KR20130006467A - 피보호 베어링을 갖춘 원심 분리기 - Google Patents

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Abstract

연마성 오염 물질 입자를 함유하는 유체의 원심력에 의한 여과를 가능하게 하기 위해서, 로터 베어링(3)은 로터 챔버(21) 내로 유입되는 그리고 그것을 통해 통과하는 유체로부터 격리되어야 한다. 이는 스핀들(4)이 기부(1)에 대해 로터(5, 6, 7)와 함께 회전하도록 로터에 연결되는 설계에 의해 달성된다. 스핀들(4)을 위한 베어링(3)은 기부(1)에 고정되게 장착되는 베어링 하우징(2) 내에 제공되고, 밀봉 장치, 바람직하게는 스프링-장착식 축방향 시일(14, 15)이 베어링 하우징(2) 내의 베어링(3) 아래의 위치에서 스핀들(4)과 기부(1) 사이에 제공된다.

Description

피보호 베어링을 갖춘 원심 분리기{CENTRIFUGAL SEPARATOR WITH PROTECTED BEARING}
본 발명은 당업계에 "원심 필터(centrifugal filter)"로도 알려진 원심 분리기에 관한 것이다.
원심 분리기가 상이한 밀도의 유체를 분리하는 것으로 또는 액체로부터 입상 물질을 분리하는 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 원심 분리기의 작동 원리는 하우징이 실질적으로 수직의 축을 중심으로 고속으로 회전하도록 그 내부에 지지되는 로터를 포함하는 것이다. 그것으로부터 오염 물질이 제거되어야 할 유체가 회전축을 따라 고압으로 로터에 공급된다. 이 유체가 로터를 통과할 때, 그것으로부터 밀도가 더욱 높은 오염 물질 또는 입자가 원심력에 의해 분리되고, 전형적으로 간격을 두고 소제되거나 교체되는, 로터의 내부 표면에 고착되는 케이크로서 로터 내에 보유된다.
그것으로부터 오염 물질이 제거되어야 할 유체가 또한 로터에 구동력을 제공하는 자가 동력식 원심 분리리가 차량의 윤활 시스템 뿐만 아니라 분리 공정의 다른 산업에도 또한 오랫동안 사용되었다. GB 2160796 및 GB 2296942는 기부, 기부로부터 직립한 실질적으로 수직의 스핀들, 로터 노즐로부터의 유체 방출에 대한 반응에 의해 스핀들을 중심으로 회전하기 위해 스핀들 상에 장착되는 로터, 및 기부 상에 장착되는 그리고 로터를 둘러싸는 커버를 포함하고, 기부는 상기 유체를 위한 입구 통로를 구비하고 스핀들은 상기 입구 통로로부터 로터로 유체를 공급하기 위해 축방향 보어 및 그것으로부터의 출구를 구비하는 유형의 자가-동력식 원심 분리기를 개시한다. 이러한 유형의 분리기에서, 유체는 하우징의 기부로부터의 압력으로 공급되고, 축방향 보어를 통해 전형적으로 블라인드 보어(blind bore)인 보어의 상부 부근의 출구로 상향으로 유동한다. 해제가능한 캡이 커버를 고정하기 위해 전형적으로 스핀들의 상부에 장착된다.
지금까지, 자가 동력식이든 여과되는 유체와 관계 없이 동력을 공급받든 원심 분리기를 오염 물질 입자가 연마성인 액체, 예를 들어 호닝 오일(honing oil), 연삭기 냉각제, 전극 방전 기계 가공 유체 또는 노로부터의 유냉(oil quench) 유체로부터 오염 물질 입자를 정화하기 위해, 즉 제거하기 위해 사용하는 것이 불가능하였다. 이는 로터가 그것 상에 장착되는 베어링이 연마 입자의 작용에 의해 매우 급속히 마모되어, 너무 자주 교체될 필요가 있기 때문이다. 예를 들어, 연마 입자를 함유한 액체로 30초의 짧은 작동 후에, 베어링은 로터의 균형 잡힌 회전과 지속적인 효율적인 원심 분리를 방해하거나 적어도 악영향을 주기에 충분히 마모될 수 있으며, 교체될 필요가 있다.
또한, 지금까지 이러한 분리기(필터)를 그 자체가 윤활제가 아닌 액체로부터 오염 물질 입자를 제거하기 위해 사용하는 것이 불가능하였는데, 왜냐하면 액체는 전형적으로 로터 베어링을 위한 윤활 유체로서의 역할 뿐만 아니라 자가 동력식 분리기의 경우 로터를 위한 구동 유체로서의 역할도 하기 때문이다. 따라서, 이러한 필터를 정수 목적에, 예를 들어 물로부터 입자를 제거하기 위해 사용하는 것이 실현 가능하지 않았다.
본 발명의 목적은 연마성 오염 물질 입자를 함유하는 액체 또는 그 자체가 윤활 유체가 아닌 액체를 정화하기 위해 사용될 수 있는 원심 분리기를 설계하는 것이다. 보다 구체적으로, 목적은 분리될 유체와 베어링 사이의 접촉이 배제되는 그러한 분리기를 설계하는 것이다. 고정된/정치된 부품에 대한 로터의 회전을 허용하는 베어링 장치는 자가 동력식 분리기의 경우 또한 로터를 구동하는 액체인 정화되는 액체에 노출되지 않아야 한다.
본 발명에 따르면, 기부, 기부로부터 직립한 실질적으로 수직의 스핀들, 스핀들 상에 장착되는 그리고 스핀들을 둘러싸는 로터 챔버를 규정하는 로터를 포함하고, 기부는 여과될 유체를 위한 입구 통로를 구비하며, 스핀들은 여과될 유체를 입구 통로로부터 로터 챔버로 공급하기 위해 축방향 보어 및 그것으로부터의 출구를 구비하는, 원심 분리기로서, 스핀들은 기부에 대해 로터와 함께 회전하도록 로터에 연결되고, 스핀들을 위한 베어링이 기부에 고정되게 장착되는 베어링 하우징 내에 제공되며, 스핀들은 또한 베어링 하우징을 로터 챔버로부터 격리시키는 방식으로 로터에 연결되고, 밀봉 장치가 베어링 하우징 내의 베어링 아래의 위치에서 스핀들과 기부 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기가 제공된다.
회전 부품과 정지 부품 사이의 임의의 밀봉 장치를 통해 불가피하게 누출되는, 분리기를 통해 순환하는 유체가 중력에 의해 베어링으로 들어가지 못하게 되도록 밀봉 장치가 베어링 아래에 위치되는 것이 중요하다. 이는 오로지 스핀들이 로터에 장착되고 기부 및 베어링 하우징에 대해 회전하는 설계로 만족스럽게 달성될 수 있다. 이는 스핀들이 정지되고 로터가 스핀들에 대해 회전하는 종래 설계의 자가 동력식 원심 분리기와 상이하다.
밀봉 장치가 가장 적합하게는 축방향 밀봉 장치를 포함하는 것으로 밝혀졌는데, 왜냐하면 그것이 비교적 작은 축방향 계면을 제공하여 마찰을 감소시켜서 로터에 대한 구동 손실을 최소화시키고, 반경 방향 계면 시일에 비해 오염 물질 입자에 의한 막힘의 위험성을 최소화시키기 때문이다.
본 발명은 로터가 노즐을 구비하고 로터가 상기 노즐로부터의 여과되고 있는 유체의 방출에 대한 반응에 의해 회전하게 되는 자가 동력식 분리기와, 로터를 통과하는 유체와는 다른 수단에 의해, 예를 들어 별개의 모터 또는 터빈에 의해 로터가 독립적으로 구동되는 원심 분리기에 동일하게 적용가능하다.
본 발명에 의하면, 연마성 오염 물질 입자를 함유하는 액체 또는 그 자체가 윤활 유체가 아닌 액체를 정화하기 위해 사용될 수 있는 원심 분리기가 제공된다. 보다 구체적으로, 분리될 유체와 베어링 사이의 접촉이 배제되는 그러한 분리기가 제공된다. 고정된/정치된 부품에 대한 로터의 회전을 허용하는 베어링 장치는 자가 동력식 분리기의 경우 또한 로터를 구동하는 액체인 정화되는 액체에 노출되지 않는다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자가 동력식 원심 분리기의 실시 형태의 종단면도이다.
도시된 바와 같이, 자가-동력식 원심 분리기의 이 예시적인 실시 형태는 2개의 롤링 요소 베어링(3)을 위치시키는 베어링 하우징(2)이 그것 상에 견고하게 고정되는 기부(1)를 포함한다. 베어링(3)은 로터 기부(5), 로터 관(6), 로터 커버(7) 및 로킹 링(8)이 그것 상에 장착되는 스핀들(4)을 포함하는 로터 조립체(9)를 지지 및 위치시키고 그것의 회전을 허용하며, 이들 부품은 로터 챔버(21)를 규정하고, 베어링 하우징(2)에 대해 함께 회전하기 위해 함께 고정된다. 베어링(3)은 그리스 윤활제가 저 마찰 시일에 의해 유지되고 다른 윤활제가 필요없도록 베어링의 수명을 지속시키도록 의도되는 표준 그리스 도포 유형이다.
한 쌍의 접선 방향으로 대향되는 노즐(10)이 로터 기부(5) 내에 고정된다.
제거가능한 바스켓 조립체(19)가 로터 조립체(9)에 의해 규정되는 챔버(21) 내부에 설치되고, 소제시 로터 내용물의 제거를 돕는 역할을 한다. 조립체(19)의 주 바스켓 부분은 메시(mesh)로 형성된다.
커버 조립체(17)가 로터 조립체(9) 위에 장착되고, 클램프(18)에 의해 기부(1)에 고정된다.
스핀들(4)은 스핀들(4)의 중앙 보어(24)에 직각으로 로터 조립체(9)의 인클로저(enclosure) 내에 위치되는 천공부(25)와 결합되도록 그 하부 단부로부터 관통하여 연장되는 상기한 중앙 보어(24)를 구비한다.
시일 슬리브(11)가 베어링 하우징(2) 내에 끼워맞추어지고, 수직 방향으로 자유로이 활주된다. 시일 슬리브(11)는 하우징(2)을 통해 연장되는 그리고 시일 슬리브(11) 내의 수직 슬롯(27) 내에 맞물리는 스크류(12)에 의해 회전하지 못하게 된다. 이렇게 스크류(12)가 시일 슬리브(11) 내에 맞물리는 것은 또한 시일 슬리브(11)가 베어링 하우징(2)으로부터 수직 방향으로 이탈하지 못하게 하는 역할을 한다. 이러한 점에서, 시일 슬리브(11)는 시일 슬리브(11)의 기저부 내에 안착되는 그리고 그것과 하우징(2) 사이에서 작용하는 스프링(13)의 압축력에 의해 상향으로 가압된다.
축방향 밀봉 장치가 스핀들(4)과 베어링 하우징(2) 사이에 제공된다. 이 축방향 시일은 시일 슬리브(11) 내에 동축으로 끼워맞추어지는 관형 하부 시일 구성요소(14) 및 스핀들(4)의 하부 단부 내에 동축으로 고정되는 관형 상부 시일 구성요소(15)를 포함한다. 이들 시일 구성요소(14, 15) 사이의 계면은 하우징(2) 내의 베어링(3) 둘 모두의 높이 아래에 있다. 스프링(13)에 의해 시일 슬리브(11)에 작용하는 힘은 상부 시일 구성요소(15)의 하부 면에 맞대어지는 하부 시일 구성요소(14)의 상부 면으로 전달된다. 원심 분리기의 작동시, 상부 시일 구성요소(15)는 그것이 회전하는 스핀들(4)의 하부 단부 내에 고정되기 때문에 당연히 회전하고 있는 반면, 하부 시일 구성요소(14)는 그것이 이미 설명된 바와 같이 또한 하우징(2) 내에 회전불가하게 장착되는 슬리브(11) 내에 회전하지 못하게 고정되기 때문에 정지되어 유지된다.
유동 통로가 유체를 스프링(13) 및 시일 슬리브(11)의 축방향 통로를 통해 하부 시일 구성요소(14)의 보어에 공급하기 위해 입구 포트(16)로부터 기부(1)를 통해 연장된다. 유체 통로는 회전 시일 구성요소(15)의 축방향 보어, 스핀들(4)의 축방향 보어(24) 및 교차 천공부(25)를 통해 연장되어, 로터 조립체(9)의 로터 챔버(21)인 둘러싸인 공간으로 들어간다.
스프링(13)의 힘은 입구 포트(16)로부터 공급된 유체의 대부분이 하부 시일 구성요소(14)와 회전 시일 구성요소(15) 사이의 계면으로부터 누출되지 못하게 한다. 하부 시일 구성요소(14)와 회전 시일 구성요소(15) 사이의 계면으로부터 누출될 수 있는 유체는 베어링 하우징(2) 내의 천공부(26)를 통해 기부(1)로 배출될 수 있다. 또한, 예시된 실시예에서 스핀들(4)의 하부 단부 및 시일 슬리브(11)와 같은, 밀봉 장치(14, 15)를 장착한 구성요소, 또는 다른 실시 형태에서 임의의 다른 중간 마운트는 계면으로부터 누출되는 유체를 하우징(2) 내의 배출 개구[천공부(26)]를 향해 지향시키도록 구성되며, 그곳으로부터 유체는 원심 분리기의 기부(1) 내로 유입된다.
하부 시일 구성요소(14)와 회전 시일 구성요소(15)는 공급된 유체 내에 함유된 입상 물질로부터의 연마에 적절히 저항하기 위해 적합한 내구성 재료로 제조될 필요가 있다. 특히, 시일 계면은 시일 구성요소의 수리 또는 교체 사이의 긴 작동 주기를 유지시키기에 충분히 내마모성이어야 하며, 그것은 로터에 대한 구동 손실을 최소화시키기 위해 낮은 마찰을 제공하여야 한다. 세라믹 재료가 실린더형 시일 구성요소(14, 15)에 적합한 것으로 밝혀졌지만, 다른 재료 또는 재료 조합도 또한 적합한 것으로 판명될 수 있다.
유체의 압력 및 노즐(10)을 통한 그 접선 방향 방출은 로터 조립체(9)를 구동시키고, 원심력에 의해, 제거가능 바스켓 조립체(19)의 내부 표면에 고착된 입상 물질을 분리시킨다. 그것으로부터 입상 물질이 분리된 유체는 기부(1)로부터 섬프(sump)(미도시)로 배출되고, 입구 포트(16)로 재순환될 수 있다.
때때로, 소제 또는 교체를 위해 로터 바스켓 조립체(19) 및 그 내부에 수집된 오염 물질을 제거할 필요가 있다. 제거가능 로터 바스켓 조립체(19)가 소제를 위해 제거될 수 있기 전에 클램프(18), 필터 커버 조립체(17), 로킹 링(8) 및 로터 커버(7)가 제거되어야 한다. 클램프(18)는 로킹 링(8) 및 로터 커버(7)가 제거되기 전에 커버 조립체(17)의 신속한 해제를 허용한다.
하부 시일 구성요소(14) 및 회전 시일 구성요소(15)는 각각의 O-링(20)의 압축으로 인한 마찰에 의해 축방향 및 회전 방향으로 유지된다. 도시된 장치의 분해시, 하부 시일 구성요소(14) 및 회전 시일 구성요소(15)는 과도하게 마모된 때 교체될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시 형태의 세부 사항으로 제한되지 않으며, 설계 세부 사항의 많은 변화가 첨부 특허청구범위의 범위 내에서 가능하다.
본 명세서의 설명 및 특허청구범위 전반에 걸쳐서, 단어 "포함하다" 및 "함유하다"와 이것들의 변이어는 "포함하지만 그것으로 제한되지 않음"을 의미하며, 그것들은 다른 구성요소를 배제하도록 의도되지 않는다(그리고 배제하지 않음). 본 명세서의 설명 및 특허청구범위 전반에 걸쳐서, 단수는 문맥이 달리 요구하지 않는 한 복수를 포함한다. 특히, 부정 관사가 사용되는 경우, 본 명세서는 문맥이 달리 요구하지 않는 한 복수뿐만 아니라 단수도 또한 의도하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 기부 2: 베어링 하우징
3: 베어링 4: 스핀들
14, 15: 축방향 시일 21: 로터 챔버

Claims (8)

  1. 기부, 기부로부터 직립한 실질적으로 수직의 스핀들, 스핀들 상에 장착되는 그리고 스핀들을 둘러싸는 로터 챔버를 규정하는 로터를 포함하고, 기부는 여과될 유체를 위한 입구 통로를 구비하며, 스핀들은 여과될 유체를 입구 통로로부터 로터 챔버로 공급하기 위해 축방향 보어 및 그것으로부터의 출구를 구비하는, 원심 분리기에 있어서,
    스핀들은 기부에 대해 로터와 함께 회전하도록 로터에 연결되고, 기부에 대한 스핀들의 회전을 위한 베어링이 기부에 고정되게 장착되는 베어링 하우징 내에 제공되며,
    스핀들은 또한 베어링 하우징을 로터 챔버로부터 격리시키는 방식으로 로터에 연결되고,
    회전 베어링으로부터 분리된 밀봉 장치가 베어링 하우징 내의 베어링 아래의 위치에서 스핀들과 기부 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  2. 제1항에 있어서,
    밀봉 장치는 축방향 밀봉 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  3. 제2항에 있어서,
    축방향 밀봉 장치는 스프링 장착되는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  4. 제2항에 있어서,
    축방향 밀봉 장치는 상부 및 하부 실린더형 시일 구성요소를 포함하고, 상부 및 하부 실린더형 시일 구성요소 중 적어도 하나는 스프링 장착되어 다른 하나의 구성요소와 단부 대 단부(end-to-end) 밀봉 접촉하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  5. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    로터 챔버 내에 장착되는 제거가능한 바스켓 조립체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  6. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    로터 위에 장착되는 그리고 신속 해제 클램프에 의해 기부에 고정되는 커버 조립체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 분리기.
  7. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 자가 동력식 원심 분리기로서,
    로터는 노즐을 구비하고, 로터는 상기 노즐로부터의 유체 방출에 대한 반응에 의해 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 자가 동력식 원심 분리기.
  8. 실질적으로 첨부 도면을 참조하여 전술된 바와 같은 그리고 첨부 도면에 예시된 바와 같은 자가 동력식 원심 분리기.
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