건식 가스 씰이란 무엇입니까?

회전 기계의 영역에서 공정 가스의 효과적인 밀봉은 최적의 성능과 신뢰성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 건식 가스 씰은 널리 채택된 밀봉 솔루션으로 등장하여 기존의 액체 윤활 씰에 비해 뚜렷한 이점을 제공합니다.

이 블로그 게시물에서는 건식 가스 씰의 복잡한 내용을 탐구하여 설계, 작동 원리, 다양한 산업 분야에서의 적용 분야를 살펴봅니다.

건식 가스 씰이란 무엇입니까?

건식 가스 씰은 비접촉식의 한 종류입니다. 기계적 밀봉 회전하는 샤프트를 따라 공정 가스 누출을 방지하기 위해 원심 압축기에서 일반적으로 사용됩니다. 이러한 씰은 액체 윤활이 필요 없이 작동하며 대신 얇은 가스 필름에 의존하여 씰링 표면 사이의 간격을 유지합니다. 이러한 분리는 결합 링의 홈과 샤프트 회전으로 생성되는 유체 역학적 힘의 조합을 통해 달성됩니다.

건식 가스 씰은 전통적인 습식(오일 윤활) 씰에 비해 에너지 소비 감소, 오염 위험 감소, 압축기 효율성 개선 등 여러 가지 장점을 제공합니다. 석유 및 가스 처리, 석유화학 플랜트, 가스 수송 분야 등 다양한 산업에서 널리 사용됩니다.

건식 가스 씰의 구성 요소

• 회전 링: 회전 링은 압축기 샤프트에 부착되며 나선형 홈 패턴이 있는 정밀 가공된 면이 특징입니다. 이 패턴은 작동 중 밀봉 표면 사이의 간격을 유지하는 데 필요한 유체 역학적 리프트 힘을 생성하는 데 도움이 됩니다.
• 고정 링: 고정 링은 씰 하우징에 장착되며 회전 링과 맞물리는 매끄러운 씰링 면이 있습니다. 일반적으로 실리콘 카바이드나 텅스텐 카바이드와 같은 단단하고 내마모성 소재로 만들어져 혹독한 작동 조건을 견뎌냅니다.
• 씰 가스 공급 시스템: 씰 가스 공급 시스템은 씰 캐비티에 정밀하게 제어된 압력으로 깨끗하고 건조한 가스(일반적으로 질소)를 공급합니다. 이 가스는 씰링 면 사이에 얇은 필름을 만들고 공정 가스로 인한 오염을 방지하는 데 필수적입니다. 씰 가스 공급 시스템은 일반적으로 필터, 압력 조절기 및 유량 제어 밸브를 포함하여 최적의 씰링 환경을 유지합니다.

이러한 기본 구성 요소 외에도 건식 가스 씰에는 고정 구성 요소 간 누출을 방지하기 위해 O-링 및 개스킷과 같은 2차 씰링 요소가 통합되어 있습니다.

건식 가스 씰의 작동 원리

건식 가스 씰은 비접촉, 갭 타입 씰링 기술의 원리에 따라 작동합니다. 씰링 동작은 정밀하게 제조된 씰 면 사이를 흐르는 가압 가스의 얇은 필름을 통해 달성되며, 누출을 방지하는 장벽을 만듭니다.

고압 씰 가스는 고정 링의 포트를 통해 씰 인터페이스로 주입됩니다. 가스가 회전 링과 고정 링 사이의 틈새로 들어가면 팽창하여 씰링 면에 걸쳐 압력 프로파일을 생성합니다. 이 압력 프로파일은 일반적으로 수 미크론으로 측정되는 작은 틈새로 면을 분리하는 개방력을 생성합니다.

샤프트와 부착된 회전 링의 회전은 가스 필름 내에서 유체 역학적 효과를 생성합니다. 이 효과로 인해 가스 압력이 방사형으로 바깥쪽으로 증가하여 회전 및 고정 구성 요소 사이에 안정적이고 비접촉 씰이 생성됩니다.

최적의 밀봉 갭을 유지하기 위해 건식 가스 씰은 가압 가스에 의해 생성된 개방력과 씰 스프링에 의해 가해지는 폐쇄력 및 씰 면에 걸친 압력 차이 사이의 균형에 의존합니다. 씰 가스 공급 시스템은 공정 가스보다 약간 높은 압력에서 깨끗하고 건조한 가스를 지속적으로 공급하여 긍정적인 밀봉을 보장하고 오염을 방지합니다.

1차 씰에서 누출된 가스는 2차 씰 챔버에 모아져 안전하게 환기되거나 압축기로 다시 재활용됩니다.

건식 가스 씰의 종류

건식 가스 씰은 다양한 응용 분야 요구 사항에 맞게 다양한 구성으로 제공됩니다. 건식 가스 씰의 세 가지 주요 유형은 단일 씰, 탠덤 씰 및 이중 대향 씰입니다.

단일 씰

단일 건식 가스 씰은 회전 및 고정 링의 단일 세트로 구성됩니다. 이러한 씰은 일반적으로 압력 차이가 낮고 작동 조건이 덜 까다로운 응용 분야에서 사용됩니다. 단일 씰은 다른 유형의 건식 가스 씰에 비해 더 컴팩트하고 비용 효율적입니다.

씰 가스는 회전 링과 고정 링 사이에 주입되어 표면 간의 직접 접촉을 방지하는 얇은 필름을 생성합니다. 이 필름은 안정적인 갭을 유지하여 효율적인 밀봉을 가능하게 하고 구성 요소의 마모를 최소화합니다.

탠덤 씰

탠덤 건식 가스 씰은 직렬로 배열된 두 세트의 회전 및 고정 링을 특징으로 합니다. 이 구성은 추가적인 보호 및 중복성을 제공하여 탠덤 씰을 더 중요한 응용 분야 또는 더 높은 압력 차이가 있는 환경에 적합하게 만듭니다.

탠덤 씰 배열에서 1차 씰은 주요 씰링 요소로 기능하는 반면 2차 씰은 백업으로 작동합니다. 1차 씰이 고장나거나 과도한 누출이 발생하면 2차 씰이 대신하여 시스템의 씰링 무결성을 유지합니다.

씰 가스는 1차 및 2차 씰 모두에 공급되어 일관되고 신뢰할 수 있는 씰링 성능을 보장합니다. 탠덤 씰은 씰링 구성 요소 중 하나가 고장나더라도 계속 작동할 수 있으므로 향상된 안전성과 신뢰성을 제공합니다.

이중 반대 봉인

이중 대향 건식 가스 씰은 반대 구성으로 배열된 두 세트의 회전 및 고정 링으로 구성됩니다. 이 배열에서 씰링 면은 등을 맞대고 배치되고 그 사이에 씰 가스가 공급됩니다.

이중 씰의 반대 설계는 압력의 균형을 이루게 하며, 이는 씰링 구성 요소에 작용하는 축방향 힘을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

이중 대향 씰의 씰 가스 흐름은 씰 하우징 내의 일련의 포트와 채널을 통해 관리됩니다. 이를 통해 씰 가스가 고르게 분배되고 회전 및 고정 구성 요소 간의 안정적인 씰링 인터페이스를 유지하는 데 도움이 됩니다.

더블 대향 씰은 우수한 밀봉 효율을 제공하며 싱글 및 탠덤 씰에 비해 더 높은 압력 차이를 처리할 수 있습니다. 이는 일반적으로 신뢰할 수 있는 밀봉 성능이 중요한 고압 압축기 및 펌프와 같은 까다로운 응용 분야에서 사용됩니다.

건식 가스 씰의 장점

향상된 신뢰성

건식 가스 씰은 기존 밀봉 방법에 비해 상당히 높은 신뢰성을 제공합니다. 건식 가스 씰의 비접촉 설계는 마모를 최소화하여 고장 위험을 줄이고 씰의 작동 수명을 연장합니다.

향상된 효율성

건식 가스 씰은 회전 구성 요소와 고정 구성 요소 사이의 간극이 작아서 누출이 줄어들고 밀봉 효율이 향상됩니다.

유지 관리 비용 절감

건식 가스 씰의 비접촉 특성은 마찰과 마모를 줄여 빈번한 유지 관리 및 부품 교체의 필요성을 최소화합니다. 이러한 장점은 장비 수명 동안 유지 관리 비용을 낮추고 씰 유지 관리 활동과 관련된 가동 중지 시간을 줄이는 데 도움이 됩니다.

환경적 이점

건식 가스 씰은 기존의 오일 기반 씰에 비해 더 깨끗하고 환경 친화적인 씰링 솔루션을 제공합니다. 불활성 가스를 씰링 매체로 사용함으로써 건식 가스 씰은 오일 누출 및 오염 위험을 제거하여 장비의 환경 영향을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

건식 가스 씰의 단점

높은 초기 비용

건식 가스 씰에 필요한 첨단 기술과 정밀 제조는 기존 씰링 방법에 비해 초기 비용이 더 많이 드는 경우가 많습니다.

오염 물질에 대한 민감성

건식 가스 씰은 기존 씰에 비해 씰링 가스의 오염 물질에 더 민감합니다. 가스 공급의 입자, 액체 또는 기타 불순물은 씰링 면을 손상시켜 조기 고장으로 이어질 수 있습니다.

제한된 온도 범위

건식 가스 씰은 일부 기존 밀봉 방법에 비해 작동 온도 범위가 더 제한적입니다. 건식 가스 씰에 사용되는 재료는 극도로 높거나 낮은 온도의 응용 분야에 적합하지 않을 수 있으므로 특정 산업이나 공정에서의 사용이 제한될 수 있습니다.

건식 가스 씰의 응용 분야

원심 압축기

건식 가스 씰은 원심 압축기, 특히 석유 및 가스 산업에서 널리 사용됩니다. 고압, 고속 응용 분야에 대한 안정적이고 효율적인 씰링을 제공하여 최적의 압축기 성능을 보장하고 가스 누출을 최소화합니다.

터보기계

건식 가스 씰은 증기 터빈, 가스 터빈, 익스팬더와 같은 다양한 터보기계에 적용됩니다. 기존 씰링 기술에 비해 우수한 씰링 성능, 감소된 마찰 손실, 향상된 효율성을 제공합니다.

석유화학 가공

석유화학 가공 공장에서 건식 가스 씰은 펌프, 믹서 및 기타 회전 장비에 사용됩니다. 이는 공정 순도를 유지하고, 위험하거나 귀중한 유체의 누출을 방지하며, 공장의 전반적인 안전과 효율성에 기여합니다.

산업용 가스

건식 가스 씰은 수소, 질소, 산소와 같은 산업용 가스의 생산, 보관 및 취급에 사용됩니다. 비접촉 설계와 다양한 가스 유형과의 호환성으로 인해 공정 전반에 걸쳐 가스의 무결성과 순도를 유지하는 데 적합합니다.