KR840000242B1

KR840000242B1 - Shaft seal packing apparatus

Info

Publication number: KR840000242B1
Application number: KR1019800000375A
Authority: KR
Inventors: 다꾸야 가꼬
Original assignee: 도오쿄오 시바우라덴기 가부시기가이샤; 사바 쇼오이찌
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1980-01-31
Publication date: 1984-03-07
Also published as: KR830002175A

Abstract

A shaft sealing appts. is provided with a number of split packings(4) that contact the shaft(1). On the contacting surface of the packing, the packing has a number of blind holes(10) and a stepped cavity(9) formed at its edge in communication with the high-pressure fluid. Loaded pressure to the contacting surface of the packing is relieved by the high pressure fluid released into the stepped cavity.

Description

Sealed device

제1도는 펌프 수차 축 봉함 장치 주변의 주요부를 나타내는 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing a main part around a pump aberration shaft sealing device.

제2도, 제4도, 제6도 및 제8도는 각각 본 발명의 축 봉함 장치의 1 실시예에 사용되는 패킹의 사시도.2, 4, 6 and 8 are perspective views of packings used in one embodiment of the shaft sealing apparatus of the present invention, respectively.

제3도, 제5도, 제7도 및 제9도는 각각의 패킹을 설치한 본 발명 축 봉함 장치의 1 실시예의 부분 단면도이다.3, 5, 7, and 9 are partial cross-sectional views of one embodiment of the shaft sealing apparatus of the present invention with respective packings.

본 발명은, 예를 들면 펌프 수차의 주축과 같이, 윗 커버와의 대향부에서 런너(runner) 실내로 부터의 압력수나 압축 공기를 시일(seal)하는 것으로서 특히 고속고압용 회전축에 사용되는 축 봉함 장치에 관한 것이다.The present invention seals the pressure water from the runner room or compressed air at the opposite side to the top cover, for example, the main shaft of the pump aberration, and is particularly used for the high speed and high pressure rotary shaft. Relates to a device.

일반적인 축 봉함장치의 구성은, 회전 혹은 왕복동하는 축의 표면에, 축과 대향하는 고정부에 설치된 패킹을 접촉시키는 것에 의하여 가동축과 고정부와의 사이를 시일하고 있다. 패킹의 마모나 소실을 경감방지하기 위하여서는, 적절한 접동면 높이의 패킹을 사용할 필요가 있음과, 동시에 시일 효과를 올리기 위하여는 어느 정도의 압압력을 패킹에 줄 필요가 있다. 그러나 패킹의 접동면 높이가 불필요하게 너무 길거나, 패킹의 압압력이 불필요하게 너무 강하면, 가동축의 동작에 저항으로 되고, 패킹의 마모가 심하여 진다고 하는 문제가 있다.The structure of a general shaft sealing device seals between a movable shaft and a fixed part by making the surface of a rotating or reciprocating shaft contact the packing provided in the fixed part which opposes a shaft. In order to alleviate the wear and tear of the packing, it is necessary to use a packing of an appropriate sliding surface height, and at the same time, it is necessary to apply a certain pressure to the packing to increase the sealing effect. However, if the sliding surface height of the packing is unnecessarily too long or the pressure of the packing is unnecessarily too strong, there is a problem that resistance to the operation of the movable shaft is caused and the wear of the packing is severe.

축 봉함 장치에 대하여, 펌프 수차 축 봉함장치 주변의 주요부의 단면을 표시하는 제1도를 참조하여 다음에 설명한다. 주축 (1)과 그의 주위에 대향하는 윗커버(2)와의 사이에 패킹상자 (3)을 설치하고, 그의 내부에 주축 (1)과 접촉되도록 패킹 (4)를 축 방향으로 복수단(段) 배치하고, 다시 이 패킹 (4)를 뒷부분에서 패킹 압압부재 (5)를 사이에 두고, 가아터 스프링 (6)에 의하여 반경 방향으로 압압하도록 하고 있다 또한 주축 플랜지 (7)과 패킹상자 (3) 사이의 압력실 (8)의 압력에 저항하는 압력으로, 패킹 (4)의 각 단사이로부터 냉각수의 급수(給水)(qi)를 행하고, 냉각수를 어느 정도 누수(qo)시키는 것에 의하여, 압력실(8)로부터의 압력수를 봉함하거나, 양수 시동시, 조절 운전시에서의 수면 압하 상태의 압축 공기를 봉합하는 것과 동시에, 내마모, 내소실의 효과가 제공되었다.The shaft sealing apparatus will be described next with reference to FIG. 1 which shows a cross section of the main part around the pump aberration shaft sealing apparatus. A packing box 3 is provided between the main shaft 1 and the upper cover 2 facing the periphery thereof, and the packing 4 is plural steps in the axial direction so as to contact the main shaft 1 therein. And the packing 4 is sandwiched between the packing pressing members 5 at the rear part and radially pressed by the garter spring 6. Also, the main shaft flange 7 and the packing box 3 are provided. The pressure chamber is subjected to water supply (qi) of the cooling water from each end of the packing 4 at a pressure that resists the pressure of the pressure chamber 8 therebetween, and the cooling water is leaked to some extent. Sealing the pressure water from (8) or sealing the compressed air in the state of reduced water pressure at the start of pumping and in the control operation, and at the same time, the effect of wear resistance and burnout was provided.

상기와 같은 종래의 축 봉함장치에 있어서는, 최근의 대용량, 고속, 고낙차(高落差)의 펌프 수차가 되고 보면, 필연적으로 압력실 (8)의 압력도 증가되기 때문에, 냉각수 급수 (qi)의 압력도 크게 설정하지 않으면 안되고, 패킹 (4)의 배부 압력에 의한 압압력도 크게 되므로 접동면에서의 발열량이 크게 되고, 국부적으로 접동면의 수막(水膜)이 중단되어, 건조접동에 가까운 상태를 초래하는 것에 의하여, 패킹 (4)의 마모가 심하게 되고, 극단적인 경우에는 패킹 (4)의 소실을 초래할 위험이 있다. 이 경향은 접동면 높이가 긴 패킹을 사용하였을 경우, 냉각수가 접동면에서 안정된 수막을 형성시키는 효과가 저하되기 때문에 점점 현저하게 되어진다. 반면, 통상 패킹 (4)는 카아본으로 만들어지는 일이 많고, 고속고압 상태하에 패킹 (4)가 놓여졌을 때, 냉각수 입구 출구의 압력차에 의한 굽힘이나, 축진동에 의한 굽힘들의 기계적 부하의 효과가 크므로, 패킹 (4)의 절손(折損) 방지를 위하여는, 어느 필요 이상의 단면계수, 환언하면 접동면 높이를 패킹 (4)에 가깝게 하는 것이 필요하다. 이와 같은 일로 해서, 이상 설명한 상반되는 일들을 한꺼번에 해결하고, 냉각수에 의한 냉각효과를 높이고, 패킹 (4)의 마모나 소실을 경감 방지하고, 내절손에도 뛰어난 축봉함 장치를 얻는 것이 요구되고 있었다.In the conventional shaft sealing apparatus as described above, the pressure of the pressure chamber 8 is inevitably increased in the case of the recent large capacity, high speed, and high dropping pump aberration. The pressure must also be set largely, and the pressurization pressure due to the distribution pressure of the packing 4 also increases, so that the amount of heat generated on the sliding surface becomes large, the water film on the sliding surface is locally stopped, and the state close to the dry sliding. This causes severe abrasion of the packing 4 and, in extreme cases, risk of loss of the packing 4. This tendency becomes more and more remarkable when the packing having a long sliding surface height is used, since the effect of forming a stable water film on the sliding surface is reduced. On the other hand, the packing 4 is often made of carbon, and when the packing 4 is placed under a high speed and high pressure state, the effect of bending due to the pressure difference at the outlet of the cooling water inlet or bending of the bending due to the axial vibration Therefore, in order to prevent breakage of the packing 4, it is necessary to bring the cross-sectional coefficient more than necessary, in other words, the sliding surface height closer to the packing 4. By doing such a thing, it was desired to solve the above-mentioned contrary things at once, to raise the cooling effect by cooling water, to reduce the abrasion and disappearance of the packing 4, and to obtain the sealing device excellent also in abrasion resistance.

본 발명의 목적은 접동면에 안정된 수막을 형성시키고, 패킹의 배면 압력에 의한 압압력을 경감시키는 것에 의하여 마모가 적고, 냉각수의 누수량도 종래의 것 이하로 되고 장기간에 걸쳐서 안전한 운전을 행할수가 있는 축 봉함장치를 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to form a stable water film on the sliding surface, to reduce the pressure by the back pressure of the packing, less wear, the amount of leakage of the cooling water is less than the conventional one and can be safely operated for a long time It is to provide a shaft sealing device.

다음에 본 발명의 1 실시예에 대하여 제2도 및 제3도를 참조하여서 설명한다. 냉각수의 패킹 상자 (3)의 입구의 고압(P₁) 측(출구측은 저압 (P₂))의 패킹 (4)의 접동면 끝에, 반경 방향으로 적당한 깊이 및 이 패킹의 끝에서 축 방향으로 적당한 높이 만큼 전체외주에 걸쳐서 절결 가공부 (9)를 형성시키고, 접동면 높이를 짧게한 패킹(4) 축 봉함 장치를 구성시킨 것이다.Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. At the end of the sliding surface of the packing 4 of the high pressure (P ₁ ) side of the inlet of the packing box (3) of the cooling water (the outlet side is the low pressure (P ₂ )), a suitable depth in the radial direction and in the axial direction at the end of this packing The notch processing part 9 was formed over the entire outer periphery by height, and the packing 4 shaft sealing apparatus which shortened the sliding surface height was comprised.

이와 같은 절결 가공부 (9)를 형성시킨 패킹 (4)을 사용한 본 발명의 축 봉함 장치에서는, 미리 고속고압 조건에서도 패킹 (4)가 절손되지 않도록 충분한 단면 계수를 가지고 냉각수 고압(P₁)측의 패킹 (4)의 접동면 끝을 절결하는 것에 의하여, 접동면 높이를 짧게 하고 있기 때문에, 패킹 (4)의 절손을 방지함과 동시에 냉각수가 유입하는 것에 의하여 생기는 패킹 (4)의 배부 압력(냉각수 입구측의 고압 (P₁)과 대략 같다)에 의한 반경방향으로의 압압력을, 절결 가공부 (9)에서의 고압 (P₁)의 냉각수로 완화시키기 때문에, 절결 가공부 (9)가 없는 것과 비교하여서, 접동면에서의 면압(面壓)을 증가시키는 일이 없고, 보다 안정된 수막을 접동면에 형성시켜서, 국부적으로 접동면의 수막이 중단되는 것을 경감시키고, 패킹 (4)의 마모량을 삭감시킬 수 있다. 또한 통상 패킹 (4)의 접동면 높이를 짧게 하여서 시일 길이를 짧게 하였을 경우에는 누수량이 증가되는 것이 예상되나, 본 발명의 패킹 (4)을 사용한 축 봉함 장치에서는 절결 가공부 (9)가 없는 것과 비교하여, 누수량은 증가되지 않고 오히려 감소시킬 수가 있다. 실제로 패킹 (4)의 배부압력 5-12kg/㎠, 주축 (1)의 주속 13-26㎧의 조건에서 재질이 카아본인 패킹에 절결 가공을 행한 것과 행하지 않는 것과의 축 봉함성능 비교의 실험을 행하였는데, 패킹 (4)의 접동면온도, 마모량, 누수량 모두, 절결가공을 행한 것은 행하지 않은 것의 각각 1/2-3/4 정도, 2/3정도, 4/5정도로 되는 양호한 결과를 얻었다. 절결가공부 (9)를 형성시켰을 경우, 누수량이 증가되지 않는 이유로서는, 제3도의 표시하는 것과 같이 패킹상자 (3)에 유입된 냉각수는 절결 가공부 (9)에서 급격하게 확대되고, 복잡한 흐름 (f)를 일으킨 후 접동면이나 패킹 (4)의 배부로 유입하는 래비린드(labyrinth) 효과에 의한 압력손실 및 접동면에 인정된 수막이 형성되고, 주축 (1)에 접촉하고 있는 패킹 (4)가 국부적인 건조 접동 상태가 되는 것에 의하여 일어나는 요동을 방지하고, 요동에 의한 접동면 갭(gap)의 증대를 완화하는 등을 생각할 수 있다.In the shaft sealing apparatus of the present invention using the packing 4 having such a cut-out portion 9 formed thereon, the cooling water high pressure P ₁ side has a sufficient cross-sectional coefficient so that the packing 4 is not broken even in a high-speed high-pressure condition. By cutting the end of the sliding surface of the packing 4, the height of the sliding surface is shortened, thereby preventing the loss of the packing 4 and at the same time distributing the pressure of the packing 4 caused by the inflow of cooling water ( Since the pressure in the radial direction due to the high pressure P ₁ on the cooling water inlet side is alleviated by the cooling water of the high pressure P ₁ at the notched part 9, the notched part 9 Compared with the non-existent one, the surface pressure on the sliding surface is not increased, and a more stable water film is formed on the sliding surface, thereby reducing the interruption of the aqueous film on the sliding surface locally, and the amount of wear of the packing 4. Can be reduced. In addition, if the seal length is shortened by shortening the height of the sliding surface of the packing 4, the amount of leakage is expected to increase. However, in the shaft sealing apparatus using the packing 4 of the present invention, there is no cutout portion 9; In comparison, the amount of leakage is not increased but can be reduced. Actually, experiments were conducted to compare the shaft sealing performance between the case where the material was carboned and the case where the material was carboned under conditions of the distribution pressure 5-12kg / cm 2 of the packing 4 and the circumferential speed 13-26 kPa of the main shaft 1. When the sliding surface temperature, the wear amount, and the leakage amount of the packing 4 were all cut off, good results were obtained at about 1 / 2-3 / 4, about 2/3, and about 4/5 of the uncut processing. When the notch processing portion 9 is formed, the reason why the amount of leakage does not increase is that, as shown in FIG. 3, the coolant flowing into the packing box 3 rapidly expands in the notch processing portion 9, and the complicated flow After forming (f), a pressure drop due to the labyrinth effect flowing into the sliding surface or the distribution of the packing (4) and a water film recognized on the sliding surface are formed, and the packing in contact with the main shaft (1) (4) It is conceivable to prevent the fluctuations caused by the local dry sliding state, to mitigate the increase of the sliding surface gap due to the fluctuations, and the like.

다음에 본 발명의 다른 실시예를 제4도 및 제5도에서 설명한다. 즉, 상기 실시예의 접동면 높이를 짧게 한 패킹 (4)의 접동면에 적당한 길이의 여러가지의 형상을 가진 홈 (10)을 마련하고, 고압 (P₁)측에서 냉각수를 유도하도록, 이 홈 (10)에 통하는 홈(10) 혹은 관통구멍 (11)이 마련되어 있다.Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. That is, providing the groove 10 with various shapes of a suitable length of the sliding surface of the packing (4) briefly to the embodiment of the sliding surface height, and to guide the cooling water from the side of the high pressure (P ₁₎ a groove ( The groove 10 or the through hole 11 through 10 is provided.

이와 같은 가공을 행한 패킹 (4)을 사용한 축 봉함 장치에서는 패킹 (4)의 배부의 고압 (P₁)에 의한 압압력이 패킹 (4)에 작용하여도, 패킹 (4)의 접동면에 마련된 홈 (10)에 고압 (P₁)의 냉각수가 유입하기 때문에 홈 (10)에서 압압력을 상쇄할 수 있어, 압압력을 약화시키는 효과가 있다. 또, 접동면에 적극적으로 냉각수를 유도하여, 유지할 수 있기 때문에, 안정된 수막을 형성시킬 수 있다. 따라서, 패킹 (4)의 마모량은 홈 (10)의 가공이 없는 것과 비교하여서 삭감될 수 있음과 동시에, 누수량도 삭감될 수 있고, 상기한 실시예의 축 봉함 성능을 더욱 개선시킬 수가 있다. 즉, 원주방향의 홈 (10)을 1개, 이 홈 (10)에 통하고, 고압 (P₁)의 냉각수를 유도하는 축 방향의 홈(10)을 1개 마련한, 재질이 카아본인 패킹 (4)를 사용한 축봉함 장치의 축 봉함 성능실험을 행하였든바, 패킹 (4)의 배본 압력 5-12kg/㎠, 주축 (1)의 주속 13-26㎧의 조건에서, 마모량, 누수량 모두 홈 (10)을 마련하지 않은 것의 각각 1/2정도, 1/2-2/3 정도로 되는 양호한 결과를 얻었다.In this connection the shaft sealing device using the packing (4) subjected to such processing is the pushing force by the high pressure (P ₁₎ of the distribution of the packing (4) acting on the seal (4) also provided on the sliding surface of the packing (4) Since the cooling water of the high pressure P ₁ flows into the groove 10, the pressure can be canceled in the groove 10, and the pressure is weakened. In addition, since cooling water can be actively induced and maintained on the sliding surface, a stable water film can be formed. Therefore, the amount of wear of the packing 4 can be reduced as compared with no processing of the groove 10, and at the same time, the amount of leakage can be reduced, and the axial sealing performance of the embodiment described above can be further improved. That is, the material of which the material is carbon which provided one groove 10 in the circumferential direction and one groove 10 in the axial direction through which the cooling water of the high pressure P ₁ is led through the groove 10 is formed. 4) The shaft sealing performance test of the shaft sealing apparatus using 4) showed that both the amount of wear and the amount of leakage were reduced under the conditions of the distribution pressure 5-12 kg / cm 2 of the packing 4 and the circumferential speed 13-26 kPa of the spindle 1. Good results of about 1/2 and about 1 / 2-2 / 3 of each without 10) were obtained.

또한, 본 발명의 다른 실시예를 제6도 내지 제9도에서 설명한다. 이 실시에는 상기 실시예의 접동면 높이를 짧게한 패킹 (4)의 접동면에 적당한 길이 및 직경을 가진 둥근 구멍 (12)을 마련하고, 고압(P₁)측에서 냉각수를 유도하도록, 둥근 구멍 (12)에 통하는 홈 (10) 혹은 관통 구멍 (11)이 마련되어 있다.In addition, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is to provide a circular hole 12 having a suitable length and diameter of the sliding surface of the packing (4) shortening the above embodiment the sliding surface height, and the high pressure (P ₁₎ leads to the cooling water from the side, a circular hole ( The groove 10 or the through hole 11 through 12 is provided.

이와 같은 가공을 행한 패킹 (4)을 사용한 축봉함 장치에서도, 패킹 (4)의 배부의 고압 (P₁)에 의한 답압력이 패킹 (4)에 작용하여도, 패킹 (4)의 접동면에 마련된 둥근 구멍 (12)에 고압(P₁)의 냉각수가 유입하기 때문에 둥근 구멍 (12)에서 압압력을 상쇄할 수 있어, 압압력을 약화시키는 효과가 있다. 또, 접동면에 적극적으로 냉각수를 유도하여, 유지할 수 있기 때문에, 안정된 수막을 형성시킬 수가 있고, 패킹 (4)의 접동면면에 홈 (10)을 마련하여, 고압(P₁)측의 냉각수를 유도하는 가공을 행한 상기 실시예와 동일하게 패킹 (4)의 마모량 및 누수량을 삭감시킬 수가 있다. 또한 통상 패킹 (4)는 카아본으로 만들어지는 일이 많고, 카아본의 경도가 크기 때문에, 접도면에 홈 (10)을 마련할 경우에는, 초강(超鋼) 등의 홈 폭에 맞춘 가느다란 칼날로 가공하지 않으면 안되며 칼날끝이 망가지기 쉬움과 동시에 홈 (10)을 마련하기 위한 가공상의 공정수가 많고, 홈 (10)의 가공에 많은 시간과 비용이 필요한 데에 반하여 둥근 구멍 (12)는 드릴 등의 공구로 비교적 쉽게 가공할 수 있고, 홈 (10) 가공을 극력적게 할 수 있으므로, 가공에 의한 수고나 비용도 삭감시킬 수가 있다.Even in the sealing device using the packing 4 which has been subjected to such processing, even if the stepping pressure due to the high pressure P ₁ of the back of the packing 4 acts on the packing 4, since the cooling water of the high pressure (P ₁₎ flowing into the prepared round hole 12 it is possible to offset the pushing force from the round hole 12, there is an effect to weaken the pressing force. In addition, since the coolant can be actively induced and retained on the sliding surface, a stable water film can be formed, and the groove 10 is provided on the sliding surface of the packing 4 to cool the water on the high pressure P ₁ side. The wear amount and leakage amount of the packing 4 can be reduced in the same manner as in the above embodiment in which the induction processing is performed. In general, the packing 4 is often made of carbon, and the hardness of the carbon is large, so that when the groove 10 is provided in the tangential surface, it is thin to fit the width of the groove such as super steel. It is necessary to process with a blade, the cutting edge is easy to be broken and at the same time a large number of processing steps to prepare the groove 10, while the processing of the groove 10 requires a lot of time and cost, the round hole 12 is drilled It can be processed relatively easily with a tool such as the above, and the processing of the groove 10 can be made as extreme as possible, thereby reducing the labor and cost caused by the processing.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 냉각수 고압측의 패킹 접동면 끝에, 반경방향으로 적당한 깊이 및 이 패킹 끝에서 축방향으로 적당한 높이를 가지는 절결 가공부를 형성시켜서 접동면 높이를 짧게 하고 또한 접동면에 홈이나 둥근 구멍을 마련하여 고압측의 냉각수를 유도하도록 한 가공을 행한 패킹을 사용하여서 축 봉함장치를 구성시키는 것에 의하여, 패킹의 절손을 방지함과 동시에, 접동면에 안정된 수막을 형성시키고, 패킹 압압력을 경감시키는 것에 의하여 마모가 적고, 누수량도 적은, 장기간에 걸쳐서 안전한 운전을 행할 수가 있는 축 봉함 장치를 얻을 수가 있다.As described above, the present invention forms a cut-out portion having a suitable depth in the radial direction and a suitable height in the axial direction at the end of the packing sliding surface on the high pressure side of the cooling water to shorten the sliding surface height and to the sliding surface. By forming a shaft sealing device by using a packing having a groove or a round hole formed to induce cooling water on the high pressure side, the packing is prevented from being broken and a stable water film is formed on the sliding surface. By reducing the pressure, it is possible to obtain a shaft sealing device capable of safe operation for a long period of time with less wear and less water leakage.

Claims

Shaft sealing by the main shaft 1 and the packing 4 which contacted this main shaft, and the packing 4 divided into several parts WHEREIN: The groove | channel 10 which communicates with a high pressure side seal fluid part to a part of the sliding surface of the said packing 4, ), And at the end of the seal fluid high pressure side sliding surface of the packing, a notched processing portion 9 is formed, and the surface pressure applied to the packing sliding surface by the pressure of the seal fluid flowing into the notched processing portion 9 is obtained. A shaft sealing apparatus, characterized in that to mitigate.