KR20130074780A

KR20130074780A - 터보송풍기의 씰링구조

Info

Publication number: KR20130074780A
Application number: KR1020130061612A
Authority: KR
Inventors: 성병일
Original assignee: 주식회사터보젠
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-07-04

Abstract

본 발명은 원심형 터보송풍기에 관한 것으로, 공기를 흡입해 압축하는 임펠러(103), 압축된 공기 유동을 안내하는 케이싱(101), 임펠러를 고속으로 회전시키기 위해 일축으로 이루어진 피니언 기어(110)와 피니언기어와 연동되는 불기어, 피니언기어와 불기어를 감싸고 있는 기어박스(112)로 구성된 터보송풍기의 실링구조에 관한 것으로, 임펠러가 회전할 때 케이싱후면(백월)(104)에서 발생하는 압축공기를 효과적으로 감소시키고 공기가 밖으로 유출되는 것을 차단하기 위해 2단으로 된 레비린스 씰(105)(106)과 기어박스 내부의 오일이 피니언 기어와 결합된 회전축(109)으로부터 누유를 차단하기 위한 메카니칼 씰(107)과 씰칼라(108)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

터보송풍기의 씰링구조{TURBO BLOWER'S SEALING CONNECTION}

본 발명은 터보송풍기의 씰링구조에 관한 것으로, 고정 레비린스 씰(105)과 회전 레비린스 씰(106) 사이에 공기완충 역할을 하는 완충공간이 구성된 2단 형태의 레비린스 씰로 공기의 누기를 방지하고, 회전축과 결합된 씰 칼라(Seal collar)(108)와 메카니칼씰(107)로 기어박스(112)의 오일누유를 차단하는 구조에 관한 것이다.

일반적으로 터보송풍기는 압축부, 기어증속부, 모터 및 제어반으로 구성되며, 압축부는 임펠러와 케이싱, 레비린스 씰로 이루어져 있고, 기어증속부는 피니언기어, 불기어, 오일씰, 오일펌프 등으로 이루어져 있다.

본 발명은 압축부와 기어증속부에 사용되는 씰링 구조에 대한 것으로, 종래의 선행기술과 문헌에서도 유사한 기술을 확인할 수 없어 현재 시판되고 있는 터보송풍기와 터보압축기의 씰링구조로 기술하였다. 여기서 터보송풍기와 터보압축기는 둘 다 고속회전체이지만, 터보송풍기는 토출압력이 1kgf/㎠이하로 그 이상의 토출압력은 터보압축기로 구분한다. 터보송풍기와 터보압축기는 구조와 사용용도는 다르지만, 근본적인 구조는 비슷하여 유사기술의 예로 포함하여 설명하였다.

도 1은 종래의 터보송풍기의 씰 구조를 보인 종단면도이다. 도 2와 도 3은 이해를 돕기위한 일반적인 터보송풍기의 씰링 구조를 나타내는 모식도이며, 도 4는 종래의 터보기기(터보압축기)의 씰링구조를 나타내고 있다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 터보송풍기의 씰은 임펠러 후단(배면)의 환상의 실링부재인 비접촉식 레비린스 씰(106)과 비접촉식 오일씰(105)로 이루어져 있고, 이러한 레비린스 씰은 통상 회전축 대항되는 외주면에 일정한 공차로 간격을 유지하고 돌기 형태의 레비린스를 사용하여 공기의 누기를 방지하고 있다.

현재의 터보송풍기 실링부재인 레비린스 씰(105,106)은 허용공차가 매우 적게 하여야 효과가 있으므로 구동축(회전로터)의 이상진동이 발생하면 외주면의 고정 레비린스 씰(105)과 회전 레비린스 씰(106)과 접촉되면서 마모가 발생해 씰링효과가 저하되고 이로 인한 압축공기의 누설이 증가하여 송풍기의 성능이 저하될 뿐 아니라 압축된 공기가 씰링효과가 저하된 레비린스 씰을 통하여 기어박스로 공기가 유입되어 기어박스 내 압력을 증가하여 오일 유증기가 발생하고 별도의 오일 미스트 제거장치를 추가해야하는 문제점이 있었다.

또한, 도3과 도4의 형태를 가진 종래 기술에서는 이상발생으로 오일씰과 레비린스 씰이 회전축(shaft)과 마찰이 발생할 시 오일 씰과 레비린스 씰의 손상 뿐만 아니라 회전축에서 손상을 가져 올 수 있어 수리비용 및 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 씰링구조가 가지고 있는 여러 문제점을 해결하고자 한 것으로, 상기 회전축(109)과의 허용공차를 최소화하고, 허용공차의 최소화로 인한 마모에도 누기를 방지할 수 있는 2단으로 형성된 비접촉식 레비린스 씰과 기어박스에서 누유를 방지하기 위한 축방향의 접촉식 메카니컬 씰에 관한 것으로 임펠러의 회전속도가 10,000RPM이상의 터보송풍기의 씰구조에 적용하기 위해 상기 레비린스 씰(105,106)과 메카니칼 씰(107)을 포함한 씰 칼라(108)가 포함된다.

즉 상기 종래의 씰링구조가 가진 문제점을 해결하기 위해 케이싱 흡입구(100)를 통해 흡입된 공기를 모터와 연결된 불기어(113)와 피니언기어(110)를 통해 임펠러(103)가 회전하여 공기를 압축하여 케이싱 토출구(102)를 통해 보내는 터보송풍기에 있어서, 임펠러와 피니언 기어가 일축으로 결합 되어지고 임펠러 후단(배면)에서 발생하는 공기 기밀방지를 위한 2단 형태의 고정 레비린스 씰과 2단의 형태의 회전 레비린스 씰로 임펠러와 결합된 회전축 외주면에 대항하여 설치되어 오일의 누유를 차단하는 메카니칼 씰 및 메카니칼 씰과 대항하여 피니언기어와 결합된 씰 칼라(Seal collar)(108)를 포함하여 구성되어지고,

본 발명에 따른 터보송풍기의 씰링구조는 상기 서로 다른 모양과 재질을 사용한 2단 형태의 고정 레비린스 씰(105)과 2단 형태의 회전 레비린스 씰(106)의 사이에 감압된 압축공기를 완충시키는 완충공간을 가진 레비린스 씰이 구비되는 것을 특징으로 하는 터보송풍기의 씰링구조로 상기 임펠러가 결합된 회전축의 외주면에 고정된 레비리스(105)와 씰 칼라(108)가 구성되고 회전축의 레비린스와 레비린스 씰 사이에 메카니칼 씰(107)이 조립되어 씰 칼라 페이스 면과 접촉하도록 구성된 터보송풍기의 씰링구조를 포함하는 것으로 해결할 수 있다.

본 발명에 의한 터보송풍기의 씰링장치는 임펠러와 결합된 회전축의 회전 레비린스 씰과 고정 레비린스 씰의 사이에 공기 완충공간을 구성하여 2단으로 구성된 레비린스 씰에서 완전하게 기밀을 유지하도록 하였고, 1단 레비린스 씰과 2단 레비린스 씰을 서로 다른 높이로 평형하게 위치함으로서 미세오일이라도 기어박스에서 임펠러로 유출될 수 없도록 하였다. 또한, 회전축과 결합된 회전 레비린스(106) 씰과 그와 대항해서 설치되는 고정 레비린스 씰(105)의 모양과 재질을 다르게 하여 터보송풍기가 회전 이상상태가 발생하여 레비린스의 마모가 발생하더라도 씰의 역할을 할 수 있도록 그 형상을 다르게 하였으며, 회전축과 결합된 회전 레비리스 씰의 재질을 그와 대항하는 고정 레비리스 씰보다 강한 재질을 사용하여 상기 사항을 구현할 수 있었다. 또한, 종래의 레비린스 씰과 오일 씰을 사용한 경우, 회전축을 통하여 오일이 임펠러 쪽으로 누유되는 현상을 씰칼라(108)와 메카니칼 씰(107)로 원천적으로 차단하였고, 임펠러가 고속회전과 저속회전을 번갈아 할 때에 발생하는 추력의 변화에 대응할 수 있도록 메카니칼 씰 케이지에 판스프링(107-1)을 구성하여 고속으로 회전하는 터보송풍기의 임펠러(103)의 후단(배면)에서 발생하는 양압의 공기 누기를 방지하고, 임펠러와 결합된 회전축(회전로터)으로부터 누유를 차단할 수 있는 씰 구조로서 본 발명으로 구동축(회전로터)의 이상진동이나 이상발생 시 씰 손상방지, 씰 마모로 씰링효과의 저하 방지, 회전축 손상방지, 압축공기의 누설을 증가하여 송풍기 성능의 저하를 방지, 오일 유증기로 인한 오일 미스트제거 장치를 추가해야하는 비용절감, 수리시간 및 비용절감 등을 할 수 있으므로 고속회전하는 터보송풍기에 효과적으로 적용할 수 있다.

도 1은 종래 터보송풍기의 씰링구조 종단면도
도 2는 이해를 돕기 위한 종래 터보송풍기의 씰링구조 모식도
도 3은 이해를 돕기 위한 종래 터보송풍기의 씰링 구조 종단면도
도 4는 종래의 터보기기의 씰링구조
도 5는 본 발명의 실링장치가 구비된 터보송풍기의 종단면도
도 6은 도 5의 상세도
도 7은 도 6의 상세도

본 발명은 고속으로 회전하는 터보송풍기의 임펠러(103)의 후단(배면)에서 발생하는 양압의 공기 누기를 방지하고, 임펠러와 결합된 회전축(회전로터)으로 부터 누유를 차단하기 위한 씰 구조로서 최소 10,000RPM이상으로 회전하는 터보송풍기에 적용하기 위해서이다.

종래 터보송풍기에는 도1과 같이 비접촉식 레비린스 씰(105,106)과 비접촉식 오일 씰(200)을 사용한 경우, 회전축의 진동으로 회전축과 회전축의 외주면에 형성된 비접촉식 레비린스 씰(105)과의 접촉으로 마모가 발생하면 임펠러가 회전할 때 회전축의 추력으로 인해 임펠러 후단과 케이싱 백월(BACK WALL)(104) 사이에서 발생한 양압(플러스 압력)의 공기가 회전축을 따라 레비린스 씰(105,106)과 오일 씰(200), 그리고 베어링을 통해 기어박스(112)로 유입되게 된다.

기어박스(112)에는 오일 윤활을 통해 불기어(113)와 피니언기어(110가 서로 마찰하면서 구동하는데 이로 인한 마찰열과 압력이 생성되어 기어박스의 공기벤트(VANT) 홀을 통해 유증기가 다량으로 발생하게 되고, 이로 인해 오일의 소모량이 많고 주위 환경이 불결해진다. 또한, 반대의 경우가 발생할 수 있는데. 터보송풍기가 로드 및 언로드(LOAD/UNLOAD)를 주기적 또는 단속적으로 운전할 때 언로드 시 기어박스의 압력이 임펠러 후단의 압력보다 높아져 회전축(109)과 오일씰(200)을 통해 오일이 누유될 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하고자 안출된 것이다.

본 발명의 구성과 작용에 대하여 이해를 위해 도3, 도4에 대하여 살펴본다.

도 5에서는 터보송풍기의 단면도로 전체 구성을 볼 수 있다. 도 6를 통하여 보다 상세하게 씰의 구조와 작용에 대해서 살펴보자면, 임펠러(103)와 결합된 회전축(110)과 결합된 고정 레비린스 씰(105), 고정 레비린스 씰 외측에 설치된 회전 레비린스 씰(106), 그리고, 축방향으로 회전하는 메카니칼 씰(107)과 회전축(110)에 고정된 씰 칼라(108)로 이루어져 있다.

본 발명은 회전축과 결합된 고정 레비린스씰(105)과 상대 측 회전 레비린스 씰(106)의 모양을 다르게 한 2단 형태의 레비린스를 사용하여 임펠러 추력으로 인해 임펠러 후단에서 발생하는 양압을 1단과 2단으로 감소시켰으며, 회전축의 회전 레비린스와 고정 레비린스씰의 재질을 다르게 하였고, 회전 레비린스의 재질을 고정 레비린스 씰의 재질보다 강한 재질을 사용하여 진동 발생시나 이상상태가 발생으로 씰이 손상되더라도 레비린스 형태 유지되거나 레비린스 씰만 교체 할 수 있도록 고안하였다. 이는 종래의 회전축 레비린스와 상대측 레비린스 씰을 같은 재질로 사용함으로서 마모시 발생하는 마찰열로 인해 눌러 붙어 버리거나 양쪽 레비린스가 마모되는 현상을 초래하였다. 따라서, 회전축에 결합된 레비린스는 교체가 용이하지 않기 때문에 교체가 어렵고, 교체시간 및 비용이 많이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래의 레비린스 씰을 통한 누기를 방지하고 기어박스로부터 누유되는 오일을 원천적으로 차단하기 위하여 2단 형태의 서로 다른 레비린스 모양의 쇄기를 가진 고정 레비린스(105))와 회전축에 고정하여 회전축과 함께 회전하는 회전 레비린스 씰(106)을 사용하였고, 터보송풍기의 언로드(UNLOAD)시 누유를 방지하기 위하여 메카니칼 씰(107)과 씰 칼라(108)를 축방향으로 설치하였다. 회전축의 외주면에 결합된 씰 칼라(108)는 종래의 메카니칼 씰은 회전축과 레이디얼 방향으로 설치되지만, 본 발명은 씰 칼라의 페이스면과 메카니칼 씰의 페이스 면이 축방향으로 대항하여 접촉하도록 함으로서 회전축의 추력에 의한 베어링(111)의 누유 문제 및 레비린스 씰을 통한 누기와 기어박스로 부터의 오일 누유를 원천적으로 차단토록 한 씰링구조이다. 이는 종래의 오일씰을 본 발명의 메카니칼 씰이 대체할 수 있으므로 구조가 간단하고 유지보수가 편리하다는 장점이 있다.

도 7은 본 발명의 메카니칼 씰의 상세도로 메카니칼 씰 케이싱 내부에 판형 스프링(107-1)을 넣어 터보송풍기의 언로드 및 로드(UNLOAD/LOAD)시 임펠러의 추력정도에 따른 씰링정도를 보완하도록 고안하였다.

100 케이싱 흡입구
101 케이싱
102 토출구
103 임펠러
104 케이싱 후면(백월)
105 고정 레비리스 씰
106 회전 레비린스 씰
107 메카니칼 씰
108 씰 칼라
109 회전축
110 피니언 기어
111 베어링
112 기어박스
113 불기어
200 오일 씰

Claims

케이싱 흡입구(100)를 통해 흡입된 공기를 모터와 연결된 불기어(113)와 피니언기어(110)를 통해 임펠러(103)가 회전하여 공기를 압축하여 케이싱 토출구(102)를 통해 보내는 터보송풍기에 있어서,
상기 임펠러와 피니언 기어가 일축으로 결합 되어지고 임펠러 후단(배면)에서 발생하는 공기 기밀방지를 위한 2단 형태의 고정 레비린스 씰과 2단의 형태의 회전 레비린스 씰로 임펠러와 결합된 회전축 외주면에 대항하여 설치되어 오일의 누유를 차단하는 메카니칼 씰 및 메카니칼 씰과 대항하여 피니언기어와 결합된 씰 칼라(108)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터보송풍기.
제 1항에 있어서,
상기 서로 다른 모양과 재질을 사용한 2단 형태의 고정 레비린스 씰(105)과 2단 형태의 회전 레비린스 씰(106)의 사이에 감압된 압축공기를 완충시키는 완충공간을 가진 레비린스 씰이 구비되는 것을 특징으로 하는 터보송풍기의 씰링구조.
제1항에 있어서,
상기 임펠러가 결합된 회전축의 외주면에 고정된 레비리스(105)와 씰 칼라(108)가 구성되고 회전축의 레비린스와 레비린스 씰 사이에 메카니칼 씰(107)이 조립되어 씰 칼라 페이스 면과 접촉하도록 구성된 터보송풍기의 씰링구조.