KR20130140055A

KR20130140055A - 씰장치

Info

Publication number: KR20130140055A
Application number: KR1020137014487A
Authority: KR
Inventors: 노부히로 히메노; 마시바 교고쿠; 마사카즈 다무라
Original assignee: 바르질라 재팬 가부시키가이샤
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-12-23
Also published as: EP2667062A1; US20130277919A1; EP2667062A4; JP2012154349A; CN103328869A; JP5351909B2; WO2012098989A1; CN103328869B

Abstract

씰장치는, 샤프트(A)의 표면을 슬라이딩 하여 밀봉접촉되는 씰링(1)과, 씰링(1)에 접촉되는 중공분리벽(2)과, 씰링(1)을 유지하여 중공분리벽(2)을 지지하는 하우징(B)을 구비하고, 씰링(1)은 탄성소재로 이루어지고, 샤프트(A)의 표면에 전체 둘레에 걸쳐서 슬라이딩 하는 립부(1a)와, 립부(1a)를 슬라이딩 위치에 지지하는 탄성암부(1b)와, 탄성암부(1b)와 하우징(B)을 연결하는 키부(1c)를 구비하고, 중공분리벽(2)의 팽창과 수축에 의하여 샤프트(A)에 대한 긴박력을 조정한다.

Description

씰장치{SEAL DEVICE}

본 발명은, 샤프트(shaft)에 슬라이딩(sliding) 하여 유체유통(流體流通)의 차단상태를 확보하는 씰링(seal ring)을 적어도 1개 포함하는 씰장치(seal裝置)에 관한 것이다.

씰장치는, 선박의 선미관(船尾管) 등 회전하는 샤프트와 베어링(bearing)의 간극을 통하여 선체 등의 장치 내부로 유체가 침입하여 기능상의 단점이 발생하지 않도록 구비되는 것으로서, 고무(rubber)나 엘라스토머(elastomer) 등의 탄성체로 이루어지는 씰링을 한 겹 또는 복수 겹으로 구비하는 것이다.

씰링은, 샤프트의 표면에 대하여 슬라이딩 하도록 밀봉접촉(密封接觸)(이하, 씰이라고 기재한다)되어, 씰링 자체의 탄성력이나 스프링 등 및 씰링의 정면·배면의 유체압력차 등에 의하여 샤프트에 대한 긴박력(緊迫力 : straining force)을 유지하는 것이다.

씰링에 샤프트에 대한 긴박력을 부여하는 방법으로서는,

첫째, 립부의 탄성변형에 의한 방법(예를 들면 다음의 특허문헌1 참조),

둘째, 에어스프링식(air spring式) 씰에 의한 간섭(interferance) 값을 조정하는 방법(예를 들면 다음의 특허문헌2 참조),

셋째, 씰립(씰링)에 장착된 튜브 모양의 긴박력 부여수단(緊迫力附與手段)에 의한 방법(예를 들면 다음의 특허문헌3 참조)을 들 수 있다.

일본국 공개실용신안 실공소50-15356호 공보 일본국 공개실용신안공보 실개평5-36166호 공보 일본국 공개실용신안공보 실개평2-76267호 공보

그러나 예를 들면 상기 첫 번째 방법에 의하면, 구조가 대규모로 되어 긴박력의 조정 난이도도 높다는 문제가 있다.

상기 두 번째 방법에 의하면, 립부의 소모에 대하여 유체실(流體室)을 포함하는 전체 구성부품을 교환하여야만 한다는 문제가 있는 것 이외에, 긴박력이 주위의 온도환경으로부터 영향을 받는다는 문제가 있다.

또한 상기 세 번째 방법에 있어서는, 튜브 내의 유체압(流體壓)을 아무리 변화시켜도 튜브의 탄성이나 지름이 유체압의 변화에 따라 불안정하기 때문에, 정확한 긴박력의 조정이 곤란하다는 문제가 있었다.

부가하여 상기 방법의 어떤 것에 있어서도, 장기간 사용한 씰링 자체의 탄성력 저하나 슬라이딩부의 마모와 아울러, 탄성체의 열화(劣化) 등에 기인하는 액추에이터 부분의 기능 열화도 진행되어, 긴박력을 확보하기 위한 접촉상태를 소재 측면 및 기계 측면의 쌍방의 측면으로부터 유지할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 씰링의 수명의 장기화를 도모함과 아울러, 주어진 환경이나 씰링의 마모상태에 따라 접촉상태를 능동적으로 적절하게 조정할 수 있고 또한 보수(maintenance)의 측면에 있어서도 편리한 구조를 구비한 씰장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 본 발명에 의한 씰장치는, 샤프트(shaft)의 표면을 슬라이딩(sliding) 하여 밀봉접촉(密封接觸)되는 씰링(seal ring)과, 씰링에 접촉되는 중공분리벽(中空分離壁)과, 씰링을 유지하여 중공분리벽을 지지하는 하우징(housing)을 구비한 것이다.

씰링은 탄성소재로 이루어지고, 샤프트의 표면에 전체 둘레에 걸쳐서 슬라이딩 하는 립부(lip部)와, 립부를 슬라이딩 위치에 지지하는 탄성암부(彈性arm部)와, 탄성암부와 하우징을 연결하는 키부(key部)를 구비하고, 중공분리벽의 팽창과 수축에 의하여 샤프트에 대한 긴박력(緊迫力 ; straining force)을 조정하는 것을 특징으로 한다. 한편 씰링 및 중공분리벽은, 단일부재에 의하여 링 모양으로 구성되어 있어도 좋고, 링 모양을 원주방향으로 분할한 복수 부재가 조합되어 구성되어 있어도 좋다.

여기에서 탄성암부라는 것은, 소위 판스프링(板spring)과 같이 그 돌출방향과는 대략 직각방향으로 휘어짐으로써, 그 일부를 휘어지는 방향으로 회전시킬 수 있는 주름 모양의 것을 가리킨다.

중공분리벽은, 립부 또는 탄성암부의 외면에 접촉하여 설치함으로써 중공분리벽의 내부에 대한 가압을 하여 씰링의 립부를 샤프트에 확실하게 누를 수 있고, 반대로 탄성암의 내면에 접하여 설치함으로써 중공분리벽의 내부에 대한 가압을 하여 씰링의 립부를 샤프트로부터 확실하게 들어올릴 수 있다. 또한 외면 및 내면의 쌍방에 설치함으로써 중공분리벽의 내부에 대한 가압을 하여, 씰링의 립부의 샤프트에 대한 누름과 들어올리기의 쌍방을 하고 또한 이에 따라 립부와 샤프트의 접촉태양을 조정할 수 있다.

중공분리벽은, 씰링에 접하는 태양에 의하여 하우징에 유지(접착하거나 또는 삽입하는 등)하더라도 좋고, 하우징의 내면에 지지되는 태양에 의하여 씰링과 일체화(일체성형하거나 또는 접착하는 등)하더라도 좋다. 또한 그 형태는, 씰링의 립부를 샤프트에 완전하게 누를 수 있는 형태이면 좋지만, 종단면의 형상이 직사각형 형상인 링 모양의 튜브로서, 반경방향(이하, 내외(內外)라고 기재한다)에 면(面)한 양쪽 끝면의 폭(도8에 있어서의 t1(끝면 폭))과 비교하여 내외의 끝면 거리(도8에 있어서의 t2)가 충분히 좁아지게 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 씰장치는, 샤프트의 표면을 슬라이딩 하여 밀봉접촉되는 씰링과, 씰링에 접촉되는 중공분리벽과, 씰링을 유지하여 중공분리벽을 지지하는 하우징을 구비한 구성을 채용함으로써, 중공분리벽의 내부를 유통하는 유체의 가압상태를 변화시킴으로써 중공분리벽이 팽창 또는 수축되어, 씰링의 립부를 내외로 변화시켜서 긴박력을 조정할 수 있다. 그 결과 환경이나 씰링의 마모상태에 따라 접촉상태를 능동적으로 적절하게 조정할 수 있음과 아울러, 압력변동에 의한 밀봉유체의 유출 또는 외부유체의 침입도 방지할 수 있다.

중공분리벽은, 탄성암부의 외면 또는 내면에 접촉하여 설치함으로써 씰링의 립부를 샤프트에 누르는 것이나 씰링의 립부를 샤프트로부터 들어올릴 수 있는 것 이외에, 립부와 샤프트의 접촉태양을 조정할 수 있다.

또한 중공분리벽은, 종단면의 형상이 직사각형 형상인 링 모양의 튜브로 하고 또 내외의 끝면 폭과 비교하여 내외의 끝면 거리를 좁게 설정함으로써 가압에 의한 팽창이 내외방향으로 강하게 촉진되어, 압력의 변동에 대한 내외치수의 변화 효율을 높일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 씰장치는, 구조가 간단하며, 그 기능이 환경으로부터 영향을 받는 구조가 아니기 때문에, 긴박력의 조정도 용이하고 또한 확실하게 된다. 또한 중공분리벽의 소모에 대하여 액추에이터가 되는 중공분리벽(부분)만을 교환하면 되기 때문에, 장기간 사용한 씰링 자체의 탄성력 저하나 슬라이딩부의 마모에 대하여 중공분리벽을 교환하여 보완함으로써 기능 열화를 최소한으로 유지하면서 장기간에 걸친 내용(耐用)이 가능하게 되는, 보수의 측면에 있어서도 편리한 씰장치의 제공이 가능하게 된다.

도1은, 본 발명에 의한 씰장치의 실시태양의 예를 나타내는 종단면도이다.
도2는, 본 발명에 의한 씰장치의 (A) : 제1실시태양의 예 및 (B) : 제2실시태양의 예를 나타내는 요부 종단면도이다.
도3은, 본 발명에 의한 씰장치의 제3실시태양의 예를 나타내는 요부 종단면도이다.
도4는, 본 발명에 의한 씰장치의 제4실시태양의 예를 나타내는 요부 종단면도이다.
도5는, 본 발명에 의한 씰장치의 (A) : 제5실시태양의 예 및 (B) : 제6실시태양의 예를 나타내는 요부 종단면도이다.
도6은, 본 발명에 의한 씰장치의 제7실시태양의 예를 나타내는 요부 종단면도이다.
도7은, 본 발명에 의한 씰장치의 다른 실시태양의 예를 나타내는 요부 종단면도이다.
도8은, 본 발명에 의한 씰장치에 사용하는 중공분리벽의 설치예를 나타내는 요부 종단면도이다.

이하, 본 발명에 의한 씰장치(seal裝置)의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도1은, 선미관(船尾管)의 씰장치로서의 일례를 나타낸 것이다.

선미관의 씰장치는, 프로펠러축(propeller軸)(a1)을 덮는 라이너(liner)(샤프트(shaft)(A))(a2)의 표면을 슬라이딩(sliding) 하여 밀봉접촉(密封接觸)하는 씰링(seal ring)(1)과, 씰링(1)에 접하는 중공분리벽(中空分離壁)(2)과, 씰링(1)을 유지하여 중공분리벽(2)을 지지하는 하우징(housing)(B)으로 구성된다(도2 내지 도6 참조).

씰링(1)은, 샤프트(A)의 표면에 전체 둘레에 걸쳐서 슬라이딩 하는 립부(lip部)(1a)와, 립부(1a)를 슬라이딩 위치에 지지하는 탄성암부(彈性arm部)(1b)와, 탄성암부(1b)와 하우징(B)을 연결하는 키부(key部)(1c)를 일체적으로 형성하는 형상을, 샤프트(A)를 중심으로 하여 360도 회전시킴으로써 형성되는 축대칭체(軸對秤體)이다.

립부(1a)는, 샤프트(A)에 접하는 부분으로서 끝부분이 점점 가늘게 된(tapering) 내면을 구비한 형상을 나타내고, 탄성암부(1b)는, 립부(1a)의 끝면으로부터 샤프트(A)의 길이방향(이하, 전후라고 기재한다) 중에서 어느 하나의 방향으로 외측을 향하여 연장되어, 씰링(1)의 가장 외측에 위치하는 키부(1c)에 도달하도록 원호 모양 또는 시계방향으로 90°회전되는 V자 모양의 커브 또는 스트레이트(straight) 모양을 그린다. 한편 당해 탄성암부(1b)에 있어서는, 필요에 따라 립부(1a)의 측면으로부터 전후 중에서 어느 하나의 방향으로 외측을 향하여 연장되어, 씰링(1)의 가장 외측에 위치하는 키부(1c)에 대략 직선적으로 도달하는 구조를 채용하여도 좋다.

중공분리벽(2)은, 종단면(縱斷面)의 형상이 직사각형 형상인 링 모양의 튜브(tube)이다. 중공분리벽(2)은, 고무(rubber) 또는 엘라스토머(elastomer) 등의 밀봉성(密封性)을 가진 탄성소재로 이루어지고, 하우징(B)의 내측에, 씰링(1)에 직접적 또는 간접적으로 가압(加壓)할 수 있는 태양으로 각각 한 개 또는 복수 개씩 정착(定着)된다.

중공분리벽(2)의 팽창과 수축에 따라 탄성암부(1b)가 형성하는 원호 모양의 곡률(曲率) 또는 시계방향으로 90°회전되는 V자 모양의 굴곡각도(屈曲角度) 또는 직선 모양의 신축이 변화되는 형태로 당해 탄성암부(1b)가 변형이 촉진되어, 당해 탄성암부(1b)에 지지된 립부(1a)가 내외(內外)로 변화됨으로써 당해 립부(1a)의 샤프트(A)에 대한 긴박력(緊迫力 : straining force)을 조정한다.

특히 당해 예에 있어서의 중공분리벽(2)은, 내외에 면(面)하는 양쪽 끝면의 폭(끝면 폭)(t1)이 상대적으로 넓게, 내외의 끝면 거리(t2)가 상대적으로 좁게(내외방향의 두께를 얇게) 설정되어 있음으로써(도8 참조), 가압에 의한 팽창이 내외방향으로 강하게 촉진되어 압력의 변동에 대한 내외치수의 변화 효율을 높이는 조치가 실시되고 있다. 필요에 따라 중공분리벽(2)을 구성하는 튜브에 있어서의 내외 끝면의 살두께를 전후좌우 측면의 살두께보다 얇게 설정하면, 더 현저한 변화가 얻어진다.

당해 중공분리벽(2)의 존재는, 탄성암부(1b)의 경년변화(經年變化)에 의한 피로(fatigue)를 억제 또는 제어하는 효과도 있다.

하우징(B)은, 샤프트(A)가 삽입되는 축공(軸孔)(b1)을 구비하고, 당해 축공(b1)에 삽입된 샤프트(A)는, 그 둘레면이 축공(b1)의 내면에 대하여 각 위치에 있어서 각각 균일한 간극을 형성하도록 지지되어 있다. 한편 상기 간극은, 소정 수의 씰링(1)의 조립 및 변화 가능한 씰링(1)에 있어서의 립부(1a)의 내외로의 가동범위의 확보에 충분한 것일 필요가 있다.

도2 내지 도6에 나타내는 실시형태는, 키부(1c)가 하우징(B)의 오목부(오목홈 등)(b2)에 삽입되어, 립부(1a)의 외면이 하우징(B)의 내면에 면하고, 립부(1a)의 내면이 샤프트(A)에 면하도록 하우징(B)과 샤프트(A)의 사이에 삽입하는 것이다.

도2(A)에 나타내는 제1실시형태에 있어서는, 립부(1a)의 외면과 하우징(B)의 내면 사이에 중공분리벽(2)이 삽입되고, 하우징(B) 내에 형성된 유체회로(流體回路)(b3)를 거쳐서 중공분리벽(2)의 내압(內壓)을 가감(加減)하는 형태의 것이다. 이 형태에 의하면, 중공분리벽(2)의 내부에 대한 가압(加壓)을 하여 씰링(1)의 립부(1a)를 샤프트(A)에 확실하게 누를 수 있다.

당해 예에서는, 씰링(1)의 립부(1a)의 외면 둘레에 형성된 긴박홈(緊迫groove)(1d)에 스프링링(spring ring)(C)을 장착하고, 당해 스프링링(C)의 외면을 누르는 중공분리벽(2)을, 하우징(B)의 내면 둘레에 접한 링홈(ring groove)(1e)에 삽입하는 형태를 채용하고 있다. 이와 같이 스프링링(C)과 같은 긴박력 부여수단(緊迫力附與手段)을 구비함으로써 중공분리벽(2)에 의한 가압 및 탄성암부(1b)의 탄성과의 균형에 의하여 상기 긴박력을 조정할 수 있다. 한편 긴박력 부여수단은, 스프링링(C) 이외이더라도 좋고, 예를 들면 복수의 스프링링을 나선 모양으로 연결한 형상을 나타내는 스프링이더라도 좋다.

도2(B)에 나타내는 제2실시형태에 있어서는, 씰링(1)의 키부(1c)가 하우징(B)의 오목부(b2)에 삽입될 뿐만 아니라 당해 오목부(b2)의 개구부에 가까운 내면이 탄성암부(1b)로부터 격리된 상태에서 덮는 구조로 하고, 탄성암부(1b)의 내면과의 사이에 중공분리벽(2)이 삽입되고, 하우징(B) 내에 형성된 유체회로(b3)를 거쳐서 중공분리벽(2)의 내압을 가감하는 형태의 것이다.

이 형태에 의하면, 중공분리벽(2)의 내부에 대한 가압을 하여, 씰링(1)에 있어서의 탄성암부(1b)의 내측을 직접 가압함으로써 립부(1a)를 샤프트(A)로부터 확실하게 들어올릴 수 있다. 당해 예에서는, 탄성암부(1b)의 내면을 누르는 중공분리벽(2)을, 오목부(b2)의 내면 둘레에 접한 링홈(1e)에 삽입하는 형태를 채용하고 있지만, 예를 들면 씰링(1)에 있어서의 탄성암부(1b)의 내면에 일체적으로 장착하더라도 좋다. 한편 당해 예에서도 씰링(1)에 있어서의 립부(1a)의 외면 둘레에 형성된 긴박홈(1d)에 스프링링(C)을 장착한다.

한편 상기 제1실시형태 및 제2실시형태에 있어서, 씰링(1)의 립부(1a)의 외면에 스프링링(C)을 장착하지 않은 예가, 도3 및 도4에 나타내는 제3실시형태 및 제4실시형태이다.

제3실시형태에 있어서는, 씰링(1)의 립부(1a)의 외면을 직접 누르는 중공분리벽(2)을, 하우징(B)의 내면 둘레에 형성된 링홈(1e)에 삽입하는 형태를 채용하고 있다.

도5(A)에 나타나 있는 제5실시형태에 있어서는, 씰링(1)의 키부(1c)가 하우징(B)의 오목부(b2)에 삽입될 뿐만 아니라 당해 오목부(b2)의 개구부에 가까운 내면이 탄성암부(1b)로부터 격리된 상태에서 덮는 구조를 가진다.

중공분리벽(2)은, 립부(1a)의 외면과 하우징(B)의 내면 사이 및 오목부(b2)의 개구부에 가까운 내면과 탄성암부(1b)의 내면 사이에 각각 삽입되고, 하우징(B) 내에 형성된 유체회로(b3)를 거쳐서 양쪽 중공분리벽(2, 2)의 내압을 가감하는 형태의 것이다.

이 형태에 의하면, 립부(1a)의 외면에 삽입된 중공분리벽(2)의 내부에 대한 가압을 하여 씰링(1)의 립부(1a)를 샤프트(A)에 확실하게 누를 수 있음과 아울러, 탄성암부(1b)의 내면에 삽입된 중공분리벽(2)의 내부에 대한 가압을 하여 씰링(1)의 립부(1a)를 샤프트(A)로부터 확실하게 들어올릴 수 있다. 또한 이것을 함으로써 립부(1a)의 접촉면과 샤프트(A)의 표면이 이루는 각도 등의 접촉태양을 조정할 수 있다.

한편 당해 예에서는, 씰링(1)에 있어서의 립부(1a)의 외면 둘레에 형성된 긴박홈(1d)에 스프링링(C)을 장착하고, 당해 스프링링(C)의 외면을 누르는 중공분리벽(2)을, 하우징(B)의 내면 둘레에 접한 링홈(1e)에 삽입하는 형태를 채용하고 있지만, 예를 들면 도6에 나타내는 제7실시형태와 같이 씰링(1)의 립부(1a)의 외면을 직접 누르는 중공분리벽(2)을, 하우징(B)의 내벽 둘레에 접한 링홈(1e)에 삽입하는 형태를 채용하여도 좋다.

도5(B)에 나타나 있는 제6실시형태에 있어서는, 씰링(1)의 키부(1c)의 형상으로서, 갈고랑이 모양을 채용함과 아울러 보형(保形) 및 보강용의 프레임(frame)(3)을 내장한 것이다.

또한 예를 들면 도7에 나타나 있는 바와 같이 하나의 씰링에 한 쌍의 립부(1a)를 형성하고, 그 연결부에 있어서 샤프트(A)와 씰링의 사이에 존재하는 공극을 유통(流通)하는 유체를 급배(給排)하는 리크로(leak路)(b4)를 형성한 씰링(4)을 각각의 실시형태에 있어서의 하우징(B)에 삽입하고, 각각의 실시형태에 나타낸 태양에 의하여 중공분리벽(2)을 적절하게 삽입하여도 좋다.

당해 예에서는, 상기 제1실시형태, 제2실시형태 및 제5실시형태 등에 있어서의 2개의 씰링을 일체적으로 연결하여 이것을 실현시키고 있다.

A : 샤프트 a1 : 프로펠러축 a2 : 라이너
B : 하우징 b1 : 축공 b2 : 오목부 b3 : 유체회로 b4 : 리크로
C : 스프링링 t1 : 끝면 폭 t2 : 끝면 거리
1 : 씰링 1a : 립부 lb : 탄성암부 1c : 키부
1d : 긴박홈 1e : 링홈
2 : 중공분리벽 3 : 프레임 4 : 씰링

Claims

샤프트(shaft)의 표면을 슬라이딩(sliding) 하여 밀봉접촉(密封接觸)되는 씰링(seal ring)과, 씰링에 접촉되는 중공분리벽(中空分離壁)과, 씰링을 유지하여 중공분리벽을 지지하는 하우징(housing)을 구비하고,
씰링은 탄성소재로 이루어지고, 샤프트의 표면에 전체 둘레에 걸쳐서 슬라이딩 하는 립부(lip部)와, 립부를 슬라이딩 위치에 지지하는 탄성암부(彈性arm部)와, 탄성암부와 하우징을 연결하는 키부(key部)를 구비하고,
중공분리벽의 팽창과 수축에 의하여 샤프트에 대한 긴박력(緊迫力 ; straining force)을 조정하는 것을 특징으로 하는 씰장치.
제1항에 있어서,
중공분리벽을, 립부 또는 탄성암부의 외면 또는 내면에 접하여 설치한 것을 특징으로 하는 씰장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 중공분리벽은, 종단면(縱斷面)의 형상이 직사각형 형상인 링 모양의 튜브(tube)이며, 내외(內外)의 끝면 폭과 비교하여 내외의 끝면 거리가 좁게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 씰장치.