메카니컬 씰이란?
메카니컬 씰은 회전축에서 액체의 누출을 줄이는 역할을 합니다. 구체적으로 펌프나 컴프레서 등 회전기구를 가진 기계의 회전축에 사용되며, 회전축에서 물이나 기름 등의 액체가 누출되지 않도록 하는 것을 목적으로 합니다.
메카니컬 씰의 사용 용도
메카니컬 씰은 액체를 사용하며, 회전기구를 가진 자동차, 산업 플랜트 등 산업용 기계, 주거용 설비 등에 폭넓게 사용되고 있습니다.
액체마다 특성이 다르기 때문에 액체에 따라 메카니컬 씰에 사용되는 재료와 메커니즘을 적절히 선정하는 것이 중요합니다. 적절한 선정이 이루어지면 위험한 액체의 누출을 방지하여 환경문제에 대응할 수 있으며, 회전을 효율적으로 할 수 있어 에너지 절약과 장비의 안전성 향상에 기여할 수 있습니다.
메카니컬 씰의 원리
메카니컬 씰은 기계의 회전 부분의 회전축 방향으로 회전하는 ‘회전환’과 회전하지 않는 ‘고정환’이 기본 구조입니다. 그리고 회전환에 설치된 고리 모양의 ‘씰링’을 고정환에 설치된 ‘플로팅 시트’에 밀착시켜 슬라이딩 시키고, 이 슬라이딩 면에 액체가 새지 않을 정도의 간격을 형성하여 액체가 누출되는 것을 방지합니다.
이러한 구조와 원리로 인해 메카니컬 씰의 종류에 따라서는 고회전이나 고압력 하에서도 위험한 액체의 누출을 방지할 수 있습니다.
메카니컬 씰의 종류
메카니컬 씰은 다양한 종류가 있으며, 회전 링의 씰링 특성, 설치 위치, 설치 방법 등에 따라 특성이 달라집니다. 종류로는 언밸런스형, 밸런스형, 회전형, 고정형, 내부형, 외부형이 일반적입니다.
1. 언밸런스형-밸런스형
회전 링의 씰링 특성에 따라 불균형형과 균형형으로 나뉩니다. 액체에 의한 압력이 결정되는 요인은 회전 링 씰링의 액체 측 수압 면적(A1)입니다.
이때 수압면적(A1)과 슬라이딩 면적(A1)의 관계가 A1>A2이면 액체의 압력이 그대로 슬라이딩 면압에 영향을 미칩니다. 반면, A㎤가 <A㎤인 경우에는 액체의 압력이 감소하게 됩니다.
이 A1과 A2의 비율, A1/ A2 비율을 균형비(B.V.)라고 하며, 액체의 압력에 영향을 많이 받는 B.V.>1인 것이 불균형형, 압력에 영향을 적게 받는 B.V.≤1인 것이 균형형입니다.
2. 회전형과 고정형
씰링이 축과 동기화하여 회전하는 구조가 회전형이고, 씰링이 고정되어 있고 회전하지 않는 구조가 고정형입니다. 회전형은 고정형에 비해 소형화할 수 있지만, 고속으로 회전할 경우 씰링이 쉽게 변형되어 불량으로 이어질 수 있습니다.
3. 내부형-외부형
누출되는 액체가 바깥쪽에서 안쪽 방향으로 가는 구조를 내부형, 안쪽에서 바깥쪽 방향으로 가는 구조를 외부형이라고 합니다. 내부형은 액체가 원심력의 영향을 받기 때문에 밀폐성이 향상되는 것이 특징입니다.
반면, 아웃사이드 타입은 액체가 메카니컬 씰에 닿는 부분이 적은 구조로 만들 수 있기 때문에 부식의 영향을 덜 받는 장점이 있습니다.
메카니컬 씰의 기타 정보
1. 메카니컬 씰과 그라운드 패킹의 비교
회전기의 회전부에서 액체가 누출되는 것을 방지하기 위해서는 메카니컬 씰 외에 글 랜드 패킹도 유용합니다. 따라서, 메카니컬 씰과 글 랜드 패킹의 특징과 장단점 등을 설명합니다.
메카니컬 씰
- 누설량: 미세
- 구조: 복잡함
- 비용: 초기(도입 시)=대형 러닝=소형
- 수명: 비교적 김
접지 패킹
- 누설량: 사용하려면 어느 정도의 누설이 필요함
- 구조: 단순
- 비용: 초기=소량 러닝=대량(정기적인 교체 필요, 조임에 소요되는 수고로움 고려)
- 수명: 비교적 짧음
사용하는 유체에 따라 메카니컬 씰과 글 랜드 패킹을 구분하여 사용하지만, 물 등 다소 누출되어도 위험하지 않은 경우에는 글 랜드 패킹이 일반적으로 사용됩니다. 반대로 위험물 등 누출을 원하지 않는 경우에는 메카니컬 씰이 사용되는 경우가 일반적입니다.
유체 외에 분말을 사용하는 기기의 경우, 글 랜드 패킹이 많이 사용됩니다. 또한, 폐수 등 유체에 이물질이 혼입되어 있거나 슬러리액 등 액체에 점성이 있는 것을 사용하는 기기에 기계식 씰을 사용하는 경우에는 검토가 필요합니다.
이러한 액체가 슬라이딩 면 사이에 혼입되거나 슬라이딩 면에 고착되면 슬라이딩 면에 흠집이 생겨서 누출될 가능성이 높아집니다. 또한, 씰링이나 메카니컬 씰을 누르는 스프링에 들어가서 고착되면 스프링의 추종성이 손상되어 누출로 이어지는 경우도 있습니다.
2. 기계적 밀봉의 수명
기계식 씰의 수명은 기계 사양에 따라 크게 좌우됩니다. 사용 유체, 기계 가동 시간, 가동 횟수, 유체 온도 등이 주요 수명 결정 요인입니다. 기본적으로 지금까지의 도입 실적에 따라 대략적인 수명을 잠정적으로 결정하여 주기적 교체로 설정하는데, 일반적으로 2년마다 교체하는 것이 일반적입니다.
장비의 중요도에 따라 다르지만, 교체 주기가 설정되어 있지 않은 것은 육안으로 누설량이 많아지면 교체 시기가 됩니다. 기계식 씰은 비접촉으로 밀봉할 수 있습니다.
따라서 슬라이딩 면을 균일하게 유지하는 스프링이나 유체 침입을 방지하는 패킹류가 마모되지 않는 한 유지보수 없이 사용할 수 있습니다. 그러나 소모품은 노화로 인한 누출을 방지하기 위해 주기적으로 교체해야 합니다.