이 기사는 비용 절감과 기계적 씰 효율성 향상을 목표로 한 공장 유지보수의 기술 발전에 대해 논의합니다. 액체 장벽 대신 불활성 가스를 사용하는 홈이 있는 비접촉 기계적 엔드 페이스 씰링과 같은 혁신을 강조합니다. 자체 윤활 특성을 가진 실리콘 카바이드와 다이아몬드 코팅 씰링 표면과 같은 새로운 재료는 내구성과 성능을 향상시킵니다. EN 12756 및 API 682를 통한 표준화는 상호 교환성과 비용 절감을 보장합니다. 이러한 발전은 특히 석유 및 가스, 석유화학, 제약과 같은 중요한 응용 분야에서 밀봉 신뢰성, 에너지 절약 및 서비스 수명을 크게 향상시킵니다.
공장 유지보수에서 비용을 절감할 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 두 가지 중요한 요소가 있습니다:
기술 개발
기계적 씰은 회전 부품(동적 링)과 고정 부품(정적 링)으로 구성됩니다. 이동 링은 일반적으로 장비의 회전 부품(예: 샤프트)에 연결되고, 고정 링은 기계의 고정 부품(예: 회전 펌프의 패킹 박스)에 연결됩니다. 효과적인 밀봉 성능을 보장하기 위해 밀봉 표면은 절대적으로 평평해야 하며 표면 거칠기는 매우 낮아야 합니다. 정밀하게 맞춰진 동적 및 정적 링은 단단히 맞아 공정 유체의 누출을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
두 밀봉 표면 간의 상호작용은 기계적 씰의 유압 평형 상태를 결정합니다. 정상적인 작업 조건에서 형성된 액체 필름은 밀봉 유체의 압력에 의해 생성된 개폐력을 통해 유압 평형을 달성하여 물리적 누출을 제한할 수 있습니다. API 682 표준은 올바른 크기 매개변수를 계산하는 방법에 대한 자세한 지침과 사양을 제공합니다.
그러나 작동 중에 밀봉 링은 기계적 및 열적 스트레스로 인해 변형될 수 있으며, 이는 기계적 씰의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 변형은 원래의 유압 균형을 깨뜨려 밀봉 표면 간의 액체 필름을 불안정하게 만들고 과도한 누출을 초래합니다.
따라서 엔지니어들은 특히 중요한 응용 조건에서 마찰을 줄이기 위한 새로운 기술 방법을 지속적으로 탐구하고 있으며, 새로운 재료의 개발과 새로운 씰링 기술의 적용에 특별한 초점을 맞추고 있습니다. 이러한 혁신은 현대 생산 공정에서 밀봉 효율성과 신뢰성을 크게 향상시켰습니다.
비접촉 기술 - 홈이 있는 슬라이딩 엔드 페이스
비접촉 기계적 엔드 페이스 씰링 시스템은 이동 링과 고정 링으로 구성됩니다. 이동 링의 엔드 페이스는 특정 기하학적 형태(예: 나선형 또는 계단형)를 가지도록 특별히 가공되어 두 엔드 페이스 간에 유체 역학적 효과를 생성하여 그들 사이에 안정적인 작은 간격을 형성합니다(그림 1 참조). 이 설계는 유체 역학적 리프팅 원리를 활용하여 밀봉 표면이 직접 접촉 없이 효과적인 밀봉 상태를 유지할 수 있도록 합니다.
전통적인 접촉 씰과 달리, 이 비접촉 설계는 액체 장벽과 관련된 지원 시스템에 의존하지 않습니다. 반대로, 밀봉 인터페이스에 불활성 가스를 공급하여 밀봉 효과를 달성합니다. 불활성 가스의 선택은 일반적으로 화학적 안정성과 작업 환경에 대한 적응성을 기반으로 하여 밀봉된 매체와의 반응을 피합니다. 또한, 불활성 가스의 압력과 유량은 간단한 제어 패널을 통해 정밀하게 제어할 수 있어 밀봉 성능의 안정성과 신뢰성을 보장합니다.
마찰 계수와 씰의 마모를 거의 0으로 효과적으로 줄임으로써, 이 솔루션은 특히 석유 및 가스, 석유화학, 제약 산업과 같이 상당한 에너지 절약이 필요한 응용 분야에 매우 적합합니다.
신세대 재료
자체 윤활 특성을 가진 실리콘 카바이드 재료는 기계적 씰에 널리 사용됩니다. 이동 부품의 매칭 선택에서는 마찰을 가능한 한 최소화하기 위해 일반적으로 다른 경도의 재료가 사용됩니다. 밀봉 링 조합의 선택은 특히 중요하며, 가장 일반적으로 사용되는 조합은 탄소 링과 실리콘 카바이드 링입니다(그림 2, 일반적인 표면 조합의 압력 x 사이클 속도 PxV 계수 참조). 이 조합은 우수한 열 전도성과 화학적 저항성을 가질 뿐만 아니라 유체 내의 마모 입자에 의한 마모를 효과적으로 저항합니다.
흑연 링과 실리콘 카바이드 링이 다양한 이유로 변형될 때, 이들은 우수한 상호 적응성을 보여주어 좋은 밀봉 성능을 유지합니다. 그러나 작업 압력이 매우 높거나 유체에 많은 양의 오염물이 포함된 상황에서는 두 개의 고경도 링을 사용하여 밀봉 효과를 보장해야 합니다. 이러한 재료는 높은 마찰 계수를 가지고 있지만, 이는 회전 중 더 많은 열을 발생시켜 액체 필름 증발을 초래할 수 있으며, 이는 건조 운전, 링 변형 또는 파손을 초래하고 보조 개스킷의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
최근 개발된 제조 공정은 실리콘 카바이드 매트릭스에 자가 윤활 물질 입자를 침지 방법(실리콘 카바이드 침지 방법)을 통해 추가하는 것을 포함합니다. 이 방법으로 제작된 고정 및 회전 링은 매우 높은 성능 한계를 달성할 수 있습니다. 특히, 이 재료를 사용하는 기계 씰은 흡수된 토크 값을 제한하여 마찰과 열 발생을 크게 줄일 수 있습니다. 이는 씰링 구성 요소의 내구성과 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라 수명을 연장하여 극한 작업 조건에서의 응용에 특히 적합합니다.
다이아몬드 코팅 씰링 표면
실리콘 카바이드 링은 화학 기상 증착(CVD) 공정을 통해 얇은 다이아몬드 코팅 층으로 코팅되어 마찰 특성과 화학적 호환성을 향상시킵니다. 발전소 및 석유 및 석유화학 시설의 온수 응용 분야에서는 액체 가스가 증발하기 쉬워 윤활 성능이 저하되지만, 다이아몬드 코팅은 씰의 내마모성과 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
제약 산업에서는 전통적인 씰이 오염을 피해야 하는 엄격한 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 많으며, 다이아몬드 코팅 씰은 우수한 화학적 비활성과 순도를 보여 이러한 높은 표준 요구 사항을 완전히 충족합니다.
또한, 다이아몬드 코팅 링을 사용하는 기계 씰은 이중 씰링 및 비접촉 씰링의 건식 작동 조건에서의 짧은 작동을 견딜 수 있어 응용 범위를 더욱 확장합니다.
공학 기계 씰
설계 단계에서 씰링 링의 단면적 일관성을 유지하는 것은 주요 과제입니다(그림 3 참조). 이 일관성은 씰링 링의 구동 안정성을 보장하고 역전을 방지하는 데 중요합니다. 이 유형의 씰은 현재 보일러 급수 펌프, 파이프라인, 물 주입 시스템, 다상 펌프 및 100바를 초과하는 작동 압력을 가진 기타 고압 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 씰링 링의 크기와 모양을 정확하게 제어하면 씰링 성능을 유지할 뿐만 아니라 마모를 효과적으로 줄이고 수명을 연장할 수 있습니다.
표준화 및 상호 교환성
기계 씰 구성 요소는 다른 산업 액세서리와 마찬가지로 설치 치수를 지정하는 참조 표준이 있어 다른 제조업체에서 생산한 씰을 교체용으로 사용할 수 있습니다. 이는 최종 사용자에게 서비스 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 공장 운영 비용을 절감합니다.
EN 12756 표준
EN 12756 표준은 회전 및 고정 부품을 덮는 플랜지 및 슬리브를 제외하고, 단일 기계 씰 및 이중 기계 씰의 주요 설치 치수를 명시합니다. 전후 초기 시기에, 첫 번째 기계 씰 배치가 미국에서 유럽으로 도입되었으며, 측정 단위는 인치였습니다.
DIN 24960 표준은 나중에 EN 12756 표준으로 발전하여 ISO 표준에 따라 펌프를 제조하는 제조업체에게 상당한 이점을 제공했으며, 특히 비표준 제품을 제공하는 씰 공급업체에 제한되지 않는 최종 사용자에게 큰 혜택을 주었습니다. 씰의 가격과 관련 유지보수 비용이 크게 감소했습니다.
API 표준
석유 및 가스 장비의 펌프는 일반적으로 API 610 표준에 따라 제조되며, 기계 씰은 일반적으로 API 682 표준에 따라 제조됩니다. 이 표준에 따르면, 씰은 설치를 단순화하고 배송 전에 테스트할 수 있도록 플랜지 및 부싱이 장착된 원통형 구성 요소 형태로 제공되어야 합니다. API 표준은 시장에 나와 있는 다양한 API 펌프의 패킹 박스 사양에 따라 기계 씰의 크기를 결정하기 위한 권장 사항을 제공합니다.
이 표준화는 기술적으로 실현 가능할 뿐만 아니라 패킹 박스 내부 구성 요소의 전체 치수를 표준화하여 중간 규모의 대량 생산을 달성하고 제조 및 창고 관리 비용을 줄일 수 있습니다.
중요하게도, 이 표준화는 최종 사용자가 다른 '인증된 기계 씰 제조업체'를 선택할 수 있게 하여 상호 교환성 문제를 제거합니다. 이 방법을 통해 사용자는 적합한 씰을 유연하게 선택하고 원활한 교체를 보장하여 맞지 않는 씰로 인한 가동 중단 및 유지보수 비용을 줄일 수 있습니다.
