메카니컬 씰 재질 선택 가이드

기계적 씰에 적합한 재료를 선택하는 것은 어려운 작업일 수 있습니다. 사용 가능한 옵션이 너무 많고 고려해야 할 중요한 요소가 많기 때문에 잘못된 선택을 하면 조기 씰 고장, 비용이 많이 드는 가동 중지 시간 및 안전 위험으로 이어질 수 있습니다.

이 블로그 게시물에서는 기계적 씰에 가장 적합한 소재를 선택하는 과정을 신비화 해제합니다. 일반적으로 사용되는 페이스 및 보조 씰 소재를 다루고 유체 호환성, 온도 및 압력 정격, 기계적 특성 등을 포함하여 평가해야 할 핵심 요소에 대해 논의합니다.

기계적 씰에 일반적으로 사용되는 재료

씰 표면 재질

씰 페이스는 기계적 씰의 심장부로, 까다로운 작동 조건에도 불구하고 단단한 씰링 인터페이스를 유지하는 역할을 합니다. 다음 소재는 고유한 특성으로 인해 씰 페이스에 자주 사용됩니다.

1. 탄소: 탄소흑연은 자체 윤활 특성, 뛰어난 열 전도성 및 결합면의 사소한 결함에 적응하는 능력으로 인해 씰면에 인기 있는 선택입니다. 일반적으로 물과 저압 응용 분야에서 사용되지만 고온이나 고산화 환경에서는 산화될 수 있습니다.
2. 실리콘 카바이드: 실리콘 카바이드는 매우 단단하고 내마모성이 뛰어난 세라믹 소재로, 뛰어난 내화학성과 치수 안정성을 제공합니다. 고온, 고압 및 공격적인 매체와 관련된 까다로운 응용 분야에서 자주 사용됩니다. 실리콘 카바이드는 소결 또는 반응 결합이 가능하며, 후자는 향상된 열 충격 저항성을 제공합니다.
3. 텅스텐 카바이드: 텅스텐 카바이드는 높은 열전도도를 가진 밀도가 높고 내마모성이 뛰어난 소재입니다. 고압, 고온 응용 분야에서 자주 사용되며 연마 매체를 견딜 수 있습니다. 그러나 텅스텐 카바이드는 급격한 온도 변화에서 열 균열이 발생하기 쉽습니다.
4. 세라믹: 알루미나 및 지르코니아와 같은 고급 세라믹은 뛰어난 내마모성, 화학적 불활성 및 고온 안정성을 제공합니다. 이들은 공격적인 유체를 처리하는 고압 펌프 및 압축기와 같은 혹독한 서비스 조건에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 그러나 세라믹은 취성이 있고 열 충격에 취약할 수 있습니다.
5. 유리 충진 PTFE: 유리 충전 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)는 PTFE의 낮은 마찰 및 내화학성과 유리 섬유가 제공하는 향상된 내마모성 및 치수 안정성을 결합한 복합 소재입니다. 낮은 마찰이 필수적인 저압, 화학적으로 공격적인 환경에서 일반적으로 사용됩니다.

2차 씰 재료(엘라스토머)

보조 씰(일반적으로 O-링 또는 개스킷)은 씰 면과 하우징 사이의 정적 밀봉을 담당합니다. 누출을 방지하다 그리고 밀봉 시스템의 무결성을 유지합니다. 보조 밀봉에 사용되는 일반적인 탄성체 재료는 다음과 같습니다.

1. 부나(니트릴): 부나 또는 니트릴 고무는 오일, 연료 및 유압 유체에 대한 내성이 우수한 범용 엘라스토머입니다. 광범위한 작동 온도 범위와 뛰어난 내마모성을 제공합니다. 그러나 극성 용매, 케톤 또는 방향족 탄화수소와 함께 사용하는 것은 권장되지 않습니다.
2. EPDM: 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)는 열, 오존 및 풍화에 대한 뛰어난 저항성을 가진 다재다능하고 비용 효율적인 엘라스토머입니다. 물, 증기 및 온화한 화학 물질과 관련된 응용 분야에서 자주 사용됩니다. 그러나 EPDM은 오일 및 석유 기반 유체와 호환되지 않습니다.
3. 비톤: 비톤 또는 플루오로엘라스토머는 뛰어난 내화학성과 고온 안정성을 갖춘 고성능 합성 고무입니다. 일반적으로 공격적인 화학 환경에서 사용되며 최대 200°C(400°F)의 온도를 견딜 수 있습니다. 그러나 비톤은 비교적 비싸고 마찰이 심한 동적 응용 분야에 적합하지 않을 수 있습니다.

기계적 씰에 사용되는 다양한 재료의 특성

기계적 씰을 위한 재료 선택 시 고려해야 할 요소

유체 호환성

유체의 화학적 구성, pH 수준 및 잠재적 오염 물질은 씰 재료의 내구성과 기능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 물과 잘 어울리는 씰 재료는 탄화수소 기반 유체에 노출되면 빠르게 분해될 수 있습니다. 따라서 과도한 부식, 팽창 또는 열화를 경험하지 않고 유체의 특정 화학적 특성을 견딜 수 있는 재료를 선택하는 것이 필수적입니다.

온도 범위

다양한 재료는 온도 허용 오차가 다르며, 예상되는 온도 스펙트럼에서 특성과 성능을 유지할 수 있는 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 고온 응용 분야의 경우, 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드 및 특정 엔지니어링 세라믹과 같은 재료가 우수한 내열성과 열 안정성으로 인해 선호되는 경우가 많습니다. 반대로, 저온 환경에서는 탄소 및 특정 엘라스토머와 같은 재료가 더 적합할 수 있습니다.

압력 조건

고압 환경에서는 씰 표면에 작용하는 증가된 힘을 견딜 수 있는 우수한 기계적 강도와 치수 안정성을 가진 재료가 필요합니다. 이러한 경우 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드 또는 세라믹과 같은 더 단단하고 탄력성이 더 높은 재료가 까다로운 압력 조건에서 안정적이고 내마모성 씰링 인터페이스를 유지하는 능력으로 인해 종종 선택됩니다.

기계적 강도

씰 재료의 기계적 강도는 특히 높은 회전 속도, 빈번한 시작-정지 사이클 또는 진동 및 충격에 노출되는 응용 분야에서 중요한 고려 사항입니다. 높은 경도, 파괴 인성 및 굽힘 강도를 가진 재료는 균열, 칩핑 또는 조기 마모 없이 이러한 기계적 응력을 처리하는 데 더 적합합니다. 특히 씰 면은 씰의 작동 수명 내내 안정적이고 정밀한 씰링 인터페이스를 유지하기에 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다.

마모 저항

유체에 연마 입자나 오염 물질이 포함된 응용 분야에서는 씰 재료의 내마모성이 매우 중요합니다. 연마 마모는 씰 표면을 빠르게 침식하여 누출이 증가하고 씰 수명이 단축될 수 있습니다. 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드 및 특정 세라믹과 같이 경도와 내마모성이 높은 재료는 연마 입자의 긁는 작용을 견딜 수 있는 능력 때문에 선호됩니다. 더 부드럽고 탄력성이 더 높은 2차 씰과 함께 경질 표면 재료를 사용하면 마모가 전체 씰 성능에 미치는 영향을 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

작동 속도

장비의 회전 속도는 또한 재료 선택에 영향을 미칩니다. 고속 작동은 상당한 열을 발생시키고 재료에 더 많은 응력을 가할 수 있기 때문입니다. 씰 구성 요소. 실리콘 카바이드 및 텅스텐 카바이드와 같이 열 발산 특성이 좋고 열 변형에 대한 저항성이 있는 재료는 종종 고속 응용 분야에 선택됩니다. 또한 홈이나 베인과 같은 씰 면에 유체 역학적 특징을 사용하면 면 사이에 얇은 유체 필름을 생성하여 고속에서 마찰과 열 발생을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

환경 규제

석면 및 납과 같은 특정 재료는 잠재적인 건강 및 환경적 위험으로 인해 현재 많은 응용 분야에서 제한되거나 금지되어 있습니다. 씰 재료는 특정 산업 및 지역에서 사용하기에 적합한지 확인하기 위해 REACH, RoHS 및 BSEA와 같은 관련 규정을 준수해야 합니다.

샤프트 크기

더 큰 샤프트는 증가된 표면적과 오정렬 또는 처짐 가능성을 처리하기 위해 더 견고한 씰 재료가 필요할 수 있습니다. 또한 샤프트의 표면 마감 및 상태는 호환되는 씰 재료 선택에 영향을 미칠 수 있습니다. 거칠거나 손상된 샤프트 표면은 증가된 마모를 보상하고 효과적인 씰을 유지하기 위해 더 단단하고 내마모성이 더 강한 표면 재료를 사용해야 할 수 있습니다.

장비 유형

펌프, 믹서 또는 압축기와 같은 다양한 장비 유형은 작동 조건, 설계 특징 및 산업 표준에 따라 씰 재료에 대한 특정 요구 사항이 있을 수 있습니다. 예를 들어, 식품 가공 장비에 사용되는 씰은 FDA 규정을 준수해야 하며 식품과의 접촉에 적합해야 하는 반면, 화학 가공 공장의 씰은 부식성이 강하거나 공격적인 매체에 저항해야 할 수 있습니다.

총 소유 비용

일부 재료는 초기 비용이 더 높을 수 있지만, 씰 수명을 늘리고, 유지 관리 요구 사항을 줄이며, 가동 중단 시간을 최소화하여 장기적으로 상당한 비용 절감 효과를 제공할 수 있습니다. 생산 손실, 환경 정화, 평판 손상과 같은 씰 고장과 관련된 비용은 초기 재료 비용보다 훨씬 더 클 수 있습니다. 따라서 다양한 재료 옵션의 전체 수명 주기 비용과 이점을 평가하는 것이 필수적입니다.