KR20100088103A - 슬라이드 링 시일, 슬라이드 링 시일 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

슬라이드 링 시일, 슬라이드 링 시일 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

대응 링(2)을 포함하며, 밀폐될 샤프트(0)를 둘러싸는 슬라이드 링 시일이 제공되고, 상기 샤프트(0)는 상기 슬라이드 링 시일의 구성 부품을 형성하며, 상기 샤프트(0)는 상기 대응 링(2)과 일체로 구성되어 서로 연결되며 동일한 재료로 형성된다.

Description

슬라이드 링 시일, 슬라이드 링 시일 장치 및 그 제조방법 {SLIDE RING SEAL, SLIDE RING SEAL ARRANGEMENT AND USE THEREOF}
본 발명은 슬라이드 링 시일, 슬라이드 링 시일 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
슬라이드 링 시일 및 슬라이드 링 시일 장치는 일반적으로 공지되어 있다(예: DE 44 15 115 C1). 슬라이드 링 시일은, 서로 비틀릴 수 없도록 결합되어 밀폐될 샤프트를 서로 비틀릴 수 없게 둘레측에서 둘러싸는 대응 링과 조정 링을 포함한다. 이때, 상기 조정 링은 원주 방향으로 균일하게 분포된 다수의 나사형 고정 수단에 의해 샤프트와 서로 비틀릴 수 없도록 연결되고, 이때 탄성중합체 재료로 된 오링에 의해 조정 링에 대한 대응 링의 밀폐뿐만 아니라 샤프트에 대한 조정 링의 밀폐도 이루어진다. 조정 링에 대응 링이 회전 불가능하게 할당되는 것을 보장하기 위해, 축방향으로 연장되는 핀형 종동부가 제공된다.
본 발명의 과제는, 훨씬 더 단순하고 부품이 적은 구조를 가짐으로써 제조 기술 및 경제적 관점에서 더욱 저렴한 비용으로 손쉽게 제조될 수 있도록 기존에 공지된 유형의 슬라이드 링 시일 및 슬라이드 링 시일 장치를 개선하고, 조립 에러의 위험을 최소로 줄이는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 1 및 청구항 8의 특징들을 통해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다.
상기 과제의 해결을 위해, 대응 링을 포함하며, 밀폐될 샤프트를 둘러싸는 슬라이드 링 시일이 제공되고, 상기 샤프트는 상기 슬라이드 링 시일의 구성 부품을 형성하며, 상기 샤프트는 상기 대응 링과 일체로(in one piece) 구성되어 서로 연결되며 동일한 재료로 형성된다. 이 경우, 대응 링과 샤프트가 하나의 유닛을 형성하고, 상기 유닛은 일체성으로 인해 밀폐를 위한 별도의 시일 링을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 또한, 전술한 종래 기술에 따른 슬라이드 링 시일과 달리, 샤프트와 대응 링을 서로 회전 불가능하게 장착하기 위해 제공되는, 샤프트에 대한 조정 링의 비틀림 방지 장치 및 대응 링에 대한 조정 링의 비틀림 방지 장치가 불필요하다. 또한, 일체형 유닛은, 예컨대 조정 링 또는 대응 링과 같은 별도로 제조된 부품이 마찰 결합 방식으로 및/또는 형상 결합 방식으로 고정되는 샤프트보다 훨씬 더 간단하게 평형을 이룰 수 있기 때문에, 슬라이드 링 시일 및 슬라이드 링 시일 장치의 제조가 간편하다는 장점이 있다.
대응 링 및 샤프트로 형성된 유닛은 바람직하게 경화 강(hardened steel)으로 제조된다. 그러한 유닛은 바람직하게 절삭 가공에 의해, 특히 선반(旋盤) 가공에 의해 저렴한 비용으로 제조될 수 있다. 요구되는 밀봉 작용을 구현하기 위해, 대응 링의 고품질 밀봉면이 필요하며, 그러한 밀봉면은 "고경도 강재 선삭가공(hard turning)" 제조 기법의 사용시 작업 진행 속도가 낮아야만 얻을 수 있다. 고가의 선반(lathe)과 고경도 공구강의 결합시, 훨씬 더 간단한 제조를 통해 연마된 표면과 같은 그 자체로 우수한 사용 특성을 갖는 표면을 얻을 수 있다.
대응 링은 슬라이드 링의 제 2 밀봉면에 대하여 탄성을 가지도록(elastically) 위치하면서 상기 제 2 밀봉면을 밀폐하는 제 1 밀봉면을 갖는다.
적어도 상기 제 1 밀봉면은 0.1 내지 0.3의 조도(Ra)를 갖는다. 그러한 표면 조도는 전술한 고경도 강재 선삭가공을 통해 달성될 수 있으며, 우수한 밀봉력을 획득하기 위해 슬라이드 링 시일에 적용하는 데 있어 충분한 수준이다.
제 1 밀봉면은 원주 방향으로 서로 인접하여 균일하게 배치된 가스 통로 역할을 하는 리세스들을 포함할 수 있고, 상기 리세스들은 반경 방향으로 연장하며, 바람직하게 호(arc) 형태를 갖는다. 이는 특히 전술한 슬라이드 링 시일 또는 슬라이드 링 시일 장치가 가스 터빈에 사용되는 경우에 중요하다. 대응 링의 밀봉면 내에 가스 통로 역할을 하는 리세스들을 제공하는 것은 예컨대 EP 1 054 196 A2로부터 일반적으로 공지되어 있다. 이러한 가스 통로 역할을 하는 리세스들을 통해, 밀폐될 가스상 매체가 전반적으로 비가스상 성분(예: 오일 입자)과 분리된 상태를 유지하는 것이 보증된다. 가스 통로 역할을 하는 리세스들에 의해, 슬라이드 링 시일의 모든 구동 상태에서 대응 링과 슬라이드 링의 밀봉면들 사이에 충분히 안정적인 가스 쿠션(gas cushion)이 형성될 수 있는데, 이때 상기 가스 통로 역할을 하는 리세스들의 형상에 의해 누수 손실이 최소화되고, 밀폐될 공간으로부터 외부를 향한 누수 흐름이 슬라이드 면들 사이에 비가스상 성분이 도달되는 것을 막는다. 가스 통로 역할을 하는 리세스들은 가스 윤활형 슬라이드 링 시일에 사용된다.
도 1은 슬라이드 링 시일의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 절단선(A-A)을 따라 잘라낸, 슬라이드 링과 샤프트를 포함하는 유닛의 단면도이다.
도 3은 대칭 방식으로 구현된 슬라이드 링 듀얼 시일의 일 실시예이다.
도 4는 연속으로 배치된 슬라이드 링 듀얼 시일이다.
도 5는 동심 배치 방식의 슬라이드 링 시일이다.
도 6은 축 베어링(axial bearing)에 대향 배치된 슬라이드 링 시일이다.
도 1에는 본 발명에 따른 슬라이드 링 시일을 포함하는 본 발명에 따른 슬라이드 링 시일 장치의 한 실시예가 도시되어 있다. 밀폐될 샤프트(0)와 대응 링(2)이 서로 일체로 연결되고 같은 재료로 형성되어, 유닛(11)을 함께 형성한다. 대응 링(2)과 샤프트(0)는 경화 강으로 형성되고, 절삭 가공에 의해, 특히 고경도 강재 선삭가공(hard turning)을 통해 제조된다.
절삭 가공을 통해 유닛(11)을 제조하는 경우, 대응 링(2)의 제 1 밀봉면(12)이 0.1 내지 0.3에 달하는 조도(Ra)를 가질 수 있도록 하기 위해 선반 가공이 낮은 속도로만 수행된다. 그러한 조도는 비용면에서 유리한 제조 기법인 "고경도 강재 선삭가공"을 통해 구현될 수 있고, 슬라이드 링 시일의 우수한 사용 특성을 보장하기에 충분히 매끄럽다.
슬라이드 링(1)은, 대응 링(2)의 제 1 밀봉면(12)이 축방향으로 휘어지면서 밀착되는 제 2 밀봉면(13)을 갖는다. 본 도면에 도시된 실시예에서는 슬라이드 링(1)이 하우징(3) 내에 배치되며, 상기 하우징은 밀폐될 샤프트(0)에 의해 관통된다. 슬라이드 링(1)은 오링(4)에 의해 하우징(3)에 대해 밀폐된다. 하우징(3)과 슬라이드 링(1)은 샤프트(0)와 회전하는 대응 링(2)에 대하여 정적(stationary)이다.
슬라이드 링(1)의 제 2 밀봉면(13)에 대한 대응 링(2)의 제 1 밀봉면(12)의 탄성 압착은 하우징(3) 내부에 장착된 압축 스프링(5)에 의해 실시된다.
상기 유닛(11)이 동일한 재료로 일체형으로 형성됨으로써, 대응 링(2)에 대해 샤프트(0)를 밀폐시키기 위해 상기 영역에 별도로 제조 및 장착될 시일을 제공할 필요가 없다는 점이 특히 유리하다. 상기 유닛(11)은 저렴한 비용으로 간단하게 제조 및 장착될 수 있고, 전체적으로, 특히 축방향으로, 컴팩트한 크기를 갖는다.
도 2에는 도 1의 절단면(A-A)이 도시되어 있으며, 더 나은 이해를 돕기 위해 대응 링(2) 및 샤프트(0)로 구성된 유닛(11)만 도시하였다. 제 1 밀봉면(12)은 원주 방향(14)으로 서로 인접하여 균일하게 배치된, 가스 통로 역할을 하는 리세스(8)들을 포함하며, 상기 리세스들은 호(arc) 형태로 반경 방향으로 연장된다. 가스 통로 역할을 하는 리세스(8)들은, 샤프트(0)의 회전시 밀봉면들(12, 13) 사이의 가스가 펌핑됨으로써 상기 밀봉면들(12, 13) 사이에 밀봉면들(12, 13)을 분리시키는 압력이 형성되도록 하며, 이때 상기 밀봉면들(12, 13) 사이에 가스 쿠션이 형성된다.
가스 통로 역할을 하는 리세스(8)들의 제조는 회전 운동과 동시에 왕복 운동을 하는 선반 공구에 의해 이루어진다. 상기 운동은 원호 상에 놓인 리세스(8)들의 깊이 연장부에 상응한다. 상기 선반 공구는 회전시 리세스(8)의 개수에 상응하게 공작재 내로 침투한다. 평면 절삭(facing) 동안 동기화된 요동 운동의 위상도 변위됨으로써, 직선이 아닌 호 형태의 리세스(8)가 형성된다. 또는, 선반 공구 운동의 적절한 제어를 통해 임의의 3D 형상을 갖는 각각의 리세스(8)들이 형성될 수도 있다. 상기 제어는 고속 CNC 축을 통해 구현될 수 있다. 코디네이션(coordination)은 고속 CPU가 수행한다.
한 번의 클램핑(clamping)을 통해 리세스(8)들 및 대응 링(2)의 제 1 밀봉면(12)이 제조되는 것이 중요한데, 그 이유는 그렇게 되어야만 요구되는 속도에 도달되기 때문이다. 리세스(8)들은 대응 링(2)의 둘레에 시일 댐(seal dam)(9)을 형성하도록 구현된다.
도 3에는 대칭으로 구현된 슬라이드 링 듀얼 시일이 도시되어 있으며, 여기서는 2개의 슬라이드 링(1.1, 1.2)이 1개의 공통 대응 링(2)에 접하고, 상기 대응 링은 도 1에도 도시된 것처럼 샤프트(0)와 서로 일체로 연결되면서 동일 재료로 형성된다.
도 4에는 2개의 슬라이드 링 시일이, 각각 도 1의 슬라이드 링 시일에 상응하게, 직렬 연결 방식으로 연달아 배치된다.
도 5에는 동심 배치 방식의 슬라이드 링 시일이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 슬라이드 링 시일에 추가로 제 2 슬라이드 링(1.2)이 제공되며, 상기 제 2 슬라이드 링을 제 1 슬라이드 링(1.1)이 반경 방향으로 간격을 두고 외주측에서 둘러싼다. 상기 두 슬라이드 링(1.1, 1.2)은 서로 동심으로 배치되며, 상기 두 슬라이드 링의 제 2 밀봉면들(13.1, 13.2)은 모두 대응 링(2)의 제 1 밀봉면(12)에 밀착된다.
도 6에는 축 베어링(10)에 대향 배치된, 도 1과 같은 슬라이드 링 시일이 도시되어 있다.

Claims (7)

  1. 대응 링(2)을 포함하며, 밀폐될 샤프트(0)를 둘러싸는 슬라이드 링 시일(slide ring seal)로서,
    상기 샤프트(0)는 상기 슬라이드 링 시일의 구성 부품을 형성하며, 상기 샤프트(0)는 상기 대응 링(2)과 일체로(in one piece) 구성되어 서로 연결되고 동일한 재료로 형성되고,
    상기 대응 링(2)은 제 1 밀봉면(12)을 가지며, 상기 제 1 밀봉면은 축 방향으로 탄성적으로 휠 수 있어서 슬라이드 링(1)의 제 2 밀봉면(13)을 밀폐하는, 슬라이드 링 시일에 있어서,
    상기 샤프트(0)와 일체로 구성되어 서로 연결되고 동일한 재료로 형성된 상기 대응 링(2)의 상기 제 1 밀봉면(12)이 원주 방향(14)으로 서로 인접하여 균일하게 배치된 가스 통로 역할을 하는 리세스들(8)을 포함하고, 상기 리세스들은 방사 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는,
    슬라이드 링 시일.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 대응 링(2)과 상기 샤프트(0)가 하나의 유닛(11)을 형성하고, 상기 유닛(11)은 경화 강(hardened steel)으로 제조되는 것을 특징으로 하는,
    슬라이드 링 시일.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 유닛(11)이 절삭 가공에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는,
    슬라이드 링 시일.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 유닛(11)이 선반(旋盤) 가공에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는,
    슬라이드 링 시일.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 밀봉면(12)은 0.1 내지 0.3의 조도(Ra)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    슬라이드 링 시일.
  6. 제 1항에 따른 슬라이드 링 시일을 포함하는,
    슬라이드 링 시일 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 슬라이드 링 시일 또는 슬라이드 링 시일 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    샤프트(0) 및 대응 링(2)을 포함하는 유닛(11) 그리고 상기 대응 링(2)에 형성된, 가스 통로 역할을 하는 리세스(8)들이 선반 가공에 의해 단 한 번의 클램핑(clamping)을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는,
    슬라이드 링 시일 또는 슬라이드 링 시일 장치의 제조 방법.
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