고압 기계적 씰이란 무엇인가

고압 기계적 씰이란 무엇인가

고압 기계적 씰은 일반적으로 50bar(725psi) 이상의 극한 압력 조건에서 작동하는 기계의 중요한 구성 요소입니다. 이러한 씰은 고압 환경에서 발생하는 엄청난 힘을 견디면서 장비에서 유체 또는 가스가 누출되는 것을 방지하도록 설계되었습니다.

고압 기계적 씰의 주요 기능은 가장 까다로운 조건에서도 공정 유체와 대기 사이에 안전한 장벽을 유지하는 것입니다. 이러한 씰은 고정 부분(스테이터)과 회전 부분(로터)의 두 가지 주요 구성 요소로 구성되며, 유압 및 스프링 힘의 조합으로 함께 압착됩니다. 씰링 면은 일반적으로 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드 또는 세라믹과 같은 단단하고 내마모성 소재로 만들어지며, 이러한 응용 분야에서 발생하는 고압 및 온도를 견딜 수 있습니다.

고압 기계적 씰의 작동 원리

고압 기계적 씰의 작동 원리는 고정 및 회전 씰 면 사이에 얇은 유체 필름을 생성하는 데 의존합니다. 샤프트가 회전함에 따라 씰 링은 스프링 힘과 공정 유체의 유압 압력의 조합으로 함께 압착됩니다. 이 압력으로 인해 소량의 공정 유체가 씰 면 사이로 누출되어 얇고 안정적인 유체 필름이 생성되어 면을 윤활하고 냉각하는 동시에 추가 누출을 방지합니다.

씰 면 사이의 유체 필름은 유압, 스프링 힘 및 씰 면의 정밀한 형상 간의 섬세한 균형에 의해 유지됩니다. 씰 면은 일반적으로 2-3 헬륨 광 대역(0.22-0.33 µm) 이내로 매우 높은 평탄도로 랩핑되어 균일한 접촉을 보장하고 누출을 최소화합니다. 회전 씰 링은 일반적으로 유연한 벨로우즈 또는 기타 보조 씰링 요소와 함께 샤프트에 장착되며, 이는 씰을 유지하면서 사소한 샤프트 정렬 불량 및 축 방향 이동을 수용합니다.

고압 응용 분야에 사용되는 기계적 씰 유형은 무엇입니까?

면 대면

대면 배열에서 두 개의 기계적 씰은 씰 면이 서로를 향하도록 설치됩니다. 이 배열은 씰 면에 작용하는 유압력을 균형 있게 조절하여 순 폐쇄력과 열 발생을 줄이기 때문에 고압 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 대면 씰은 또한 1차 씰이 고장날 경우 2차 씰이 백업 역할을 할 수 있으므로 일정 수준의 중복성을 제공합니다.

연속

백투백 씰은 씰 면이 서로 반대 방향으로 배치되고, 씰 사이의 공간은 일반적으로 공정 유체보다 더 높은 압력의 버퍼 유체로 채워집니다. 이 배열은 공정 유체가 위험하거나 독성이 있거나 환경적으로 민감한 경우 사용되며, 1차 씰의 누출은 버퍼 유체와 2차 씰에 의해 억제됩니다. 백투백 씰에는 별도의 버퍼 유체 시스템과 추가 배관 및 계측기가 필요합니다.

탠덤(또는 페이스투백)

탠덤 또는 페이스-투-백 씰은 페이스-투-페이스 및 백-투-백 배열의 요소를 결합합니다. 이 구성에서 두 개의 씰은 면이 반대 방향으로 향하도록 설치되며, 1차 씰은 공정 유체를 향하고 2차 씰은 반대쪽을 향합니다. 씰 사이의 공간은 일반적으로 안전한 위치로 환기되거나 공정 유체보다 낮은 압력에서 버퍼 유체 시스템에 연결됩니다. 탠덤 씰은 페이스-투-페이스 씰의 압력 밸런싱 이점과 백-투-백 씰의 안전 및 격리 기능을 모두 제공합니다.

고압 기계적 씰 성능에 영향을 미치는 요인

씰 표면에 대한 공정 유체의 압력

유체 압력이 증가함에 따라 씰 면의 닫는 힘도 증가하여 면 하중이 높아지고 열 발생이 증가하고 마모가 더 빨리 발생할 수 있습니다. 이러한 효과를 상쇄하기 위해 고압 씰은 종종 씰 면에 밸런스 홀, 홈 또는 오리피스와 같은 기능을 통합하여 효과적인 닫는 힘을 줄이고 안정적인 유체 필름을 유지합니다.

밀봉 챔버의 온도 제어

고온은 씰 구성 요소의 열 팽창을 일으켜 표면 하중과 마모가 증가할 수 있습니다. 과도한 열은 또한 유체 필름의 윤활 특성을 저하시켜 마찰과 씰 고장 위험을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 문제를 완화하기 위해 고압 씰은 종종 냉각 재킷, 열교환기 또는 열사이펀 시스템을 통합하여 씰 챔버에서 열을 제거하고 안정적인 작동 온도를 유지합니다.

씰 표면의 적절한 윤활 및 냉각

씰 면 사이의 유체 필름은 윤활제와 냉각제 역할을 모두 하며 마찰열을 제거하고 면 사이의 직접 접촉을 방지합니다. 적절한 윤활 및 냉각을 보장하기 위해 고압 씰은 나선형 홈, 방사형 슬롯 또는 미세 구조와 같은 기능을 씰 면에 통합하여 유체 순환과 열 발산을 촉진할 수 있습니다. 실리콘 카바이드 또는 흑연이 적재된 재료와 같이 열 전도성과 자체 윤활성이 좋은 씰 면 재료를 선택하면 윤활 및 냉각 성능도 향상시킬 수 있습니다.

기계적 씰 고압 응용 분야를 위한 지원 시스템

고압 기계적 씰은 최적의 성능과 수명을 보장하기 위해 특수 지원 시스템이 필요합니다. 이러한 시스템은 안정적인 작동 조건을 유지하고, 씰 고장을 방지하고, 씰의 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 중요한 구성 요소 중 하나는 API Plan 52로, 버퍼 유체 저장소를 사용하여 씰에 깨끗하고 시원하며 가압된 환경을 제공합니다.

API Plan 52 시스템은 글리콜이나 오일과 같은 호환 버퍼 유체를 공정 유체보다 높은 압력에서 씰 챔버를 통해 순환시킵니다. 이러한 양의 압력 차이는 공정 유체가 씰 챔버로 유입되는 것을 방지하여 오염을 최소화하고 씰 수명을 연장합니다. 또한 이 시스템은 씰에서 발생하는 열을 발산하여 안정적인 작동 온도를 유지하는 데 도움이 됩니다.

고압 기계적 씰을 위한 기타 필수 지원 시스템은 다음과 같습니다.

1. 적절한 씰 페이스 윤활: 적절한 윤활은 씰 표면의 마찰과 마모를 줄이는 데 중요합니다. 이는 오일이나 그리스와 같은 배리어 유체를 사용하거나 씰 설계에 윤활 기능을 통합하여 달성할 수 있습니다.
2. 온도 조절: 씰 챔버에서 일정한 온도를 유지하는 것은 열 변형을 방지하고 적절한 씰 페이스 정렬을 보장하는 데 중요합니다. 이는 냉각 재킷, 열교환기 또는 온도 제어 장치를 사용하여 달성할 수 있습니다.
3. 압력 모니터링: 씰 챔버 내부의 압력을 지속적으로 모니터링하면 이상이나 누출을 감지하는 데 도움이 되므로, 적절한 유지 보수가 가능하고 치명적인 고장을 방지할 수 있습니다.

고압 기계적 씰의 응용 분야

• 원심 펌프: 고압 기계적 씰은 보일러 급수 펌프, 파이프라인 펌프, 석유 및 가스 굴착 장치의 분사 펌프 등 고압 유체를 처리하는 원심 펌프에 사용됩니다.
• 압축기: 기계적 씰은 수소, 천연가스, 이산화탄소와 같은 가스용 고압 압축기와 고압 냉매를 사용하는 냉동 압축기에 사용됩니다.
• 터빈: 고압 씰은 증기 및 가스터빈에서 터빈 케이싱에서 고압 증기나 연소 가스가 누출되는 것을 방지하는 데 사용됩니다.
• 반응기 및 압력용기: 기계적 씰은 화학 처리 및 석유 화학 산업의 고압 반응기 및 압력 용기의 교반기, 믹서 및 기타 회전 장비에 사용됩니다.
• 해저 장비: 고압 씰은 극한의 압력과 혹독한 환경 조건을 견뎌내야 하는 해저 펌프, 압축기, 밸브와 같은 해저 석유 및 가스 생산 장비의 중요한 구성 요소입니다.
• 고압수 시스템: 기계적 씰은 역삼투 담수화, 고압 세척, 워터젯 절단과 같은 응용 분야에서 고압 물 펌프와 밸브에 사용됩니다.

자주 묻는 질문

기계적 씰의 압력 한계는 무엇입니까?

일반적으로 표준 기계적 씰은 최대 약 20bar(290psi)의 압력을 처리할 수 있는 반면, 고압 씰은 20~200bar(290~2,900psi) 이상의 압력 범위에 맞게 설계됩니다.