KR950003000B1 - 비접촉형 밀봉장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비접촉형 밀봉장치

제1도는 본 발명의 1실시예에 의한 비접촉형 밀봉장치를 나타내는 요부의 확대단면도.

제2도는 회전 밀봉시의 밀봉면을 나타내는 정면도.

제3도는 동압력 발생용 홈 및 반전홈부의 지름방향의 치수관계를 나타내는 도면.

제4도는 변형이 생기지 않는 경우의 밀봉면의 압력분포를 나타내는 도면.

제5도는 바깥의 높은 변형 발생시의 밀봉면의 압력분포를 나타내는 도면.

제6도는 안쪽의 높은 변형 발생시의 밀봉면의 압력분포를 나타내는 도면.

제7도는 동압력 발생용 홈 및 반전홈부의 전체의 지름 방향의 폭치수를 설정한 경우의 밀봉면의 압력분포를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 케이스 2 : 회전축

3 : 고정링 4 : 정지링

4a, 5a : 단면 5 : 회전밀봉부

6 : 스토퍼부재 7 : O링

8 : 구멍 9 : 용수철부재

10 : 디스크 11 : O링

12 : 제1슬립 13 : 제2슬립

14, 15, 16 : O링 17 : 핀

18 : 보조밀봉부 19 : 동압력 발생용홈

20 : 반전홈부 81 : 회전밀봉부

81a : 밀봉면 82 : 나선형홈

본 발명은 예컨데 터어빈, 송풍기 및 압축기등의 회전형 공기 기계의 축밀봉에 사용되는 것으로, 회전축 중심에 대해 수직인 면내에서의 누출을 제한하도록 된 비접촉형 밀봉장치에 관한 것이다.

일반적으로, 이런 종류의 장치에서는, 케이스를 관통한 회전축과 함께 회전하는 회전밀봉의 축중심에 수직인 단면과, 상기 케이스쪽에 보호 유지된 정지링에서의 상기 단면에 대향하는 단면과를 양자의 비접촉 밀봉면으로 하고 있다.

밀봉면을 비접촉으로 유지한 종래의 전형적인 구조의 하나로, 제8도에 나타난 바와 같이, 회전밀봉부(81)의 밀봉면(81a)에 외주쪽으로부터 내주쪽으로 향하는 동압력 발생용 나선형홈(82)를 전체 원주에 원주방향 등간격으로 형성하고, 회전밀봉부(81)의 회전에 의해 그 나선형홈(82)에 의한 펌핑 작용에 의해 밀봉면 사이에 압력 유체가 강제적으로 들어가고 밀봉면을 떠올리게 하는 일이 있다.

그러나, 이러한 구성에 있어서는, 가스터어빈이나 압축기중에서 고속 또는 고압으로 운전되는 것에서는 상기 밀봉면 끼리를 안정한 평행 상태로 유지하는 것이 어렵고 양호한 밀봉성을 발휘하기 어렵다.

이 때문에 이미 일본국 특공평 1-22509호 공보등에 개시되어 있는 바와 같이, 회전밀봉부와 정지링과의 밀봉면에 자기 정합 기능을 갖도록 하는 것이 제안되어 있다.

이 밀봉은, 나선형홈의 깊이, 반경방향폭의 밀봉면에 대한 비율 및 균형비의 3가지의 인자를 정당히 설정함으로서, 밀봉면이 변형될 때 이 변형을 방지하는 방향의 모멘트가 자동적으로 생기고 밀봉면의 평행성이 유지된다는 것이다.

자기 정합 기능을 갖지 않는 종래의 비접촉형 밀봉장치로는, 압력 변형이나 열변형의 영향으로 밀봉면에 변형이 생기면 밀봉면 틈이 좁기 때문에 밀봉면의 부분적인 접촉이 생긴다.

그래서, 밀봉의 압력의 균형이 깨짐과 동시에 발열이 증대하고 밀봉면 변형이 더 조장되어 결국에는 밀봉부의 파손으로 이어진다. 이 문제점을 개량한 상기 일본국 특공평 1-22509호 공보에 나타나 있는 자기 정합 기능을 갖는 밀봉에 있어서도 변수설정의 제약상, 정지중은 밀봉면이 접촉하고, 회전중은 누설을 조장하는 방향의 동압력이 발생하여 누출량이 많게 된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 설정에 감안해 된 것으로, 고속, 고압운전용에 적응 가능한 외에 유체압이나 열에 의한 변형으로 압력의 균형이 붕괴되는 것을 억제할 수 있음과 동시에, 밀봉면의 누출이 적게되고, 또한 밀봉면의 손상의 염려도 해소할 수 있는 비접촉형 밀봉장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 특허청구의 범위 제1항의 발명에 의한 비접촉형 밀봉장치는, 상기 밀봉면에 동압력 발생용 나선형홈을 전체 원주에 원주 방향으로 등간격으로 형성한 것에 있어서, 상기 나선형홈 안쪽끝에 원주방향으로 반대로 뻗은 안쪽끝이 폐쇄된 반전홈부를 연통 상태로 형성한 것이다.

특히, 상기 동압력 발생용 나선형홈 및 반전홈부의 전체의 지름 방향의 형성폭 치수와 밀봉면의 반경방향의 폭치수와의 비를 0.5-0.7로 설정하는 것이 좋다.

또한, 상기 동압력 발생용 나선형홈의 지름방향의 형성폭 치수와, 그 나선형홈 및 반전홈부의 전체의 지름방향의 형성폭 치수와의 비를 0.6-0.7로 설정하는 것이 보다 바람직하다.

상기 구성의 특허청구의 범위 제1항의 발명에 따르면, 밀봉면에 형성된 동압력 발생용 나선형홈에 의해 고압 유체가 들어가 밀봉면 간의 평행 상태가 안정적으로 보호 유지되고 고속, 고압 조건하에서의 사용에 대응하기 쉽게되는 외에, 압력이나 열의 변형에 따라 밀봉면이 경사지려고 하는 경우, 반전홈부의 펌핑 작용에 의해 평행 평면으로 돌아오는 모멘트가 작용하고, 밀봉면 끼리의 접촉이 확실히 방지되는 것으로 됨과 동시에, 압력차에 의한 누출량도 적게 억제되고, 또한 반전홈부가 안쪽말단이 폐쇄되어 있기 때문에 분진등의 침입의 염려도 없다.

또한, 특허청구의 범위 제2항에 따르면, 밀봉면의 압력 변형이나 열변형에 의한 압력분포의 붕괴가 확실히 억제된다.

또한, 특허청구의 범위 제3항에 따르면, 밀봉면 전체로 평균한 동압력을 효과적으로 발생시킬 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 1실시예를 도면을 통해 설명한다.

제1도는 본 발명에서의 비접촉형 밀봉장치의 1예를 나타낸 요부의 확대 종단면도이다.

도면에서, 1은 케이스, 2는 케이스(1)을 관통한 회전축, 3은 상기 케이스(1)의 내벽에 고정된 고정링이다.

4는 상기 고정링(3)쪽에 보호 유지되는 정지링으로 축중심에 수직인 단면(4a)를 갖는다.

5는 상기 회전축(2)의 외주쪽에 장착되어 이 회전축(2)와 함께 회전하는 회전밀봉부로서, 상기 정지링(4)의 단면(4a)에 대향하는 단면(5a)를 갖는다. 이들 양 단면(4a), (5a)에 의해 밀봉면이 구성되어 있다.

상기 고정링(3)은 스토퍼부재(6)등으로 축방향의 위치 결정이 되어 있고, 케이스(1)과의 사이는 O링(7)에 의해 링이 방지되어 있다.

상기 고정링(3)의 축중심에 수직인 면에는, 원주방향으로 등간격을 띤 위치에 복수의 구멍(8)이 형성되어 있다.

이들 구멍(8)에는, 각각 용수철부재(9)가 장착되어 있고, 이들 용수철부재(9)는 상기 정지링(4)에 중합고정되어 있는 단면 L형의 디스크(10)을 통해 상기 정지링(4)에 축중심 방향으로의 용수철의 힘을 가하고 있다.

상기 고정링(3)과 디스크(10)과의 사이는 O링(11)에 의해 밀봉되어 있다.

12는 상기 회전축(2)에 끼워 장착된 제1슬립, 13은 그 제1슬립(12)의 플랜지부(12a)와, 상기 제2슬립(13)으로 상기 회전밀봉부(5)를 축방향으로 위치결정되어 있다.

14는 제1슬립(12)의 회전축(2)와의 사이로부터의 링을 방지하기 위한 O링, 15, 16은 회전밀봉부(5)와 제1슬립(12)와의 사이로부터 누출은 방지하기 위한 O링이다.

17은 상기 제1슬립(12)를 상기 회전축(2)에 대해 회전을 저지시키는 핀, 18은 보조 밀봉부이다.

상기 정지링(14) 및 회전밀봉부(5)의 각 밀봉단면(4a), (5a)중, 한쪽의 단면(5a)에는, 제2도에 나타난바와 같이 외주쪽으로부터 내주쪽으로 향하는 복수의 나선형의 동압력 발생용홈(19)가 형성되어 있다.

이 나선형의 동압력 발생용홈(19)의 깊이는, 2-10μm로 설정하는 것이 좋다.

이 동압력 발생용홈(19)의 안쪽 끝에는 제2도에 나타난 바와 같이 원주방향으로 역향하여 뻗어 안쪽끝이 폐쇄된 앞이 가는 반전홈부(20)가 연동 상태로 형성되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 회전축(2)가 회전하면 여기에 따라 회전밀봉부(5)가 회전한다.

이 회전밀봉부(5)의 밀봉단면(5a)에는 나선형의 동압력 발생용홈(19)가 형성되어 있으므로, 이 홈(19)의 펌핑 작용에 의해 단면(4a), (5b)사이에 유체가 강제적으로 유입된다.

그 결과, 양단면(4a), (5a)사이에 일정한 밀봉유체압(제3도)의 막이 확보되어 틈이 작은 원하는 링이 허용된다.

유체압의 변동이 있었던 경우에도, 정지링(4)와 디스크(10)의 양단면에 걸리는 압력이 항시 균형되고 안정한 운전이 행해진다.

특히, 유체의 압력이나 고속운전시의 발열에 의해 밀봉단면(4a), (5a)에 변형이 생겨 압력의 균형이 붕괴되어도, 상기 나선형의 동압력 발생용홈(19)이 안쪽끝에 역향하게 연통한 반전홈부(20)의 선단(20a) 부근에 생기는 최대 압력에 따라 회전중심의 회전모멘트가 얻어지고, 밀봉단면(4a), (4a)를 항시 평행 평면으로 유지시킬 수 있고, 더구나 밀봉단면(4a), (5a)에서의 누출을 억제하는 형태의 펌핑 작용에 의해 누출량을 적게할 수 있다.

그리고, 상기 밀봉단면(4a), (5a)가 압력이나 열에 의한 변형이 생기지 않는때의 압력 분포는 제4도와 같이 되나, 이 압력분포는 상기 동압력 발생용홈(19) 및 반전홈부(20)의 밀봉단면(5a)에 대한 지름방향의 형성폭치수(b1), (b2)(제3도)에 의해 좌우된다.

여기서, 밀봉단면(5a)의 지름방향의 폭치수를, b, 동압력 발생용홈(19) 및 반전홈부(20)의 전체의 지름방향의 폭치수를 b1, 동압력 발생용홈(19)의 지름방향의 폭치수를(b2)로 하면, b1/b=0.5-0.7의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

b1/b＜0.5의 경우, 상기 동압력 발생용홈(19) 및 반전홈부(20)내에 발생하는 압력은 약하고, 압력이 생겨도 밀봉단면(4a), (5a)의 외주쪽의 좁은 영역으로 한정되어, 밀봉단면(4a), (5a)를 접촉시키시 않을 만큼의 큰 압력으로는 되지 않는다.

또한, b1/b＞0.7의 경우, 제5도에 나타난 바와 같이 바깥의 높은 변형 발생시, p1＜Q에서의 압력분포로 되며, 밀봉단면(4a), (5a)간의 틈이 작게되어 밀봉단면(4a), (5a)가 접촉할 염려가 있다.

또한, 제6도에 나타난 바와 같은 안쪽의 높은 변형 발생시, p2＞Q에서의 압력분포로 되므로 밀봉단면(4a), (5a)간의 틈이 넓어져 결국 p3=Q로 길항하도록 되어 문제는 없다.

따라서, b1/b=0.5-0.7로 설정함으로서, 바깥의 높은 변형시에는 제7도와 같이 압력 p4＞Q에서의 압력분포로 되어 밀봉단면(4a), (5a)의 틈이 넓게되고, 또한 안쪽의 높은 변형의 경우는, p5=Q에서의 압력분포로 된다.

즉, 안쪽의 높은 변형에서도 바깥의 높은 변형에서도 밀봉단면(4a), (5a)의 압력분포의 균형이 이루어져 밀봉단면(4a), (5a)끼리의 접촉의 염려를 확실히 불식시킬 수 있다.

또한, b2/b1에 관해서는, 0.6-0.7로 설정하는 것이 바람직하다.

그 이유는 다음과 같다.

즉, b2/b1＜0.6의 경우에는, 동압력 발생용홈(19)에서의 동압력 발생 작용이 불충분하고, 밀봉단면(4a), (5a)끼리를 비접촉시키는 만큼의 압력이 얻어지기 어렵다.

또한, b2/b1＞0.7의 경우에는, 바깥의 높은 변형이 생길때 압력의 균형이 무너져 밀봉단면(4a), (5a)간의 틈이 작게되고, 밀봉단면(4a), (5a)끼리가 접촉할 염려가 있다.

또한, 상기 반전홈부(20)의 안쪽끝이 막혀 있어서, 대기로부터의 분진이나 축받이등으로부터의 오일찌끼기가 밀봉단면(5a)에 말려드는 일이 없어, 밀봉단면(4a), (5a)가 그것들에 의해 방해받을 우려도 없다.

또한, 상기 실시예에서는, 회전밀봉부(5)의 밀봉단면(5a)에 나선형의 동압력 발생용홈(19) 및 반전홈부(20)을 형성한 것으로 설명했으나, 이들 홈(19), (20)등을 정지링(4)쪽에 설치해도 동일한 효과를 얻는다.

또한, 상기 반전홈부(20)의 형상은 상기와 같이 앞이 예리한 것에 한정되지 않고 임의로 선택하여 설정해도 좋다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 밀봉면에 형성된 나선형의 동압력 발생용홈의 안쪽끝에, 원주방향에서 역방향으로 뻗은 안쪽끝이 폐쇄된 반전홈부를 연통상태로 형성한 것으로, 구속, 고압 운전시의 밀봉면의 안정화를 도모할 수 있고, 밀봉단면간의 압력차에 의한 누설량을 상기 반전홈부에 의한 누출방지의 펌핑 작용으로 적게할 수 있으며, 더구나, 압력변형이나 열변형등에 의한 밀봉면의 경사를 고정하여 밀봉면 끼리가 접촉함에 따라 성능 저하를 없애고 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 특허청구의 범위 제2항에 따르면, 밀봉단면에 바깥의 높은 변형이 생길때에도 밀봉면의 접촉의 염려가 없는 압력분포를 얻을 수 있다.

또한, 특허청구의 범위 제3항에 따르면, 밀봉면 전체로 평균한 동압력을 확실히 얻을 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 케이스(1)을 관통한 회전축(2)와 함께 회전하는 회전밀봉부(5)에서의 축중심에 수직인 단면(4a)와, 상기 케이스(1)쪽에 보호 유지된 정지링(4)에서의 상기 단면(4a)에 대향하는 단면(5a)를 양단자의 밀봉단면으로 하고, 상기 밀봉단면(4a), (5a)중 어느 한쪽에, 고압유체를 외주쪽에서 내주쪽으로 향하는 나선형의 동압력 발생용홈(19)를 전체원주에 원주 방향으로 등간격으로 형성하여된 비접촉형 밀봉장치에 있어서, 상기 나선형의 동압력 발생용홈(19)의 안쪽끝에, 원주방향으로 역향하여 뻗고 안쪽끝이 페쇄된 반전홈부(20)를 연통 상태로 형성한 것을 특징으로 하는 비접촉형 밀봉장치.
2. 제1항에 있어서, 동압력 발생용홈(19) 및 반전홈부(20)의 전체의 지름방향의 형성폭 치수와, 밀봉단면(5a)의 지름방향의 폭치수와의 비를, 0.5-0.7로 설정하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 밀봉장치.
3. 제1항에 있어서, 나선형의 동압력 발생용홈(19)의 지름방향의 형성폭 치수법과, 그 나선형의 동압력 발생용홈(19) 및 반전홈부(20)의 전체의 지름방향의 형성폭 치수와의 비를, 0.6-0.7로 설정한 것을 특징으로 하는 비접촉형 밀봉장치.