기계적 밀봉이란 무엇입니까?

기계적 씰은 유체 누출을 방지하고 압력을 유지하는 회전 장비의 중요한 구성 요소입니다. 이러한 씰은 석유 및 가스, 화학 처리, 수처리를 포함한 다양한 산업에서 널리 사용되어 펌프, 압축기 및 기타 기계의 안정적이고 효율적인 작동을 보장합니다.

기계적 씰의 설계와 기능은 수년에 걸쳐 크게 발전했으며, 재료 과학과 엔지니어링의 발전으로 성능과 수명이 향상되었습니다. 이 블로그 게시물에서는 기계적 씰의 복잡성을 탐구하고 기본 원리, 핵심 구성 요소 및 기능을 살펴보겠습니다.

기계적 씰이란 무엇인가

기계적 씰은 특히 회전하는 샤프트를 따라 유체 누출을 방지하는 데 사용되는 일종의 씰링 장치입니다. 원심 펌프 및 기타 회전 장비. 펌프 하우징에 장착된 고정 씰 링과 샤프트에 부착된 회전 씰 링의 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 이 두 링은 밀봉 인터페이스를 형성하여 공정 유체와 대기 사이에 장벽을 만듭니다.

기계적 씰은 기존 글랜드 패킹에 비해 우수한 대안으로, 더 나은 밀봉 성능과 감소된 유지 관리 요구 사항을 제공합니다. 기계적 씰은 샤프트가 자유롭게 회전할 수 있도록 하면서 펌프 내부에 유체를 담도록 설계되어 마찰과 마모를 최소화합니다. 기계적 씰은 펌프 샤프트를 효과적으로 밀봉하여 유체 누출을 방지하는 데 도움이 되며, 이는 제품 손실, 환경 오염 및 안전 위험으로 이어질 수 있습니다.

기계적 씰의 밀봉 작용은 씰 면의 정밀한 평탄도와 매끄러움에 의존합니다. 회전 및 고정 씰 면은 유압 및 스프링 힘의 조합으로 함께 압착되어 그 사이에 얇은 유체 필름을 생성합니다. 이 유체 필름은 장벽 역할을 하여 누출을 방지하는 동시에 씰 면을 윤활하여 마모와 마찰을 최소화합니다.

기계적 씰의 작동 원리

기계적 씰은 장비의 고정 및 회전 부분 사이에 씰을 생성하여 펌프 하우징 또는 용기 내에 유체를 담도록 설계되었습니다. 고정 씰 링과 회전 씰 링으로 구성된 1차 씰 면은 샤프트에 수직이며 씰링 인터페이스를 형성합니다. 이러한 씰 면은 밀봉된 유체의 유압력과 씰의 스프링 메커니즘의 스프링 압력의 조합으로 함께 밀려납니다.

1차 씰 면은 일반적으로 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드 또는 탄소 흑연과 같은 단단하고 내마모성 재료로 만들어집니다. 이러한 재료는 정밀 가공되어 평평하고 매끄러운 씰링 표면을 만듭니다. 샤프트가 회전하면 얇은 유체 필름이 씰 면 사이에 끌려와 윤활되고 직접 접촉을 방지합니다. 이 유체 필름은 유압 및 스프링 힘과 함께 씰의 무결성을 유지하고 누출을 방지하는 데 도움이 됩니다.

O-링, 웨지 씰 또는 엘라스토머 벨로우즈와 같은 2차 씰은 기계적 씰 어셈블리의 고정 및 회전 구성 요소 사이를 밀봉하는 데 사용됩니다. 이러한 2차 씰은 씰 면과 펌프 하우징 또는 샤프트 슬리브 사이의 누출을 방지합니다. 또한 사소한 샤프트 움직임과 정렬 오류를 수용하여 1차 씰 면이 적절한 접촉 상태를 유지하도록 합니다.

이중 씰 또는 탠덤 씰과 같은 일부 기계적 씰 설계에서는 추가 씰을 사용하여 향상된 누출 보호를 제공하거나 배리어 유체를 밀봉합니다. 일반적으로 깨끗하고 공정 유체와 호환되는 배리어 유체는 오염을 방지하고 밀봉 면에 윤활을 제공하기 위해 공정 유체보다 더 높은 압력으로 유지됩니다.

기계적 씰의 구성 요소

기계적 씰은 효과적인 밀봉을 제공하고 누출을 방지하기 위해 함께 작동하는 여러 가지 핵심 구성 요소로 구성됩니다. 이러한 구성 요소에는 다음이 포함됩니다.

• 1차 씰 면: 1차 씰 면은 기계적 씰의 심장입니다. 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드 또는 탄소 흑연과 같은 재료로 만들어진 이 정밀 랩 표면은 회전하는 샤프트를 따라 유체가 빠져나가는 것을 방지하는 동적 씰링 인터페이스를 만듭니다. 고정된 면은 일반적으로 글랜드 또는 씰 하우징에 장착되는 반면 회전하는 면은 샤프트 또는 샤프트 슬리브에 부착됩니다.
• 2차 씰: 2차 씰은 다음과 같이 알려져 있습니다. 정적 씰, 고정된 구성 요소 사이의 밀봉을 담당하고 대기로의 누출을 방지합니다. 이러한 씰은 O-링, V-링 또는 PTFE 웨지와 같은 탄성 재료로 만들 수 있습니다. 일부 설계에서는 금속 벨로우즈 또는 탄성 벨로우즈가 샤프트 이동을 수용하고 추가 밀봉을 제공하기 위한 보조 씰로 사용됩니다.
• 스프링 메커니즘: 스프링 메커니즘은 1차 씰 면에 일정한 힘을 가해 적절한 접촉과 밀봉을 보장합니다. 이 힘은 씰 면 갭을 유지하고 샤프트 정렬 불량이나 축 샤프트 조정을 수용하는 데 필수적입니다. 일반적인 스프링 유형에는 코일 스프링, 웨이브 스프링, 금속 벨로우즈가 있습니다.
• 지지 하드웨어: 기계적 씰은 효과적으로 작동하기 위해 다양한 지지 구성 요소에 의존합니다. 여기에는 씰 글랜드, 리테이닝 링, 드라이브 칼라 및 회전 방지 핀이 포함됩니다. 씰 글랜드는 고정 씰 면에 장착 표면을 제공하고 씰 구성 요소를 정렬하는 데 도움이 됩니다. 리테이닝 링과 드라이브 칼라는 회전 구성 요소를 샤프트에 고정하는 반면, 회전 방지 핀은 원치 않는 씰 면 회전을 방지합니다.

기계적 씰의 기능

1차 밀봉 기능

기계적 씰의 주요 기능은 펌프 또는 장비 내에 프로세스 유체를 담고 회전하는 샤프트를 따라 누출을 방지하는 것입니다. 주요 씰 면은 고정 및 회전 면 사이에 얇은 유체 필름을 유지하는 동적 씰링 인터페이스를 생성합니다. 펌핑 동작과 씰 면 형상에 의해 생성되는 이 유체 필름은 면 사이의 직접 접촉을 방지하고 마모를 최소화하는 동시에 효율적인 씰링을 허용합니다.

샤프트 씰링 및 정렬

기계적 씰은 회전하는 샤프트 주위에 효과적인 씰링을 제공하고, 샤프트 속도를 수용하며, 제한된 샤프트 이동을 허용합니다. 보조 씰 및 스프링 메커니즘과 같은 씰 구성 요소는 적절한 씰링 환경을 유지하면서 어느 정도의 샤프트 정렬 오류 및 축 방향 샤프트 조정을 허용합니다.

유체 호환성 및 밀폐성

기계적 씰은 물, 탄화수소, 화학 물질 및 연마성 액체를 포함한 광범위한 유체를 처리하도록 설계되었습니다. 씰 표면 재료와 보조 씰은 공정 유체와의 호환성을 기준으로 선택되어 최적의 씰링 성능과 수명을 보장합니다.

압력 및 온도 관리

기계적 씰은 광범위한 압력과 온도에서 작동할 수 있습니다. 1차 씰 면, 2차 씰, 지지 하드웨어와 같은 씰 구성 요소는 애플리케이션의 특정 압력 및 온도 요구 사항을 견디도록 설계되었습니다. 고압 애플리케이션에서 균형 잡힌 씰 설계는 종종 씰 면의 폐쇄력을 최소화하여 마모를 줄이고 씰 수명을 연장하는 데 사용됩니다.

기계적 씰 사용의 이점

감소된 누출율

기계적 씰을 사용하는 주요 이점 중 하나는 기존 패킹 방법에 비해 누출률을 크게 줄일 수 있다는 것입니다. 1차 씰 면이 만든 동적 밀봉 인터페이스는 유체 누출을 최소화하여 공정 유체의 효율적인 격리를 보장합니다. 누출 감소는 펌핑 시스템의 전반적인 효율성을 개선할 뿐만 아니라 환경 영향을 최소화하고 작업장의 안전을 향상시킵니다.

유지 관리 비용 절감

기계적 씰은 글랜드 패킹과 같은 다른 씰링 방법에 비해 유지 관리 비용이 낮습니다. 기계적 씰에 사용되는 정밀 엔지니어링 구성 요소와 고급 씰 페이스 소재는 더 긴 서비스 수명과 감소된 마모로 이어지며, 씰을 자주 교체할 필요성을 최소화합니다. 또한 기계적 씰과 관련된 감소된 누출률은 베어링 및 기타 펌프 구성 요소의 손상을 방지하여 유지 관리 요구 사항과 비용을 더욱 줄이는 데 도움이 됩니다.

운영 효율성 향상

기계적 씰을 사용하면 펌핑 시스템의 운영 효율성이 향상됩니다. 기계적 씰은 적절한 밀봉 환경을 유지하고 누출을 최소화함으로써 전력 소비를 줄이고 전반적인 펌프 성능을 개선합니다. 기계적 씰이 제공하는 효율적인 밀봉은 또한 공정 유체의 오염을 방지하고 제품 품질을 유지하며 공정 중단 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

장수 및 내구성

기계적 씰은 장수명과 내구성을 위해 설계되어 까다로운 응용 분야에서 연장된 서비스 수명을 제공합니다. 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드 및 엔지니어링 플라스틱과 같은 씰 구조에 사용되는 고품질 소재는 뛰어난 내마모성과 화학적 호환성을 제공합니다. 적절한 설치 및 유지 관리와 결합된 기계적 씰의 견고한 설계는 장기간에 걸쳐 신뢰할 수 있는 씰링 성능을 보장하여 가동 중지 시간과 교체 비용을 줄입니다.

기계적 밀봉의 종류

단일 씰

단일 기계적 씰(구성 요소 씰이라고도 함)은 회전 샤프트와 고정 하우징 사이에 동적 씰링 인터페이스를 제공하는 단일 씰 면 세트로 구성됩니다. 이러한 씰은 일반적으로 깨끗하고 비마모성 유체와 적당한 온도 및 압력 조건이 있는 응용 분야에서 사용됩니다.

단일 씰은 씰 면 전체에 걸친 압력 분포에 따라 균형이 잡히거나 잡히지 않을 수 있습니다. 균형 잡힌 씰은 씰 면 양쪽에 동일한 압력을 가해 마모를 줄이고 씰 수명을 늘립니다. 균형 잡히지 않은 씰은 한쪽에 더 높은 압력을 가해 마모가 증가하고 씰 수명이 짧아질 수 있습니다.

이중 씰

이중 기계적 밀봉 두 세트의 씰 면이 있어 누출에 대한 추가 보호 계층을 제공합니다. 두 세트의 씰 면 사이의 공간은 액체 또는 가스일 수 있는 배리어 유체로 채워집니다. 배리어 유체는 씰 면을 윤활하고 냉각하는 역할을 하며, 공정 유체가 대기로 유입되는 것을 방지합니다.

이중 씰은 누출을 최소화해야 하는 위험하고 독성이 있거나 비싼 유체가 있는 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 또한 단일 씰로는 적절한 밀봉 성능을 제공하지 못할 수 있는 고압 또는 고온 응용 분야에서도 사용할 수 있습니다.

푸셔 씰과 비푸셔 씰

푸셔 씰은 컨벤셔널 씰이라고도 하며, 스프링 메커니즘을 사용하여 씰 면 사이의 접촉을 유지합니다. 스프링은 회전하는 씰 면을 고정된 씰 면에 밀어 넣어 단단한 씰을 보장합니다. 푸셔 씰은 단순성과 비용 효율성으로 인해 널리 사용됩니다.

벨로우즈 씰 및 금속 벨로우즈 씰과 같은 비푸셔 씰은 유연한 요소를 사용하여 씰 면 사이의 접촉을 유지합니다. 일반적으로 탄성체 또는 금속 재료로 만들어진 유연한 요소는 스프링과 보조 씰 역할을 합니다. 비푸셔 씰은 유연한 요소가 이러한 불규칙성을 수용할 수 있으므로 샤프트 런아웃 또는 정렬 불량이 높은 응용 분야에서 더 나은 성능을 제공합니다.

카트리지 씰

카트리지 씰은 기계적 씰의 모든 구성 요소를 단일의 설치하기 쉬운 패키지로 결합한 사전 조립된 장치입니다. 씰 면, 보조 씰, 스프링 메커니즘 및 지원 하드웨어로 구성되며, 모두 단일 어셈블리 내에 수용됩니다.

카트리지 씰은 구성품 씰에 비해 설치가 쉽고, 신뢰성이 향상되고, 유지 관리 비용이 절감되는 등 여러 가지 장점을 제공합니다. 카트리지 씰은 특수 도구나 전문 지식 없이도 빠르고 쉽게 설치할 수 있으므로 씰을 자주 교체해야 하는 응용 분야에서 특히 유용합니다.

분할 씰

쪼개진 물개 장비를 완전히 분해할 필요 없이 샤프트 주위에 설치되도록 설계되었습니다. 샤프트 주위에 조립할 수 있는 두 개 이상의 부품으로 구성되어 있어 씰 교체를 빠르고 최소한의 가동 중지 시간으로 수행해야 하는 애플리케이션에 이상적입니다.

분할 씰은 펌프, 압축기, 교반기와 같은 크고 비싼 장비에 일반적으로 사용되며, 완전한 분해는 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 듭니다. 또한 지하 또는 해상 설비와 같이 장비를 쉽게 이동하거나 접근할 수 없는 응용 분야에서도 유용합니다.

기계적 씰의 응용

석유 및 가스

석유 및 가스 산업에서 기계적 씰은 탄화수소, 시추 유체 및 기타 공정 매체를 처리하는 펌프 및 압축기에 사용됩니다. 이러한 씰은 이 부문에서 일반적으로 발생하는 고압, 온도 및 연마 조건을 견디도록 설계되었습니다. API 682 씰과 같은 특수 기계적 씰은 석유 산업의 엄격한 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다.

화학 처리

화학 처리 공장은 다양한 화학 물질, 용매 및 시약의 누출을 억제하고 방지하기 위해 기계적 씰에 의존합니다. 이러한 씰은 공정 유체와 호환되어야 하며 부식, 침식 및 화학적 공격에 저항해야 합니다. 배리어 유체가 있는 이중 기계적 씰은 종종 누출에 대한 추가 보호 계층을 제공하고 환경 규정을 준수하는 데 사용됩니다.

물 처리

수처리 응용 분야에서 기계적 씰은 펌프 및 기타 장비의 밀봉에 중요한 역할을 합니다. 물, 폐수 및 다양한 처리 화학 물질을 처리합니다. 이러한 씰은 염소, 산 및 기타 부식성 물질에 노출되어도 견뎌야 하며, 동시에 물 공급 오염을 방지해야 합니다. 카트리지 씰은 설치 및 유지 관리가 용이하여 이 산업에서 일반적으로 사용됩니다.

음식 및 음료

식품 및 음료 산업은 엄격한 위생 및 위생 기준을 충족하는 기계적 씰이 필요합니다. 이러한 씰은 박테리아 증식을 방지하고, 잦은 세척 및 살균 주기를 견뎌내고, 제품의 순도를 유지하도록 설계되어야 합니다. 스테인리스 스틸 및 특수 엘라스토머와 같은 FDA 승인 소재로 만든 단일 및 이중 기계적 씰은 이 분야에서 제품 안전과 규정 준수를 보장하기 위해 널리 사용됩니다.