KR20180121556A - 슬라이드 링 밀봉재를 가진 원심 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온의 유체를 이송하기 위한 원심 펌프로서, 샤프트 통로의 영역에 접촉되고 배치되며 밀봉재 하우징 내에 배치된 샤프트 밀봉재(shaft seal)를 포함하며, 상기 샤프트 밀봉재는 상기 밀봉재 하우징에 고정적으로 연결되는 제1 고정 부품을 가지고, 상기 샤프트 밀봉재는 상기 샤프트에 고정적으로 연결되는 제2 회전 부품을 가지며, 상기 제1 및 제2 부품들은 밀봉 갭(sealing gap)을 한정하고, 상기 제1 및 제2 부품들은 밀봉되는 차압을 통해 서로에 대하여 가압되며, 상기 제1 및/또는 제2 부품은 서로 내측에 배치된 다수의 수단, 특히 금속 유지 수단, 세라믹 밀봉 수단 및 금속 클램핑 수단으로 구성된다.

Description

기계적 면 밀봉재를 가진 원심 펌프

본 발명은 밀봉재, 특히 슬라이드 링 밀봉재(slide ring seal)를 가진 고온의 매체를 이송하기 위한 원심 펌프(centrifugal pump)에 관한 것이다.

원심 펌프에서 슬라이드 링 밀봉재는 하우징을 관통하여 연장된 샤프트를 밀봉하는 역할을 한다. 슬라이드 링 밀봉재는 상이한 실시예들에서 원심 펌프 내에 제공되도록 의도되며, 원심 펌프의 작동 범위가 항상 고려된다. 이 경우, 본 발명과 관련하여, 특히 이송되는 매체의 압력 범위와 온도 범위가 고려된다.

펌프가 넓은 온도 범위에서 사용될 때, 개별의 구성요소들은 재료에 따라 상이하게 팽창된다. 이는 결정적인 장소에서 긴장(tension)으로 이어질 수 있으며, 이에 따라 불리한 기하학적 배치 형태로 이어진다.

EP 1 079 157 B1은 변형 가능한 요소로 이러한 영향을 극복하며, 변형 가능한 요소는 슬라이드 링 밀봉재에 제공되고, 개별의 구성요소들의 상이한 열팽창의 결과로서 가동 부품에 대한 고정 부품의 기울어짐(tilting)을 보상한다. 그러나, 이를 위해, 특별한 재료의 선택이 요구되며, 이는 모든 애플리케이션에서 항상 적합하지는 않다.

본 발명의 목적은, 넓은 온도 범위에서 사용되는 원심 펌프를 위해 고정된 세라믹 슬라이드 링과 회전하는 세라믹 상대-링(counter-ring)을 포함하는 슬라이드 링 밀봉재를 제공하는 것이며, 상기 슬라이드 링 밀봉재는 가능한 최대의 온도 범위에 걸쳐 충분한 밀봉 작용을 제공하도록 의도된다.

슬라이드 링 밀봉재 내의 슬라이드 링과 상대-링은 둘 다 세라믹 재료, 예를 들어, 특히 긴 사용 수명을 가진 SiC로 제조된다. 일정한 부하에서, 이러한 유형의 밀봉재는 원심 펌프에서 수만 시간 동안 쉽게 사용될 수 있다. 그러나, 각각의 애플리케이션에서 온도의 변화는 문제를 발생시킨다. 이 경우에, 설치가 시작된 때, 현저한 온도 차이의 결과로서, 상당한 긴장(tension)이 발생할 수 있으며, 이는 한편으로는 SiC와 같은 세라믹 재료는 특히 취약하며 오직 낮은 수준의 인장 응력만 허용하기 때문에, 재료에 대한 부하로 나타난다. 다른 한편으로는, 슬라이드 링 밀봉재의 상이한 부품들의 상이한 팽창은 상대-링에 대한 슬라이드 링의 기울어짐으로 이어질 수 있으며, 이에 의해 밀봉의 유효성을 잃을 수 있다.

이러한 목적은, 각각 금속 유지 부재와 세라믹 밀봉 요소를 포함하는 슬라이드 링 부품과 상대-링 부품의 구조에 다른 링 요소가 추가된 슬라이드 링 밀봉재로 달성된다.

이러한 링 요소는, 금속 유지 부재와 세라믹 밀봉 요소에 대한 열의 영향으로 인해 발생된 공간적 팽창의 결과로서 발생하는 힘을 보상하는 역할을 한다. 이에 의해, 한편으로는, 제조 상태에 관련된 슬라이드 링과 상대-링의 두 개의 세라믹 링들 사이의 밀봉면이 변하지 않고 (예를 들어, 평행하게) 유지되고, 결과적으로 배치 형태의 면에서 밀봉을 유지하며, 다른 한편으로는, 세라믹 링들 내의 높은 수준의 긴장이 방지되고, 이는 기계적 고장의 가능성을 현저하게 감소시킨다.

유리한 실시예에서, 상기 링은 부분적인 돌출부, 예를 들어, 축방향 변위를 방지하는 돌기를 구비한다. 상기 링이 그 아래에 위치한 영역에 대한 연결이 해제될 때까지 팽창하도록 충분히 가열되면, 대응되는 돌기가 상기 링이 떨어지는 것을 방지한다.

도 1은 본 발명에 따른 원심 펌프를 보여준다.
도 2는 적합한 유지 수단을 사용하여 클램핑 수단이 매우 현저하게 냉각된 경우에 그 위치로부터 독립적으로 변위될 수 있는 것을 어떻게 방지하는지를 보여준다.

도 1은 본 발명에 따른 원심 펌프, 또는 샤프트(1)가 하우징(2)을 관통하여 연장된 영역을 보여준다. 이러한 통로는 슬라이드 링 밀봉재에 의해 밀봉된다. 상기 슬라이드 링 밀봉재는 제1 부품(3)과 제2 부품(4)을 포함한다. 이 예에서, 상기 제1 부품(3)은 금속 부품이며, 이는 원심 펌프의 샤프트(1)에 고정적으로 연결되며 실제의 밀봉 요소, 즉, 세라믹 밀봉 수단(5)을 수용한다. 상기 제1 부품(3)은 샤프트(1) 상에서 축방향으로 변위 가능하며, 밀봉재(seal)(9)는 제1 부품(3)을 상기 샤프트(1)에 대하여 밀봉한다. 스프링(6)은 상기 세라믹 밀봉 수단(5)이 세라믹 밀봉 수단(7)에 대하여 일정한 힘으로 가압되도록 보장한다. 이에 의해, 밀봉 갭(sealing gap)(8)은 조정된 상태로 계속 유지되며, 고압측(high-pressure side)(10)으로부터 저압측(11)으로의 누설이 최소화된다. 상기 세라믹 밀봉 수단(7)은 금속의 제2 부품(4) 내에 지지된다.

상기 두 개의 세라믹 밀봉 수단들(5, 7)은, 밀봉 영역(8) 내에 약간의 누설이 빠져나올 수 있게 밀봉하도록 의도된 차압(differential pressure)에 의해 서로에 대하여 가압된다.

상기 슬라이드 링 밀봉재가 가열된 때, 상기 금속 부품들과 세라믹 밀봉 수단들은 상이한 정도로 팽창한다. 따라서, 상기 부품들이, 도 1에 도시된 바와 같이, 동축으로 배치되어 있기 때문에 긴장(tension)이 일어난다.

이러한 긴장은, 한편으로는, 두 개의 세라믹 밀봉 수단들(5, 7) 사이의 기울어짐(tilting)으로 이어지며, 이는 그 다음에 높은 수준의 누설을 발생시키고 높은 수준의 마모를 더 겪는다. 다른 한편으로는, 세라믹 재료는 오직 낮은 압력의 힘들을 견딜 수 있기 때문에, 세라믹 재료를 직접 파괴할 수 있는 힘들이 발생한다.

이러한 상이한 열팽창의 영향은 본 발명에 따른 클램핑 수단(12)에 의해 보상될 수 있다. 상기 클램핑 수단(12)은 세라믹 밀봉 수단(5)을 제 위치에 고정시킴으로써 상기 밀봉 수단(5)의 파괴로 이어질 수 있는 힘들이 상기 밀봉 수단(5)에 작용하지 않도록 한다.

상기 클램핑 수단(12)은 유리하게는 상기 제1 부품(3)에 수축(shrinkage)에 의해 고정될 수 있다. 도 2는 적합한 유지 수단(retention means)(13)을 사용하여 상기 클램핑 수단(12)이 매우 현저하게 냉각된 경우에 제 위치로부터 독립적으로 변위될 수 있는 것을 어떻게 방지하는지를 보여준다.

요구에 따라, 상기 클램핑 수단은 반경 방향의 유지 수단, 예를 들어, 도면들에 도시되지 않은 톱니 장치(tooth arrangement)를 구비할 수 있다.

Claims (3)

1. 샤프트 통로의 영역 내에 배치되며 밀봉재 하우징(2) 내에 배치되는 접촉식 샤프트 밀봉재(contacting shaft seal)를 가진, 고온의 유체를 이송하기 위한 원심 펌프로서,
   상기 샤프트 밀봉재는 상기 밀봉재 하우징(2)에 고정적으로 연결되는 제1 고정 부품(3)을 포함하고, 상기 샤프트 밀봉재는 상기 샤프트(1)에 고정적으로 연결되는 제2 회전 부품(3)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 부품들(2, 3)은 밀봉 갭(sealing gap)(8)을 형성하고, 상기 제1 및 제2 부품들(2, 3)은 밀봉하도록 의도된 압력에 의해 서로에 대하여 가압되며, 상기 제1 부품(2) 및/또는 제2 부품(3)은 하나가 다른 하나의 내측에 배치되는 다수의 수단들, 특히 금속 유지 수단(metal retention means)(2, 3), 밀봉 수단(5), 특히 세라믹 밀봉 수단(7), 및 금속 클램핑 수단(12)을 포함하며,
   상기 금속 클램핑 수단(12)은 반경 방향으로의 열변형(thermal deformation)을 보상하기 위한 수단으로서 구성되고, 상기 금속 클램핑 수단(12)은 비-포지티브-로킹 방식(non-positive-locking manner)으로 상기 금속 유지 수단(2, 3)과 상기 밀봉 수단(5, 7)의 반경 방향의 열변형에 대항하며, 상기 금속 클램핑 수단(12)은 상기 밀봉 수단(5, 7)의 영역에서 상기 금속 유지 수단(2, 3)을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 원심 펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속 클램핑 수단(12)에 유지 수단(13)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 원심 펌프.
3. 제2항에 있어서,
   상기 유지 수단(13)은 축방향 슬립에 대항하여 고정시키는 것을 특징으로 하는, 원심 펌프.

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