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KR102716728B1 - 기계적 밀봉 장치 - Google Patents

기계적 밀봉 장치 Download PDF

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KR102716728B1
KR102716728B1 KR1020227040637A KR20227040637A KR102716728B1 KR 102716728 B1 KR102716728 B1 KR 102716728B1 KR 1020227040637 A KR1020227040637 A KR 1020227040637A KR 20227040637 A KR20227040637 A KR 20227040637A KR 102716728 B1 KR102716728 B1 KR 102716728B1
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KR
South Korea
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sealing ring
sealing
channel
centrifuge
seal
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요한 포르슬룬드
Original Assignee
알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

본 발명은 원심 분리기(1)를 위한 기계적 밀봉 장치(16)에 관한 것으로, 기계적 밀봉 장치(16)는 제1 밀봉 표면(20)을 포함하는 제1 밀봉 링(18), 제2 밀봉 표면(24)을 포함하는 제2 밀봉 링(22)을 포함하고, 제1 및 제2 밀봉 표면(20, 24)은 밀봉부(50)를 형성하도록 서로 대면하게 구성되고, 냉각 유체를 위한 적어도 하나의 채널(26)이 제1 밀봉 링(18) 내에 배열되고, 적어도 하나의 채널(26)은 유입구(28) 및 유출구(30)를 포함한다. 적어도 하나의 채널(26)의 유출구(30)는 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)에 배열된다. 본 발명은 또한 기계적 밀봉 장치(16)를 포함하는 원심 분리기(1)에 관한 것이다.

Description

기계적 밀봉 장치
본 발명은 첨부된 청구범위에 따른 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 첨부된 청구범위에 따른 기계적 밀봉 장치를 포함하는 원심 분리기에 관한 것이다.
원심 분리기는 액체, 기체 및 고체 입자를 서로 분리하도록 구성된다. 또한, 함께 혼합된 상이한 밀도의 액체도 원심 분리기에서 서로 분리될 수 있다. 함께 혼합된 서로 다른 밀도의 기체도 원심 분리기에서 서로 분리될 수 있다. 원심 분리기는 액체, 기체 또는 고체 입자가 원심 분리기로부터 누출되는 것을 예방하기 위해 밀봉되어야 한다. 원심 분리기의 일부 부분이 회전하기 때문에, 회전 부분과 고정 부분 사이에 누출이 발생할 수 있다. 따라서, 분리기에서 회전 부분과 고정 부분 사이에 기계적 밀봉부가 배열될 수 있다. 회전 부분과 고정 부분 사이의 상대적인 회전 움직임으로 인해, 이들 회전 부분과 고정 부분 사이에 배열되는 기계적 밀봉부의 밀봉 표면들 사이에 열이 발생될 수 있다. 일부 원심 분리기 용례에서, 기계적 밀봉부는 밀폐식 밀봉부를 제공할 수 있다.
문헌 US 2020/016610 A1은 원심 분리기를 위한 밀봉 조립체를 개시한다. 밀봉 조립체는 2개의 밀봉 링을 포함하고, 2개의 밀봉 링은 2개의 밀봉 링의 맞물림시에 이중 접촉 밀봉부가 형성되도록 배열된다. 하나 또는 양 밀봉 링 내의 챔버에는 냉각 유체가 공급될 수 있다. 챔버는 밀봉 조립체 내의 누출을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 밀봉 조립체 내의 누출을 방지하기 위해 압력 하의 유체가 챔버에 공급될 수 있다.
문헌 US4654023 A는 원심 분리기의 케이싱을 위한 기계적 밀봉부를 개시한다. 케이싱의 저부의 개구를 통해 반경방향 베어링을 둘러싸는 공간과의 연결로부터 케이싱의 내부를 밀봉하기 위해, 2개의 밀봉 링이 서로에 대해 축방향으로 접경하며, 하나는 회전 가능하고 하나는 회전 불가능하다.
밀봉 표면들 사이의 상대적인 움직임으로 인한 기계적 밀봉부에서 발생된 열은 기계적 밀봉부의 수명을 감소시킬 수 있다. 또한, 기계적 밀봉부에서 발생된 열은 밀봉부의 파손 및 누출을 초래할 수 있다. 또한, 기계적 밀봉부의 상이한 영역에서의 큰 온도차는 밀봉부의 파손 및 누출을 초래할 수 있고, 수명의 감소를 초래할 수 있다. 따라서, 긴 수명을 가지며 밀봉부의 파손 및 누출 없이 긴밀한 밀봉부를 제공하는 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치를 개발할 필요가 있다. 또한, 밀봉부 내 온도차가 낮은 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치를 개발할 필요가 있다. 또한, 긴 수명을 가지며 밀봉부의 파손 및 누출 없이 긴밀한 밀봉부를 제공하는 기계적 밀봉 장치가 제공된 원심 분리기를 개발할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 긴 수명을 가지며 밀봉부 파손 및 누출 없이 긴밀한 밀봉부를 제공하는 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치를 개발하는 것이다. 또한, 밀폐식 밀봉부를 제공하는 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치를 개발하는 것이 목적이다. 또한, 밀봉 내의 온도차가 낮은 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치를 개발하는 것이 목적이다. 또한, 긴 수명을 가지며 밀봉부 파손 및 누출 없이 긴밀한 밀봉부를 제공하는 기계적 밀봉 장치가 제공된 원심 분리기를 개발하는 것이 목적이다.
이는 첨부된 청구범위에 따른 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치에 의해 달성된다. 이는 또한 첨부된 청구범위에 따른 기계적 밀봉 장치를 포함하는 원심 분리기에 의해 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치가 제공된다. 기계적 밀봉 장치는, 제1 밀봉 표면을 포함하는 제1 밀봉 링; 및 제2 밀봉 표면을 포함하고, 제2 밀봉 링을 포함하고, 제1 및 제2 밀봉 표면은 밀봉 링의 밀봉부를 형성하도록 서로 대면하게 구성되고; 제1 밀봉 링은 제1 중심 축을 갖고 제2 밀봉 링은 제2 중심 축을 가지며, 제1 밀봉 링의 제1 중심 축은 제2 밀봉 링의 제2 중심 축과 일치하도록 구성되고; 냉각 유체를 위한 적어도 하나의 채널이 제1 밀봉 링 내에 배열되고, 적어도 하나의 채널은 유입구 및 유출구를 포함하고; 적어도 하나의 채널의 유출구는 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면에 배열되고, 적어도 하나의 채널의 유출구는 형성된 밀봉부의 외부 반경보다 제1 중심 축으로부터 더 큰 반경방향 거리에 배열된다.
따라서, 밀봉 조립체는 밀폐식 밀봉부를 형성할 수 있는 기계적 밀봉부이다. 밀봉 조립체는 고정 부분과 회전 가능한 부분 사이에 밀봉부를 형성하기 위한 것이다. 이러한 기계적 밀봉 장치는 긴 수명을 가지며, 밀봉부 파손 및 누출에 대한 위험성이 감소된 긴밀한 밀봉부를 제공할 것이다. 또한, 기계적 밀봉 장치 내의 온도차 역시 낮을 것이다.
본 개시내용에 따르면, 적어도 하나의 채널의 유출구는 형성된 밀봉부의 외부 반경보다 제1 중심 축으로부터 더 큰 반경방향 거리에 배열된다. 따라서, 적어도 하나의 채널의 유출구는 밀봉 장치의 형성된 밀봉부의 반경방향 외측에 배열될 것이다. 기계적 밀봉 장치 내의 채널의 유출구의 반경방향 외측의 2개의 대향 밀봉 표면 사이의 동일한 축방향 평면에는 어떠한 추가적 밀봉부도 형성되지 않는다.
냉각 유체는 기계적 밀봉 장치 내의 열을 흡수하고 따라서 기계적 밀봉 장치 내 온도를 감소시킨다. 또한, 적어도 하나의 채널의 유출구는 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면에, 즉, 제1 밀봉 표면의 옆에 또는 제1 밀봉 표면과 나란히 배열되기 때문에, 냉각 유체는 제1 밀봉 표면 및 이에 따라 형성된 밀봉부에 인접하여 통과할 것이다. 냉각 유체가 적어도 하나의 채널에서 유동할 때, 제1 및 제2 밀봉 표면의 상대적인 움직임에 의해 발생되는 열은 냉각 유체에 의해 흡수될 수 있다. 적어도 하나의 채널은 밀봉 링 내의 온도를 균등화하도록 구성된다. 밀봉 링 내의 균등화된 온도는 밀봉 링 및 제1 및 제2 밀봉 표면의 균열 및 변형을 예방할 수 있다. 냉각 유체가 적어도 하나의 채널에서 외부로 유동할 때, 냉각 유체는 제1 및 제2 밀봉 표면의 영역으로 유동하는데, 이는 적어도 하나의 채널의 유출구가 제1 밀봉 표면과 제2 밀봉 표면 사이에서 밀봉 장치의 형성된 밀봉부에, 즉, 형성된 밀봉부의 옆에 또는 형성된 밀봉부와 나란히 배열되기 때문이다. 냉각 유체가 제1 및 제2 밀봉 표면과 유체 연결될 때, 제1 및 제2 밀봉 표면의 상대적인 움직임에 의해 발생되는 열은 냉각 유체에 의해 흡수될 수 있다. 이는 제1 및 제2 밀봉 표면에 온도를 감소시킬 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 원심 분리기가 제공된다. 원심 분리기는 본 명세서에 개시된 기계적 밀봉 장치를 포함한다.
본 명세서에 개시된 기계적 밀봉 장치가 제공된 이러한 원심 분리기는 긴 수명을 가질 것이며, 또한, 밀봉부 파손 및 누출의 위험이 감소된 긴밀한 밀봉부를 제공할 것이다.
본 발명의 추가의 목적, 이점 및 신규한 특징은 후술하는 세부 사항으로부터 그리고 본 발명을 실시함으로써 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 발명이 아래에서 설명되지만, 본 발명은 구체적으로 설명된 세부 사항에 제한되지 않을 수 있음이 명백하다. 본 명세서의 교시에 접근한 본 기술 분야의 통상의 기술자는 다른 영역 내에서의 추가의 적용, 변형, 및 통합을 인지할 것이며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다.
본 개시내용 및 그 추가적인 목적 및 이점의 완전한 이해를 위해, 이하에 기재된 상세한 설명은 첨부 도면과 함께 읽혀져야 하고, 첨부 도면에서 동일한 참조 부호는 다양한 도면에서 유사한 아이템을 나타낸다.
도 1은 일 예에 따른 원심 분리기를 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 예에 따른 원심 분리기의 유입구 및 유출구 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 선 I-I를 따른 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 2의 상세도를 개략적으로 도시한다.
본 개시내용에 따르면, 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치가 제공된다. 기계적 밀봉 장치는 제1 밀봉 표면을 포함하는 제1 밀봉 링 및 제2 밀봉 표면을 포함하는 제2 밀봉 링을 포함하고, 제1 및 제2 밀봉 표면은 기계적 밀봉 장치의 밀봉부를 형성하도록 서로 대면하게 구성된다. 제1 밀봉 링은 제1 중심 축을 갖고 제2 밀봉 링은 제2 중심 축을 가지며, 제1 밀봉 링의 제1 중심 축은 제2 밀봉 링의 제2 중심 축과 일치하도록 구성된다. 이는 제1 및 제2 밀봉 링이 공통 중심 축을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 냉각 유체를 위한 적어도 하나의 채널이 제1 밀봉 링 내에 배열되고, 적어도 하나의 채널은 유입구 및 유출구를 포함한다. 적어도 하나의 채널의 유출구는 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면에, 즉 제1 밀봉 표면의 옆에 또는 제1 밀봉 표면과 나란히 배열된다. 적어도 하나의 채널의 유출구는 형성된 밀봉부의 외부 반경보다 제1 중심 축으로부터 더 큰 반경방향 거리에 배열된다.
따라서, 기계적 밀봉 장치의 형성된 밀봉부는 채널의 유출구의 반경방향 내측에 위치된다. 기계적 밀봉 장치는, 제1 및 제2 밀봉 링의 대향 표면들 사이에 추가적 밀봉부 또는 밀봉 계면을 형성하지 않으며, 이는 제1 및 제2 표면과 동일한 축방향 평면에서 반경방향으로, 즉, 냉각 유체를 위한 채널의 반경방향 외측으로 연장한다. 따라서, 형성된 밀봉부는 단일 접촉 밀봉부의 유형이다.
기계적 밀봉 장치는 원심 분리기의 회전 부분과 고정 부분 사이에 배열될 수 있다. 대안적으로, 기계적 밀봉 장치는 서로 상이한 회전 속도를 갖는 2개의 회전 부분 사이에 배열될 수 있다. 기계적 밀봉 장치는 유체 또는 기체가 밀봉부를 통과하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 그러나, 유체 또는 기체는 밀봉부의 밀봉 표면들 사이에 매우 얇은 필름을 형성할 수 있다. 이러한 얇은 필름은 밀봉 표면에 대한 윤활 효과를 갖는다.
기계적 밀봉 장치는 임의의 유체 또는 기체가 밀봉부를 통과하는 것을 방지하는 밀폐식 밀봉부를 제공할 수 있다.
원심 분리기는 상이한 밀도를 갖는 유체와 기체를 분리하도록 구성될 수 있다. 분리기는 작동하는 동안 유체 또는 기체의 원심 분리가 일어나는 분리 챔버를 그 자체 내에 형성하는 회전자를 포함할 수 있다. 분리 챔버는 유체 또는 기체의 효과적인 분리를 용이하게 하기 위해 절두원추형 분리 디스크의 스택이 제공된다. 절두 원추형 분리 디스크의 스택은 표면 확대 삽입체의 예이며 중심에 그리고 회전자와 동축으로 끼워진다. 분리기의 작동 동안, 분리될 유체 또는 기체는 분리 공간 내로 유입된다. 밀도에 따라, 유체 또는 기체 내의 상이한 상들은 분리 디스크들 사이에서 분리된다. 유체 또는 기체의 더 무거운 성분은 분리 디스크들 사이에서 반경방향 외측으로 이동하는 반면, 최저 밀도의 상은 분리 디스크들 사이에서 반경방향 내측으로 이동하며 분리기 내의 반경방향 최내측 레벨에 배열된 유출구를 통해 강제된다. 더 높은 밀도의 성분은 대신에 더 큰 반경방향 거리에 있는 유출구를 통해 강제로 배출된다. 유체 내의 임의의 잠재적 고체 또는 슬러지는, 분리 챔버의 주연부에 축적될 것이며, 반경방향 슬러지 유출구의 세트가 개방됨으로써 분리 공간으로부터 간헐적으로 비워지는데, 이때 슬러지가 배출된다.
제1 밀봉 링은 원심 분리기의 유형 및 크기에 적합한 직경 및 축방향 연장부를 가질 수 있다. 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면은 원형 형상을 갖는다. 제1 밀봉 표면은 유체 및 기체의 효과적인 밀봉을 제공하는 평활도를 갖는다.
제2 밀봉 링은 원심 분리기의 유형 및 크기에 적합한 직경 및 축방향 연장부를 가질 수 있다. 제2 밀봉 링의 제2 밀봉 표면은 원형 형상을 갖는다. 제2 밀봉 표면은 유체와 기체의 효과적인 밀봉을 제공하는 평활도를 갖는다.
제1 및 제2 밀봉 표면은 서로 대면하도록 구성된다. 제1 밀봉 표면과 제2 밀봉 표면 사이의 접촉 영역은 기계적 밀봉 장치의 밀봉부를 구성한다. 대안적으로, 제1 밀봉 표면과 제2 밀봉 표면 사이의 유체 또는 기체의 얇은 필름에 의해 제공되는 계면이 기계적 밀봉 장치의 밀봉부를 구성한다.
제1 및 제2 밀봉 표면은 동일하거나 상이한 면적을 가질 수 있다. 제1 및 제2 밀봉 표면은 동일하거나 상이한 평활도를 가질 수 있다.
액추에이터는 제1 및 제2 밀봉 표면을 함께 가압하도록 배열될 수 있다. 이러한 액추에이터는 코일 스프링과 같은 스프링일 수 있다.
제1 밀봉 표면과 제2 밀봉 표면 사이의 상대적인 회전 움직임으로 인해, 밀봉 표면 및 제1 및 제2 밀봉 링에서 열이 발생될 수 있다. 또한, 원심 분리기에서 분리될 유체와 기체는 높은 온도를 가질 수 있고, 이는 제1 및 제2 밀봉 링에서 온도를 증가시킬 수 있다. 제1 밀봉 링에 배치된 적어도 하나의 채널은 기계적 밀봉 장치에서 온도를 감소시키도록 구성된다. 또한, 적어도 하나의 채널은 제1 밀봉 링에서 온도를 균등화하도록 구성된다. 제1 밀봉 링에서의 균등한 온도는 제1 밀봉 링과 제1 밀봉 표면에서 균열 및 변형을 방지할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 채널은 제2 밀봉 링에서 온도를 균등화하도록 구성된다. 제2 밀봉 링에서의 균등한 온도는 제2 밀봉 링과 제2 밀봉 표면에서 균열 및 변형을 방지할 수 있다.
냉각 유체는 기계적 밀봉 장치의 적어도 하나의 냉각 채널 및 원심 분리기에 연결된 냉각 유체 소스로부터 제공될 수 있다. 냉각 유체는 냉각 유체 소스에서 냉각될 수 있다. 냉각 유체는 원심 분리기에 진입할 때 특정 초기 온도를 가질 수 있고, 이는 원심 분리기에서 특정 분리 프로세스에 맞춰진다. 냉각 유체는 액체, 기체 또는 분말일 수 있다. 냉각 유체는 윤활 특성을 가질 수 있다. 냉각 유체는 기계적 밀봉 장치 내의 열을 흡수하고 따라서 기계적 밀봉 장치 내 온도를 감소시킨다. 펌프가 적어도 하나의 채널 내에서 냉각 유체의 유동을 생성하도록 배열될 수 있다. 중력은 적어도 하나의 채널 내에서 냉각 유체의 유동을 생성할 수 있다.
적어도 하나의 채널은 제1 밀봉 링 내에 배열된 유입구 및 유출구를 포함한다. 냉각 유체는 유입구를 통해 적어도 하나의 채널에 진입하고 유출구를 통해 적어도 하나의 채널을 떠나도록 구성된다. 따라서, 적어도 하나의 채널은 냉각 채널을 형성할 수 있다.
적어도 하나의 채널의 유출구가 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면에, 즉 나란히 배열되기 때문에, 냉각 유체는 제1 밀봉 표면에 인접하게 통과할 것이다. 냉각 유체가 적어도 하나의 채널에서 유동할 때, 제1 및 제2 밀봉 표면의 상대적인 움직임에 의해 발생되는 열은 냉각 유체에 의해 흡수될 수 있다. 냉각 유체가 적어도 하나의 채널에서 외부로 유동할 때, 냉각 유체는 제1 및 제2 밀봉 표면의 영역으로 유동할 수 있다. 냉각 유체가 제1 및 제2 밀봉 표면과 유체 연결될 때, 제1 및 제2 밀봉 표면의 상대적인 움직임에 의해 발생되는 열은 냉각 유체에 의해 흡수될 수 있다. 이는 제1 및 제2 밀봉 표면에 온도를 감소시킬 것이다.
또한, 적어도 하나의 채널의 유출구는 형성된 밀봉부의 외부 반경보다 제1 중심 축으로부터 더 큰 반경방향 거리에 배열되기 때문에, 적어도 하나의 채널의 유출구는 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면의 외부 반경의 반경방향 외측에 배열될 것이다. 이 형상은 밀봉 링 및 제1 및 제2 밀봉 표면의 온도를 감소시킬 것이다.
일 양태에 따르면, 적어도 하나의 채널의 유출구는 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면 및 제2 밀봉 링의 제2 밀봉 표면과 유체 연결하여 배열된다.
일 양태에 따르면, 제2 밀봉 링의 제2 밀봉 표면의 외부 반경은 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면의 외부 반경보다 크고, 적어도 하나의 채널의 유출구는 제2 밀봉 링의 제2 밀봉 표면을 향해 지향된다. 따라서, 적어도 하나의 채널의 유출구는 제2 밀봉 링의 제2 밀봉 표면의 외부 반경의 반경방향 내측에 적어도 부분적으로 배열되고 위치된다. 이로 인해, 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면의 외부 반경의 반경방향 외측에 위치된 제2 밀봉 표면의 부분 상에서 냉각 유체가 유동할 것이다. 냉각 유체가 제2 밀봉 표면과 직접적으로 유체 연결될 때, 제2 밀봉 링에서 발생되는 열은 냉각 유체에 의해 효과적으로 흡수될 수 있다. 이는 제2 밀봉 표면의 온도를 감소시킬 것이다. 또한, 냉각 유체가 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면의 외부 반경의 반경방향 외측에 위치된 제2 밀봉 표면의 해당 부분 상에서 유동할 때, 냉각 유체는 밀봉 표면들 사이로 쉽게 진입하여 밀봉 표면들 사이에 매우 얇은 필름을 형성할 수 있다. 이러한 얇은 필름은 밀봉 표면에 대한 윤활 효과를 갖는다.
일 양태에 따르면, 규제 부분은 냉각 유체의 유동을 규제하기 위해 적어도 하나의 채널에 또는 그 내부에 배열된다.
규제 부분은 적어도 하나의 채널 내의 냉각 유체의 유량을 감소시킬 것이다. 또한, 적어도 하나의 채널 내의 냉각 유체의 체적 유동은 규제 부분에 의해 감소될 것이다. 규제 부분은 감소된 직경을 갖는 적어도 하나의 채널의 일 부분일 수 있다. 적어도 하나의 채널의 전체 길이에 감소된 유량 및 체적 유동을 달성하기 위해 감소된 직경이 제공될 수 있다.
일 양태에 따르면, 규제 부분은 적어도 하나의 채널의 유입구 개구를 적어도 부분적으로 덮도록 구성된다.
규제 부분은 유입구 개구를 부분적으로 덮고 따라서 냉각 유체가 유입구 개구에 진입하는 것을 규제하도록 배열되는 부재일 수 있다. 규제 부분은 유입구 개구를 부분적으로 덮기 위해 적어도 하나의 채널 내에 그리고 유입구 개구 내에 배열되는 부재일 수 있다. 규제 부분은 유입구 개구를 부분적으로 덮기 위해 유입구 개구의 외측 상에 그리고 그에 따라 적어도 하나의 채널의 외측 상에 배열되는 부재일 수 있다. 규제 부분은 적어도 하나의 채널 내의 냉각 유체의 유량 및 체적 유동을 감소시킬 것이다.
일 양태에 따르면, 규제 부분은 제1 밀봉 링 상에 안착되도록 구성되고 적어도 하나의 채널의 유입구를 적어도 부분적으로 덮도록 구성된 와셔 요소이다.
와셔 요소의 내경은 제1 밀봉 링의 내경보다 클 수 있다. 제1 밀봉 링 내의 적어도 하나의 채널의 유입구는 와셔 요소의 내주연부에 의해 부분적으로 덮일 수 있다. 와셔 요소의 외경은 제1 밀봉 링의 외경보다 더 작을 수 있다. 제1 밀봉 링 내의 적어도 하나의 채널의 유입구는 와셔 요소의 외주연부에 의해 부분적으로 덮일 수 있다. 와셔 요소의 내주연부 또는 외주연부에는 사면이 제공될 수 있으며, 사면은 와셔 요소가 적어도 하나의 채널의 유입구를 부분적으로 덮도록 구성된다. 대안적으로, 와셔 요소는 적어도 하나의 채널의 유입구보다 작은 직경을 갖는 관통 구멍을 포함할 수 있다.
일 양태에 따르면, 적어도 2개의 채널이 제1 밀봉 링 주위에 고르게 분포된다.
적어도 2개의 채널을 제1 밀봉 링 주위에 고르게 분포시키는 것은 채널을 통한 냉각 유체의 유동을 고르게 분배할 수 있다. 이는 제1 밀봉 링 내의 온도를 균등화할 것이고 따라서 제1 밀봉 링 내의 임의의 온도 구배를 예방할 것이다.
일 양태에 따르면, 채널의 수는 간격을 갖는 2개 내지 10개, 예를 들어 4개 내지 8개, 예를 들어 6개일 수 있으며, 이러한 채널들은 제1 밀봉 링 주위에 고르게 분포된다. 그로인해, 기계적 특성에 부정적인 영향을 주지 않으면서 밀봉 링의 주연부 주위에 충분한 냉각이 제공될 수 있다. 그러나, 큰 직경을 갖는 기계적 밀봉 장치가 제공되는 대형 원심 분리기는 제1 밀봉 링 주위에 고르게 분포되는 다수의 채널을 포함할 수 있다.
채널을 제1 밀봉 링 주위에 고르게 분포시킴으로써 채널을 통한 냉각 유체의 유동을 고르게 분배할 수 있다. 이는 제1 밀봉 링 내의 온도를 균등화하여 제1 밀봉 링 내의 임의의 온도 구배를 예방할 것이다.
일 양태에 따르면, 제2 밀봉 링의 재료는 제1 밀봉 링의 재료보다 단단하다.
제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면은 제1 밀봉 링과 제2 밀봉 링 사이의 상대적인 움직임 중에 제2 밀봉 링의 제2 밀봉 표면 상에서 활주할 수 있기 때문에, 표면의 마모가 발생할 수 있다. 제2 밀봉 링의 재료가 제1 밀봉 링의 재료보다 단단하기 때문에, 마모는 실질적으로 제1 밀봉 링에서 발생할 것이다. 따라서, 기계적 밀봉 장치의 유지 보수 중에 제1 밀봉 링만 교체될 수 있다.
일 양태에 따르면, 제2 밀봉 링의 재료는 탄화규소을 포함하고, 제1 밀봉 링의 재료는 흑연이다.
제2 밀봉 링의 탄화규소는 제1 밀봉 링의 흑연보다 단단하다. 따라서, 마모는 실질적으로 제1 밀봉 링에서 발생할 것이다. 따라서, 기계적 밀봉 장치의 유지 보수 동안 제1 밀봉 링만 교체될 수 있다. 흑연으로 이루어진 제1 밀봉 링은 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 따라서, 제1 밀봉 링의 교체가 낮은 비용으로 이루어질 수 있다.
일 양태에 따르면, 제2 밀봉 링의 재료는 제1 밀봉 링의 재료의 열전도성보다 큰 열전도성을 갖는다.
제2 밀봉 링에서의 더 큰 열전도성은 밀봉 표면들의 상대적인 움직임에서의 열발생으로부터 열을 흡수하여 열을 제2 밀봉 표면으로부터 멀리 전달할 수 있다. 적어도 하나의 채널이 제1 밀봉 링 내에 배열되기 때문에, 발생된 열은 냉각 유체의 수단에 의해 제1 밀봉 링으로부터 멀리 전달될 것이다.
일 양태에 따르면, 제1 밀봉 링의 적어도 하나의 채널은 제1 중심 축과 평행한 연장부를 갖는다.
제1 중심 축이 원심 분리기에서 수직 연장부를 갖는 위치에 제1 밀봉 링을 배열함으로써, 제1 밀봉 링 내의 적어도 하나의 채널은 또한 수직 연장부를 가질 것이다. 냉각 유체는 채널이 수직 연장부를 갖는 경우 적어도 하나의 채널에서 중력에 의해 유동할 수 있다.
일 양태에 따르면, 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면은 제1 법선을 갖고 제2 밀봉 링의 제2 밀봉 표면은 제2 법선을 가지며, 제1 및 제2 법선의 방향은 제1 밀봉 링의 제1 중심 축의 방향 및 제2 밀봉 링의 제2 중심 축과 평행하다.
제1 및 제2 밀봉 표면은 밀봉부를 형성하도록 서로 대면하게 구성된다. 따라서, 밀봉 표면의 제1 및 제2 법선은 서로를 향해 지향된다. 이 배열은 밀봉부의 파손 및 누출 없이 긴밀한 밀봉부를 초래할 것이다. 제1 및 제2 밀봉 표면의 접촉 영역은 제1 및 제2 밀봉 링의 내경 및 외경에 의해 형성될 것이다.
일 양태에 따르면, 제1 밀봉 링은 고정 배열되도록 구성되고, 제2 밀봉 링은 회전 가능하게 배열되도록 구성된다.
고정의 제1 밀봉 링은 적어도 하나의 채널을 통해서 냉각 유체를 안내하는 배열을 단순화할 수 있을 것이다.
본 개시내용에 따르면, 원심 분리기가 제공된다. 원심 분리기는 본 명세서에 개시된 기계적 밀봉 장치를 포함한다.
본 명세서에 개시된 기계적 밀봉 장치가 제공된 이러한 원심 분리기는 긴 수명을 가지며, 또한, 밀봉부의 파손 및 누출에 대한 위험이 감소된 긴밀한 밀봉부를 제공할 것이다. 또한, 원심 분리기에서 기계적 밀봉 장치의 유지보수는 단순화되고 낮은 비용으로 이루어질 것이다.
이제, 원심 분리기를 위한 기계적 밀봉 장치 및 기계적 밀봉 장치를 포함하는 원심 분리기가 첨부 도면과 함께 설명될 것이다.
도 1은 일 예에 따른 원심 분리기(1)를 개략적으로 도시하고 있다. 분리기(1)는 작동 중에 유체 또는 기체의 원심 분리가 일어나는 분리 챔버(4)를 그 자체 내부에 형성하는 회전자(2)를 포함한다. 분리 챔버(4)에는 유체 또는 기체의 효과적인 분리를 용이하게 하기 위해 절두원추형 분리 디스크(6)의 스택이 제공된다. 분리기의 작동 중에, 분리될 유체 또는 기체는 원심 분리기(1)의 유입구 및 유출구 장치(8)를 통해 분리 챔버(4) 내로 운반된다. 밀도에 따라, 유체 또는 기체 내의 상이한 상들은 분리 디스크들 사이에서 분리된다. 유체 또는 기체의 더 무거운 성분은 분리 디스크(6) 사이에서 반경방향 외측으로 이동할 것인 반면, 최저 밀도의 상은 분리 디스크(6) 사이에서 반경방향 내측으로 이동할 것이고, 분리기(1) 내에서 반경방향 최내측 레벨에 배열된 제1 유출구(10)를 통해 그리고 추가적으로 유입구 및 유출구 장치(8)로 강제된다. 더 높은 밀도의 성분은 더 큰 반경방향 거리에 있는 제2 유출구(12)를 통해 강제 배출되고, 이 성분은 분리 챔버(4)로부터 간헐적으로 비워질 것이다. 유입구 및 유출구 장치(8)는 분리될 유체 또는 기체를 위한 제1 유입구(14)를 포함한다.
도 2는 일 예에 따른 원심 분리기(1)의 유입구 및 유출구 장치(8)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 유입구 및 유출구 장치(8)는 제1 유입구(14) 및 제1 유출구(10)를 포함한다. 기계적 밀봉 장치(16)는 유입구 및 유출구 장치(8) 내에 배열된다. 기계적 밀봉 장치(16)는 제1 밀봉 표면(20)을 가지는 제1 밀봉 링(18) 및 제2 밀봉 표면(24)을 가지는 제2 밀봉 링(22)을 포함한다. 제1 및 제2 밀봉 표면(20, 24)은 밀봉부를 형성하도록 서로 대면하게 구성된다. 냉각 유체를 위한 채널(26)은 제1 밀봉 링(18) 내에 배열된다. 각각의 채널(26)은 유입구(28) 및 유출구(30)를 포함한다. 각각의 채널(26)의 유출구(30)는 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)에, 즉 제1 밀봉 표면(20)과 나란히 배열된다. 각각의 채널(26)은 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20) 및 제2 밀봉 링(22)의 제2 밀봉 표면(24)과 유체 연결하여 배열된다. 냉각 유체는 원심 분리기(1)의 제2 유입구(34)에 연결된 냉각 유체 소스(32)으로부터 제공된다. 제1 밀봉 링(18)은 유입구 및 유출구 장치(8)에 고정 배열되도록 구성된다. 제2 밀봉 링(22)은 원심 분리기(1)의 회전 가능한 구성요소에 연결되며, 따라서 제2 밀봉 링(22)은 회전 가능하게 배열되도록 구성된다.
제1 밀봉 링(18)은 제1 중심 축(36)을 갖고 제2 밀봉 링(22)은 제2 중심 축(38)을 갖는다. 제1 밀봉 링(18)의 채널(26)은 제1 중심 축(36)과 평행하게 연장된다. 제1 밀봉 링(18)의 제1 중심 축(36)은 제2 밀봉 링(22)의 제2 중심 축(38)과 일치한다.
냉각 유체는 제2 유입구(34)를 통해 원심 분리기(1)로 유입된다. 제2 유입구(34)로부터, 냉각 유체는 액추에이터(41)가 제1 및 제2 밀봉 표면(20, 24)을 함께 가압하도록 배열된 캐비티(39) 내로 유동한다. 도 2에서, 액추에이터(41)는 스프링이다.
도 3은 도 2의 선 I-I를 따른 단면도를 개략적으로 도시한다. 6개의 채널(26)이 제1 밀봉 링(18) 내에 배열된다. 채널(26)은 제1 밀봉 링(18) 둘레에 고르게 분포되어, 채널(26)을 통한 냉각 유체의 유동이 고르게 분배된다. 제1 밀봉 링(18)에 고르게 분포된 채널(26)은 제1 밀봉 링(18) 내의 온도를 균등화하여 제1 밀봉 링(18) 내의 임의의 온도 구배를 예방할 것이다.
도 4는 도 2의 상세도를 개략적으로 도시한다. 이 상세도는 기계적 밀봉 장치(16)를 더 상세하게 보여준다. 와셔 요소(40)는 제1 밀봉 링(18) 상에 안착되도록 구성되고 채널(26)의 유입구(28)를 적어도 부분적으로 덮도록 구성된다. 와셔 요소(40)는 채널(26) 내에서의 냉각 유체의 유동을 규제할 것이다. 각각의 채널과 관련하여 와셔 요소 또는 이러한 유형의 다른 규제부를 연계시킴으로써, 채널(26)을 통한 냉각 유체의 유동은 고르게 분배될 수 있다.
제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)은 제1 법선(42)을 가지고 제2 밀봉 링(22)의 제2 밀봉 표면(24)은 제2 법선(44)을 가진다. 제1 및 제2 법선(42, 44)의 방향은 제1 밀봉 링(18)의 제1 중심 축(36)의 방향 및 제2 밀봉 링(22)의 제2 중심 축(38)의 방향과 평행하다. 기계적 밀봉 장치(16)의 밀봉부 및/또는 밀봉 계면(50)은 제1 및 제2 밀봉 표면(20, 24) 사이에 형성된다.
도 4의 화살표(46)는 냉각 유체의 유동 방향 및 유동 경로를 나타낸다. 냉각 유체는 제2 유입구(34)(도 2 참조)를 통해 원심 분리기(1)로, 그리고 추가로 캐비티(39)로 유입된다. 캐비티(39)로부터, 냉각 유체는 원심 분리기(1)의 유입구 및 유출구 장치(8)의 정적 요소(48)와 와셔 요소(40) 사이에 형성된 원형 통로를 통해 유동한다. 그 후에, 냉각 유체는 채널(26)의 유입구(28) 내로 그리고 유출구(30)를 향해 유동한다.
채널(26)의 유출구(30)는 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)의 외부 반경(R1)보다 큰 제1 중심 축(36)으로부터의 반경방향 거리(D)에 배열된다. 또한, 밀봉부가 제1 밀봉 표면(20)과 제2 밀봉 표면(24) 사이에 형성되기 때문에 외부 반경(R1)은 형성된 밀봉부(50)에 대한 외부 반경(R1)을 형성한다. 따라서, 채널(26)의 유출구(30)는 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)의 외부 반경(R1)의 반경방향 외측에 배열될 것이다. 채널(26)의 유출구(30)는 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)에, 즉 제1 밀봉 표면(20)과 나란히 배열된다. 따라서, 냉각 유체는 제1 밀봉 표면(20) 및 이에 따라 기계적 밀봉 장치의 밀봉부(50)에 인접하여 지나갈 것이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 밀봉 링의 제1 밀봉 표면과 제2 밀봉 링의 제2 밀봉 표면 사이의 어떠한 추가 밀봉부도 밀봉부(50)의 반경방향 외측에 포함되지 않는다.
제2 밀봉 링(22)의 제2 밀봉 표면(24)의 외부 반경(R2)은 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)의 외부 반경(R1)보다 크고, 이러한 방식으로 적어도 하나의 채널(26)의 유출구(30)는 제2 밀봉 링(22)의 제2 밀봉 표면(24)을 향해 지향될 수 있다. 따라서, 이러한 방식으로, 냉각 유체는 외부 반경(R1)을 갖는 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)의 반경방향 외측에 위치하는 제2 밀봉 표면(24)의 일부에서 유동할 것이다. 따라서 냉각 유체의 유동의 작은 일부가 밀봉 표면(20, 24) 사이에 진입하고 밀봉 표면(20, 24) 사이에 매우 얇은 유체 필름을 형성할 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 밀봉 링(18, 22)을 통과한 후의 냉각 유체의 대부분은 원심 분리기(1)의 유출구 포트(도시 생략)를 통해 배출될 것이다.
본 개시내용의 예의 상기 설명은 예시 및 설명 목적으로 제공된다. 이는 포괄적이거나 본 개시내용을 설명된 예 및 변형예에 한정하도록 의도된 것은 아니다. 많은 수정 및 변형예가 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 상기 예들은 본 개시내용의 원리 및 그 실제 용례를 가장 양호하게 설명함으로써 전문가가 다양한 예에 대해 그리고 의도된 용도에 적절한 다양한 수정과 함께 본 개시내용을 이해할 수 있게 하기 위해 선택 및 설명되었다.

Claims (15)

  1. 기계적 밀봉 장치(16)를 포함하는 원심 분리기(1)이며, 상기 원심 분리기(1)는:
    분리 챔버(4)를 그 자체 내부에 형성하는 회전자(2)를 포함하고, 상기 분리 챔버(4)는 절두원추형 분리 디스크(6)의 스택을 포함하고,
    상기 기계적 밀봉 장치(16)는:
    제1 밀봉 표면(20)을 포함하는 제1 밀봉 링(18);
    제2 밀봉 표면(24)을 포함하는 제2 밀봉 링(22)으로서, 제1 및 제2 밀봉 표면(20, 24)은 기계적 밀봉 장치의 밀봉부(50)를 형성하도록 서로 대면하게 구성되는, 제2 밀봉 링(22)을 포함하고;
    제1 밀봉 링(18)은 제1 중심 축(36)을 갖고 제2 밀봉 링(22)은 제2 중심 축(38)을 가지며, 제1 밀봉 링(18)의 제1 중심 축(36)은 제2 밀봉 링(22)의 제2 중심 축(38)과 일치하도록 구성되고;
    냉각 유체를 위한 적어도 하나의 채널(26)이 제1 밀봉 링(18)에 배열되고, 적어도 하나의 채널(26)은 유입구(28) 및 유출구(30)를 포함하고;
    적어도 하나의 채널(26)의 유출구(30)는 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)에 배열되고, 적어도 하나의 채널(26)의 유출구(30)는 형성된 밀봉부(50)의 외부 반경(R1)보다 제1 중심 축(36)으로부터 더 큰 반경방향 거리(D)에 배열되고,
    규제 부분(40)이 냉각 유체의 유동을 규제하기 위해 적어도 하나의 채널(26)과 관련하여 배열되는,
    원심 분리기(1).
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 채널(26)의 유출구(30)는 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20) 및 제2 밀봉 링(22)의 제2 밀봉 표면(24)과 유체 연결하여 배열되는, 원심 분리기(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 밀봉 링(22)의 제2 밀봉 표면(24)의 외부 반경(R2)은 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)의 외부 반경(R1)보다 크며, 적어도 하나의 채널(26)의 유출구(30)는 제2 밀봉 링(22)의 제2 밀봉 표면(24)을 향해 지향되는, 원심 분리기(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 규제 부분(40)은 적어도 하나의 채널(26)의 유입구(28)를 적어도 부분적으로 덮도록 구성되는, 원심 분리기(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 규제 부분(40)은 제1 밀봉 링(18) 상에 안착되도록 구성되고 적어도 하나의 채널(26)의 유입구(28)를 적어도 부분적으로 덮도록 구성된 와셔 요소(40)인, 원심 분리기(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 2개의 채널(26)은 제1 밀봉 링(18) 주위에 고르게 분포되는, 원심 분리기(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 채널(26)의 수는 간격을 갖는 4개 내지 8개이고, 채널(26)은 제1 밀봉 링(18) 주위에 고르게 분포되는, 원심 분리기(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 밀봉 링(22)의 재료는 제1 밀봉 링(18)의 재료보다 단단한, 원심 분리기(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 밀봉 링(22)의 재료는 탄화규소를 포함하고 제1 밀봉 링(18)의 재료는 흑연인, 원심 분리기(1).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 밀봉 링(22)의 재료는 제1 밀봉 링(18)의 재료의 열전도성보다 큰 열전도성을 갖는, 원심 분리기(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 밀봉 링(18) 내의 적어도 하나의 채널(26)은 제1 중심 축(36)과 평행한 연장부를 갖는, 원심 분리기(1).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 밀봉 링(18)의 제1 밀봉 표면(20)은 제1 법선(42)을 갖고 제2 밀봉 링(22)의 제2 밀봉 표면(24)은 제2 법선(44)을 가지며, 제1 및 제2 법선(42, 44)의 방향은 제1 밀봉 링(18)의 제1 중심 축(36)의 방향 및 제2 밀봉 링(22)의 제2 중심 축(38)의 방향과 평행한, 원심 분리기(1).
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 밀봉 링(18)은 고정되도록 구성되고, 제2 밀봉 링(22)은 회전 가능하도록 구성되는, 원심 분리기(1).
  14. 삭제
  15. 삭제
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