KR101370773B1 - 메카니컬 씰 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 임펠러가 장착된 펌프의 샤프트 외측에 삽입상태로 고정 결합되는 회전밀봉링, 샤프트 외측에 삽입 배치된 상태로 펌프의 하우징 내측에 고정 결합되는 커버본체, 커버본체에 삽입 설치되는 탄성부재, 탄성부재의 길이방향 일단에 고정 결합되며, 탄성부재의 탄성력에 의해 회전밀봉링과 접촉하게 되는 고정밀봉링을 포함하는 메카니컬 씰을 제공한다.
이와 같은, 메카니컬 씰은, 회전밀봉링과 고정밀봉링을 맞닿은 상태로 유지하도록 탄성 가압시키는 탄성부재가 회전하지 않도록 펌프의 하우징에 고정 결합된 커버본체에 설치된 바, 탄성부재로의 샤프트 회전에 의한 진동 전달이 억제되면서 고정밀봉링과 회전밀봉링의 면접촉상태를 안정적으로 유지되게 함으로서 펌프의 하우징 내 유체가 샤프트로 유입되는 것을 안정적으로 차단하게 된다.

Description

메카니컬 씰{The mechanical seal}

본 발명은 메카니컬 씰에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펌프의 하우징 내 유체가 샤프트로 유입되는 것을 차단시키는 메카니컬 씰에 관한 것이다.

일반적으로, 펌프는 모터의 동력을 이용하여 임펠러를 고속으로 회전시켜 유체를 펌핑하는 장치이다. 이러한, 상기 펌프는 크게 유체의 흡입구와 토출구가 형성된 하우징, 상기 하우징 일측에 구비되는 모터, 및 상기 모터의 샤프트에 결합되어 고속회전하는 임펠러로 구성되며, 상기 샤프트가 상기 하우징을 관통하는 곳에서는 상기 샤프트와 상기 하우징 사이에 작은 간격이 형성된다. 따라서, 상기 펌프로 유입된 유체는 토출구로 나가는 과정에서 상기 샤프트와 상기 하우징 사이의 틈을 통해 누수될 수 있는데, 이러한 누수를 막기 위하여 축봉장치가 설치된다. 상기 축봉장치에는 대표적으로 글랜드 패킹(Gland packing)과 메카니컬 씰(Mechanical Seal)이 있다.

상기 글랜드 패킹은 패킹과 샤프트 간에 상대운동이 있어 마찰과 마모가 발생한다. 유체의 누출을 고려하여 글랜드를 강하게 조일 때에는 일시적으로 누출은 정지하지만 마찰 때문에 기계적 동력 손실은 증가하여 샤프트와 패킹은 모두 발열 및 마모를 일으키고, 이렇게 하여 패킹의 조임을 더욱 강하게 조이는 것을 반복하게 되어 수명을 단축시키게 된다. 반대로 마찰을 줄이기 위하여 글랜드를 덜 조일 때는 누출이 허용한도를 넘어 패킹의 기능이 발휘되지 않는다. 따라서 상기 글랜드 패킹으로는 유체의 누출을 완전히 방지하기는 불가능하다.

상기 메카니컬 씰은 면 접촉식 밀봉장치로, 샤프트와 함께 회전하는 회전자와 하우징에 고정된 고정자를 밀착시켜 유체의 누출을 방지한다. 상기 회전자와 고정자의 접촉면, 즉, 씰면(Seal face)은 마찰이 생겨도 항상 밀착되도록 회전자의 일 단부가 샤프트의 길이방향으로 이동가능하게 설치되며, 그 뒤쪽에서 탄성부재가 탄성 가압하게 된다. 도 1을 참조하면, 메카니컬 씰은, 펌프의 샤프트(2)에 외삽된 상태로 펌프 하우징(1) 내부에 고정 결합되는 고정자(10)와, 상기 샤프트(2)에 고정되게 외삽설치하여 상기 샤프트(14)에 대응되게 회전하는 회전자(20)로 구성된다.

여기서, 상기 회전자(20)는 상기 샤프트(2)에 장착되는 한 쌍의 원통형상을 가지는 밀봉링(21)과, 상기 한 쌍의 밀봉링(21) 사이에 배치되어 적어도 어느 하나의 상기 밀봉링(21)을 탄성 가압하는 탄성부재(30)를 구비한다. 여기서, 상기 밀봉링(21) 중 하나는 상기 샤프트(2)에 대하여 축방향으로 이동가능하게 설치되며, 이러한, 상기 샤프트(2)에 축방향으로 이동가능하게 설치되는 상기 밀봉링(21)은 상기 고정자(10)와 미끄럼가능하게 면접촉하게 된다. 이때, 상기 밀봉링(21)을 탄성 가압하는 탄성부재(30)는 스프링이나 벨로우즈로 적용할 수 있다.

그러나, 종래의 메카니컬 씰은, 상기 하우징(1) 내부에 유입된 유체가 상기 탄성부재(30)와 접촉하면서, 상기 유체의 압력이 상기 탄성부재(30)에 가해지면서 상기 탄성부재(30)에 의한 상기 고정자(10)와 상기 회전자(20)의 균일한 면접촉상태를 방해하여 안정적인 씰링이 어렵게 된다. 더불어, 상기 유체에 포함된 각종 슬러지가 상기 탄성부재(30)에 부착될 경우, 상기 회전자(20)를 안정적으로 탄성 가압할 수 없게 되면서 씰링효과가 반감되는 문제점이 있다.

이러한, 문제점을 해결하고자 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-0970466호(2010.07.08)에 메카니컬 씰용 보호커버를 선출원한 바 있다.

그러나, 선출원된 메카니컬 씰용 보호커버는, 상기 샤프트(2)의 회전에 대응되게 상기 탄성부재(30)로 회전함으로 인해 진동에 의한 상기 탄성부재(30)의 요동이 발생하면서 상기 탄성부재(30)와 상기 밀봉링(21)의 균일한 면접촉상태를 방해하게 된다. 따라서 상기 탄성부재(30)의 탄성력에 의한 상기 고정자(10)와 상기 회전자(20)의 균일한 면접촉상태를 방해되면서 안정적인 씰링이 어렵게 되는 문제점이 있다.

본 발명은, 탄성부재의 요동을 억제하여 안정적인 씰링상태를 유지되게 하는 메카니컬 씰을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 임펠러가 장착된 펌프의 샤프트 외측에 삽입상태로 고정 결합되는 회전밀봉링, 상기 샤프트 외측에 삽입 배치된 상태로 상기 펌프의 하우징 내측에 고정 결합되는 커버본체, 상기 커버본체에 삽입 설치되는 탄성부재, 상기 탄성부재의 길이방향 일단에 고정 결합되며, 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 회전밀봉링과 접촉하게 되는 고정밀봉링을 포함하는 메카니컬 씰을 제공한다.

또한, 상기 탄성부재의 길이방향 타단은 상기 커버본체의 일측에 고정 결합될 수 있다.

또한, 상기 커버본체는, 내측에 상기 탄성부재가 삽입 배치되도록 양단이 개구된 관 형상을 가지는 베이스와, 상기 베이스의 일단으로부터 상기 베이스의 내측방향으로 절곡되게 연장 형성되어, 상기 탄성부재의 길이방향 타단이 걸림상태로 안착 배치되게 하는 안착단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 탄성부재의 외경 크기는 상기 커버본체의 내경 크기에 대응될 수 있다.

본 발명에 따른 메카니컬 씰은, 회전밀봉링과 고정밀봉링을 맞닿은 상태로 유지하도록 탄성 가압시키는 탄성부재가 회전하지 않도록 펌프의 하우징에 고정 결합된 커버본체에 설치된 바, 탄성부재로의 샤프트 회전에 의한 진동 전달이 억제되면서 고정밀봉링과 회전밀봉링의 면접촉상태를 안정적으로 유지되게 함으로서 펌프의 하우징 내 유체가 샤프트로 유입되는 것을 안정적으로 차단하게 된다.

도 1은 일반적인 메카니컬 씰의 설치상태 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 메카니컬 씰의 설치상태 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 메카니컬 씰의 설치상태 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 메카니컬 씰은, 회전밀봉링(100), 커버본체(200), 탄성부재(300), 고정밀봉링(400)을 구비한 상태로 펌프의 하우징(10) 내부에 배치된다. 이러한, 일실시예에 따른 상기 메카니컬 씰은 상기 하우징(10) 내부를 통과하는 샤프트(20)를 감싸면서, 상기 하우징(10)과 상기 샤프트(20) 사이의 공간을 밀폐시킨다.

상기 회전밀봉링(100)은 상기 샤프트(20) 외측에 삽입 배치된 상태로 고정 결합되는 실링부재이다. 즉, 상기 회전밀봉링(100)은 상기 샤프트(20)의 외측에 삽입 배치되도록 중공을 가지는 링 구조로 형성되며, 상기 샤프트(20)에 회전에 대응되게 회전하도록 설치된다.

이러한, 상기 회전밀봉링(100)은 상기 샤프트(20)의 축방향으로 이동하지 않도록 상기 샤프트(20)에 고정 배치된 상태로 이후 설명될 고정밀봉링(400)의 일측과 맞닿도록 배치되면서 상기 하우징(10) 내측의 유체가 상기 샤프트(20)로 유입되는 것을 방지하게 된다.

그리고, 상기 회전밀봉링(100)의 내주면에는 적어도 하나의 오링(110)을 삽입 구비하여 상기 샤프트(20) 외측과 상기 회전밀봉링(100) 사이를 통해 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

상기 커버본체(200)는 상기 샤프트(20)의 회전에 따른 이후 설명될 탄성부재(300)의 요동이 발생함을 억제함과 더불어 상기 하우징(10) 내 유체가 탄성부재(300)로 유입되는 것을 억제시키는 부분이다. 이러한, 상기 커버본체(200)는 상기 샤프트(20) 외측에 삽입 배치되도록 중공을 가지는 관 형상을 가진다. 그리고, 상기 커버본체(200)의 외측 부분은 상기 펌프의 하우징(10) 내측에 고정상태로 결합 설치된다. 즉, 상기 커버본체(200)는 양단이 개구된 관 형상을 가지는 베이스(210)와, 상기 베이스(210)의 일단으로부터 상기 베이스(210) 내측방향으로 절곡되게 연장 형성된 안착단(220)을 포함한다. 여기서, 상기 베이스(210)의 내측으로 이후 설명될 탄성부재(300)가 삽입 배치되며, 상기 베이스(210)의 외측면은 상기 펌프의 하우징(10) 내측에 고정 결합된다. 그리고, 상기 안착단(220)은 상기 베이스(210) 내측에 삽입 배치된 탄성부재(300)의 단부가 걸림상태로 안착 배치될 수 있게 지지하게 된다. 이때, 상기 베이스(210)와 상기 펌프의 하우징(10) 사이에는 유체의 누설을 안정적으로 방지할 수 있도록 오링(211)을 삽입 구비할 수도 있음은 물론이다.

이같이, 상기 커버본체(200)는 상기 샤프트(20) 외측에 삽입 배치된 상태로 상기 펌프의 하우징(10)에 고정 결합되는 바, 이후 설명될 탄성부재(300)가 상기 샤프트(20)의 축방향으로만 탄성 신축되도록 가이드하고, 상기 탄성부재(300)가 상기 샤프트(20)의 축방향에 수직한 방향, 즉 상하방향으로 요동하는 것을 억제하게 된다. 이러한, 상기 커버본체(200)의 베이스(210) 내경 크기는 이후 설명될 탄성부재(300)의 외경 크기에 대응되도록 형성함으로서, 상기 탄성부재(300)의 상하방향 요동을 더욱 안정적으로 방지할 수 있게 된다.

상기 탄성부재(300)는 이후 설명될 고정밀봉링(400)을 상기 회전밀봉링(100)과 맞닿은 상태로 유지되도록 고정밀봉링(400)을 탄성지지하게 된다. 즉, 상기 탄성부재(300)는 고정밀봉링(400)을 상기 회전밀봉링(100)과 면접촉되도록 탄성 가압하게 된다. 이러한, 상기 탄성부재(300)는 상기 커버본체(200)의 베이스(210) 내측에 삽입 설치된다. 그리고, 상기 탄성부재(300)의 삽입된 부분의 길이방향 단부, 즉, 상기 안착단(220)에 접촉되는 길이방향 타단은 상기 안착단(220)과 고정상태로 결합됨으로서, 상기 탄성부재(300)의 상하방향 요동을 안정적으로 방지하게 된다. 여기서, 상기 탄성부재(223)는 벨로우즈를 적용 사용하나 이에 한정하지 않고 탄성력을 가지는 부재를 선택 사용할 수 있음은 물론이다.

이러한, 상기 탄성부재(300)의 길이방향 일단에는 상기 회전밀봉링(100)과의 고정 결합을 위한 링 형상의 판 구조를 가지는 페이스부(310)가 결합 형성될 수 있다. 그리고, 상기 탄성부재(300)의 길이방향 타단에는 상기 커버본체(200)의 안착단(220) 및 상기 펌프의 하우징(10)과의 고정 결합을 위한 링 형상의 판 구조를 가지는 어댑터(320)가 결합 형성될 수 있다.

상기 고정밀봉링(400)은 상기 탄성부재(300)의 길이방향 일단, 즉 상기 회전밀봉링(100)에 대향되는 상기 탄성부재(300)의 단부에 고정 결합되는 실링부재이다. 즉, 상기 고정밀봉링(400)은 상기 샤프트(20)의 외측에 삽입 배치되도록 중공을 가지는 링 구조로 형성되며, 상기 샤프트(20)에 회전에 영향을 받지 않고 상기 탄성부재(300)에 고정 결합된다. 이같이, 상기 고정밀봉링(400)의 길이방향 일단은 상기 탄성부재(300)에 결합되며, 길이방향 타단은 상기 탄성부재(300)의 탄성가압에 의해 상기 회전밀봉링(300)에 맞닿도록 배치된다.

이러한, 상기 고정밀봉링(400)은 상기 탄성부재(300)의 길이방향 일단에 고정 결합된 상태로 탄성 지지되고 있는 바, 상기 탄성부재(300)의 탄성력에 의해 상기 샤프트(20)의 축방향으로 이동 가능하게 배치된다. 따라서, 상기 고정밀봉링(400)은 상기 탄성부재(300)의 탄성 가압에 의해 상기 회전밀봉링(100)에 맞닿도록 배치된 상태를 유지하게 됨으로서 상기 하우징(10) 내측의 유체가 상기 샤프트(20)로 유입되는 것을 안정적으로 방지하게 된다.

이와 같이, 일실시예의 메카니컬 씰은, 상기 회전밀봉링(100)과 상기 고정밀봉링(400)을 맞닿은 상태로 유지하도록 탄성 가압시키는 상기 탄성부재(300)가 회전하지 않도록 상기 펌프의 하우징(100)에 고정 결합된 상기 커버본체(200)에 설치된 바, 상기 탄성부재(300)로의 상기 샤프트(10) 회전에 의한 진동 전달이 억제되면서 상기 고정밀봉링(400)과 상기 회전밀봉링(100)의 면접촉상태를 안정적으로 유지되게 함으로서 상기 펌프의 하우징(10) 내 유체가 상기 샤프트(20)로 유입되는 것을 안정적으로 차단하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 회전밀봉링 200: 커버본체
210: 베이스 220: 안착단
300: 탄성부재 400: 고정밀봉링

Claims (4)

1. 임펠러가 장착된 펌프의 샤프트 외측에 삽입상태로 고정 결합되는 회전밀봉링과;
   상기 샤프트 외측에 삽입 배치된 상태로 상기 펌프의 하우징 내측에 고정 결합되는 커버본체와;
   상기 커버본체에 삽입 설치되는 탄성부재; 및,
   상기 탄성부재의 길이방향 일단에 고정 결합되며, 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 회전밀봉링과 접촉하게 되는 고정밀봉링을 포함하며,
   상기 탄성부재의 길이방향 타단은 상기 커버본체의 일측에 고정 결합되고,
   상기 커버본체는, 내측에 상기 탄성부재가 삽입 배치되도록 양단이 개구된 관 형상을 가지는 베이스와, 상기 베이스의 일단으로부터 상기 베이스의 내측방향으로 절곡되게 연장 형성되어, 상기 탄성부재의 길이방향 타단이 걸림상태로 안착 배치되게 하는 안착단을 포함하며,
   상기 탄성부재의 길이방향 일단에는 상기 회전밀봉링과 고정결합되는 링 형상의 판 구조를 가지는 페이스부가 결합 형성되고, 상기 탄성부재의 길이방향 타단에는 상기 커버본체의 안착단 및 상기 펌프의 하우징과 고정결합되는 링 형상의 판 구조를 가지는 어댑터가 결합 형성된 메카니컬 씰.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄성부재의 외경 크기는 상기 커버본체의 내경 크기에 대응되는 메카니컬 씰.
   

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