기계적 씰의 역사

초기 기계적 씰(1900년대-1940년대)

초기 씰 설계, 재료(강철, 청동) 및 응용 분야

초기 기계적 씰은 주로 강철과 청동과 같은 재료로 만들어졌습니다. 이러한 재료는 내구성과 내마모성을 위해 선택되었습니다. 씰은 펌프 및 기타 회전 장비의 스터핑 박스에 맞게 설계되어 기존의 소프트 패킹보다 유체 누출을 방지하는 데 더 효과적인 수단을 제공했습니다.

1905년 George Cook이 최초의 기계적 씰을 발명했습니다(“Cook Seal”)

기계적 씰의 역사는 조지 쿡이 "쿡 씰"로 알려진 최초의 기계적 씰을 발명한 1905년에 시작되었습니다. 이 획기적인 디자인은 고정 링과 회전 링으로 구성되었으며, 한 링에는 부드러운 패킹 재료로 채워진 홈이 있습니다. 쿡 씰은 밀봉 기술에서 주목할 만한 진전으로, 기존의 스터핑 박스 패킹에 대한 보다 효과적이고 신뢰할 수 있는 대안을 제공했습니다.

1929년 Crane Packing Company의 JM Ryan이 "Ryan Seal"을 개발했습니다.

1929년 Crane Packing Company의 JM Ryan은 탄소 흑연으로 만든 스프링 로드 고정 씰 면과 청동으로 만든 회전 씰 면을 특징으로 하는 "Ryan Seal"을 출시했습니다. 이 디자인은 더 나은 밀봉 성능과 더 긴 서비스 수명을 제공하여 Cook Seal을 개선했습니다. Ryan Seal은 특히 원심 펌프에서 다양한 산업 분야에서 빠르게 인기를 얻었습니다.

20세기 중반의 발전(1950년대-1970년대)

탄소흑연, 텅스텐 카바이드, 세라믹과 같은 새로운 씰 표면 소재 도입

1950년대와 1960년대에 기계적 씰 제조업체는 성능과 내구성을 개선하기 위해 새로운 씰 페이스 소재를 실험하기 시작했습니다. 탄소 흑연은 뛰어난 내마모성과 자체 윤활 특성으로 인해 고정 씰 페이스에 인기 있는 선택이 되었습니다. 텅스텐 카바이드와 실리콘 카바이드와 같은 세라믹도 씰 페이스 소재로 도입되어 기존의 청동과 강철에 비해 뛰어난 경도와 내화학성을 제공했습니다.

Durametallic의 Herbert Hummer가 개발한 압력-속도(PV) 계수

1960년대에 Durametallic Corporation의 Herbert Hummer는 씰 표면의 밀봉 압력과 슬라이딩 속도를 연관시키는 중요한 설계 매개변수인 압력-속도(PV) 계수를 개발했습니다. PV 계수를 통해 씰 제조업체는 유체 특성, 온도, 압력과 같은 요소를 고려하여 특정 응용 분야에 대한 씰 설계를 최적화할 수 있었습니다. 이러한 개발로 인해 보다 효율적이고 신뢰할 수 있는 기계적 씰이 탄생했습니다.

표준 카트리지 씰 및 씰 배열(싱글, 더블, 탠덤)의 등장

1960년대에 표준 카트리지 씰이 도입되면서 기계적 씰링 산업에 혁명이 일어났습니다. 카트리지 씰은 씰 면, 보조 씰링 요소, 스프링과 같은 모든 필수 구성 요소를 단일의 설치 준비 패키지로 포함하는 사전 조립된 장치였습니다. 이 설계는 씰 설치 및 유지 관리를 간소화하여 씰 교체와 관련된 가동 중지 시간과 비용을 줄였습니다.

이 기간 동안 다양한 씰 배열도 다양한 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해 개발되었습니다. 한 쌍의 씰 면으로 구성된 단일 씰은 일반적인 용도 애플리케이션에서 가장 일반적인 배열이 되었습니다. 두 쌍의 씰 면과 그 사이에 배리어 유체가 있는 이중 씰은 더 높은 수준의 안전과 신뢰성이 필요한 더 까다로운 애플리케이션에 도입되었습니다. 두 쌍의 씰 면을 직렬로 배열한 탠덤 씰은 기본 씰이 고장난 경우 백업 씰이 필요한 애플리케이션에 개발되었습니다.

John Crane, Flowserve, Burgmann 등 대형 씰 회사 설립

20세기 중반에는 산업을 형성하게 될 몇몇 주요 기계적 씰 제조업체가 등장했습니다. 1917년에 설립된 John Crane은 기계적 씰 및 씰링 시스템의 선도적인 글로벌 공급업체가 되었습니다. 1997년 BW/IP와 Durco International이 합병하여 형성된 Flowserve Corporation은 1872년에 설립된 저명한 펌프 및 씰 제조업체인 Byron Jackson Company에서 유래되었습니다. 1884년에 설립된 Burgmann Industries는 유럽 기계적 씰링 시장의 주요 업체로 성장했습니다.

이들 기업은 연구 개발에 지속적으로 투자하고, 밀봉 성능과 신뢰성에 대한 새로운 기준을 정립한 혁신적인 설계, 재료 및 제조 공정을 도입하여 기계적 밀봉 기술을 발전시키는 데 중요한 역할을 했습니다.

기계 씰의 현대 시대(1980년대-현재)

더욱 엄격해진 규제와 업계의 요구에 따른 씰 설계 및 재료 개선

1980년대와 1990년대에 환경 문제가 증가하고 산업 장비의 배출 및 누출에 대한 규제가 더욱 엄격해지면서 기계적 씰 설계 및 재료가 크게 발전했습니다. 예를 들어, 1990년 미국 청정공기법 개정안은 펌프 및 기타 장비에서 발생하는 휘발성 유기 화합물(VOC) 배출을 줄이도록 의무화하여 씰 제조업체가 보다 효율적이고 환경 친화적인 씰링 솔루션을 개발하도록 했습니다.

더 높은 신뢰성, 더 긴 서비스 수명, 까다로운 조건에서의 향상된 성능에 대한 산업의 요구는 또한 씰 설계 및 재료의 혁신을 촉진했습니다. 씰 제조업체는 고급 씰 페이스 재료 개발, 씰 지오메트리 최적화, 나선형 홈 및 레이저 가공 페이스 지형과 같은 기능을 통합하여 씰링 성능을 향상시키고 마모를 줄이는 데 집중했습니다.

실리콘 카바이드, 다이아몬드 코팅, 고성능 폴리머와 같은 첨단 소재 사용

첨단 소재의 사용은 현대 기계적 씰 개발의 특징이었습니다. 우수한 경도, 내마모성 및 화학적 불활성을 가진 세라믹 소재인 실리콘 카바이드는 연마성 또는 부식성 유체를 포함하는 까다로운 응용 분야에서 씰 표면에 선호되는 선택이 되었습니다. 화학 기상 증착(CVD) 또는 물리 기상 증착(PVD) 기술을 사용하여 적용된 다이아몬드 코팅은 씰 표면의 내마모성과 내구성을 향상시키는 데에도 사용되었습니다.

폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 방향족 폴리아미드(예: 케블라)와 같은 고성능 폴리머는 2차 씰링 요소 및 기타 씰 구성품에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 소재는 뛰어난 내화학성, 낮은 마찰 및 고온 안정성을 제공하여 기계적 씰이 광범위한 까다로운 환경에서 안정적으로 작동할 수 있도록 합니다.

더 나은 성능을 위해 레이저 가공된 표면 지형과 같은 기능을 통합합니다.

제조 기술의 발전으로 씰 제조업체는 정교한 기능을 기계적 씰 설계에 통합할 수 있게 되었습니다. 예를 들어 레이저 가공을 통해 씰 표면에 나선형 홈이나 딤플과 같은 정밀한 미세 지형을 만들 수 있었으며, 이를 통해 윤활을 개선하고 마찰을 줄이며 밀봉 성능을 향상시킬 수 있습니다.

현대 기계적 씰에서 더욱 일반화된 기타 설계 특징은 다음과 같습니다.

• 양방향 밀봉 기능으로 씰이 회전 방향 둘 다에서 효과적으로 작동할 수 있습니다.
• 자체 정렬 씰 면은 정렬 불량 조건에서도 최적의 접촉 및 밀봉 성능을 보장합니다.
• 압력 균형 씰 면은 씰 면의 순 폐쇄력을 줄이고 씰 수명을 연장합니다.
• 향상된 화학적 호환성과 고온 성능을 제공하는 유연한 흑연 2차 밀봉 요소

모듈형 카트리지 씰과 분할 씰 채택으로 설치 및 유지관리가 더욱 용이해졌습니다.

모듈식 카트리지 씰은 설치 및 유지 관리가 용이하기 때문에 최근 수십 년 동안 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 이러한 씰은 교체 가능한 구성 요소로 설계되어 사용자가 전체 씰 어셈블리를 교체하지 않고도 마모되거나 손상된 부품을 빠르게 교체할 수 있습니다. 이 모듈식 접근 방식은 다운타임과 유지 관리 비용을 줄이는 동시에 특정 애플리케이션에 대한 씰 구성에서 더 큰 유연성을 제공합니다.

장비를 완전히 분해하지 않고도 샤프트 주위에 설치할 수 있는 두 개의 반쪽으로 구성된 분할 씰도 씰링 산업에서 인기를 얻었습니다. 분할 씰은 잦은 씰 유지 관리가 필요하거나 장비 분해가 어렵거나 시간이 많이 걸리는 응용 분야에 특히 유리합니다.