KR100314370B1 - 원심압축기밸런스피스톤용2편식래버린스시일및그제조방법 - Google Patents

Abstract

직경이 너무 커서 통상의 기술을 이용하여 가스 통로를 형성하기 어려운 래버린스 시일을 수용하기 위해서 래버린스 시일이 두 부분으로 만들어진다. 제1 부분은 내부 링으로서, 내부 링의 외경은 통상의 기술로 통로를 형성하기에 충분히 작게 되어 있다. 제2 부분은 외부 링으로서, 외부 링은 내부 링에 체결 및 조합되어, 인접 요소와 밀봉 결합하는 데 필요한 반경 방향 범위까지 연장되도록 되어 있다. 외부 링 및 내부 링은 억지 끼워 맞춤으로 연결되는 것이 바람직하다.

Description

원심 압축기 밸런스 피스톤용 2편식 래버린스 시일 및 그 제조 방법{TWO-PIECE LABYRINTH SEAL FOR A CENTRIFUGAL COMPRESSOR BALANCE PISTON}

본 발명은 원심 압축기에 관한 것으로, 특히 동력전달장치 챔버와 임펠러에인접한 밸런스 피스톤의 저압 영역 사이에 비교적 큰 직경의 래버린스 시일을 마련하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

원심압축기의 임펠러에 의해 생성되는 공기역학적 추력을 상쇄시키기 위해, 임펠러 휠 후방에 저압 공동으로 이루어진 밸런스 피스톤을 사용하는 것은 공지되어 있다. 동력전달장치로부터 이 저압 영역으로 윤활유가 누유되려는 경향이 있기 때문에, 밸런스 피스톤과 동력전달장치 사이에 래버린스 시일을 설치하는 것도 또한 보편적이다. 본 발명의 출원인에게 양도된 미국 특허 제4,997,340호에서는 그와 같은 래버린스 시일과, 경제적인 방법으로 최적의 성능을 얻기 위해 시일이 가압되는 특정 방법이 개시되어 있다. 상기 특허의 전체 내용은 본 출원에서 참조로 인용된다.

미국 특허 제4,997,340호의 래버린스 시일에 형성된 통로는 외부면으로부터 래버린스 시일의 반경 방향 내부면으로 반경방향으로 연장된 통로를 먼저 드릴링하고, 이후 반경방향으로 연장된 통로를 상호 연결하기 위해 시일의 배면으로부터 다른 통로를 드릴링하여 형성된다. 이 방법은 비교적 작고 중간 크기의 래버린스 시일에 적합하다고 밝혀졌다.

현재에는 더 큰 직경[즉, 27.94 cm 내지 30.48 cm(11 inch 내지 12 inch) 범위의 직경]의 래버린스 시일을 원심 압축기에 설치할 필요가 생겼다. 통상의 드릴링 기술로는 요구되는 위치에서 래버린스 톱니와 계속 교차하기에 충분하도록 구멍을 정확히 위치시킬 수 없기 때문에 위에서 설명한 보통의 방법은 사용될 수 없다. 즉, 시일의 두께는 반드시 얇아야 하기 때문에, 통로는 작은 직경이어야만 한다.작은 직경의 드릴 비트를 사용할 때, 드릴 비트는 길이가 비교적 짧게 유지되지 않는 한 의도한 경로로부터 굽어지거나 빗나가는 경향이 있다.

본 발명의 목적은 개선된 원심 압축기용 래버린스 시일 장치를 마련하는 것이다.

상기 목적은 특허 청구의 범위의 전제부에 따른 방법 및 장치에서 그 특징부의 특징들에 의해 성취된다.

간단히 언급하면, 본 발명의 일 태양에 따르면 래버린스 시일은 두 개의 부분으로 형성된 후에, 이 두 부분은 원심압축기에 설치되기 위해 함께 조립된다.

먼저, 내부 링에는 축을 수용하는 래버린스 톱니를 갖는 내경부 및 통상적인 방법으로 통로를 형성하기에 충분히 작은 외경부가 형성된다. 제2 링은 내부 링의 외경과 실질적으로 동일한 내경을 갖고, 밀봉 방법에 있어서 임펠러의 배면부와 결합하기 위해 래버린스 톱니를 포함하는 플랜지를 갖춘 반경 방향 외측 부분을 갖도록 형성된다. 내부 링 및 외부 링은 압축기에 설치되기 위해 일체식 래버린스 시일로 조립된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 외부 링은 억지 끼워 맞춤에 의해 내부 링에 연결된다. 이는 외부 링을 가열하고, 외부 링 안에 내부 링을 설치하고, 외부 링이 냉각되어서 내부 링에 수축되어 끼워지도록 하여 이루어진다.

이후에 설명될 도면에는, 양호한 실시예가 도시되었지만, 다양한 다른 수정 및 대체되는 구조가 본 발명의 진정한 기술사상과 영역 내에서 만들어질 수 있다.

도1은 본 발명의 래버린스 시일을 갖는 원심 압축기의 부분 종단면도.

도2는 본 발명의 래버린스 시일 부분의 종단면도.

도3은 래버린스 시일 부분의 배면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

13 : 임펠러

16 : 공동

18 : 래버린스 시일

24 : 내부 링

26 : 외부 링

29 : 래버린스 톱니

23 : 통로

도1을 참조하면, 본 발명은 통상적인 방법으로 임펠러(13)를 구동하는 고속축(12)을 갖는 원심 압축기 시스템(11)에 설치된 것으로서, 도면부호 10으로 전체적으로 도시되어 있다. 고속축(12)은 저어널 베어링(14)과 왼쪽의 또 다른 저어널 베어링(도시 생략)에 의해 지지된다.

임펠러(13)에 의해 생성되는 공기역학적 추력을 상쇄시키기 위해 "밸런스 피스톤"이 임펠러(13) 휠 후방의 저압 공동(16)에 의해 마련된다. 공동(16) 내의 압력을 압축기 흡입 압력과 동일하게 저압으로 유지하기 위해 임펠러(13)에 통로(도시 생략)가 마련된다. 동력전달장치 케이싱(전체적으로 도면부호 17로 도시) 내의 압력은 특히 부분 부하 작동 상태에서 공동(16)에서보다 높으므로, 래버린스 시일(18)은 동력전달장치로부터 밸런스 피스톤 공동(16)으로의 오일 유동에 대한 영역을 밀봉하기 위해 베어링(14)과 임펠러(13) 사이에 마련된다. 이 개념은 고압 가스를 래버린스 시일에 작용시킴으로써 래버린스 시일을 가압하는 개념과 같이 공지된 것이다. 미국 특허 제4,997,340호에 설명된 것처럼, 래버린스 시일(18)은 동력전달장치 케이싱(17)의 압력보다 약간 높은 모터 케이싱 압력으로 가압하는 것이 바람직하다. 따라서 가압 증기는 라인(19)을 통과하여 플랜지 부재(22) 및 저어널 베어링(14)에 형성된 통로(21)를 통과하고 마지막으로 래버린스 시일(18)에 형성된 통로(23)를 통과한다.

래버린스 시일(18)은 도2 및 도3에 상세히 도시되어 있으며 내부 링(24) 및 외부 링(26)을 포함한다. 두 링들은 알루미늄 재료로 만들어지는 것이 바람직하지만 다른 적절한 재료로 구성될 수도 있다.

내부 링은 구동축을 밀봉식으로 수용하도록 다수의 래버린스 톱니(29)가 내부에 형성된 축방향 구멍(28)을 구비한 환상 본체(27)를 포함한다. 통로(23)는 반경 방향으로 연장된 통로(31)와 축방향으로 연장된 통로(32)의 조합으로 형성된다. 이들 통로들은 축방향 통로(32)가 배면(33)으로부터 반경 방향 통로(31)와 교차하는 지점까지 연장되는 상태로 통상적인 방법으로 드릴 가공된다. 반경 방향 통로(31)는 외부 환상부(34)로부터 축방향 구멍(28)까지 연장된다.

내부 링의 제조시에, 축방향 구멍(28)은 먼저 통상적인 드릴링 또는 보링 작업에 의해 형성된다. 그 다음에, 반경 방향 통로(31) 및 축방향 통로(32)가 통상적인 방법으로 드릴 가공된다. 최종적으로, 래버린스 톱니(29)가 표준 기계 가공 공정에 의해 형성된다.

외부 링(26)은 내부 링(24)의 외부 환상부(34)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 환상 내부 표면(36)을 갖고 있다. 반경 방향 외측의 부분 상에는 축방향으로 연장된 플랜지(37)가 외부로 돌출되고, 플랜지(37)는 도2에 도시된 것처럼 임펠러 표면과 결합하기 위해 반경 방향 내부의 표면에 형성된 래버린스 톱니(38)를 갖추고 있다. 외부 링은 우선 환상 내부 표면(36)에 적절한 직경을 기계 가공하고, 외부 링에 래버린스 톱니를 가공함으로써 제조된다.

내부 링(24) 및 외부 링(26)이 형성된 후에, 이들은 먼저 외부 링(26)을 가열하고, 외부 링 안에 내부 링을 삽입한 후 외부 링이 내부 링(24)의 외부 환상부(34)와 외부 링(26)의 환상 내부 표면(36) 사이에서 억지 끼워 맞춤이 되도록 냉각함으로써 조립된다. 도2에 도시된 것처럼, 두 개의 링이 조립되면 외부 링은 반경 방향 통로(31)의 반경 방향 외부 단부를 폐쇄함으로써, 우선 축방향 통로(32)를 통과하고 그 다음 반경 방향 안쪽으로 반경 방향 통로(31)를 통해 래버린스 톱니(29)로 향하는 계속적인 유체 유동을 제공한다.

본 발명에 따르면, 래버린스 시일을 두 부분으로 구성함으로써, 통상의 기술을 이용하여 가스 통로를 형성할 수 없을 정도로 큰 직경을 갖는 래버린스 시일을 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 구동축, 임펠러, 베어링, 동력전달장치 챔버, 및 임펠러의 추력 부하를 상쇄시키기 위한 밸런스 피스톤을 가진 형태의 원심 압축기에서, 밸런스 피스톤과 동력전달장치 챔버 사이에 위치된 래버린스 시일에 있어서,

   상기 래버린스 시일은 내부 링 및 외부 링을 포함하며,

   상기 내부 링은,

   구동축을 밀봉식으로 수용하기 위한 반경 방향 내측으로 연장되는 톱니를 갖춘 축방향 구멍과,

   인접하여 배치된 베어링의 표면과 결합하기 위한 배면과,

   래버린스 시일을 가압하기 위하여 상기 배면과 상기 축방향 구멍 사이에 유체를 연통시키기 위해 이들 사이에 형성되어 있는 통로와,

   상기 통로로부터 반경 방향 외측에 위치한 외부 원통형 표면을 포함하며,

   상기 외부 링은,

   상기 내부 링의 외부 원통형 표면을 수용하여 결합하기 위한 축방향 구멍과,

   상기 외부 링의 반경 방향 외측 부분 근처에서 일체형으로 연결되고, 상기 임펠러의 배면에서 표면과 밀봉 결합하기 위해 반경 방향으로 연장된 톱니를 갖는 축방향 연장 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 래버린스 시일.
2. 제1항에 있어서, 상기 내부 링 및 외부 링이 억지 끼워 맞춤으로 연결된 것을 특징으로 하는 래버린스 시일.
3. 제1항에 있어서, 상기 통로가 반경 방향 연장 부분 및 축방향 연장 부분으로 형성된 것을 특징으로 하는 래버린스 시일.
4. 제1항에 있어서, 임펠러의 배면에서 표면과 밀봉 결합하기 위한 상기 반경 방향으로 연장된 톱니는 반경 방향 내측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 래버린스 시일.
5. 축방향 축 주위에 그리고 원심 압축기의 임펠러 뒤에서 축방향으로 배치하기 위한 래버린스 시일의 제조 방법에 있어서,

   회전 가능한 축을 밀봉식으로 수용하기 위해 반경 방향 내측으로 연장된 톱니를 갖춘 축방향 구멍을 갖고, 외부 환상 표면 및 인접하여 배치된 베어링의 표면과 결합하기 위한 배면을 갖는 내부 링을 형성하는 단계와,

   상기 축방향 구멍에서 톱니로의 가스 유동을 제공하는 가스 통로를 상기 배면과 상기 축방향 구멍 사이에 형성하는 단계와,

   내부 링을 수용하기 위한 축방향 구멍과, 임펠러의 배면의 표면과 밀봉 결합하기 위하여 반경 방향으로 연장된 톱니를 갖춘 축방향 연장 플랜지를 갖는 반경 방향 외부 부분을 구비한 외부 링을 형성하는 단계와,

   상기 내부 링의 외부 환상 표면을 외부 링의 축방향 구멍에 고정하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 래버린스 시일의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 고정 단계는 외부 링을 가열하고, 외부 링 안에 내부 링을 삽입하고, 이들 두 개의 링 사이에서 수축 끼워 맞춤이 되도록 외부 링을 냉각함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 래버린스 시일의 제조 방법.
7. 제5항에 있어서, 외부 링에 형성된 톱니가 반경 방향 내측으로 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 래버린스 시일의 제조 방법.