KR20130079332A - 탄성 콘형 링과 압력 발휘를 위한 케이스를 갖는 밀봉 요소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정적 밀봉 부재(a static sealing element: 1)에 관한 것이다. 그 정정 밀봉 부재는, 자신의 변형이 힘을 전달하게 할 수 있는 탄성 콘형 링(10)과, 밀봉을 확립하는 케이스(18)와, 그리고 탄성 링(10)의 본래적 효과들을 케이스(18)의 굽은허리형 엣지들(bent-back edges: 20, 21)로 전달하여 그들에게 밀봉을 보장하는 압력이 발휘되도록 하는 2개의 지지와셔(27, 28)를 포함한다. 케이스(18)는 전성(展性, ductile)을 가지나 통상의 탄성중합체들 보다는 덜 변형되려는 특성의 물질로 만들 수 있다.

Description

탄성 콘형 링과 압력 발휘를 위한 케이스를 갖는 밀봉 요소 {SEALING ELEMENT HAVING A RESILIENT CONICAL RING AND CASING FOR EXERTING PRESSURE}

본 발명은 탄성 테이퍼 와셔(an elastic tapered washer)와 압력을 발휘하는 케이스를 포함하는 밀봉요소에 관한 것이다.

회전자와 고정자 사이에 있는 어떤 밀봉 장치들은, 그 고정자에 링크된 하나의 유닛과 그 회전자에 연결된 나머지 하나의 유닛의 두 유닛 사이에서 축방향 접촉에 의해 작동한다. 그 유닛들 간의 접촉 구역에서는, 상기 회전자 및 고정자의 유닛들에 각각 견고하게 링크되어 있거나 또는 그들과 병합되어 있는 축방향접촉된 적정한 밀봉 요소들은, 이와 같은 접촉에 의해 그 고정자 부분과 회전자 부분 간에 밀봉 상태가 확보될 수 있게 해준다. 밀봉 상태를 유지하기 위해, 특히 상기 밀봉 요소들이 손상되기 쉬운 상태일 때, 그 유닛들 중 하나--이하에서는 가동 유닛이라 함--는 축방향으로 어느 정도의 자유를 보유하며, 상기 제2 유닛과의 축방향 접촉은 상기 가동 유닛을 미는 탄성 요소에 의해 제공된다. 그리하여 밀봉 장치의 압력 등급이라는 개념이 대두된다. 나아가, 이차적 밀봉 요소들은 상기 고정자 유닛과 상기 고정자 사이, 그리고 상기 회전자 유닛과 상기 회전자 사이에 위치한다. 몇몇 디자인에서는, 기계요소들이 가동 유닛의 이차 밀봉 및 가압 기능들이 단일 부품 안에 내장되게 할 수 있다. 보통의 구조는 그 기계요소들에 탄성 테이퍼 와셔 코어를 부가하는 것에 특징이 있으며, 그것의 변형이 바로 이런 힘을 결정한다. 상대적인 회전 상태에 있지 않고 그래서 정적인 밀봉을 발휘하는 두 부품들 사이에 위치하는 이들 이차적 구성요소들의 밀봉은 일반적으로 탄성중합체로 만들어 그 탄성 와셔들 완전히 포위하는 케이스에 의해 제공된다. 그러한 디자인이 여러 자료들 중에서도 특히 WO-A-86/004655 문서에 개시되어 있다.

그와 같은 장치들의 장점은 그 이차 밀봉 요소들의 디자인이 단순하다는 점이다. 다른 장점으로는, 그 장치들의 적정한 구조에 의해, 연마입자들을 비롯하여 갇힌 매질(confined medium)의 불순물들은, 이 불순물들이 존재하면 회전하는 부분들 사이에 손상을 일으킬 수도 있는 주 밀봉재 쪽이 아니라, 그 이차 밀봉 요소들 쪽으로 향하는 원심력에 의해 퇴출된다는 점이다. 그렇지만, 저온에서만 견딜 수 있는 탄성중합체로 만들 케이스를 사용함으로써 불리한 점이 생긴다. 그러므로 금속 풀무와 같은, 다른 정적인 이차 밀봉 요소들이 고온용으로 사용된다: 이들 풀무는 일반적으로 부품들에 연결되는 바 용접에 의해 그 부품들간에 연장된다; 그들의 밀봉은 우수하나 그들 쪽으로 방출된 고체 불순물들이 그들의 풀무 요소들 사이에 축적되기 쉽고, 궁극적으로는 그들이 전하는 압력의 크기를 변경시키고, 이에 의해 그 장치를 못 쓰게 만들 수 있다.

본 발명의 목적은 압력을 장치의 다른 부분으로 전달하는 테이퍼 와셔와, 밀봉을 제공하고 고온에서도 견디는 물질로 제조된 상기 와셔의 케이스를 포함하는 이차 실링 요소를 제공하는 것이다. 보다 구체적으로는, 제조하는 데 탄성중합체보다 훨씬 더 잘 변형될 수 있고 그러므로 맞은편 부분의 표면 형상에 가까운 형상을 띌 수는 없는 물질들을 사용할 필요성, 그리고 그 탄성 와셔가 필요한 압력을 받을 후 발생하기 쉬운 변형 편차를 보상할 필요성에도 불구하고 그 케이스의 밀봉 능력을 보호해줌으로써, 이차적 정적 밀봉 요소(secondary and static sealing element)에 관한 개선된 디자인을 제공하는 것이다. 본 발명은 탄중합체보다 덜 변형되는 성질의 밀봉 물질을 사용함으로써 생기는 제조상의 본래적 어려움에 관해 이루어져야 할 보상을 할 수 있게 해준다.

그러므로 그 구성요소의 정의는 탄성 테이퍼 요소(an elastic tapered element)와 상기 와셔를 포위하는 케이스를 포함하며, 외측 원주 및 내측 원주 상에 밀봉 지지부들을 갖는 밀봉 요소로서, 상기 케이스는 상기 와셔의 한쪽 면(one face) 앞의 연속 스트립(continuous strip)과, 상기 지지부들에 마련된 굽은 엣지들을 포함하며, 상기 굽은 엣지들은 상기 와셔 맞은편 면의 일부의 앞쪽으로 연장된 단부들을 포함하는 것을 특징으로 하며, 또한 그것은 상기 탄성 와셔와 상기 굽은 엣지들의 단부들 사이에 각각 수용된 두 개의 지지 와셔를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지 와셔들의 주된 기능은 상기 케이스의 상기 굽은 엣지들을 축 또는 반경 방향으로 정렬되어 있는 상기 포위지지 면들에 맞닿아 지지되게(against the surrounding support faces) 하는 것이고, 그리므로 상기 밀봉을 제공한다.

바람직하게는 상기 탄성 와셔가 일체주조식(monobloc)이거나 또는 적어도 한쪽 주변(one periphery)상의 서로 근접하지만 분리된 부채꼴부(sectors)들로 구성된 총안형 와셔(crenellated washer)일 수 있으며; 특히 여러 번 반복된 패턴으로 만들어질 수 있으며, 그러므로 외측원주 세그먼트들 및 내측원주 세그먼트들과 교호하는(alternating) 방사상 세그먼트들(radial segments)로 구성된다. 그와 같은 와셔는 단단함과 있을 수 있는 변형 과정을 주기 위해, 즉 압력을 원하는 대로 정하기 위해 더 큰 제조상의 자유를 제공한다. 그와 같은 총안형 와셔에 의해 케이스에 발휘되는 압력은 불규칙적일 수 있고, 그리고 부채꼴부들 사이에서는 덜 강할 수 있으며, 이런 점이 밀봉을 훼손할 수 있다. 그렇지만 이런 것은 지지 와셔들 덕에 방지되며, 그 지지 와셔들은 자신들의 전체 원주에 걸쳐 연속되어 있고 그렇기 때문에 그 케이스 상에 압력 균일도를 재수립해준다.

후자는 PTFE로 만들 수 있으며, 특히 "재구성된(restructured)" PTFE일 수 있수 있는데 그것은 보통의 PTFE보다 크리프 현상이 덜 나타나는(less creep) 특성을 가지며 그렇기 때문에 오랜 시간 동안 더 우수한 밀봉을 유지하는 특징을 갖는다.

상기 지지와셔들 중 적어도 하나(그리고 바람직하게는 둘)는 상기 케이스의 굽은 엣지 쪽을 향하는 돌출구슬부(a bead)를 가지며, 그것은 상기 밀봉을 책임지는 압력을 소정의 라인에 집중시키며 그것의 품질에 관해 향상된 보장을 제공해준다. 상기 돌출구슬부는 상기 굽은 엣지의 상기 단부에 맞닿아 지지된 채(against) 상기 요소의 축방향으로 압력을 만들어내기 위해 상기 탄성 와셔로부터 멀어지는 방향을 향할 수도 있고, 또는 방사상 압력이 발휘되도록 반경방향으로 향해 상기 탄성 와셔를 넘어설 수도 있고; 또한 그것은 한꺼번에 이 두 가지 특징을 모두 포함할 수도 있다. 방사상 돌출구슬부는 또한, 상기 탄성 와셔의 변형이 어떤 것이건 간에, 상기 지지 와셔들의 위치를 상기 케이스에 대하여 불변되게 할 수도 있다.

그 탄성와셔가 이들 와셔들을 정지시키기 위한 적어도 하나의 정지 노치를 가진다면, 상기 지지 와셔들의 중심에 정확하게 맞는 위치가 유지될 수 있다. 다른 개선점에 따르면, 금속 와셔는 케이스의 주 스트립의 내측 면(an inner face) 또는 반대쪽 면에 부가될 수 있는 바, 이는 이쪽 사이드에 있을 수도 있는 어떤 부식성 유체로부터 그것을 보호하기 위함이다. 이 금속 와셔는, 코팅과 더 비슷한데, 어떤 경우에는 상기 탄성 와셔와 상기 지지 와셔들보다 더 미세하고, 그리고 상기 요소의 단단함에는 기여하여서는 아니 된다.

끝으로, 상기 지지 와셔들은 분리되어 있거나 또는 반대로 더 미세한 받침부로 서로 연결되어 있다.

본 발명에 따르면, 종래에 비해 케이스의 밀봉 능력이 장시간 우수하게 유지될 수 있다. 특히 총안형 와셔에 의해 나타날 수 있는 케이스에 대한 압력 불균일성으로 인해 밀봉의 훼손 가능성을 지지 와셔들을 채용함으로써 방지할 수 있다. 또한, 케이스 상에 압력 균일도를 재수립해준다.

또한, 케이스 제조상의 자유도를 더 크게 제공하여 제조상의 기술적 어려움을 경감할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 나타내는 도면과 연관시켜 설명할 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 구성요소의 횡단면을 도시하며, 도 2와 3은 이 횡단면의 양측 단부의 상세도이고, 도 4는 탄성 와셔를 도시하며, 도 5는 제조 전의 와셔를 도시한다.

먼저, 도 1을 참조한다. 이 케이스에 있어서, 본 발명에 따른 밀봉요소(1)가 회전자의 주 회전샤프트(2)와 그 샤프트(2)를 감싸는 밀봉유닛(3) 사이에 위치하며, 그것과 함께 회전하지만 그것에 부착되어 있지는 않다. 밀봉요소(1)는 일반적인 원형이면서 절두형(truncated shape)이고, 회전자의 회전축선(X)과 중심이 같다. 그것의 다른 단면들은 후자와 거의 비슷하다. 밀봉유닛(3)은 통상적으로 밀봉요소(1)의 반대쪽 사이드에 주 가스켓 밀봉재를 포함하는 밀봉장치의 일부를 형성하며, 그 뒤로 고정 밀봉유닛이 그 밀봉유닛(3)의 연장부로서 따르며(있으며), 밀봉요소(1)와 비슷할 수도 있는 다른 제2 밀봉요소가 그 제2 유닛을 고정자에 연결한다. 본 발명 밖의 이 장치는 표현되지는 않았지만, 보다 완전한 설명을 위해 앞에서 언급한 그 특허를 참조할 수 있다. 밀봉유닛(3)은 주 가스켓 실(seal)에 설정가능한 힘을 가하도록 샤프트(2) 둘레를 따라 활주한다. 밀봉요소(1)가 이 힘을 전달하는 데 도와준다. 그것의 내측 단부(4)는 축방향으로 회전샤프트(2)의 정렬된 편평 스팬(5)과 샤프트(2) 상에 나사결합된 잠금링(rocking ring, 6)에 속하는 동일한 타입의 스팬 사이에서 압축된다. 밀봉요소(1)의 바깥 단부(7)도 축방향으로 정렬된 밀봉유닛(3)의 편평 스팬(8)과 밀봉유닛(3) 상에 나사결합된 동일한 타입의 잠금링(9)의 스팬 사이에서 비슷하게 압축된다.

밀봉요소(1)는 그것의 코어를 구성하는, 도 4에 완전하게 도시된 점감형 탄성 와셔(a tapered elastic washer, 10)를 포함한다. 그것은 여러 회 반복된 패턴으로 구성되어 방사상으로 정렬된 세그먼트들(11)과 외측(12) 및 내측(13) 원주의 세그먼트들을 택일적으로 준다. 그 원주들 중 어느 하나를 고려하든, 그 조립체는 노치부(notch: 15)와 교대로 배치된 부채꼴부(sector: 14)를 형성한다. 탄성 와셔(10)의 한쪽 면은 또한 내측 노치부(16)와 외측 노치부(17)를 가지며, 이들 양자는 모두 원형이며, 이하에서 설명한다.

밀봉요소(1)는 또한 탄성 와셔(10)의 앞쪽에서 이것에 받쳐져 있는 연속 스트립(19)과, 그 스트립(19)에 부착된 내측 굽은 엣지(20)와 외측 굽은 엣지(21)로 구성된 외측 케이스(18)를 포함하며, 내측 굽은 엣지(20)와 외측 굽은 엣지(21)는 회전 샤프트(2)와 잠금링(9)의 원형 스팬(22 및 23)에 각각 받쳐져 있다. 굽은 엣지(20 및 21)들은 자신과 직각을 이루며 편평 스팬(5 및 8) 상에 지지되어 있는 단부(24 및 25)를 포함한다. 상기 케이스의 재질은 그것이 받쳐지는 표면에 정확하게 맞춰질 수 있도록 하기 위해 전성(展性, ductile)을 갖는 것, 예컨대 금속이다. 그러므로 하우징(26)을 케이스(18)가 감싸고 있으며, 그 하우징(26)은 단부(24 및 25)에 의해 부분적으로 닫혀있고 탄성 와셔(10) 외에 내측 지지 와셔(27) 및 외측 지지 와셔(28)를 내포하며, 내측 지지 와셔(27)는 내측 굽은 엣지(20)로 받쳐져 있고 외측 지지 와셔(28)는 외측 굽은 엣지(21)로 받쳐져 있다. 전체 와셔들(10, 27, 28)은 굽은 엣지들(20 및 21)의 단부들에 의해 제자리에 받쳐져 있다.

지지 와셔(27 및 28)는 기본적으로 점감형(테이퍼형: tapered)이고, 탄성 와셔(10)의 테이퍼 각도와 비슷한 테이퍼 각도를 가지며, 상기 축방향과 반경방향 양쪽으로 돌출되고 케이스(18)의 굽은 엣지(20 또는 21)와 접촉되어 있는 돌출구슬부(bead: 29, 30)를 각각 갖는다. 굽은 단부(24 또는 25) 쪽으로 밀어서 굽은 단부(24 또는 25)가 도 2와 3에 나타낸 구역(31 또는 32)에서 축 스팬(5 또는 8) 상에 가압된 접촉을 가지게 함으로써, 이들 돌출구슬부(29 및 30) 각각은 잠금링(6 또는 9)이 만들어낸 압축력이 밀봉요소(1)를 통해 전해지도록 허용해준다. 그리하여 이 위치에서 확보된 압축이 밀봉을 제공한다. 돌출구슬부(29, 30)의 반경방향 돌출부분들은 굽은 엣지(20 및 21)들을 원형 스팬(22 및 23)에 기댄 상태로 비슷하게 유지시키고 또한 그 밀봉을 강화시킨다. 부채꼴부(14)와 노치부(15)들의 교호적 배치 때문에 생겨난 압력 불규칙성은 지지 와셔(27 및 28)에 의해 제거된다. 지지 와셔(27 및 28)들은 탄성 와셔(10) 상에 받쳐져 있고, 노치부(16 및 17)들의 경계부들에서 안쪽 요부(inside recesses: 33 및 34)를 형성한다. 그리하여 그들의 중심일치(centering)가 유지되며, 그것으로 밀봉 요소(1)의 응집적 밀봉이 유지된다: 밀봉 구역(31 및 32)들의 위치는 탄성 와셔(10)의 변형에도 불구하고 변경되지 않는다.

지지와셔(27 및 28)들은 밀봉요소(1)의 다른 구성부들에 의해 정의되는 자신들의 위치를 변경하지 않고 자신들을 가볍게 붙잡아 주는 더 섬세하고 변형가능한 받침대(strut, 35)에 의해 분리되거나 결합될 수 있다. 케이스(18)와 특히 스트립(19)은 자신의 한쪽 앞면 상의 미세(fine) 와셔(36 또는 37)를, 탄성 그것을 보호하기 위하여, 잠금링(6 및 9) 상의 탄성 와셔(10)에 대하여 지지할 수 있다.

케이스(18)는 원래는 편평한 원하는 재질의 원형 스트립을 소성 변형(plastic deformation)하여 제조할 수 있다. 이것은 PTFE와 특히 Gylon이라는 이름으로 Garlock사가 판매하는 재구성 PTFE(restructured PTFE)일 수 있다. 주변 부재들에 맞게 조절되기에 충분한 전성(ductility)을 가지진다면 그리고 와셔들의 압력효과 하에 그것들에 밀봉을 제공한다면, 다른 물질들도 적합할 수 있다. 후자는 일반적으로 금속이다. 도 5에 도시된 것처럼 굽은 엣지(20 및 21)을 밀어냄으로써 요부(recess, 26)가 형성되고, 상기 와셔들이 그 요부(26) 안에 설치되고 그리고 그 굽은 엣지(20 및 21)들의 단부(24 및 25)들이 접힌다.

1: 실링 요소 2: 주 회전샤프트
3: 실링 유닛 4: 내측 단부
5, 8: 편평 스팬 6, 9: 잠금 링
7: 실링요소의 바깥 단부 10: 탄성 와셔
11: 방사상 세그먼트 12: 외측 원주
13: 내측 원주 14: 부채꼴부
15: 노치부 16: 내측 노치부
17: 외측 노치부 18: 외측 케이스
19: 연속 스트립 20: 내측 굽은 엣지
21: 외측 굽은 엣지 22, 23: 원형 스팬
24, 25: 단부 26: 하우징
27: 내측지지 와셔 28: 외측지지 와셔
29, 30: 돌출 구슬부 31, 32: 밀봉구역
33, 34: 안쪽 요부 35: 받침대(strut)
36, 37: 미세 와셔

Claims (10)

1. 테이퍼형 탄성 와셔(an elastic tapered washer: 10), 그리고 상기 와셔를 포위하는 전성(展性, ductile) 케이스(18)를 포함하며, 외측 원주와 내측 원주 상에 밀봉 지지부들을 갖는 밀봉 요소(1)로서, 상기 케이스(18)는 상기 와셔의 한쪽 면(one face) 앞의 연속 스트립(19)과, 상기 지지부들에 마련된 굽은 엣지들(20, 21)을 포함하며, 상기 굽은 엣지들은 상기 탄성 와셔(10) 맞은편 면의 일부의 앞쪽으로 연장된 단부들(ends: 24, 25)을 포함하는 점과, 상기 케이스(18)는 상기 탄성 와셔와 상기 굽은 엣지들의 단부들 사이에 각각 수용된 두 개의 지지 와셔(27, 28)들을 포함하는 점을 특징으로 하는 밀봉 요소.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 와셔(10)는 총안형 와셔(crenellated washer)이고, 적어도 한쪽 주변(one periphery)상의 서로 근접하지만 이격되어 있는 부채꼴부(sectors: 14)들로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
3. 제2항에 있어서, 상기 탄성 와셔(10)는 여러 번 반복되는 패턴으로 형성되고, 외측 원주 세그먼트(12)들 및 내측 원주 세그먼트(13)들과 교호하는(alternating) 방사상 세그먼트들(radial segments: 11)로 구성된 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 케이스는 PTFE로 만들어진 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
5. 제4항에 있어서, 상기 PTFE는 재구성된(restructured) 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 지지 와셔들 중 적어도 하나는 상기 탄성 와셔로부터 멀어지는 쪽을 향하며 상기 굽은 엣지(20, 21)의 상기 단부(24, 25)에 맞닿아 지지되는(against) 돌출구슬부(a bead: 29, 30)를 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 지지 와셔들 중 적어도 하나는 반경방향으로 향해 상기 탄성 와셔(10)를 넘어서고 상기 굽은 엣지(20, 21)에 맞닿아 지지되는 돌출구슬부(29, 30)를 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 탄성 와셔(10)는 상기 지지 와셔(26, 27)들 중 하나를 중지시키 위한 적어도 하나의 원형 노치부(16, 17)를 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 밀봉 요소는, 상기 탄성 와셔 및 상기 지지 와셔들보다 더 미세하고(finer) 상기 케이스의 상기 스트립의 안쪽 면 또는 바깥쪽 면 상에 마련된 금속 와셔를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 지지 와셔들은 더 미세한 받침부(a finer strut)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.

Images