KR20230160452A - 펌프용 메카니컬 씰 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌프용 메카니컬 씰에 관한 것으로, 카트리지 타입으로 이루어져 임펠러가 장착된 펌프축 외측에 장착되는 슬리브에 착탈식으로 쉽게 장착하거나 분리가 가능해 설치 및 분리 시간을 단축할 수 있고 이로 인해 정비시간을 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라 기존 펌프축 및 슬리브 등의 개조 및 변형 없이도 적용할 수 있는 구조로서 리테이너의 외주면에는 나사산을 형성하여 유체 내에 슬러지가 리테이너와 펌프 케이싱의 축관통부 내주면 사이의 틈새는 물론 고정밀봉링과 회전밀봉링 사이로 유입되는 것도 차단하여 고정밀봉링과 회전밀봉링 접촉면의 손상을 최소화하여 밀봉 기능을 장시간 유지함은 물론 메카니컬 씰의 수명을 현저히 연장시켜주는 펌프용 메카니컬 씰을 제공한다.

Description

펌프용 메카니컬 씰 { Mechanical seals for pumps }
본 발명은 펌프용 메카니컬 씰에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 임펠러가 고정된 펌프축에 장착된 슬리브의 외측에 쉽게 장착 및 분리할 수 있을 뿐만 아니라 펌프 구동으로 인해 유체 내 슬러지의 유입을 최소화하여 밀봉 수명을 연장할 수 있는 펌프용 메카니컬 씰에 관한 것이다.
일반적으로, 펌프는 모터의 동력을 이용하여 임펠러를 고속으로 회전시켜 유체를 펌핑하는데 사용하는 장치이다.
이러한, 펌프는 크게 유체나 본체의 흡입구와 토출구가 형성된 하우징, 상기 하우징 일측에 구비되는 모터, 및 상기 모터의 샤프트에 결합되어 고속회전하는 임펠러로 구성되며, 상기 샤프트가 상기 하우징을 관통하는 곳에서는 상기 샤프트와 상기 하우징 사이에 작은 간격이 형성된다. 따라서, 펌프로 유입된 유체는 토출구로 나가는 과정에서 샤프트와 하우징 사이의 틈을 통해 누출될 수 있는데, 이러한 누출을 막기 위하여 축봉장치가 설치된다.
상기 축봉장치에는 대표적인 예인 메카니컬 씰(Mechanical Seal)은 면 접촉식 밀봉장치로, 샤프트와 함께 회전하는 회전자와 하우징에 고정된 고정자를 밀착시켜 유체의 누출을 방지한다. 회전자와 고정자의 접촉면, 즉, 씰면(Seal face)은 마찰이 생겨도 항상 밀착되도록 회전자의 일단이 샤프트의 길이방향으로 이동가능하게 설치되며, 그 뒤쪽에서 벨로우즈가 탄성 가압하게 된다.
이러한 메카니컬 씰에 관련된 선행기술로서 등록특허 제10-1370773호(참고문헌 1)가 제안된 바 있다. 이는 메카니컬 씰에 관한 것으로, 임펠러가 장착된 펌프의 샤프트 외측에 삽입상태로 고정 결합되는 회전밀봉링과; 상기 샤프트 외측에 삽입 배치된 상태로 상기 펌프의 하우징 내측에 고정 결합되는 커버본체와; 상기 커버본체에 삽입 설치되는 탄성부재; 및 상기 탄성부재의 길이방향 일단에 고정 결합되며, 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 회전밀봉링과 접촉하게 되는 고정밀봉링을 포함한다.
그런데 참고문헌 1의 메카니컬 씰은 펌프 구동시 유체 내 슬러지가 회전밀봉링과 고정밀봉링의 접촉부위로 지속적으로 유입되는 경우 메카니컬 씰의 밀봉 성능이 급속히 저하되어 메카니컬 씰의 수명이 짧아지는 문제점이 있다.
아울러 참고문헌 1의 메카니컬 씰은 임펠러가 장착된 펌프의 샤프트 외측에 장착하거나 분리하는 경우 부속들이 유기적으로 연결되지 않아 복수의 부속을 순서에 따라 순차적으로 조립하거나 분해하며 분리해야 함에 따라 메카니컬 씰의 장착 및 분리 작업이 까다롭고 많은 시간이 소요되는 문제점 역시 안고 있다.
참고문헌 1 : 등록특허 제10-1370773호
따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 임펠러가 고정된 펌프축에 장착된 슬리브의 외측에 쉽게 장착 및 분리할 수 있도록 카트리지 타입으로 이루어질 뿐만 아니라 펌프 구동으로 인한 유체 내 슬러지의 유입을 최소화하여 밀봉 수명을 연장할 수 있는 펌프용 메카니컬 씰을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
유체가 이동하는 펌프 케이싱의 축관통부를 관통하는 펌프축에 결합되는 슬리브에 장착되는 펌프용 메카니컬 씰에 있어서, 상기 펌프용 메카니컬 씰은 상기 슬리브의 외측에 끼워져 고정되는 슬리브 커버와, 상기 슬리브 커버의 외측에 설치되되 일단에 회전밀봉링이 구비되는 리테이너와, 상기 슬리브 커버의 외측에 끼워져 상기 회전밀봉링에 접촉되어 습동면을 형성하는 고정밀봉링과, 상기 펌프 케이싱에 연결되되 상기 고정밀봉링이 고정되는 씰 플렌지와, 상기 고정밀봉링에 상기 회전밀봉링이 접촉되어 습동면을 형성하도록 상기 슬리브 커버에 일측단이 지지되고 타측단이 상기 리테이너을 가압하는 가압스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프용 메카니컬 씰을 제공한다.
이때, 상기 슬리브 커버는 일측이 개방되어 가압스프링의 일단이 지지되는 복수의 스프링 지지홈이 일정간격을 유지하고 형성되어 상기 리테이너를 고정밀봉링 방향으로 가압하는 가압스프링이 장착되고, 일측단에는 스크류체결공이 슬리브 표면을 향해 형성되어 세트스크류가 체결되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 리테이너는 원통 구조로 이루어져 상기 슬리브 커버의 전반부 외측에 끼워져 가압스프링에 의해 고정밀봉링과 접촉되어 기밀을 유지하도록 습동면을 형성하는 회전밀봉링이 구비되며, 상기 리테이너의 외측에는 상기 펌프 케이싱의 축관통부와 리테이너 사이로 유체가 유입되는 것을 방지하기 위한 나사산이 외주면에 형성되는 펌핑스크류가 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러 상기 펌핑스크류의 나사산은 단면이 사각형인 사각나사산이며, 상기 나사산은 상기 펌핑스크류의 회전방향과 반대방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 펌프용 메카니컬 씰은 카트리지 타입으로 이루어져 임펠러가 장착된 펌프축 외측에 장착되는 슬리브에 착탈식으로 쉽게 장착하거나 분리가 가능해 설치 및 분리 시간을 단축할 수 있고 이로 인해 정비시간을 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라 기존 펌프축 및 슬리브 등의 개조 및 변형 없이도 적용할 수 있는 장점도 있다.
아울러 본 발명의 펌프용 메카니컬 씰은 리테이너의 외주면에는 나사산을 형성하여 유체 내에 슬러지가 리테이너와 펌프 케이싱의 축관통부 내주면 사이의 틈새는 물론 고정밀봉링과 회전밀봉링 사이로 유입되는 것도 차단하여 고정밀봉링과 회전밀봉링 접촉면의 손상을 최소화하여 밀봉 기능을 장시간 유지함은 물론 메카니컬 씰의 수명을 현저히 연장시켜주는 장점이 있다.
또한 본 발명의 펌프용 메카니컬 씰을 구성하는 리테이너는 티타늄 재질로 이루어짐에 따라 유체 및 그에 함유된 슬러지 등에 의해 리테이너 표면이 부식되거나 변형되는 것을 방지하여 수명이 연장됨은 물론, 펌프용 메카니컬 씰의 구조가 개선됨에 따라 펌프용 메카니컬 씰의 수리가 간단하고 재사용이 용이한 장점 역시 있다.
도 1은 본 발명에 따른 펌프용 메카니컬 씰의 설치 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 펌프용 메카니컬 씰의 요부를 확대하여 도시한 단면도이다.
이하 본 발명에 따른 펌프용 메카니컬 씰을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의해 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 펌프용 메카니컬 씰(100)은 카트리지 타입으로 이루어져 펌프(1)의 펌프축(10) 외측에 구비되는 슬리브(20)에 착탈식으로 쉽게 장착하거나 분리가 가능하다.
이때 상기 펌프(1)는 유체가 이동하는 펌프 케이싱(30) 내부에 펌프축(10)과 연결되어 회전하는 임펠러가 구비되는 공지(公知)의 구조로서, 모터의 구동에 의해 커플링에 의해 연결되는 펌프축(10)이 일방향으로 회전하면 임펠러가 회전하며 펌프 케이싱(30)의 입력부를 통해 유체가 유입되어 출력부로 배출된다.
이와 같은 본 발명의 펌프용 메카니컬 씰(100)은 펌프축(10)에 결합되어 일체로 회전하는 슬리브(20)의 외측에 끼워져 고정되는 슬리브 커버(110)와, 상기 슬리브 커버(110)의 외측에 설치되되 일단에 회전밀봉링(120)이 구비되는 리테이너(130)와, 상기 슬리브 커버(110)의 외측에 끼워져 상기 회전밀봉링(120)에 접촉되어 습동면을 형성하는 고정밀봉링(140)과, 펌프 케이싱(30)에 연결되되 상기 고정밀봉링(140)이 고정되는 씰 플렌지(150)와, 상기 고정밀봉링(140)에 상기 회전밀봉링(120)이 접촉되어 습동면을 형성하도록 상기 슬리브 커버(110)에 일측단이 지지되고 타측단이 상기 리테이너(130)을 가압하는 가압스프링(160)을 포함한다.
이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 슬리브 커버(110)는 펌프축(10)에 일체로 결합되는 슬리브(20)의 외측에 길이방향으로 끼워지는 원통형 구조로 이루어진다.
이와 같은 슬리브 커버(110)의 전반부 외측에는 일단에 회전밀봉링(120)이 일체로 결합되는 리테이너(130)가 끼워지고, 슬리브 커버(110)의 후반부 외측에는 상기 회전밀봉링(120)과 접촉되어 습동면을 형성하는 고정밀봉링(140)이 위치한다.
이때 상기 슬리브 커버(110)는 씰 슬리브(20) 및 펌프축(10)과 일체로 회전하는 것으로 일측이 개방되어 가압스프링(160)의 일단이 지지되는 복수의 스프링 지지홈(112)이 일정간격을 유지하고 형성되어 상기 리테이너(130)를 고정밀봉링(140) 방향으로 가압하는 가압스프링(160)이 장착된다. 또한, 상기 슬리브 커버(110)의 내주면과 외주면에는 씰 슬리브(20)와 리테이너(130) 사이의 유체 누출을 방지하기 위한 오링(113,114)이 장착된다.
이러한 슬리브 커버(110)의 일측단에는 스크류체결공(114)이 슬리브(20) 표면을 향해 형성되어 고정수단인 세트스크류(115)를 체결하면 슬리브(20)에 견고하게 고정되며, 세트스크류(115)를 분리하면 슬리브 커버(110)를 분리할 수 있다.
그리고 상기 리테이너(130)는 원통 구조로 이루어져 슬리브 커버(110)의 전반부 외측에 끼워져 가압스프링(30)에 의해 고정밀봉링(140)과 접촉되어 기밀을 유지하도록 습동면을 형성하는 회전밀봉링(120)이 구비된다. 상기 회전밀봉링(120)은 일정 두께로 이루어지고 카본재질로 이루어져 리테이너(130)에 일체로 고정된다.
이와 같은 리테이너(130)의 외주면은 펌프축(10)이 관통하는 펌프 케이싱(30)의 축관통부(31) 내주면 사이의 틈새를 따라 고정밀봉링(140)과 회전밀봉링(120) 사이의 접촉면으로 유체가 유입될 수 있으며 이러한 유체의 유입을 방지하기 위해 리테이너(130)의 외측에는 축관통부(31)의 유체를 펌프 케이싱(30) 방향으로 펌핑하기 위해 나사산(131a)이 형성되는 펌핑스크류(131)가 구비된다. 이러한 펌핑스크류(131)는 원통 구조로 이루어지며 외주면에 나사산(131a)이 형성된다. 물론 리테이너(130)의 외주면에 직접 나사산(131a)을 형성하는 것도 가능하며 이러한 정도의 설계변경 역시 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.
이 경우 상기 펌핑스크류(131)의 나사산(131a)은 단면이 사각형인 사각나사산이 형성된 것으로, 상기 리테이너(130)의 전체적인 외형은 사각나사 구조로 이루어진다. 물론 상기 펌핑스크류(131)의 나사산(131a)은 유체 유입을 방지할 수 있는 구조라면 다양한 단면 형상으로 이루어질 수 있다.
특히, 상기 펌핑스크류(131)는 리테이너(130) 및 펌프축(10)과 함께 회전하는 것으로, 펌핑스크류(131)가 일방향(예를 들어 시계 방향)으로 회전시 펌핑스크류(131)의 외주면에 형성되는 나사산(131a)은 반대방향(예를 들어 왼나사 방향)으로 형성된다. 물론 상황에 따라 상기 펌핑스크류(131)가 예를 들어 반시계 방향으로 회전하는 경우에는 펌핑스크류(131)의 외주면에 형성되는 나사산(131a)은 오른나사 방향으로 형성함이 바람직하며, 이러한 정도의 설계변경 역시 본 발명의 권리범위에 속한다.
이러한 펌핑스크류(131)는 펌프축(10)이 일방향(예를 들어 시계 방향)으로 회전하는 경우 펌프 케이싱(30) 내부의 유체가 리테이너(130)와 펌프축(10)이 관통하는 펌프 케이싱(30)의 축관통부(31) 내주면 사이의 틈새를 따라 고정밀봉링(140)과 회전밀봉링(120) 사이로 유입되는 것을 억제하며 오히려 나사골에 존재할 수 있는 유체를 펌프 케이싱(30) 방향으로 역으로 안내하는 펌핑 기능을 수행한다. 이를 통해 유체 내에 슬러지 역시 리테이너(130)와 펌프 케이싱(30)의 축관통부(31) 내주면 사이의 틈새는 물론 고정밀봉링(140)과 회전밀봉링(120) 사이로 유입되는 것도 차단하여 고정밀봉링(140)과 회전밀봉링(120) 접촉면의 손상을 최소화하여 밀봉 기능을 장시간 유지함은 물론 메카니컬 씰(100)의 수명을 현저히 연장시켜주는 장점이 있다.
아울러 상기 리테이너(130)는 티타늄 재질로 이루어짐에 따라 유체 등에 의해 표면이 부식되거나 변형을 방지하여 수명을 연장함이 바람직하다.
그리고 상기 고정밀봉링(140)은 회전밀봉링(120)과 접촉되어 습동면을 형성하는 기능을 수행하는 구성으로, 예를 들어 고속 슬라이딩시 발열이 적고 우수한 내마모성을 갖는 실리콘 카바이드(Silicon Carbide) 재질로 이루어짐이 바람직하나, 그 재질은 다양하게 적용할 수 있다.
또한 상기 씰 플렌지(150)는 내측에 고정밀봉링(140)이 고정된 상태로 상기 펌프 케이싱(30)과 연결된다. 이때 상기 씰 플렌지(150)과 고정밀봉링(140) 사이에 오링(141,142)이 설치됨은 물론 상기 씰 플렌지(150)과 펌프 케이싱(30) 사이에도 오링(151)이 설치되어 유체의 누출을 방지할 수 있다.
물론 상기 씰 플렌지(150)와 펌프 케이싱(30)은 체결수단인 복수의 볼트(152)로 체결하여 일체로 결합할 수 있으며 분리시에는 볼트(152)를 해제한 후 카트리지 구조의 본 발명의 펌프용 메카니컬 씰(100)을 펌프축(10)에 일체로 결합되는 슬리브(20)에서 간단히 분리할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참고로 본 발명에 따른 펌프용 메카니컬 씰의 설치 및 분리 과정을 설명한다.
본 발명의 펌프용 메카니컬 씰(100)은 슬리브 커버(110)에 가압스프링(160)에 의해 탄성지지되는 회전밀봉링(120)이 구비되는 리테이너(130)와, 고정밀봉링(140)이 고정되는 씰 플렌지(150)가 하나의 카트리지 타입으로 이루어져 임펠러가 장착된 펌프축(10)의 일단을 통해 별도의 부품 개조 및 변형없이도 기존 펌프축(10)에 설치된 슬리브(20)에 쉽게 장착할 수 있다.
이와 같이 펌프용 메카니컬 씰(100)을 슬리브(20)에 쉽게 장착한 후 슬리브 커버(110)의 일측단에 형성되는 스크류체결공(114)에 고정수단인 세트스크류(115)를 나사결합하여 슬리브(20) 표면에 지지함으로서 슬리브 커버(110)를 슬리브(20)에 일체로 결합한다.
이후 상기 씰 플렌지(150)와 펌프 케이싱(30)을 볼트(152)로 체결하여 일체로 결합함으로서 펌프용 메카니컬 씰(100)의 설치를 간단히 수행할 수 있다.
물론 상기 펌프용 메카니컬 씰(100)의 수리 또는 교체를 위해서는 볼트(152)를 우선 해체하고 세트스크류(115)를 해체한 다음 펌프용 메카니컬 씰(100)을 슬리브(20)에서 간단히 분리할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 펌프 10: 펌프축
20: 슬리브 30: 펌프 케이싱
100: 메카니컬 씰 110: 슬리브 커버
120: 회전밀봉링 130: 리테이너
140: 고정밀봉링 150: 씰 플렌지
160: 가압스프링

Claims (4)

  1. 유체가 이동하는 펌프 케이싱(30)의 축관통부(31)를 관통하는 펌프축(10)에 결합되는 슬리브(20)에 장착되는 펌프용 메카니컬 씰(100)에 있어서,
    상기 펌프용 메카니컬 씰(100)은 상기 슬리브(20)의 외측에 끼워져 고정되는 슬리브 커버(110)와, 상기 슬리브 커버(110)의 외측에 설치되되 일단에 회전밀봉링(120)이 구비되는 리테이너(130)와, 상기 슬리브 커버(110)의 외측에 끼워져 상기 회전밀봉링(120)에 접촉되어 습동면을 형성하는 고정밀봉링(140)과, 상기 펌프 케이싱(30)에 연결되되 상기 고정밀봉링(140)이 고정되는 씰 플렌지(150)와, 상기 고정밀봉링(140)에 상기 회전밀봉링(120)이 접촉되어 습동면을 형성하도록 상기 슬리브 커버(110)에 일측단이 지지되고 타측단이 상기 리테이너(130)을 가압하는 가압스프링(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프용 메카니컬 씰.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬리브 커버(110)는 일측이 개방되어 가압스프링(160)의 일단이 지지되는 복수의 스프링 지지홈(112)이 일정간격을 유지하고 형성되어 상기 리테이너(130)를 고정밀봉링(140) 방향으로 가압하는 가압스프링(160)이 장착되고, 일측단에는 스크류체결공(114)이 슬리브(20) 표면을 향해 형성되어 세트스크류(115)가 체결되는 것을 특징으로 하는 펌프용 메카니컬 씰.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 리테이너(130)는 원통 구조로 이루어져 상기 슬리브 커버(110)의 전반부 외측에 끼워져 가압스프링(30)에 의해 고정밀봉링(140)과 접촉되어 기밀을 유지하도록 습동면을 형성하는 회전밀봉링(120)이 구비되며, 상기 리테이너(130)의 외측에는 상기 펌프 케이싱(30)의 축관통부(31)와 리테이너(130) 사이로 유체가 유입되는 것을 방지하기 위한 나사산(131a)이 외주면에 형성되는 펌핑스크류(131)가 구비되는 것을 특징으로 하는 펌프용 메카니컬 씰.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 펌핑스크류(131)의 나사산(131a)은 단면이 사각형인 사각나사산이며, 상기 나사산(131)은 상기 펌핑스크류(131)의 회전방향과 반대방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 펌프용 메카니컬 씰.
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