KR100369928B1

KR100369928B1 - 비접촉형 메카니컬시일

Info

Publication number: KR100369928B1
Application number: KR10-2000-0046927A
Authority: KR
Inventors: 후세토시히코; 오쿠마치에이지
Original assignee: 니폰 필라고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2003-01-29
Also published as: KR20010050076A; DE60042188D1; US6431551B1; JP2001056058A; JP3354524B2; EP1079156B1; EP1079156A1

Abstract

본 발명의 비접촉형 메카니컬시일에 있어서는, 회전밀봉고리(6)의 외주면 (21a)과 스프링리테이너(5)의 유지부(13)의 내주면(13a)과의 사이에 한 쌍의 O링 (22,22)으로 밀봉된 환형 공간(23)을 형성하고, 회전밀봉고리(6)에 밀봉단면 (3a, 6a)사이와 환형 공간(23)을 연통하는 밀봉가스도입로(24)를 형성하고 있다. 정압발생홈(15)에 공급된 밀봉가스(8)는 밀봉가스도입로(24)로부터 환형 공간(23)에 도입되어, O링(22, 22)을 그 상기 내외주면(13a, 21a)으로의 압접력을 높이도록 변형시킨다. 그 결과, 회전밀봉고리(6)가 유지부(13)에 O링(22, 22)을 통해 강력하게 고정되어 뉴매틱 해머에 의한 회전밀봉고리(6)의 진동이 방지된다.

Description

비접촉형 메카니컬시일{NON-CONTACTING TYPE MECHANICAL SEAL}

본 발명은 독성가스, 가연성가스, 폭발성가스, 분체혼입가스 등의 각종 가스를 취급하는 터빈, 블로, 컴프레서, 교반기, 로터리밸브 등의 회전기기에서 적합하게 사용되는 정압형의 비접촉형 메카니컬시일에 관한 것이다.

종래 이러한 종류의 비접촉형 메카니컬시일으로서, 밀봉케이스에 고정된 정지밀봉고리와, 회전축에 설치된 스프링리테이너와, 정지밀봉고리와 스프링리테이너와의 사이에 배치되어, 회전축에 이것과의 사이를 O링에 의해 2차밀봉된 상태로 축선방향으로 이동가능하게 끼워넣어져 유지된 회전밀봉고리와, 정지밀봉고리를 관통해서, 양 밀봉고리의 대향단면인 밀봉단면사이에 밀봉되는 유체보다 고압의 밀봉가스를 공급하는 밀봉가스공급로와, 회전밀봉고리와 스프링리테이너와의 사이에 끼워져 회전밀봉고리를 정지밀봉고리로 눌러 힘을 가하는 스프링부재를 구비하고, 양 밀봉단면을 그 사이에 공급된 밀봉가스에 의해 비접촉상태로 유지시키면서 상대 회전시킴으로써, 그 상대회전부분의 내외주측 영역인 밀봉되는 유체영역과 밀봉되지 않는 유체영역(일반적으로, 대기영역임)을 밀봉하도록 구성된 것이 있다.

이러한 구성의 비접촉형 메카니컬시일에 있어서는, 밀봉단면사이에 밀봉가스에 의한 정압의 유체막이 형성되고, 이 유체막의 존재에 의해, 양 밀봉단면이 미소한 간극을 둔 비접촉상태로 유지된다. 그리고, 밀봉단면사이에 공급되는 밀봉가스가 밀봉되는 유체보다 고압이므로, 밀봉가스는 상대회전하는 밀봉단면사이에서 밀봉되는 유체영역 및 밀봉되지 않는 유체영역으로 누설하지만, 밀봉되는 유체는 밀봉단면사이에 칩입하지 않고, 밀봉되는 유체의 밀봉되지 않는 유체영역으로의 누설을 완전하게 저지할 수 있다. 따라서, 밀봉되는 유체가 독성가스, 가연성가스, 폭발성가스 등과 같이 기기외부로 누설하는 것을 회피해야 할 회전기기에 있어서도, 적합하게 축밀봉을 행할 수 있다.

이러한 정압형의 비접촉형 메카니컬시일에 있어서는, 밀봉가스공급로로부터 밀봉단면사이에 공급되는 밀봉가스가 압축성의 것인 점으로부터, 밀봉단면사이에 이르는 밀봉가스 유동경로에는, 소위 뉴매틱 해머라고 불리는 자여(自勵)진동이 불가피하게 발생한다. 그 결과, 밀봉케이스에 고정되어 있는 정지밀봉고리에 대한 문제는 없지만, 회전축에 O링을 통해 끼워넣어 유지되어 있는 것에 지나지 않는 회전밀봉고리에 대해서는, 상기 자여진동에 의해 밀봉단면사이의 간극과 동일한 정도로 또는 그 이하의 미소한 진폭으로 진동하게 된다. 이러한 회전밀봉고리의 진동은 상기 비접촉형 메카니컬시일의 밀봉기능자체에는 특별히 악영향을 미치는 것은 아니지만, 진동음을 발생하기 때문에 방지해 두는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 뉴매틱 해머에 의한 회전밀봉고리의 진동을 가급적으로 방지할 수 있는 정압형의 비접촉형 메카니컬시일을 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 비접촉형 메카니컬시일의 한 예를 나타낸 종단측면도이다.

도 2는 도 1의 주요부분의 확대도이다.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선의 종단정면도이다.

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선의 종단배면도이다.

(부호의 설명)

1…비접촉형 메카니컬시일 2…밀봉케이스

3…정지밀봉고리 4…회전체

3a…정지밀봉단면(정지밀봉고리의 밀봉단면) 5…스프링리테이너

6…회전밀봉고리 7…스프링부재

6a…회전밀봉단면(회전밀봉고리의 밀봉단면) 8…밀봉가스

9…밀봉가스 공급기구 10…방진기구

13…유지부 13a…유지부의 내주면

14…O링

15…정압발생홈(밀봉가스공급로)

15a…원호상 오목홈(밀봉가스공급로)

16…연통공간(밀봉가스공급로)

17…케이스측 통로(밀봉가스공급로)

18…밀봉고리측통로(밀봉가스공급로)

19…수축기 21…O링홈

21a…O링홈의 바닥면(회전밀봉고리의 외주면)

21b…O링홈의 외측벽면 22…O링

23…환형 공간

24…밀봉도입로

24a…밀봉도입로의 일단부(일단 개구부)

24b…밀봉도입로의 타단부(타단 개구부)

A…대기영역(비밀봉 유체영역) G…피밀봉 유체영역

본 발명의 비접촉형 메카니컬시일은 밀봉케이스(1)에 고정된 정지(靜止)밀봉고리(3)와, 회전축(4)에 설치된 스프링리테이너(5)와, 정지밀봉고리(3)와 스프링리테이너(5)사이에 배치하고, 회전축(4)에 이것과의 사이를 2차밀봉된 상태에서 축선방향으로 이동가능하게 끼워유지된 회전밀봉고리(6)와, 정지밀봉고리(3)를 관통하는 밀봉가스공급로(15, 16, 17, 18)로부터 양 밀봉고리(3, 6)의 대향단면인 밀봉단면(3a, 6a)사이로 밀봉되는 유체보다 고압의 밀봉가스(8)를 공급하는 밀봉가스공급기구(9)와, 회전밀봉고리(6)와 스프링리테이너(5)사이에 끼워져 회전밀봉고리(6)를 정지밀봉고리(3)로 눌러 힘을 가하는 스프링부재(7)를 구비해서, 양 밀봉단면(3a, 6a)을 그 사이에 공급된 밀봉가스(8)에 의해 비접촉상태로 유지시키면서 상대회전시킴으로써, 그 상대회전부분의 내외주측 영역인 밀봉되는 유체영역(G)과 비(非)밀봉되지 않는 유체영역(A)을 밀봉하도록 구성된 것이고, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 특히, 스프링리테이너(5)에 회전밀봉고리(6)의 외주부를 둘러싸는 원통형상의 유지부(13)를 형성하고, 회전밀봉고리(6)의 외주부에 형성한 환형 O링홈(21)에, 축선방향으로 병렬하는 한 쌍의 O링(22)을 결합유지해서, 회전밀봉고리(6)와 스프링리테이너(5)의 유지부(13)와의 대향하는 주면(13a, 21a)사이에 양 O링(22)으로 밀봉된 환형 공간(23)을 형성하고, 회전밀봉고리(6)에 밀봉단면(3a, 6a)사이와 상기 환형 공간(23)을 연통하는 밀봉가스도입로(24)를 형성하고 있다.

바람직한 실시형태에 있어서는, 밀봉가스(8)로서는, 밀봉되는 유체영역(G) 및 밀봉되지 않는 유체영역(A)으로 유출해도 무해하고 또한 기내가스인 밀봉되는 유체에 악영향을 미치지 않는 성상의 것을, 밀봉조건에 따라 적절하게 선정한다. 일반적으로는, 밀봉가스(8)로서 각종 물질에 대해서 불활성이고 또한 인체에 무해한 청정의 질소가스가 사용된다. 환형 공간(23)을 밀봉하는 O링(22)으로서는, 천연고무, 합성고무 등의 비압축성 탄성재로 구성된 것이 사용된다.

밀봉가스도입로(24)는 회전밀봉고리(6)를 관통하고 있고, 일단부(24a)가 회전밀봉단면(6a)에 개구하는 동시에 타단부(24b)가 상기 환형 공간(23)에 개구하고 있는 것이고, 밀봉가스도입로(24)의 일단개구부(24a)는 정압발생홈(15)에 직접적으로 대향하고 있고, 그 개구부(24a)의 지름(D)은 정압발생홈(15)의 홈폭(W)과 동일하거나 또는 작게 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이 지름(D)은 보다 정확하게는, 회전밀봉고리(6)의 지름방향에 있어서의 상기 개구부(24a)의 길이를 의미한다. 상기 개구부(24a)가 원형을 이루지 않는 경우가 있기 때문이다.

상기 밀봉가스공급로는, 정지밀봉고리(3)의 밀봉단면(3a)에 형성된 정압발생홈(15)과, 정지밀봉고리(3)와 밀봉케이스(2)와의 사이에 형성된 연통공간(16)과, 밀봉케이스(2)를 관통해서 연통공간(16)에 이르는 케이스측 통로(17)와, 정지밀봉고리(3)를 관통해서 연통공간(16)으로부터 정압발생홈(15)에 이르는 밀봉고리측 통로(18)로 이루어지고, 이 밀봉가스공급로에는 수축기(19)가 설치된다. 수축기(19)로서는, 오리피스, 모세관, 다공질부재 등이 사용된다.

바람직한 실시형태에 있어서, 상기 정압발생홈(15)은 정지밀봉단면(3a)과 동심의 환형을 이루어 병렬하는 복수의 원호형상 오목홈(15a)으로 구성되어 있고, 각 원호상 오목홈(15a)의 홈폭 및 홈깊이는 일정하고, 원호상 오목홈(15a)상호간에 존재하는 정지밀봉단면부분(15b)의 둘레방향길이(L)는 정압발생홈(15)의 홈폭 즉 원호상 오목홈(15a)의 홈폭(W)과 동일 또는 대략 동일한 치수로 설정된다.

밀봉가스공급원으로부터 밀봉가스공급로에 공급되는 밀봉가스(8)의 압력(Ps)은 이하의 실시형태의 설명에 있어서 서술하는 이유로부터, 수축기(19)를 통해 정압발생홈(15)에 도입된 밀봉가스(8)의 압력(정압발생홈내에 있어서의 압력)(Pp)이 밀봉되는 유체압력(Pg)보다 0.5∼1.5bar높아지도록 제어해 두는 것이 바람직하다. 즉, 밀봉가스(8)의 공급압력(Pa)을 밀봉되는 유체압력(Pg)보다 1∼3bar높아지도록 유지시켜 두는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도 1∼도 4에 근거해서 구체적으로 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 전후는 도 1에 있어서의 좌우를 나타낸 것으로 한다.

이 실시형태에 있어서의 비접촉형 메카니컬시일(1)은 도 1에 나타내듯이, 밀봉케이스(2)에 고정된 정지밀봉고리(3)와, 회전기기의 회전축(4)에 끼워맞춤 고정부착된 스프링리테이너(5)와, 회전축(4)에 축선방향(전후방향)으로 이동가능하게 끼워져 유지된 회전밀봉고리(6)와, 회전밀봉고리(6)를 정지밀봉고리(3)로 눌러 힘을 가하는 스프링부재(7)와, 양 밀봉고리(3, 6)의 대향단면인 밀봉단면(3a, 6a)사이에 밀봉가스(8)를 공급하는 밀봉가스공급기구(9)와, 회전밀봉고리(6)의 진동을 방지하는 방진기구(10)를 구비해서, 양 밀봉고리(3, 6)의 대향단면인 밀봉단면(3a, 6a)을 비접촉상태로 상대회전시킴으로써, 그 상대회전부분의 내주측영역인 밀봉되는 유체영역(G)과 외주측 영역인 밀봉되지 않는 유체영역(A)을 밀봉하도록 되어 있다. 또, 밀봉되는 유체영역(G)은 회전기기안에 연이어 통하는 기내영역이고, 밀봉해야 할 기내가스(밀봉되는 유체)가 충만하고 있다. 또, 밀봉되지 않는 유체영역(A)은 회전기기밖의 대기영역이다.

밀봉케이스(2)는 원통형상의 것이고, 회전축(4)이 동심상으로 관통하는 상태이고, 그 후단부를 회전기기의 하우징(도시생략)에 부착한 것이다.

정지밀봉고리(3)는 둥근고리형상체이고, 도 1에 나타내듯이, 회전축(4)에 동심상으로 헐겁게 끼워진 상태에서 밀봉케이스(2)의 내주부에 끼워맞춤고정되어 있다. 정지밀봉고리(3)의 전단면인 밀봉단면(이하 「정지밀봉단면」이라함)(3a)은, 축선에 직교하는 환형 평활면에 구성되어 있다. 정지밀봉고리(3)의 후단부와 회전축(4)과의 사이에는 주지의 래버린스시일(11)이 설치되어 있다. 이 래버린스시일(11)은 도 1에 나타내듯이 정지밀봉고리(3)의 내주면에 회전축(4)의 외주면에 근접한 상태에서 축선방향으로 병렬하는 복수의 환형 공간(11a…)이 돌출해서 이루어진다.

스프링리테이너(5)는 둥근고리형상체이고, 도 1에 나타내듯이, 정지밀봉고리(3)의 전방위에 배치해서 회전축(4)에 끼워맞춤 고정부착되어 있다.이 스프링리테이너(5)의 내외주가장자리부에는, 원통형상의 O링 걸림부(12) 및 원통형상의 유지부(13)가 후방을 향해서 동심상으로 돌출형성되어 있다.

회전밀봉고리(6)는 도 1에 나타내듯이, 그 후단면인 밀봉단면(이하 「회전밀봉단면」이라 함)(6a)을 축선에 직교하는 환형 평활면으로 형성한 원통형상체이고, 정지밀봉고리(3)와 스프링리테이너(5)와의 사이에 배치해서, 회전밀봉고리(6)의 내주면과 회전축(4)의 외주면과의 사이에 O링(14)을 충전한 2차밀봉상태에서, 회전축(4)에 축선방향으로 이동가능하게 끼워유지되어 있다. 또, 회전밀봉고리(6)는 그 전단부로 돌출한 회전정지핀(150)을 스프링리테이너(5)에 뚫은 결합구멍(160)에 삽입통과해서 결합시킴으로써, 일정범위에서의 축선방향으로의 이동이 허용된 상태에서, 회전축(4) 내지 스프링리테이너(5)에 대한 상대회전을 저지하고 있다.

스프링부재(7)는 도 1에 나타내듯이, 스프링리테이너(5)와 회전밀봉고리(6)사이에 끼워진 복수의 코일스프링(1개만 도시)으로 구성되어 있고, 회전밀봉고리(6)를 정지밀봉고리(3)로 눌러 힘을 가하는 것이고, 밀봉단면(3a, 6a)사이를 폐쇄하는 방향으로 작용하는 폐쇄력을 발생시키는 것이다.

밀봉가스공급기구(9)는 도 1∼도 3에 나타내듯이, 밀봉케이스(2) 및 정지밀봉고리(3)에 형성된 일련의 밀봉가스공급로(15, 16, 17, 18)와 그 부분에 설치한 수축기(19)를 구비해서, 밀봉되는 유체의 압력(Pg)보다 고압의 밀봉가스(8)를 밀봉단면(3a, 6a)사이에 공급시킴으로써, 밀봉단면(3a, 6a)사이에 이것을 개방하는 방향으로 작용하는 정압(개방력)을 발생시키도록 되어 있다.

밀봉가스공급로는 정지밀봉단면(3a)에 형성된 정압발생홈(15)과, 정지밀봉고리(3)의 외주면과 밀봉케이스(2)의 내주면과의 사이에 형성되는 환형의 연통공간(16)과, 밀봉케이스(2)를 관통해서 연통공간(16)에 이르는 케이스측 통로(17)와, 정지밀봉고리(3)를 관통해서 연통공간(16)으로부터 정압발생홈(15)에 이르는 밀봉고리측 통로(18)로 이루어진다. 정압발생홈(15)은 정지밀봉단면(3a)과 동심상의 환형을 이루어 연속 또는 단속하는 얕은 오목홈이고, 이 예에서는 후자를 채용하고 있다. 즉, 정압발생홈(15)은 도 3에 나타내듯이, 정지밀봉단면(3a)과 동심의 환형을 이루어 병렬하는 복수의 원호형상 오목홈(15a…)으로 구성되어 있다. 각 원호형상 오목홈(15a)의 홈폭(W) 및 홈깊이는 일정하다. 보다 구체적으로는, 정지밀봉단면(3a)에 동일형상을 이루는 4개의 원호형상 오목홈(15a…)을 등간격(L)을 두어 형성하고 있고, 인접하는 각 원호형상 오목홈(15a, 15a)의 상호간의 정지밀봉단면부분(이하 「홈간랜드부분」이라 함)(15b)의 둘레방향길이(L)는 정압발생홈(15)의 홈폭(W)과 동일 또는 대략 동일의 치수로 설정되어 있다. 연통공간(16)은 밀봉케이스(2)와 정지밀봉고리(3)와의 대향주면사이에 장전한 O링(20, 20)에 의해 밀봉되어 있다. 밀봉고리측 통로(18)의 하류단부는 분기되어 있고, 그 각 분기부를 도 3에 나타내는 바와 같이, 정압발생홈(15)을 구성하는 각 원호형상 오목홈(15a)에 개구(18a)시키고 있다. 케이스측 통로(17)의 상류단부는 소정의 밀봉가스공급원(도시생략)에 접속되어 있고, 밀봉가스(8)를 케이스측 통로(17), 연통공간(16) 및 밀봉고리측 통로(18)로부터 정압발생홈(15)에 공급하도록 되어 있다. 밀봉가스(8)로서는 각 영역(G, A)으로 유출해도 무해하고 또한 기재가스인 밀봉되는 유체에 악영향을 미치지 않는 성상의 것을 밀봉조건에 따라 적절하게 선정한다. 이 예에서는, 각종 물질에 대해서 불활성이고 또한 인체에 무해한 청정한 질소가스가 사용되고 있다. 또, 밀봉가스(8)는 회전기기의 운전중(회전축(4)의 구동중)에 있어서만 공급되고, 운전정지후에는 공급이 정지된다. 회전기기의 운전은 밀봉가스(8)의 공급이 개시된 후로서, 밀봉단면(3a, 6a)사이가 적절한 비접촉상태로 유지된 후에 개시되고, 밀봉가스(8)의 공급정지는 상기 회전기기의 운전정지후에 회전축(4)이 완전하게 정지한 후에 행해진다.

수축기(19)는 오리피스, 모세관, 다공질부재 등의 수축기능을 갖는 것이고, 도 1에 나타내듯이, 밀봉고리측 통로(18)의 부분(원호형상 오목홈(15a…)에 연이어 통하는 분기부분보다 상류측 부분)에 설치되어 있다.

이렇게 해서, 밀봉가스(8)를 정압발생홈(15)에 공급하면, 정압발생홈(15)에 도입된 밀봉가스(8)에 의해, 밀봉단면(3a, 6a)사이에 이것을 개방하는 방향으로 작용하는 개방력이 발생한다. 이 개방력은 밀봉단면(3a, 6a)사이에 도입된 밀봉가스(8)에 의해 발생하는 정압에 의한 것이다. 따라서, 밀봉단면(3a, 6a)는 이 개방력과 밀봉단면(3a, 6a)사이를 폐쇄하는 방향으로 작용하는 스프링부재(7)에 의한 폐쇄력(스프링하중)의 균형이 유지되는 비접촉상태로 유지된다. 즉, 정압발생홈(15)에 도입된 밀봉가스(8)는 밀봉단면(3a, 6a)사이에 정압의 유체막을 형성하고, 이 유체막의 존재에 의해, 밀봉단면(3a, 6a)의 내외주측 영역(G, A)사이가 차폐되어 밀봉된다. 밀봉가스(8)의 압력 및 스프링부재(7)의 스프링력(스프링하중)은 밀봉단면(3a, 6a)사이의 간극이 적정(일반적으로, 5∼15㎛임)이 되도록, 밀봉조건에 따라 적절하게 설정된다. 그런데, 밀봉가스(8)는 수축기(19)에서 좁혀진 후에 정압발생홈(15)에 도입되므로, 밀봉단면(3a, 6a)의 간극이 변동한 경우에도, 그 간극이 자동적으로 조정되어 적정하게 유지된다. 즉, 회전기기의 진동 등에 의해 밀봉단면(3a, 6a)의 간극이 커졌을 때에는, 정압발생홈(15)으로부터 밀봉단면(3a, 6a)사이에 유출하는 밀봉가스량과 수축기(19)를 통해 정압발생홈(15)에 공급되는 밀봉가스량이 불균형하게 되어, 정압발생홈(15)안의 압력이 저하해서, 개방력이 폐쇄력보다 작아지므로, 밀봉단면(3a, 6a)사이의 간극이 작아지도록 변화해서, 그 간극이 적정한 것으로 조정된다. 반대로, 밀봉단면(3a, 6a)사이의 간극이 작아졌을 때에는, 상기한 바와 같은 수축기(19)에 의한 수축기능에 의해 정압발생홈(15)안의 압력이 상승해서, 개방력이 폐쇄력보다 커지고, 밀봉단면(3a, 6a)사이의 간극이 커지도록 변화해서, 그 간극이 적정한 것으로 조정된다.

그런데, 밀봉가스공급원으로부터 케이스측 통로(17)에 공급되는 밀봉가스(8)의 압력(이하「밀봉가스압력」이라함)(Ps)은 다음과 같은 이유에서, 수축기(19)를 통해 밀봉고리측 통로(18)로부터 정압발생홈(15)에 도입된 밀봉가스(8)의 압력(각 원호형상 오목홈(15a)안에 있어서의 압력이고, 이하「포켓압력」이라함)(Pp)이 밀봉되는 유체압력(Pg)보다 0.5∼1.5bar높아지도록(Pg+0.5bar≤Pp≤Pg+1.5bar), 제어해 두는 것이 바람직하다. 즉, 정지밀봉단면(3a)에 있어서의 각 홈간랜드부분(15b)의 둘레방향길이(L)는 전술한 바와 같이 정압발생홈(15)의 홈폭(원호형상 오목홈(15a)의 홈폭)(W)과 동일 또는 대략 동일의 치수로 설정되지만, Pp＜Pg+0.5bar이면, 밀봉단면(3a, 6a)사이에 형성되는 밀봉가스(8)에 의한 유체막의 압력분포가 홈간 랜드부분(15b)에 대응하는 부분에서 크게 변동해서, 홈간 랜드부분(15b)에 대응하는 부분에 있어서의 유체막압력이 밀봉되는 유체압력(Pg)보다 저하해서, 홈간 랜드부분(15b)과 회전밀봉단면(6a)과의 사이에서 기내가스가 밀봉되지 않는 유체영역(대기영역)(A)으로 누설할 우려가 있다. 또, Pp＞Pg+1.5bar이면, 밀봉단면(3a, 6a)으로부터 밀봉되는 유체영역(G)으로의 밀봉가스의 누설량이 필요이상으로 증대한다. 따라서, 이 예에서는, 포켓압력(Pp)을 상기한 바와 같이 Pg+0.5bar≤Pp≤Pg+1.5bar로 유지하기 위해, 밀봉가스압력(Ps)을 밀봉되는 유체압력(Pg)보다 1∼3bar높아지도록(Pg+1bar≤Ps≤Pg+3bar) 설정되어 있다. 이 밀봉가스압력(Ps)은 상기 회전기기의 운전중(회전축(4)의 회전중)에 있어서 기내압력인 밀봉되는 유체압력(Pg)이 변동하지 않은 경우나 변동해도 그 변동폭이 작은 경우에는 상기 조건(Pg+0.5bar≤Pp≤Pg+1.5bar, Pg+1bar≤Ps≤Pg+3bar)을 만족하는 범위에서 일정하게 유지된다. 한편, 운전중에 있어서의 밀봉되는 유체압력(Pg)의 변동폭이 큰 경우에는, 밀봉가스압력(Ps)을 일정하게 유지하고 있었던 것으로는 상기 조건을 만족하지 않는 사태가 발생하므로, 밀봉되는 유체압력(Pg)의 변동에 따라 상기 조건을 만족하도록 밀봉가스압력(Ps)을 조정제어하도록 해 두는 것이 바람직하다. 이러한 조정제어에는 차압 제어밸브 등을 사용하는 주지의 제어시스템에 의해 용이하게 행할 수 있다. 물론, 밀봉되는 유체압력(Pg)의 변동폭이 작은 경우에도, 밀봉가스압력(Ps)을 밀봉되는 유체압력(Pg)의 변동에 따라 조정제어하도록 해도 좋다. 또, 상기한 압력(Pg, Pp, Ps)는 어느것이나, 대기압에 대한 게이지압(bar)이다.

방진기구(10)는 도 1 및 도 2에 나타내듯이, 회전밀봉고리(6)의 외주부를 둘러싸는 스프링리테이너(5)의 유지부(13)와, 회전밀봉고리(6)의 외주부에 형성한 한 쌍의 환형 O링홈(21, 21)과, 각 O링홈(21)에 결합유지되어 축선방향으로 병렬하는 한 쌍의 O링(22, 22)과, 회전밀봉고리(6)와 스프링리테이너(5)의 유지부(13)의 대향둘레면사이에 형성되고 또한 O링(22, 22)으로 밀봉된 환형 공간(23)과, 회전밀봉고리(6)에 형성된 복수의 밀봉가스도입로(24…)로 이루어진다.

각 O링(22)은 합성고무, 천연고무 등의 비압축성 탄성재로 구성된 것이고, O링홈(21)의 바닥면(21a)과 유지부(13)의 내주면(13a)과의 사이에 적당하게 압축된 상태(회전밀봉고리(6)의 축선방향으로의 이동을 방해하지 않는 상태)에서 충전되어 있고, 환형 공간(23)의 축선방향 양 단부를 밀봉하고 있다. 이 예에서는 각 O링(22)으로서, 상기한 것외에 O링(14, 20)과 동일한 바이톤제의 것을 사용하고 있다.

각 밀봉가스도입로(24)는 도 1 및 도 2에 나타내듯이, 회전밀봉고리(6)를 관통하고 있고, 일단부(24a)가 회전밀봉단면(6a)에 개구하는 동시에 타단부(24b)가 환형 공간(23)에 개구하고 있다. 각 밀봉가스도입로(24)의 일단개구부(24a)는 도 2 및 도 4에 나타내듯이, 정압발생홈(15)에 직접적으로 대향하는 원형을 이루고 있고, 그 직경(보다 정확하게는 회전밀봉고리(6)의 지름방향에 있어서의 길이)(D)은 정압발생홈(15)의 홈폭(원호상 오목홈(15a)의 홈폭)(W)과 동일하거나 또는 작게 설정되어 있다(D≤W). 각 밀봉가스도입로(24)의 타단개구부(24b)는 O링홈(21, 21)사이 즉 O링(22, 22)사이에 위치되어 있다. 이 예에서는, 원호상 오목홈(15a…)과 동일수(4개)의 밀봉가스도입로(24…)를 회전밀봉고리(6)의 둘레방향으로 등간격을 두고 설치되어 있다. 즉, 이들 양 단부(24a…) 및 (24b…)는 회전밀봉고리(6)의 둘레방향으로 균등한 간격을 둔 위치에서 회전밀봉단면(6a) 및 회전밀봉고리(6)의 외주면에 개구되어 있다.

이러한 방진기구(10)가 설치된 비접촉형 메카니컬시일(1)에 있어서는, 정압발생홈(15)에 공급된 밀봉가스(8)에 의해 밀봉단면(3a, 6a)사이가 적당한 비접촉상태로 유지되는 동시에, 밀봉단면(3a, 6a)사이에 공급된 밀봉가스(8)가 밀봉가스도입로(24…)로부터 환형 공간(23)에 도입되어, 환형 공간(23)안이 밀봉단면(3a, 6a)사이의 압력과 동일하게 유지된다. 따라서, 각 O링(22)은 환형 공간(23)안의 밀봉가스(8)에 의해 O링홈(21)의 외측의 벽면(21b)로 눌려짐으로써, 회전밀봉고리(6)의 축선방향으로 압축된다. 그 결과, 각 O링(22)이 비압축성 탄성재로 구성된 것인 점으로, 회전밀봉고리(6)의 외주면(O링홈(21)의 바닥면(21a)) 및 이것에 대향하는 스프링리테이너(5)의 유지부(13)의 내주면(13a)으로의 각 O링(22)의 압접력이 증대하고, 회전밀봉고리(6)는 스프링리테이너(5)의 유지부(13)의 내주면에 O링(22, 22)을 통해 강력하게 고정되게 된다.

따라서, 수축기(19)를 지나 정압발생홈(15)으로부터 밀봉단면(3a, 6a)사이에 이르는 밀봉가스유동경로에 있어서 뉴매틱해머(자여진동)가 발생하지 않고, 이것에 의해 회전밀봉고리(6)가 진동하는 일이 없고, 일반적으로 「울림」이라고 불리는 진동음이 발생하는 일이 없다.

또, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기본원리를 벗어나지 않는 범위에서 적절하게 개량, 변경할 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 밀봉단면(3a, 6a)의 상대 회전부분의 외주측 영역이 밀봉되는 유체영역으로 되고 또한 그 내주측 영역이 밀봉되지 않는 유체영역 내지 대기영역으로 되는 구성의 비접촉형 메카니컬시일에도 상기한 경우와 마찬가지로, 적합하게 적용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 정압형 비접촉형 메카니컬시일에 의해, 뉴매틱 해머에 의한 회전밀봉고리의 진동을 가급적으로 방지할 수 있다.

Claims

밀봉케이스(1)에 고정된 정지밀봉고리(3); 회전축(4)에 설치된 스프링리테이너(5); 상기 정지밀봉고리(3)와 상기 스프링리테이너(5)사이에 배치되고, 회전축 (4)에 이것과의 사이를 2차밀봉시킨 상태에서 축선방향으로 이동가능하게 끼워져 유지되는 회전밀봉고리(6); 상기 정지밀봉고리(3)를 관통하는 밀봉가스공급로(15, 16, 17, 18)로부터 상기 두 밀봉고리(3, 6)의 대향단면인 밀봉단면(3a, 6a)사이로 밀봉되는 유체보다 고압의 밀봉가스(8)를 공급하는 밀봉가스공급기구(9); 및 상기 회전밀봉고리(6)와 상기 스프링리테이너(5)와의 사이에 끼워져 상기 회전밀봉고리(6)를 상기 정지밀봉고리(3)로 눌러 힘을 가하는 스프링부재(7)를 구비하고,

상기 두 밀봉단면(3a, 6a)을 그 사이에 공급된 밀봉가스(8)에 의해 비접촉상태로 유지시키면서 상대회전시킴으로써, 그 상대회전부분의 내주 및 외주측 영역인 밀봉되는 유체영역(G)과 밀봉되지 않는 유체영역(A)을 밀봉하도록 구성되어 있고,

상기 스프링리테이너(5)에 상기 회전밀봉고리(6)의 외주부를 둘러싸는 원통형상의 유지부(13)를 형성하고,

상기 회전밀봉고리(6)의 외주부에 형성한 환형 O링 홈(21)에, 축선방향으로 병렬하는 한 쌍의 O링(22)을 결합유지해서, 상기 회전밀봉고리(6)와 상기 스프링리테이너(5)의 유지부(13)의 대향하는 주면(13a, 21a)사이에 한쌍의 O링(22)으로 밀봉된 환형 공간(23)을 형성하고,

상기 회전밀봉고리(6)에 밀봉단면(3a, 6a)사이와 상기 환형 공간(23)을 연통하는 밀봉가스도입로(24)를 형성하고,

상기 한쌍의 O링 (22)의 내경을 동일하게 형성하거나 동일 형상으로 형성함으로써 상기 한쌍의 O링 (22) 에 작용하는 밀봉가스 (8)에 의한 압력이 동일한 크기를 가지고 작용방향이 반대로 되어 서로 상쇄되도록 하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 메카니컬시일.
제1항에 있어서, 상기 밀봉가스공급로는 상기 정지밀봉고리(3)의 밀봉단면 (3a)에 형성된 정압발생홈(15); 상기 정지밀봉고리(3)와 밀봉케이스(2)와의 사이에 형성된 연통공간(16); 상기 밀봉케이스(2)를 관통해서 상기 연통공간(16)에 이르는 케이스측 통로(17); 및 상기 정지밀봉고리(3)를 관통해서 상기 연통공간(16)으로부터 상기 정압발생홈 (15)에 이르는 밀봉고리측 통로(18)로 이루어지고, 상기 밀봉가스공급로에는 수축기(19)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉형 메카니컬시일.
제2항에 있어서, 상기 정압발생홈(15)은 정지밀봉고리의 밀봉단면(3a)과 동심의 환형 고리를 이루어 병렬하는 복수의 원호상 오목홈(15a)으로 구성되어 있고, 각 원호상 오목홈(15a)의 홈폭 및 홈깊이는 일정하며, 원호상 오목홈(15a)상호간에 존재하는 정지밀봉단면부분인 홈 사이의 랜드부분(15b)의 둘레방향 길이(L)는 원호상 오목홈(15a)의 홈폭(W)과 동일 또는 거의 동일한 치수로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉형 메카니컬시일.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 밀봉가스공급로에 공급되는 밀봉가스(8)의 압력(Ps)은 밀봉되는 유체의 압력(Pg)보다 1∼3bar높은 것을 특징으로 하는 비접촉형 메카니컬시일.
제4항에 있어서, 수축기(19)를 통해 정압발생홈(15)에 도입된 밀봉가스(8)의 압력(Pp)은 밀봉되는 유체압력(Pg)보다 0.5∼1.5bar높은 것을 특징으로 하는 비접촉형 메카니컬시일.
제2항 또는 제3항에 있어서, 밀봉가스도입로(24)는 회전밀봉고리(6)를 관통하고 있고, 일단부(24a)가 회전밀봉단면(6a)에 개구하는 동시에 타단부(24b)가 상기 환형 공간(23)으로 개구하고 있는 것이며, 상기 밀봉가스도입로(24)의 일단의 개구부(24a)는 정압발생홈(15)에 직접적으로 대향하고 있고, 상기 개구부(24a)의 직경(D)은 정압발생홈(15)의 홈폭(W)과 동일하거나 또는 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉형 메카니컬시일.
제1항에 있어서, 상기 O링(22)은 비압축성 탄성재로 구성된 것을 특징으로 하는 비접촉형 메카니컬시일.