KR20170086255A - 터보 압축기의 씰링 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펠러의 케이싱과 회전축 간에 형성되는 틈새를 통하여 유체가 동력전달 기어박스 측으로 누수 되는 것을 막고자 장착되는 씰링 어셈블리의 씰링 구조가 진동증폭길이를 줄이기 위한 새로운 씰링 타입으로 개선된 것으로, 구체적으로는 양편에 각각 배치되는 가스씰링부재 및 오일씰링부재와, 상기 가스씰링부재와 오일씰링부재 사이에 분리가스씰링부재가 배치되는 구조로 일체화된 씰링 몸체; 상기 분리가스씰링부재의 일면부에 회전축이 통과하는 결합공과 소통하도록 형성되며 분리가스가 공급되는 공급통로; 상기 일면부와 대응하는 상기 분리가스씰링부재의 타면부에 결합공과 소통하도록 형성되며 분리가스가 배출되는 배출통로; 를 포함하여 구성되는 터보 압축기의 씰링 어셈블리가 제공된다.

Description

터보 압축기의 씰링 어셈블리{Sealing Assembly for Turbo Compressor}

본 발명은 터보 압축기의 씰링 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임펠러의 케이싱과 회전축 간에 형성되는 틈새를 통하여 유체가 동력전달 기어박스 측으로 누수 되는 것을 막고자 장착되는 씰링 어셈블리의 씰링 구조가 진동증폭길이를 줄이기 위한 새로운 씰링 타입으로 개선되어 진동 저감과 회전에 대한 안정성을 향상하고 아울러, 임계속도를 높일 수 있도록 한 것이다.

선박이나 또는 원유, 가스, 액상 화학 물질 등과 같이 취급상 주위가 요구되는 위험 화물을 운송하고 있는 특수 선박에는 임펠러의 회전력을 이용하여 유체를 회전축 방향으로 흡입한 다음 원심방향으로 토출 시키면서 압축하고 압축된 유체를 각종 기계장비에 공급하는 터보 압축기가 탑재되어 있다.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 터보 압축기의 씰링 어셈블리를 개략적으로 살펴보면, 상기 터보 압축기(10)는 유체(예를 들면 오일 또는 가스)가 유입되는 입구(P1)와 유체가 배출되는 출구(P2)를 각각 형성하고 있는 케이싱(12), 상기 케이싱(12)의 내부 유로 상에 배치되는 구조로 인출되는 회전축(14), 상기 케이싱(12)의 내부 유로 상에 회전 가능하게 배치되는 구조로 상기 회전축(14)에 결합 되는 임펠러(16), 상기 케이싱(12)과 회전축(14) 사이의 틈을 막기 위하여 회전축(14)을 감싸는 장착 구조로 케이싱(12)의 일 옆에 밀착 배치되는 씰링 어셈블리(18)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 씰링 어셈블리(18)는 각각 씰링 처리 길이(S1, S2)를 가지고 개별적으로 독립 설치되는 가스씰링부재(20)와 오일씰링부재(22)로 이루어져 있다.

한편, 회전력을 제공하는 구동원의 구동축(26)과 상기 회전축(14)에는 서로 맞물려진 불기어(28)와 피니언 기어(30)가 각각 결합 되어 있고, 상기 피니언 기어(30)의 양 측면에는 축 지지력 증대와 불기어(28) 및 피니언 기어(30)의 회전에 대한 안정성 기능을 제공하는 스러스트 컬러(32)가 포함되어 있다.

위와 같은 구성을 취하고 있는 터보 압축기의 씰링 어셈블리에서는 개별적으로 독립 장착된 가스씰링부재(20)와 상기 오일씰링부재(22)가 케이싱(12)과 회전축(14) 사이의 틈을 통해 동력전달 기어박스 측으로 누수 되는 유체를 막는 기능을 발휘하게 된다. 참고로, 위와 같이 사용되고 있는 상기 가스씰링부재(20)와 오일씰링부재(22)는 터보 압축기 분야에서 일반적으로 적용하고 있는 가스씰링부재와 오일씰링부재를 그대로 채용한 씰링 구조 타입이므로 불필요한 구체적인 구성 설명은 생략한다.

그런데, 배경기술에 설명된 터보 압축기의 씰링 어셈블리는 앞서 설명된 바와 같이 가스씰링부재(20)와 오일씰링부재(22)가 씰링 처리 길이(S1, S2)를 각각 가지고 개별적으로 독립 장착되어 있는 구조이므로, 구조적으로 진동증폭길이(D1)가 자연히 길어지게 된다. 이와 같이 상기 진동폭길이(D1)가 길어지게 되면, 임펠러(16)와 회전축(14)에 대한 진동을 억제하지 못하게 되고 구조적으로도 강성이 감소하게 됨으로써 고 진동이 발생하게 된다. 아울러 유체의 유동으로 인한 공력외란의 진동도 감소하지 못하여 임펠러(16)와 회전축(14)의 회전에 대한 안정성을 확보하지 못하는 문제가 있다.

또한, 위와 같이 고 진동이 발생하게 되면, 임펠러(16)와 회전축(14)의 회전이 불안정하여 임계속도를 높일 수 없는 문제도 있다.

위와 같은 문제를 다소 해소하기 위하여 가스씰링부재(20)와 오일씰링부재(22)의 씰링 처리 길이(S1, S2)를 줄일 경우, 상기 씰링 처리 길이(S1, S2)를 줄인 만큼 진동증폭길이(D1)가 줄어들게 되어 위에 거론된 문제들을 해소할 수는 있으나 상대적으로 상기 가스씰링부재(20)와 오일씰링부재(22)의 씰링 처리 길이(S1, S2)가 줄어든 만큼 씰링 처리는 미흡해져 유체의 누수 발생을 완벽히 막지 못하는 문제가 있다.

대한민국공개특허공보 10-2001-0010873

본 발명은 배경기술에서 설명된 문제점을 해결하기 위한 것으로, 임펠러의 케이싱과 회전축 간에 형성되는 틈새를 통하여 유체가 동력전달 기어박스 측으로 누수 되는 것을 막고자 장착되는 씰링 어셈블리의 씰링 구조가 진동증폭길이를 줄이기 위한 새로운 씰링 타입으로 개선되어 진동 저감과 회전에 대한 안정성 향상 및 임계속도를 높일 수 있도록 한 모터 펌프의 메커니컬 씰링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 진동증폭길이를 줄이기 위하여 양편에 각각 배치되는 가스씰링부재 및 오일씰링부재와, 상기 가스씰링부재와 오일씰링부재 사이에 분리가스씰링부재가 배치되는 구조로 일체화된 씰링 몸체; 상기 분리가스씰링부재의 일면부에 회전축이 통과하는 결합공과 소통하도록 형성되며 분리가스가 공급되는 공급통로; 상기 일면부와 대응하는 상기 분리가스씰링부재의 타면부에 결합공과 소통하도록 형성되며 분리가스가 배출되는 배출통로; 를 포함하여 구성되는 터보 압축기의 씰링 어셈블리가 제공된다.

또한, 본 발명에서 결합통로는 분리가스를 공급하는 분리가스공급수단과 공급라인을 통해 서로 연결되는 터보 압축기의 씰링 어셈블리가 제공된다.

또한, 본 발명에서 공급통로와 배출통로는 결합공으로부터 반경 방향을 향해 홈 형태의 구조로 파진 터보 압축기의 씰링 어셈블리가 제공된다.

이와 같이 본 발명에 따른 터보 압축기의 씰링 어셈블리를 적용하게 되면, 가스, 오일씰링부재, 분리가스씰링부재가 일체화를 이루는 통합된 구조를 취하고 있고, 아울러 분리가스를 이용한 씰링 강화로 상기 가스씰링부재와 오일씰링부재의 씰링 처리 길이를 줄여 진동증폭길이가 줄어들게 됨으로써, 진동 저감과 회전에 대한 안정성 향상 및 임계속도를 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 일반적인 터보 압축기의 씰링 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 터보 압축기의 씰링 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2를 절개한 단면도로서, 도 3a는 A-A선을 따라 절개한 단면도이고, 도 3b는 B-B선을 따라 절개한 단면도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다. 설명에 앞서 배경기술로 설명된 도 1과 동일한 구성은 동일한 참조부호를 사용하여 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 터보 압축기(10)는 유체가 유입되는 입구(P1)와 유체가 배출되는 출구(P2)를 각각 형성하고 있는 케이싱(12), 상기 케이싱(12)으로부터 인출되는 구조로 결합 되는 회전축(14), 상기 케이싱(12)의 내부 유로 상에 회전 가능하게 배치되는 상태로 상기 회전축(14)에 결합 되는 임펠러(16), 상기 케이싱(12)과 회전축(14) 사이의 틈으로 누수 되는 것을 막기 위하여 케이싱(12)으로부터 인출되는 회전축(14)을 감싸는 장착 구조로 케이싱(12)의 일 옆에 배치되는 씰링 어셈블리(40)를 포함하여 구성된다. 기타, 배경기술과 동일구성요소에서는 앞서 언급한 바와 같이 동일한 참조부호를 부여하고 중복된 설명을 피하고자 생략한다.

구체적으로, 상기 씰링 어셈블리(40)는 하나로 통합된 씰링 몸체(42)와, 상기 씰링 몸체(42)의 양편에 각각 배치되는 구조로 구비되는 가스씰링부재(44) 및 오일씰링부재(46)와, 상기 가스씰링부재(44)와 오일씰링부재(46) 사이에 배치되는 구조로 구비되는 분리가스씰링부재(48)로 구성된다.

여기서, 상기 가스씰링부재(44)와 오일씰링부재(46)는 터보 압축기(10)의 케이싱(12)과 회전축(14)의 실링을 위해 터보 압축기 분야에서 일반적으로 사용되고 있는 가스씰링부재와 오일씰링부재를 그대로 적용한 것에 불과하므로 이에 대한 구체적인 구성 설명은 생략하고, 상기 분리가스씰링부재(48)에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 분리가스씰링부재(48)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 회전축(14)이 관통하는 구조로 결합 될 수 있도록 중앙에 결합공(50)이 형성되어 있다. 이러한 상기 분리가스씰링부재(48)는 회전축(14)의 상부 및 하부 둘레를 각각 감싸도록 분할된 구조 또는 일체화된 하나의 구조로 제작될 수 있다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 분리가스씰링부재(48)의 일면부(52)에는 결합공(50)과 소통 연결되는 공급통로(54)가 반경 방향을 향해 홈 형태의 구조로 파져 있고, 상기 일면부(52)와 대응하는 상기 분리가스씰링부재(48)의 타면부(56)에도 결합공(50)과 소통 연결되는 배출통로(58)가 반경 방향을 향해 홈 형태의 구조로 파져 있다. 특히, 상기 공급통로(54)는 분리가스공급수단(60)과 공급라인(62)을 통해 연결되며, 상기 공급라인(62)을 통해 공급되는 분리가스로는 질소 가스의 사용이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 터보 압축기의 씰링 어셈블리는, 배경기술에서 설명된 바와 같이 상기 가스씰링부재(44), 상기 오일씰링부재(46)를 이용하여 케이싱(12)과 회전축(14) 사이의 틈을 통해 동력전달 기어박스 측으로 누수 되는 유체를 막게 된다.

아울러, 상기 분리가스공급수단(60)으로부터 공급라인(62)을 통해 공급되는 분리가스는 상기 분리가스씰링부재(48)의 일면부(52)에 형성된 공급통로(54)를 통해 공급된다. 이와 같이 공급되는 분리가스는 케이싱(12)과 회전축(14) 사이의 틈에 채워진 상태에서 회전축(14)을 타고 타면부(56)에 형성된 배출통로(58)를 따라 대기중으로 배출되는 흐름으로 실링 하게 된다. 즉, 상기 케이싱(12)과 회전축(14) 사이의 틈을 따라 흐르는 분리가스가 케이싱(12)과 회전축(14) 사이의 틈을 막아주게 되어 분리가스씰링부재(48)와 회전축(14) 사이를 씰링 처리하게 된다.

따라서, 상기 가스씰링부재(44)와 오일씰링부재(46)의 씰링 처리 길이(S3, S4)가 현저히 줄어들더라도 상기 분리가스씰링부재(48)를 이용한 씰링을 통해 씰링 처리에 대한 미흡함이 충분히 해소되어 유체의 누수를 완벽히 차단할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 씰링 어셈블리(40)를 적용하게 되면, 가스 및 오일씰링부재(44, 46) 그리고 상기 분리가스씰링부재(48)가 씰링 몸체(42)에 의해 일체화되는 하나의 구조로 이루어져 있어 상기 가스씰링부재(44)와 오일씰링부재(46)의 개별적인 독립적 장착에 따른 불필요한 장착 길이를 줄일 수 있게 된다. 특히 앞서 설명된 바와 같이 상기 분리가스씰링부재(48)의 분리가스를 이용한 씰링이 강화되어 상기 가스씰링부재(44)와 오일씰링부재(46)가 씰링 처리 길이(S3, S4)를 줄일 수 있게 됨으로써, 진동증폭길이(D2)는 배경기술에서 설명된 진동증폭길이(D1)이 보다 줄어들게 된다.

위와 같이 상기 진동폭길이(D2)가 짧아지게 되면, 임펠러(16)와 회전축(14)에 대한 진동 세기가 감소하면서 구조적인 강성고 향상되게 된다. 그와 더불어 상기 진동증폭길이(D2)에서 발생하는 진동이 모두 감소 내지 억제되어 임펠러와 회전축의 회전에 대한 안정성 향상과 함께 임계속도를 높일 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실기 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 구성 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 터보 압축기 12 : 케이싱
14 : 회전축 16 : 임펠러
18, 40 : 씰링 어셈블리 20, 44 : 가스씰링부재
22, 46 : 오일씰링부재 26 : 구동축
28 : 불기어 30 : 피니언 기어
32 : 스러스트 컬러 42 : 씰링 몸체
48 : 분리가스씰링부재 50 : 결합공
52 : 일면부 54 : 공급통로
56 : 타면부 58 : 배출통로
60 : 분리가스공급수단 62 : 공급라인

Claims (3)

1. 케이싱(12)으로부터 인출되는 회전축(14)을 감싸는 구조로 회전축(14)에 결합 되는 씰링 어셈블리로서,
   진동증폭길이를 줄이기 위하여 양편에 각각 배치되는 가스씰링부재(14) 및 오일씰링부재(46)와, 상기 가스씰링부재(14)와 오일씰링부재(46) 사이에 분리가스씰링부재(48)가 배치되는 구조로 일체화된 씰링 몸체(42);
   상기 분리가스씰링부재(48)의 일면부(52)에 회전축(14)이 통과하는 결합공(50)과 소통하도록 형성되며 분리가스가 공급되는 공급통로(54);
   상기 일면부(52)와 대응하는 상기 분리가스씰링부재(48)의 타면부(56)에 결합공(50)과 소통하도록 형성되며 분리가스가 배출되는 배출통로(58);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 씰링 어셈블리.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   공급통로(54)는 분리가스를 공급하는 분리가스공급수단(60)과 공급라인(62)을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 씰링 어셈블리.
   
3. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공급통로(54)와 배출통로(58)는 결합공(50)으로부터 반경 방향을 향해 홈 형태의 구조로 파진 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 씰링 어셈블리.

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