KR20230058879A - 회전축이 관통하는 압력탱크의 압력누출 방지방법 및 압력누출 방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가류기 등과 같이 내부에 고온의 공압이 작용하는 용기 형태이면서 내부에 공기 순환이나 교반 등의 목적을 위하여 외부에서 회전축이 내부로 삽입되는 구성에 있어서, 회전축의 메카니컬 씰과 베어링이 설치되는 부분에 하우징의 관체부를 이용하여 압력공간을 마련한 후 압력탱크 내부와 압력파이프를 통하여 연결되도록 함으로써 압력탱크 내부의 압력이 압력공간으로 전달되고, 이에 따라 오일 씰이 받는 압력탱크 내부의 압력이 압력공간의 압력에 의해 상쇄되도록 하였으며, 따라서 회전축과 베어링 및 씰 사이에 압력이 누출되는 경우를 방지하고 내부의 열로부터 베어링과 씰이 보호될 수 있도록 하는 방법과 구조에 관한 것이다.

Description

회전축이 관통하는 압력탱크의 압력누출 방지방법 및 압력누출 방지구조{Pressure leakage prevention method and pressure leakage prevention structure of the pressure tank through which the rotating shaft passes}

본 발명은 챔버나 탱크 형태의 압력 용기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 가류기, 건조기 등과 같이 내부에 고온 및 고압이 작용하는 용기 형태이면서 내부에 공기 순환이나 교반 등의 목적을 위하여 외부에서 회전축이 내부로 삽입되는 구성에서 회전축과 베어링 및 씰 사이로 압력 및 이물질이 누출되는 경우를 방지하고 내부의 열과 이물질로부터 베어링과 씰이 보호될 수 있도록 하는 방법과 구조에 관한 것이다.

통상의 가류기 등의 압력탱크는 내부에 고온이 작용하고 내부에 공기를 순환시키거나 교반 등의 다른 목적을 위하여 탱크의 일측에 내부를 향하여 회전축이 설치되는 경우가 많다.

이러한 회전축은 압력탱크의 후단 외부에 설치되는 모터의 회전력을 전달받아 회전하며 하우징과 회전축 사이에 베어링과 밀폐용 씰이 설치되는 구조이다.

이러한 구성의 압력탱크에서는 회전축과 회전축을 지지하는 하우징의 사이에 압력이 누출되는 문제가 발생하는데, 통상 이러한 압력의 누출을 방지하기 위하여 회전축과 하우징의 사이에 메카니컬 씰이 설치된다. 그러나 이러한 메카니컬 씰이 설치되더라도 오랜 시간 밀폐가 유지되기 어려운 구조이며, 특히 가류기의 경우에는 가류과정에서 황이 포함된 고온의 가스가 발생하므로 이러한 고온 가스가 메카니컬 씰에 장시간 작용하면 찌꺼기가 메카니컬 씰을 뒤덮고 회전축의 사이에 끼이므로 메카니컬 씰이 정상적인 작동을 못하여 밀폐기능이 점차 저하되고 베어링까지 마모 또는 손상되는 현상으로 이어졌던 것이다.

또한, 회전축에는 메카니컬 씰의 오염을 방지하기 위하여 오일 씰이 설치되는데, 오일 씰은 압력탱크의 한쪽에서 고온의 압력을 받으면 날(립)이 세워지면서 축에 강하게 밀착되는 방식이므로 장시간 고온의 분위기와 회전에 의해 열이 발생되어 수명이 단축되는 것은 물론이고, 한쪽에서 압력이 계속 작용하면 날에 의해 회전축이 마모되는 현상까지 발생하였다.

이에 따라서 순환팬이 설치되는 가류기를 사용하는 업체에서는 주기적으로 메카니컬 씰은 물론 베어링과 오일 씰까지 교환해야 하는 문제가 발생하고 심하게는 회전축까지 교체하기도 하였던 것이고, 이에 따라 생산업체에서는 수시로 수리/정비에 따른 비용과 장시간 가동중지가 발생하므로 이에 따른 비용과 생산능률의 저하가 큰 부담으로 작용하였던 것이다.

특허 등록번호 제10-2224735호(등록일자 2021년03월02일)

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 회전축이 설치되는 압력탱크의 사용에 있어서, 메카니컬 씰과 오일 씰 및 베어링의 손상이나 기능저하를 방지하여 장시간 보수 없이 사용 가능하도록 함을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 수단을 안출하였다.

본 발명은 내부에 고온의 압력이 작용하고 일측에 회전축이 관통하여 설치되는 압력탱크이고, 후방에 하우징이 설치되고 하우징의 내부에 회전축이 설치되면서 회전축의 끝단이 압력탱크의 내부에 돌출되는 압력탱크를 대상으로 하며, 회전축의 메카니컬 씰과 베어링이 설치되는 부분에 하우징의 관체부를 이용하여 압력공간을 마련한 후 압력탱크 내부와 압력파이프를 통하여 연결되도록 함으로써, 압력탱크 내부의 압력이 압력공간으로 전달되고, 이에 따라 오일 씰이 받는 압력탱크 내부의 압력이 압력공간의 압력에 의해 상쇄되도록 하였다.

더불어 관체부를 감싸는 형태의 냉각공간을 마련한 후 냉각수를 순환시킴으로써 압력공간 내의 온도와 베어링 및 오일 씰에 의한 발열이 제어되도록 한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 회전축이 설치되는 압력탱크의 사용에 있어서, 압력탱크 내의 압력이 압력공간을 통하여 오일 씰 방향으로 작용하므로 오일씰이 받는 일 방향 압력이 상쇄되어 오일 씰의 수명이 연장되면서 압력의 누출과 가스의 누출이 방지될 수 있으며, 이에 따라 베어링과 메카니컬 씰이 고온의 가스와 이물질 및 압력으로부터 보호되어 오랜 시간 동안 보수 없이 밀폐기능이 유지될 수 있는 장점이 있다. 아울러 하우징을 감싸는 냉각공간의 냉각수로 인하여 전체적으로 하우징과 회전축에 작용하는 열을 냉각시켜줄 수 있으므로 회전축과 밀폐기능 부분이 오랜 시간 원활한 작용을 유지할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 요부 정면도
도 2는 도 1의 A-A 측면도
도 3은 도 2의 B-B 단면도
도 4는 도 2의 C-C 단면도

이하, 본 발명의 방법과 구조에 대하여 좀 더 상세히 설명하고자 하는바, 이러한 설명은 본 발명을 구현하기 위한 실시 예를 기준으로 한 것으로서, 본 발명이 추구하는 기술적 사상을 본 문서에 기재된 실시 예에 기재된 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents) 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

본 발명은 내부에 고온의 압력이 작용하고 일측에 회전축이 관통하여 설치되는 압력탱크를 대상으로 한다.

본 발명의 주요구성은 고온의 압력이 작용하는 압력탱크(10)의 후단부에 설치되는 것으로, 압력탱크(10)의 후방에 고정되는 지지체(11)에 하우징(20)이 설치되고 하우징(20)의 내부에 회전축(30)이 설치되면서 회전축(30)의 끝단이 압력탱크(10)의 내부에 돌출되어 순환팬(12) 또는 교반익이 설치되는 형태이다.

하우징(20)은 압력탱크(10)의 지지체(11)에 고정되는 플랜지부(21)가 구성되고 플랜지부(21)로부터 압력탱크(10) 방향으로 돌출되면서 회전축(30)의 일단부를 지지하는 관체부(22)를 갖는다.

또한 하우징(20)과 결합되는 외부하우징(20')에 의해 회전축(30)의 일단이 지지되는 형태로 설치되고 회전축(30)은 모터(1)의 동력을 벨트(2)와 벨트풀리(3)를 통하여 전달받는다.

관체부(22)의 후단 즉, 압력탱크(10)의 내부에 해당하는 위치에는 회전축(30)과의 사이에 다수 개의 오일 씰(31)을 설치하였고 커버(23)를 체결하여 마감하였다. 상기 관체부(22)의 오일 씰(31)이 설치된 부분으로부터 압력탱크(10)의 외부방향으로는 회전축(30)과의 사이에 베어링(32)을 설치하였으며, 베어링(32)과 일정한 간격으로 두고 회전축(30)을 감싸는 형태의 메카니컬 씰(33)이 설치되어 일단이 외부하우징(20')까지 결합된다.

상기 베어링(32)의 측단으로부터 메카니컬 씰(33)이 설치된 관체부(22)의 내부에는 공간을 형성하여 압력공간(24)이 되게 하였다.

상기 하우징(20)의 플랜지부(21)로부터 상기 압력공간(24)까지 연결되는 압력통로(25)를 형성하였고, 상기 지지체(11)를 관통하여 압력탱크(10)의 내부압력이 압력통로(25)로 인입되게 하는 압력파이프(26)를 설치하였는데, 압력파이프(26)의 중간에는 물이나 오일을 압력파이프(26)를 통하여 압력공간(24)까지 공급할 수 있는 공급관(27)과 공급밸브(27')를 설치하였으며, 또한 압력파이프(26)는 중간 일부를 코일형태로 권취한 코일부(26')를 형성하였다.

또한, 하우징(20)의 플랜지부(21) 일측에는 역시 압력공간(24)까지 연결되는 측정통로(28)를 마련한 후 압력게이지(28')를 연결하였다.

본 발명 하우징(20)의 관체부(22) 외부에는 관체부(22)를 감싸는 형태로 냉각커버(40)를 설치하여 냉각공간(41)을 구비하였으며, 상기 하우징(20)의 플랜지부(21)에는 상기 냉각공간(41)과 연결되는 냉각통로(42)를 2개 구비한 후 냉각수 입수파이프(43)와 출수파이프(44)를 연결하였다.

상기 냉각통로(42) 내부에 위치하는 하우징(20)의 관체부(22) 일부 즉, 오일 씰(31)이 설치된 부분에는 냉각 효율을 향상시키기 위한 냉각홈(29)을 구성한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 작용을 사용방법 및 순서에 따라 살펴본다.

본 발명의 구조가 적용된 압력탱크(10)의 사용을 위하여는 먼저 공급관(27)과 공급밸브(27')를 통하여 압력파이프(26)와 압력통로(25) 및 압력공간(24)에 물이나 오일을 채운다. 상기 물이나 오일은 코일부(26')까지만 채우면 충분하다.

상기와 같이 압력파이프(26)와 압력통로(25) 및 압력공간(24)에 물이나 오일을 채우는 이유는 압력탱크(10)의 내부 압력으로 고온의 가스와 이물질이 압력공간(24)으로 직접 유입되어 메카니컬 씰(33)이나 베어링(32), 오일 씰(31)이 오염되는 것을 방지하기 위함이면서 또한, 동시에 물이나 오일이 메카니컬 씰(33)에 작용하여 윤활역할을 하도록 함으로서 메카니컬 씰(33)이 원활한 작용을 유지하는 기능을 하는 것이다.

그리고 입수파이프(43)를 통하여 냉각통로(42)와 냉각공간(41)에 물을 채우고 출수파이프(44)를 통하여 배수가 되도록 냉각수를 순환시킨다.

상기와 같은 상태에서 압력탱크(10)를 이용한 작업, 즉 예를 들어 고무제품의 가류작업을 실시한다.

작업을 하게 되면 압력탱크(10)의 압력이 압력파이프(26)와 압력통로(25) 및 압력공간(24)으로 전달되고, 압력공간(24) 내에서 물이나 오일을 통하여 전달받은 압력이 압력탱크(10) 내부에서 오일 씰(31)에 작용하는 압력과 동일한 압력으로 작용하여 오일 씰(31)이 압력탱크(10) 내부로부터 받던 압력이 상쇄되는 것이다. 이에 따라 오일 씰(31)은 한쪽 방향에서 압력이 가해지지 않고 양측에서 동일한 압력이 작용하는 상태에서 밀폐작용을 하게 되므로 과도한 압력이 회전축(30)에 가해지지 않고 밀폐작용을 하게 되므로 회전축(30)에 가해지는 압력을 줄이면서 장시간 원활한 작용을 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 압력공간(24) 내의 물 또는 오일은 메카니컬 씰(33)에도 작용하여 메카니컬 씰(33)의 과도한 마찰과 발열 등을 억제하고 윤활기능을 할 수 있으므로 메카니컬 씰(33)의 수명도 유지하면서 장시간 원활한 작용을 유지할 수 있으며, 베어링(32)의 발열도 제어된다.

압력탱크(10) 내의 압력이 압력공간(24) 내에 원활하게 전달되는지는 압력게이지(28')를 통하여 확인할 수 있다.

그리고 본 발명은 하우징(20)의 관체부(22) 외면을 감싸는 냉각공간(41)에 냉각수가 순환하게 되므로 관체부(22) 내부의 발열을 더욱 억제할 수 있으면서 압력공간(24) 내의 물이나 오일이 가열되는 것을 방지하게 되는 것이고, 특히 발열이 집중되는 오일 씰(31)이 설치된 부분에 냉각홈(29)이 형성되어 더욱 효과적으로 발열을 제어할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 압력누출 방지구조에 더하여 압력누출 방지방법의 관점에서 설명한다.

본 발명은 압력누출 방지를 위하여 회전축(30)의 메카니컬 씰(33)과 베어링(32)이 설치되는 부분에 하우징(20)의 관체부(22)를 이용하여 압력공간(24)을 마련한 후 압력탱크(10) 내부와 압력파이프(26)를 통하여 연결되도록 함으로써, 압력탱크(10) 내부의 압력이 압력공간(24)으로 전달되고, 이에 따라 오일 씰(31)이 받는 압력탱크(10) 내부의 압력이 압력공간(24)의 압력에 의해 상쇄되도록 함을 특징으로 한다. 또 이러한 압력공간(24) 내의 물 또는 오일에 의해 메카니컬 씰(33) 및 베어링(32)의 발열과 압력탱크(10)의 가스누출에 의한 오염도 방지하게 하는 것이다.

상기 압력탱크(10) 내부의 압력이 압력공간(24)으로 작용하게 하는 다른 방법으로는 연결통로의 중간에 일측의 압력이 반대측에 전달되면서 이물질의 유입은 방지하도록 실린더 형태 또는 판막형태의 수단을 이용할 수도 있다.

또한 관체부(22)를 감싸는 형태의 냉각공간(41)을 마련한 후 냉각수를 순환시킴으로써 압력공간(24) 내의 온도와 베어링(32) 및 오일 씰(31)에 의한 발열이 제어되도록 함을 특징으로 한다.

10: 압력탱크
11: 지지체
12: 순환팬
20: 하우징
21: 플랜지부
22: 관체부
24: 압력공간
25: 압력통로
26: 압력파이프
26': 코일부
27: 공급관
28: 측정통로
28': 압력게이지
29: 냉각홈
30: 회전축
31: 오일 씰
32: 베어링
33: 메카니컬 씰
40: 냉각커버
41: 냉각공간
42: 냉각통로

Claims (5)

1. 내부에 고온의 압력이 작용하고 일측에 회전축이 관통하여 설치되는 압력탱크(10)이고, 후방에 하우징(20)이 설치되고 하우징(20)의 내부에 회전축(30)이 설치되면서 회전축(30)의 끝단이 압력탱크(10)의 내부에 돌출되는 압력탱크의 압력누출을 방지함에 있어서,
   회전축(30)의 메카니컬 씰(33)과 베어링(32)이 설치되는 부분에 하우징(20)의 관체부(22)를 이용하여 압력공간(24)을 마련한 후 압력탱크(10) 내부와 압력파이프(26)를 통하여 연결되도록 함으로써, 압력탱크(10) 내부의 압력이 압력공간(24)으로 전달되고, 이에 따라 오일 씰(31)이 받는 압력탱크(10) 내부의 압력이 압력공간(24)의 압력에 의해 상쇄되도록 함을 특징으로 하는 회전축이 관통하는 압력탱크의 압력누출 방지방법.
2. 제1항에 있어서,
   관체부(22)를 감싸는 형태의 냉각공간(41)을 마련한 후 냉각수를 순환시킴으로써 압력공간(24) 내의 온도와 베어링(32) 및 오일 씰(31)에 의한 발열이 제어되도록 함을 특징으로 하는 회전축이 관통하는 압력탱크의 압력누출 방지방법.
3. 내부에 고온의 압력이 작용하고 일측에 회전축이 관통하여 설치되는 압력탱크(10)이고, 후방에 하우징(20)이 설치되고 하우징(20)의 내부에 회전축(30)이 설치되면서 회전축(30)의 끝단이 압력탱크(10)의 내부에 돌출되는 압력탱크에 있어서,
   하우징(20)은 플랜지부(21)와 회전축(30)의 일단부를 지지하는 관체부(22)를 가지고, 관체부(22)와 회전축(30)과의 사이에 오일 씰(31)과, 베어링(32) 및 메카니컬 씰(33)이 설치되며,
   상기 베어링(32)의 측단으로부터 메카니컬 씰(33)이 설치된 관체부(22)의 내부에는 공간을 형성하여 압력공간(24)이 되게 하고,
   압력탱크(10)의 내부압력이 압력공간으로 인입되게 하는 압력파이프(26)를 설치함으로써 압력탱크 내부의 압력이 압력공간에 작용하도록 구성됨을 특징으로 하는 회전축이 관통하는 압력탱크의 압력누출 방지구조.
4. 제3항에 있어서,
   압력파이프(26)는 중간 일부를 코일형태로 권취한 코일부(26')를 형성함을 특징으로 하는 회전축이 관통하는 압력탱크의 압력누출 방지구조.
5. 제3항에 있어서,
   압력파이프의 중간에는 물이나 오일을 압력파이프(26)를 통하여 압력공간(24)까지 공급할 수 있는 공급관(27)과 공급밸브(27')를 설치한 것을 특징으로 하는 회전축이 관통하는 압력탱크의 압력누출 방지구조.

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