KR950001084Y1 - 축방향 보상기능을 갖는 회전 연결체 (Rotary joint with axial compensation) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

축방향 보상기능을 갖는 회전 연결체(Rotary joint with axial compensation)

제1도는 니플이 하우징에 대해 연장되어 있는 관계를 도시하는 본 고안에 따른 회전 연결체의 개략 단면도.

제2도는 니플이 하우징에 대해 후퇴되어 있는 관계를 도시하는 제1도와 유사한 부분 개략 단면도.

제3도는 본 고안에 따른 회전 연결체의 축소 평면도.

제4도는 제3도의 좌측에서 바라본 축소 단부 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연결체 12 : 드럼 저널

18 : 플랜지 24, 44, 76, 116 : 볼트

36 : 마모판 46 : 밀봉면

50 : 오목부 52 : 하우징

60 : 하우징 챔버 62 : 이음쇠

72 : 브래킷 74 : 단부 캡

80 : 밀봉링 84 : 핀

86 : 니플 94 : 쇼울더

98 : 스프링

고안의 배경

회전 열교환 드럼은 종이, 편물 및 직물 제조 산업에 널리 사용된다. 다수의 열교환 드럼은 드럼과 직물 사이에서 열을 전달시키기 위해 드럼 원주와 결합되는 직물과 계속하여 접촉한다. 많은 경우에 증기는 회전 연결체를 통해 드럼으로 유입되어 드럼 셀 내벽에서 응축되고, 응축수는 동일하거나 다른 회전 연결체를 통해 제거된다. 어떤 직물 제조 작업에서는 제조중에 있는 직물을 냉각시키기 위해 냉각수가 드럼으로 유입될 수도 있다.

열교환 드럼은 넓은 범위의 온도 상태하에 놓일 것이다.

작업 개시 중에 드럼은 차가운 상태, 즉 실온일 수도 있다.

압축된 증기가 회전 연결체를 드럼으로 유입되므로, 연결체나 드럼의 온도에 관계 없이 유체 누설 방지 밀봉을 제공하기 위해 회전 연결체의 밑봉이 모든 온도 조건하에서 유효해야 하는 것은 중요하다. 그 정도가 클 수 있는 드럼의 열적 팽창 및 수축으로 인해 드럼 및 그 관련된 지지 샤프트의 저널의 축방향 치수는 드럼이 노출되는 상태에 놓이는 상이한 온도에서 상당히 변화할 것이다.

회전 연결체가 드럼 저널의 단부에 장착됨에 따라, 드럼 저널의 축방향 치수 변화는 상기 연결체 밀봉이 종종 밀봉을 위해 축방향 힘과 압력을 이용하므로 회전 연결체의 밀봉 효과에 부정적인 영향을 끼친다. 그러므로 "차가운" 조건하에서 회전 연결체 밀봉 표면은 열적 보상 구조가 이용되지 않으면 "뜨거운" 작업 조건하에서와 같이 효과적이지 못할 수도 있고, 뜨꺼운 작업 조건하에서의 축방향 팽창은 과도한 밀봉 압력을 형성할 수도 있다.

열적 밀봉 보상 특성을 갖는 드럼 형태 열교환기용의 회전 연결체를 설게하는 것이 공지되어 있으나, 공지된 열적 보상 설계는 수용될 수도 있는 축방향 보상 정도에 있어 비교적 제한되며, 따라서 광범위한 열적 조건하에서 효과적으로 기능할 수 있는 회전 연결체가 필요하다.

본 고안의 목적은 열적 팽창과 수축으로 인한 큰 폭의 측방향 치수 변화를 수용할 수 있는 회전 드럼형 열교환기와 함께 사용하기 위한 연결체를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 광범위한 온도 범위하에서 효과적인 유체 누설방지 밀봉을 제공하기 위해 축방향 및 반경 방향 밀봉의 조합이 이용되는 회전 열교환기용 회전 연결체를 제공하는 것이다.

본 고안의 부가의 목적은 열교환기 드럼 회전축에 대해 스스로 정렬되며 상당한 축방향 치수 변화를 수용할 수 있고 회전하는 열교환기 드럼과 회전 연결체 하우징의 축의 편심 상태에 있더라도 유체 밀봉 연결을 유지시킬 수 있는 회전 연결체를 제공하는 것이다.

본 고안의 또다른 목적은 광범위한 열적 조건하에서 효과적으로 작동할 수 있으며 그 밀봉 구조가 연결체의 작동 범위에 걸쳐서 계속 효과적인 회전 연결체를 제공하는 것이다.

고안의 실시에서, 회전 열교환기 드럼 등의 저널의 단부에 장착 플랜지가 동심 형태로 장착된다. 상기 플랜지에는 마모판이 장착되며, 상기 마모판은 마모판과 장착 플랜지를 거쳐 연장되는 중앙 통로와 동심 상태를 이루는 밀봉 면을 갖는다.

회전 연결체 하우징은 종래의 방식으로 로드상에 지지되며, 드럼 회전축과 거의 동축의 관계를 갖는 원통형 챔버를 구비한다. 일반적으로 원통 형상인 니플은 상기 하우징 챔버내에서 축방향으로 이동 가능하며, 상기 하우징의 단부에 장착된 단부 캡은, 하우징과 니플을 유체 밀봉 방식으로 상호 연결하지만 하우징과 챔버에 대한 니플의 축방향 이동을 허용하는 밀봉부를 갖는다.

니플의 외측 단부는 마모판 밀봉면과 결합하는 환형 밀봉링에 대해 맞닿으며, 하우징 단부 캡과 니플 사이에 삽입되는 빗장(keying) 수단은 니플이 하우징에 대해 회전 가능하게 고정되도록 한다.

기재되어 있는 실시예에서는, 열교환 드럼이 챔버내로 도입되거나 그로부터 제거될 수 있도록 단일 부품이 상기 챔버와 연통하여 하우징상에 장착되고, 하우징과 니플 사이의 축방향 이동 가능한 관계는 회전 연결체 밀봉의 효율에 역효과를 끼치지 않으면서 상기 니플과 하우징 사이의 광범위한 축방향 이동을 가능케 한다.

하우징과 니플 사이에 삽입된 다수의 압축 스프링은 모든 상태하에서 니플, 밀봉링 및 마모판 사이의 결합을 확실히 보장하기 위해 니플을 마모판쪽으로 바이어스시킨다.

본 고안에 따른 회전 연결체의 구성 요소는 비교적 형상이 단순하여 구조 및 조립이 경제적이며, 본 고안의 개념에 의해 조립된 회전 연결체는 본원 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에 의해 설치될 수도 있다.

본 고안의 상기 목적 및 장점들은 하기 설명 및 첨부 도면에 의해 이해될 것이다.

[실시예]

본 고안에 따른 회전 연결체는 도면 부호 10으로 도시되며, 상기 연결체(10)는 회전 드럼 저널(12)의 단부와 연결되고 있다. 제지 공장에서 통상 사용되는 열교환 드럼(도시되지 않음)을 지지하는 샤프트를 구성하는 상기 저널(12)은, 저널 회전축과 동심 형태로 16에서 카운터 상킹되는 반경 방향 편평 단부면을 갖는다.

일반적으로 편평한 형상인 플랜지(18)는 저널 카운터 싱크(16)내에 수용되는 원통형 축방향 연장부(20)를 갖는다. 플랜지(18)의 축 주위에는 다섯개의 볼트 오목부와 구멍(22)이 원주 형태로 이격되어 있으며, 상기 구멍(22)안에 수용되는 볼트(24)는 볼트(24)를 수용하는 저널 체결용 나사구멍(26)에 의해 플랜지(18)를 저널(12) 단부상에 동심 형태로 고정 장착시킨다.

상기 플랜지(18)는, 드럼 저널 보어(30)와 동축 정렬되어 연통 관계에 있는 중앙 보어(28)를 갖는다(제1도 참조). 또한 플랜지(18)는 34에서 동심 형태로 카운터 싱킹되는 반경 방향 외측면(32)을 갖는다.

플랜지 면(32)에 대해 장착되는 마모판(36)은 보어(28,30)와 연통하는 동축 보어(38)를 가지며, 플랜지 카운터 싱크부(34)내에 밀착 수용되는 원통형 연장부 (40)를 갖는다. 플랜지(18)에 형성된 나사 구멍(45)내에 나사체결 수용되는 볼트 (44)를 수용하기 위해 다수의 카운터 싱킹된 볼트 구멍(42)이 마모판에 형성되고, 이런 방식으로 마모판(36)이 플랜지(18)에 동심 고정 연결된다.

마모판(36)은 보어(38) 부근에서 이것과 동심을 이루는 밀봉면(46)을 갖는다. 상기 밀봉면(46)은 후술된 상보형 밀봉링면과의 협력을 위한 오목한 구형 세그먼트 표면을 구성한다.

마모판은 또한 환형 오목부(50)를 한정하는 축방향으로 연장되는 환형 스커트(48)를 갖는다.

도면부호 52로 도시되는 회전 연결체 하우징은 일반적으로 원통형 보어(54), 반경 방향 외측 편평 단부(56) 및 반경 방향 내측 편평 단부(58)을 갖는 원통형상이다. 하우징 단부 사이의 보어(54)는 원통형 챔버(60)를 한정한다.

하우징(52)은 지지봉(66)을 활주 가능하게 수용하기 위해 이음쇠(yoke) 단부 부근에 형성되는 축방향 구멍(64)을 갖는 반경 방향으로 연장되는 이음쇠(62)를 구비한다. 지지봉(66)은 조절 가능한 장착 너트(68)와 스페이서(70)를 수용하기 위해 그 외측 단부에서 체결되며, 드럼 저널 부근에 위치한 고정 지지 구조물에 고정되는 브래킷(72)(제4도 조)상에 그 내측 단부에서 지지된다. 이음쇠(62)와 연동하는 지지봉(66)은 드럼형 열교환기용 회전 연체와 함께 종종 사용되는 종래 형식의 것이다.

내측 하우징 단부(58)에는 하우징 내부로 나사 체결되는 다수의 볼트(76)에 의해 환형 단부 캡(74)이 장착된다. 상기단부 캡은 원통형 보어(78)를 가지며, 상기 단부 캡에 형성되어 있는 홈은 단부 캡내에 수용되는 후술될 니플과 밀봉 관계를 형성하기 위한 탄성체 밀봉링(O-링)(80)을 수용한다.

축방향 연장되는 다수의 나사 체결 구멍(82)은 상기 단부 캡에 한정되며, 그 각각은 마모판(36)을 향해 축방향 연장되는 원활하게 벽이 형성된 원통형 핀(84)을 수용한다.

일반적으로 원통형상인 니플(86)은 하우징(52)과 하우징 챔버(60)내에 활주 가능하게 수용된다. 상기 니플(86)은 관통 연장되는 보어(88)를 가지며, 니플의 원통형 외측면(90)은 축방향으로 활주 가능한 방식으로 단부캡 보어내에 밀착 수용된다. 상기 밀봉링(80)은 니플 외측면(90)을 유체 밀봉 방식으로 결합한다.

니플(86)의 외단부는 반경 방향 편평면(92)을 구성하며, 반경 방향으로 연장되는 쇼울더(94)가 제1도 및 제2도에서 명백하듯이 마모판 오목부(50)내에 용이하게 수용되도록 임의의 직경의 니플상에 한정된다.

니플 쇼울더(94)에는 핀(84)을 활주 가능하게 수용하기 위한 다수의 원활한 축방향 구멍(96)이 형성되어 있으며, 각각의 핀(84)은 니플(86)을 마모판(36)쪽으로 바이어스시키는 니플 쇼울더(94)와 단부 캡(74) 사이에 삽입되는 압축 스프링 (98)으로 둘러싸인다.

마모판(36)과 니플 단부 편평면(92) 사이에는 환형 밀봉링(100)이 삽입된다. 보통 안티몬과 같은 내마성이 강한 물질로 형성되는 밀봉링(100)은 보어(28,30,38 및 88)와 동축 정열되는 원통형 보어(102)를 갖는다. 밀봉 링면(104)은 마모판 밀봉면(46)과 상보 관계에 있는 블록한 구형 세그먼트 형상이며, 니플(86)과 유체 누설 방지 밀봉 관계를 형성하기 위해 편평하고 반경 방향 형상을 하고 있다.

연결체(10)를 통과하는 유체 매체는 하우징 단부(56)에 부착되는 조립 부품(108)에 의해 하우징 챔버(60)와 연통한다. 상기 조립부품(108)은 도관 연결부 (112)와 연통되는 보어(110)를 구비하는데, 상기 도관 연결부는 납땜 연결 형태일 수도 있고 또는 파이프 수용을 위해 나사 형성될 수도 있으며 단지 카운터 싱크를 구성하므로써 도시되지는 않지만 도관 플랜지가 그곳에 연결될 수도 있다. 끼워맞춤면(114)은 볼트(116)에 의해 하우징 단부(56)에 부착되고, 하우징(52)의 개방 단부(56)는 조립 부품(108)과 연통하는 하우징을 위한 포트를 구성하며, 그결과 조립부품은 하우징 챔버(60)의 단부를 폐쇄한다.

사용시에 회전 연결체는 상술한 바와같이 조립될 것이다. 하우징(52)은 지지봉(66)과 너트(68)에 의해, 드럼저널의 단부 및 플랜지(18)에 대해 축방향 조절될 것이다. 이 조절은 제1도에 도시된 것과 일반적으로 유사한데 여기서 니플(86)은 하우징 챔버(60)내에 부분 수용되며, 스프링(98)은 니플의 편평 단부면(92)을 밀봉링면(106)과 결합되도록 바이어스시키고 밀봉링 면(104)을 마모판 밀봉면(40)과 밀봉 관계로 유지시킬 것이다. 제1도에 도시된 관계는 "차가운" 상태로 간주될 수도 있으며, 조립부품(108)을 거쳐 열교환 매체를 하우징(52) 내부로 유입시키면 가입된 매체는 니플 보어(88)로 들어가 밀봉링, 마모판, 플랜지 및 드럼 저널 보어를 거쳐 열교환기 드럼(도시되지 않음)으로 유입될 것이다. 물론, 본 고안의 회전 연결체 또한 열교환기로부터의 응축 수를 제거하도록 수용될 수도 있으며, 이 상태하에서 연결체의 작동은 예를들어 증기 공급 연결체로서 가능할 때의 동일하다.

열교환기 드럼이 가열되어 축방향으로 팽창함에 따라 드럼 저널 단부(14)는 제2도의 좌측으로 이동하여 플랜지(18), 마모판(36), 밀봉링(100) 및 니플(86)을 축방향으로 이동시킬 것이다. 이 팽창은 제2도에 도시된 바와 같이 니플(86)을 하우징 챔버(60)내로 후퇴시켜 스프링(98)을 가압하므로써, 핀(84)의 단부는 마모판 오목부(50)내에 둘러싸인 상태로 유지될 것이다.

상술한 회전 연결체 구조는 드럼 저널과 회전 연결체 하우징(52) 사이에서 유체 누설 방지 밀봉 관계에 역효과를 초래하지 않으면서 상단한 축방향 이동을 가능케 한다. 회전 연결체와 드럼 저널 사이의 상대 회전은 밀봉링(100)에서 발생하며, 표면(46, 104)이 구형 세그먼트 형상이라는 사실은 저널 회전축과 회전 연결체 축사이에 존재할지도 모를 일체의 편심에 대해 밀봉링이 스스로 정렬될 수 있도록 한다. 이러한 밀봉링(100)의 자기 정렬 특성은 니플(86)과 하우징(52) 사이에서 임의의 모든 축방향 상태 위치에서 유효하다.

스프링(98)을 사용하므로써 니플은 항상 밀봉링(100)과 결합 상태에 있게 된다. 그러나 대부분의 상태에서, 하우징 챔버(60)내에는 니플을 밀봉링(100)쪽으로 바이어스시키려는 경향의 내압이 존재하며, 스프링(98)의 주목적은 차가운 상태나 저압 상태하에서 니플, 밀봉링 및 마모판 사이에 유체 누설 방지 밀봉 관계를 보장하는 것이다.

본 고안의 개념에 대한 다양한 수정은 본 고안의 취지 및 범주를 벗어남이 없이 본원 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.

Claims (12)

1. 회전축을 갖는 저널(12)을 구비한 회전 드럼용 회전 연결체(10)에 있어서, 축과 중앙 보어(28)를 갖는 환형 장착 플랜지(18), 상기 플랜지(18)를 드럼 저널(12)에 동축 형태로 부착시키기 위해 프랜지상에 형상되는 체결 수단(24), 상기 플랜지상(18)상에 동축으로 장착되는 축이 있는 중앙 보어(38)를 갖는 환형 마모판(36), 상기 마모판(36)상에 그 판축과 동심 형태로 형성되는 밀봉면(46), 종축이 있는 내부 챔버(60)를 구비하며, 유체 도관 조립부품(108)과 연통하기 위한 포트(56)를 갖는 연신된 하우징(52), 상기 하우징(52)을 저널 회전축과 거의 동축으로 지지하는 지지수단(62-72), 상기 하우징 챔버(60)내에 부분적으로 위치하고 그 축과 동축인 종축을 가지며 챔버(60)내에서 축방향으로 이동 가능한 원통형 니플, 상기 니플이 상기 챔버(60)내 모든 축방향 니플 위치에서 하우징에 대해 밀봉되도록 니플(86)과 하우징(52) 사이에 삽입되는 환형의 제1밀봉 수단(80) 및, 상기 니플(86)과 마모판(36) 사이에 삽입되는 제2밀봉 수단(100)을 구비하며 축방향 팽창을 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2밀봉 수단(100)은 자기 정렬 밀봉부를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
3. 제1항에 있어서, 상기 하우징 포트는 상기 챔버(60)의 단부(56)를 구비하고, 상기 챔버 단부(56)에서 하우징(52)에 부착된 유체 도관 조립 부품(108)은 챔버 단부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
4. 제1항에 있어서, 상기 하우징(52)과 니플(86) 사이에 삽입되는 빗장수단(84)은 상기 챔버와 니플 축 주위로의 상기 하우징과 니플 사이의 상대 회전을 방지하는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
5. 제1항에 있어서, 상기 하우징(52)과 니플(86) 사이에 삽입되는 스프링 수단(98)은 상기 니플과 제2밀봉수단(100)을 마모판(36)쪽으로 축방향 바이어스시키는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
6. 제1항에 있어서, 상기 하우징(52)은 상기 마모판(36)을 향해 배치된 제1단부 (58)를 가지며, 상기 하우징 제1단부상에는 환형 단부 캡(74)이 장착되고, 상기 제1밀봉 수단(80)은 상기 단부 캡(74)상에 장착되는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
7. 제6항에 있어서, 상기 니플(86)과 연동하는 단부 캡(74)상에 장착되는 빗장수단(84)은 상기 하우징(52)과 니플(86) 사이에서의 상대 회전을 방지하는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
8. 제7항에 있어서, 상기 빗장 수단은 상기 단부 캡(74)상에 장착된 다수의 축방향 연장 핀(84), 상기 단부 캡(74)과 마모판(36) 사이의 니플(86)상에 형성되어 반경 방향으로 연장되는 쇼율더(94) 및, 그 각각이 하나의 핀(84)을 활주 가능하게 수용하며 상기 쇼울더(94)내에 형성되어 축방향으로 연장되는 다수의 구멍(96)을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
9. 제8항에 있어서, 상기 단부 캡(74)과 니플 쇼울더(94) 사이에 삽입되어 니플 (86)을 상기 제2밀봉 수단(100)쪽으로 바이어스시키는 압축 스프링(98)이 상기 핀(84)의 적어도 일부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
10. 제1항에 있어서, 상기 니플(86)은 상기 마모판(36)을 향해 배치된 반경 방향 단부(92)를 가지며, 상기 제2밀봉 수단(100)은 상기 니플 단부(92)와 결합하는 제1축방향 단부(106) 및 상기 마모판 밀봉면(46)과 결합하는 제2축방향 단부(104)를 갖는 환형 밀봉링(100)을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
11. 제10항에 있어서, 상기 밀봉링(100)이 상기 마모판(36)과 니플(86) 사이에 자기 정렬 연결부를 구비하도록 상기 밀봉링 제2단부(104)는 볼록한 구형 세그먼트 형상이고 상기 마모판 밀봉면(46)은 상보관계인 오목한 구형 세그먼트 형상인 것을 특징으로 하는 회전 연결체.
12. 제11항에 있어서, 상기 하우징(52)과 니플(86) 사이에 삽입된 스프링(98)은 상기 니플(86)을 바이어스시켜 상기 밀봉링(100)과 결합시키고, 상기 밀봉링을 바이어스시켜 상기 마모판 밀봉면(46)과 결합시키는 것을 특징으로 하는 회전 연결체.