 접촉면에 스프링의 미는 힘이 균등해야 하며, 또한 중심이 정확하게 일치해야된다. 그리고 정지실과 회전실의 접촉면에는 이물질이 전혀 없어야 한다. 만약 스프링의 미는 힘이 불균등하거나 중심이 어긋나거나 하면 짧은 시간 운전에도 쉽게 접촉면이 손상되어 기밀이 깨어진다. 더욱더 심각한 것은 회전실과 정지실의 접촉면에 단지 미세한 이물질만 들어가도 바로 접촉면이 파손되어 다량의 유체가 누설하게 된다. 이물질에 의해서 접촉면이 손상되면 심지어는 정지시에도 다량의 유체가 누설한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 펌프가 회전시에 래버린스 실(6, labyrinth seal, 정지실) 과 회전실(11) 이 떨어진 상태에서 회전하게 한다. 이때 래버린스 실(6) 과 회전실(11) 사이의 틈으로는 이젝터(13)에 의해서 형성된 진공에 의해서 외부공기가 빨려 들어온다. 이와 같이 정지실과 회전실이 떨어진 상태에서 회전하면서 작동유체가 누설하는 것을 방지하여 축밀봉장치의 반영구적인 수명을 갖을 수 있도록 하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 장치에 있어서 수개의 단과 슬로트 홀(30)이 가공된 래버린스 실(6)을 펌프 축슬리브(4) 둘레에 형성시키고 이젝터(13)는 펌프 케이싱(1) 흡입측에 관통하여 설치된다. 이 슬로트 홀(30) 사이에 스토핑 스크류(29)가 삽입 되어져 있어 래버린스 실(6)이 회전하는 것을 방지한 다. 펌프 운전시 이젝터(13)로 작동유체의 일부를 유도하기 위하여 펌프의 출구측과 이젝터 입구측을 작동유체관(14)으로 연결한다. 작동유체관(14)에서 한 개의 압력관(15)을 분지하여 펌프 운전시 작동유체의 압력에 의해 래버린스 실을 아래로 움직이기 위한 압력실(19)로 연결한다. 펌프가 운전시 압력실(19)에 형성된 압력은 스프링(7)의 힘을 이기고 래버린스 실(6)을 아래로 이동시켜 회전실(11)이 래버린스 실(6)과 떨어져 회전하게 한다. 한편 작동유체가 이젝터를 통과하면서 이젝터의 원리에 의해서 래버린스 실(6) 마지막 단에서 도 3 에서 도시된 바와 같이 펌프 케이싱 내부에서 래버린스 실의 수개의 단을 통과한 공기와 대기에서 흡입된 공기를 동시에 공기관(16)을 통하여 흡입한 뒤 작동유체는 공기와 같이 펌프 케이싱내로 분출된다. 펌프 케이싱 흡입측에 유입된 작동유체는 자중과 압력에 의해 아래로 흐르면서 축슬리브(4)와 베어링(27)을 윤활한다. 한편 흡입된 공기는 도 3 에서 도시된 바와 같이 래버린스 실(6)의 수개의 단을 통과하면서 교축작용에 의해 압력이 계속 감소하면서 래버린스 실(6)의 마지막 단에 이르러 다시 공기관(16)으로 유입된다. 이와 동시에 회전실(11)과 래버린스 실(6) 틈 사이로 대기중에서 유입된 여분의 공기는 공기배출관(17)을 통과한 후 공기공급 및 배출장치(5) 에 의해서 공기배출구(24)로 대기중으로 배출된다. 이로써 본 발명은 펌프가 운전중에 회전실(11)과 래버린스 실(6, 정지실)을 분리된 상태에서 회전하면서 작동유체의 누설을 방지할 수 있게 하여 마찰과 이물질에 의한 축밀봉 장치의 고장을 방지하여 무보수 및 고장 없는 축밀봉창치을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의해 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명의 축밀봉 장치가 설치된 상태의 수직형 펌프의 정지상태를 나타내는 도면이다. 래버린스 실(6)은 스프링(7)의 미는 힘에 의해 정지실(11)에 밀착되어 케이싱 상부에 있는 공기가 밖으로 누설되는 것을 막고 있다. 한편 항목 25는 유체의 높이를 나타내며 유체의 높이는 공기공급 및 배출장치(5)에 의해서 유지된다. 운전 준비를 위하여 초기에 펌프 케이싱(1)에 유체를 채울 시에는 도 3a 와 같이 플로트 볼(21)이 아래로 쳐지면서 피스톤(22)도 같이 아래로 내려와 공기배출관(17)과 공기 배출구(24)를 통해서 케이싱 내의 공기는 빠져나가면서 유체는 펌프 케이싱(1)내에 채워진다. 공기가 어느 정도 빠져나가고 펌프 케이싱(1) 내에 유체가 차면 도 2a 에서와 같이 플로트 볼(21)이 부력에 의해서 위로 뜬다. 그래서 피스톤(22) 과 O-ring(23)이 공기공급관(18)과 공기배출구를 막아서 유체의 높이를 일정하게 유지한다.

도 4 는 어떤 원인에 의해서 래버린스 실(6)과 회전실(11)의 접촉면이 손상 되었을 시에도 펌프가 정지상태에서 유체가 누설되지 않고 공기가 누설되는 상황을 나타낸다. 래버린스 실(6)과 회전실(11) 사이로 공기가 누설되면 유체의 높이가 올라가서 도 4a 에서 보는 바와 같이 공기공급 및 배출장치(5) 내에 있는 플로트 볼(21)이 위로 올라가서 공기공급관(18)를 연다. 공기공급관(18)에는 유체의 펌프 케이싱(1)내의 유체 압력보다 높은 압력을 가진 공기관이 연결되어 있다. 공기공급관(18)이 열리면 공기가 펌프 케이싱(1)내로 공급되어 유체의 상승을 방지하면서 래버린스 실(6)과 축슬리브(4) 사이로 흐르면서 래버린스 실(6)과 회전실(11)의 손상된 부분을 통하여 누설된다. 하지만 소량의 공기 누설은 대기중으로 방출되므로 문제가 되지 않는다. 그리고 공기공급관(18)으로 공기가 과다하게 공급되면 공급된 공기는 유체의 높이를 낮추게 되고 도 2a 에서와 같이 플로트 볼(21)이 피스톤(22)과 O-ring(23)을 아래로 내려와서 공기공급관(18)과 공기 배출구(24)를 막아서 더 이상의 공기공급을 차단한다. 이런 과정을 반복하면서 래버린스 실(6)과 회전실(11)의 접촉면이 손상되었을 시에도 펌프 케이싱(1) 내의 유체의 누설은 방지하면서 소량의 공기만 대기중으로 누설된다. 하지만 그리스 주입구(31)를 통해서 래버린스 실(6)과 회전실(11) 접촉면에는 그리스가 도포 되어 있고 래버린스 실(6)과 회전실(11)이 접촉하면서 회전하는 시간은 펌프 기동후 압력실(19)에 압력이 형성되어 래버린스 실(6)이 아래로 내려가기 전까지 아주 짧은 동안이므로 손상될 가능성은 거의 없다고 할 수 있다.

도 3 은 펌프가 운전상태에서 본 발명인 축밀봉장치의 작동상태를 도시한 것이다. 먼저 펌프가 기동이 되면 이젝터(13)로 작동유체의 일부가 작동유체관(14)을 통하여 유도된다. 이와 동시에 작동유체관(14)에서 분지된 한 개의 압력관(15)을 통하여 작동유체는 압력실(19)로 들어가 압력을 형성한다. 압력실(19)에 형성된 압력은 스프링(7)의 힘을 이기고 래버린스 실(6)을 아래로 이동시켜 회전실(11)이 래버린스 실(6)과 떨어져 회전하게 한다. 한편 작동유체가 이젝터를 통과하면서 이젝터의 원리에 의해서 래버린스 실(6) 마지막 단에서 펌프 케이싱 내부에서 래버린스 실(6)의 수개의 단을 통과한 공기와 대기에서 흡입된 공기를 동시에 공기관(16)을 통하여 흡입한 뒤 작동유체는 흡입된 공기와 같이 펌프 케이싱내로 분출된다. 펌프 케이싱 흡입측에 유입된 작동유체는 자중과 압력에 의해 아래로 흐르면서 축슬리브(4)와 베어링(27)을 윤활한 뒤 임펠러(2)로 흡입된다. 한편 흡입된 공기는 다시 위로 올라가서 래버린스 실(6)의 수개의 단을 통과하면서 교축작용에 의해 압력이 계속 감소하면서 래버린스 실(6)의 마지막 단에 이르러 다시 공기관(16)으로 유입된다. 이와 동시에 회전실(11)과 래버린스 실(6) 틈 사이로 대기중에서 유입된 여분의 공기는 도 3a 에서 도시된 바와 같이 유체의 높이를 내려서 플로트 볼(21)과 피스톤(22) 및 O-ring(23)을 아래로 내려서 공기배출구(24)를 연다. 그래서 여분의 공기는 공기배출관(17)을 통과한 후 공기공급 및 배출장치(5)에 이르러 공기배출구(24)로 대기중으로 배출된다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 펌프가 운전중에 회전실(11)과 래버린스 실(6, 정지실)을 분리된 상태에서 회전하면서 작동유체의 누설을 방지할 수 있게 하여 마찰과 이물질에 의한 축밀봉 장치의 고장을 방지하여 무보수 및 고장 없는 것은 물론, 설사 회전실(11)과 래버린스 실(6)사이의 접촉면이 손상된 상태에서도 작동유체의 누설을 방지할 수 있다.

도 1은 축밀봉 장치가 설치된 수직형 펌프의 전체 단면도

도 2는 축밀봉 장치가 설치된 수직형 펌프의 정지상태에서 펌프 케이싱 상부

상세 단면도

도 2a 는 도 2의 보조 도면으로 펌프 정지상태에서 공기공급 및 배출장치의

단면도

도 3은 축밀봉 장치가 설치된 수직형 펌프의 운전상태에서 펌프 케이싱 상부

상세 단면도

도 3a 는 도 3의 보조 도면으로 펌프 운전상태에서 공기공급 및 배출장치의

단면도

도 4는 축밀봉 장치가 설치된 수직형 펌프의 정지상태에서 회전실(11) 과

래버린스 실(6)이 불완전한 접촉으로 공기가 누설하는 상태의 펌프 케이싱

상부 상세 단면도

도 4a 는 도 4의 보조 도면으로 펌프의 정지상태에서 회전실(11) 과

래버린스 실(6)이 불완전한 접촉으로 공기가 누설하는 상태에서

공기공급 및 배출장치의 단면도

<도면의 부호의 설명>

1: 펌프 케이싱(pump casing) 2: 임펠러(impeller) 3: 축(shaft)

4: 축슬리브(shaft sleeve) 5: 공기공급 및 배출장치

6: 래버린스 실(labyrinth seal) 7: 스프링 8, 23: O-ring

9: 압력실 커버 10, 20: 결합 스크류(tighting screw)

11: 회전실(rotary seal) 12: 고정 스크류(fixing screw)

13: 이젝터(ejector) 14: 작동유체관 15: 압력관 16: 공기관

17: 공기배출관 18: 공기공급관 19: 압력실(pressure chamber)

21: 플로트 볼(float ball) 22: 피스톤 24: 공기 배출구

25: 유체 높이 26: 스토퍼(stopper) 27: 베어링(bearing)

28: 턱(shield) 29: 스토핑 스크류(stopping screw)

30: 슬로트 홀(slot hole) 31: 그리스 주입구(grease nipple)

Claims (1)

1. 펌프 케이싱과 펌프 축사이의 기밀을 유지하는 수직형 펌프 축밀봉장치에 있어서 펌프축 둘레에 설치되고 그리스 주입구(31) 및 수개의 단으로 구성되고 한 개의 단에 공기 흡입구가 설치된 래버린스 실(6), 회전실(11), 스프링(7), 압력실(19), 공기공급과 배출을 겸용으로 할 수 있는 공기공급 배출장치(5), 공기배출관(17), 이젝터(13), 압력관(15), 공기관(16) 및 작동유체관(14) 로 구성된 축밀봉 장치.