KR20140096081A - 서로 다른 내마모성을 가진 래비린스 링들을 포함한 래비린스 씰 - Google Patents

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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

서로 다른 내마모성을 가진 래비린스 링들을 포함한 래비린스 씰
제 1 래비린스 링(11)과 제 2 래비린스 링(12)을 포함한 래비린스 씰(10)에 있어서, 상기 래비린스 씰(10)이 설치된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들은 적어도 부분적으로 중첩되어 서로 연결되며 서로에 대해 회전운동할 수 있고, 설치된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들의 서로 마주보는 표면들은 서로 다른 내마모성을 가진다.

Description

서로 다른 내마모성을 가진 래비린스 링들을 포함한 래비린스 씰{LABYRINTH SEAL HAVING LABYRINTH RINGS WITH DIFFERENT WEAR RESISTANCES}
본 발명의 예시적인 실시예들은 일반적으로 밀봉요소들 특히 래비린스 씰(labyrinth seal) 및 상기 래비린스 씰을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.
서로에 대해 운동하거나 회전하는 부품들을 외부 환경에 대해 밀봉하기 위해 래비린스 형태의 밀봉요소들을 이용하는 것이 공지되어 있다. 흔히 이용되는 상기 씰의 형태에 의하면, 베어링 하우징에 플랜지 장착(flange- mounted)되는 베어링 커버가 제공되거나 상기 베어링 하우징이 원형으로 형성된 복수 개의 리브(rib)들을 가지고, 래비린스 씰의 제 1 래비린스 링(ring)이 형성될 수 있다. 밀봉을 위하여, 축 또는 샤프트(shaft)에 부착될 수 있고 치형부(toothed)를 가지며 인접한 제 2 래비린스 링이 상기 제 1 래비린스과 함께 작동한다.
따라서 래비린스 씰은 예를 들어, 무접촉 샤프트 씰로서 이용될 수 있다. 상기 래비린스 씰의 밀봉효과는, 상기 래비린스 링들의 리브들이 치형부(toothed)를 가진 즉 서로 결합되어 구불구불한 배열 및 상기 샤프트상에서 서로에 대해 회전운동하는 링들과 고정된 하우징 부분사이에 위치한 수축된 간격(gap)들을 이용하는 밀봉 경로(sealing path)의 연장을 기초로 한다. 두 개의 래비린스 링들사이에서 길고 구불구불하거나 콘볼류트(convoluted)구조의 간격(밀봉 래비린스)내에 형성되는 상대적으로 높은 유동저항(flow resistance) 때문에, 상대적으로 작고 허용될 수 있는 양의 유체(누출 질량유동(mass flow))가 상기 래비린스 씰을 통해 유출 또는 유입될 수 있다. 선택적으로, 외부로부터 발생되는 오염은, 추가로 이용되고 방향을 가진 질량 유동(예를 들어, 질소와 같은 차단 매체(barrier media)에 의해 방지된다.
관련 부품들 즉, 래비린스 링들이 가지는 고정밀도의 제조 공차가 고효율의 래비린스 씰을 위해 필요하다. 부품들이 가지는 특정 작동 조건 및/또는 너무 부정확한 제조과정 때문에 래비린스 씰이 작동하는 동안 래비린스 씰을 형성하는 샤프트 및 하우징 부분의 불필요한 접촉이 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 래비린스 씰이 가지는 두 개의 래비린스 링들은 외부의 부하영향에 의해 작동하는 동안 서로 접촉할 수 있다. 그 결과, 씰 조립체의 영구 손상 심지어 스파크(spark)의 발생 및 따라서 화재 위험이 배제될 수 없다.
제조 공차에 기인한 상기 래비린스 링들이 불필요하게 접촉하는 것을 방지하기 위해, 상기 씰 조립체의 제조 직경들이 증가함에 따라 예를 들어, 허용오차 또는 공차가 확대될 수 있다. 그러나 이것은 밀봉작용에 불리하게 작용하여 래비린스 씰 조립체의 효율은 감소한다.
따라서 본 발명의 목적은, 종래기술에 비해 개선된 래비린스 씰 조립체를 위한 개념을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 래비린스 씰의 래비린스 링들이 서로 연결되고 상기 래비린스 링들의 적어도 일부분들 또는 섹션들이 서로 다른 내마모성(wear resistance)을 가질 수 있다. 다른 영역들보다 상대적으로 작은 내마모성을 가진 영역들은 래비린스 씰 조립체의 원하는 마모영역들을 형성한다. 예를 들어, 작은 내마모성을 가진 재료들이 래비린스 씰내에 포함되고 상기 재료는 (예를 들어, 외부의 부하영역에 기인하여) 두 개의 래비린스 링들이 불필요하게 접촉하는 동안 상대적으로 작은 내마모성을 가진 재료의 의도된 마모를 형성한다.
본 발명의 일부 실시예에 의하면, 미리 정해진 마모량이 발생된 후에 적어도 마모된 마모영역 또는 부품들이 교체될 수 있다. 상기 마모량은 예를 들어, 상기 래비린스 씰 조립체 내부 또는 외부로 유동하는 누출 질량 유동의 허용량에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명의 특징에 의하면, 래비린스 씰이 제공된다. 상기 래비린스 씰은 제 1 래비린스 링과 제 2 래비린스 링을 포함한다. 상기 래비린스 씰이 설치된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링들은 적어도 부분적으로 중첩되어 서로 연결되며 서로에 대해 회전운동할 수 있다. 또한, 설치된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링들의 서로 마주보는 표면들은 서로 다른 내마모성을 가진다. 상기 목적을 위해 서로 마주보게 배열된 표면들은 예를 들어, 서로 다른 재료들로 제조되거나 서로 다르게 표면처리 및/또는 열처리될 수 있다. "내마모성"은, 중실몸체(solid body)가 마모(기계적 마모)에 견디는 성질을 의미하는 것으로 이해된다.
예를 들어, 고정된 하우징 부분은 제 1 래비린스 링과 결합되고 제 2 래비린스 링은 회전 샤프트상에 배열될 수 있다. 두 개의 래비린스 링들은 서로 연결되고 서로에 대해 회전운동할 수 있다. 씰 조립체의 실시예에 따라, 상기 두 개의 래비린스 링들 또는 래비린스 링들의 원형으로 연장된 리브(rib)들은 축 방향 즉, 샤프트 회전축 방향 또는 반경 방향 즉 상기 샤프트 회전축에 대해 수직인 방향으로 서로 연결될 수 있다. 다음에, 축 방향의 래비린스 씰 조립체가 설명될 때, 축 방향으로 서로 연결된 리브들을 의미하는 반면에, 반경 방향의 래비린스 씰 조립체가 설명될 때 반경 방향으로 서로 연결된 리브들을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예는 또한 축 방향 및 반경 방향 래비린스 씰 조립체들의 조합으로 이용될 수 있다.
서로 마주보게 배열된 표면들이 서로 다른 재료 강성을 가지면 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링들의 서로 마주보게 배열된 표면들이 서로 다른 내마모성을 가질 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 래비린스 링들의 서로 마주보게 배열된 표면들은 표면들의 적어도 일부분에서 서로 다른 재료 강성을 가진다. 예를 들어, 제 1 래비린스 링의 재료는 제 2 래비린스 링의 재료보다 더 큰 재료 강성을 가져서 상기 래비린스 링이 작동하는 동안 즉 상기 샤프트가 회전 및/또는 부하작용이 형성되는 동안 상기 제 2 래비린스 링의 상대적으로 작은 내마모성을 가진 재료가 두 개의 래비린스 링들이 접촉할 때 상기 제 1 래비린스 링의 상대적으로 큰 내마모성을 가진 재료보다 더 빠르게 마모된다.
일부 실시예들에 의하면, 제 1 래비린스 링은 예를 들어, (경화될 수 있는) 강으로부터 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다. 상기 실시예에서, 제 2 래비린스 링은 상대적으로 부드러운 재료로부터 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있어서, 상기 래비린스 씰이 작동하고 두 개의 래비린스 링들이 불필요하게 접촉하는 동안, 제 2 래비린스 링의 원하는 마모작용이 발생된다. 강보다 부드러운 재료는 예를 들어, 비철 금속 또는 플라스틱이다. 다시 말해, 제 1 래비린스 링의 표면재료는 일분 실시예들에 따라 (선택적으로 경화된) 강일 수 있고 제 2 래비린스 링의 표면재료는 예를 들어, 비철금속 또는 플라스틱의 군으로부터 선택될 수 있는 상대적으로 부드러운 재료이다. 여기서 "비철금속"은 귀금속을 제외한 비철 금속들의 하위군(sub group)에 관한 포괄적인 용어이다. 상기 비철금속은, 카드뮴(Cd), 코발트(Co), 동(Cu), 니켈(Ni), 납(Pb), 주석(Sn) 또는 아연(Zn)과 같은 금속을 포함한다. 상기 기초 중금속들은 색상을 가지거나 황동, 청동 및 포금(gunmetal)과 같은 채색된 합금이며, 상기 합금은 또한 비금속(base metal)들중에서 고려된다.
마모 또는 상대적으로 작은 내마모성을 가진 완전한 래비린스 링을 위해 제공된 표면영역들이 래비린스 씰 조립체내에 포함되어, 상기 표면영역들은 미리 정해진 마모량이 발생된 후에 교체될 수 있고, 상기 마모량은 예를 들어, 누출 질량유동 (예를 들어, 씰 래비린스로부터 유출하는 윤활유)의 허용량을 기초하여 결정될 수 있다. 일부 실시예에 의하면, (상대적으로 작은 내마성을 가진) 제 2 래비린스 링이 형성되어, 래비린스 씰 또는 완전한 래비린스 링이 작동한 후에 마모되는 제 2 래비린스 링의 적어도 한 개 영역이 교체되거나 교환될 수 있다. 상기 목적을 위하여, 래비린스 씰이 조립된 상태에서, 두 개의 래비린스 링들의 리브들이 서로 앞뒤로 서로 연결되지 않도록 상기 리브들이 형성된다. 즉, 두 개의 래비린스 링들의 원형으로 연장되는 리브들은 사실상 하나의 설치 방향(예를 들어, 축 방향 또는 반경 방향)으로만 연장된다. 그 결과, 설치방향에 대해 수직으로 연장되는 원형 리브들의 세그멘트들에 의해 어려움 없이 래비린스 씰의 두 개의 부품들 또는 래비린스 링들이 서로에 대해 가압되거나 떨어지도록 용이하게 가압될 수 있다. 그러나 다른 실시예에 의하면, 상기 래비린스 링들 중 적어도 한 개가 적절하게 세그멘트되어 형성되고 즉 서로 분리될 수 있다면, 두 개의 래비린스 링들이 가지는 후방의 연결 플랜지(engaging- flanges) 및/또는 언더컷(undercut)들이 래비린스 씰 조립체는 상대적으로 간단하게 조립(분해)작업시 형성될 수 있다.
일부 실시예에 의하면, 제 1 래비린스 링은 제 1 재료(예를 들어, 강)로부터 완전하게 제조될 수 있다. 다른 한편, 제 2 래비린스 링은 상기 제 1 재료보다 상대적으로 작은 내마모성을 가진 제 2 재료(예를 들어, 비철금속 또는 플라스틱)로부터 완전하게 제조될 수 있다. 물론, 제 1 래비린스 링이 제 2 래비린스 링보다 작은 내마모성을 가지는 실시예가 고려될 수 있다. 래비린스 씰이 작동한 후에 상대적으로 용이하게 접근할 수 있는 특수 래비린스 링이 상대적으로 작은 내마모성을 가지는 것이 유리하고 따라서 상대적으로 용이하게 교체될 수 있다. 일부 씰 조립체에서 상기 링은 샤프트 또는 베어링 측부 래비린스 링일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 주변 측부 또는 하우징 측부 래비린스 링이 더욱 용이하게 접근될 수 있다.
각각의 개별 래비린스 링이 다른 래비린스 링에 비해 상대적으로 크거나 작은 내마모성을 가진 재료로부터 완전히 제조되는 실시예들과 비교하여, 본 발명은 또한 두 개의 래비린스 링들 중 적어도 한 개가 표면재료 및 상기 표면재료와 상이한 내마모성을 가진 또 다른 재료로 제조되는 실시예들을 포함한다. 여기서 표면재료는 각각의 다른 래비린스 링을 향하는 표면영역에 배열된다. 다시 말해, 상대적으로 큰 내마모성을 가지거나 상대적으로 작은 마모를 가진 표면영역들이 상기 두 개의 래비린스 링들에 제공된다. 일부 실시예에 의하면, 밀봉 간격을 향하는 전체 표면은 예를 들어, 코팅 또는 다른 경화(hardening)처리와 같은 다른 표면처리 수단에 의해 처리될 수 있다. 다른 한편, 래비린스 링의 나머지 재료와 비교하여 특히 접촉에 취약하고 상기 밀봉 간격을 향하는 일부 표면 섹션들만 (적절한 표면처리에 의해) 경화되거나 연화될 수 있다. 따라서 상기 래비린스 링들 중 한 개의 표면재료는 나머지 링 재료보다 부드럽게 형성되도록 선택되어, 래비린스 씰이 작동하는 동안 상기 표면재료는 상기 특수 래비린스 링의 나머지 재료보다 더 빨리 마모된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 래비린스 씰을 작동시키기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 제 1 래비린스 링과 제 2 래비린스 링을 제공하여 상기 래비린스 씰이 설치된 상태에서 서로 다른 내마모성을 가진 제 1 및 제 2 래비린스 링의 표면들이 서로 마주보게 배열되는 단계를 포함한다. 또 다른 단계에서, 상기 래비린스 씰을 설치하여, 상기 래비린스 씰이 설치된 상태에서 제 1 및 제 2 래비린스 링은 적어도 부분적으로 중첩된 상태로 서로 연결되고 서로에 대해 회전운동한다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 두 개의 래비린스 링들사이의 접촉이 복구될 수 없는 손상(irreversible damage)을 형성하지 않기 때문에 래비린스 씰은 제조 공차에 대해 덜 민감하도록 설계될 수 있다. 따라서 래비린스 씰들은, 예를 들어, 설치 오차, 열팽창, 진원도, 원심력에 의한 변형 등과 같은 작동상태의 변화에 대해 덜 민감하도록 설계될 수 있다. (마모된 부품들을 교체하여) 최적의 밀봉 간격으로 귀환함에 따라 래비린스 씰 시스템의 효율은 오래 지속될 수 있다. 접촉 또는 마모 매체에 의해 야기되는 마모 및 전단은 마모된 부품들을 교체하여 마모되지 않은 원래의 상태로 회복될 수 있다. 또한 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 서로에 대해 회전운동하는 두 개의 래비린스 링들의 접촉/마찰에 의해 야기되는 스파크가 방지될 수 있어서, 추가로 위험한 환경속에서 폭발에 대한 대비가 보장될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참고하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1a 및 도 1b는, 서로 다르게 마모되는 래비린스 링들을 가지고 본 발명을 따르는 래비린스 씰 조립체의 실시예를 도시한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 래비린스 링의 표면 코팅들의 다른 실시예들을 도시한 도면.
본 발명을 따르고 단지 예로서 설명되는 실시예들에 관한 하기 설명에서, 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 부품들을 나타낸다.
도 1a는, 본 발명의 실시예를 따르는 래비린스 씰 조립체(10)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
상기 래비린스 씰(10)은, 제 1 래비린스 링(11) 및 제 2 래비린스 링(12)을 포함한다. 도시된 상기 실시예에서, 상기 제 2 래비린스 링(12)은, 제 2 래비린스 링과 샤프트(13)사이에서 상대 회전운동을 방지하도록 상기 샤프트(13)상에 위치한다. 상기 제 2 래비린스 링(12)과 샤프트(13)사이의 상대회전운동을 방지하는 상기 제 2 래비린스 링(12)과 샤프트사이의 결합은, 예를 들어, 제 2 래비린스 링(12)과 샤프트(13)사이의 상대 회전운동을 방지하도록 샤프트 숄더(shaft shoulder)(15)와 조합하여 상기 샤프트(13)위에서 제 2 래비린스 링(12)을 고정시키는 수축 끼워맞춤(shrinking- fitting) 또는 부착 슬리브(14)에 의해 구성될 수 있다. 본 명세서에서 "축 방향"은, 상기 샤프트(10) 및/또는 래비린스 씰(10)의 회전축이 가지는 방향을 의미한다. 명확한 이해를 위하여, 상기 회전 샤프트 축(16)위에서 상기 래비린스 씰(10) 및 상기 샤프트(13)의 단지 일부분이 도 1a에 도시된다.
도 1a은 장착된 상태에 있는 래비린스 씰(10)을 도시하고, 상기 제 1 래비린스 링(11) 및 제 2 래비린스 링(12)은 적어도 부분적으로 중첩된 상태로 서로 연결되고 상기 회전 샤프트 축(16) 주위에서 서로에 대해 회전운동할 수 있다. 도 1a에 도시된 래비린스 씰(10)의 실시예는 축방향 씰 조립체에 관한 것이고, 상기 제 1 래비린스 링(11)의 원형으로 배열된 리브(rib)(11-1, 11-2, 11-3)들이 상기 제 2 래비린스 링(12)의 원형으로 배열된 리브(12-1,12-2)들과 중첩된 상태로 서로 연결된다. 본 발명의 실시예들은 단지 도시된 축방향 씰 조립체들에만 적용되는 것이 아니라 당업자들에 의해 반경방향(radial) 래비린스 씰 조립체에도 적용될 수 있는 것이 자명하고, 상기 두 개의 래비린스 링들의 원형으로 연장되는 리브들은 중첩된 상태로 반경방향으로 서로 연결되고 서로에 대해 회전운동할 수 있다. 이 경우, 도 1a에 도시된 조립체를 90°만큼 회전시켜서 예시적인 반경방향 래비린스 씰 조립체를 구할 수 있어서, 상기 샤프트 회전축(16)은 수직이다. 유사하게, 본 발명의 원리를 이용할 수 있는 축 방향 및 반경 방향 래비린스 씰 조립체의 조합이 고려될 수 있다.
서로 연결된 래비린스 링(11,12) 또는 서로 연결되고 원형으로 연장되는 리브(11-1,11-2,11-3,12-1,12-2)들 때문에, 일반적으로 씰 래비린스(seal labyrinth)라고 지칭되는 구불구불 및/또는 콘볼류트 형상을 가진 간격(17)이 형성된다. 도 1a는, 상기 래비린스 씰(10)의 아이들(idle)위치 즉, 무부하 상태에 있고, 상기 제 1 및/또는 제 2 래비린스 링(11,12)에 대해 축방향 또는 반경방향 하중이 작용하지 않는 밀봉 간격(17)을 도시한다.
도 1a에서 서로 다른 해칭(hatching) 방향으로 도시한 것처럼, 상기 래비린스 씰(10)이 장착된 상태에서, 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들의 상호 마주보는 표면들은, 서로 다른 내마모성을 가진 (서로 다른) 재료들로부터 제조된다. 여기서 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들의 상호 마주보는 표면들은 또한 상기 밀봉간격(17)을 한정하는 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)의 표면들로서 이해될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 밀봉 간격(17)을 한정하는 상기 표면들의 적어도 부분적인 영역들이 서로 다른 내마모성(wear resistance)을 가진다.
도 1a에 도시된 실시예에 의하면, 상기 제 1 래비린스 링(11)은 제 1 재료로 부터 완전하게 제조된다. 상기 제 2 래비린스 링(12)은 또한 상기 제 1 재료보다 내마모성이 작은 제 2 재료로부터 완전하게 제조된다. 예를 들어, 상기 제 1 재료가 (경화된) 강일 때, 제 2 래비린스 링(12)의 제 2 재료는 예를 들어, 비철 금속(non- ferrous metal) 또는 플라스틱과 같이 상대적으로 부드러운 재료일 수 있다. 도 1a 및 도 b는 따라서 강으로 제조된 외부 래비린스 링(11) 및 비철 금속 및/또는 플라스틱의 군으로부터 선택된 적절한 마모 재료(wear- material)로부터 제조된 내부 래비린스 링(12)을 가진 실시예를 도시한다.
따라서, 두 개의 래비린스 링(11,12)들 및 따라서 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)의 서로 마주보는 표면들은 서로 다른 재료 강도를 가질 수 있다. 상기 두 개의 래비린스 링(11,12)들이 접촉하거나 모일 때(coming together) 래비린스 씰(10)이 작동하는 동안 즉 상기 두 개의 래비린스 링(11,12)들이 서로에 대해 연속적으로 회전하는 동안 상기 제 1 래비린스 링(11)의 재료가 상기 제 2 래비린스 링(12)의 재료보다 더 큰 재료 강도(hardness)를 가지는 도 1a에 도시된 실시예와 같이 거동하면, 상기 제 2 래비린스 링(12)의 재료는 상기 제 1 래비린스 링의 재료보다 더 빨리 마모될 수 있다. 이와 같이 종래기술의 래비린스 씰들과 비교할 때, 제조공차에 기인한 두 개의 래비린스 링(11,12)들의 접촉이 돌이킬 수 없는(irreversible) 손상을 야기하지 않기 때문에, 상기 래비린스 씰(10)은 두 개의 래비린스 링(11,12)들의 제조 공차에 대해 덜 민감하다. 따라서 상기 두 개의 래비린스 링(11,12)들사이의 불필요한 접촉이 형성되는 동안에 의도적이고 중요하지 않은 재료 마모(ablation)가 형성될 수 있다.
상기 목적을 위하여 도 1b는 부하를 가진 상태의 래비린스 씰(10)을 도시하고, 외부의 래비린스 링(11)에 반경방향 하중이 상기 밀봉 간격(17)의 간격 치수의 변화에 영햐을 준다. 상기 밀봉 래비린스의 축방향 간격의 이분의 일 간격치수가 부하에 의해 상당히 감소될 때( 도면부호 19를 참고), 따라서 축방향으로 연장되는 간격의 다른 절반의 간격 치수는 반경방향 부하에 의해 확대된다( 도면부호 20을 참고). 상기 제 1 래비린스 링(11) 및 제 2 래비린스 링(12)사이의 불필요한 접촉이 제조공차로부터 발생되기 때문에, 상기 래비린스 씰(10)의 제조공차 즉, 설치오차(installation errors), 열팽창, 진원도(out of roundness), 변형 등은 감소된 축방향 간격(19)에서 특히 불리하게 작용한다. 상기 형태의 불필요한 접촉이 발생될 때 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들의 마주보는 표면들 중 적어도 부분적인 영역들이 서로 다른 내마모성을 가지기 때문에, 래비린스 링을 형성하고 상대적으로 작은 내마모성의 재료는 이 경우, 상대적으로 큰 내마모성을 가진 재료의 래비린스 링(여기서 외부의 링(11))에 손상을 주지않고 마모될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상대적으로 작은 내마모성을 가진 요소들 즉, 래비린스 링 또는 전체 래비린스 링의 표면 섹션들이 상기 래비린스 씰(10)내에 포함될 수 있어서, 미리 정해진 마모량이 발생된 후에 상기 요소들은 교체되거나 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉 간격(17)으로부터 유출된 윤활유의 양과 같은 누출 질량 유동(leakage mass flow)의 허용가능한 양에 기초하여 상기 마모량이 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에서, 상대적으로 작은 내마모성을 가진 래비린스 링(12)이 (예를 들어, 상기 슬리브(14)를 분리하여) 교체될 수 있도록 형성된다. 즉, 일부 실시예들에 의하면, 상대적으로 작은 내마모성을 가진 완전한 래비린스 링이 미리 정해진 마모량에 도달된 후에 교체될 수 있고 새로운 래비린스 링으로 교체될 수 있다. 그 결과, 상기 밀봉 간격(17)이 최적의 간격 치수로 귀환하여 상기 밀봉시스템(10)의 효율은 오래 지속될 수 있다. 상기 밀봉 간격(17)내부에서 접촉 또는 마모성 매체에 의해 발생되는 마모 및 전단(tear)은 재료 교체(material replacement)에 의해 최초 상태로 돌아가거나 역전될 수 있다. 일부 실시예에 의하면, 상기 제 2 래비린스 링(12)의 교체를 용이하게 하기 위해, 두 개의 래비린스 링(11,12)들에 형성되고 설치된 방향 (축 방향으로)으로 서로 연결된 리브(11-1,11-2,11-3,12-1,12-2)들은, 상기 래비린스 씰(10)이 설치된 상태에서 상기 리브들이 (샤프트 회전축에 대해) 접선방향 또는 반경 방향을 향해 서로 앞뒤로(behind each other) 연결되지 않도록 형성된다. 즉, 더욱 용이한 설치 또는 분해작업을 위해, 상기 리브들은 상기 두 개의 래비린스 링(11,12)들이 축 방향으로 서로를 향해 간단히 가압되거나 서로로부터 떨어져 분리되는 작업을 어렵게 만들 수 있는 반경 방향 또는 접선방향 돌출부들을 가지지 않는다. 물론 이러한 구성은, 원형의 리브들이 각각 반경 방향으로 연장되고 서로 앞뒤로 서로 결합되기 위한 주목할만한 축 방향 돌출부를 가지지 않는다.
실시예를 개략적으로 확대도시한 도 2a를 참고할 때, 상기 두 개의 래비린스 링(11,12)들 중 적어도 한 개가 서로 다른 내마모성(wear resistance)을 가진 표면 재료(21) 및 또 다른 재료(22)로부터 제조된다. 각각의 다른 래비린스 링을 향하는 상기 리브(11-1,11-2,11-3,12-1,12-2)들의 표면 영역들은 상기 표면 재료(21)로부터 제조된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 조립체내에서, 내부의 래비린스 링(12)은 밀봉 간격(17)을 한정하는 표면들상에서 표면 재료(21)를 가질 수 있다. 요건에 따라, 상기 표면 재료(21)는 상기 또 다른 재료(22)보다 상대적으로 부드럽거나 강하게 형성될 수 있다. 상대적으로 부드러운(softer) 재료(21)를 이용하면, 재료(21)는 래비린스 씰(10)이 작동하는 동안, 일부 실시예들에서 마주보는 래비린스 링을 형성할 수 있는 또 다른 재료(22)보다 더욱 빠르게 마모된다. 예를 들어, 도 1의 조립체내에서, 외부의 링(11)은 또 다른 재료(예를 들어, 강)로 완전하게 제조될 수 있다.
상기 표면 재료(21)는 상기 또 다른 재료 또는 나머지 재료(22)보다 상대적으로 부드러운 (선택적으로 강한) 코팅(coating)일 수 있다. 그러나, 상대적으로 작거나( 선택적으로 또한 상대적으로 큰) 내마모성이, 상기 표면 재료(21)의 연화(softening)(선택적으로 경화)시키는 다른 적합한 표면처리에 의해 형성될 수도 있다. 따라서, 상기 표면 재료(21)는 또한 다른 재료성분은 합금 추가(alloy addition) 또는 피닝(peening)에 의해 연화되거나 경화될 수도 있다. 그러므로 전체적으로 본 발명에 의하면, "서로 다른 재료들"은 또한 서로 다르게 처리된 재료(예를 들어, 경화처리되지 않은 강과 비교하여 경화된 강) 및/또는 서로 다른 재료 합금을 의미하는 것으로 이해된다.
도 2b에 도시된 것처럼, 상기 표면 재료(21)가 반드시, 다른 래비린스 링을 향하거나 밀봉 간격(17)을 한정하는 표면영역에 연속으로 가해질 필요는 없다. 상대적으로 작은 내마모성을 가지거나 상대적으로 부드러운 표면 재료(21)가 단지 상기 밀봉 간격(17)을 한정하는 래비린스 링(11,12)의 표면에 부분적으로 가해지는 실시예들이 고려될 수 있다. 따라서 표면 재료(21)를 가진 상기 표면 영역들은 서로 떨어져 위치한다(도면부호 23을 참고한다). 예를 들어, 두 개의 래비린스 링(11,12)들사이의 불필요한 접촉이 상기 소수의 특수 (코팅되거나 처리된) 표면영역들에만 발생되는 것이 유리할 수 있다. 상기 표면 재료(21)가 단지 부분적으로 적용되기 때문에 우선 일부 환경 및/또는 표면처리에서 비용이 많이 드는 표면재료들을 위한 재료비용이 감소될 수 있다.
전체 래비린스 링(11,12)들은 상대적으로 작은 내마모성을 가진 재료의 마모발생후에 교체될 필요없이 단지 영향을 받은 영역(21)이 교체된다. 예를 들어, 상기 목적을 위하여, 래비린스 링에 가해진 플라스틱 층이 마모되지 않은 신규 플라스틱 층으로 교체되거나 교환될 수 있다.
상기 장치에 관한 본 발명의 특징들이 설명되었지만, 상기 특징들은 해당 방법에 관한 설명에도 적용되어, 장치의 블록 또는 부품은 방법단계의 특징 또는 해당 방법단계로서 이해된다. 유사하게 방법단계에 관해 설명된 특징들이 해당 장치의 해당 블록 또는 상세구조 또는 특징들의 설명을 제공한다.
상기 실시예들은 단지 본 발명의 원리를 설명할 뿐이다. 본 명세서에서 설명된 구조 및 상세부분들의 수정 및 변형이 당업자들에게 명확히 이해된다. 그러므로, 본 발명은 실시예들에 관한 설명 및 해설을 참고하여 제공된 특정 설명들이 아니라 하기 특허 청구범위에 의해 제한된다.
10.....본 발명의 실시예를 따르는 래비린스 씰,
11.....제 1 래비린스 링,
12.....제 2 래비린스 링,
13.....샤프트,
14.....부착 슬리브,
15.....샤프트 숄더,
16.....씰 및 샤프트 회전축,
17.....콘볼류트 구조의 간격
18.....반경 방향 하중,
19.....좁은 간격 치수,
20.....넓은 간격 치수,
21.....래비린스 링의 표면재료,
22.....래비린스 링의 또 다른/나머지 재료,
23.....부분적으로 부착된(sectionally applied) 표면재료들사이의 이격거리.

Claims (10)

  1. 제 1 래비린스 링(11)과 제 2 래비린스 링(12)을 포함한 래비린스 씰(10)에 있어서, 상기 래비린스 씰(10)이 설치된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들은 적어도 부분적으로 중첩되어 서로 연결되며 서로에 대해 회전운동할 수 있고, 설치된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들의 서로 마주보는 표면들은 서로 다른 내마모성을 가지는 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 래비린스 링들의 서로 마주보는 표면들은 서로 다른 재료 강성을 가지는 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 래비린스 링(11)의 재료는 상기 제 2 래비린스 링(12)의 재료보다 더 큰 재료강성을 가져서 상기 래비린스 링(10)이 작동하는 동안 상기 제 2 래비린스 링(12)의 재료는 상기 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들이 모이는 동안 상기 제 1 래비린스 링(11)의 재료보다 더 빠르게 마모되는 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  4. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 래비린스 링(11)의 재료는 강이고, 상기 제 2 래비린스 링(12)의 재료는 비철 금속 및 플라스틱을 포함한 군으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  5. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 래비린스 씰(10)이 작동한 후에 마모되는 상기 제 2 래비린스 링(12)의 적어도 한 영역이 교체될 수 있도록 제 2 래비린스 링(12)이 형성되는 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 래비린스 씰(10)이 설치된 상태에서 설치된 방향으로 서로 연결되는 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)들의 리브(11-1,11-2,11-3,12-1,12-2)들이 서로 앞뒤로 연결되지 않도록 상기 리브들이 형성되는 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  7. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 래비린스 링(11)이 제 1 재료로부터 완전히 제조되고 및/또는 제 2 래비린스 링(12)은 상기 제 1 재료보다 상대적으로 작은 내마모성을 가진 제 2 재료로 완전히 제조되는 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 개의 래비린스 링(11,12)들 중 적어도 한 개는 서로 다른 내마모성을 가진 표면재료(21)와 또 다른 재료(22)로 제조되고, 각각의 래비린스 링(12,11)을 향하는 표면 영역들은 상기 표면재료(21)로 제조되는 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 표면재료(21)는 상기 또 다른 재료(22)보다 상대적으로 부드러워서 상기 래비린스 씰(10)이 작동하는 동안 상기 표면재료(21)는 래비린스 링의 또 다른 재료(22)보다 더 빠르게 마모되는 것을 특징으로 하는 래비린스 씰.
  10. 래비린스 씰(10)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    제 1 래비린스 링(11)과 제 2 래비린스 링(12)을 제공하여 상기 래비린스 씰이 설치된 상태에서 서로 다른 내마모성을 가진 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)의 표면들이 서로 마주보게 배열되는 단계 및,
    상기 래비린스 씰(10)을 설치하여, 상기 래비린스 씰이 설치된 상태에서 제 1 및 제 2 래비린스 링(11,12)은 적어도 부분적으로 중첩된 상태로 서로 연결되고 서로에 대해 회전운동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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