기계적 씰 선택에서의 유체 호환성

기계적 씰을 선택할 때 유체와 씰 재료가 어떻게 상호 작용하는지 고려하는 것이 중요합니다. 이는 성능과 수명에 영향을 미치기 때문입니다.

점도, 화학 성분, 윤활 방식, 오염 문제와 같은 요소를 평가하면 시스템 안정성을 높이는 데 도움이 되는 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

유체 특성

점도

점도는 유체의 흐름 저항을 측정하며 씰 성능과 수명에 상당한 영향을 미칩니다. 유체 호환성을 평가하려면 동적 점도와 운동 점도를 모두 고려해야 합니다.

고점도 유체는 유체 전단으로 인해 열 발생이 증가하여 기계적 씰에 과제를 안겨줍니다. 이는 씰 면의 변형이나 과도한 마모로 이어질 수 있습니다. 적절한 열 발산 메커니즘과 더 단단한 씰 면 소재는 이러한 문제를 관리할 수 있습니다. 반대로, 저점도 유체는 씰 면 사이에 적절한 윤활을 제공하지 못해 마찰과 마모율이 높아질 수 있습니다.

점도는 또한 씰이 씰 면 사이에 안정적인 유체 필름을 유지하는 능력에 영향을 미칩니다. 특정 점도 범위에 대한 성능을 최적화하려면 씰 면 지형 또는 균형 비율을 조정해야 할 수 있습니다.

청정

제약이나 반도체 산업에서 사용되는 것과 같은 고순도 유체는 특수 씰을 요구합니다. 이러한 씰은 공정을 오염시키지 않고 무결성을 유지해야 합니다. 반대로 불순물 수준이 높은 유체는 손상을 방지하기 위해 강화된 여과 또는 플러싱 시스템이 있는 견고한 씰이 필요합니다.

유체에 연마 입자, 화학적 오염 물질 및 용해된 고형물이 있는지 평가합니다. 이러한 불순물은 씰 표면 재료, 2차 씰 및 씰 구성 요소 야금에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 연마 입자는 씰 표면에 과도한 마모를 일으킬 수 있고, 특정 화학적 오염 물질은 탄성 구성 요소를 분해할 수 있습니다.

휘발성

휘발성 유체를 취급할 때, 정상적인 작동 온도와 압력에서 증발할 수 있는 경향을 주의 깊게 평가해야 합니다.

휘발성이 높은 유체는 플래싱이 발생하기 쉽습니다. 플래싱은 액체가 씰 면에서 증기로 변하는 현상으로, 이로 인해 건조 작동 및 마모가 증가할 가능성이 있습니다.

덜 휘발성인 유체의 경우 씰 선택이 더 유연할 수 있습니다. 그러나 마찰열로 인해 씰 표면에서 국부적으로 끓는 현상을 간과해서는 안 됩니다. 이는 여전히 씰 불안정성과 수명 단축으로 이어질 수 있습니다.

독성

고독성 유체의 경우 이중 기계적 씰 또는 밀폐형 펌프는 누출 위험을 최소화할 수 있습니다. 씰 재료가 독성 유체에 화학적으로 내성이 있는지 확인하여 분해 및 잠재적인 파손을 방지합니다.

윤활 체제

기계적 씰을 선택할 때는 씰 면 사이에서 발생하는 윤활 체계를 고려해야 합니다. 이 체계는 경계, 혼합 및 전체 유체 필름의 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다.

경계

기계적 씰의 경계 윤활은 유체 필름 두께가 감소하여 반대 표면의 거칠기가 접촉하게 될 때 발생합니다. 이러한 상태는 일반적으로 시동, 정지 또는 저속 작동 중에 나타납니다. 경계 윤활에서 하중은 유체 필름보다는 표면 거칠기에 의해 주로 지지됩니다.

경계 윤활에서 열 발산을 위해 유체 필름에 의존하는 것은 충분하지 않습니다. 플러싱이나 냉각 시스템과 같은 추가 수단을 통해 적절한 열 제거가 보장되어야 합니다. 씰 표면에 보호 필름을 형성하는 특수 경계 윤활제나 첨가제를 사용하면 마모를 크게 줄이고 씰 수명을 연장할 수 있습니다.

혼합

혼합 윤활에서는 경계 윤활과 유체 역학 윤활이 공존합니다. 이 전이 상태에서는 하중이 부분적으로 유체 압력에 의해 지지되고 부분적으로는 거칠기 접촉에 의해 지지됩니다.

혼합 윤활은 일반적으로 시동, 정지 또는 작동 조건의 급격한 변화 중에 발생합니다. 씰 면 사이의 간헐적인 접촉으로 표시되며, 전체 유체 필름 윤활에 비해 마모가 증가합니다.

혼합된 체제에서 유체 필름과 경계 윤활의 비율은 크게 다를 수 있습니다. 이러한 변동을 처리할 수 있도록 씰을 설계하여 성능이나 수명을 손상시키지 않고 윤활 상태 간의 원활한 전환을 보장합니다.

풀 플루이드 필름

전체 유체 필름 윤활은 씰 면이 얇은 유체 층으로 완전히 분리될 때 달성되는 최고 수준의 기계적 씰 성능을 나타냅니다. 이러한 분리는 유체가 생성하는 유체 역학적 압력이 폐쇄력을 상쇄하기에 충분하기 때문에 발생합니다. 이 체제에서는 마모가 거의 없어지고 마찰이 최소화되어 씰의 수명과 신뢰성이 향상됩니다.

오염

연마 입자

기계적 씰 응용 분야에서 연마 입자를 다루는 경우 세 가지 주요 문제가 발생합니다.

첫째, 이러한 입자는 씰 면에 과도한 마모를 일으켜 조기 씰 고장을 일으킬 수 있습니다. 둘째, 씰 면 사이에 축적되어 적절한 밀봉을 방해하고 누출을 일으킬 수 있습니다. 셋째, 연마 입자는 O-링이나 개스킷과 같은 2차 밀봉 요소를 손상시킬 수 있습니다.

고체

고체 오염 물질 입자는 미세한 것부터 눈에 보이는 것까지 다양하며 외부 출처에서 유래하거나 시스템 자체 내에서 형성될 수 있습니다.

결정화

결정화는 유체에 녹아 있는 고체가 용액에서 침전되어 씰 표면과 다른 구성 요소에 축적되는 고체 결정을 형성할 때 발생합니다.

결정화는 씰 표면의 마모를 증가시켜 씰이 조기에 고장날 수 있습니다. 결정은 또한 작은 틈새에 쌓여서 움직임을 제한하고 잠재적으로 씰 걸림을 일으킬 수 있습니다. 극단적인 경우 결정화는 씰 플러시 포트나 기타 중요한 통로를 완전히 막을 수 있습니다.

화학적 호환성

유체와 씰 재료 사이의 반응

공정 유체와 씰 구성 요소 간의 잠재적인 상호 작용은 성능 저하, 부식 또는 심지어 씰이 완전히 고장날 수 있으므로 면밀히 조사해야 합니다.

유체의 화학적 구성, 온도 및 농도를 평가합니다. 예를 들어, Viton®과 같은 플루오로엘라스토머는 많은 오일과 용매에 대한 내성을 보이지만 특정 케톤이나 아민에 노출되면 분해될 수 있습니다.

금속 부품도 화학적 공격에 취약합니다. 스테인리스 스틸은 내식성으로 유명하지만 특정 화학 물질이나 농도에 취약할 수 있습니다. 티타늄과 Hastelloy® 합금은 더 공격적인 유체에 대한 향상된 저항성을 제공합니다.

바인더, 필러 소재에 미치는 영향

결합제는 일반적으로 폴리머나 수지로 구성되며, 복합재에 구조적 응집력을 제공하는 반면, 필러는 강도와 열전도도와 같은 특성을 향상시킵니다.

특정 유체는 바인더에 부정적인 영향을 미쳐 부드러워지거나 부풀거나 용해될 수 있습니다. 이러한 상호 작용은 씰 저하, 구조적 무결성 손상 및 잠재적인 씰 고장으로 이어집니다.

탄소, 흑연 또는 세라믹 입자와 같은 필러도 유체 상호 작용에 취약합니다. 일부 유체는 필러가 침출되어 씰의 효과를 떨어뜨릴 수 있습니다. 다른 시나리오에서는 유체가 필러와 반응하여 속성을 변경하거나 팽창을 일으킬 수 있습니다.

씰 페이스 소재 선택 가이드라인

저점도 유체

저점도 유체에 대한 씰 페이스 소재를 선택할 때 경계 및 혼합 윤활 조건에 대한 소프트 페이스 대 하드 페이스 조합을 고려해야 합니다. 탄소와 같은 소프트 페이스 소재는 종종 실리콘 카바이드나 텅스텐 카바이드와 같은 더 단단한 카운터페이스와 잘 어울립니다. 이 조합은 전체 유체 필름 윤활이 항상 유지되지 않을 수 있는 까다로운 저점도 응용 분야에서 더 나은 적합성과 내마모성을 제공할 수 있습니다.

고점도 유체

고점도 유체에 대한 씰 페이스 소재를 선택할 때는 하드 페이스와 하드 페이스 조합을 우선시해야 합니다. 이 접근 방식은 씰 페이스 사이에서 발생할 수 있는 높은 전단력을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 두 페이스 모두에 실리콘 카바이드나 텅스텐 카바이드와 같은 소재를 선택하면 과도한 마모 위험을 줄이고 점성 환경에서 씰 무결성을 유지할 수 있습니다.

단단한 연마 입자의 존재

단단한 연마 입자가 있는 유체에 직면할 때는 경도가 더 높은 씰 페이스 소재를 우선시해야 합니다. 연마 마모에 대한 우수한 저항성을 제공하는 텅스텐 카바이드나 실리콘 카바이드와 같은 옵션을 고려해야 합니다.

결정화되기 쉬운 유체

결정화되기 쉬운 유체를 다룰 때는 특수 씰 설계를 고려해야 합니다. 공정 유체를 씰의 외경에 유지하여 면 사이에 결정이 형성될 위험을 줄이는 구성을 선택하세요. 또한 결정 축적을 최소화하고 씰 무결성을 유지하도록 설계된 특수 기능이 있는 경질 대 경질 표면 소재를 선택해야 합니다.

자주 묻는 질문

유체 호환성 문제를 방지하기 위해 기계적 씰을 얼마나 자주 검사해야 합니까?

기계적 씰은 최소한 분기별로, 정기적인 유지관리 시에, 그리고 유체나 작동 조건이 변경될 때마다 유체 적합성 문제가 있는지 검사해야 합니다.

온도 변화로 인해 유체 호환성이 시간이 지남에 따라 변할 수 있습니까?

예, 유체 호환성은 온도 변동으로 인해 시간이 지남에 따라 변할 수 있습니다. 온도 변화는 유체 특성을 변경하여 씰 재료와의 상호 작용에 영향을 미치는 화학 반응이나 물리적 변화를 일으킬 수 있습니다.

다양한 씰 유형에 대한 특정 유체 적합성 테스트가 있습니까?

네, 다양한 씰 유형에 대한 구체적인 테스트에는 침지, 부피 팽창, 경도 변화가 포함됩니다.