KR20170083015A

KR20170083015A - 밀봉 링

Info

Publication number: KR20170083015A
Application number: KR1020177003153A
Authority: KR
Inventors: 다리오 콜롬보; 쥬세페 가스파리니; 파올로 피사니
Original assignee: 레오나르도 에스피에이
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-07-17
Also published as: US20170198814A1; KR102358126B1; WO2016009408A1; EP2975306A1; RU2017104786A; US9989153B2; CN107002883B; CN107002883A; EP2975306B1; RU2676566C2; RU2017104786A3

Abstract

하나의 축(A)을 중심으로 회전하는 본체(40, 41); 및 상기 본체(40, 41)에 의해 경계가 형성되고, 상기 축(A)에 대해 횡 방향으로 연장되며, 그리고 상기 축(A)에 평행인 방향에서 추가적인 밀봉 링(18)에 인접하도록 구성되는 제1 표면(19)을 포함하는, 밀봉 조립체(6)를 위한 밀봉 링(17")이 기술된다. 상기 제1 표면(19)은 각각의 하이드로패드를 형성하는 다수의 홈들(35a", 35b")을 포함하고, 상기 홈들(35a", 35b")은 서로 마주하는 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37")에 의해 그 경계가 한정되고, 상기 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37")는 상기 축(A)에 대해 원주 방향에서 상기 홈들(35a", 35b")의 경계를 한정하고, 상기 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37; 37'; 37") 중의 적어도 하나는 일치하거나 개별적인 초점들을 갖는 타원의 호와 같은 형상이다. 상기 밀봉 링(17")은, 상기 축(a)에 대해 원주 방향에서 서로 교호하고 또한 상기 축(A)에 대해 방사 방향으로 서로 엇갈리게 배치되는 제1 홈들(35a") 및 제2 홈들(35b")을 포함한다.

Description

밀봉 링{SEALING RING}

본 발명은 밀봉 링(sealing ring), 특히, 항공기 또는 헬리콥터에 적용하기 위한 밀봉 링에 관한 것이다.

밀봉 조립체(sealing assembly)들은 하나의 축에 대해 고정된 고정자(stator)와 동 축에 대해 회전하는 샤프트 사이에 회전형의 밀봉을 제공하기 위해 사용되는 것으로 알려져 있다.

밀봉 조립체들은 제1 공간(chamber)에 함유된 제1 윤활 유체, 전형적으로 오일이, 제2 유체, 전형적으로는 공기에 의해 점유되는 제2 공간으로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

더 상세하게는, 상기 밀봉 조립체들은:

- 고정자(stator)에 장착되는 제1 고정형 링과,

- 회전자(rotor)에 장착되는 제2 회전형 링에 의해 형성되는 것으로 알리어져 있다.

상기 제1 링 및 제2 링은, 예를 들어, 탄성 수단에 의해 축 방향으로 함께 가압되며, 서로 마주하고 서로에 대해 접촉 상태로 배치되는 제1 표면과 제2 표면을 각각 가진다.

더욱 상세하게는, 밀봉 작용은 상기 제1 표면과 제2 표면 사이에 존재하는 압력에 의해 보장된다.

예를 들어, 미국특허 6,257, 589호에 개시된 것과 같은, 회전형의 유체역학적 밀봉을 제공할 수 있는 밀봉 조립체들이 알려져 있다.

이러한 밀봉 조립체들은:

- 오일을 함유하는 제1 공간;

- 공기를 함유하는 제2 공간; 그리고

- 상기 제2 링의 제2 표면에 형성되는, 당해 업계에서 "하이드로패드(hydropad)"로서 알려진 다수의 홈(groove)들을 포함한다.

더 상세하게는, 상기 제1 공간은 상기 제2 공간에 대하여 그리고 샤프트의 회전 축을 기준으로 방사 방향으로 가장 바깥쪽에 배열된다.

상기 제1 링의 제1 표면은 제1 공간과 부분적으로 마주하는 반면, 상기 홈들은 상기 제2 공간의 내부에 부분적으로 개방되어 있다.

상기 제2 링은 제1 공간과 제2 공간 사이에 방사 방향으로 끼워 넣어진다.

상기 홈들은 샤프트의 회전축으로부터 방사상으로 연장되며, 상기 링의 회전축을 중심으로 각도 상으로 등거리로 배치되고, 그리고 상기 회전축에 평행한 방향으로는 앞이 막혀있다.

상기 홈들은 회전축에 대하여 원주 방향으로 상기 제2 링의 두께를 변하게 한다. 상기 제2 링의 회전으로 인하여, 이러한 두께의 변동은 그것에 함유되어 제1 표면과 제2 표면 사이에 갇혀 있는 공기층 내부에서 과도 압력(overpressure)을 생성한다.

달리 설명하면, 홈(groove)들을 갖는 상기 제2 회전형 링은 점성 유체(viscous fluid)에 대해 병진 운동(translation)에서 상이한 두께의 슬라이딩 슈(sliding shoe)와 같이 거동한다.

이러한 과도 압력은 상기한 제1 공간으로부터의 오일이 누출하는 것을 방지하는 일종의 "공기 장벽(air barrier)"을 생성한다.

더 상세하게는, 각각의 홈은:

- 상기 축에 대해 방사상으로 안쪽으로 배열되고 원주 호(circumferential arc)와 같은 형상인 제1 모서리; 및

- 상기 축에 대해 방사상으로 바깥쪽으로 배열되고, 원주 호와 같은 형상이며, 그리고 상기 제1 모서리를 마주하는 제2 모서리에 의해 그 경계가 형성된다.

각각의 홈은 또한 상기 제1 모서리와 제2 모서리 사이에서 연장되는 제3 모서리와 제4 모서리에 의해 그 경계가 형성된다.

더 상세하게는, 상기 제3 모서리 및 제4 모서리는 서로 마주하며 원주 방향에서 상기 홈의 경계를 한정한다.

더욱이, 상기 제3 및 제4 모서리들은 직선의 선분들(segments)과 같은 형상이다.

홈들을 일체화하여 통합하는 상기한 밀봉 조립체들은 효율적이기는 하지만, 여전히 개선될 여지가 있을 수 있다.

더욱 상세하게는, 밀봉 조립체의 신뢰성과 동작 수명을 최적화하는 필요성이 해당 업계에서 인식되고 있다.

더 정확하게는, 제1 모서리 근방에서, 즉 제2 공간에 인접하게 과도 압력의 효과를 증진할 필요성이 업계 내에서 인식되고 있다.

상기한 과도 압력 공기-장벽 효과를 생성하기 위해서만이 아니라, 홈에 들어오는 어떤 오일 방울들도 제1 공간 내부로 다시 되돌리기 위하여 상기 홈들을 이용할 필요성이 또한 인식된다.

마지막으로, 적절한 윤활 작용, 결과적으로는, 밀봉 조립체에 대해 적절한 신뢰성을 보장하도록, 제1 링과 제2 링 사이의 접촉 면을 습윤하게 할 수 있도록 윤활용 유체(lubricating fluid)의 양을 조절할 필요성이 또한 인식된다.

국제특허공개 WO95/29353호 및 유럽특허공개 EP-A-0582335호는 일련의 원주 방향으로 이격된 홈(groove)들을 갖는 밀봉 링을 개시한다. 특히, 모든 홈들의 방사상으로 외측 모서리들과 방사상으로 내측 모서리들은 단지 하나의 방사상으로 외측 원주와 단지 하나의 방사상으로 내측 원주에 각각 존재한다.

미국특허 6,152,452호는 원주 방향으로 서로 교호적(alternate)으로 그리고 방사 방향으로 서로 엇갈리게(staggered) 배치된, 2열의 제1 및 제2의 이격된 홈들을 갖는 밀봉 링을 개시한다.

특히, 상기한 제1 홈들 및 제2 홈들은 나선형 모서리들에 의해 그 경계가 이루어지고 서로 상이하게 형성된다. 더욱 상세하게는, 방사상으로 외측에 배열된 상기 제1 홈들의 방사 방향의 크기는 상기 제2 홈들의 방사 방향의 크기보다 더 크다.

본 발명의 목적은 상기한 필요성 중 적어도 하나가 간단하고 저렴한 방식으로 충족되는 밀봉 링(sealing ring)을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적은, 밀봉 링에 관한 한, 특허청구범위 제1항에 따른 본 발명에 의하여 달성된다.

이하, 본 발명의 더 양호한 이해를 위하여, 단지 비-제한적인 예를 드는 방식으로, 첨부한 도면들을 참조하여, 세 개의 바람직한 실시예들이 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 제조되는 밀봉 링이 그 안에 일체로 통합되어 있는 밀봉 조립체를 포함하는 헬리콥터의 트랜스미션 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 밀봉 조립체의 일부 구성요소들의 현저히 확대된 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2에서 명료성을 위해 일부 부품들이 제거된 상태의 밀봉 링의 제1 실시예의 확대된 투시도이다.
도 4는 도 3에서 명료성을 위해 일부 부품들이 제거된 상태의 밀봉 링의 제1 실시예의 현저하게 확대된 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 밀봉 링의 제1 실시예의 정면도이다.
도 6은 명료성을 위해 일부 부품들이 제거된 상태의 본 발명의 원리에 따라 제조된 밀봉 링의 제2 실시예의 현저하게 확대된 도면이다.
도 7은 도 6의 밀봉 링의 제2 실시예의 정면도이다.
도 8은 명료성을 위해 일부 부품들이 제거된 상태의 본 발명의 원리에 따라 제조된 밀봉 링의 제3 실시예의 현저하게 확대된 도면이다.
도 9는 명료성을 위해 일부 부품들이 제거된 상태의 본 발명의 원리에 따라 제조된 밀봉 링의 제3 실시예의 현저하게 확대된 정면도이다.

도 1을 참조하면, 참조번호 1은 헬리콥터(미도시)에 구현하기에 적합한 밀봉 조립체(seal assembly)를 나타낸다.

상기 조립체(1)는 축 A에 대해 대칭으로서:

- 축 A를 중심으로 회전하는 샤프트(2);

- 상기 샤프트(2)가 회전 가능한 방식으로 장착되어 있고, 상기 샤프트(2)에 대하여 방사상으로 외측에 배열되는 고정자(2);

- 윤활 유체(lubricating fluid), 도시된 경우에는 오일로 충전되고, 상기 샤프트(2)와 고정자(3) 사이에 방사상으로 끼워 넣도록 의도되는 공간(4);

- 공기로 충전되도록 의도되는 공간(5); 및

- 상기 공간(4)으로부터 공간(5)으로의 윤활 유체의 누출을 방지하도록 구성되는 밀봉 조립체(6)를 기본적으로 포함한다.

상기 조립체(1)는 또한 칼라(collar)(7) 및 칼라(8)를 포함하는데, 이것들은 서로 축 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 샤프트(2)와 일체형으로 축 A를 중심으로 회전 가능하며, 또한 상기 샤프트(2)와 고정자(3) 사이에 방사상으로 끼워 넣어진 위치에서 상기 샤프트(2) 상에 장착되어 있다.

더 상세하게는, 상기 샤프트(2)는 트랜스미션(미도시)에 연결된 감속기(reducer)의 상류 측에 배열되는 헬리콥터 엔진(미도시)의 출력 부재이다.

또한, 상기 샤프트(2)는 상기 축 A를 중심으로 제1 방향으로(도 4 내지 9에서 시계방향으로) 회전한다.

상기 고정자(3)는:

- 상기 칼라(7)로부터 방사상으로 이격되어 있고 주로 축 방향으로 연장 부분을 갖는 본체(main body)(10);

- 상기 본체(10)로부터 방사 방향으로 또한 상기 축 A로부터 반대쪽 측면 상에서 돌출하는 플랜지(flange)(11); 및

- 상기 본체(10)와 반대쪽 측면에 배열된 고정자(3)의 축 방향의 단부의 경계를 형성하는 부속물(appendage)(12)을 포함한다.

더 상세하게는, 상기 부속물(12)은:

- 상기 본체(10)로부터 반대쪽 측면에서 상기 플랜지(11)로부터 돌출하고, 상기 축 A에 대해 방사 방향으로 상기 본체(10)의 축 A에 더 가까이 배열되는 축 방향의 부분(13); 및

- 상기 플랜지(11)에 축 방향으로 반대쪽 부분에서 상기 부분(13)으로부터 돌출하고, 상기 축 A에 대해 주로 방사 방향으로 된 연장부를 가지며, 또한 상기 부분(13)으로부터 상기 축 A를 향해 돌출하는 부분(14)을 포함한다.

상기 공간(4)은 칼라(7)와 본체(10)에 의해 방사상으로 그 경계가 이루어지며, 그리고 상기 밀봉 조립체(6)를 축 방향으로 마주하는 측면 상에서 측 방향으로 개방되어 있다.

상기 공간(5)은:

- 상기 본체(10)에 대해 상기 플랜지(11)와 상기 부분들(13, 14)의 축 방향으로 반대쪽 측면 상에 배열되고 또한 상기 플랜지(11)와 상기 부분들(13, 14)의 축 방향으로 반대쪽 부분에서 개방되어 있는 부분(21); 및

- 상기 부분(14)과 칼라(8)에 의해 그 경계가 형성되는 환상의 통로(23)를 통해 상기 부분(21)과 연통하는 부분(22)을 포함한다.

더 상세하게는, 상기 부분(22)은 상기 칼라(8)와 부분(13)에 의해 방사상으로, 그리고 상기 부분(14)과 상기 밀봉 조립체(6)에 의해 축 방향으로 그 경계가 형성된다.

상기 밀봉 조립체(6)는 이어서:

- 상기 샤프트(2)에 고정되고 상기 칼라들(7 및 8) 사이에 축 방향으로 끼워 넣어진 링(17); 및

- 상기 고정자(3)에 고정된 링(18)을 포함한다.

상기 링들(17, 18)은 축 A에 대해 환상의 연장부를 대체로 가지며 서로 접촉 상태인 각각의 표면들(19 및 20)을 포함한다.

더 상세하게는, 상기 표면들(19 및 20)의 중첩된 영역은 상기 공간(5)으로부터 상기 공간(4)을 분리하는 역할을 한다.

상기 밀봉 조립체(6)는:

- 상기 고정자(3)에 고정된 케이싱(24); 및

- 상기 케이싱(24)과 링(18) 사이에 끼워 넣어지고 상기 축 A와 평행인 상기 링(17)을 향해 상기 링(18)을 탄력적으로 밀어주도록 구성되는 스프링(28)을 또한 포함한다(도 2 참조).

도시된 경우에서, 상기 스프링(28)은 축 A에 동축으로 장착된 웨이브 스프링(wave spring)이다.

이어서 상기 케이싱(24)은:

- 상기 고정자(3)의 본체(10)에 고정되고 축 A에 평행하게 연장되는 얇은 플레이트(25);

- 상기 플레이트(25)로부터 축 A로 돌출하고 축 A로 방사상으로 연장되는 얇은 플레이트(26); 및

- 상기 플레이트(25)로부터 상기 링(17)을 향해 축 방향으로 돌출하고, 따라서 상기 플레이트(26)에 평행으로 배열되는 얇은 플레이트(27)를 포함한다(도 2 참조).

상기 밀봉 조립체(6)는:

- 상기 링(18)과 상기 플레이트(27) 사이에 방사 방향으로 끼워 넣어진 O-링(30); 및

- 상기 스프링(28)과 링(18) 사이에 방사상으로 끼워 넣어진 링(31)을 또한 포함한다.

상기 링(17)은:

- 상기 샤프트(2) 상에 축 방향으로 장착된 부분(41); 및

- 상기 축 A으로부터 이격된 방향으로 상기 부분(41)으로부터 돌출하고 상기 표면(19)의 경계를 형성하는 방사형 부분(40)을 또한 포함한다(도 1 참조).

상기 표면(19)은 원형의 크라운(circular crown) 형상으로서, 축 A에 대해 방사상으로 더 내측의 모서리(42)와 축 A에 대해 방사상으로 더 외측의 모서리(43) 사이에서 연장된다(도 2 및 5 참조).

상기 링(18)은:

- 상기 O-링(30)이 장착되어 있는 어깨 부분(shoulder)의 경계를 한정하는, 축 A에 대해 방사상으로 내측의 벽(45); 및

- 축 A에 대해 방사상으로 외측으로, 그리고 축 A에 대해 미끄러짐 방식으로 상기 케이싱(22)의 플레이트(25)에 고정되는 벽(46)에 의해 방사 방향으로 그 경계가 이루어진다(도 5 참조).

상기 O-링(30)은 플레이트(25)와 벽(46) 사이에 존재하는 환상의 틈새를 통해 상기 공간(4)으로부터 공간(5)으로 상기한 부분(21)으로부터의 윤활 유체의 누출을 방지할 수 있다.

상기 링(18)은:

- 상기 링(17)의 방향으로 된 표면(20); 및

- 상기 표면(20)에 반대쪽으로 상기 링(31)을 접촉하는 표면(47)에 의해 축 방향으로 경계가 이루어진다(도 2 참조).

도시된 경우에서, 상기 링(18)은 그래파이트(graphite)로 제조된다.

더 상세하게는, 상기 표면(19)은 당해 업계에서 '하이드로패드(hyhydropad)'로 알려진 다수의 홈들(grooves)(35a, 35b)을 포함한다.

본 설명에서는, 상기 링(17)은 다른 홈들(35a, 35b)은 서로 동일하기 때문에 이하에서는 단지 하나의 홈(35a, 35b)에 대해서만 기술될 것이다.

본 설명에서, 참조번호 35a는, 제1방향으로 축 A를 중심으로 상기 링(17)을 따라서 진행하는, 각각의 쌍의 서로 연속적인 홈들(35a, 35b)이 상류 측에 배열된 홈을 나타낼 것이다(도 3 및 5 참조).

또한, 본 설명에서, 참조번호 35b는, 상기 제1방향으로 축 A를 중심으로 상기 링(17)을 따라서 진행하는, 각각의 쌍의 서로 연속적인 홈들(35a, 35b)의 하류 측에 배열된 홈을 나타낼 것이다(도 4 참조).

상기 홈들(35a, 35b)은 축 A에 대해 평행한 방향으로 앞이 막혀 있는데, 즉 이것들은 축 A에 대해 평행한 방향에서 상기 링(17)의 두께보다 더 작은 깊이(w)를 갖는다(도 1 참조).

상기 홈들(35a, 35b)은 축 A를 중심으로 소정의 각도로 이격되고 상기 표면(19)의 홈이 없는 부분들(55)이 교호적으로 이루어지면서, 축 A에 대해 원주 방향으로 상기 링(17)을 따라서 진행한다(도 3 및 도 5 참조).

상기 홈들(35a, 35b)은 축 A에 대해 원주 방향으로 링(17)의 두께를 변하게 한다. 축 A를 중심으로 하는 링(17)의 회전으로 인하여, 이러한 두께의 변화는 그것에 함유되어 상기 표면들(19 및 20) 사이에 갇혀 있는 공기층 내부에서 과도 압력을 생성한다.

달리 설명하면, 상기 링(17)은 점성 유체에 대해 병진 운동(translation)에 있어 상이한 두께의 슬라이딩 슈(sliding shoe)와 같이 동작한다.

이러한 과도 압력은 일종의 "공기 장벽(air barrier)"을 생성하는데, 이것은 공간(4)로부터 공간(5)으로 상기 표면들(19 및 20) 사이의 접속을 통한 윤활용 유체의 누출을 방해한다.

각각의 홈(35a, 35b)은 서로 마주하는 모서리(36)와 모서리(37)에 의해 축 A에 대해 원주상의 방향으로 그 경계가 한정된다.

특히, 각각의 홈(35a, 35b)의 모서리(37)는, 축 A를 중심으로 상기 링(17)을 따라서 상기 제1방향으로 진행하면서, 각각의 모서리(36)의 하류 측에 배열된다.

상기 모서리들(36 및 37)은 타원형의 원호(elliptical arcs)와 같은 형상으로서, 그 원호들의 각각은 서로 개별적이거나 일치하는 각각의 초점들을 갖는다.

달리 설명하면, 본 발명에 따른 상기 링(17)의 모서리들(36 및 37)은 타원형의 호(elliptical arcs) 또는 원주상의 호(circumferential arcs)와 같은 형상이다.

더 상세하게는, 상기 링(17)의 홈(35a, 35b)의 모서리들(36 및 37)은 그 각각의 원주상의 호와 같은 형상으로서, 이것은 서로 일치하는 각각의 초점들을 갖는 타원형 호의 특별한 경우이다.

더 상세하게는, 상기 홈(35a, 35b)은:

- 상기 홈(35a, 35b)의 축 A에 대해 방사상으로 외측 단부의 경계를 형성하는 모서리(38); 및

- 상기 홈(35a, 35b)의 축 A에 대해 방사상으로 내측 단부의 경계를 형성하는 모서리(39)에 의해 그 경계가 이루어진다(도 4 및 5 참조).

상기 모서리들(38 및 39)은 모서리들(36 및 37)의 각각의 서로 반대쪽 단부들 사이에서 각각 연장된다.

특히, 상기 축 A에 대해 방사상으로 더욱 내측의 상기 홈(35a, 35b)의 부분 및 모서리(39)는 내부 공간(4)에 개방된다.

도 3 내지 5에 도시된 경우에서, 상기 모서리들(38 및 39)은 축 A 상에서 각각의 중심을 갖는 원주상의 호들과 같은 형상이다.

상기 모서리들(36 및 37)은 축 A를 중심으로 링(17)의 회전의 제1방향에 반대인 제2 방향으로(도 4 및 5를 참조하면 반시계방향으로) 축 A에 대해 방사 방향을 따라서 연장되고 그에 대해 곡선을 이루면서, 상기 모서리(39)로부터 모서리(38)로 진행한다.

상기 링(18)의 벽들(45 및 46)은 링(17)의 모서리들(42 및 43) 사이에 방사상으로 끼워 넣어진다(도 5).

이어서, 상기 링(17)의 표면(19)은:

- 상기 표면(19)이 링(18)의 표면(20) 상에 축 방향으로 포개어져서 그것에 맞붙어 있는 영역(50); 및

- 상기 표면(19)이 링(18)의 표면(20)으로부터 축 방향으로 어긋나게 되어 있는 영역(51)을 포함한다(도 4 및 5 참조).

상기 영역(50)은 링(18)의 벽들(45 및 46) 사이에서 연장되는 상기한 표면(19)의 부분에 해당한다.

차례로, 상기 영역(51)은:

상기 링(17)의 모서리(42)와 링(18)의 벽(45)에 의해 경계가 형성되는 축 방향으로 내측의 영역(52); 및

상기 링(18)의 벽(46)과 링(18)의 모서리(43)에 의해 그 경계가 형성되는 축 방향으로 외측의 영역(53)을 포함한다.

더 상세하게는, 상기 공간(4)은 부분적으로는 상기 홈들(35a, 35b)의 영역(52)의 일부와 마주한다.

상기 영역(50)은 영역들(52 및 53) 사이에 방사상으로 끼워 넣어진다.

상기 영역(53)은 상기 공간(4)에 대해 방사 방향으로 더 내측에 인접하게 배열된다.

홈(35a, 35b)은 영역(50)과 영역(52) 안으로 부분적으로 연장된다.

상기 홈(35a, 35b)의 모서리들(36 및 37)은 상이한 반경과 상이한 중심을 갖는 각각의 원주상의 원호와 같은 형상이다(도 4 참조).

더 상세하게는, 상기 홈(35a, 35b)의 모서리들(36, 37, 38 및 39)은:

- 상기 모서리들(39 및 38)의 직경에 각각 해당하는 직경(di) 및 설계상의 직경(de);

- 상기 링(17)에 일체형이며 축 A에 방사 방향인, 예를 들면, 도 4에서 수평 방향인 기준 방향(C)에 대한 상기 모서리(36)의 경사와 연관되는 설계상 각도(α);

- 상기 모서리들(36 및 37)의 경계를 형성하는 원호들의 반경과 연관되는 설계상의 반경(r);

- 상기 모서리(36)에 대한 홈(35a)의 모서리(37)의 경사와 연관되는 설계상의 각도(β); 및

- 두 개의 서로 인접한 연속적인 홈들(35a, 35b) 사이에 측정된 각각의 부분(55)의 폭과 연관되는 두께(t),

에 기초하여 그 경계가 한정된다(도 4 참조).

더 상세하게는, 하류에 배열된 각각의 홈(35b)의 모서리(36)는:

- 오프셋 모서리(44)가 형성될 때까지 원주의 호(e)를 오프셋하고; 그리고

- 상기 홈(35b)의 모서리(36)가 획득될 때까지 축 A를 중심으로 모서리(44)를 연속해서 회전함으로써,

기하학적으로 그 경계가 형성된다.

본 기술에 있어, 오프셋(offset/offsetting)이라는 용어는 곡선의 각 지점이 전술한 지점에서의 접선에 직교하는 방향으로 일정한 양만큼 병진운동(translation)이 수행되는 동작으로서 의도된다.

도시된 경우에서, 모서리(44) 및 원호(e)는 동심원상의 원호들이지만 상이한 반경들을 가진다.

더 상세하게는, 상기 모서리들(36 및 37)은:

- 상기 홈(35a, 35b)의 모서리들(38 및 39)에 각각 해당하는 링(17) 상에 각각의 직경들(de 및 di)을 갖는 두 개의 원주들의 경계를 한정하고;

- 원주들(c 및 d) 상에 위치한 두 개의 지점들 P 및 Q 사이에서 연장되고, 상기 기준 방향(C)에 대해 각도 α만큼 경사지고, 또한 직선 L 상에 그의 중점을 가지는 선분 s를 만들고(트레이싱);

- 상기 지점들 P 및 Q 사이에서 연장되고, 반경 r을 가지는 원호(e)를 만들고(트레이싱);

- 상기 모서리(44)와 상류 측 홈(35a)의 모서리(37)를 각각 획득하도록, 상류 측 홈(35a)을 향하여 선분 s의 일 측면으로부터 거리 t/2만큼 그리고 하류 측 홈(35b)을 향하여 선분 s의 타 측면으로부터 거리 t/2만큼 오프셋(offsetting)하고; 그리고

- 상기한 하류 측 홈(35b)의 모서리(36)가 획득될 때까지 상기 제2 방향으로(도 4 및 5에서 반시계방향) 축 A를 중심으로 각도 β만큼 상기 모서리(44)를 회전시키는 동작에 의해 그 경계가 형성된다.

특히, 상기 모서리(44)는 (r-t/2) 의 반경과 상기 원호 e와 동일한 중심을 갖는 원호이다.

상기 하류 측 홈(35b)의 모서리(36)는 (r-t/2) 의 반경과 상기 원호 e 및 모서리(44)와는 상이한 중심을 갖는 원호이다.

상기 상류 측 홈(35a)의 모서리(37)는 (r+t/2) 의 반경을 갖는 원호이다.

더 상세하게는, 상기한 홈들(35a, 35b)은, 바람직하게는, 동일한 추가적인 특징들을 갖는다.

모서리(38)는 영역(50)에 존재한다.

모서리(39)는 영역(51)의 영역(52)에 존재한다.

각도 β는 4 내지 8도 사이이다.

상기 링(18)의 모서리(43)에 해당하는 두께 t 와 직경 사이의 비는 1/200 내지 1/50 사이이다.

반경 r과 직경 di 사이의 비는 0.25 내지 1 사이이다.

더욱이, 상기 홈들(35a, 35b)의 수는 360/β와 같다.

상기 축 A에 평행한 방향으로 상기 홈들(35a, 35b)의 깊이 w는 (di+de)/100 보다 작다.

사용 시, 상기 샤프트(2)는 축 A를 중심으로 회전하고, 상기 공간(4)은 윤활 유체로 충전되고, 상기 공간(5)은 공기로 채워진다.

상기 밀봉 조립체(6)는 공간(4)으로부터 공간(5)으로의 윤활 유체의 누출을 방지한다.

상기 링(17)은 높은 회전 속도로 축 A를 중심으로 샤프트(2)와 일체형으로 회전하며, 그리고 축 A에 대해 고정되는 링(18)에 축 방향으로 연접한다.

상기 홈들(35a, 35b)의 존재로 인하여, 상기 링(17)의 두께는 축 A에 대해 원주 방향으로 링(17)을 따라서 진행하면서, 변화 가능하다.

고속에서의 링(17)의 회전으로 인하여, 이러한 두께의 변화는 상기 홈들(35a, 35b)에 함유된 공기층에서 과도 압력을 생성한다. 이러한 과도 압력은 상기한 홈들(35a, 35b) 내부에서, 따라서 공간(4)으로부터 공간(5)으로 윤활 유체의 누출을 방해한다.

도 6 및 7을 참조하면, 참조번호 17'은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 조립체(6)를 위한 링을 전체적으로 나타내고 있다.

상기 링(17')은 링(17)과 유사하므로, 아래에서는 후자와 상이한 점에 대해서만 기술된다. 가능한 곳에서, 상기한 링들(17' 및 17)의 상응하거나 동등한 부분들은 같은 참조번호들로 표시된다.

특히, 상기 링(17')은 모서리들(36' 및 37')이 각각의 타원의 호(elliptical arcs)와 같은 형상이라는 것에 있어 상기 링(17)과 상이하다.

더 상세하게는, 상기 모서리(36')는 타원(60)의 호와 같은 형상이다.

상기 모서리(37')는 상기 제1방향으로(도 6 및 7에서 시계방향) 링(17')의 축 A를 중심으로 각도 β'만큼 모서리(36')의 오프셋과 회전에 의해 획득된다.

도시된 경우에서, 각도 β'는 1 내지 5도 사이이다.

상기 홈(35a', 35b')의 모서리들(36', 37', 38' 및 39')의 형상과 범위는:

- 상기 모서리들(39' 및 38')의 직경에 각각 해당하는 직경(di) 및 설계상의 직경(de);

- 타원(60)의 설계상의 주축(major axis)(c');

- 타원(60)의 설계상의 종축(minor axis)(d');

- 상기 링(17)에 일체형이며 축 A에 대해 방사 방향인, 도시된 경우에는 수평 방향인 기준 방향(C)에 대한 상기 주 축(c')의 경사의 경계를 정의하는 설계상 각도(α'); 및

- 상기 직경 (di 및 de)의 원주들 사이에서 연장되는 선분의 길이와 같은 상기 홈(35a', 35b')의 설계상 길이(1'),

에 기초하여 정의된다(도 6 참조).

설계상의 파라미터들(di, de, c', d' 및 α')에 기초하여, 그의 주축이 상기 축 A에 방사 방향인 상기 기준 방향에 대해 같은 각도(α')만큼 경사져 있는 타원(60)을 포함하여 일단의 타원들(ellipses)을 식별하는 것이 가능하다.

상기 모서리(36')의 프로필(profile), 즉 타원(60)은, 선분(s')의 중점에 수직인 직선(t') 상에 상기 축(d')이 위치하도록 요구함으로써 명백하게 경계가 형성된다.

상기 홈(35a', 36a)은 또한, 상기한 설계상의 파라미터들(di, de, c', d' 및 α')가 일단 설정되고 나면 명백하게 결정되는, 하기의 파라미터들에 의해 경계가 형성된다:

- 상기 모서리(37')에 방사상으로 외측의 꼭지점(70')에서 모서리들(38' 및 37')에 대해 접선들 사이에 형성되는 각도(γ');

- 상기 모서리(37')에 방사상으로 내측의 꼭지점(71')에서 모서리들(39' 및 37')에 대해 접선들 사이에 범위가 형성되는 각도(θ'); 및

- 상기 모서리(37')의 마주하는 끝단 꼭지점들(70' 및 71')을 잇는 선분(z')과 모서리(37') 사이의 최대 거리로서 정의되고, 상기 모서리(37')의 곡률의 범위와 관련되는 값(v').

더욱 상세하게는, 상기 홈들(35a', 35b')은 바람직하게는, 다음과 같은 특성을 갖는다.

모서리(38')는 영역(50)에 존재한다.

모서리(39')는 영역(51)의 영역(52)에 존재한다.

c'/l' 비는 1.3 내지 5 사이이다.

d'/l' 비는 0.2 내지 2.5 사이이다.

각도 α'는 5 내지 30도 사이이다.

홈들(35a', 35b')의 수는 154/α' 내지 216/α' 사이이다.

축 A에 평행한 방향으로 상기 홈들(35a', 35b')의 깊이 w'는 (di+de)/100 미만이다.

상기 링(17')의 동작은 링(17)의 동작과 거의 유사하므로 여기서 상세히 설명되지 않는다.

도 8 및 9를 참조하면, 참조기호 17"은 본 발명의 상이한 실시예에 따른 밀봉 조립체(6)를 위한 링을 전체적으로 나타내고 있다.

상기 링(17")은 링(17')과 유사하며, 아래에서는 후자와 상이한 점에 대해서만 기술된다. 가능한 곳에서, 링들(17 및 17")의 상응하거나 동등한 부분들은 같은 참조 번호들로 표시된다.

바람직하게는, 상기 링(17")의 홈들(35a", 35b")은 원주 방향으로 서로 교호적으로 형성되며 또한 상기 축 A에 방사 방향으로 서로 엇갈리게 배치되며, 그리고 동일한 기하학적 형상을 가진다.

특히, 상기 링(17")은 하기의 점에서 링(17)과 상이하다:

- 상기 홈들(35b")의 모서리들(38")은 홈들(35a")의 모서리들(38")에 방사상으로 외측에 배열되고; 그리고

- 상기 홈들(35b")의 모서리들(39")은 홈들(35a")의 모서리들(39")에 방사상으로 외측에, 그리고 홈들(35a")의 모서리(38")에 방사상으로 내측에 배열된다.

달리 설명하면, 상기 홈들(35b")은, 홈들(35a")과 동일한 기하학적 형상을 갖지만, 상기 홈들(35a")보다 방사상으로 더 바깥쪽에 배치된다.

덧붙여서, 상기 홈들(35b")은 부분적으로는 영역(51)의 영역(53) 안으로, 그리고 부분적으로는 표면(19)의 영역(50) 안으로 연장된다.

더 상세하게는, 상기 홈들(35b")의 모서리들(38")은 영역(51)의 영역(53) 안쪽으로 연장되고, 상기 모서리들(36" 및 37")은 부분적으로는 영역(53)과 또한 부분적으로는 영역(50) 안으로 연장되고, 그리고 상기 모서리(39")는 영역(50) 안쪽으로 연장된다.

덧붙여서, 상기 홈들(35 a")은 부분적으로는 영역(50) 안으로 또한 부분적으로는 표면(19)의 영역(51)의 영역(52) 안으로 연장된다.

더 상세하게는, 상기 홈들(35a")의 모서리들(38")은 영역(50) 안쪽으로 연장되고, 모서리들(36" 및 37")은 부분적으로는 영역(50)과 또한 부분적으로는 영역(51)의 영역(52) 안으로 연장되고, 그리고 모서리(39")는 영역(51)의 영역(52) 안쪽으로 연장된다.

상기 링(17")의 동작은 링(17')의 동작과 거의 유사하므로 여기서는 상세히 설명되지 않는다.

본 발명에 따른 링(17; 17'; 17")의 특성 검사에 의하면, 이렇게 달성될 수 있는 이점들은 자명하다.

특히, 상기한 홈들(35a, 35b; 35a', 35b'; 35a", 35b")의 모서리들(37, 38; 37', 38'; 37", 38")은 타원형 또는 원형의 호와 같은 형상이다.

이것 때문에, 상기 모서리들(37, 38; 37', 38'; 37", 38")에서의 접선과 상기 링(17; 17'; 17")의 축 A에 대해 접선 방향 사이의 각도는, 그 각도가 축 A에 대해 방사 방향으로 진행하면서 일정한 경우인, 본 설명의 도입부에 기술된 공지된 형태의 홈들에서 일어나는 것과는 달리, 축 A에 대해 방사 방향으로 상기 모서리들(37, 38; 37', 38'; 37", 38")을 따라서 진행하면서 현저하게 변화하게 된다.

축 A에 대해 방사 방향으로 진행하면서 상기 홈들(35a, 35b; 35a', 35b'; 35a", 35b") 내부에 함유된 공기에서 생성된 과도 압력을 최적화하는 것이 가능하다는 결론에 이른다.

더욱 상세하게는,

- 상기 모서리(42)에 가장 가까운, 따라서 상기 공간(4)에 마주하는 홈들(35a, 35b; 35a', 35b'; 35a", 35b")의 부분들에서 이 압력을 특히 높게 만드는 것과; 그리고

- 그와 동시에, 상기 모서리(43)에 가장 가까운, 따라서 축 A로부터 더 이격되어 있는 홈들(35a, 35b; 35a', 35b'; 35a", 35b")의 부분들에서 이 압력을 억제하는 것이 가능하다.

이러한 방식으로, 유체역학적 밀봉 효과가 상기 공간(4)에 가장 가까운 표면(19)의 영역들에서, 따라서 공간(4)으로부터 윤활용 유체의 누출을 가능한 한 많이 회피하는 것이 필요한 영역들에서, 특히 강조된다.

달리 설명하면, 상기 링들(17; 17'; 17")은 홈들(35a, 35b; 35a', 35b'; 35a", 35b")에서 유체역학적 효과로 인하여 생성되는 과도 압력의 분배에 있어 더 큰 유연성을 제공하는 것을 가능하게 하며, 이로써 밀봉 조립체(6)의 신뢰성과 동작 수명을 증가시키게 된다.

상기 홈들(35a', 35b'; 35a", 35b")은 타원형 호와 같은 형상의 각각의 모서리들(36', 37'; 36", 37")을 갖는다.

따라서, 이러한 홈들(35a', 35b'; 35a", 35b")은 상기 홈(35a, 35b)에 대해 더욱 유연한 방식으로 형성될 수가 있으며, 따라서 축 A에 대해 방사 방향으로 크게 변동 가능한 다수의 과도 압력 프로필들을 제공할 가능성을 더욱 증가시키도록 한다.

상기 홈들(35a", 35b")은 윤활용 유체로 충전된 공간(4)에 인접한 영역(53) 내부로 연장된다.

본 출원인은, 이러한 구조 덕분에, 상기 홈들(35a", 35b")은 그것들이 함유하는 공기층 내에서 과도 압력을 생성하는 것뿐만 아니라 그것들이 함유할 수도 있는 몇 방울의 윤활용 유체까지도 상기 공간(4)으로 되돌림에 있어 효과적이라는 것을 관찰하였다.

마지막으로, 하기의 특허청부범위에 정의된 영역으로부터 벗어남이 없이도 여기에 기술되고 예시된 상기한 링들(17; 17'; 17")에 대하여 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 점은 명백하다.

Claims

- 축(A)을 중심으로 회전하는 본체(40, 41); 및
- 상기 본체(40, 41)에 의해 경계가 형성되고, 상기 축(A)에 대해 횡 방향으로 연장되며, 그리고 상기 축(A)에 평행인 방향에서 추가적인 밀봉 링(18)에 인접하도록 구성되는 제1 표면(19)을 포함하는, 밀봉 조립체(6)를 위한 밀봉 링(17")으로서,
상기 제1 표면(19)은 각각의 하이드로패드(hydropads)를 형성하는 다수의 홈들(35a", 35b")을 포함하고;
상기 홈들(35a", 35b")은 서로 마주하는 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37")에 의해 그 경계가 한정되고;
상기 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37")는 상기 축(A)에 대해 원주 방향으로 상기 홈들(35a", 35b")의 경계를 한정하고;
상기 제1 모서리(36") 및 상기 제2 모서리(37; 37'; 37") 중의 적어도 하나는 일치하거나 개별적인 초점을 갖는 타원의 호와 같은 형상인 밀봉 링(17")에 있어서,
상기 축(a)에 대해 원주 방향에서 서로 교호하도록(alternating) 그리고 상기 축(A)에 대해 방사 방향으로 서로 엇갈리게 배치되는 제1 홈들(35a") 및 제2 홈들(35b")을 포함하고;
상기 제1 및 제2 홈들(35a", 35b")은 동일한 기하학적 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
제1항에 있어서,
상기 제1 표면(19)은 상기 축(A)에 대해 방사상으로 내측 위치에 있는 제3 모서리(42)에 의해, 그리고 상기 축(A)에 대해 방사상으로 외측 위치에서 상기 제3 모서리(42)에 반대쪽의 제4 모서리(43)에 의해 그 경계가 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 밀봉 링(17")은 사용시 제1방향으로 상기 축(A)을 중심으로 회전하도록 구성되며;
상기 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37")는 상기 제3 모서리(42)로부터 상기 제4 모서리(43) 쪽으로 진행하면서, 상기 제1방향에 반대쪽인 제2방향으로 굴곡 되는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
제3항에 있어서,
상기 각각의 홈(35a", 35b")은, 상기 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37") 사이에 끼워 넣어지고, 또한 상기 축(A)에 대해 방사상으로 외측 및 방사상으로 내측 위치들에서 상기 각각의 홈(35a", 35b")의 경계를 한정하는, 서로 마주하는 제5 모서리(38")와 제6 모서리(39")를 포함하고;
상기 제5 모서리(38")와 제6 모서리(39")는 원주의 원호들과 같은 형상인 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37") 중의 적어도 하나는 타원의 호와 같은 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
제5항에 있어서,
상기 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37") 중의 하나(36")는 타원의 호(60)와 같은 형상이고, 그리고 상기 제1 모서리(36") 및 제2 모서리(37") 중의 다른 하나(37")는 상기 축(A)을 중심으로 상기 제1 모서리(36") 및 상기 제2 모서리(37") 중의 상기한 하나(36")의 오프셋(offsetting)과 연속적인 회전에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 홈들(35b")의 상기 제5 모서리(38")는 상기 제1 홈들(35a")의 상기 제5 모서리(38")보다 방사상으로 더 외측에 배열되고;
상기 제2 홈들(35b")의 상기 제6 모서리(39")는 상기 제1 홈들(35a")의 상기 제6 모서리(39")보다 방사상으로 더 외측에 배열되는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
제4항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 홈들(35a")의 상기 제5 모서리(38")는 상기 제2 홈들(35b")의 상기 제6 모서리(39")보다 방사상으로 더 외측에 배열되는 것을 특징으로 하는 밀봉 링.
- 사용 시, 윤활용 유체로 충전되는 제1 공간(4);
- 사용 시, 제2의 유체, 예를 들어, 공기로 충전되는 제2 공간(5);
- 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 따른 밀봉 링(17"); 및
- 상기 제1 공간(4)과 제2 공간(5) 사이의 유체역학적 밀봉을 생성하도록, 상기 축(A)에 평행한 방향으로 상기 제1 표면(19)에 인접하게 배열된 제2 표면(20)을 포함하고, 상기 축(A)에 대해 고정된 방식으로 장착되는, 상기 추가적인 링(18)을 포함하는, 밀봉 조립체(6)에 있어서,
상기 제1 표면(19)은:
- 상기 제2 표면(20)에 대해 인접하여 포개어져 있는 제1 영역(50); 및
- 상기 제1 영역(50)에 대해 방사상으로 엇갈리게 배치되고 상기 제2 표면(20)으로부터 축 방향으로 엇갈리게 배치된 제2 영역(51)을 포함하고;
이어서 상기 제2 영역(51)은:
상기 제1 영역(50)에 대해 방사상으로 더 바깥쪽으로 배열된 제1 영역(53); 및
상기 제1 영역(50)에 대해 방사상으로 더 안쪽으로 배열되고 상기 제1 공간(4)에 인접한 제2 영역(52)을 포함하고;
상기 홈(35a", 35b")은 부분적으로 상기 제2 영역(52) 안으로 연장되는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.
제8항에 있어서,
상기 홈(35a", 35b")은 부분적으로 상기 제1 영역(50) 안으로 그리고 부분적으로 상기 제1 영역(53) 안으로 연장되는 것을 특징으로 하는 밀봉 조립체.