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제 목

 MECHANICAL SEAL의 발전에 따른 세대별 설계특성 검토(3)

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  2010년 10월 8일     Hit : 4600
글 내 용

오늘은 마지막으로 Third Generation (제 3세대) Mechanical Seal에 대하여 고찰해 보자.
제 3세대 Mechanical Seal은 설계방식과 사용재질에 있어서 공히 가장 최신의 기술을 사용함으로써 End-user와 OEM의 요구들을 공히 만족시키고 있다.
이러한 최신 기술을 적용함으로써 이전세대 제품들에서는 생각 할 수 없었던 매우 효과적인 비용절감이 가능하게 되었다.
많은 End-User들이 3세대 Mechanical Seal을 사용함으로써 EVA(Economic
Value Added: 경제적 부가가치)를 창출하게 되었다.

제 3세대 Mechanical Seal의 주요특징은 다음과 같다.
 *Double Balanced Type
 *완벽한 Non-fretting 설계
 *Gas Seal (기체밀봉) 설계
 *Narrowest Seal Face
 *극한의 운전 조건 충족(고온, 고압, 고속, 극저온)
 *Easy Maintenance

Double Balanced Mechanical Seal의 배열형태는 Seal Face에 가해지는 유체의 힘(Hydraulic Force)을 감소시켜준다.
즉, Seal Chamber의 유체압력이 가해지는 Seal Ring의 면적을 최대한 작게 함으로써, Seal을 밀어붙이는 힘을 줄일 수 있다.
Double Balanced Type Seal의 설계방식은 다수의 Face를 가진 Mechanical Seal, 특히 Dual Seals(Seal Ring이 두 Set로 이루어 짐)에 있어서 매우 중요하다.
또한 Double Balanced Dual Seal 설계방식은 고압의 Barrier Fluid와 저압의 Buffer Fluid에서 사용될 때 Double Balance가 Seal Chamber내의 심한 압력변화로 인하여 발생되는 Seal Face Opening현상을 없애준다.

처음 나온 Double Balanced Dual Seal은 실제적으로 제 2세대 설계방식이나, 이때에는 Double Balance 효과를 주기위해 “Shifting O-Ring”들이 사용되었다.
이 방식은 고형물들에 의하여 만약 O-Ring이 적시에 움직여 주지 않으면 기능발휘를 못하는 문제점이 있었다.
새로 등장한 제 3세대 설계방식은 O-Ring의 Shifting에 의존하지 않는 방식이다.
대신 고압과 저압측 유체에 대한 적절한 Balance를 유지시켜 주기 위하여 Seal Ring의 기하학적 형상을 새롭게 고안해 낸 것이다.
이는 훨씬 적절한 Balance Ratio를 제공하는 훨씬 더 안정적인 방식으로써 Barrier Fluid와 Buffer Fluid가 고압과 저압 어느 쪽이 되든 관계가 없으며 O-Ring들 또한 자신들의 지정된 홈에 위치하게 되어 Shifting을 할 필요가 없게 된다.
**완전한 Non-Fretting 설계방식
제 3세대 Mechanical Seal에서는 Soft Face가 마모됨에 따른 Dynamic Secondary Seal의 이동이 없으며, 이 Dynamic Seal들은 비금속 부품들인 Carbon이나 Tungsten Carbide(또는 SiC; Silicon Carbide)상에 자리를 잡는 형태가 된다.
**Gas Seal 설계방식
제 3세대 Mechanical Seal은 Gas Barrier Mechanical Seal이다.
Gas Barrier Seal이란 Seal Face들 사이에 비활성 기체를 침투시키는 방법을 적용한 것으로 Seal Face들이 Gas가 누설되지 않도록 하면서도 Face간에 미소간극을 유지하거나 가벼운 접촉만 발생하도록 다듬어진 것이다.
따라서 최소의 발열 현상만 일어나며, Seal Face간의 윤활을 위하여 주입되는 비활성 기체가 생산품과의 접촉을 막아주는 Barrier 역할까지 수행한다.
즉, 적절한 작동을 위하여서는 비활성 기체의 지속적이며 비단속적인 공급이 필수적이다.
Gas Seal은 통상 여러 개의 Seal Ring을 가진 형태로 만들어져 Inboard에서는 비활성 기체를 이용하여 Seal Ring들이 생산품을 Sealing해 주며, Outboard에서는 이 비활성 기체가 대기로 방출되는 것을 막아주는 Seal Ring들이 위치한다.
4개의 Seal Ring에서 2~3개로 줄이도록 설계기술이 진보되었다.
**가장 좁게 만들어진 Seal Face들
Seal 제조회사는 FEA(Finite Element Analysis;유한요소법에 의한 분석)과 CAD(Computer Aided Design)에 힘입어 압력과 온도변화에도 편평성을 유지할 수 있는 좁은 Face의 Seal Ring을 개발하게 되었고 이에 따라 발열현상과 Fugitive Emission도 최소화 시킬 수 있게 되었다.
**극한의 운전 조건 충족(고온, 고압, 고속, 극저온)
제 3세대 Mechanical Seal은 가장 기술적으로 진보된 것으로 유한요소법과 최상의 재료를 사용함으로써 극한의 운전조건들을 충족하게 되었다.
MTBF(Mean Time Between Failure; 평균고장간격)를 향상 시키며 생산과 정비에 따른 비용을 절감시켜줌으로써 EVA(Economic Value Added;경제적 부가가치)의 증대를 가능케 하고 전세계적으로 확산 추세에 있는 환경보호법에도 적절한 대응이 가능하게 되었다.
**Easy Maintenance
제 3세대 Mechanical Seal은 비용절감과 쉬운 장착성, 높아진 신뢰성, 뛰어난 다 환경에의 적용성, Field에서 바로 보수작업시 환경오염을 시키지 않는 점등으로 향후 Mechanical Seal의 발전지향점을 제시해 준다고 볼 수 있다.
-끝-

출처---------A. W. Chesterton 社刊 ‘Mechanical Seal Principles Manual’

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