KR20140121153A - 메카니컬 씰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박용 펌프에 구비되는 메카니컬 씰에 관한 것으로서, 샤프트축과 함께 회전하는 슬리브와 회전자 및 고정자로 이루어져 펌프 내의 유체가 외부로 누출되는 것을 방지하는 메카니컬 씰에 있어서, 상기 고정자 상부에 복수개의 세트 플레이트를 구비하되, 상기 세트 플레이트는 상기 샤프트축의 중심 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되며, 선단이 상기 슬리브의 외주면에 형성된 그루브에 삽입되어 상기 슬리브의 축 방향 이동을 구속할 수 있도록 구비됨으로써, 상기 회전자와 고정자의 정위치 고정 역할과 동시에 펌프의 유지 보수(Maintenance)시 회전자를 고정할 수 있도록 하여 작업 편의성을 향상시킬 뿐 아니라, 지지력 증대는 물론 설치 개수를 줄일 수 있어 제작 비용을 절감할 수 있는 메카니컬 씰에 관한 것이다.

Description

메카니컬 씰{Machanical seal}

본 발명은 박용펌프에 구비되는 메카니컬 씰에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 펌프의 유지 보수(maintenance)시 슬리브의 축방향 이동을 구속하여 작업 편의성을 향상시킬 수 있게 하고, 또한 슬리브에 대한 지지력 증대를 통해 장착 개수를 줄일 수 있어 제작 비용을 절감할 수 있는 메카니컬 씰에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 오일 펌프(oil pump)나 발라스트 펌프(ballast pump) 등 다수의 박용 펌프가 설치되어 운영되고 있다.

이러한 박용 펌프는 샤프트축을 이용하여 임펠러(impeller)를 회전시킴으로써, 내부에 충진된 오일 또는 물과 같은 유체를 특정 방향으로 강제 이송시키는 역할을 하게 되는 것이다.

박용 펌프는 도 2에 도시된 바와 같이, 밀폐된 케이싱부(10) 내에서 임펠러(20)가 회전되도록 하여 유체를 특정 방향으로 이송시키게 되며, 이때 임펠러(20)를 회전시키는 샤프트축(1)이 케이싱부(10)를 관통하여 설치되기 때문에 케이싱부(10) 내의 유체가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 케이싱부(10)의 상,하부 2개소에 메카니컬 씰(Machanical seal)(70)이 각각 설치되어 있다.

여기서 메카니컬 씰은 일반적으로 샤프트축과 함께 회전하는 슬리브(sleeve)와 회전자 및 고정자로 구성되며, 이때 고정자 상부에 세트 플레이트(set plate)가 설치된다.

세트 플레이트는 슬리브를 구속하거나 또는 회전되도록 하는 것으로서, 펌프 작동시에는 슬리브가 샤프트축과 함께 회전될 수 있도록 슬리브로부터 이탈되고, 펌프의 유지 보수(maintenance)시에는 슬리브를 구속하여 슬리브의 축방향 상,하 이동을 차단함으로써, 유지 보수 작업이 용이하도록 하는 것이다.

이하 도 1을 참조하여 종래의 메카니컬 씰에 구비된 세트 플레이트를 간략히 설명한다.

종래의 세트 플레이트(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 편심 디스크 타입(Eccentric disk type)으로서, 샤프트축(1)의 축심을 기준으로 4 개가 방사상으로 설치되며, 회동축(105)을 기준으로 회동 가능하게 설치된다.

따라서 세트 플레이트(100)는 회전에 의해 선단이 슬리브(30)의 외주면을 따라 형성된 그루브(35)에 삽입 또는 이탈됨으로써 슬리브(30)가 샤프트축(1)의 축방향으로 이동하는 것을 구속하게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 세트 플레이트는 다음과 문제점들이 있었다.

첫째, 회동 구조상 박용 펌프의 협소한 공간으로 인해 설치 및 핸들링 작업이 매우 불편하고, 둘째, 펌프 축심과 세트 플레이트의 회동 축심이 다른 캠 회전판 타입(Cam disk type)이기 때문에 선단과 그루브와의 접촉면적이 작고 제한적이어서 면압이 높아질 뿐 아니라, 4개 이상의 다수개를 장착해야 하는 문제점이 있었으며, 셋째, 이로 인해 제작 비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

공개특허공보 특2003-0037915호(2003.05.16)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 고정자 상부에 두 개의 세트 플레이트를 구비하되, 세트 플레이트가 샤프트축의 축심 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되어 선단이 슬리브의 그루브에 삽입되는 수평 이동식 슬라이드 방식 구조를 채택함으로써, 협소한 설치 공간에서의 핸들링 작업이 용이할 뿐 아니라, 접촉면적의 증대를 통해 지지력이 증가될 수 있게 하고, 또한 2개의 설치로 작동이 가능하도록 하여 제조 비용 절감은 물론 유지 보수 작업이 용이하도록 한 메카니컬 씰을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 샤프트축과 함께 회전하는 슬리브와 회전자 및 케이싱부에 결합되는 고정자로 이루어져 펌프 내의 유체가 외부로 누출되는 것을 방지하는 메카니컬 씰에 있어서, 상기 고정자의 상부에 복수개의 세트 플레이트를 구비하되, 상기 세트 플레이트는 상기 샤프트축의 축심 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되며, 선단이 상기 슬리브의 외주면에 형성된 그루브에 삽입되어 상기 슬리브의 축 방향 이동을 구속할 수 있도록 구비된다.

여기서 상기 세트 플레이트는 상기 고정자 상부면에 안착되며 일측부에 가이드공이 관통 형성된 고정플레이트와 상기 가이드공을 관통하여 상기 고정자에 결합되는 체결구로 구성된다.

또한 상기 고정플레이트는 상기 슬리브에 형성된 그루브의 저면과 대응되도록 선단부에 원호 형상의 만곡면이 형성된다.

또 상기 고정플레이트는 상기 샤프트축의 축심을 기준으로 서로 대칭되게 마주보도록 두 개가 설치되는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수평 이동식 슬라이드 방식의 세트 플레이트를 채택함으로써, 협소한 공간에서도 설치 및 핸들링이 용이하여 유지 보수 작업의 편의성 증대는 물론 맨아워(Man/Hour)를 줄일 수 있는 효과가 있고, 또한 지지력 증대로 인해 장착 개수를 최소화할 수 있어 제조 비용 절감 및 생산성 향상의 효과가 있다.

도 1은 종래의 메카니컬 씰에 구비된 세트 플레이트의 평면도,
도 2는 본 발명의 메카니컬 씰이 구비된 박용 펌프의 구성도,
도 3은 본 발명의 메카니컬 씰의 부분 절개도,
도 4는 본 발명의 메카니컬 씰의 단면도,
도 5는 도 3의 메카니컬 씰에 구비된 세트 플레이트의 작동 상태도이다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 도 2를 참조하여 박용 펌프의 구조를 간략히 설명한다.

도 2는 본 발명의 메카니컬 씰(Machanical seal)이 구비된 박용 펌프의 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 박용 펌프는 샤프트축(1), 케이싱부(10), 임펠러(20), 및 메카니컬 씰(70)로 이루어져 있다.

여기서 임펠러(impeller)(20)는 케이싱부(10) 내에 설치되는 것으로서, 샤프트축(1)에 결합되어 샤프트축(1)과 함께 회전 가능하게 결합되며, 이때 케이싱부(10) 내에는 오일 또는 물과 같이 이송하고자 하는 유체가 채워지게 된다.

샤프트축(1)은 케이싱부(10)를 관통하여 설치되며, 샤프트축(1)이 관통하는 케이싱부(10) 상,하측부에는 케이싱부(10) 내의 유체가 유출되는 것을 방지하는 메카니컬 씰(70)이 각각 설치된다.

한편 케이싱부(10)에는 유체를 이송시킬 수 있도록 유입구와 배출구가 구비되어 있다.

따라서 유체는 케이싱부(10) 내에 충진된 상태에서 임펠러(20)의 회전에 의해 유입구로부터 배출구로 강제 이송되며, 메카니컬 씰(70)은 펌프 작동 과정에서 유체의 외부 누출을 차단하게 되는 것이다.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 메카니컬 씰을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 메카니컬 씰의 부분 절개도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 메카니컬 씰의 단면도를 나타낸 것이며, 도 5는 도 3의 메카니컬 씰에 구비된 세트 플레이트의 작동 상태도를 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 메카니컬 씰(70)은 슬리브(30), 회전자(40), 고정자(50) 및 세트 플레이트(60)로 구성된다.

여기서 슬리브(30)는 샤프트축(1)이 관통 설치되는 부분으로서, 상단부에 설치되는 씰링부(36)에 고정구(37)를 관통 결합시켜 샤프트축(1)에 고정됨으로써, 샤프트축(10)과 함께 회전될 수 있도록 구비된다.

여기서 고정구(37)는 세트 스크류(set screw) 등이 사용될 수 있다.

또한 슬리브(30)는 하기에서 설명하는 세트 플레이트(60)의 선단이 끼워질 수 있도록 외주면에 일정 깊이의 그루브(groove)(35)가 형성된다.

한편 고정자(50)는 케이싱부(10) 외측면에 결합되어 고정되는 부분으로서, 둘레를 따라 다수의 결합공(55)이 상,하 방향으로 관통 형성되어 있으며, 하부에는 보조고정자(52)가 설치되어 있다.

따라서 고정자(50)는 볼트를 결합공(55)에 관통시켜 케이싱부(10)에 고정시키면 되는 것이다.

한편 회전자(40)는 슬리브(30)의 하부에 결합되어 슬리브(30)와 함께 회전될 수 있도록 구비되며, 상부에는 카본 소재의 씰링부재(45)가 설치된다.

여기서 씰링부재(45)는 보조고정자(52)의 하면에 밀착됨으로써, 유체가 화살표(200) 방향으로 이동하여 고정자(50) 내부를 통해 외부로 유출되는 것을 방지하는 것이다.

이때 회전자(40)는 스프링(42)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다.

또한 메카니컬 씰(70)의 고정자(50)와 회전자(40) 및 슬리브(30)의 접촉면에는 다수의 오링(o-ring)(110)이 설치되어 있다.

한편 세트 플레이트(60)는 도 3,4에 도시된 바와 같이, 고정자(50)의 상부면에 결합되어 고정자(50)와 회전자(40)의 정위치 고정 역할과 아울러 펌프 유지 보수(Maintenance)시 회전자(40)와 고정자를 상호 일체화시켜 작업이 가능하도록 하는 것이다.

여기서 세트 플레이트(60)는 고정플레이트(62)와 체결구(65)로 구성된다.

고정플레이트(62)는 일정 두께와 길이 및 폭을 가지는 평판 형상으로 구비될 수 있으며, 일측부에는 일정 길이의 가이드공(63)이 관통 형성된다.

한편 고정플레이트(62)의 선단에는 슬리브(30)의 그루브(35)에 삽입되어 그루브(35)의 저면에 접촉될 수 있도록 원호 향상의 만곡면(64)이 형성된다.

또한 가이드공(63)에는 체결구(65)가 관통되어 고정자(50)의 상부면에 결합된다.

따라서 세트 플레이트(60)는 가이드공(63)을 따라 수평 이동 가능한 슬라이드 방식으로 설치됨으로써, 필요에 따라 선단부가 선택적으로 슬리브(30)에 결합되거나 또는 이탈될 수 있도록 구비되는 것이다.

여기서 세트 플레이트(60)는 도 5에 도시된 바와 같이 샤프트축(1)의 축심을 기준으로 서로 대칭되어 마주 보도록 두 개가 설치되는 것이 바람직하다.

이하 도 5를 참조하여 세트 플레이트의 작동을 설명한다.

먼저 펌프 작동시에는 슬리브(30)가 고정자(50)와 상관없이 샤프트축(1)과 함께 회전되어야 하기 때문에 세트 플레이트(60)가 후방으로 후퇴하여 고정플레이트(62)의 선단이 슬리브(30)의 그루브(35)로부터 이탈된 상태가 유지되도록 한다.

한편 펌프의 유지 보수를 위해 슬리브(30)의 고정구(37)를 제거하는 경우에는 슬리브(30)가 샤프트축(1)을 따라 하향 이동하게 되어 작업이 곤란하게 되므로, 이때에는 미리 세트 플레이트(60)에 구비된 고정플레이트(62)의 선단이 슬리브(30)의 그루브(35)에 삽입되어 슬리브(30)를 고정시킬 수 있도록 하는 것이다.

이때 작업자는 체결구(65)를 이완시킨 후, 가이드공(63)을 이용하여 고정플레이트(62)를 샤프트축(1)의 축심방향으로 슬라이딩시켜 고정플레이트(62)의 만곡면(64)이 그루브(35)의 저면에 밀착되도록 한 후, 체결구(65)를 결합하여 고정시키면 되는 것이다.

여기서 작업자는 유지 보수 작업이 완료되면 슬리브(30)를 다시 고정구(37)로 샤프트축(1)에 고정시킨 후, 고정플레이트(62)를 후방으로 원위치시켜 고정시킨 후 펌프를 재가동시키면 되는 것이다.

따라서 본 발명의 메카니컬 씰(70)은 세트 플레이트(60)의 구조가 단순할 뿐 아니라, 수평 이동식 슬라이드 방식 구조를 적용함으로써, 박용 펌프의 협소한 공간에서도 설치 및 핸들링 작업이 용이하게 되고, 또한 접촉면적 증대로 인해 면압 감소는 물론 지지력 증가를 통해 장착 수량을 두 개로 감소시킬 수 있게 되어 작업 편의성 향상과 함께 비용 절감 및 맨아워(Man Hour)를 절감할 수 있게 되는 것이다.

이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 샤프트축 10 : 케이싱부
20 : 임펠러 30 : 슬리브
35 : 그루브 36 : 씰링부
37 : 고정구 40 : 회전자
42 : 스프링 45 : 씰링부재
50 : 고정자 52 : 보조고정자
55 : 결합공 60,100 : 세트 플레이트
62 : 고정플레이트 63 : 가이드공
64 : 만곡면
65 : 체결구 70 : 메카니컬 씰
105 : 회동축 110 : 오링

Claims (4)

1. 샤프트축과 함께 회전하는 슬리브와 회전자 및 케이싱부에 결합되는 고정자로 이루어져 펌프 내의 유체가 외부로 누출되는 것을 방지하는 메카니컬 씰에 있어서,
   상기 고정자의 상부에 복수개의 세트 플레이트를 구비하되,
   상기 세트 플레이트는,
   상기 샤프트축의 축심 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되며, 선단이 상기 슬리브의 외주면에 형성된 그루브에 삽입되어 상기 슬리브의 축 방향 이동을 구속할 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
2. 제1항에 있어서,
   상기 세트 플레이트는,
   상기 고정자 상부면에 안착되며 일측부에 일정 길이의 가이드공이 관통 형성된 고정플레이트; 및
   상기 가이드공을 관통하여 상기 고정자에 결합되는 체결구;
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정플레이트는 상기 슬리브에 형성된 그루브의 저면과 대응되도록 선단부에 원호 형상의 만곡면이 형성되는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고정플레이트는 상기 샤프트축의 축심을 기준으로 서로 대칭되게 마주보도록 두 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 메카니컬 씰.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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