KR20220100208A

KR20220100208A - 메커니컬 실, 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR20220100208A
Application number: KR1020210002358A
Authority: KR
Inventors: 강민호
Original assignee: 강민호
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2022-07-15
Also published as: KR102479231B1

Abstract

본 발명은 흑연으로 제작된 실링(sealing) 링(ring)과 이러한 흑연 링에 주입되는 해수 펌프(pump)에 의한 유체압에 의하여 선박 샤프트(shaft)의 축 변형에도 불구하고 보다 완벽한 밀봉을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실(mechanical seal), 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법에 관한 발명이다.

Description

메커니컬 실, 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법 {Mecanical seal, the manufacturing method thereof, and the driving method thereof}

본 발명은 메커니컬 실(mechanical seal), 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 흑연으로 제작된 실링(sealing) 링(ring)과 이러한 흑연 링에 주입되는 해수 펌프(pump)에 의한 유체압에 의하여 선박 샤프트(shaft)의 축 변형시에도 보다 완벽한 밀봉, 수밀성을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 발명이다.

도면 1도는 선박에 구비되는 종래의 스턴 튜브 실의 모습을 보여주는 도면이다.

선박(20)의 선미에는 선박(20)이 이동할 수 있는 추진력을 제공하는 팬(10, fan)이 구비되어 있으며, 이러한 팬(10)은 샤프트(30, shaft)를 통하여 엔진(40, engine)과 연결되어 있다. 그리고, 샤프트(30)는 선미관(50), 즉 스턴 튜브(stern tube)를 통하여 선박(20)의 외부로 노출되어 있다. 따라서, 외부의 해수가 선박(20)의 내부로 유입되지 않도록 선미관(50)의 끝단을 밀봉하여야 하는데, 이러한 역할을 하는 실을 통상 스턴 튜브 실(seal)이라고 지칭한다. 이러한 스턴 튜브 실은 엔진 룸(room) 내의 오염물질이 외부로 유출되는 것을 방지하는 동시에 해수의 엔진 룸 유입을 방지하므로 매우 중요한 역할을 수행한다.

도면 2도는 선박에 구비되는 종래의 스턴튜브 실의 문제점을 설명하기 위하여 도면 1도를 간략하게 도시한 도면이고, 도면 3도는 도면 2도의 'SA'부분을 확대하여 보여주는 도면이다.

종래의 스턴 튜브 실(60)은 통상 금속 재질로 형성되어 있으며, 그 내부에 베어링(70, bearing) 및 윤활유를 구비하도록 하여 선미관(50)을 밀봉한다. 그런데, 선박(20)의 샤프트(30), 선미관(50)등은 외부 해수('OP', 이하, 제2 유체라고도 지칭함)에 의한 해수압의 영향을 지속적으로 받게 되는데, 이로 인하여 샤프트(30)가 뒤틀리거나 축이 변화하게 되고, 그 변형을 금속 재질의 종래의 스턴 튜브 실(60)은 반영하여 대처하지 못하므로, 결과적으로 실링 성능이 감소하게 되는 문제점이 있었다. 즉, 제2 유체(OP)의 압력이 작용하는 상황 속에서 샤프트(30)의 회전에 따라 도면 3도와 같이 샤프트(30)의 축이 뒤틀리거나 마모되어 축의 변형이 발생하게 되고, 이에 따라 선미관(50) 및/또는 선미관(50)에 구비되는 종래의 스턴 튜브 실(60)에도 강재간 마찰에 의하여 영구적인 변형이 발생하게 된다. 그 결과, 외부의 해수, 즉 제2 유체(OP)가 종래의 스턴 튜브 실(60)의 변형된 공간을 유입되어 선박(20)이 침수되곤하는 문제점이 야기되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 샤프트(30)의 축이 마모되거나 변형되어도, 축의 변형에 따라 대응하여 변형되는 흑연 링(100)을 통하여 수밀성을 유지할 수 있는 메커니컬 실, 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법을 제공하고자 한다.

또한, 해수 펌프에 의해 주입되는 유체압을 이용하여 해수압을 상쇄시켜 안정적인 수밀성, 밀봉성을 확보할 수 있는 메커니컬 실, 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법을 제공하고자 한다.

또한, 간단한 구조와 구성을 통하여 그 유지 보수가 용이한 메커니컬 실, 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 흑연 링(ring);을 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실(mechanical seal)을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링의 제1 실링 페이스(sealing face)와 접촉하는 제2 실링 페이스를 구비한 금속 링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 금속 링의 상기 제2 실링 페이스의 반대측에 위치하는 칼러(collar);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 금속 링 및 상기 칼러는 회전자 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 금속 링은 스테인레스 스틸(stainless steel)로 형성된 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링에는 제1 유체가 도입되는 유체 유입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 제1 유체는 선박의 해수 펌프(pump)에 의하여 유입되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링과 회전자 사이에는 이격 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링의 유체 유입구로 도입된 제1 유체는 상기 이격 공간을 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 회전자는 선박의 샤프트(shaft)인 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 샤프트의 일측에는 엔진(engine)이 연결되고, 상기 샤프트의 타측에는 팬(fan)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링의 제1 실링 페이스의 반대측에 연결되는 강화 벨로우즈(bellow);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링과 상기 강화 벨로우즈는 제1 클램프(clamp)를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 강화 벨로우즈에는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 강화 벨로우즈에 연결되는 부시(bush);를 더 포함하며, 상기 부시는 상기 제1 클램프가 연결된 측의 반대측에 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 강화 벨로우즈와 상기 부시는 제2 클램프를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 부시는 청동으로 형성된 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 부시, 상기 강화 벨로우즈, 상기 흑연 링은 고정자 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 고정자는 선미관인 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 부시에는 상기 강화 벨로우즈의 내부와 상기 선미관 내부 사이로 제1 유체 또는 제2 유체가 이동할 수 있는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 선미관의 내부에는 회전자를 지지하는 튜브 베어링(tube bearing)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 튜브 베이링에는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 제2 유체는 상기 선미관 외부의 압력에 의하여 발생되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 본 발명은 흑연 링의 니플 접속관으로 제1 유체가 주입되는 단계; 회전자가 회전함에 따라 금속 링이 회전되는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 회전자가 회전함에 따라 금속 링이 회전되는 단계 이후에, 상기 흑연 링의 제1 실링 페이스와 상기 금속 링의 제2 실링 페이스 사이에 유체막이 형성되는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 흑연 링의 니플 접속관으로 제1 유체가 주입되는 단계 이후에, 상기 제1 유체가 상기 흑연 링과 상기 회전자 사이의 이격 공간을 통하여 배출되는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 제1 유체가 상기 흑연 링과 상기 회전자 사이의 이격 공간을 통하여 배출되는 단계 이후에, 상기 제1 유체의 압력과 상기 제2 유체의 압력이 동일해지는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 금속 링의 상기 제2 실링 페이스 반대측에는 칼러가 위치하며, 상기 금속 링과 상기 컬러는 회전자 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 제1 유체는 해수 펌프에 의하여 유입되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 회전자는 선박의 샤프트이며, 상기 샤프트의 일측에는 엔진이 연결되고, 상기 샤프트의 타측에는 팬이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링의 제1 실링 페이스의 반대측에는 요철이 형성된 강화 벨로우즈가 제1 클램프를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 제1 크램프가 연결된 상기 강화 벨로우즈의 반대측에는 제2 클램프를 이용하여 청동으로 형성된 부시가 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 부시, 상기 강화 벨로우즈, 상기 흑연 링은 고정자 측에 위치하며, 상기 고정자는 선미관인 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 부시는 상기 강화 벨로우즈의 내부와 상기 선미관 내부 사이로 제1 유체 및/또는 제2 유체가 이동할 수 있는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 상기 선미관의 내부에는 회전자를 지지하며 개구가 형성된 튜브 베어링이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 흑연 링이 제작되는 단계; 기 흑연 링에 유체 유입구가 형성되는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 제작 방법을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링 또는 유체 유입구는 압축 성형을 통하여 제작 또는 형성되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 제작 방법을 제공한다.

또한, 상기 흑연 링은 제2 실링 페이스와 접촉하는 평탄한 제1 실링 페이스를 가지도록 제작되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 제작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 흑연 링(ring); 상기 흑연 링의 제1 실링 페이스(sealing face)와 접촉하는 제2 실링 페이스를 구비한 금속 링;을 포함하며, 상기 금속 링의 내부에는 하나 이상의 오링(O-ring)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 상기 유체 유입구에는 니플(nipple) 접속관이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실을 제공한다.

또한, 본 발명은 흑연 링의 니플 접속관으로 제1 유체가 주입되는 단계; 회전자가 회전함에 따라 금속 링이 회전되는 단계;가 포함되며, 상기 금속 링은 스테인레스 스틸로 형성되며, 상기 금속 링의 내부에는 하나 이상의 오링이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 흑연 링이 제작되는 단계; 상기 흑연 링에 유체 유입구가 형성되는 단계;가 포함되며, 상기 유체 유입구에는 니플 접속관이 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 제작 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 메커니컬 실, 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 실링 페이스(face)를 흑연(graphite) 링을 적용함으로서, 보다 완벽한 밀봉, 수밀성을 제공할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 선박의 내부로 해수가 유입되거나, 엔진룸으로부터 기름 등의 오염물질이 외부로 유출되는 것을 완벽하게 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 우수한 내열성과 내식성을 제공하며, 밀착 접촉한 상태에서도 금속 링이 윤활하게 회전하는 것을 보장할 수 있는 효과도 있다.

둘째, 선박의 운행에 따라 샤프트의 축이 다소 변형되더라도 흑연 링이 이러한 축 변형에 맞게 마모되어 변형됨으로써 그 수밀 능력이 지속적으로 유지되는 효과가 있다.

셋째, 해수 펌프에 의하여 발생된 유체압을 흑연 링 내부로 도입시킴으로써, 흑연 링을 냉각시킴과 동시에, 선미관의 튜브(tube) 베어링을 통하여 유입되는 해수압을 상쇄시켜 흑연 링을 통한 씰링 성능을 보다 향상시킬 수 있다. 즉, 흑연 링과 금속 링 사이의 실링 페이스와 더불어 흑연 링과 샤프트 사이에 수밀벽을 형성시켜 수밀성을 극대화할 수 있다.

넷째, 간단한 구조와 구성을 통하여 기존 또는 종래의 메커니컬 실에 비하여 유지 보수가 매우 용이한 효과가 있다. 즉, 씰링성이 감소하거나 주기적 교체 시기가 도래한 경우 흑연 링 정도만 교체하면 되므로, 선박 운영자가 직접 유지보수가 가능한 효과가 있다.

다섯째, 그 구조가 기존의 메커니컬 실에 비하여 간단하여, 저렴한 비용으로 제조 공급할 수 있는 효과도 있다.

도면 1도는 선박에 구비되는 종래의 스턴 튜브 실의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 2도는 선박에 구비되는 종래의 스턴튜브 실의 문제점을 설명하기 위하여 도면 1도를 간략하게 도시한 도면이다.
도면 3도는 도면 2도의 'SA'부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 4도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 개념을 설명하기 위한 간략도이다.
도면 5도는 도면 4도의 'SB'부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 6도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 전체적인 모습을 보여주는 도면이다.
도면 7도는 본 발명에 따른 메커니컬 실을 측면에서 바라본 모습을 보여주는 도면이다.
도면 8도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구성요소 중 칼러를 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 9도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구성요소 중 금속 링을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 10도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구성요소 중 흑연 링을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 11도는 본 발명의 구성요소인 흑연 링의 유체 유입구에 니플 접속관이 설치되어 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도면 12도는 본 발명의 흑연 링에 적용되는 등방성흑연을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 13도는 등방성흑연과 대비하여 이방성흑연을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 14도는 본 발명의 구성요소인 강화 벨로우즈의 모습을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 15도는 본 발명의 구성요소인 부시의 모습을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 16도는 본 발명의 구성요소인 클램프의 모습을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 17도는 본 발명에 따른 메커니컬 실이 적용된 부분을 절개하여 보여주는 단면도이다.
도면 18도는 도면 17도에서 흑연 링이 위치한 일부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 19도는 도면 18도에서 흑연 링의 일부분을 보다 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 20도는 본 발명이 적용된 선미관 내부에서의 유체의 흐름을 간략하게 보여주는 도면이다.
도면 21도는 선미관 끝단의 튜브 베이링 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면 22도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구동 방법을 보여주는 순서도이다.
도면 23도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 제작 방법을 보여주는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 설명에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되는 것이며,어떠한 의미를 한정하기 위하여 사용되는 것이 아니다. 그리고, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며,"포함 하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도면 4도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 개념을 설명하기 위한 간략도이다.

앞서 살펴 본 바와 같이, 종래의 스턴 튜브 실(60)은 대부분의 구성이 금속 재질로 형성되기 때문에, 샤프트(30)의 마모, 뒤틀림 등에 따른 축의 변형에 따라 영구적인 변형이 발생하여도 씰링 부재의 대응되는 변형이 불가능하여 수밀성이 저하되는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)은 흑연 링(100)을 그 구성요소로 채택함으로서, 이러한 변형에도 불구하고 그 수밀성을 지속적으로 유지할 수 있다. 또한, 외부로부터 유입되는 제2 유체(OP)에 대응하여 해수 펌프를 이용하여 제1 유체(PP)를 메커니컬 실(1000)의 내부로 도입시킴으로서 압력 평형을 통한 수밀벽을 형성하여 향상된 수밀성을 유지할 수 있다.

도면 5도는 도면 4도의 'SB'부분을 확대하여 보여주는 도면이다.

제1 유체(OP)에 의한 압력, 즉 해수압에 의하여 선미관(50) 내의 샤프트(30)의 축은 마모 또는 뒤틀려서 축의 변형이 발생될 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)의 흑연 링(100)은 샤프트(30)의 변형에 대응하여 마모되므로 실링 성능이 지속되게 된다. 그리고, 샤프트(30)와 흑연 링(100) 사이에는 해수 펌프에 의한 제2 유체가 주입되어 제1 유체의 압력을 상쇄시켜 수밀벽이 생성되어 방수 성능이 더욱 향상된다.

이하, 이러한 기능을 달성하는 본 발명에 따른 메커니컬 실, 이의 제작 방법 및 이의 구동 방법을 도면을 통하여 세부적으로 확인해보도록 한다.

도면 6도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 전체적인 모습을 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)은 흑연 링(100), 금속 링(200), 칼러(300, collar), 강화 벨로우즈(bellow)(400), 부시(500, bush)를 포함하여 구성될 수 있으며, 추가적으로 흑연 링(100)과 강화 벨로우즈(400)를 단단히 고정하여 연결하기 위한 제1 클램프(clamp)(610), 강화 벨로우즈(400)와 부시(500) 사이를 고정하기 위한 제2 클램프(620)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 흑연 링(100)에 제1 유체를 도입시키기 위한 니플(nipple) 접속관(700)이 더 포함될 수 있다.

도면 7도는 본 발명에 따른 메커니컬 실을 측면에서 바라본 모습을 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)에서, 칼러(300)와 금속 링(200)은 회전자측(RS)에 위치하며, 흑연 링(100), 강화 벨로우즈(400), 부시(500)와 이들 사이를 연결하여 고정하는 제1 클램프(610), 제2 클램프(620)는 고정자측(PS)에 위치한다. 여기서, 회전자는 샤프트(30)가 될 수 있으며, 고정자는 선미관(50)이 될 수 있다. 따라서, 해수 펌프의 제1 유체 주입에 따라 흑연 링(100)과 샤프트(30) 사이에 형성되는 수밀벽과 함께, 금속 링(200)과 흑연 링(100) 사이에 실링 페이스(face)가 위치하게 된다. 참고로, 본 발명의 설명에서, 수밀벽, 실링 페이스, 섭동면 등은 동일한 의미로 사용되고, 수밀성, 수밀능력, 밀봉, 밀봉성, 방수성, 실링 성능 등도 서로 동일한 의미로서 사용된다.

본 발명에 따른 메커니컬 실은 이러한 구성을 통하여 보다 완벽한 실링 성능을 보장할 수 있어, 선박의 내부로 해수인 제2 유체가 유입되거나, 엔진룸 등으로부터 기름 등의 오염물질이 외부로 유출되는 것을 완벽하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 구성요소 각각을 하나씩 자세히 살펴보도록 한다.

먼저, 도면 8도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구성요소 중 칼러를 확대하여 보여주는 도면이고, 도면 9도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구성요소 중 금속 링을 확대하여 보여주는 도면이다.

칼러(300)와 금속 링(200)은 회전자측에 위치하여, 샤프트(30)의 회전에 따라 함께 회전할 수 있다. 이중에서 칼러(300)는 금속 링(200)을 견고하게 지지하여 흑연 링(100)과 금속 링(200)이 서로 밀착 접촉을 유지하도록 하는 역할을 수행하며, 흑연 링(100)의 제1 실링 페이스(face)(110)와 접촉하는 제2 실링 페이스(210)를 구비한 금속 링(200)은 샤프트(30)의 회전에도 불구하고 흑연 링(100)과 금속 링(200) 사이의 수밀성을 유지하는 역할을 수행한다. 그리고, 금속 링(200)은 더 안정적인 수밀성, 밀봉 성능을 제공하기 위하여, 내부에 고무 재질로 형성되는 하나 이상의 오링(220)을 구비할 수 있다.

다음으로, 고정자 측인 선미관(50)에 위치하는 구성요소를 검토하도록 한다.

도면 10도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구성요소 중 흑연 링을 확대하여 보여주는 도면이고, 도면 11도는 본 발명의 구성요소인 흑연 링의 유체 유입구에 니플 접속관이 설치되어 있는 모습을 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)에서 흑연 링(100)은 본 발명이 요구하는 수밀 성능을 확보하는데 매우 중요한 역할을 하는 구성요소로서, 용어 자체에서 알 수 있듯이 흑연 재질로 형성된다.

이러한 흑연 링(100)은 스테인레스 스틸(stainless steel)로 제작 가능한 금속 링(200)의 제2 실링 페이스(210)와 접촉하는 제1 실링 페이스(110)를 구비하고 있으며, 흑연 링(100)의 내부로 제1 유체를 도입할 수 있도록 유체 유입구(120)가 형성되어 있다. 그리고, 이 유체 유입구(120)에는 해수 펌프에 의하여 유입되는 제1 유체(PP)가 더 잘 도입될 수 있도록 도면 11도와 같이 니플(nipple) 접속관(700)이 설치되어 있을 수 있다.

본 발명은 구성요소로 흑연 링(100)을 채용함으로써, 우수한 내열성과 내식성을 확보할 수 있으며, 밀착 접촉한 상태에서도 금속 링(200)이 윤활하게 회전하는 것을 보장할 수 있다.

이를 위하여, 본 발명에 적용되는 흑연 링(100)은 등방성흑연을 이용하여 제작될 수 있다.

도면 12도는 본 발명의 흑연 링에 적용되는 등방성흑연을 확대하여 보여주는 도면이고, 도면 13도는 등방성흑연과 대비하여 이방성흑연을 확대하여 보여주는 도면이다.

도면을 통하여 알 수 있듯이, 이방성흑연과 대비하여 등방성흑연은 미립자구조로 품질이 고르며 고강도를 가지고 있다. 특히, 내식성, 내열성, 내화성, 전기전도도 면에서도 더 우수하다.

본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)은 등방성흑연으로 제작되는 이러한 흑연 링(100)을 선택함으로써, 기존의 금속 재질로 구성된 메커니컬 실들에 비하여 부피밀도가 작아 경량화된 메커니컬 실을 제공할 수 있다. 참고로, 등방성흑연을 이용하는 것이 최적의 예이기는 하나, 본 발명이 이방성 흑연의 사용을 제한하고자 하는 것은 아님을 유념할 필요가 있다. 또한, 흑연 링(100)을 제작할 때 사용하는 흑연 파우더(powder)로도 흑연질, 탄소흑연질, 수지함칠질 등의 다양한 형태의 흑연 파우더가 사용될 수 있다.

니플 접속관(700)을 통하여, 제1 유체가 흑연 링(100) 내부로 도입되고 수밀벽을 생성하는 과정은 이하 도면을 통하여 더 자세히 살펴보도록 하겠다.

이하, 본 발명을 구성하는 나머지 구성요소를 계속적으로 설명토록 하겠다.

도면 14도는 본 발명의 구성요소인 강화 벨로우즈의 모습을 확대하여 보여주는 도면이고, 도면 15도는 본 발명의 구성요소인 부시의 모습을 확대하여 보여주는 도면이며, 도면 16도는 본 발명의 구성요소인 클램프의 모습을 확대하여 보여주는 도면이다.

본 발명을 구성하는 강화 벨로우즈(400)는 흑연 링(100)을 금속 링(200) 방향으로 힘을 가하여, 흑연 링(100)과 금속 링(200) 사이의 지속적인 밀착 접촉을 유지토록 하는 역할을 수행하는 구성이다. 이를 위하여, 강화 벨로우즈(400)는 흑연 링(100)의 제1 실링 페이스(110)의 반대측에 제1 클램프(610)를 이용하여 연결되며, 탄성력을 제공하기 위하여 요철(410)이 형성되어 있을 수 있다.

마지막으로, 부시(500)는 강화 벨로우즈(400)에 연결되며, 구체적으로 제1 클램프(610)가 연결된 측의 반대측의 강화 벨로우즈(400)에 제2 클램프(620)를 이용하여 연결될 수 있다. 이러한 부시(500)는 강화 벨로우즈(400) 내부와 선미관(50) 내부 사이로 제1 유체(PP) 또는 제2 유체(OP)가 이동할 수 있는 개구(H)를 구비하며, 청동으로 제작될 수 있다. 추가적으로, 제1 클램프(610), 제2 클램프(620)는 각 구성사이의 결합을 단단히 고정하며, 그 사이를 밀봉하는 역할을 수행한다.

본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)은 이러한 구성을 통하여 종래의 스턴 튜브 실(60)에 비하여 보다 향상된 실링 능력을 제공할 수 있다.

도면 17도는 본 발명에 따른 메커니컬 실이 적용된 부분을 절개하여 보여주는 단면도이고, 도면 18도는 도면 17도에서 흑연 링이 위치한 일부분을 확대하여 보여주는 도면이다.

회전하는 금속 링(200)과 고정된 흑연 링(100) 사이에 섭동면, 실링 페이스(SF)가 위치하게 되며, 이 부분의 실링 성능을 양호하게 유지하는 것이 전체적인 실링 성능을 양호하게 유지하는 것에 많은 영향을 준다.

본 발명은 스테인레스 스틸로 제작되는 금속 링(200)과 접촉하는 실링 부재가 흑연을 이용하여 제작되기 때문에, 샤프트(30)의 축에 변형이 생겨 금속 링(200)에도 미세한 기울기가 발생하여도 흑연 링(100)이 이에 대응하여 마모되기 때문에 실링 페이스의 수밀성을 지속적으로 유지할 수 있다. 또한, 이러한 맞춤 변형은 흑연 링(100)과 샤프트(30) 사이에서도 이루어질 수 있다.

도면 18도를 확인하면, 흑연 링(100)과 회전자인 샤프트(30) 사이에 이격 공간(DS)가 형성되어 잇는 것을 확인할 수 있다. 이러한 이격 공간(DS)은 흑연 링(100)의 제작시에 기본적으로 형성되는 것일 수도 있고, 샤프트(30)의 회전에 따라 흑연 링(100)이 마모되면서 자연스럽게 형성되는 것일 수 있다. 따라서, 강재로 구성되는 종래의 스턴 튜브 실(60)은 축 변형시 구성요소의 영구적인 변형으로 인하여 실 성능이 감소되나, 본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)은 흑연 링(100)이 변형된 구간에 맞추어 마모되므로 그 실링 성능을 지속적으로 보장하게 된다. 그리고, 흑연 링(100)에 주입되는 제1 유체(PP)에 의하여서도 그 수밀성이 보장되며, 이 부분은 다음 도면을 통하여 자세히 설명토록 한다.

도면 19도는 도면 18도에서 흑연 링의 일부분을 보다 확대하여 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)의 흑연 링(100)에는 유체 유입구(120)가 형성되어 있으며, 이러한 유체 유입구(120)에는 니플 접속관(700)이 설치되어 있을 수 있다. 이러한 니플 접속관(700)를 통하여, 해수 펌프가 전달하는 제1 유체(PP)가 도입되며, 이렇게 도입된 제1 유체(PP)는 흑연 링(100)에서 발생되는 열을 냉각시키는 동시에, 수밀벽을 형성하여 본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)의 실링 성능을 더 강화하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 도입된 제1 유체(PP)는 흑연 링(100)과 샤프트(30) 사이로 유입되어, 선박(20)의 외부로부터 유입되는 제2 유체(OP)를 상쇄시키는 수밀벽을 형성한다. 또한, 흑연 링(100)의 제1 실링 페이스(110)와 금속 링(200)의 제2 실링 페이스(210) 사이로 유입된 제1 유체(PP)도 그 사이에서 역시 수밀벽, 실링 페이스를 형성하게 된다.

도면 20도는 본 발명이 적용된 선미관 내부에서의 유체의 흐름을 간략하게 보여주는 도면이며, 도면 21도는 선미관 끝단의 튜브 베이링 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.

고쿠 보드라도 호칭되는 튜브 베어링(800)은 선미관(50) 내에서 샤프트(30)를 지지하는 역할을 수행하는데, 이러한 튜브 베어링(800)에는 개구(H)가 형성되어 있다. 그리고, 이러한 개구(H)를 통하여 선박(20) 외부의 제2 유체(OP)가 유입되게 된다. 선박(20) 외부의 해수, 즉 제2 유체(OP)는 샤프트(30), 선미관(50) 등에 해수압에 의한 영향을 주는 동시에, 선미관(50) 말단에 설치되는 튜브 베어링(800)의 개구(H)를 통하여 선미관(50) 내부로 도입되어, 실링 부위에도 영향을 줄 수 있다.

본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)은 이러한 제2 유체(OP)의 영향을 해수 펌프에 의하여 유입되는 제1 유체(PP)를 통하여 상쇄시킨다. 즉, 니플 접속관(700)을 통하여 흑연 링(100)의 내부로 유입된 제1 유체에 의하여 형성되는 수밀벽들이 외부로부터 도입되는 제2 유체(OP) 압력을 제거하므로, 샤프트(30)의 회전 과정에서도 흑연 링(100)과 금속 링(200) 사이, 흑연 링(100)과 샤프트(30) 사이에 실링 상태가 안정적으로 유지된다.

따라서, 본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)은 이러한 단순한 구조를 통하여서도 높은 실링성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 그 구조가 간단하여 기존 선박용 실링 부재에 비하여 상대적으로 저렴한 비용으로도 공급이 가능하다.

도면 22도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구동 방법을 보여주는 순서도이다.

먼저, 본 발명에 따른 메커니컬 실의 구동 방법은 해수 펌프가 작동하여 흑연 링(100)의 니플 접속관(700)으로 제1 유체가 주입되는 과정부터 수행될 수 있다(S1-1). 다음으로, 이렇게 주입된 제1 유체(PP)는 흑연 링(100)과 샤프트(30) 사이에 형성된 이격공간으로 배출될 수 있다(S1-2). 또는, 이격공간을 통하여 선미관(50) 내부로 배출될 수도 있다. 이 과정을 통하여, 외부로부터 유입되는 제2 유체(OP)의 압력을 상쇄시켜 흑연 링(100)과 샤프트(30) 사이에는 실링 페이스인 수밀벽이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 유체 주입과 동시 또는 이시로, 샤프트(30)가 회전함에 따라 금속 링(200)이 함께 회전할 수 있으며(S1-4), 이러한 회전에 따라 금속 링(200)의 제2 실링 페이스(210)와 흑연 링(100)의 제1 실링 페이스(110) 사이에도 유체막이 형성되어 본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)의 실링을 유지토록 한다.

이러한 구동을 통하여, 본 발명은 기존의 선박용 실링 부재에 비하여 보다 완벽한 수밀능력을 보장할 수 있는 효과가 있다.

도면 23도는 본 발명에 따른 메커니컬 실의 제작 방법을 보여주는 순서도이다.

본 발명에 따른 메커니컬 실(1000)의 필수 구성요소인 흑연 링(100)을 제작하기 위하여, 금형을 이용하여 반죽된 흑연을 압축 성형하는 흑연 링(100)이 제작되는 과정이 먼저 진행될 수 있다(S2-1). 여기서, 압축 성형은 제조되는 흑연 링(100)이 균등한 물성을 가지도록 CIP(Cold Isoslateric Pressure) 성형 공법이 이용될 수 있다. 그리고, 이러한 흑연 링(100)이 제작된 다음에는 제1 유체가 유입될 유체 유입구(120)가 형성되는 과정이 진행될 수 있다.(S2-2) 참고로, 흑연 링(100)에 유체 유입구(120)가 형성되는 과정은 흑연 링(100)이 제작된 이후에 진행될 수도 있으나, 압축 성형 과정에서 동시에 형성될 수도 있다.

본 발명은 이렇게 제작된 흑연 링(100)을 이용함으로써, 씰링성이 감소한 경우에도 이러한 흑연 링(100)만 교체하면 되므로, 그 유지 보수가 매우 간편하며, 전문적인 지식이 없는 선박 운영자도 직접 유지 보수가 가능한 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 팬
20 : 선박
30 : 샤프트
40 : 엔진
50 : 선미관
60 : 종래의 스턴 튜브 실
70 : 베어링
100 : 흑연 링
110 : 제1 실링 페이스
120 : 유체 유입구
200 : 금속 링
210 : 제2 실링 페이스
220 : 오링
300 : 칼러
400 : 강화 벨로우즈
410 : 요철
500 : 부시
610 : 제1 클램프
620 : 제2 클램프
700 : 니플 접속관
800 : 튜브 베어링
1000 : 본 발명에 따른 메커니컬 실

Claims

흑연 링(ring);을 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실(mechanical seal).
제1항에 있어서,
상기 흑연 링의 제1 실링 페이스(sealing face)와 접촉하는 제2 실링 페이스를 구비한 금속 링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제2항에 있어서,
상기 금속 링의 상기 제2 실링 페이스의 반대측에 위치하는 칼러(collar);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제2항에 있어서,
상기 금속 링 및 상기 칼러는 회전자 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제2항에 있어서,
상기 금속 링은 스테인레스 스틸(stainless steel)로 형성된 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제1항에 있어서,
상기 흑연 링에는 제1 유체가 도입되는 유체 유입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제6항에 있어서,
상기 제1 유체는 선박의 해수 펌프(pump)에 의하여 유입되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제1항에 있어서,
상기 흑연 링과 회전자 사이에는 이격 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제8항에 있어서,
상기 흑연 링의 유체 유입구로 도입된 제1 유체는 상기 이격 공간을 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제4항 또는 제8항에 있어서,
상기 회전자는 선박의 샤프트(shaft)인 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제9항에 있어서,
상기 샤프트의 일측에는 엔진(engine)이 연결되고,
상기 샤프트의 타측에는 팬(fan)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제1항에 있어서,
상기 흑연 링의 제1 실링 페이스의 반대측에 연결되는 강화 벨로우즈(bellow);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제12항에 있어서,
상기 흑연 링과 상기 강화 벨로우즈는 제1 클램프(clamp)를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제12항에 있어서,
상기 강화 벨로우즈에는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제13항에 있어서,
상기 강화 벨로우즈에 연결되는 부시(bush);를 더 포함하며,
상기 부시는 상기 제1 클램프가 연결된 측의 반대측에 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제15항에 있어서,
상기 강화 벨로우즈와 상기 부시는 제2 클램프를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제15항에 있어서,
상기 부시는 청동으로 형성된 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제15항에 있어서,
상기 부시, 상기 강화 벨로우즈, 상기 흑연 링은 고정자 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제18항에 있어서,
상기 고정자는 선미관인 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제19항에 있어서,
상기 부시에는 상기 강화 벨로우즈의 내부와 상기 선미관 내부 사이로 제1 유체 또는 제2 유체가 이동할 수 있는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제19항에 있어서,
상기 선미관의 내부에는 회전자를 지지하는 튜브 베어링(tube bearing)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제21항에 있어서,
상기 튜브 베이링에는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
제20항에 있어서,
상기 제2 유체는 상기 선미관 외부의 압력에 의하여 발생되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
흑연 링의 니플 접속관으로 제1 유체가 주입되는 단계;
회전자가 회전함에 따라 금속 링이 회전되는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제24항에 있어서,
회전자가 회전함에 따라 금속 링이 회전되는 단계 이후에,
상기 흑연 링의 제1 실링 페이스와 상기 금속 링의 제2 실링 페이스 사이에 유체막이 형성되는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제24항에 있어서,
흑연 링의 니플 접속관으로 제1 유체가 주입되는 단계 이후에,
상기 제1 유체가 상기 흑연 링과 상기 회전자 사이의 이격 공간을 통하여 배출되는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제24항에 있어서,
상기 제1 유체가 상기 흑연 링과 상기 회전자 사이의 이격 공간을 통하여 배출되는 단계 이후에,
상기 제1 유체의 압력과 상기 제2 유체의 압력이 동일해지는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제24항에 있어서,
상기 금속 링의 상기 제2 실링 페이스 반대측에는 칼러가 위치하며,
상기 금속 링과 상기 컬러는 회전자 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제24항에 있어서,
상기 제1 유체는 해수 펌프에 의하여 유입되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제24항에 있어서,
상기 회전자는 선박의 샤프트이며,
상기 샤프트의 일측에는 엔진이 연결되고,
상기 샤프트의 타측에는 팬이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제24항에 있어서,
상기 흑연 링의 제1 실링 페이스의 반대측에는 요철이 형성된 강화 벨로우즈가 제1 클램프를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제31항에 있어서,
상기 제1 크램프가 연결된 상기 강화 벨로우즈의 반대측에는 제2 클램프를 이용하여 청동으로 형성된 부시가 연결되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제32항에 있어서,
상기 부시, 상기 강화 벨로우즈, 상기 흑연 링은 고정자 측에 위치하며,
상기 고정자는 선미관인 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제32항에 있어서,
상기 부시에는 상기 강화 벨로우즈의 내부와 상기 선미관 내부 사이로 제1 유체 및/또는 제2 유체가 이동할 수 있는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
제33항에 있어서,
상기 선미관의 내부에는 회전자를 지지하며 개구가 형성된 튜브 베어링이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 구동 방법.
흑연 링이 제작되는 단계;
상기 흑연 링에 유체 유입구가 형성되는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 제작 방법.
제36항에 있어서,
상기 흑연 링 및/또는 유체 유입구는 압축 성형을 통하여 제작 또는 형성되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 제작 방법.
제36항에 있어서,
상기 흑연 링은 제2 실링 페이스와 접촉하는 평탄한 제1 실링 페이스를 가지도록 제작되는 것을 특징으로 하는 메커니컬 실의 제작 방법.