KR20170127917A - 유로 기밀 장치 - Google Patents

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KR20170127917A
KR20170127917A KR1020160058774A KR20160058774A KR20170127917A KR 20170127917 A KR20170127917 A KR 20170127917A KR 1020160058774 A KR1020160058774 A KR 1020160058774A KR 20160058774 A KR20160058774 A KR 20160058774A KR 20170127917 A KR20170127917 A KR 20170127917A
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Abstract

본 발명은 단면의 면적이 변화하는 유로를 밀폐하는 유로 기밀 장치로서, 상기 유로의 내부에 삽입될 수 있고, 상기 단면에 수직한 제1방향으로 연장된 축부 및 상기 축부에 연결되어 상기 단면을 가로지르는 제2방향으로 연장된 마개부를 포함하는, 플런저, 상기 축부가 설치되고, 상기 제2방향으로 연장된 일면에 상기 마개부가 안착될 수 있는, 베이스, 상기 베이스의 상기 일면의 반대면에 설치되고, 상기 축부와 결합하여 상기 플런저를 상기 제1방향으로 이송하는, 이송핸들, 상기 마개부의 외주면을 둘러싸도록 배치되어 상기 플런저와 상기 베이스를 연결하고, 상기 플런저와 상기 유로의 벽면 사이의 공간에 개재되어 상기 공간을 밀봉하는, 실링부를 구비하는, 유로 기밀 장치를 제공한다.

Description

유로 기밀 장치{Apparatus for sealing a flow channel}
본 발명의 실시예들은 유로 기밀 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 단면적이 변화하는 곡면형 유로를 용이하게 밀폐할 수 있는 유로 기밀 장치에 관한 것이다.
액체 추진제 로켓에서 가장 중요한 부품 중 하나는 발사체인 엔진으로서, 이러한 엔진의 성능에 의해 로켓 발사의 성공 여부가 결정된다. 따라서 엔진의 안전 확인은 필수적인 과정이라 할 것인바, 엔진의 연소 시험에 앞서 엔진에서의 누설 여부를 확인하기 위한 시험들이 이루어지고 있다.
엔진의 누설 여부를 확인하기 위한 시험으로서, 엔진 자체의 기밀 시험 외에도 엔진 출구부의 기밀을 확인하기 위한 시험이 수행된다. 도 1은 로켓엔진의 기밀 시험 시스템을 개락적으로 도시한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 출구부의 기밀 시험을 수행하기 위해 엔진본체(9)와 연소기(11) 사이의 목 부분(T)에는 기밀 장치(10)를 설치하게 된다.
기밀 장치(10)는 다양한 방법으로 엔진본체(9)와 연소기(11) 사이의 목 부분(T)을 밀폐한다. 일 예로, 목 부분(T)에 삽입된 기밀용 부재(10a)를 유압을 이용하여 팽창시킴으로써 목 부분(T)을 밀폐할 수 있다. 다른 예로, 볼트 결합, 레버 조작 등에 의해 연소기(11) 방향의 유로 벽면에 기밀 장치(10)를 고정한 후, 상기 목 부분(T)에 기밀용 부재(10a)를 밀착시킬 수도 있다.
그러나, 유압을 이용하여 기밀용 부재(10a)를 팽창시키는 방법은 기밀용 부재(10a) 내로 유입되는 유체량을 측정하거나 조절하는 장치가 별도로 요구되는 단점이 있다. 또한 볼트 결합, 레버 조작 등에 의해 기밀 장치(10)를 고정한 후 기밀용 부재(10a)를 밀착시키는 방법은 기밀 장치(10)의 고정 작업과 목 부분(T)의 밀폐 작업이 상이한 위치에서 별도의 과정으로 수행되므로, 부품 수 및 공정 수가 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 종래 기밀 장치의 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 단면적이 변화하는 곡면형 유로를 용이하게 밀폐할 수 있는 유로 기밀 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단면의 면적이 변화하는 유로를 밀폐하는 유로 기밀 장치로서, 상기 유로의 내부에 삽입될 수 있고, 상기 단면에 수직한 제1방향으로 연장된 축부 및 상기 축부에 연결되어 상기 단면을 가로지르는 제2방향으로 연장된 마개부를 포함하는, 플런저, 상기 축부가 설치되고, 상기 제2방향으로 연장된 일면에 상기 마개부가 안착될 수 있는, 베이스, 상기 베이스의 상기 일면의 반대면에 설치되고, 상기 축부와 결합하여 상기 플런저를 상기 제1방향으로 이송하는, 이송핸들, 상기 마개부의 외주면을 둘러싸도록 배치되어 상기 플런저와 상기 베이스를 연결하고, 상기 플런저와 상기 유로의 벽면 사이의 공간에 개재되어 상기 공간을 밀봉하는, 실링부를 구비하는, 유로 기밀 장치가 제공된다.
상기 마개부는 상기 축부 방향으로 갈수록 단면적이 좁아질 수 있다.
상기 실링부는 상기 플런저의 상기 제1방향 운동에 따라 길이가 증감할 수 있다.
상기 실링부는 상기 플런저가 상기 베이스 방향으로 이동함에 따라 상기 유로의 상기 벽면 방향으로 확장될 수 있다.
상기 실링부는 탄성을 가질 수 있다.
상기 이송핸들은 상기 축부와 나사결합할 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단면적이 변화하는 곡면형 유로를 용이하게 밀폐할 수 있다.
또한, 구조가 단순하고 작동방식이 간단하여 다양한 형태의 유로를 밀폐하는 데 이용될 수 있다.
물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 로켓엔진의 기밀 시험 시스템을 개락적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 기밀 장치가 유로를 밀폐하기 전의 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 유로 기밀 장치가 유로를 밀폐한 후의 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분"위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 기밀 장치가 유로를 밀폐하기 전의 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 기밀 장치(100)는 플런저(110), 베이스(120), 이송핸들(130) 및 실링부(140)를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유로 기밀 장치(100)는 단면의 면적이 변화하는 유로의 내부에 삽입되어 상기 유로를 밀폐할 수 있다. 이때 상기 유로의 벽면(CW)은 네크(neck) 형상을 갖는 곡면일 수 있다. 즉, 상기 유로의 단면적은 상기 유로의 길이방향(+X방향)으로 점점 감소했다 증가할 수 있고, 따라서 상기 유로의 중간에 단면적이 가장 작은 부분인 최소단면부(P)가 위치할 수 있다. 여기서 유로의 길이방향은 유로의 단면에 수직한 방향을 의미한다. 이하 설명의 편의를 위해, 유로의 길이방향(+X 방향 및/또는 -X 방향)을 제1방향으로 지칭하고, 유로의 단면을 가로지르는 방향(+Y 방향 및/또는 -Y 방향)을 제2방향으로 지칭한다. 따라서 상기 제1방향과 상기 제2방향은 서로 대략 수직일 수 있다.
플런저(110)는 마개부(110a) 및 축부(110b)를 포함한다. 마개부(110a)는 밀폐 대상인 유로의 단면을 가로지르는 방향인 제2방향(+Y 방향)으로 연장되도록 형성된다. 이때 마개부(110a)는 제2방향(+Y 방향)으로만 연장된 것으로 한정되지 않고, 제1방향(+X 방향)에 수직한 방향이면 어느 방향으로든지 연장될 수 있다.
마개부(110a)는 상기 유로를 통과하는 유체의 대부분을 차단하는 부분으로서, 상기 유로의 단면과 동일 또는 유사한 형상을 갖는다. 예컨대, 마개부(110a)는 상기 유로의 단면을 밀폐하도록 디스크 형상을 가질 수 있다. 또한 마개부(110a) 측면의 적어도 일부는 상기 유로의 벽면(CW) 형상에 대응하여 곡면으로 형성될 수 있는데, 상세하게는 마개부(110a)는 그 단면적이 축부(110b) 방향으로 갈수록 좁아지도록 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 한편 유로 기밀 장치(100)를 상기 유로 내부에 설치 시 마개부(110a)가 상기 유로의 최소단면부(P)를 용이하게 통과할 수 있도록, 마개부(110a)의 단면은 최소단면부(P)의 단면보다 작을 것이 요구된다.
마개부(110a)에는 축부(110b)가 연결되며, 축부(110b)는 상기 유로의 단면에 수직한 방향인 제1방향(+X 방향)으로 연장되도록 형성된다. 축부(110b)는 후술하는 이송핸들(130)과 결합하여 제1방향(+X 방향 및/또는 -X 방향)으로 이동할 수 있다. 예컨대, 축부(110b)는 이송핸들(130)과 나사결합할 수 있다. 이와 같이 축부(110b)와 이송핸들(130)이 나사결합하는 경우, 플런저(110)는 제1방향(+X 방향)으로 연장된 축(A)을 중심으로 회전운동을 하면서 제1방향(+X 방향 및/또는 -X 방향)으로 선형운동을 할 수 있다. 따라서 축부(110b)는 회전이 용이하도록 측면에 나사산이 형성된 원형봉일 수 있고, 마개부(110a)의 중앙에 연결되어 마개부(110a)와 함께 회전운동 및 선형운동을 할 수 있다.
축부(110b)는 제1방향(+X 방향)으로 연장되어 베이스(120)에 설치된다. 이로써 축부(110b)가 제1방향(+X 방향)으로의 경로의 끝까지 이동하게 되면, 축부(110b)에 연결된 마개부(110a)가 베이스(120)의 일면 상에 안착될 수 있다. 따라서 베이스(120)의 상기 일면은 마개부(110a)를 충분히 지지할 수 있도록 마개부(110a)의 형상에 대응하여 제2방향(+Y 방향)으로 연장되도록 형성될 수 있다. 물론 베이스(120)는 제2방향(+Y 방향)으로만 연장된 것으로 한정되지 않고, 제1방향(+X 방향)에 수직한 방향이면 어느 방향으로든지 연장될 수 있다.
또한 베이스(120)는 이송핸들(130) 등의 부품을 보호하기 위해 이송핸들(130) 등을 덮도록 배치될 수 있고, 후술하는 실링부(140)를 지지하는 역할을 한다.
베이스(120)의 마개부가 안착될 수 있는 일면의 반대면에는 이송핸들(130)이 설치된다. 상세하게는 베이스(120)는 마개부(110a)와 이송핸들(130) 사이에 배치되고, 축부(110b)가 베이스(120)를 관통하여 이송핸들(130)과 결합될 수 있다. 전술한 바와 같이 이송핸들(130)은 축부(110b)와 결합하여 플런저(110)를 제1방향(+X 방향 및/또는 -X 방향)으로 이송하는 역할을 한다. 예컨대, 이송핸들(130)이 축부(110b)와 나사결합하는 경우, 이송핸들(130) 또한 축부(110b)와 마찬가지로 측면에 나사산이 형성된 원형봉 부분을 구비할 수 있다. 이러한 경우 이송핸들(130)과 축부(110b)가 서로 분리되지 않도록 이송핸들(130) 및/또는 축부(110b)의 나사산을 적절한 길이로 설계할 필요가 있다. 그러나 플런저(110)를 이송하는 방식이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 가령 스프링, 유압, 모터 등을 이용하여 플런저(110)를 이송하는 것도 얼마든지 가능하다.
또한 베이스(120)에는 실링부(140)가 설치된다. 실링부(140)는 플런저(110)와 베이스(120)를 연결하는 부재로서, 이러한 실링부(140)는 플런저(110), 베이스(120) 등을 보호할 수 있도록 플런저(110), 베이스(120) 등을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상세하게는 실링부(140)는 마개부(110a)의 외주면을 둘러싸며, 마개부(110a) 및 베이스(120)에 걸쳐 배치될 수 있다. 실링부(140)의 +X 방향 일단은 베이스(120)에 고정되고, 실링부(140)의 -X 방향 일단은 플런저(110)의 마개부(110a)에 고정될 수 있다. 예컨대, 실링부(140)의 +X 방향 일단에는 내측으로 구부러진 절곡부(140a)가 형성될 수 있는데, 절곡부(140a)는 베이스(120)에 형성된 홈에 삽입될 수 있다. 이로써 실링부(140)는 베이스(120)에 견고하게 지지될 수 있다.
실링부(140)는 플런저(110)의 제1방향(+X 방향 및/또는 -X 방향)으로의 운동을 안내하는 역할을 한다. 이때 플런저(110)는 실링부(140)에 고정된 상태에서 베이스(120)에 대하여 상대적인 선형운동을 하게 되므로, 실링부(140)는 플런저(110)의 선형운동에 따라 길이가 증감할 수 있다. 즉, 실링부(140)는 베이스(120)에 고정된 상태에서 -X 방향으로 길이가 증가하거나, +X 방향으로 길이가 감소할 수 있다. 따라서 실링부(140)는 탄성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
한편, 실링부(140)는 플런저(110)와 상기 유로의 벽면(CW) 사이의 공간에 개재된다. 따라서 실링부(140)가 상기 공간에 개재된 상태에서 인장되거나 압축되므로, 실링부(140)와 상기 유로의 벽면(CW)과의 마찰을 최소화하기 위해 실링부(140)의 외주면은 상기 유로의 벽면(CW)과 동일 또는 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 이와 마찬가지로 실링부(140)를 지지하는 베이스(120) 또한 적어도 일부가 상기 유로의 벽면(CW)과 동일 또는 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 이하 도 3을 참조하여, 실링부(140)에 의해 상기 유로가 밀폐되는 방식에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1의 유로 기밀 장치가 유로를 밀폐한 후의 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 플런저(110)가 베이스(120) 방향(+X 방향)으로 이동함에 따라, 실링부(140)는 상기 유로의 벽면(CW) 방향으로 확장될 수 있다. 상세하게는 상기 유로의 최소단면부(P)에 있어서, 마개부(110a)가 실링부(140)를 외측으로 가압한다. 이와 같은 마개부(110a)의 가압력에 의해 실링부(140) 중 마개부(110a)에 연결된 부분이 벽면(CW)에 밀착되어 상기 유로의 최소단면부(P)를 밀봉하게 된다. 이때 실링부(140) 중 마개부(110a)에 연결된 부분 및 이에 인접한 부분은, 실링부(140)가 압축되는 과정에서 접히거나 찌그러질 수 있고, 일부 두께가 증가할 수도 있다. 도 3에서는 실링부(140)에 주름이 형성되는 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되지 않고, 마개부(110a)와 벽면(CW) 사이에 한 겹 이상 접히는 부분이 발생할 수도 있다. 이로써 실링부(140)는 마개부(110a)와 최소단면부(P)의 벽면 사이의 공간에 개재되어 상기 공간을 긴밀하게 메우는 역할을 하게 된다. 따라서 실링부(140)는 연신 및 팽창이 용이하고, 조직이 치밀하며, 벽면과의 마찰을 줄일 수 있는 유연한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 실링부(140)는 실리콘, 고무 등으로 형성될 수 있다. 이하 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 기밀 장치(100)의 작동방식에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 유로 기밀 장치(100)를 밀폐대상인 유로의 내부에 -X 방향으로 삽입한다. 이때 플런저(110)의 마개부(110a)는 상기 유로의 최소단면부(P)보다 -X 방향으로 치우치도록 위치하게 된다. 이 단계는 플런저(110)의 축부(110b)가 아직 +X 방향으로 이동하기 전 상태로, 축부(110b)의 일부만이 이송핸들(130)과 결합되어 있다. 따라서 베이스(120)와 플런저(110)의 간격이 벌어지게 되어, 베이스(120)와 플런저(110)를 연결하는 실링부(140)가 대략 최대길이로 늘어나 있다.
이후 도 3에 도시된 바와 같이, 이송핸들(130)을 축(A)을 중심으로 일방향으로 회전하도록 조작하여 플런저(110)를 +X 방향으로 이동시키면, 실링부(140)의 길이는 점점 줄어들어 실링부(140)의 적어도 일부가 압축력을 받게 된다.
이후 이송핸들(130)을 계속하여 상기 일방향으로 회전하도록 조작하면, 결국 플런저(110)의 마개부(110a)는 베이스(120) 상에 안착하게 되고, 실링부(140)의 길이는 최소길이로 줄어들게 된다. 이때 마개부(110a)에 연결되어 있는 실링부(140)는 상기 유로의 최소단면부(P) 부근에서 적어도 일부가 접히거나 찌그러지는 등의 변형을 겪을 수 있다. 이로써 실링부(140)는 마개부(110a)와 상기 유로 벽면(CW) 사이의 공간에 개재된 상태에서 최소단면부(P)의 벽면에 밀착되어 마개부(110a)와 상기 유로 벽면(CW) 사이의 공간을 긴밀하게 밀봉하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단면적이 변화하는 곡면형 유로를 용이하게 밀폐할 수 있다. 또한, 구조가 단순하고 작동방식이 간단하여 다양한 형태의 유로를 밀폐하는 데 이용될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 유로 기밀 장치 110: 플런저
110a: 마개부 110b: 축부
120: 베이스 130: 이송핸들
140: 실링부 CW: 벽면

Claims (6)

  1. 단면의 면적이 변화하는 유로를 밀폐하는 유로 기밀 장치로서,
    상기 유로의 내부에 삽입될 수 있고, 상기 단면에 수직한 제1방향으로 연장된 축부 및 상기 축부에 연결되어 상기 단면을 가로지르는 제2방향으로 연장된 마개부를 포함하는, 플런저;
    상기 축부가 설치되고, 상기 제2방향으로 연장된 일면에 상기 마개부가 안착될 수 있는, 베이스;
    상기 베이스의 상기 일면의 반대면에 설치되고, 상기 축부와 결합하여 상기 플런저를 상기 제1방향으로 이송하는, 이송핸들;
    상기 마개부의 외주면을 둘러싸도록 배치되어 상기 플런저와 상기 베이스를 연결하고, 상기 플런저와 상기 유로의 벽면 사이의 공간에 개재되어 상기 공간을 밀봉하는, 실링부;
    를 구비하는, 유로 기밀 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마개부는 상기 축부 방향으로 갈수록 단면적이 좁아지는, 유로 기밀 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 플런저의 상기 제1방향 운동에 따라 길이가 증감하는, 유로 기밀 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 플런저가 상기 베이스 방향으로 이동함에 따라 상기 유로의 상기 벽면 방향으로 확장되는, 유로 기밀 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부는 탄성을 갖는 유로 기밀 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송핸들은 상기 축부와 나사결합하는, 유로 기밀 장치.
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