축 밀봉 장치의 개요
유체의 누수, 누유 또는 외부에서의 먼지나 이물질, 불순물 등이 기기 내부로의 침입을 방지하기 위하 여 사용하는 부품 요소들을 총칭하여 밀봉 장치 (Sealing Device) 또는 간단하게 실(Seal)이라 말한 다.
밀봉 요소는 증기나 기체나 각종 가스 등의 기체, 원 유나 윤활유, 작동유, 액체연료나 물, 화학약품 등의 액체, 그리스(윤활유) 등의 분체 및 진공 기타의 광범위한 용도로 실(Seal)이 사용되고 있다.
따라서 밀봉 대상물의 종류, 압력, 온도, 접촉 상태 등에 따라서 어떤 형식의 실을 선정할 것인가. 또 어떻게 적절하게 사용할 것인가 등이 매우 중요하다.
개스킷(Gasket)
개스킷은 사용 재료에 따라서 목면이나 골조나 석면 (발암물질로 잘 사용하지 않음)이나 고무나 합성수 지(PTFE 등) 등의 비금속 개스킷(Non-Metallic Gasket)과 이런 것들을 금속의 얇은 판으로 피복한 세미 메탈릭 개스킷(Semi-Metallie Gasket)과 순철이나 극연강이나 동이나, 스테인리스강이나 알루미늄 등의 금속 개스킷으로 분류하고 있으며 재료나 형상에 다양한 종류가 있다
재료 특성 및 구조를 이해하여 또한 사용조건을 정확하게 파악하면 올바르게 선정하고 기구부에 설치할수 있지만 분진이 심한 가혹한 환경에서의 사용은 실제 경험에 따른 선정이 필요하다. 또 밀봉성, 내구성 및 장착 시의 적정 설치력 등의 추정도 용도에 따라서는 전문적인 지식이 필요로 한다.
또 배관에서 개스킷을 사용하는 경우는 KS, 관련 공업규격, 메이커 추천사항 등을 참조하는 것이 좋다.
하지만 고분자물질을 주성분으로 하여 이것에 충전 제나 가소제나 용제 등을 가하여 액상으로 한것을 각종 기기류의 접합면에 부착하여 기체 및 유체의 누수, 누유 방지 작용을 하는 액상 개스킷(Fluid sealant)은 실런트(Sealant)라고도 한다.
개스킷(Gasket)과 패킹(Packing)의 차이 배관이나 압력용기 등과 같이 정지(고정) 부분을 밀봉하는데 사용하는 고정용 실(Static Seal)은 정지용 실이라고 부르며, 개스킷(Gasket)이라 한다.
반면, 회전이나 왕복운동과 같이 지속적으로 운동하는 부분에 사용하는 운동용 실(Dymanic Seal)은 패킹(Packing)이라 한다. 또한 패킹은 운동 부분과의 마찰 접촉상태에 따라서 접촉형과 비접촉형으로 분류한다.
(Lip Packing)
립 패킹은 성형 패킹(금형을 사용하여 성형가공으로 서 만드는 패킹의 총칭)으로 립(Lip)이 있는 패킹이다. 대표적인 V 패킹은 고무 V 패킹과 직포(Fabric)를 넣은 고무 V 패킹으로 대별하고 수압, 유압기기의 피스톤 패킹이나 로드 패킹 등으로 사용하고 압력의 크기에 따라서 여러 개를 포개서 사용한다.
이것에 비하여 U 패킹은 단면이 U자 형태인 패킹으로 설치 공간이 적고 취급도 간단한데 패킹이 홈의 안에서 안정하도록 서포트 링(Support Ring)을 사 용하는 경우가 있다.
그랜드 패킹(Gland Packing)
그랜드 패킹은 스터핑 박스(Stuffing Box), 흔히 패 킹 실(Packing Seal)이라고 부르기도 한다.
박스에 각형 단면의 패킹을 여러개 삽입하여 패킹 누르개나 패킹 그랜드에서 축방향으로 압축하여 반지름 방향의 힘을 발생시킴으로써 누수를 방지한다.
패킹의 고정 압력을 균일화하기 위하여 스페이서 링 (Spacer Ring)이나 윤활의 목적 때문에 랜턴링 (Lantern Ring) 등도 사용한다. 패킹을 윤활할 필요가 있으므로 누수량은 많고 또한 마찰저항도 크다.
누수량을 너무 억제하면 발열, 마모 등이 생기므로 주의하여야 하고, 왕복운동 부품이나 저속 회전 부분 등에 사용한다.
(0il Seal, Lip Seal)
오일실은 크기도 작고 형상도 심플하여 공간을 많이 차지하지 않으면서도 밀봉 성능이 우수하고 특히 고속 회전용 실로서 적합한 요소이다.
내압 능력은 일반용에서 0.03 MPa 이하, 특수용에 서도 0.7 MPa 이하로 낮은 편이다.
V 패킹이나 U 패킹 등의 셀프 실패킹
(Self Seal Packing, 밀봉하는 유체의 압력으로서 밀봉하는 것)은 긴박력이 유체압에 크게 의존하는 데에 대하 여 오일실의 긴박력은 립 및 스프링으로 미리 주어 지므로 장착 시에 조정을 필요로 하지 않으므로 셀 프타이트닝 패킹(Self Tightening Packing)이라 한다.
메커니컬씰(Mechanical Seal)
밀봉단면의 마모에 따라서 축방향으로 움직일수 있는 종동링(Rotary Elements Part)과 움직이지 않는 시트링(Stationary Elements Part)으로 되어 있다. 완충기구가 있으며 축에 대략 직각인 상태로 회전하는 밀봉단면에서 유체를 밀봉하는 작용을 한 다.
고온, 저온, 고속, 고압에 적당하고, 윤활성이 나쁜 유체의 밀봉에도 사용할수 있고, 누수량도 매우 적고 실용상 문제가 되지 않는 범위로 억제할 수 있다.
원리
① 축과 함께 회전하는 Rotating Face와 Seal
Grand에 고정되어 있는 Stationary Face의 접촉면(섭동면)이 Main Seal 역할을 수행
② 운전 중 Face 끼리의 접촉면 사이에는 Face 마 모 방지를 위해 Flushing 액에 의한 얇은 유막을 형
성
③ 장시간 사용에 의한 접촉면 마모시 스프링의 Tension에 의해 자동 Face 압을 유지
특징
1. 누설이 없거나, 있어도 극히 미량이다.
2. 측면을 마모시키지 않는다.
3. 접촉면이 작고 마모 손실이 작다.
4. 마모에 따라 자동으로 조정되고, 수명이 길며 운전중 조절이 필요 없다.
5. 고온, 고압, 고속 등의 조건으로 쓰인다.
6. 유체의 혼합액, 부식성 액, 윤활성이 없는 액등에 쓰인다.
오링(0-링)
0-은 스퀴즈 패킹(Squeeze Packing)의 성형패 킹 중 단면이 원형의 링(고리, 환) 형상의 것이며 압력이 걸리면 홈의 0-링이 축봉에 밀려 붙어서 틈을 덮음으로 밀봉한다. 성능의 신뢰성이 높고 설치 공간도 적고 다양한 종류와 치수의 제품이 규격화되 어 있으며, 구입하기도 쉬우므로 고정용 실로서 또는 운동용 실로서도 사용한다.
단, 운동으로서는 왕복운동용에 한정되어 있어 회전 에는 적합하지 않다. 공업규격(0-링)에는 운동용 0-링, 고정용 0-링 및 진공용 0-링의 형상 및 치수가 규정되어 있다.
0-링 설치 홈부에는 모따기나 라운딩(Rounding, Radius), 그리고 설치부의 날카로운 각을 제거해야 하고, 이런 상세부의 형상 및 치수는 표준 규격으로 정하여져 있다. 또 약 7MPa 이상의 고압에서는 0-링이 틈에서 삐져나와 손상될 수있기 때문에 0-링 용 백업링(Back-up Ring)을 병용한다.
