KR102088969B1

KR102088969B1 - 라비린스 씰 어셈블리

Info

Publication number: KR102088969B1
Application number: KR1020180126483A
Authority: KR
Inventors: 김준섭
Original assignee: 진영티비엑스(주)
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-03-16

Abstract

본 발명은 라비린스 씰 어셈블리에 관한 것으로써, 몸체부와 씨일부를 포함하여 이루어지며, 특히 상기 몸체부에는 압력 조절홈 및 연통공이 각각 추가로 형성됨과 더불어 상기 압력 조절홈은 몸체부의 외면으로 노출되지 않을 정도에 이르기까지만 형성되도록 하여 제조가 간단하게 이루어질 수 있도록 하면서도 제품 변형에 따른 불량 발생을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

라비린스 씰 어셈블리{Labyrinth seal assembly}

본 발명은 라비린스 씰 어셈블리에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 적절한 압력 유지를 위한 압력 조절이 원활히 이루어질 수 있도록 하면서도 제조 작업의 단순화를 이룰 수 있도록 구성한 새로운 형태에 따른 라비린스 씰 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 라비린스 씰(Labyrinth seal)은 미로(Labyrinth)처럼 만들어진 복잡한 형태를 통해 유체의 흐름과 압력을 떨어뜨리고 외부의 오염 물질이 베어링으로 넘어가지 못하도록 함으로써 베어링을 보호하는 역할을 하며, 더불어 베어링쪽의 윤활유가 외부로 누설되지 않도록 하는 부품이다.

이러한 라비린스 씰은 고온, 고속에 강한 성능을 요구하는 우주 항공용 엔진의 터빈 디스크에 주로 사용되고 있으며, 금속가공 및 전자조립 장비, 오일 및 가스 관련 장비, 발전 설비 등과 같은 다양한 분야에 사용되고 있다. 이에 관련하여는 등록특허 제10-0600922호, 공개특허 제10-2001-0112226호, 등록특허 제10-1329622호, 등록특허 제10-1507500호, 등록특허 제10-1442739호, 등록특허 제10-1548870호, 등록특허 제10-1572907호 등에 언급되고 있는 바와 같다.

상기한 선행기술들에 기재된 바와 같이 라비린스 씰의 구조는 그의 적용 부위에 따라 다양한 형태로 제공되며, 기본적으로는 금속 재질로 형성되면서 케이싱과 같은 고정체에 고정 설치되는 링 형의 몸체부와, 상기 몸체부에 고정되면서 상기 고정체 내의 회전체 사이에 대한 기밀 유지를 위한 씨일부를 포함하여 이루어진다.

한편, 전술된 라비린스 씰의 씨일부는 상기 몸체부와는 별개의 특수 시트로 제작된 후 상기 몸체부에 압입 고정됨으로써 일체형을 이루게 된다.

그러나, 전술된 종래 기술에 따른 라비린스 씰은 적절한 압력 유지를 위한 압력 조절이 어려웠고, 이러한 압력 조절의 수행을 위한 구조의 제조가 어려웠던 문제점이 있었다.

등록특허 제10-0600922호 공개특허 제10-2001-0112226호 등록특허 제10-1329622호 등록특허 제10-1507500호 등록특허 제10-1442739호 등록특허 제10-1548870호 등록특허 제10-1572907호

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 적절한 압력 유지를 위한 압력 조절이 원활히 이루어질 수 있도록 하면서도 제조 작업의 단순화를 이룰 수 있도록 구성한 새로운 형태에 따른 라비린스 씰 어셈블리을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 라비린스 씰 어셈블리에 따르면 외주면에는 고정체에 결합되는 돌출 결합단이 구비되고, 내주면에는 결합홈이 요입 형성되어 이루어진 몸체부; 상기 몸체부의 결합홈에 삽입 고정되면서 상기 고정체와 이 고정체 내에 회전 가능하게 설치되는 회전체 사이의 기밀을 유지하도록 제공되는 씨일부;를 포함하여 구성되며, 상기 몸체부의 결합홈에는 해당 결합홈의 길이 방향을 따라 압력 조절홈이 추가로 요입 형성됨과 더불어 상기 몸체부에는 상기 압력 조절홈 내에 이르기까지 연통되는 복수의 연통공이 관통 형성되며, 상기 압력 조절홈의 양 끝단은 상기 결합홈의 양 끝단에 이르지 않을 정도까지만 형성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 몸체부에 형성되는 결합홈은 해당 몸체부의 원주 방향을 따라 형성됨과 더불어 몸체부의 축 방향으로는 서로 이격되면서 복수로 형성되며, 상기 압력 조절홈은 각 결합홈 내에 각각 형성됨과 더불어 길이 방향측 양 끝단 부위는 끝단으로 갈수록 점차 요입 깊이가 얕아지게 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체부는 적어도 둘 이상이 합쳐져서 링 형상을 이루도록 이루어진 라운드형 구조로 형성되며, 상기 압력 조절홈의 양 끝단과 상기 몸체부의 양 끝단면 사이에는 상기 압력 조절홈이 형성되지 않은 비형성부위가 존재하도록 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 연통공은 상기 몸체부의 축방향측 어느 한 끝단면으로부터 각 압력 조절홈 모두가 서로 연통되기까지 관통 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합홈의 서로 마주보는 폭 방향측 두 벽면은 내측으로 갈수록 점차 내향 경사지면서 확장되거나 혹은, 라운드지게 형성되고, 상기 씨일부는 상기 결합홈 내에 압입되도록 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 라비린스 씰 어셈블리는 압력 조절홈과 연통공의 제공을 통한 씨일부의 압력 조절이 가능하며, 특히 상기 압력 조절홈은 몸체부의 끝단면에 이르기까지는 형성되지 않도록 구성함으로써 해당 압력 조절홈을 통한 압력 누설의 방지를 위해 수행하는 후작업(용접 작업 및 사상 작업)이 생략될 수 있게 된 효과를 가진다.

특히, 압력 조절홈이 몸체부의 끝단면에 이르기까지 형성될 경우 수행되는 용접 작업에 의한 고열의 영향에 의해 씨일부가 변형되는 등의 형상 불량 현상도 미연에 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리의 외관 구조를 설명하기 위해 서로 다른 방향에서 본 상태를 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도
도 5는 도 4의 “A”부 확대도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리의 어느 한 몸체부와 이에 결합되는 씨일부의 결합 구조를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도
도 7은 도 6의 “B”부 확대도
도 8은 도 6의 “C”부 확대도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리를 이루는 몸체부의 내면 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도
도 10은 도 9의 “C”부 확대도

이하, 본 발명의 라비린스 씰 어셈블리에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하도록 한다.

실시예의 설명에 앞서, 본 발명의 라비린스 씰 어셈블리는 관체로 이루어진 고정체(10)와, 샤프트와 같이 상기 고정체(10) 내에 회전 가능하게 설치되는 회전체(20) 사이에 구비되면서 상기 고정체(10)와 회전체(20) 사이의 틈새를 통한 이물질의 유입을 방지함과 더불어 이 회전체(20)에 결합되는 베어링(도시는 생략됨)의 윤활유가 외부로 누설되지 않도록 방지하는데 사용되는 제품임을 그 예로 한다. 이때 상기 고정체(10) 및 회전체(20)에 대하여는 첨부된 도 4 및 도 5의 가상선으로 표시된 바와 같다.

첨부된 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리의 외관 구조를 설명하기 위해 서로 다른 방향에서 본 상태를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리는 크게 몸체부(100)와 씨일부(200)를 포함하여 이루어지며, 특히 상기 몸체부(100)에는 압력 조절홈(130) 및 연통공(140)이 각각 추가로 형성됨과 더불어 상기 압력 조절홈(130)은 몸체부(100)의 외면으로 노출되지 않을 정도에 이르기까지만 형성되도록 하여 제조가 간단하게 이루어질 수 있도록 하면서도 제품 변형에 따른 불량 발생을 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 몸체부(100)는 외형을 형성하면서 후술될 씨일부(200)의 장착을 위해 제공되는 부위이다.

상기한 몸체부(100)는 적어도 둘 이상이 합쳐져서 링 형상을 이루도록 이루어진 라운드형 구조로 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 상기한 몸체부(100)가 반원형의 링 형상으로 형성됨을 그 예로 하며, 이러한 두 몸체부(100)가 서로 결합됨으로써 단일의 링 형상으로 이루어진 라비린스 씰 어셈블리의 몸체를 형성하게 된다.

또한, 상기 몸체부(100)는 금속재질로 형성되면서 라비린스 씰 어셈블리가 설치되는 고정체(10)에 결합 고정되는 돌출 결합단(110)과, 후술될 씨일부(200)의 결합을 위한 결홉홈(120)이 각각 형성되어 이루어진다.

여기서, 상기 돌출 결합단(110)은 상기 몸체부(100)의 외주면으로부터 외향 돌출되도록 형성되어 고정체(10)의 내주면에 결합되도록 이루어진다.

그리고, 상기 결합홈(120)은 상기 몸체부(100)의 내주면에 원주 방향을 따라 형성되면서 양 끝단이 상기 몸체부(100)의 양 끝단을 완전히 관통하도록 형성된다. 이와 함께, 상기한 결합홈(120)은 둘 이상 복수로 제공됨과 더불어 첨부된 도 4에 도시된 바와 같이 각 결합홈 서로는 상기 몸체부(100)의 축 방향(도면상 좌우 방향)으로 이격되게 배치되도록 형성된다.

이와 함께, 상기 결합홈(120)의 내주면에는 해당 결합홈(120)의 길이 방향을 따라 압력 조절홈(130)이 추가로 요입 형성되고, 상기 몸체부(100)의 외면에는 복수의 연통공(140)이 관통 형성된다. 이러한 압력 조절홈(130)은 후술될 씨일부(200)가 항상 일정한 압력으로 회전체(20)에 접촉되도록 조절하는 기능의 수행을 위한 홈이고, 상기 각 연통공(140)은 상기 압력 조절홈(130) 내의 각 부위별 압력 조절을 위해 제공되는 홀(hall)이다. 이는 첨부된 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같다.

또한, 상기 압력 조절홈(130)은 상기 각 결합홈(110)의 내주면에 각각 하나씩 형성되며, 상기 연통공(140)은 몸체부(100)의 어느 한 측 외면으로부터 각 결합홈(110)을 순차적으로 관통하면서 상기 각 압력 조절홈(130)들 모두가 서로 연통된 상태를 이룰 수 있도록 형성된다. 이때 상기 각 연통공(140)은 몸체부(100)의 원주 방향을 따라 복수로 제공되며, 이러한 각 연통공(140)의 위치는 씨일부(200)의 크기와 해당 씨일부(200)의 압력 조절을 위한 압력의 크기에 따라 달리 결정되어 형성된다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 결합홈(120)의 내면 중 상기 압력 조절홈(130)의 양 끝단과 상기 몸체부(100)의 양 끝단면 사이에는 상기 압력 조절홈(130)이 형성되지 않은 비형성부위가 존재하도록 이루어짐을 제시한다.

이러한 압력 조절홈(130)의 구조는 압력 조절홈(130)의 양 끝단이 상기 몸체부(100)의 양 끝단면 외부로 노출되도록 할 경우 해당 부위를 통한 압력 누설이 발생될 수 있고, 이로써 상기 압력 누설을 방지하기 위해 후술될 씨일부(200)의 설치 후 상기 노출 부위를 용접 작업으로 메운 다음 사상하는 작업을 추가적으로 수행하여야만 한다는 불편함이 야기됨과 더불어 용접 작업에 의한 몸체부(100)나 씨일부(200)의 열변형 우려가 클 수밖에 없다는 문제점이 있다. 이로써 상기 압력 조절홈(130)을 몸체부(100)의 양 끝단면 외부로 노출되지 않을 정도에까지만 형성함으로써 노출 부위를 메우기 위한 추가적인 용접 작업이나 사상 작업 등의 추가 작업을 하지 않더라도 압력 누설의 발생을 방지할 수 있도록 한 것이다.

이와 함께, 상기 압력 조절홈(130)의 길이 방향측 양 끝단 부위는 첨부된 도 7에 도시된 바와 같이 그 끝단으로 갈수록 점차 요입 깊이가 얕아지게 형성됨을 추가로 제시한다. 이러한 구조는 압력 조절홈(130)의 양 끝단에 가해지는 압력이 씨일부(200)의 끝단에 이르기까지 충분히 제공될 수 있도록 하면서도 해당 압력 조절홈(130)에 대한 기계 가공이 가능할 수 있도록 한 것이다. 즉, 압력 조절홈(130)을 결합홈(120) 내의 일 부분에만 형성하기란 통상의 툴(tool)로는 가공상의 어려움이 있지만, 머시닝센터를 이용하는 기계 가공의 사이드 커팅 작업 중에서도 T 커터(T cutter)를 이용함으로써 해당 형상의 가공이 가능할 수 있도록 하면서도 상기 압력 조절홈(130)의 끝단이 최대한 몸체부(100)의 끝단면과 가깝게 위치되도록 하여 해당 부위에까지 압력 조절이 가능할 수 있도록 한 것이다.

다음으로, 상기 씨일부(200)는 고정체(10)와 이 고정체(10) 내에 회전 가능하게 설치되는 회전체(20) 사이의 기밀을 유지하도록 제공되는 부재이다.

이러한 씨일부(200)는 그의 일부가 상기 몸체부(100)의 결합홈(120) 내에 삽입되면서 고정됨과 더불어 나머지 일부는 상기 결합홈(120) 외부로 돌출되도록 형성된다.

특히, 상기 결합홈(120)의 서로 마주보는 폭 방향측 두 벽면(첨부된 도 5를 기준으로 볼 때 양측에 위치되는 벽면)은 내측으로 갈수록 점차 내향 경사지면서 확장되게 형성되고, 상기 씨일부(200)는 상기 결합홈(120) 내에 압입되도록 구성된다. 물론, 도시되지는 않았으나 상기 결합홈(120)의 양측 벽면은 라운드지게 형성될 수도 있다.

또한, 회전체(20)의 외주면 중 상기 씨일부(200)와 마주보는 부위에는 상기 씨일부(200)와의 접촉(혹은, 인접)을 위한 치형 돌부(예컨대, 씨일부를 향해 갈수록 점차 두께가 얇아지는 형상의 돌출 부위 등)(31)를 갖는 접촉부재(30)가 추가로 구비될 수 있으며, 이에 대하여는 첨부된 도 5의 가상선으로 도시된 바와 같다.

하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리의 제조 과정을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 몸체부(100)와 씨일부(200)를 각각 개별 제조하여 준비한다.

여기서, 상기 몸체부(100)의 경우 기계 가공(예컨대, 수직 선반이나 밀링 혹은, 머시닝센터 가공 등)을 통해 돌출 결합단(110) 및 결합홈(120)을 각각 형성한 후 머시닝센터에서 T 커터(T cutter)를 이용한 사이드컷팅 작업으로 압력 조절홈(130)을 형성함과 더불어 드릴링 작업을 통한 연통공(140)을 추가로 성형한다.

특히, 상기 압력 조절홈(130)은 상기 몸체부(100)의 양 끝단에 이르지않을 정도까지만 형성되도록 한다.

이와 함께, 상기 씨일부(200) 중 몸체부(100)에 결합되는 부위는 해당 몸체부(100)의 결합홈(120)과 동일한 형상을 갖도록 성형한다.

그리고, 상기한 바와 같은 각 가공에 의한 몸체부(100)와 씨일부(200)의 제조가 완료되면 상기 몸체부(100)의 결합홈(120) 내에 상기 씨일부(200)를 강제 압입하여 결합하는 작업을 수행한다.

즉, 상기 씨일부(200)의 강제 압입이 이루어지면 결합홈(120)의 양측 벽면이 이루는 역경사 구조로 인해 상기 씨일부(200)가 해당 결합홈(120)으로부터 원치않게 분리되는 현상은 방지될 수 있으며, 이의 경우 각 결합홈(120) 내에 형성된 압력 조절홈(130)은 연통공(140)과 연통된 부위를 제외하고는 상기 씨일부(200)에 의해 가로막힌 상태를 이루게 된다. 이때 상기 연통공(140) 중 몸체부(100)의 외면과 연통되는 부위에는 노즐(도시는 생략됨)이 추가로 설치되면서 상기 압력 조절홈(130) 내의 압력 조절을 위한 압력 유체가 유입 혹은, 유출될 수 있도록 한다.

이로써 본 발명의 실시예에 따른 라비린스 씰 어셈블리의 제조가 완료되고, 이렇게 제조된 라비린스 씰 어셈블리는 고정체(10)에 고정함으로써 해당 고정체(10)와 회전체(20) 사이를 통과하는 유체의 흐름과 압력을 떨어뜨리는 역할을 수행함과 더불어 해당 틈새를 통한 이물질의 유입 혹은, 베어링에 도포된 윤활유의 외부 누설을 방지할 수 있게 된다.

특히, 해당 라비린스 씰 어셈블리의 연통공(140)으로는 압력 유체가 유입 또는, 유출되면서 상기 씨일부(200)에 의한 회전체(20)와의 접촉 압력이 적절하게 유지되도록 조절된다.

결국, 본 발명의 라비린스 씰 어셈블리는 압력 조절홈(130)과 연통공(140)의 제공을 통한 씨일부(200)의 압력 조절이 가능하며, 특히 상기 압력 조절홈(130)은 몸체부(100)의 끝단면에 이르기까지는 형성되지 않도록 구성함으로써 해당 압력 조절홈(130)을 통한 압력 누설의 방지를 위해 수행하는 후작업(용접 작업 및 사상 작업)이 생략될 수 있게 된다.

특히, 압력 조절홈(130)이 몸체부(100)의 끝단면에 이르기까지 형성될 경우 수행되는 용접 작업에 의한 고열의 영향에 의해 씨일부가 변형되는 등의 형상 불량 현상도 미연에 방지할 수 있게 된다.

10. 고정체 20. 회전체
30. 접촉부재 31. 치형 돌부
100. 몸체부 110. 돌출 결합단
120. 결합홈 130. 압력 조절홈
140. 연통공 200. 씨일부

Claims

외주면에는 고정체에 결합되는 돌출 결합단이 구비되고, 내주면에는 결합홈이 요입 형성되어 이루어진 몸체부;
상기 몸체부의 결합홈에 삽입 고정되면서 상기 고정체와 이 고정체 내에 회전 가능하게 설치되는 회전체 사이의 기밀을 유지하도록 제공되는 씨일부;를 포함하여 구성되며,
상기 몸체부의 결합홈에는 해당 결합홈의 길이 방향을 따라 압력 조절홈이 추가로 요입 형성됨과 더불어 상기 몸체부에는 상기 압력 조절홈 내에 이르기까지 연통되는 복수의 연통공이 관통 형성되며,
상기 압력 조절홈의 양 끝단은 상기 결합홈의 양 끝단에 이르지 않을 정도까지만 형성되고,
상기 몸체부에 형성되는 결합홈은 해당 몸체부의 원주 방향을 따라 형성됨과 더불어 몸체부의 축 방향으로는 서로 이격되면서 복수로 형성되며,
상기 압력 조절홈은 각 결합홈 내에 각각 형성됨과 더불어 길이 방향측 양 끝단 부위는 끝단으로 갈수록 점차 요입 깊이가 얕아지게 형성됨을 특징으로 하는 라비린스 씰 어셈블리.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 몸체부는 적어도 둘 이상이 합쳐져서 링 형상을 이루도록 이루어진 라운드형 구조로 형성되며,
상기 압력 조절홈의 양 끝단과 상기 몸체부의 양 끝단면 사이에는 상기 압력 조절홈이 형성되지 않은 비형성부위가 존재하도록 이루어짐을 특징으로 하는 라비린스 씰 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 연통공은 상기 몸체부의 축방향측 어느 한 끝단면으로부터 각 압력 조절홈 모두가 서로 연통되기까지 관통 형성됨을 특징으로 하는 라비린스 씰 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 결합홈의 서로 마주보는 폭 방향측 두 벽면은 내측으로 갈수록 점차 내향 경사지면서 확장되거나 혹은, 라운드지게 형성되고,
상기 씨일부는 상기 결합홈 내에 압입되도록 구성됨을 특징으로 하는 라비린스 씰 어셈블리.