미로 봉인이란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

기계 산업에서 밀봉이 부적절하면 누출, 오염, 성능 저하로 이어져 비용이 많이 드는 가동 중지 및 수리가 발생할 수 있습니다.

미로형 씰은 이러한 과제를 해결하는 견고하고 비접촉 밀봉 솔루션을 제공합니다. 복잡한 상호 잠금 구성 요소 경로를 활용하고 원심력과 난류를 활용함으로써 미로형 씰은 다양한 응용 분야에서 누출을 효과적으로 최소화하고 최적의 성능을 유지합니다.

이 글에서는 미로 봉인의 복잡한 내용을 파헤쳐 구성 요소, 설계 원리, 유형을 살펴보겠습니다. 또한 건설에 사용된 재료, 다른 봉인 방법에 비해 주요 이점, 산업 전반에 걸친 다양한 응용 분야에 대해서도 논의하겠습니다.

미로 봉인이란 무엇인가

미로 씰은 다양한 회전 장비 응용 분야에서 두 영역 간의 누출을 제어하고 압력 차이를 줄이도록 설계된 비접촉 기계적 씰의 한 유형입니다. 회전 구성 요소(로터)와 고정 구성 요소(스테이터) 사이에 복잡하고 미로와 같은 패턴으로 배열된 일련의 맞물리는 이빨 또는 홈으로 구성됩니다.

미로의 복잡한 디자인은 유체나 기체가 항해하기 어려운 경로를 만들어, 한쪽 씰에서 다른 쪽으로의 흐름을 크게 제한합니다. 매체가 씰을 통과하려고 시도할 때 여러 방향 변화, 수축 및 확장을 겪습니다. 유체 역학 효과와 결합된 이 구불구불한 경로는 미로 씰이 누출을 효과적으로 최소화할 수 있게 해줍니다.

미로 물개의 구성 요소

• 축차: 로터는 미로 씰 어셈블리의 회전 부분입니다. 일반적으로 밀봉해야 하는 샤프트에 부착되거나 통합됩니다. 로터는 스테이터 구성 요소와 맞물리는 일련의 이빨 또는 융기부를 특징으로 합니다.
• 고정자: 스테이터는 미로 씰의 고정 부분으로, 일반적으로 회전 샤프트를 둘러싼 하우징이나 케이싱에 고정됩니다. 로터와 마찬가지로 스테이터는 로터의 티스 또는 릿지에 해당하는 일련의 티스 또는 릿지를 가지고 있어 밀봉되는 유체 또는 가스에 복잡한 경로를 만듭니다.
• 맞물리는 이빨: 맞물리는 이빨은 미로 씰의 주요 밀봉 요소입니다. 로터와 스테이터에 모두 있는 이 이빨은 유체나 가스가 통과하기 어렵게 만드는 일련의 작은 간극이나 틈새를 만듭니다.
• 그루브: 홈은 로터와 스테이터의 맞물리는 이빨 사이의 공간입니다. 이 홈은 유체나 가스에 구불구불한 경로를 만들어 여러 차례 회전하고 방향을 바꿔야 합니다.
• 변호사 사무실: 미로 씰은 종종 로터와 스테이터 이빨 사이에 챔버 또는 공동이 있습니다. 이러한 챔버는 유체 또는 가스의 확장 공간 역할을 하여 씰을 통과할 때 압력과 속도를 잃을 수 있습니다.
• 능선: 맞물리는 이빨 외에도 미로 씰은 로터 또는 스테이터 표면에 능선이나 핀을 통합할 수 있습니다. 이러한 능선은 유체 또는 가스의 흐름을 더욱 방해하여 추가적인 난류와 저항을 생성합니다.

미로 물개 작동 방식

미로 씰은 유체가 빠져나가기 어려운 구불구불한 경로를 만들어 유체 누출을 방지합니다. 유체가 미로 씰에 들어가면 로터와 스테이터 구성 요소의 맞물리는 이빨에 의해 형성된 일련의 챔버를 만납니다.

유체 역학

유체는 이 좁은 챔버를 통과하도록 강제되며, 각 회전마다 운동 에너지를 잃습니다. 이 에너지 손실은 챔버 내에서 발생하는 마찰과 난류로 인해 발생합니다. 유체가 미로로 더 깊이 진행됨에 따라 압력과 속도가 상당히 감소합니다.

난류

유체가 미로를 항해할 때 유체의 방향과 속도가 갑자기 변하면 난류가 발생하여 유체가 씰을 통해 누출되는 능력을 더욱 방해합니다. 난류는 또한 유체 입자의 혼합을 촉진하여 에너지를 소산시키고 전반적인 누출율.

원심력

로터가 회전하면서 씰을 통과하려는 유체 입자에 원심력이 가해집니다. 이 힘은 유체 입자를 회전 중심에서 멀어지게 하고 씰 챔버의 바깥쪽 가장자리로 향하게 하여 누출 경로를 따라 계속 움직이는 것을 더욱 어렵게 만듭니다.

압력 분해

미로의 각 챔버에 걸친 압력 강하는 유체의 초기 속도와 밀도, 그리고 미로의 기하학에 의해 결정됩니다. 이후의 각 챔버에서 압력은 미로 출구의 외부 압력과 같아질 때까지 계속 감소합니다.

유체가 미로 경로의 끝에 도달할 때쯤이면 압력이 상당히 떨어지고 속도가 크게 감소합니다. 이로 인해 비접촉 씰 설계를 사용하더라도 유체가 새어나오기가 훨씬 더 어려워집니다.

미로 물범의 종류

미로형 씰은 적용 분야에 따라 두 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다. 회전 샤프트 씰(동적)과 비회전 샤프트 씰(정적)입니다.

회전 샤프트 씰(동적)

회전 샤프트 씰(동적 미로 씰이라고도 함)은 다양한 기계의 회전 샤프트를 따라 누출을 방지하도록 설계되었습니다. 이러한 씰은 일반적으로 터빈, 압축기 및 펌프에서 발견됩니다. 동적 미로 씰은 세 가지 하위 유형으로 더 분류할 수 있습니다.

1. 직선 미로 봉인: 이 설계에서 회전 및 고정 구성 요소는 샤프트 축에 수직으로 직선으로 배열된 이빨 또는 핀을 갖습니다. 밀봉 효과는 회전 및 고정 부품 사이에 일련의 작은 간극을 생성하여 달성되며, 이로 인해 유체는 각 간극을 통과할 때 압력을 잃습니다.
2. 계단형 미로 물개: 계단형 미로 씰은 회전 및 고정 구성 요소에 서로 오프셋된 이빨 또는 지느러미가 특징입니다. 이러한 배열은 유체의 더 구불구불한 경로를 만들어 직선형 설계에 비해 향상된 밀봉 성능을 제공합니다. 계단형 구성은 유체의 운동 에너지를 더 효과적으로 분산하는 데 도움이 됩니다.
3. 계단식 미로 물개: 계단형 미로 물범은 수렴형과 발산형의 두 가지 하위 유형으로 더 나눌 수 있습니다.
   • 수렴형 계단형 씰에서 회전 및 고정 구성 요소 간의 간극은 씰링 경로를 따라 감소합니다. 이 설계는 유체 흐름을 가속화하여 압력을 줄이고 더 효과적인 씰을 만듭니다.
   • 발산형 계단형 씰은 씰링 경로를 따라 클리어런스가 증가하여 유체 흐름이 느려지고 압력이 회복되어 씰링 성능이 향상됩니다.

비회전 샤프트 씰(정적)

비회전 샤프트 씰 또는 정적 라비린스 씰은 샤프트와 하우징 사이에 상대 운동이 없는 응용 분야에서 사용됩니다. 이러한 씰은 파이프라인 플랜지, 밸브 보닛 및 열교환기와 같은 고정 구성 요소 사이의 누출을 방지하도록 설계되었습니다.

정적 미로 씰은 고정된 구성 요소의 결합 표면에 기계로 가공된 일련의 맞물리는 이빨 또는 홈에 의존합니다. 이러한 씰의 기하학은 유체가 통과하기 어려운 복잡한 경로를 만들어 효과적인 밀봉 솔루션을 제공합니다.

일반 재료

• 강철: 탄소강, 스테인리스강, 합금강은 강도, 내구성, 마모 및 부식에 대한 저항성으로 인해 미로 씰 구조에 널리 사용됩니다. 이러한 재료는 고온 및 고압 환경에 적합합니다.
• 청동: 알루미늄 청동 및 주석 청동과 같은 청동 합금은 뛰어난 내마모성과 낮은 마찰 특성으로 인해 미로 씰에 인기 있는 선택입니다. 청동 씰은 종종 회전 샤프트와 관련된 응용 분야에서 사용됩니다.
• 폴리머 및 플라스틱: PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), 나일론과 같은 엔지니어링 플라스틱은 라비린스 씰 설계에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 소재는 낮은 무게, 내식성, 자체 윤활 특성과 같은 장점을 제공하여 특정 저온 및 저압 응용 분야에 적합합니다.

Labyrinth Seal의 장점

효과적인 밀봉 성능

미로 씰은 유체가 통과하기 어려운 구불구불한 경로를 만들어 안정적인 밀봉 성능을 제공합니다. 맞물리는 이빨, 홈 및 챔버는 일련의 압력 강하를 생성하여 누출을 효과적으로 줄이고 원하는 압력 차이를 유지합니다.

비접촉 작업

회전자와 고정자 구성 요소는 물리적으로 서로 닿지 않으므로 마찰과 마모가 최소화됩니다.

샤프트 정렬 오차 허용 범위

로터와 스테이터 사이의 간극으로 인해 작은 반경 방향 및 축 방향 이동이 가능하므로, 라비린스 씰은 다른 유형의 씰과 비교했을 때 정렬 문제에 덜 민감합니다.

유지 보수 감소

미로형 물개는 마모되는 부품이나 소모성 구성 요소를 사용하지 않으므로 잦은 교체나 조정의 필요성이 최소화됩니다.

미로 물개의 응용 분야

터보기계

미로형 씰은 가스터빈, 증기 터빈, 압축기와 같은 터보기계에 광범위하게 사용됩니다.

항공우주 엔진

항공기 엔진에서 미로형 씰은 엔진 내부의 고압 공기와 연소 가스를 담아두는 역할을 하여 최적의 추력과 연료 효율을 보장합니다.

펌프 및 유압 시스템

미로 씰은 펌프와 유압 시스템에서 유체 누출을 방지하고 시스템 압력을 유지하는 데 사용됩니다. 특히 고점도 유체와 슬러리를 밀봉하는 데 효과적입니다.

산업용 기어박스

산업용 기어박스에서 미로 씰은 회전 샤프트와 하우징 사이의 인터페이스를 밀봉하는 데 사용됩니다. 윤활유 누출과 오염 물질의 유입을 방지하여 기어와 베어링의 조기 마모 및 고장을 일으킬 수 있습니다.

화학 및 석유화학 가공

미로형 씰은 반응기, 증류탑, 열교환기와 같은 화학 및 석유화학 처리 장비에 적용됩니다. 회전 샤프트를 밀봉하고 부식성, 독성 또는 인화성이 있는 공정 유체의 누출을 방지하는 데 사용됩니다.