KR910004986B1 - 축 밀봉 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

축 밀봉 시스템

제1도는 본 발명에 따른 축 밀봉 시스템의 개략 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 시일 링들중 하나의 단부 부분을 나타내는 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 하우징 14 : 보어

16 : 축 18, 20 : 통로

26, 28, 30, 32, 34, 36 : 랜드 부재 38, 40, 42, 44, 46 : 스페이서부재

48, 50, 52 : 시일 부재

본 발명은 서로 상대 회전하는 축(샤프트)과 하우징 사이에 시일을 형성하는 장치에 관한 것으로, 특히, 하우징과 축 사이의 라비린스(labyrinth) 타입 시일에 관한 것이다.

라비린스 시일이 알려져 있고 오랫동안 사용되어 왔다. 미국 특허 제 1,626,237호가 한가지 타입의 라비린스 시일을 나타내고 있다. 그 특허의 시일에서, 시일의 랜드(land) 부재들이, 그 시일을 가로질러 스로틀링(throttling) 효과를 형성하고 시일 랜드 부재들 사이 각 체임버들에서의 압력차를 점진적으로 감소시키기 위해 점진적인 다른 폭으로 떨어져 있다. 이러한 시일의 랜드 부재들 사이의 스페이서 부재들은 액밀시일을 유지하기 위해 랜드 부재들을 조여 밀봉적으로 결합시킬 때 그 스페이서 부재들이 찌그러질 수 있도록 비교적 유연한 물질로 만들어졌다.

다른 타입의 라비린스 시일이 미국 특허 제 4,290,610호에 도시되어 있다. 이러한 시일은 전술한 미국 특허 제 1,626,237호에 도시된 시일과 다소 유사하지만, 시일의 랜드 부재들 사이에 마찰이 일어나지 않는다.

또한, 시일 구성요소들을 가로질러서의 압력차를 요구되는 값까지 감소시키기 위해 시일을 가로질러서의 압력을 분배시키는 것도 이미 알려져 있다. 그러한 구조가 미국 특허 제 1,996,780호와 미국 특허 제 3,071,384호에 도시되어 있다. 이들 특허가 라비린스 시일 타입이 아니지만, 그들은 단일의 시일 요소를 가로질러서의 압력차를 감소시키기 위해 전체 시일을 가로질러서 여러 가지 값의 압력을 이용한다.

라비린스 시일은 수년 동안 성공적으로 사용되어 왔다. 그러나, 시일의 부분을 각각 수용하는 하우징과 축이 대개 각기 다른 물질로 만들어지기 때문에, 기계의 온도변화가 축과 하우징에 각기 다른 값의 열팽창 또는 열수축을 야기한다. 따라서, 조립시 제공된 시일들 사이의 간격이 정확하게 유지될 수 없다. 따라서, 시일 부품들 또는 큰 간격들 사이에 부가적인 마찰이 일어나 시일의 노출 또는 파손을 야기할 수 있다.

본 발명의 목적은, 축과 하우징 사이에 사용되고 시일 구성요소가 축 및 하우징의 칫수 변화에 자동적으로 적응하도록 된 축 밀봉 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은, 축과 그 축이 관통하여 연장하는 하우징을 포함하고 그 축과 하우징 사이에 상대적인 회전이 일어나는 장치에 사용하기 위한 축 밀봉 시스템을 제공한다.

이 밀봉 시스템은 축상에 배치되고 하우징 쪽으로 돌출하는 제1 및 제2환형 랜드 부재, 그 랜드 부재들 사이에서 축상에 배치되는 환형의 스페이서 부재, 및 하우징에 마찰 결합하고 랜드 부재들 사이에서 그 랜드 부재들이 밀접히 위치되는 환형의 시일 부재로 구성된다. 축에서의 축방향 변동에 기인한 랜드 부재들의 운동이 하우징내에서 시일 부재를 재배치시켜 축과 하우징 사이에 효과적인 밀봉을 유지한다.

또 다른 점에서, 본 발명은 관통 보어를 가진 하우징과 그 보어내에서 상대적으로 회전 가능한 축을 포함하는 장치에 사용되는 축 밀봉 시스템을 형성하기 위한 방법을 제공한다. 그 방법은 축상의 제1환형 랜드부재를 압착하고, 제1랜드 부재에 접하도록 축상에 환형 스페이서 부재를 배치하고, 스페이서 부재를 둘러싸는 방식으로 그리고 랜드 부재에 인접하여 환형 시일 부재를 배치하고, 그 스페이서 부재에 접하도록 축상의 제2환형 랜드 부재를 압착하고, 시일 부재가 요구되는 위치에 비치될 때까지 축, 랜드 부재, 스페이서 부재, 시일 부재를 보어내에 삽입하면서 시일 부재의 직경을 임시로 감소시키는 단계들로 이루어진다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 잇점들은 첨부 도면과 관련하여 기술된 하기 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

제1도에, 본 발명에 따른 축 밀봉 시스템이 전체적으로 번호(10)으로 나타내어져 있다. 그 축 밀봉 시스템(10)은, 축(16)을 수용하기 위한 보어(14)가 관통하여 있는 하우징(12)을 가진 원심 송풍기 또는 압축기(도시 안됨)와 같은 기계에 설치된다. 축(16)은 적당한 베어링(도시안됨)에 의해 하우징(12)내에 회전 가능하게 지지된다. 하우징(12)은 보어(14)외에, 통로들(18,20)을 가지고 있고, 그 통로들이 목적에 대해서는 후술한다.

이 축 밀봉 시스템(10)은, 각각 통로들(18,20)에 자동적으로 배치된 조절 수단들(22,24)을 포함한다. 그 조절수단들(22,24) 각각은 스로틀링 밸브, 오리피스, 또는 토로들(18,20)내 유체의 압력을 조절하는 다른 정교한 조절기와 같은 장치일 수 있다. 조절수단들(22,24)은 하우징(12) 내에 배치될 수도 있고, 필요에 따라 하우징 밖에 설치될 수도 있다.

이 축 밀봉 시스템(10)은 또한, 다수의 떨어져 있는 환형의 랜드(land) 부재들(26,28,30,32,34,36)을 포함한다. 그 랜드 부재들은 축(16)상에 압착되어 설치되고 환형의 스페이서 부재들(38,40,42,44,46)에 의해 간격을 가지고 떨어져 축상에 유지된가. 축(16)이 하우징(12)에 대하여 회전하는 타입의 장치에서, 랜드 부재들 및 스페이서 부재들은 축(16)과 함께 회전한다.

이 축 밀봉 시스템(10)은 또한, 시일 부재와 랜드 부재와의 사이의 마찰을 방지하기 위해 스페이서 부재들 만큼 넓지 않은 폭의 다수의 떨어져 있는 환형의 시일 부재들(48,50,52)을 포함한다. 각 스페이서 부재 및 각 시일 부재는 축(16)을 둘러싼다. 시일 부재들(48,50,52)은 보어(14) 내에서의 하우징(12)과 시일 부재들의 마찰 결합에 의해 제1도에 도시된 바와 같이 그들의 각개 위치에 보유된다.

제2도는 대표적인 시일 부재(48)의 단부 부분들(54,56)을 확대하여 상세히 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 그 단부 부분들, (54,56)은 나란히 배치되고 약간 간격을 가지고 떨어져 있어, 후술되는 바와 같이 조립을 위해 시일 부재들(48,50,52)이 찌그러질 수 있도록 되어 있다.

제1도에서, 통로(18)는 그 통로가 랜드 부재들(28,30) 사이에서 스페이서 부재(40)에 인접하여 형성된 공동부(58)에서 보어(14)와 통하도록 배치되어 있다. 유사하게 통로(20)는 랜드 부재들(32,34) 사이에서 스페이서 부재(44)에 인접하여 배치된 공동부(60)에서 보어(14)와 통하여 있다.

이 축 밀봉 시스템(10)은 다음 방식으로 축(16) 및 하우징(12)에 조립된다. 즉, 랜드 부재(26)가 축(16)상에 압착되어 끼워진 다음, 스페이서 부재(38) 및 시일 부재(48)가 설치되고, 다음, 랜드 부재(28)가 스페이서 부재(38)에 접할 때까지 축(16)상에 압착되어 끼워진다. 앞에서 언급한 바와 같이, 스페이서 부재(38)는 시일 부재(48)의 폭보다 약간 넓어, 시일 부재(48)가 부주의 한 경우를 제외하고는 랜드 부재(26) 또는 (28) 어느 것에도 접촉하지 않도록 되어 있다. 랜드 부재(26,28), 스페이서 부재(38) 및 시일 부재(48)는, 비교적 낮은 차압이 그들을 가로질러 발생할 때 기계내에서 작용할 수 있는 하나의 완전한 밀봉 유니트를 형성한다. 요구되는 이들 ＂밀봉 유니트＂의 정확한 계수는 축밀봉 시스템(10)의 전후에서의 압력차에 따라 결정된다. 제1도에 도시된 시스템에서, 전체 축밀봉 시스템(10)의 전후에서의 압력차는 대략120-125psi이고, 그리하여 ＂밀봉 유니트＂들중 하나를 가로질러서의 압력강하는 약 40psi일 것으로 추정된다. 그것을 확실하게 하기 위해, 조절수단(22)은 통로(18)내 압력과 공동부(58)내 압력이 약 80psi가 되도록 설정된다.

다시, 축 밀봉 시스템(10)의 조립에 대한 설명에 있어서, 스페이서 부재(40)가 축(16)상에 배치된 다음, 랜브 부재(30), 스페이서 부재(42) 및 시일 부재(50)가 축상에 설치된다. 다음, 랜드 부재(32)가 스페이서부재(42)에 접촉할때까지 축상에 압착되어 설치된다. 그 축 밀봉 시스템(10), 즉, 2개의 ＂밀봉 유니트＂의 전후에서의 압력차는 통로(18)내 압력을 대략 60psi로 조절함으로써 시일 부재들(48,50)에서 분할 될 수 있고, 그리하여 시일 부재들 각각을 가로질러서의 압력 강하가 대략 60psi로 감소된다. 그러나, 시일 부재들이 약 50psi 이상의 압력차에 견디도록 만들어질 때 그 시일 부재의 강도가 문제로 될 수 있다고 믿어진다.

축(16)상에 스페이서 부재(44)를 설치한 다음, 랜드 부재(34), 스페이서 부재(46) 및 시일 부재(52)를 축(16)상에 설치하고, 최종적으로, 랜드 부재(36)를 스페이서 부재(46)와 결합하도록 축(16)상에 설치함으로써 전술한 조립 과정을 반복한다. 그렇게하여 조립된 때, 축 밀봉 시스템(10)을 가로질러서의 압력이 120psi라고 가정할 때, 통로(18)내의 압력은 약 80psi로 조절되어 시일 부재(48)를 가로질러서의 압력강하가 40psi로 되게 한다. 통로(20)내의 압력은 약 40psi로 조절되어, 시일 부재(50)를 가로질러서의 압력강하가 40psi 되게 하며, 랜드 부재(36) 외측 보어내 압력이 0psig이기 때문에 시일 부재(52)를 가로질러서의 압력역시 40psi로 된다.

시일 부재, 랜드 부재, 스페이서 부재가 조립된 채 축(16)을 보어(14)내에 설치하기 위해, 시일 부재(52)는 임시적으로, 보어(14)의 직경 보다 작게 감소된 직경으로 유지된다. 다음, 축(16)을 시일 부재(52)가 보어(14)내에 수용되는 지점까지 그 보어내에 삽입한다. 다음, 시일 부재(50)의 직경을 임시로 작게하여 그시일 부재(50)을 보어(14)내에 삽입하고, 계속하여 시일 부재(48)의 직경을 임시로 작게하여 그시일 부재(48)를 보어(14)내에 삽입한다. 시일 부재들(48,50,52)은 마찰에 의해 보어(14)내에 보유되고, 그리하여, 축(16)이 보어(14)내에 삽입될 때, 축(16)상에 압착되어 끼워진 랜드 부재들이 시일 부재들을 그들의 요구되는 위치로 이동시킨다. 시일 부재들(48,50,52)을 보유하는데 부적당한 공간을 가진 조립체에서는, 축(16) 및 시일 부재들을 보어(14) 내에 압입함으로써 보어(14)의 직경이 감소되도록 그 보어(14) 내에 엔터링 베벨(entering bevel)(도시안됨)이 설치될 수 있다.

전술한 축 밀봉 시스템(10)의 작동에 대해 설명한다. 그 축 밀봉 시스템(10)이 전술한 바와 같이 조립되고 축(16)이 보어(14)내에서 회전하도록 모우터(도시안됨)에 의해 구동된다. 압축 작동중 열이 발생하여 축(16)이 신장되는 경향이 있다. 물론, 하우징(12) 역시 그의 칫수가 변하게 되지만 하우징(12) 및 축(16)이 대체로 각기 다른 물질로 만들어지고 각기 다른 형상으로 되어 있기 때문에 칫수 변화가 서로 동일하지 않게 된다. 축(16)상에 압착되어 끼워진 랜드 부재들이 축(16)과 함께 운동하고, 그리하여 축(16)의 칫수 변화에 의해 약간 재배치 된다. 모어(14)내에 마찰적으로만 보유되어 있는 시일 부재들(48,50,52)은 랜드 부재들의 운동에 응하여 운동하여, 하우징(12) 및 축(16)의 칫수 변화에 적응하도록 필요한 만큼 재정렬 된다. 그리하여, 기계에 칫수 변화가 일어나더라도 일정하고 효율적인 밀봉이 얻어진다.

전술한 설명으로부터, 본 발명에 따른 축 밀봉 시스템(10)은 축과 하우징 사이의 칫수 변화에 대해 시일이 자동적으로 적응하도록 되어 있음을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 축과 그 축이 관통하여 연장하는 하우징을 포함하고 그 축과 하우징 사이에 상대 회전이 일어나는 장치에 사용하기 위한 축 밀봉 시스템으로서, 하우징 쪽으로 돌출하도록 상기 축상에 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6환형 랜드 부재들과, 상기 제1 및 제2랜드 부재들 사이, 제3 및 제4랜드 부재들 사이, 제5 및 제6랜드 부재들 사이 각각에서 상기 축상에 배치되는 환형의 스페이서 부재와, 상기 제2 및 제3랜드 부재들 사이와 제4 및 제5랜드 부재들 사이 각각에서 상기 축상에 제공된 환형의 공동부와, 상기 하우징에 마찰적으로 결합하고, 제1 및 제2랜드 부재들 사이, 제3 및 제4랜드 부재들 사이, 제5 및 제6랜드 부재들 사이 각각에서 그 랜드 부재들에 각각 밀접히 배치되는 제1, 제2 및 제3환형 시일 부재들과, 각 시일 부재를 가로질러서의 압력차가 조절될 수 있도록 제2 및 제3랜드 부재 사이에 하나의 소정 압력의 유체를 제공하는 제4 및 제5랜드 부재 사이에 다른 하나의 소정 압력의 유체를 제공하는 수단으로 이루어진 축 밀봉 시스템.
2. 제1항에 있어서, 각 환형 시일 부재가 인접 스페이서 부재보다 좁게 된 상기 축 밀봉 시스템.
3. 제2항에 있어서, 각 환형 시일 부재가 하우징에의 삽입을 위해 시일 부재의 직경이 감소될 수 있도록 1쌍의 떨어져 있는 단부들을 가지고 있는 상기 축 밀봉 시스템.
4. 제3항에 있어서, 단부들에 인접한 각 시일 부재의 부분들이 시일 부재들을 지나 유체가 흐르는 것을 방지하도록 나란히 배치되어 있는 상기 축 밀봉 시스템.

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