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KR100320312B1 - 경사, 환상 그로브를 가진 면실링체 - Google Patents

경사, 환상 그로브를 가진 면실링체 Download PDF

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KR100320312B1
KR100320312B1 KR1019960701059A KR19960701059A KR100320312B1 KR 100320312 B1 KR100320312 B1 KR 100320312B1 KR 1019960701059 A KR1019960701059 A KR 1019960701059A KR 19960701059 A KR19960701059 A KR 19960701059A KR 100320312 B1 KR100320312 B1 KR 100320312B1
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KR
South Korea
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grove
sealing
groove
annular
depth
Prior art date
Application number
KR1019960701059A
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Inventor
세디 조세프
Original Assignee
추후보정
플로우서브 매니지먼트 컴퍼니
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Publication date
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Publication of KR960705163A publication Critical patent/KR960705163A/ko
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Abstract

매칭되는 실링링(16,18 ; 119)의 두개의 실링면(17, 18 ; 118) 중 한면에 두개의 그로브패턴을 합하여 고압 및 고속으로 회전하는 회전축용 비접촉 그로브형 면실링 어셈블리(10)에 관한 것으로, 하나의 패턴은 비교적 깊은 앵글 그로브(314,134)로 되며, 다른 패턴은 비교적 얕은 환상 그로브로 된다. 상기 비교적 깊은 그로브패턴은 유체역학동작을 제공하기에 적합하며, 회전축 회전시 작은 간격을 설정하도록 실링면 사이에서 실링된 유체를 펌프한다. 상기 비교적 얕은 그로브 패턴은 회전축이 거의 고정상태에 있을때 실링면(17,18 ; 118) 사이의 실링 유체량을 제어하므로써 회전축의 시동 및 정지시 실링면의 마찰고정을 유체정력학적으로 방지하도록 설계된다.

Description

경사, 환상 그로브를 가진 면실링체
발명의 분야
본 발명은 회전축용 실링장치(sealing devices)에 관한 것으로, 하나는 고정되고 다른 하나는 회전하고 있는 대향한 상호작용 페이스형 실링요소 사이에 유체정역학-유체역학 또는 기체정역학-공기역학력을 발생하는데 실링유체가 사용된다. 상기 실험은 실링요소를 약간 분리시키고, 비접촉시키는 동작을 제공하여, 저유체 누설을 유지하면서도 면마모 및 마찰력손을 최소화 시킨다.
발명의 배경
회전유체 경막 페이스실 (rotary fluid film face seal) 즉, 갭 또는 비접촉 페이스실은 고속 및/또는 고압 회전장비에 통상 사용되며, 면접촉을 가지는 통상의 기계적 면의 사용으로 과도한 열 발생 및 마모를 초래한다. 비접촉 동작에 의하면, 임의의 최소 속도에서 즉, 리프트 오프(lift-off) 속도에서 축이 회전하는 경우 바람직하지 못한 면접촉을 피할 수 있다.
상기 비접촉 동작을 이루는데는 몇가지 방안이 있다. 보다 통상으로 사용되는 방법중의 하나가 실링면중 한면에 얕은 환상 그로브패턴을 형성하는것으로 상기 그로브면에 대향한 상기 실링면은 비교적 평탄, 평활하다. 상기 두 실링면이 간격을 형성하는 면 영역을 실링 인터페이스라 한다.
상기 실링면중 한면상의 환상 그로브패턴은 외주로부터 내방으로 연장하며,그로브 직경이라하는 특정면 직경에서 종단하는데, 상기 직경은 상기 실링 인터페이스의 내경보다 크다. 그로브 직경과 내측 인터페이스 직경 사이의 비-그로브 영역은 유체 유출 제한부로서 기능한다. 환상패턴으로 전달된 유체는 상기 제한부를 통과해야하며 상기 실링면에 분리될때에만 제한부가 그 역할을 한다. 이렇게 작용하는 방식을 통과 압빌드 업(through pressure build-up)이라 한다. 상기 면들에 접촉되야한다면, 유체가 상기 제한부 바로 앞에서 압축되어 압력을 상승시킨다. 상기압력으로 상기 면들을 함께 유지하고 있는 힘보다 사실상 큰 분리력이 발생된다. 그 순간에, 상기 실링면이 분리되어 유체가 방출된다. 실 동작동안, 환상 펌핑을 통한 유입유체와 면 분리를 통한 유출유체 사이에서 자체로 평형이 유지된다. 따라서 실이 동작하는 동안 면 분리가 생기며, 이는 대향면과 관련하여 한면이 회전하는 동안 면분리가 생기는 것을 말한다.
그러나, 환상 펌핑이 실링면 사이의 분리량을 결정하는 요인만은 아니다. 환상 그로브가 유체를 그로브 직경을 통과한 실링인터페이스의 비-그로브 부분에 인가한다면, 압력차가 생긴다. 상기 인터페이스의 그로브단부와 비-그로브 단부 사이에 압력차가 충분하다면, 유체가 상기 인터페이스의 비-그로스 부분으로 흘러서 상기 면을 분리시켜, 간격을 형성한다. 상기 실링면 사이에 간격이 형성될 수 있는 두가지 방식 (하나는 회전 속도에 의한 것이고, 다른 하나는 압력차에 의한것)은 두 방식의 효과가 동작 하고 있는 실 상에서 합해질 수 있어도, 별개의 특징을 갖는다. 압력차가 없고, 실링면 분리가 면회전으로인해 제한적으로 발생하여도, 유체 흐름으로 인한 힘은 실링유체가 액체인 경우, 유체역학역이며, 실링유체가 가스인경우, 공기역학역이 된다.
한편, 두 실링면 사이에 상호 회전이 없고, 면 분리가 실링 인터페이스의 양 단부 사이의 압력차의 결과로 인한 경우, 유체 흐름으로 인한 힘은 상기 실링유체가 액체인 경우 유체역학역이며, 가스인 경우 공기역학역이다. 다음에 용어, 유체정역학 및 유체 역학은 액체 및 가스 효과에 대해 사용되며, 이들 용어들은 유체 및 가스 실 모두를 기술하는데 통상사용된다. 통상의 환상그로브 실은 실 동작의 모든 방식에 있어서 면접촉의 누설 및 부재시 수용가능한 성능을 제공해야 한다. 상기 실은 정상속도 및 압력에서 정지, 시동, 장비의 웜업기간 또는 셧다운시 동작해야 한다. 정상동작 조건에서, 압력 및 속도는 일정으로 변하며 이로서 런링간격에 대한 연속 조정이 가능하다. 이 조정은 자동으로 행해지는데, 환상 그로브 실의 중요 특성중 하나는 그 자체 조정 능력이다. 속도 또는 압력에서 변화시, 면간격의 새로운 세트의 상태로 자동으로 조정된다. 유체정역학 및 유체역학력으로 상기 조정이 생긴다.
속도 및 압력의 동작 인벨로프는 통상 아주 넓으며, 필요한 실 설계가 적합해야 한다. 거의 제로 속도 또는 압력에서 성능을 슈용할 수 있도록 상기 인벨로프는 동작 속도 및 압력에서 최적 조건 이하에 있다. 이는 단순히 압력 및 속도에서 보아 실이 제로 속도 및 제로 압력차의 동작 조건에 있어야 한다는 사실을 의미한다.
특히, 실 동작에 결정적인것은 시동시이다. 상기 실이 원심분리 가스 압축기에 가해지면, 축이 회전하기전에 전체 흡입압차가 실 상에 종종 부과된다. 이는 실링면이 마찰로 함께 고정될 위험을 나타낸다. 면고정은 유체 정력학힘이 접촉시 실링면을 유지하는 압력을 카운터하기에 불충분할때 생긴다. 면고정으로, 실 파괴가 일어나며, 이때 접촉 실링면 사이의 과도한 이탈 마찰이 내부 실 부품에 과도한 손상 또는 파괴를 유발한다.
그래서, 첫째로, 환상 그로브는 완전 속도 비접촉 동작을 위해 실링면을 유체 역학적으로 분리 시켜야한다. 이로서 고르게 짧으며, 비교적 깊은 환상홈이 요구된다. 둘째로, 상기 환상홈은 상기 실링면을 유체 정역학적으로 언로드시켜서 정지/시동시 면고정을 방지해야 한다. 이러한 이유로, 상기 그로브는 그 길이가 연장될 수 있어야 한다. 연장된 그로브는 완속 동작 동안 분리 및 누설을 보다 증가시킨다. 짧고 비교적 깊은 환상 그로브를 가지는 통상의 3.75인치 축 실의 단속 누설은 1,000psig 및 10,000rpm에서 약 0.9SCFM(Standard Cubic Feet Per Minute)이다. 그러나, 연장 그로브를 가지는 경우에, 완속누설은 상기와 동일 조건에서 2-4SCFM에 달한다. 필요 이상의 누설의 일정한 부하가 상당한 동작 코스트를 나타내서 상당히 바람직하지 못하다.
두개의 대향 환상 그로브가 상호에 대해 오일을 펌프해서 가스를 실링할 수 있는 액체벽을 나타내는 환상 그로브 설계가 U.S.P N3,109,658호에 개시되었다. 이러한 장치는 실가스에 대해 액체의 힘을 이용함에 있어서 고유한 바와같이, 압력 및 속도 성능에서 제한된다.
다른 공지의 장치가 U.S.P.N3,499,653호에 개시되었는데, 부분적인 환상 그로브를 가지는 인터페이스 설계는 거의 유체 정역학 효과에 달려있다. 상기 인터페이스 갭은 비-그로브에서 좁으며, 환상 그로브에서 넓은 테이퍼 형상으로 설계된다. 환상 그로브 및 유체역학역의 효과는 억제되는데, 이는 환상 그로브 펌핑이 넓은 갭에 걸쳐서 덜안정적이기 때문이다. 이는 실의 안정성에 유사한 영향을 미치며, 실의 상부암 및 속도 성능을 제한한다.
다른 공지의 예가 U.S.P.N 4,212,475호에 개시되었다. 환상 그로브 자체는 유체 정역학 및 유체역학 패턴 모두에 작용하도록 되 있어 상기 갭이 테이퍼 형상 필요가 없어서 상당한 정도의 환상 그로브 유체역학역이 상기 실링 인티페이스에 자체 정렬 특성을 부여하도록 가해진다. 상기 자체 정렬 특성은 실 동작이 방사상 또는 접선 방향에서 발생할 경우, 병렬 위치에서 편이가 생기는가에 무관하게, 상기 실링 인터페이스를 병렬위치로 향하게끔 한다. 이는 안정성의 개선을 가져오며, 압력 및 속도면에서 성능 제한을 증가시킨다.
또다른 공지의 장치가 독일특허 제1,964,150호에 개시되었다. 이 특허의 장치는 실링면의 한면 주위에서 이격진 관계로 형성된 각지고 직선형의 그로브를 개시하고 있는데, 상기 그로브는 균일한 깊이 또는 테이퍼형중 하나이며, 실링 저압측으로부터 그로브를 분리시키는 환상댐에서 직접적으로 종단하는 얕은 단부의 테이퍼 그로브이다. 이 실시예에 있어서, 균일한 깊이의 그로브가 제공되는 경우, 실은 상기 다른 공지의 장치와 동일한 방식으로 기능한다. 실이 테이퍼 그로브를 가지는 경우, 상기 그로브의 얕은 단부에서 효과적으로 발생될 수 있는 유체정역학 압의량 및 상기 단부와 인접해서 생기는 스퀴즈막은 전체적으로 부적당한 것으로 되며, 시동상태 또는 저회전속도에서 실 마모 또는 바람직하지 못한 실 접촉을 최소화시키는데 효과적이지 못하다.
상기 간략히 요약한 공지의 유체 실은 유체 역학적 및 유체정역학적 실링 특성을 제공하도록 의도 되었지만, 상기 공지의 실은 그 성능에 있어서, 직접 면접촉을 최소화 또는 생략하고, 실 간의 면부하를 효과적으로 최소화해서 어셈블리가 최소의 마찰로 시동할 수 있어서 면 사이의 직접적인 마찰 마모 및 극심한 마찰력 필요를 제거하는 동시에 실의 시동 및 정지를 용이하게 하는 바람직한 유체정역학적 특성을 제공하고 아울러 넓은 범위의 동작조건 특히 고속 및 고압을 포함하는 조건 하에서 상대 회전가능 실링면 사이의 바람직한 유체역학적 특성을 제공하도록 상기 유체정역학적 및 유체역학적 특성을 함께 최적화하기에는 불충분하다.
따라서, 대향한 실링면중 한면에 그로브 패턴을 이용하는 형태의개선된 유체실을 제공해서 이 개선된 유체실이 유체역학 및 유체정역학적 실링 특성을 보다 최적으로 결합하므로써 시동으로부터 고속 및 고압을 포함하는 조건까지 걸치는 동작 조건을 포함하는 넓은 범위의 동작 조건하에서 개선된 실 성능을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 개선된 실장치에 있어서, 그로브 패턴(통상 실링면중 한면에만 형성)은 제1 및 제2 그로브 장치를 포함하는데, 이 모두는 실의 한면에서 고압유체와 소통하는데, 한 그로브장치는 다른 것보다 상당히 깊다. 따라서 깊은 장치가 소정의 유체역학 특성을 제공하는데 특히 효과적이며, 얕은 그로브 장치는 주로 유체정역학 특성을 제공한다. 동시에 이들 장치는 얕은 장치가 깊은 그로브 장치와 비-그로브 환상랜드 또는 상기 그로브 패턴으로부터 실의 저압측을 선택적으로 분리시키는 댐 사이에서 일반적으로 방사상으로 놓이도록 위치하여, 바람직한 유체정역학 및 유체역학적 실 특성이 얻어지지만, 동시에 댐에 걸리는 실링유체(예를들면, 가스)의 저압측으로의 누출이 최소화되어, 실의 성능 효율을 개선시킨다.
간략히 설명한 본 발명의 개선된 실에 있어서, 그로브 패턴은 실의 주위 고압측으로부터 원주상 및 방사상 내방으로 구부러진 원주상 배치의 일련의 그로브로 형성된 깊은 그로브 장치를 포함하며, 상기 앵글(굽진)그로브는 환상, 원형 또는 직선구성일 수 있다. 이 앵글그로브는 비교적 심형이며 실링면에서 어느 정도까지 돌출한다. 양호한 실시예에 있어서, 앵글그로브의 방사상 내단부는 상기 깊은 그로브장치의 방사상 내방에 위치한 얕은 그로브장치와 소통하지만 중간의 비-그로브 환상랜드 또는 댐에 의해 실의 저압측으로부터 분리된다. 상기 얕은 그로브 장치는 상기 깊은 그로브장치의 깊이의 작은 부분인 깊이를 가져서, 실인터패이스의 방사상 외 경계 및 내경계 사이에 형성된 그 중앙영역에서 대향 실링면 사이의 유체정역학역을 발생한다.
또한, 상기 실의 특성 및 성능 특징의 최적화는 대향 실링면 사이에서 생기는 유체경막이 보다 균일한 압력분포 및 실링 특성을 제공하면서 실링면의 왜곡을 최소화하도록 실링면상에 형성된 주위 랜드와 관련하여 그로브 패턴 또는 구성을 최적화 하므로써 개선되는데, 이는 대향 실링면 사이의 직접 접촉마모 및 마찰마모를 방지 또는 최소화하면서 대향 실링면 사이의 최소폭의 갭을 가지는 실 성능을 최적화하는데 도움을 준다.
특히, 본 발명의 개선된 실에 있어서, 깊은 그로브 장치와 관련된 앵글 그로브는 인접한 그로브의 측면이 서로 평행하게 연장하여서, 인접 그로브 사이의 중간랜드 영역이 사실상 일정한 깊이를 유지하여 상기 그로브의 방사상 내단부와 인접하여도, 상기 랜드를 통해 흐르는 유체에서의 스퀴즈 막 효과를 최대화 하여, 상기 랜드가 단속 회전 또는 그 근처에서 실링면 접촉의 방지를 제공하는 트러스트 베어링 지지력을 향상시키도록 형성된다.
상기 실장치를 보다 개선 시키면, 유체정역학 압력장의 원주상 비균일성의 결과로서 통상 발생하는 실링면 왜곡의 감소 및 제거에 도움이 되는데, 상기 압력장이 거의 제로회전 속도에서의 상태에서 상기 그로브와 랜드영역을 형성하기 때문이다. 상기의 개선은 상기 앵글그로브의 방사상 내단부에서 방사상으로 인접하게 위치한 깊고 얕은 원주상 그로브에 의해 얕은 그로브 장치에서 달성된다. 상기 원주상 그로브는 앵글그로브와 연속 압력 유체 소통하며, 유체역학 압력장 비-균일성을 원주상 안정화시키며 이결과, 면왜곡을 억제하고, 상기 면 사이의 상당히 낮은 분리도에서도 면대면접촉이 거의 없이 균일한 면 분리를 발생한다.
상기 목적 및 다른 목적은 첨부도면과 관련한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
재1도는 회전축과 관련된 그로브면실링등의 통상의 유체면실링을 도시하는 부분 단면도이다.
제2도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 실 링(seal ring)의 면과 관련된 그로브 패턴을 도시하는 제1도의 2-2라인에 따른 단면도이다.
제3도는 상기 그로브패턴을 상세히 도시하도록 제2도의 일부분에 대한 부분 확대도이다.
제4도 및 5도는 제3도의 4-4및 5-5라인에 따른 각각의 부분 단면도이다.
제6도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 실 링의 면과 관련된 그로브 패턴을 도시하는 제2도와 유사한 도면이다.
제7도는 상기 그로브 패턴을 상세히 설명하도록 제6도의 일부분에 대한 확대단면도이다.
제8도 및 제9도는 제7도의 8-8라인 및 9-9라인에 따른 각각의 부분 단면도이다.
참조용으로 편의를 위해 다음의 설명에서 임의의 용어가 사용되지만, 제한되지는 않는다. 예를들면, "상방으로", "하방으로", "우측으로", 및 "좌측으로"라는 단어는 참조로하는 도면에서의 방향이다. "내방으로" 및 "외방으로"는 어셈블리의 기하학적 중심으로부터 향하고 멀어지는 방향을 나타내며, 그 부분을 지정한다. 상기 용어는 특히 언급한 그 파생어를 포함하며, 유사한 외래어를 포함한다.
상세한 설명
제1도를 참조하면, 통상의 그로브 면실링 어셈블리(10) 및 그외주부가 도시되는데, 상기 외주부는 하우징(11), 상기 하우징을 통해 연장하는 회전축(12)을 포함한다. 상기 실 어셈블리(10)는 환상공간(13)내에서 유체(가압가스등)를 밀봉하고, 14에서 상기 외주부로 유체가 방출되는 것을 제한하도록 되어 있다. 상기 실 어셈블리의 기브부품은 환상의, 축방향 이동가능 비회전성 실링링(16)을 가지며 이링은 비회전성으로 축(12)에 장착된 환상 회전가능 실링링(19)의 방사상 연장 평탄면(l8)과 대향 밀봉관계를 방사상 연장 평탄면(17)을 가진다. 링(19)은 화살표(제2도)의 방향에서 정상회전한다. 실링링(16)은 하우징(11)의 구멍(21)내에 위치하며, 회전실링링(19)에 동심으로 유지된다. 하우징(11)과 실링링(16) 사이에 링(16) 및 상기 구멍(21) 둘레에 등간격으로 이격진 복수의 스프링(22)의 회전을 방지하도록 도시않은 통상의 비회전 장치가 설치된다. 스프링(22)은 실링링(19)와의 실링링(16)의 결합을 촉진한다. O-링(23)은 실링링(16)과 하우징(11) 사이의 간격을 밀봉한다. 실링링(23)은 도시처럼 축(12)상에서 스레드된 록넉(25)등의 축(12)상에 록된 축(12)과 동심의 슬리브(24)에 의해 축방향 위치에 유지된다. O-링실(26)은 실링링(19)과 축(12)사이의 누출을 방지한다.
실링링(19)의 방사상 연장면(18)과 실링링(16)의방사상 연장면(17)은 밀봉 관계에 있으며, 그 사이의 환상 접촉을 형성하며, 이것이 실 인터페이스가 된다. 이 실 인터페이스(17)는 링(19)의 주위외경(28)과 내경(29)에 의해 형성되며, 이들 직경이 예시 실시예에서 각기 고압 및 저압 유체에 노출된 직경이다. 동작에 있어서, 상기 실링링(19)의 실링면(18)에 형성된 그로브 패턴(이하 기술함)에 의해 발생된 유체경막으로인해 실링면(17-18) 사이에 아주 좁은 간격이 유지된다. 또한, 상기 실링링(16)의 실링면(17)에 그로브 패턴이 형성되는것이 여전히 효과적이다. 마찰열과 마모의 발생을 방지하는 실링면 사이의 유체에 의해 상기 좁은 간격이 유지되지만 이는 공간(13)에서 영역(14)로의 밀봉 유체의 유출을 제한한다.
제2도를 참조해서 본 발명의 양호한 실시예에 따른 실링링(19)의 실링면(18)이 도시되는데 이면(18)은 그 내부에 형성된 그로브장치(31)를 가진다. 상기 그로브장치(31)는 유체가 상기 그로브장치(31)를 인터페이스 직경(28)으로부터 인터페이스 직경(29)을 향해 통과하는 경우, 그 유체역학 및 유체정역학 특성 합해서 완만축이 있는 기하 구조를 가진다. 특히, 그로브장치(31)의 부분(32)은 상당한 유체역학 효과를 가지며, 면(18)의 방사상 외부부분상에 일차로 위치한다. 이부분(32)은 유체역학력을 발생하기 위한 일차원이 될지라도 실인터페이스(27)상에서 유체역학 및 유체정역학역을 제공한다. 여기서는 유체역학영역으로서 참조된다.
상기 그로브장치(31)는 그로브부분(32)의 일반적 방사상 내방에 위치하고, 면(18)의 중심 방사상 영역내에 위치한 제2그로브 부분(33)을 포함하며 상기 영역은 인터패이스 직경(28,29) 모두로부터 방사상으로 이격진 영역이다. 이 후자의 그로브 부분 또는 영역(33)은 일차로 거의 제로 회전 속도의 상태에서 대향실링면(17-18)간의 유체역학역을 제공한다. 상기 그로브부분(32,33)은 통상의 제조기법을 이용하여 면(18)상에 형성될 수 있다.
첫째로, 유체역학 그로브부분(32)을 고려하면, 이부분은 주변에서 사실상 균일한 각오로 이격진 관계로 상기 면(118)상에 형성된 복수의 앵글그로브(34)에 의해 형성된다. 상기 그로브(34)는 모두 굽져서 외경(28)으로부터 방사상 내방으로 개방되는데, 상기 그로브가 원주상 방사상 내방으로 동시에 돌출하고, 실링면의 원주상 방사상 방향 모두와 관련하여 굽진 관계를 가지는 방식을 가진다. 상기 앵글 그로브(34)는 외경(28)과 상호 작용하는 그 중심선(36)으로 표시된 바와같이, 상기 외경에 대한 접선 관련하여 예각에서 상기 외경(28)을 내방으로 개방하는데, 상기예각은 거의 15° 정도이다. 각각의 앵글그로브(34)는 한쌍의 측 또는 에지벽(37,38)으로 형성되며, 이들 벽(37,38)은 방사상, 내방으로 비스듬하여, 상기 면링의 중심전 O주위에서 발생하는 R4로 지정된 반경에서 종료한다. 이 반경(R4)은 그로브(34)에 대한 내경을 형성하며, 상기 각각의 그로브(34)를 형성하는 대향측벽(37,38)은 그로브(34)가 방사상 내방으로 굽질때 서로와 관련하여 일반적으로 양호하게 다소 집중하는데, 상기 측벽(37,38)은 직선, 원형아크, 또는 환상 윤곽을 가지는 상이한 구성을 가질 수 있다. 상기 측벽(37,38)이 원형아크나 환상으로 형성될때, 측벽(37)은 철면 구성을 가지며, 대향벽(38)은 요면 구성을 가진다. 예시의 양호한 실시예에 있어서, 대향 측벽(37,38)은 원형 구성을 가지지만, 다른 중심점을 가지는 다른 반경에서 양호하게 생성된다.
예를들면, 제3도를 참조하면, 그로브(34)의 요면측(38')은 제1중심점 Cl을 가지는 제1반경 가까이서 생기며, 인접 그로브(34)의 철면측(37)은 제1중심점 Cl 가까이서 스윙하는 제2반경 가까이서 발생되므로, 제2반경이 인접한 그로브쌍(34,34')의 연부(37,38')를 분리시키는 수직거리만큼 상기 제1반경을 초과한다. 이로써 연부(37,38') 사이에서 형성된 플랫부 또는 랜드(41)가 생기는데 상기 연부는 상기 랜드가 링의 중심을 향해 방사상 내방으로 굽질때 일정한 횡단폭을 가진다.
유사한 방식으로, 그로브(34)의 요면 연부(38)는 또한 상기 제1반경 주위에서 생기는데, 상기 제1반경은 제1중심점 C1으로부터 이격진 제2중심점 C2주위에서 발생되며, 비슷하게, 다음 그로브(34")의 철면연부(37")는 제2중심점 C2 중심점 C2주위에서 스윙하는 제2반경 C2주위에서 발생되며, 이로써 연부(38,37") 사이의 랜드(41)가 그 사이에서 동일 일정한 횡단 치수를 가지는데, 이 랜드가 링의 중심을 향해 내방으로 굽지는 경우이다. 두개의 중심점 자체는 중심(0)의 동심인 원상에 위치하며, 모든 그로브가 동일한 방식으로 생긴다.
그로브(34) 각각은 그로브(33)의 평균 깊이보다 사실상 깊은 평균 깊이를 가지며, 이 깊이는 제4도의 도시처럼 그로브(34)의 평평하지만 양호히 테이퍼진 (즉, 굽진) 바닥벽(39)로 도시된다. 특히, 그로브(34)는 그로브 길이를 통해 길이가 변하는 테이퍼 구성을 가지며, 그 방사상 외단부에서 최대 깊이를, R3로 정의된 방사상 내단부에서 최소 깊이를 가지지만, 이 방사상 내단부에서의 깊이를 측정 가능하다. 그로브(34)의 평균 깊이는 그 길이에 걸쳐 사실상 중간에서 측정된다. 이 그로브에 있어서, 외단부에서의 깊이는 고속회전시 테이퍼면의 전개를 방지하는것이 바람직하다면, 유체역학역 효과를 최소화하도록 사실상 깊게 될 수 있다. 이 유체 역학역은 상기 그로브(34)의 중심 반경부분을 향해 보다 내방으로 생기며, 그로브의 천단부에서 덜효과적이 된다. 또한, 상기 외단부에서의 깊이는 유체역학 효과가 최상이도록 될 수 있다.
유체정역학 그로브부분(33)을 고려하면, 이 부분은 그로브부분(32)의 방사상 내방에 위치하며, 그 깊이가 상당히 얕아서 유체역학 효과를 상당히 감소시킨다. 이 큰 유체정역학 그로브부분(33)은 중심점(0)와 관련하여 동심으로 실링면(18)에 형성된 천형환상그로브(44)에 의해 종단된다. 이 환상 그로브(34)는 앵글그로브(34)의 방사상 내방에 위치하며, 내부환상벽(46)과 외부환상벅(47) 사이에 형성된다. 상기 벽(46)은 반경(R3)으로 효과적으로 형성되며, 환상 평탄랜드(51)의 외경을 형성하며, 환상벽(47)은 인터페이스직경(29)(즉 반경 R2)와 그로브벽직경(46)(즉 반경 R3) 사이의 저압부에 형성된다. 환상랜드(51)는 그로브에 구속되지 않으며, 직경(29)에서 형성된 저압영역으로의 실링 유체의 흐름을 상당히 제한하도록 댐으로서 기능한다.
환상그로브(44)는 앵글 그로브(34)의 방사상 내단부와 연속 직접적인 유체 소통을 하며, 일련의 앵글그로브(34)의 방사상 내단부 사이의 연속적인 유체 소통을 제공한다. 따라서 상기 그로브(34)는 각각은 그로브(44)의 직접, 연속 소통을 위해 외부 그로브 벽(47)을 통해 개방하는 방사상 내단부를 가진다. 사실상, 각 그로브(34)를 형성하도록 협동하는 대향측연부(37,38)는 상기 그로브벽(47)에서 직접 종단한다. 상기 그로브(34)와 관련된 앵글 또는 테이퍼벽(39)은 외부그로브벽(47)을 차단할때까지 그로브가 내방으로 돌출할때 그로브(34)의 깊이가 점진적으로 감소하도록 경사진다. 실시예에서, 제4도의 실선으로 도시한 바와같이, 환상그로브(44)의 바닥벽(48)은 그 바닥벽이 외벽(47)으로 부터 내벽(46)으로 방사상으로 연장할때 자체로 테이퍼지며 이 테이퍼 부분이 그로브(34)의 바닥벽(39)의 연장부를 구성한다. 그러나, 그로브(44)가 단면에서 균일한 깊이를 가질 수 있기 때문에,(제4도의 점선으로 도시) 그로브(39)가 그로브벽(47)을 횡단하는 그로브(39)의 천단부 깊이를 사실상 동일하게 하도록 그로브(44)가 균일한 깊이로 선택된다. 그로브(44)는 경계 벽(46,47) 사이에 형성된 통상 1/16인치 또는 그 이하의 다소 좁은 방사상 폭을 가진다.
그로브(34,44)의 깊이와 관련하여, 상기 그로브(34)는 그로브(44)의 평균깊이의 수배 이상의 평균 깊이를 가지며, 사실상, 그로브(34)의 평균 깊이는 그로브(44)의 약 5 내지 10배의 평균 깊이가 바람직하다.
특히, 앵글그로브(34)는 약 0.0001인치에서 0.001인치의 평균 깊이를 가지며, 보다 실질적인 최대 깊이가 0.0005인치로 생각 되지만, 0.0001에서 0.0003인치의 깊이가 바람직하다. 그로브(44)는 통상 0.0001인치에서 0.0008인치의 깊이를 가지며, 0.0002에서 0.0005가 바람직하다. 원주상으로 균일한 그로브(44)의 깊이는 그 방사상 내단부에서 그로브(34)의 깊이에 대응한다. 그로브(34,44) 사이의 방사상 위치 관계와 관련하여, 이들 관계는 고압반경(28)(반경R1) 및 저압반경(29)(반경R2) 사이에서 측정된 실인터페이스(27)이 반경폭 △R과 관련하여 설정된다. 랜드(51)는 거리 △R의 1/4에서 1/3을 점유하며, 그로브패턴(3l)을 상기 반경 치수 △R의 방사상 외부 나머지를 점유한다. 그로브(44)는 폭△R의 중간 1/3내에서 중간 1/2에 양호하게 위치하도록되어 면링의 중앙영역에서 유체압을 최적화하여, 거의 제로 회전속도에서의 조건에서 생기는 통상의 왜곡에 대해 증가된 저항을 제공한다.
저속 또는 제로 속도의 동작에 있어서, 외경(28)을 에워싸는 고압유체가 그로브(34) 및 그로브(44)로 유입되지만 랜드 또는 댐(51)에비해 방사상 내방으로의 흐름이 제한된다. 그로브 내의 유체압은 충분한 유체정역학압을 생성해서 인터페이스영역(29)에 걸쳐서 대향 실링면(17,18) 사이에서 소 분리에 영향을 미쳐 상기 대향면 사이의 작은 갭 내에서 유체정역학역이 생긴다. 이 힘은 사실상 균일한 힘이그로브(44)의 존재로인해 실인터페이스(27)의 전체 중앙의 방사영역 주위에서 환상으로 발생하기 때문에 특히 바람직하여, 대향면(17,18) 사이에서 균일한 압력 및 갭이 발생된다. 이로써 웨비패턴으로 실링면이 원주상으로 왜곡되는 경향을 제거 또는 상당히 개선시킨다. 작지만, 제어된 량의 실링 유체가 댐 즉 랜드(51)을 넘어 저압 측(28)으로 유입되지만, 환상 그로브(44)가 있으므로, 랜드(51)가 균일하게 원주상으로 방사상 연장되어, 상기 랜드(51)를 넘어가는 유체의 구배가 원주상으로 균일해져서, 실링면이 원주상으로 왜곡되는 경향을 최소화시킬 수 있다. 유체정역학역이 있으면실링링면(17,18)사이의 마찰 접촉을 최소화시켜서 실하우징(11) 또는 회전축(12)에 실링면 마찰을 전달하는 구조 요소에 부과된 응력을 감소시키고, 회전개시시 대향 상대회전실링면(17,18) 사이의 직접적인 마찰 접촉을 상당히 감소 또는 제거하므로써 실의 시동을 크게 촉진시킨다.
실장치가 고속 회전으로 동작하므로, 그로브(34)의 외부 유체역학 부분의 고압 유체가 랜드(41)에서 펌프 아웃되고 그로브(34)의 내부유체정역학 부분에서 펌프아웃되어 상기 대향면(l7,18) 사이의 갭 또는 간격의 치수를 증가시켜서, 실링면 사이의 상대적 고속회전을 가능케하는 동시에 그 사이의 직접 마찰접촉을 효과적으로 제거 또는 최소화시킨다. 유체압 프로필(즉 유체역학역)이 후자의 상태에서 상기 대향 실링면(17,18) 사이에서 생기는데, 그로브벽(47)로부터 방사상 외방으로 짧은 거리로 이격진 위치에서 최고압을 받으며 이 최고압 영역은 각각의 앵글그로브의 단부 사이에서 그로브(34)의 중심부(34)로 세로방향으로 그로브(44)외방으로 연장한다. 그로브(34)가 방사상 내방으로 돌출하는 그 깊이에서의 컨버젼스로인해,고속회전 상태하의 그로브의 유체가 환상 그로브(44)를 향해 방사상 내방으로 펌프된다. 그러나, 그로브(44)와 직접 결합하는 앵글그로브(34)의 최소깊이는 효과적인 유체역학압이 그로브(34)의 내 단부의 한곳에서 발생하는 것을 방지하도록 얕게 되어 있다. 그러나, 상기 내단부의 방사상 외방으로, 그로브(34)의 세로 위치 중앙 또는 외부 영역에서 그로브의 깊이가 이 유체 역학압의 프로필을 갖는 유체역학압의 효과적 발생을 허용하게끔 되어 있는데, 상기 외단부에서의 깊이가 효과적 유체역학압을 생성하기에 너무 크거나, 밀봉압 효과가 증폭되므로 그로브(34)의 단부를 감소시킨다. 따라서 그로브(34)의 중앙 영역에서 최고 유체역학압이 발생되는데, 이 영역은 외부 고압직경(28)으로부터의 인터페이스 치수 △R의 대략 1/3에 생긴다. 실의 저압 측(29)로 방출되는 이 압력유체의 경우에, 이 유체는 상당한 흐름저항을 발생하는 천형 그로브영역(33)을 1차로 통과해야 하며, 또한, 비교적 넓은 댐 또는 랜드(51)에 걸쳐서 흘러야 한다. 따라서 실링 유체가 장치의 저압측으로 방출되는 것을 방해하여 바람직한 유체영학역의 확산을 허용하는 동시에 저압측으로의 실링유체 누출율을 제어 및 수용가능 하게 한다.
그로브부분(33)이 그로브(44)에 의해 그 내단부에 형성된 경우, 상기 그로브(44)의 근처에서 원주상 압력을 효과적으로 등화시킨다. 따라서, 랜드(41)가 있을때 이웃한 앵글그로브(34) 사이에서 발생된 유체압력장이 사실상 균일한 크기로 원주상에서 유지된다. 압력 유체는 그로브(34,44)를 점유하므로, 원주상 방향의 실링면의 왜곡을 방지하여, 작은 누출로 작은 유체정역학 면 분리를 제공하는 동시에, 거의 제로회전속도에서 면 접촉을 제거하거나 최소화시킨다.
유체정격학 상태에서 환상그로브(44)에 걸쳐 고압 유체가 존재하므로, 츄체가 랜드(51)를 너머 저압측(29)으로 방사상으로 유출하는 때의 압력 강하는 실링면에 원주상 연장하는 균일한 압력구배를 생성해서 랜드(51)의 영역에서 실링의 원주상 왜곡을 최소화시키며, 상술한 바와 같이 실링이 웨비 원주상 연장 구성으로 변형되는 경향을 최소화시킨다. 그러나, 유체역학 상태하에서, 그로브 영역(33)은 완전속도에서의 동작동안 그에 걸리는 실링유체를 제어해서 최소로 누출시킨다.
제6~9도를 참조해서, 다른 실시예를 설명한다. 특히, 제6~9도는 제2~5도에 대응하며, 매부에 형성된 변형 그로브장치를 가지는 실링링(119)용 실링면을 예시하는 것이 다르며, 상기 링(119)은 제2~5도의 링과 동일한 방식으로 전체 실 어셈블리와 협동한다.
제6~9도에 도시된 대응 부품은 제2~5도와 동일한 번호를 사용하지만 "100"이 추가된다.
제6도에 있어서, 내부에 형성된 그로브장치(131)를 가지는 실링링(119)의 실링면(118)이 예시된다. 그로브장치(131)는 면(118)의 방사상 외부에 일차로 위치한 제1그로브 패턴(132)을 포함하며, 이 패턴은 실인터페이스(27)(제1도)에서 유체정역학 및 유체역학역을 제공하지만, 유체역학역을 제공하는 일차원이되므로, 여기서는 유체역학 영역으로 참조한다.
상기 그로브장치(131)는 또한 그로브패턴(132)에 방사상 내방으로 위치한 제2그로브패턴(133)을 포함하며, 이 패턴은 또한 면(118)의 중앙 방사영역에 위치하는데, 상기 영역은 인터페이스 직경(128,129) 모두로부터 방사상 이격진 영역이다.
상기 그로브패턴(133)은 거의 제로속도의 상태에서 대향 실링면 사이의 유체정역학역을 제공하는 기능을 한다. 상기 그로브패턴(132,133)은 통상의 제조기법으로 면(118)내에 형성된다.
유체역학 그로브 패턴(132)을 고려하면, 이 패턴은 둘레에서 균일한 각도로 이격진 관계로 면(118)내에 형성된 복수개의 앵글그로브(134)로 형성된다.
이들 그로브(134)는 모두 굽져서 외경(128)으로부터 방사상 내방으로 개방되는데, 원주상 방사상 내방으로 돌출하고, 실링면의 원주상 방사상방향과 관련하여 앵글된 관계를 가지는 방식을 갖는다. 그로브(134)가 외경(128)을 가로지르는 그 중심선(136)으로 표시한 바와같이, 상기 그로브(134)는 상기 외경(128)과 점선으로 관련된 예각에서 상기 외경(128)의 내방으로 개방되며, 상기 예각은 거의 15° 근처이다.
각각의 앵글그로브(134)는 한쌍의 측 즉, 에지벽(137,138)으로 형성되며, 그로브(134)의 내단부는 면링의 중심점(0) 주위에서 발생된 반경 l24에서 형성되며, 다소 가파른 쇼울더(142)에서 중단하는데, 상기 반경R4는 외부 그로브 패턴(132)의 그로브(134)에 대한 그로브 직경을 형성한다. 각 그로브(134)를 형성하는 대향측벽(137,38)은 상기 그로브가 방사상 내방으로 비스듬할때 서로와 관련하여 모여진다. 이들 측벽(137,138)은 직선, 원형 아크 또는 환상프로필을 가지는 상이한 구성을 가질수 있다. 환상 또는 원형 마크로 형성될때 대향 벽(138)은 도면 구성을 가진다.
양호한 실시예에 있어서, 상기 대향 측면(137,138)은 원형 구성을 가지면, 다른 중심점을 가지는 다른 반경으로 양호히 형성된다.
예를들면, 제7도를 참조하면, 그로브(134')의 형 측면(138')은 제1중심점(C1)을 가지는 제1반경에서 발생되며, 인접 그로브(134)의 철형 측면(137)은 제1 중심점(C1)을 주위로 스윙하는 제2반경에서 생겨서, 이 제2반경이 인접한 한쌍의 그로브(134,134')의 연부(137 및 138')를 분리시키는 수직거리만큼 제1반경을 초과한다. 이로써, 랜드가 링의 중심을 향해 방사상 내방으로 비스듬하게 될때 연부(137',138') 사이에 형성된 랜드(41)는 일정한 횡단폭 가진다.
유사한 방식으로, 그로브(134)의 요면 연부(138)는 또한 상기 제1반경 주위에서 생기는데, 상기 제1반경은 제1중심점 C1으로부터 이격진 제12중심점 C2주위에서 발생되며, 비슷하게, 다음 그로브(134")의 철면연부(137")는 제2중심점 C2 중심점 C2 주위에서 스윙하는 제2반경 C2주위에서 발생되며, 이로써 연부(138,137") 사이의 랜드(141)가 그 사이에서 동일 일정한 횡단 치수를 가지는데, 이 랜드가 링의 중심을 향해 내방으로 굽지는 경우이다. 두개의 중심점 자체는 중심(0)의 동심인 원상에 위치하며, 모든 그로브가 동일한 방식으로 생긴다.
그로브(134) 각각은 그로브 패턴(133)과 관련하여 사실상의 깊이를 가지며, 이 깊이는 제8도의 그로브(134)의 평탄 바닥벽(139)으로 예시된다.
실선(139)로 도시한 양호한 실시예의 그로브 깊이는 그로브(134) 전체에 걸쳐서 균일하다. 그러나 그로브(134)는 깊이가 길이에 걸쳐서 변하는 데이퍼 구성의 길이를 가지며, 이는 제8도에 점선(139a,139b)으로 나타낸 변화로서 예시된다.139a의 그로브 바닥벽과 관련하여, 상기 그로브는 방사상 내단부에서 최소깊이를, 방사상 외단부에서 최대 깊이를 가지며, 이 방사상 내단부의 깊이가 그 내단부에서 큰 쇼올더 즉, 벽(42)을 생성하기에 충분하다. 또한, 139a의 이러한 변화로서, 그 길이에 걸쳐서 그로브 중심부의 그로브의 평균깊이는 바닥벽(139)로 도시된 그로브의 균일한 깊이에 대응한다. 이러한 테이퍼 변화부(139a)에 있어서, 방사상 외단부의 그로브의 깊이는 유체역학역을 최소화 시키기에 충분한 깊이를 가진다. 이후 거의 효과는 보다 중앙에 위치한 면링의 영역에서 그로브(134)의 내단부에 인접하여 생기며, 면링 중앙부에 대해 큰 압력을 인가하는데 매우 효과적이어서 동작시 발생하는 전형적인 열왜곡(크라부닝)에 대항하게 된다.
제8도의 바닥(139b)로 예시된 그로브(134)의 다른 테이퍼 변화부와 관련하여, 이 변화부에서 그로브(134)는 방사상 외단부에서 가장 얕으며 쇼울더(142)에 이웃한 방사상 내단부에서 가장 깊다. 상기 가장 얕은 부분은 유체의 그로브의 영역을 없애도록 되어, 상기 영역에서 유체역학효과를 최소화시켜서 면링의 중앙부에 가까이서 큰 압력이 나타나게 되며, 동작시 발생하는 링의 왜곡에 대항해서 압력 저항을 증가시키는 성향을 갖는다.
유체정역학 그로브 패턴(133)을 고려하면, 이 그로브패턴은 그로브패턴(132)의 방사상 내방에 위치하며, 상당히 얕은 깊이를 가져서 상당한 유체역학 효과를 가지는 것을 방지한다. 상기 유체정역학 그로브패턴(133)은 중심점(0)와 관련하여 동심으로 실링면(118)내에 형성된 얕은 환상그로브(144)로 일차로 형성된다. 이 환상 그로브(144)는 깊이 그로브(134)의 내단벽(142)으로부터 방사상 내방으로 이격진 관계에 위치하며, 내부 환상벽(146)과 외부환상벽(147)사이에 형성된다. 상기 벽(146)은 반경 R3로 효과적으로 형성되며, 환상 평형랜드(151)의 외경을 형성하는데, 후자는 저압 즉, 인터페이스 직경(129, 즉 반경 R2)와 그로브벽 직경(146, 즉 반경 R3)사이에 형성된다. 이 환상랜드(151)는 그로브에 구속되지 않으며, 그에 걸리는 실링유체의 직경(29)에서 형성된 저압영역으로의 흐름을 상당히 제한하는 댐으로서 기능한다.
이 실시예에 있어서, 그로브 패턴(133)은 일련의 얕은 소통 그로브 또는 통로(152)을 포함하며, 이 통로는 환상 그로브(144)와 앵글형 깊은 그로브(134)의 방사상 내단부 사이에서 연장한다. 상기 통로(152)는 상기 그로브(144)에 직접 접속된 방사상 내단부를 가지며 방사방향을 따라 방사상 외방으로 돌출하여서 그 내단부가 깊은 그로브(134)의 각각의 내단부와 소통한다.
이 통로(152)는 그로브(144)의 얕은 깊이와 거의 동일한 얕은 깊이를 가지며, 그 방사상 외단부에서 그로브(134)의 단부벽(142)를 통해 소통하며, 이 소통이 그로브(134)의 방사상 내단부가 통로(152)의 깊이보다 상당히 깊으므로 가파른 스텝 또는 쇼울더로 표시된다.
또한, 통로(152)는 그로브 단부벽(142)의 길이의(원주상 측정) 작은 부분인 상당히 작은 폭(원주상 측정)을 가지는데, 이폭은 상기 단부벽(142)의 약 1/4을 지나지 않는다. 또한, 통로(152)는 그 하단부에 인접한 그로브 단부벽(142)을 통해 양호하게 개방되며, 상기 단부는 상기 그로브(143)의 압력유체의 흐름에 관련하여, 상부에 배치되며 벽(142)의 상단부가 측벽(137)의 철면측에 접속된 단부이다. 제7도처럼 통로(152)의 소통을 위한 위치관계가 그로브(134)의 폐쇄단부에서 효과적으로 형성된 하부영역(153)을 형성하게 되며, 이 하부영역(153)이 상기 통로(152)와 직접소통하지 않아서 실 동작시 상당한 유체역학압이 전개되게 된다.
내단벽(142)으로부터 환상 그로브(144)의 방사상 내 간격과 접속통로(152)의 존재로, 패드 즉, 랜드(154)가 형성되며, 이 패드는 랜드(141)의 방사상 내방에서 돌출하여, 외부 그로브 벽(147)에서 효과적으로 종단하는데, 이 랜드(154)는 인접 통로(152) 사이에서 원주상 연장된다. 각각의 랜드(154)는 벽(147,142)사이에 방사상으로 형성된 일부분을 포함하여, 결합된 랜드(141) (154)가 V-형 구성을 가진다.
상기 그로브(144) 벽(146,147) 사이에 형성된 다소 좋은 방사상폭을 가지며, 통상 거의 1/16인치 또는 그 이하이다.
유효 면 영역인 랜드(154)가 있고, 실링면(118)의 중앙 반경 영역내에 상기 랜드가 있고 상기 랜드를 가로지르는 최소 횡단치수가 비교적 큰 사실과 합해져서 그들사이에서 유체를 포획하는데 효과적이며, 비교적 고속회전에서의 동작시 트러스트 베어링 효과를 나타낼수 있다. 즉, 고속유도 발진 및 진동으로 갭폭에 있어서의 변화를 제한하는데 효과적인 스퀴즈 막 효과가 상기 랜드(154)에서 생긴다.
그로브(134,144)의 깊이와 관련하여, 그로브(134)는 환상 그로브의 깊이의 수배이며, 환상그로브(144)의 길이의 5 내지 10배에 있는 깊이를 가진다. 특히, 깊은 그로브(134)는 통상 0.0001 내지 0.001인치의 평균 깊이를 가지지만, 보다 실질적인 최대 깊이는 0.0001 인치 내지 0.0003인치에 있는 것이 바람직하다. 얕은 환상 그로브는 통상 0.0001 내지 0.0008 인치의 깊이를 가지지만, 약 0.0002 내지0.0005인치에 있는것이 바람직하다. 그로브(144)의 깊이는 양호하게 원주상에 걸쳐 균일하다. 통로(152)는 그로브(144)와 동일한 깊이를 가진다.
깊은 그로브(134) 얕은 그로브(144,152) 및 랜드(151) 사이의 반경 위치 관계와 관련하여, 이 관계는 고압 반경(128 반경 R1)과 저압 반경(129: 반경 R2)사이에서 측정된 실인터페이스의 반경폭 △R과 관련하여 결정된다. 유체역학 그로브 패턴(132)은 반경 치수△R의 약 방사상 외방의 1/4 내지 1/3을 점유하며, 랜드(151)는 △R의 방사상 내방의 1/4 내지 1/3을 점유하며, 유체정역학 그로브패턴(133)은 원하는데로 방사상으로 축소 확장될 수 있어서, 어디서든 △R의 중간 1/4 내지 중간 1/2을 점유해서 면 중앙 영역의 유체압을 최적으로 하여 열효과로 인해 통상의 동작에서 생기는 왜곡 및 크라우닝에 대해 저항을 증가시킨다.
동작시, 외경(l28)을 에워싸는 고압유체가 그로브(134,144)로 유입되지만, 랜드 또는 댐(151)에 의해 반경 내방으로의 흐름이 제한된다. 상기 그로브내의 압력 유체는 인터페이스 영역(27, 제1도)을 거쳐 대향 실링면(117,118) 사이의 작은 분리 또는 효과적 언로딩에 영향을 주는 충분한 유체정역학압을 생성해서 대향실링면 사이에 유체정역학역이 생성된다. 이 힘은 특히 바람직한데, 이는 얕은 환상 그로브(144)의 존재로 인해 실인터페이스(27)의 전체 중안 반경영역둘레에 사실상 환상으로 균일하게 분포하기 때문에, 따라서 대향 실링면(117, 118)사이에 균일한 압력 로딩 즉, 갭이 생긴다. 이로써 실링면의 웨버패턴으로의 원주상 왜곡 경향이 제거 또는 크게 감소된다.
작지만, 제어된 량의 실링 유체가 댐 즉 랜드(151)을 넘어 저압측(128)으로유입되지만, 환상 그로브(144)가 있으므로, 랜드(151)가 균일하게 원주상으로 방사상 연장되어, 상기 랜드(l51)를 엄어가는 유체의 구배가 원주상으로 균일해져서, 실링면이 원주상으로 왜곡되는 경향을 최소화시킬 수 있다. 유체정역학역이 있으면실링링면(117, 118)사이의 마찰 접촉을 최소화시켜서 실하우징(111) 또는 회전축(112)에 실링면 마찰을 전달하는 구조 요소에 부과된 응력을 감소시키고, 회전개시시 대향 상대회전실링면(117,118) 사이의 직접적인 마찰 접촉을 상당히 감소 또는 제거하므로써 실의 시동을 크게 촉진시킨다.
실 장치가 고속회전으로 동작하므로, 그로브(134)의 고압유체가 영역(133)과 랜드(141)을 효과적으로 펌프아웃되어 대향면(117, 118) 사이의 갭 또는 간격의 치수를 증가시켜서 실링면사이에 비교적 고속회전을 가능케 하는 동시에 그 사이의 직접적인 마찰 접촉을 제거 또는 회소화시킨다. 그러나 상기 후자의 상태에서 대향 실링면(117,118) 사이에서 형성된 유체압력 프로필(즉 유체역학역)은 인접 그로브 영역(132,133)사이에서 원주상 위치된 단벽(142)의 근처에서 고압을 받는다.
실의 저압 측(129)로 방출되는 이 압력유체의 경우에, 이 유체는 상당한 흐름저항을 발생하는 천형 그로브영역(133)을 1차로 통과해야 하며 또한 비교적 넓은 댐 또는 랜드(151)에 걸쳐서 흘러야 한다. 따라서 실링 유체가 장치의 저압측으로 방출되는 것을 방해하여 바람직한 유체영학역의 확산을 허용하는 동시에 저압측으로의 실링유체 누출율을 제어 및 수용가능 하게 한다.
깊은 그로브(134)의 컨버징 폐쇄 단부로부터 상부에 소통통로(152)를 위치시키므로써, 영역(183) 이 보다 효과적으로 폐쇄되어, 고압영역을 생성하게 되며, 이로써 유효 유체 역학압이 랜드(141,154)의 인접 영역에 생성되어 고속 동작상태에서 실링면(117, 118) 사이에서 소정의 갭이 유지된다.
그로브부분(133)이 그로브(144)에 의해 그 내단부에 형성된 경우, 상기 그로브(144)의 근처에서 원주상 압력을 효과적으로 등화시킨다. 따라서, 랜드(141)가 있을때 이웃한 앵글그로브(134) 사이에서 발생된 유체 압력장이 사실상 균일한 크기로 원주상에서 유지된다. 압력 유체는 그로브(134,144)를 점유하므로, 원주상 방향이 실링면의 왜곡을 방지하여, 작은 누출로 작은 유체정역학 면 분리를 제공하는 동시에, 거의 제로회전속도에서 면 접촉을 제거하거나 최소화시킨다.
유체정격학 상태에서 환상그로브(144)에 걸쳐 고압 유체가 존재하므로, 츄체가 랜드(151)를 너머 저압측(129)으로 방사상으로 유출하는 때의 압력 강하는 실링면에 원주상 연장하는 균일한 압력구배를 생성해서 랜드(151)의 영역에서 실링의 원주상 왜곡을 최소화시키며, 상술한 바와 같이 실링이 웨비 원주상 연장 구성으로 변형되는 경향을 최소화시킨다. 그러나, 유체역학 상태하에서 그로브 영역(133)은 완전속도에서의 동작동안 그에 걸리는 실링유체를 제어해서 최소로 누출시킨다.
예시한 실시예는 얕은 소통 통로, 그로브(152)를 통해 깊은 그로브(134)와 직접 소통하는 환상그로브(144)를 가진 얕은 그로브 장치(133)을 설명하였지만, 상기 환상 그로브(144)가 상기 실을 에워싸는 고압유체와 소통하도록 다른 소통통로가 제공될 수 있다. 예를들면, 고압 직경(128)과 소통하도록 그리고 실링면(118)로부터 후방으로 이격진 관계로 실링(119)의 방사상 내방으로 돌출하게 몇개의 보어가 제공될 수 있는데, 이 반경 보어들은 축 방향 보어와 단독으로 소통되며, 이 축방향 보어는 그로브(141)의 바닥과 반경보어 사이에서 단독으로 소통한다.
양호하게, 상기 축 방향보어는 환상 그로브(l44) 둘레에서 원주상이격진 위치에 제공되며, 이러한 장치로서, 둘레의 고압유체가 환상 그로브(144)와 단독으로 소통하며, 동시에 상기 유체는 깊은 그로브(134)와도 소통하는데, 이 경우, 소통그로브(152)는 생략된다.
그러나, 이 후자의 변형은 제조에 있어서 매우 고가인 것으로 인식되므로 통로(152)등의 면소통 통로를 사용하는 것보다 신뢰성이 적다.
지금까지 외경에서 위치한 것을 설명했으며, 이는 사용조건에서 가장 흔하게 직면하는 것으로, 내경이 고압 영역에 있다면, 그로브 패턴이 내경으로부터 방사상으로 연장될 수 있다.
지금까지 본 발명의 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 설명했으나, 당업자라면 본 발명의 사상 및 영역을 이탈치 않는 범위내에서 본 발명을 여러가지로 변형 실시할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 고압 및 저압영역상에서 유체 실링을 생성하도록 하우징과 회전 축 사이에서 연동하는 유체 실장치에 있어서,
    회전축과의 회전을 위해 상기 회전축상에 장착된 제1실링링 및
    상기 제1실링링과 인접하여 배치되며, 상기 하우징폭에 비회전적으로 장착된 제2실링링 및 실링면 중 한면상에 형성되며, 가압된 유체가 상기 실링면 사이에 놓여서 상기 면 사이의 작은 간격을 생성하도록 고압 영역과 소통하는 그로브패턴을 구비하며,
    상기 제1 및 제2실링링은 그위에서 사실상 축방향으로 인접한 대향한 제1 및 제2평탄, 환상의 실링면을 각기 형성해서, 그면 사이에서 방사상으로 연장하는 환상 실 인터페이스를 형성하며, 각각 고압 및 저압 영역과 소통하는 고압 및 저압 직경으로 이루어지는데, 상기 실링링 중 하나는 축방향 이동가능하며, 다른 실링링를 향해 축 방향으로 구속되며,
    상기 그로브 패턴은 상기 제1 및 제2실링링이 상대적으로 회전할때 대향한 실링면 사이에서 유체 역학 유체실을 생성하는 상기 실인터페이스의 고압 직경에 인접하여 배치된 제1그로브 수단을 구비하며,
    상기 그로브 패턴은 상기 제1 및 제2 실링면이 사실상 고정될때 상기 대향 실링면 사이에서 유체적역학 유체실을 생성하는 상기 제1 그로브 수단으로부터 방사상으로 배치된 제2그로브 수단을 구비하며,
    상기 하나의 실링면이 상기 저압 직경과 상기 제2그로브수단 사이에서 방사상으로 연장하는 환상 비-그로브 평탄랜드를 위에 형성하며,
    상기 제1 그로브 수단이 상기 하나의 실링면 주위에서 균일한 각으로 이격진 관계로 배치된 복수의 제1그로브를 포함하며, 이 제1그로브는 상기 고압직경으로부터 원주상 방사상 돌출하도록 각이지고, 내단부에서 종단하며,
    상기 제2그로브수단은 각각의 실링에 대해 동심으로 상기 하나의 실링면상에 형성된 얕은 환상 그로브를 포함하며, 이 환상 그로브는 상기 제1 그로브의 내단부에 방사상 인접하게 배치되며, 상기 제1그로브의 내단부와 개방상태로 유체 소통하며, 그에 원주상으로 접속하게 배치되며,
    상기 환상 랜드의 반경 경계를 형성하며, 상기 제1그로브는 상기 환상 그로브의 깊이에 수배이상인 평균깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1그로브의 내단부는 상기 환상그로브의 반경 경계벽에서 직접종단하며, 이 벽을 통해 개방되는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1그로브는 고압직경으로부터 상기 환상그로브의 반경경계까지 돌출 할때 점차로 감소하는 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  4. 제3항에 있어서,
    내단부에 인접한 상기 그로브는 상기 얕은 환상 그로브의 깊이와 사실상 동일한 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고압영역과 상기 얕은 환상 그로브 사이에서 소통하는 실링에 형성된 소통통과수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소통통과수단은 상기 얕은 환상 그로브와 상기 제1그로브의 내단부에서 방사상 연장하며, 상기 하나의 실링면 상에 형성되어 상기 환상 그로브와 제1그로브상이에서 직접소통을 제공하는 얕은 소통그로브를 포함하며, 상기 얕은 환상그로브의 깊이와 유사한 크기를 갖는 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소통 그로브는 상기 제1그로브의 폭의 작은 부분인 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 소통그로브는 상기 환상 그로브와 소통하는 한단부를 가지며, 상기 제1그로브 중 하나와 소통하는 다른 다른단부를 갖도록 방사상으로 연장하는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1그로브의 한단부는 가파른 댐형 벽을 형성하며, 상기 소통 그로브의 다른 단부는 각각의 제1그로브로의 압력유체의 흐름과 관련하여 상류측에 있는 댐형 벽의 한단부와 인접한 위치에서 각각의 제1그로브의 내단부와 직접 소통하는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1그로브쪽으로 개방되는 상기 소통 그로브는 그 내단부에서 상기 제1그로브의 깊이의 작은 부분인 깊이를 가져서 상기 댐형벽이 상기 소통그로브가 댐형 벽을 통해 개방되는 가파른 스텝을 생성하는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1그로브는 0.0001 내지 0.001 인치의 평균깊이를 가지며, 상기 제1그로브의 깊이는 상기 얕은 환상 그로브의 깊이의 약 5내지 10배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 유체실장치
  12. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 얕은 환상 그로브는 0.00001 내지 0.00008 인치의 깊이를 가지며, 상기 제1 그로브는 상기 환상 그로브의 깊이에 최소한 수배이상인 평균 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  13. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실링 유체는 가스인 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  14. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1그로브 각각은 고압직경으로부터 원주상, 방사상 내방으로 돌출할때 서로 집중되는 제1 및 제2 측면 연부 사이에 형성되며, 상기 하나의 제1그로브의 제1측면연부는 인접한 상기 제1그로브의 인접 제2측면연부와 병렬로 연장하며, 그 연부들 사이에서 상기 제1그로브의 세로 연장부를 통해 일정한 폭을 가지는 평탄 랜드를 형성하는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
  15. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1그로브 각각은 고압직경으로부터 원주상, 방사상 나방으로 돌출할때 서로 모이는 제1 및 제2측면연부 사이에 형성되며, 상기 제1 및 제2 측면연부모두는 평탄하게 굴곡진 구성을 가지는데, 한 면부는 요면구성을 가지며, 다른 연부는 철면구성을 가지는 것을 특징으로 하는 유체설장치.
  16. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고 및 저압직경은 각각 외부 및 내부 방사상 이격 직경으로 형성되며, 상기 제1그로브는 상기 외경으로부터 방사상 내방으로 돌출하며, 그 내단부는 상기 외경과 내경 사이에서 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유체실장치.
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