KR20130127591A

KR20130127591A - 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치

Info

Publication number: KR20130127591A
Application number: KR1020120051237A
Authority: KR
Inventors: 안중렬; 신경웅
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-25

Abstract

본 발명은 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치에 관한 것으로, 그 목적은 씰 슬리브와 씰 링 사이에 소형화된 다수개의 멀티스프링을 설치하여, 씰 링과 슬라이딩부의 밀착접촉에 의해 형성되는 습동면에 균일한 힘이 적용되도록 한 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 카코 오일펌프의 펌프축에 접촉되어 일체로 회전되고, 내부에 다수개의 스프링 삽입홈을 구비하는 씰 슬리브와, 씰 슬리브의 외측에 위치하도록 설치되는 씰 링(Seal Ring)과, 씰 슬리브에 일측단이 접촉지지되고 타측단이 씰 링의 일측에 접촉지지되도록 다수개의 스프링 삽입홈내에 각각 삽입 설치되는 멀티스프링과, 상기 씰 링과의 접촉에 의해 습동면을 형성하는 슬라이딩(Sliding)부와, 상기 슬라이딩부가 고정설치되고, 펌프 케이싱과 연결되는 씰 플렌지(Seal flange)와, 상기 씰 슬리브와 씰 링 사이에 설치되어 스프링 삽입홈내로 오일 유입을 차단하는 오 링을 포함한다.

Description

소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치{Oil non-contact multi spring mechanical seal}

본 발명은 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치에 관한 것으로, 씰 슬리브와 씰 링 사이에 소형화된 다수개의 소형 멀티스프링을 설치하여, 습동면에 균일한 힘이 적용되도록 한 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치에 관한 것이다.

일반적으로 메카니컬 씰(Mechanical Seal)은 펌프축 같은 고속회전체의 축에 취부되어 펌프축의 누설을 방지하는 용도로 사용되며, 특히 내화학성이 요구되는 곳에서는 내식성이 강한 스테인레스 재질을 사용하여 정밀하게 가공되고 있으며 정밀기기와 정밀장치부분에 있어 축이 관통되는 부분에는 대부분 이것이 설치되어 있으며 진동이나 고압의 환경에 견뎌내야 하는 곳에서는 스프링으로 된 씰스프링을 사용하는데, 이를 사용하는 분야에서는 통상적으로 메카니컬 씰 스프링(Mechanical Seal Spring)이라 칭한다.

상기와 같은 메카니컬 씰은 원유운반선(Cargo Oil Tanker)이나 PC 선(Production oil Carrier)에 장착되는 카고 오일(Cargo Oil) 하역 펌프에 있어서, 오일(Oil) 누유에 따른 해상 환경 오염방지를 위한 중요한 부품이다.

카고 오일 하역펌프는 주로 원유나 점도가 높은 유체가 주요 하역 오일(Oil)이며, 또 원유 등에는 다량의 슬러리(Slurry) 등 이물질이 함유되어 있어, 점성 오일(Oil)과 슬러리(Slurry) 등이 씰(Seal)의 스프링(Spring)에 부착되어 스프링(Spring) 기능 저하를 야기 또는 그 기능을 상실하게 되는 현상이 발생되므로, 이러한 현상을 방지코자 종래의 카코 오일 하역펌프에 적용되는 메카니컬 씰은 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 스프링(Spring) 선경이 큰 원 코일(30`,One Coil Spring) 방식의 씰(Seal)이 적용되고 있다.

즉, 종래 카고 오일 하역펌프의 메카니컬 씰은 씰 슬리브(10`,Seal sleeve)와 씰 링(20`,Seal ring) 사이에 위치하도록 씰 링에 스프링 삽입홀(21`)이 위치하고, 상기 스프링 삽입홀(21`)내에 씰 슬리브(10`)를 따라 선경이 큰 하나의 코일 스프링(30`,원 코일 스프링)이 설치되며, 상기 코일 스프링(30`)에 의해 씰 링이 슬라이딩부(40`)에 접촉되어 습동면을 형성하여 오일 누유를 방지하도록 되어 있으며, 상기 씰 링은 코일 스프링의 작동이 용이하도록 스프링 삽입홀(21`)과 연통되는 개구부(23`)를 구비하고, 상기 스프링 삽입홈(21`)과 슬라이딩부 사이에 위치하는 씰 링의 일측은 씰 슬리부와의 사이에 오링이 설치되어 스프링 삽입홈내로 유입된 오일의 누유를 방지하도록 되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래 구조의 특성 즉, 약 ø9㎜ 정도의 선경이 큰 원 코일 스프링을 사용하는 메카니컬 씰 구조는 오일의 점도 및 슬러리(Slurry)등에는 장점이 있으나 씰 링이 하나의 코일 스프링 힘에 의해 슬라이딩 페이스 방향으로 작용하여 습동면을 형성하게 되므로, 습동면에 균일하지 못한 스프링의 힘이 작용된다.

즉, 하나의 코일 스프링에 의해 씰 링을 슬라이딩 페이스 방향으로 작동시킬 경우, 씰 링내에서 코일 스프링이 직접적으로 접촉되는 부분과 직접적으로 접촉되지 않는 부분에 전달되는 힘의 차이가 발생되어, 씰(Seal)면에 균일하지 못한 힘(Force)이 작용되며, 이와 같은 힘의 불균형은 박용펌프와 같은 진동이 많은 펌프에서는 펌프축의 회전시, 순간순간 틈새가 발생되어 쉽게 누유가 발생되고, 씰 링의 일측부분만 한정적으로 마모현상이 발생되는 등 여러가지 문제점이 있었다.

등록특허공보 등록번호 10-0711114(2007.04.18) 공개특허공보 공개번호 10-2006-0053093(2006.05.19) 공개특허공보 공개번호 10-2011-0014135(2011.02.10) 등록특허공보 등록번호 10-0775165(2007.11.02)

본 발명의 목적은 씰 슬리브와 씰 링 사이에 소형화된 다수개의 멀티스프링을 설치하여, 씰 링과 슬라이딩부의 밀착접촉에 의해 형성되는 습동면에 균일한 힘이 적용되도록 한 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 카코 오일펌프의 펌프축에 접촉되어 일체로 회전되고, 내부에 다수개의 스프링 삽입홈을 구비하는 씰 슬리브와, 씰 슬리브의 외측에 위치하도록 설치되는 씰 링(Seal Ring)과, 씰 슬리브에 일측단이 접촉지지되고 타측단이 씰 링의 일측에 접촉지지되도록 다수개의 스프링 삽입홈내에 각각 삽입 설치되는 멀티스프링과, 상기 씰 링과의 접촉에 의해 습동면을 형성하는 슬라이딩(Sliding)부와, 상기 슬라이딩부가 고정설치되고, 펌프 케이싱과 연결되는 씰 플렌지(Seal flange)와, 상기 씰 슬리브와 씰 링 사이에 설치되어 스프링 삽입홈내로 오일 유입을 차단하는 오 링을 포함한다.

또한, 상기 씰 플렌지와 씰 슬리브 사이에는 립 씰(Lip seal)이 더 설치되어 2차 누유를 차단하도록 되어 있다.

본 발명은 씰 링이 다수개의 소형 멀티스프링에 의해 작동되어 슬라이딩부와 습동면을 형성하게 되므로, 습동면에 균일한 힘이 가해지게 되며, 이로 인해 종래 메카니컬 씰과 비교할 경우, 누유 현상을 혁신적으로 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 소형 멀티스프링이 삽입되는 스프링 삽입홈이 오링 및 습동면에 의해 기밀이 유지되도록 되어 있어, 스프링 삽입홈내로 카고 오일 및 오일 이물질의 유입이 원천적으로 차단되며, 이로 인해 멀티스프링이 소형으로 이루어져 있어도 스프링의 기능저하가 방지된다.

또한, 본 발명은 다수개의 멀티스프링이 설치에 의해 습동면에 대한 설계면압을 약 2.0㎏/㎠ ∼2.8㎏/㎠ 정도로 향상시킬 수 있어, 기밀유지효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 설계면압을 향상시킬 수 있어, 정적 운점 영역외, 특히 펌프 진동발생에 대한 습동면 열림방지 효과가 있다.

또한, 본 발명은 습동면에 균일한 힘이 가해지게 되므로, 편마모의 발생을 억제하고, 펌프 운전중 습동면 열림이 방지되어 누유현상이 발생되지 않는다.

또한 본 발명은 씰 링에 이종재질 즉, 고체 카본 재질의 제1씰 링이 열박음에 의해 일체로 형성되어 있어, 종래 씰 링 일측에 코팅되는 세라믹 코팅재와 대비할 경우, 돌기 현상이 방지되고, 습동기밀유지를 통해 누유를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 슬라이딩부가 실리콘 카바이드(Silicon Carbide)로 이루어지고, 이에 접촉되어 습동면을 형성하는 씰링의 일측 또는, 씰 링에 설치된 제1씰 링이 카본재질로 이루어져 있어, 고속 슬라이딩시 발열이 적고, 내마모성을 확보할 수 있으며, 이를 통해 누유를 방지할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 종래의 메카니컬 씰 구성을 보인 예시도
도 2 는 종래 메카니컬 씰의 내부 구성을 보인 예시도
도 3 은 본 발명에 따른 메카니컬 씰 구성을 보인 예시도
도 4 는 본 발명에 따른 메카니컬 씰의 내부 구성을 보인 예시도
도 5 는 본 발명의 설치 상태를 보인 예시도
도 6 은 본 발명에 따른 작동상태를 보인 예시도

도 3 은 본 발명에 따른 메카니컬 씰 구성을 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 메카니컬 씰의 내부 구성을 보인 예시도를, 도 5 는 본 발명의 설치 상태를 보인 예시도를 도시한 것이다. 도 5 에 있어서, 미설명부호 210 은 임펠러, 400 은 베어링부이다.

본 발명에 따른 메카니컬 씰(300)은 펌프축(100)에 연결되어 일체로 회전되고, 내부에 다수개의 스프링 삽입홈(11)을 구비하는 씰 슬리브(10)와, 씰 슬리브(10)의 외측에 위치하도록 설치되는 씰 링(20,Seal Ring)과, 씰 슬리브(10)에 일측단이 접촉지지되고 타측단이 씰 링(20)의 일측에 접촉지지되도록 다수개의 스프링 삽입홈(11)내에 각각 삽입 설치되는 소형 멀티스프링(30)과, 상기 씰 링(20)과의 접촉에 의해 습동면을 형성하는 슬라이딩(Sliding)부(40)와, 상기 슬라이딩부(40)가 고정설치되고, 펌프 케이싱(200)과 연결되는 씰 플렌지(50,Seal flange)와, 상기 씰 슬리브(10)와 씰 링(20) 사이에 위치하도록 설치되어 소형 멀티스프링(30)이 설치된 스프링 삽입홈(11)내로의 오일 유입을 차단하는 오링(60)을 포함하도록 되어 있다.

상기 씰 슬리브(10)는 펌프축(100)와 일체로 회전되며, 일측이 개방된 스프링 삽입홈(11)이 내측에 다수개 형성되어 있다. 상기 스프링 삽입홈(11)은 씰 슬리브(10)를 따라 일정간격을 유지하고 형성되어 있다. 또한, 상기 씰 슬리브(10)와 펌프축(100) 사이에는 오링(12)이 설치되어 있다.

상기 소형 멀티스프링(30)은 선경 약 ø1㎜ 정도의 소형 코일스프링으로 이루어져 있으며, 씰 슬리브(10)를 따라 일정간격으로 형성된 스프링 삽입홈(11)내로 각각 삽입설치되어, 일측단이 씰 슬리브의 스프링 삽입홈(11)에 접촉되고, 타측단이 씰 링(20)의 일측에 접촉되어, 씰 링(20)을 슬라이딩부 방향으로 힘을 가하게 된다.

본 발명에 설치되는 스프링은 종래 메카니컬 씰에 설치되는 하나의 원코일 스프링과 비교하여 다수개의 소형 스프링이 여러군데에 설치되므로, 그 용어를 소형 멀티스프링으로 칭합니다.

상기 스프링 삽입홈(11) 및 이에 삽입되는 소형 멀티스프링(30)의 개수는 씰 링(20)과 슬라이딩부(40)에 의해 형성되는 습동면이 누유가 방지될 정도의 설계면압 즉, 습동면에 대한 설계면압이, 약 2.0㎏/㎠ ∼2.8㎏/㎠ 를 구비하도록 형성 및 설치되면 되므로, 특별히 한정하는 것은 아니나, 선경 약 ø9㎜ 정도의 코일스프링을 구비하던 메카니컬 씰이 설치되는 펌프축에 적용할 경우, 선경 약 ø1㎜ 정도의 소형 멀티스프링을 기준으로 대략 8∼12개, 바람직하게는 약 10여개 정도의 스프링 삽입홈 및 소형 멀티스프링이 설치된다.

상기 씰 링(20)은 소형 멀티스프링(30)에 의해 슬라이딩부(40)와 접촉되어 기밀을 유지하는 습동면(S)을 형성하는 것으로, 슬라이딩부(40)와 접촉되는 일측면이 세라믹 코팅처리되거나, 슬라이딩부(와 접촉되는 일측에 슬라이딩부(40)와 접촉되어 습동면(S)을 형성하는 제1씰 링(21,Seal Ring)이 설치되어 있다.

상기 제1씰 링(21)은 소정두께를 구비하고, 고체 카본재질로 이루어져 있으며, 씰 링(20)에 열박음 처리되어 일체로 형성되어 있다.

또한, 상기 씰 링(20)의 일측에는 오링(60)이 설치되기 위한 오링홈(22)이 형성되어 있다.

상기 슬라이딩부(40)는 세라믹 코팅처리된 씰 링의 일측 또는 제1씰 링과 접촉되어 습동면(S)을 형성하는 것으로, 실리콘 카바이드(Silicon Carbide)로 이루어져 있어, 고속 슬라이딩시 발열이 적고, 우수한 내마모성을 구비하도록 되어 있다.

상기 씰 플렌지(50)는 펌프 케이싱(200)과 연결되어 본 발명에 따른 메카니컬 씰을 지지하는 것으로, 내측에 슬라이딩부(40)가 고정설치되어 있으며, 상기 씰 플렌지와 슬라이딩부 사이에는 오링(51)이 설치되어 있다.

또한, 상기 씰 플렌지(50)에는 2차 누유를 차단하기 위한 립 씰(70,Lip seal)이 더 설치되어 있다.

상기 오링(60)은 스프링 삽입홈내로의 카고오일 유입을 차단하기 위한 것으로, 씰 슬리브와 씰 링 사이에 위치하도록 오링홈(22)내에 설치되어 있다.

즉, 본 발명에 따른 메카니컬 씰은 스프링 삽입홈을 중심으로 씰 링의 일측(습동면 반대측)은 오링(60)에 의해 카고오일의 유입이 차단되고, 타측(습동면 측)은 습동면에 의해 카고오일의 유입이 차단되어, 소형 멀티스프링의 작동이 용이하도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 펌프축(100)에 씰슬리브(10), 씰링(20), 제1씰링(21) 및 멀티스프링(30)이 펌프축에 취부되고, 펌프케이싱(200)에 씰플렌지(50) 및 슬라이딩부(40)가 취부되며, 상기 다수개의 멀티스프링(30)이 씰링(20) 및 제1씰링(21)에 힘을 가하여, 제1씰링(21)을 슬라이딩부(40) 방향으로 밀어, 면접합시킴으로써, 제1씰링(21)과 슬라이딩부(40) 사이에 틈새가 발생되지 않는 습동면을 형성하게 된다.

도 6 은 본 발명에 따른 작동상태를 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 펌프축의 회전시, 펌프축(100)과 함께, 씰슬리브(10), 씰링(20), 제1씰링(21) 및 멀티스프링(30)이 회전되고, 다수개의 멀티스프링(30)에 의해 펌프축과 일체로 회전되는 제1씰링(21)이 슬라이딩부(40)와 습동면(S)을 형성하며 슬라이딩되어, 누유가 방지되게 된다.

즉, 본 발명은 씰 슬리브(10)와 씰링(20) 사이에 위치하도록 설치된 다수개의 멀티스프링(30)의 힘이 씰링(20) 및 제1씰링(21)에 균일하게 전달되므로, 펌프 운전중 축 진동에 따른 습동면의 열림이 방지된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 고 점도 오일(Oil)이나 이물질을 많이 함유된 원유 등을 이송하는 펌프의 용도에 맞춰 상기의 습동면에 균일한 힘(Force) 작용하기 위해 멀티 스프링(Multi spring)을 균일한 간격에 장착하도록 되어 있으며, 다량의 소형 멀티스프링(Spring)의 적용이 가능하도록 하기 위하여, 멀티 스프링에 펌핑 유체가 접촉(contact)되지 않도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 펌프 운전 중 축 진동에 따른 습동면의 틈새 발생 방지를 위해 멀티 스프링이 회전되는 씰링(20) 및 제1씰링(21)을 균일한 힘으로 밀어 습동면의 열림을 방지하고, 또 슬라이딩시 발열에 따른 변형이나 윤활을 위해 펌프 자체의 Pumping Liquid 로 Flushing 하도록 하여 윤활과 냉각을 시켜주도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 메카니컬 씰(Mechanical seal)은 펌프축 상,하부에 각각 적용이 되며, 점도가 높고 슬러리(Siurry)가 많은 카고 오일 일예로, 원유의 이송시에도 습동면에 균일한 힘을 전달하여 오일(Oil)의 리크(Leak) 발생을 억제하고, 이를 통해 선박의 안전성과 환경의 보존 그리고 선박의 항구 접안 거부로 이질 수 있는 중요한 문제점을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

(10) : 씰 슬리브(Seal Sleeve) (11) : 스프링 삽입홈
(20) : 씰 링(Seal Ring) (21) : 제1씰 링
(22) : 오링 홈 (30) : 소형 멀티스프링
(40) : 슬라이딩부 (50) : 씰 플렌지(Seal flage)
(51) : 오링 (60) : 오링
(100) : 펌프축 (200) : 펌프 케이싱

Claims

펌프축(100)에 연결되어 일체로 회전되고, 내부에 다수개의 스프링 삽입홈(11)을 구비하는 씰 슬리브(10);
씰 슬리브(10)의 외측에 위치하도록 설치되는 씰 링(20,Seal Ring);
씰 슬리브(10)에 일측단이 접촉지지되고 타측단이 씰 링(20)의 일측에 접촉지지되도록 다수개의 스프링 삽입홈(11)내에 각각 삽입 설치되는 소형 멀티스프링(30);
상기 씰 링(20)과의 접촉에 의해 습동면을 형성하는 슬라이딩(Sliding)부(40);
상기 슬라이딩부(40)가 고정설치되고, 펌프 케이싱(200)과 연결되는 씰 플렌지(50,Seal flange);
상기 씰 슬리브(10)와 씰 링(20) 사이에 위치하도록 설치되어 소형 멀티스프링(30)이 설치된 스프링 삽입홈(11)내로의 오일 유입을 차단하는 오링(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치.
청구항 1 에 있어서;
상기 씰 링(20)의 일측에는 오링(60)이 설치되기 위한 오링홈(22)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치.
청구항 1 에 있어서;
습동면에 대한 설계면압이 2.0㎏/㎠ ∼2.8㎏/㎠ 를 구비하도록 소형 멀티스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치.
청구항 1 에 있어서;
상기 씰 링(20)은 슬라이딩부(40)와 접촉되어 습동면(S)을 형성하는 일측이 세라믹 코팅처리되거나, 제1씰 링(21,Seal Ring)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치.
청구항 4 에 있어서;
상기 제1씰 링(21)은 소정두께를 구비하고, 고체 카본재질로 이루어져 있으며, 씰 링(20)에 열박음 처리되어 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치.
청구항 1 에 있어서;
상기 슬라이딩부(40)는 실리콘 카바이드(Silicon Carbide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치.
청구항 1 에 있어서;
상기 씰 플렌지(50)에는 2차 누유를 차단하기 위한 립 씰(70,Lip seal)이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 소형 멀티스프링이 적용된 펌프용 메카니컬 씰 장치.