Mechanical Seal

목           차

서 문

1. Mechanical Seal의 기본원리

2. Mechanical Seal의 구성요소

2-1. 구성요소

2-2. 섭동면의 재질

2-3. Packing

2-4. Carbon, Graphite

3. Mechanical Seal의 분류방법

3-1. 양산용, 산업용

3-2. Inside, Out side

3-3. Balancd, Unbalance

3-4. Single Seal, Double Seal

3-5. 회전형 씰, 고정형 씰

3-6. 스프링의 형상에 따른 분류 및 장단점 비교

4. Mechanical Seal의 재질구성

5. 섭동면의 재질구성

6. Leaking(누설) 유발과정

6-1. Leaking 진행경로

6-2. 섭동면의 마모

6-3. Cooling, Flushing, Quenching

6-4. 누설

6-5. 누설을 유발하기 쉬운 요인중 무시하기 쉬운부분

6-6. 누설량 체크

7. Mechanical Seal의 장착 및 교체시 필수점검 요인

7-1. Mechanical seal 장착전 점검

7-2. 교체시점 점검

8. Mechanical seal에 응용되는 보조장치

8-1. Flushing

8-2. Cooling

8-3. Quenching

8-4. System이 필요한 환경조건

8-5. Vortex separator

9. Mechanical seal trouble의 유형별 원인과 처방

10.Pump의 점검 포인트

서   문

이 자료는 Mechanical Seal의 이해를 돕기 위해 쓰여진 자료로 가급적 전문용어를 피하고

그림과 도면을 첨부하여 쉽게 보고 이해할 수 있도록 구성하였습니다.

특히, 제품을 사용하는 User(사용자)의 입장에서 구성하였으므로 복잡한 계산식은 배제하고

가장 기본적인 사례를 곁들였습니다.

1.메카니칼 씰의 기본원리

면 접촉식 밀봉장치로 회전축(Shaft)에 수직된 2개의 섭동면( 고정자,회전자 )으로 구성되어

한 면이 회전축과 함께 회전하며 스프링의 장력 혹은 유체의 압력으로 회전부의 밀봉을 지속적으로 유지하는 장치이다.

Mechanical seal은 회전축의 누설방지에 절대적으로 필요한 장치이며 Seal face의 윤활은

자체적으로 형성되는 유체막(0.025□-0.25□)에 의해 이루어진다.

Mechanical  seal의 최대장점은

(1) 눈에 보이는 정도의 누설이 방지되고

(2) Shaft의 마모가 발생하지 않으며

(3) 모든 마모현상은 섭동면(Seal ring face)에서만 발생하며

(4) 장착 되어있는 스프링의 장력에 의해 마모되는 부분만큼 자동보상이 이루어져 밀봉이

지속적으로 이루어진다.

2. 메카니칼 씰의 구성요소

2-1. 구성요소

(1) Floating ring(Mating ring, Cup gasket) packing...고정자 패킹

(2) Floating ring(Mating ring, Cup gasket)...고정자 섭동면

(3) Primary seal ring(Rotary seal ring, Rotor)...회전자 섭동면

(4) Secondary seal ring(Rotary packing)...회전자 패킹

(5) Spring...스프링

(6) Bellows(Rubber, Teflon, Metal)...벨로우즈

(7) 회전력 전달장치 : Set screw, Key, Collar, Stopper, Spring holder, Pin 등

2-2. 섭동면(Seal face)의 재질

가동중에 자연적인 유체막의 형성이 불가능한 경우에는 인위적인 유체의 막을 형성시켜

주어야 한다.

섭동면에 의한 누설량은 섭동면의 재질, 유체의 점도, 비중,  압력차, 축의 크기, 회전

속도 등에 따라 달라지나 통상 섭동면의 평면도가 3 Band(0.087□m)이하를 유지하면

시각적인 누설은 방지된다.

섭동면의 재질은 유체의 부식성, 사용온도, 마모성 물질의 함유량등에 의해 선정된다.

섭동면(Seal face)의 구성재질
고정자	회전자
Silicon Carbide	Silicon Carbide
Silicon Carbide	Carbon
Silicon Carbide	Ceramic
Tungsten Carbide	Tungsten Carbide
Tungsten Carbide	Carbon
Ceramic	Carbon
Stellite	Carbon
Copper	Carbon

2-3. Packing

(1)고정자의 패킹 : 오링(원형의 링), 사각링, 테프론류의 V 링이 사용되며 고정자가

장착되는 Gland, Casing, Housing등에서 고정자의 직각도를 보상해줄 수 있을 정도의

Flexbility(유연성)가 있는 상태로 장착된다.

(2)회전자의 패킹 : 섭동면 다음으로 주용한 부분으로 Secondary seal ring으로 지칭되며

Shaft의 기울기를 일부 보상 할 수 있도록 유연성(Flexibility)이 있는 재질과 형상으로

구성되어 고정자와 직각도가 유지된 평면접촉이 되도록 한다.

*내식성(화학성), 내열성(고온)의 유체에 많이 사용이 되는 딱딱한 테프론 재질의 패킹은

소재의 발달로 유연성과 작업성을 대폭 향상시킨 고무재질이나 엔지니어링 플라스틱 소재

로 급속히 전환되고 있는 추세다.

(3)패킹의 형상(고정자, 회전자)

고정자의 Packing에는 O-Ring, Square ring type이 주로 적용되고

회전자의 Packing에는 O-ring, V Packing, Rubber bellows type이 많이 사용된다.

2-4.카본, 그라파이트(Carbon & Graphite)

(1) KDI-1000 (Injection 용 카본소재)

고밀도, 고품질의 Carbon, Graphite 소재를 특수 개발하여 Injection(사출)공법을 적용

하여 내구성이 뛰어난 고굴절 제품 생산용 소재, 굴곡이 심하고 복잡한 형상의 제품

제작이 자유롭고 내식성, 내마모성, 내열성이 우수하며 수분 흡수률이 없어 온도변화가

심한 정밀기계의 부품으로 사용되는 특수소재로 각광받고 있다.

Seal ring, Gas meter기 Valve & valve seat, Carbon Gear, Roller 등

적용범위 : rpm...max  8,000, 온도.. 250℃, 압력.. 30Kg/□

(2) KDH-2000 (Press 용 카본소재)

고밀도, 고품질의 Carbon, Graphite 소재를 특수 개발하여 Press(압출)공법을 적용

하여 내마모성이 뛰어난 기계 구조용 제품 생산용 소재. 고속회전체에 적합하며

내식성, 내마모성, 내열성이 우수하며 수분을 흡수하지 않는다.

Seal ring, Lubricator(주유기)의 Valve & valve seat Pump Vane, Roller 등

적용범위 : rpm...max 14,000, 온도.. 350℃, 압력.. 50Kg/□

(3) KDC-3000

고품질의 Graphite 소재를 최첨단 Dry Press(냉간압출)공법을 적용하여 내마모성, 내열성           이 요구되는 기계 구조용 소재 및 부품으로 사용.

별도의 함침과정과 소성과정 및 안정화 공정을 거치는 제품으로 경도 및 탄성이 대단히

우수하다.

Seal ring, Bearing, 고온용 Jig 등

적용범위 : rpm...max 18,000, 온도.. 600℃, 압력.. 80Kg/□

(4) KDS-4000

Resin bonded Carbon, Graphite 소재로 부식성이 없는 유체(물, 기름)에 사용되는

제품에 적용되며 resin 제거를 위한 별도의 안정화 공정을 거칠 경우 내부의 resin이

분해되어 절삭성이 대단히 우수한 소재로 변형된다.

반도체 웨이프 Slicing beam 등

* Carbon, Graphite 섭동재의 형상 작업 후 Powder(분진)가 묻어나는 경우가 있어나 이것은

작업 후 세척등의 후공정이 미흡한 것으로 완성품의 품질 혹은 경도(Hardness)와는 무관

하며 특히 주요한 부분으로 생각하는 소재의 경도(Hardness)는 내마모성과 비례하지 않는다.

Mechanical Seal 섭동재(Seal face)

Carbon, Graphite Bushing / Roller / Pump Vane / Carbon Bearing..

Silicon wafer slicing beam / Lubricator valve & vlave seat

Gas meter valve & valve seat

금속성 모재에 삽입되어 결합하거나 금속성 모재를 둘러싸는  정밀기계 부품

3. 메카니칼 씰의 분류방법

3-1. 대분류 : 양산용, 산업용

(1) 양산용

Press 응용제품과 Rubber 응용제품을 금형(Mould)을 이용하여 대량생산하는 제품.

세계수준의 Carbon, Graphite Seal ring재가 결합된 제품으로 가정용 온수 순환펌프로

부터 수중펌프(FK), 오.폐수펌프(FK, FK-1), 냉동기 콤프레셔(ND), 고속 엔진양수기(EP),

고속 엔진분무기(EP), 자동차 쿨링 워터펌프, 절삭유 이송 펌프(A4,C2), 선박엔진용(BMS)

농□공업 급수펌프, 내산(Acid)용, 내알카리(Alkali)용 등까지 다양하게 생산하고 있다.

*내식성(내화학성)소재의 급속한 발달로 많은 부분의 산업용 제품이 양산화된 고품질의

일반제품으로 급속하게 대체되고 있으며 표준화, 대량생산으로 값싸게 공급되고 있다.

양산제품의 기준은 생산량의 다□소(多□少)에 의한 것이 아니고 Mould를 적용한

규격화, 표준화를 통한 대량생산 제품을 의미한다.

신소재의 개발과 제작기술의 향상으로 양산용 Seal이 부식성유체(산, 알카리)에서의

사용이 가능하며 광범위하게 산업용에 확산 적용되고 있다.

(2) 산업용(Process Pump용)

부식성 유체, Gas 등의 유체이송에 장착되는 제품으로 내마모성, 내식성이 탁월한 소재가

주로 사용되며 석유화학, 제철□제강, 원자력 발전소등에 적용된다.

* 통상적으로 Single Seal type을 사용하고 맹독, 인체에 유해한 유체, 자체 윤활이 어려운

구조일 경우에는 Double seal을 사용하여 유체가 외부로 누출되는 것을 막고 누설된 유체를

희석시킬 수 있는 별도의 장치를 추가하는 방법을 채택한다.

* 유독성, 부식성이 강한 유체는 비산되지 않도록 Gland cover flange에 Bushing이나

Packing을 설치하고 누설액의 결정분이 섭동면의 주위에 남아있지 않도록 Clean water

quenching을 한다.

3-2. 인사이드, 아웃사이드(Inside, Outside)

유체의 압력이 작용되는 방향에 의해 결정된다.

(1) Inside (인사이드)

유체의 누설압력이 Seal의 외부(Outside)에서 내부(Inside)로 작용되는 형상으로

통상적으로 유체의 압력이 섭동면을 닫히게하는 방향으로 작용하는 구조.

(예외:고정형 Seal / 극동 씰테크의 EP, BMS type /을 적용하는 경우에는 섭동면이

열리는 방향)

(2) Outside (아웃사이드)

유체의 누설압력이 Seal의 내부(Inside)에서 외부(Outside)로 작용되는 형상으로

유체의 압력이 섭동면을 열리게 하는 방향으로 작용하는 구조.

*인체에 유해한 화학성 유체나 보수의 편의성에 의해 사용되며, 저압에서 주로 사용.

*Outside seal은 Inside seal에 비해 안정성이 떨어지며 Seal face가 열리면 원상

복귀가 어려운 구조로 내식성이 강한 소재(Taitanium, Hastelloy C / Ceramic,

Silicon Carbide)의 개발로 대부분 Inside seal로 교체되거나 Cartridge Seal 사용.

3-3. 밸런스, 언밸런스 (Balance, Unbalance)

(1) 밸런스 ( Balance )

축(Shaft)이 이중의 단으로 구조가 복잡하고 슬리브(Sleeve)를 사용하여야 한다.

가. Stuffing box내 압력이 10 bar 이상일 때 적용한다.

나. Radial방향 면적배치에 의하여 섭동면 쪽으로 작용하는 유체의 압력이 상쇄되는

설계로 효과적인 누설방지를 할 수 있는 최저 면압이 선택되는 형상.

다. 최고 80 bar까지 사용이 가능하다.

라. API 610규정에 의하면 Process용은 Balance type을 권장하고 있다.

(2) 언밸런스 ( Unbalance )

축의 외경이 평탄하며 Stuffing box내 압력이 10 bar 이하일 때 적용한다.

가. 섭동면의 접촉압력이 유체의 압력보다 크거나 같은 구조로 작용하는 형상.

나. 샤프트의 구조가 굴곡이 없이 일자형으로 구성된 형상

3-4. 싱글 씰, 떠블 씰(Single seal, Double seal)

(1) Single seal(싱글 씰)

한 쌍의 Seal face(고정자, 회전자)을 지니고 섭동면에 윤활성 유체를 부여해 줄 수 있는

환경에서 Stuffing box내의 유체로 Cooling, Flushing 할 수 있는 경우에 사용 한다.

(2) Double seal(더블 씰)

두 쌍의 Seal face을 지니고 있는 이중 구조

가)섭동면에 적절한 윤활성 유체를 부여해 줄 수 없는 환경에서 인위적인 조치를

해 줄 필요성이 있거나

나)서로다른 두 종류의 유체를 동시에 누설방지케 해주거나

다)마모성 유체에서 안정성과 Life cycle을 증대시킬 필요가 있을 때 사용.

◎ Double seal의 대표적인 형상 ◎

(1)Back to back type

사용 유체가 결정화 되거나 대기와 접촉하여 급격히 산화될 때, 유체내부에

마모성 Slurry가 많아 안전성의 증가를 필요로 할 때, 사용유체와 구분되는

별개의 Sealant를 1 bar이상 높게하여 두 섭동면 사이에 Circulation 시키는

형상.(통상적인 Double Seal type)

(2)Tandom seal type

고압의 유체를 Sealing 할 때 압력강하를 목적으로 설치하는 형상.

Balance seal type을 사용한다.

3-5. 회전형, 정지형(Rotary seal, Stopping seal)

(1)회전형 씰: 회전자(Primary seal ring)에 스프링이 장착되는 형상으로 대부분의

Mechanical seal이 여기에 속하며 통상 3,600 rpm이하에서 사용 한다.

(2)고정형 씰: 고정자(Floating ring)에 스프링이 장착되는 형상으로 Impeller등의

회전체에 Spring장치부가 장착되는 형상으로 고속회전에 사용되며 고정자 회전자 모두

Shaft의 간섭을 받지않는 구조로 고속엔진 분무기(12,000 rpm), 엔진 양수기(4,200 rpm)

자동차(트랙타), 선박엔진의 연료펌프(4,600 rpm∼12,000 rpm) 등에 사용된다.

3-6. 스프링의 형상에 따른 분류 및 장단점 비교.

(1)싱글 스프링(Single spring, One coil spring, Mono spring)

(2)멀티 스프링(Multi spring)

(3)웨이브 스프링(Wave spring)

(4)벨로즈 (Bellows)

*내식성 소재(Titanium, Hastelloy C 등)의 발달로 부식성 유체(강산, 알카리 등)에

서도 Multi spring, Wave spring등이 폭넓게 사용된다.

*Bellows는 Rubber(고무), PTFE(테프론), Cupper(동), Metal(금속) 등이 사용된다.

ulti Spring와 One Coil(Mono) Spring의 장단점 비교

형 상	장 점	단 점
Single spring	선경이 굵어 부식성유체에 강하다. 고압에 사용가능 하다. Slurry함유 유체에 강하다.	장착길이가 길다. 고속회전시 뒤틀림 현상이 발생한다. 면압이 불균일 하다.
Multi spring	장착길이가 짧다. 면압이 일정하여 고속회전에 사용.	선경이 가늘어 부식성 유체에서는 사용불가하였으나 내식성이 강한소재(HC-276, Titanium)를 사용할 경우 적용이 가능하다. 피치의 간격이 짧아 Slurry함유 유체에 사용불가.
Wave spring	장착길이가 아주 짧다. 초고속회전에서 사용이 가능하다. Seal 내부에 Slurry가 침투되지 않는다.	고압에서 사용이 가능하다. 굴곡형상의 구조로 면압이 불균일 하다. 부식성이 다르나 부식성 유체에 사용불가
Bellows	Seal 내부에 Slurry가 침투되지 않는다.	박판사용으로 부식성 유체에 사용이 불가. 고응력으로 Bellows의 파손위험이 크다. 고압에서 사용불가. 고속회전시 뒤틀림 현상이 발생 한다.

4. 메카니칼 씰의 재질구성

4-1. Hard face : Ceramic(Solid, Plate), Silicon carbide(Solid,Plate) 등의

내마모성 소재가 주로 사용되고 초기의 Tungsten carbide coating, Ceramic coating

소재는 섭동면 마찰열로 인한 균열과 파손으로 사용범위가 축소되고 있으며, 마찰계수가

크고 내마모성이 취약한 Stellite계 코팅(Coating) 섭동재는 도태되고 있으나 작업의

용이성으로 인해 긴급을 요하는 대체제로 조금씩 사용되고 있다.

4-2. Soft face :  자체 윤활성과 열전도성 그리고 가공성이 탁월한 Carbon, Graphite

소재가 주로 사용된다.

4-3. Packing의 재질 : Sealing되는 유체의 내식성(화학적 성질, 부식성), 사용온도

등의 조건에  따라 선정 된다.

Packing의 구성재질 및 사용 온도범위

패킹의 구성재질		사용 온도 범위(℃)
종 류	적 용 범 위	최저 온도	한계 온도
NBR	내유성,청수,온수	-30	100
EP(EPR,EPM,EPDM)	알카리성 유체	-50	150
FPM(Fluoro elastomer)	산성 유체	-30	205
PTFE	산성, 고온 유체	-100	260
Kalrez	산성, 고온 유체	-100	300
Pure Graphite material	모든 유체 적용가능	-200	2,400

5. 섭동면의 재질구성

5-1. 섭동재를 Insert(열박음, 억지박음)를 한 경우 유체의 온도가 80℃를 초과해서는

안된다.

Insert 재질의 열팽창 계수와 수축계수가 다르므로 섭동부의 이탈현상이 발생한다.

(1)Mechanical seal의 무게는 최대한 가볍게하고 Shaft의 치수(DIA)가 크면 섭동재도

중량이 무겁워지기 때문에 섭동면의 표면에 Ceramic coating 혹은 T/C Coating을

하거나 내마모성 소재를 Insert하여 Mechanical Seal의 자체중량을 줄인다.

(2)고정자, 회전자 사이에 형성되는 유체의 윤활막을 유지하기 위하여는 섭동면

주변의 온도를 유체의 기포발생 온도 이하로 유지시켜야 한다.

(3)섭동면에서의 발열량은 Seal face 접촉과 압력에 비례하며 발열량은 섭동면 □

Seal ring □ 유체로  전도된다.

6. Leaking유발 과정

Sealing의 실패는 Seal face의 유체막이 유체본래의 성분을 상실할 때 발생한다.

6-1. Leaking 진행경로

(1)Seal face에서 수초마다 기포(Vaporizing)가 발생되어 터지는 현상이 발생하고

액체막에서 부분적인 Boiling현상이 발생된다.

(2)기포발생과 Boiling현상은 Seal face를 순간적으로 열었다가 Stuffing box내

유체의 압력으로 Seal face를 급격하게 닫히게 한다.

(3)Seal face의 여닫이 현상은 일시적인 냉각효과를 주면서 유체가 Seal face내로

침투하게 되고 점차 유입되는 유체의 양이 증가시키게 된다.

(4)Seal face로 침투한 유체가 증가하고, 섭동면에서 발생하는 마찰열로 인해 또다시

기포발생을 유발 하게되어 (1)에서 (3)의 과정을 반복하게 된다.

(5)섭동면의 급격한 여닫이 현상은 Seal face의 모서리를 파손시키게되고 유체의

누설량을 증대시키며  섭동재질의 표면에 침투해 있던 유체가 갑작스럽게 기포를

발생시키며 터질 때 섭동재의 조각이 혜성의 꼬리형상을 남기며 다시 부스러진다.

(6)대량 누설이 발생하여 Dry running의 시초가 되며 Seal face의 표면위에 레코드

판처럼 동심원의 홈이 깊게 파여진다.

6-2. 섭동면의 마모

Mechanical seal의 설계수명은 Seal face를 구성하는 재질의 조합에 대한 마모율에

의하여 결정되며 온도, 압력의 한계내에서 Mechanical seal의 설계 수명을 충족시킨다.

6-3. Cooling, Flushing, Quenching

Mechanical seal의 섭동면 마찰열은 어떠한 형태로던 제거되어야 하며 냉매의 방향이

열전달이 가장좋은  지점으로 설정되어야 한다.

최적의 냉매방향설정은 Self flushing(Pumping액의 Recirculation)에 의하여

행해지는가 Quenching(섭동면에 직접닿지않는 독립적인 외부냉매 사용)에 의하여

행해지는가를 결정하게 된다.

6-4. 누설(Leaking)

Mechanical seal은 섭동면 사이에 윤활막이 형성되도록 설계되기 때문에 미세한 누설

가능성은 항상  존재한다.

모든 Mechanical seal은 누설의 양이 적어 증발(Evaporate), 기화(Vaporize)하여

액체(유체)의 누설로는 명백하지 않으나 아주 가끔의 방울로서 관측되어지며 눈에 띄는

다량의 누설은 Bearing, Wearing등이 마모되었음을 알려준다.

*** Mechanical seal의 누설경로

번호	누설 경로	내 용
1	Floating seat packing	손상, 마모
2	Seal plate packing	손상, 마모
3	Face leaking	마모,직각도
4	Frimary seal ring	손상, 마모
5	Stuffing box	부식,가공불량
6	Rotary seal ring packing	사상불량,파손
7	Shaft	흠집, 손상
8	Spring	감김방향

6-5. Leaking(누설)을 유발시키는 요인중 무시하기 쉬운 부분

(1) 유체의 특성

(2) Stuffing box내 Mechanical seal의 정확한 조립 및 설치.

(3) Secondary seal ring(패킹) : 꼬임, 파손, 마모, 경화

(4) Cooling의 적합성

(5) Running환경에 적합한 정확한 Seal face의 소재선정

(6) Equipment의 진동성 및 안정성

6-6. 누설량 체크

(1)Seal의 외부에서 내부로 누설하는 경우

(내부에서 외부로 누설되는 경우에는 누설량의 10배를 곱한다)

Q  ; 누설량(cm3/ hr)

d  ; 유체의 유입경(mm)

P1 ; 유체압력(bar)

P2 ; 외 압(bar)

h ; 섭동면간의 평균 Gap(□m)

S ; Gap factor(N/cm2 sec)

Pg ; 섭동면 압력(bar)

[eqn: S = 206.97 TIMES 2158.66 SQRT { log vg + 0.039935}]

Vg ; 섭동면간의 상대 속도(m/sec)

[eqn: Q = { pi TIMES d(p1-p2)h2 TIMES S} over {pg } TIMES 3.6 TIMES 10-7]

7. Mechanical seal의 장착 및 교체시 필수점검 요인

7-1. Mechanical seal 장착전 점검사항

(1)각 부품에 이물질이 묻어있지 않는지를 확인하고 이물질이 묻어있는 경우에는 흐르는

물에 깨끗이 세척하거나 알콜에 세척한 후 섭동면은 손이 접촉되지않게 한다.

(2)Seal face에서 Collar(Set screw)까지의 장착길이를 선정하고 Shaft 상태 점검

(3)Mechanical seal이 장착되는 축이나 Sleeve의 면취확인(30°, 2mm)

(4)O-Ring, Packing의 표면에 Silicon oil 혹은 묽은 기계류를 도포하며

점성있는 Grease oil(구리스)을 바르거나 묻지 않도록 주의 한다.

(5)장착후 캬플링을 손으로 천천히 돌린다음 이상소음 및 직각도를 체크한다.

7-2. 교체시점 점검

(1)섭동면의 높이 : 고밀도, 고품질의 내마모성 재질이 꾸준히 개발됨에 따라 초기

3.5∼4.0mm 높이의 섭동재가 1.5∼2.5mm로 낮아지는 추세이며 기본적으로

Carbon 소재의 경우 2.5∼3.0mm, TC 혹은 SiC(Silicon carbide)의 경우 1.0∼1.5mm가

형성되어 있으며 통상 0.5mm이상 마모되면 교체를 하는 것이 좋다.

(2)Coating(Ceramic, TC)의 경우 약 0.3-0.4mm의 뚜께로 제작 Seal face 표면에

열경화 현상, 크랙, 표면마모가 발생하는 시점에서 교체해야 한다.

(3)Packing의 경우 장착되는 시점부터 경화되기 시작하여 물성변화가 이루어지므로

Pump의 수리 Seal점검시에는 반드시 교체해 주어야 한다.

(4)Anti Rotating 설계방식(FK, F10, ND 등)이나 A4 같은 제품은 장착시 별도의 장착공구나

회전자의 섭동면과 케이스가 장착시 분리되지않도록 각별한 주의를 요한다.

현실적으로 섭동재의 마모를 확인하기가 불가하므로 초기 누설현상이 발생할 경우

Shaft, Motor, Bearing등의 안전을 위해 즉각적으로 교체를 하는 것이 바람직하다.

8.Mechanical seal에 응용되는 보조장치

보조장치는 Mechanical seal의 성능을 완벽하게 발휘시켜 Life cycle을 연장하는

요소로 용도에 따라 적절한 보조장치를 사용하여야 한다.

8-1. Flushing

(1)Self flushing: 펌프의 토출구에서 배관을 Mechanical seal의 섭동부에 설치

하여 순환, 냉각, 세척을 하는 방법.

(2)External flushing: 외부에서 Pumpin되는 유체와 구분되는 별개의 Sealant를

Seal의 섭동부에 주입하는 방법으로 Slurry를 함유한 유체, 고온, 유독성 유체에서

사용 된다.

(3)Revers flushing: Mechanical seal의 섭동부에서 펌프의 흡입구에 배관을 설치

하는 방법으로  토출압과 Seal부의 압력이 비슷한 경우에 사용

(4)Thru flushing: Self flushing 방법과 Revers flushing 방법을 동시에 행하는

것으로 액화 Gas 등에 사용된다.

8-2. Cooling

고정자의 외부를 냉각해서 Seal ring면에 발생하는 발열로 인한 균열 및 파손을

방지하는 역할을 수행

8-3. Qeunching

외부에서 액체 혹은 기체를 Mechanical seal부에 주입시켜 유체의 냉각, 보온, 세척,

대기와의 차단을  목적으로 한다.

8-4. System이 필요한 환경조건

API 610에 규정되어 있는 시스템 선정의 Guide line.

(1)Mechanical seal의 섭동면에 윤활 및 냉각이 어려운 조건

(2)유체의 압력이 유체의 증기압보다 낮을 때

(3)초기 구동(Start)시 유체의 점도를 떨어뜨려 주기위해 Heating을 필요로 할 때

(4)매우 높은 인화점으로 인하여 충분한 가압이 필요 할 때

(5)섭동면에서 발생하는 열이 충분히 제거되지 못할 때

(6)유동성 유체로 Gland에 Quenching을 해야 할 필요가 있을 때

8-5. Vortex(Cyclone) separator:

Cyclone separator는 냉각 또는 윤활 목적으로 공급되는 유체가 깨끗하지 못할

경우, 오염되거나 더러운 유체와 깨끗한 유체를 분리하여 더러운 유체는 Pump suction

방향으로 재순환시키고 깨끗한 유체만 Seal의 냉각 또는 윤활목적으로 공급시킨다.

Cyclon separator 사용조건

(1)순환되는 고형분의 입자는 1.0mm이하여야 한다.(경제적인 측면 고려)

(2)최소입자의 크기는 입자의 비중 및 유체의 점도에 따라 다르나 5□m 정도 이다.

(3)고형분의 무게비로 10%를 넘어서는 안되며 일반적으로 5-7%를 최고로 잡는다.

(4)원심력에 의하여 분리가 되므로 고형분의 비중이 유체의 비중보다 높아야 한다.

(5)유체의 점도가 높으면 원심분리 역할을 할 수가 없다 일반적으로 점도가 20cs를

넘어면 사용이 불가능 하다.

(6)Cyclone separator 입출구의 적절한 압력차가 형성되어야 원심분리 효과가 있다.

(7)Filter는 고형분의 비중이 유체의 비중과 비슷할 경우 또는 유체보다 더 작을 경우

사용된다(고형분이 함유된 유체에서는 Filter가 빠른 속도로 막힌다)

(8)Leakage detector는 인체에 유독한 유체이거나 폭팔성 유체일 경우에 설치하는

경우도 있으나 Double seal을 사용하는 방법으로 안전을 기하기도 한다.

(9)Pressure units: Double seal에 Sealant를 공급할 경우 온도, 압력,

Circulation량 등에 따른 Control system에 따라 크게 변한다.

9. Mechanical seal의 trouble의 유형별 원인과 처방

9-1. Seal face에서의 문제발생.

Seal face의 파손 (fracture)	부적절한 취급	취급주의
	부적절한 조립(억지조립)	수정 후 재조립
	Stress-corrosion cracking	제작공정 및 재질개선(응력제거)
	과다한 열응력	운전조건개선, 설계나 재질의 상향
	과다한 PV 치	PV치를 낯춘다.
	Seal에 미치는 과다한 유체압력	유체압력을 낯추거나 재질상향조정
	Secondary seal의 과다부풀음	재질을 재선정,온도를 낯춘다.
	Dry running	냉각 및 유체속도 조정
	섭동면에 이물질 침투	이물질 제거

문 제 발 생 내 용	원 인 분 석	대 책 과 사 후 조 취
전반적인 부식	부적합한 재질선정	구성재질의 검토 및 재선정
부식(Stress corrosion) 열분해(Cracking)	부적합한 재질선정	용접,열처리 공정개선
		응력제거, 작업공정 개선
용해(Leaching corrosion)	부적합한 재질선정	구성재질의 검토 및 재선정
Seal face의 변형 함몰(Concavity) 요철(Convexity) 물결모양(Waviness) 불균일 접촉	부적합한 재질선정	구성재질의 검토 및 재선정
	Seal에 미치는 과다한 유체압력	유체의 압력을 낯춘다 재질의 상향조정 설계 상향조정
	Lapping 불량	표면 재가공
	불균일한 Clamping, bolting	재조립
	과다한 내부응력	응력제거 및 재가공
	마무리 작업불량	재 마무리
	과다한 PV 값	PV 값을 낯추거나 재질 상향조정
	불충분한 윤활	운전조건 개선,냉각 및 유체속도 조정, 설계변경
	Spring의 과대하중	Spring 설계치 변경

모서리 파손 (Edge chipping)	Seal에 미치는 과다한 유체압력	유체압력 하향조정, 재질 상향조정
	Shaft run out 과다	설계변경,재질 상향조정
	Shaft defection (과다 처짐)	Shaft의 변형을 줄인다.
	Excessive shaft whip(급 발진)	운전조건의 검토, Seal디자인 교체
	Seal face의 수직도 어긋남	축에 직각이 되도록 재조립
	Seal face의 진동	유체의 온도를 유체의 Boiling point 보다 28℃ 이하로 낯춘다.
Seal face의 이상마모	PV 값이 너무높다	PV 값을 낯춘다
	용해된 고형물질의 퇴적	유체의 온도를 Boiling point보다 28℃ 이하로 낯춘다.
	부적합한 억지조립	분해 후 재조립
	마모성물질이 Seal face에 도포	유체에서 마모성 물질 제거
	축방향으로 고정이 안됨	Set screw, collar로 조정
	Shaft end의 과다	End play 재조정
	윤활 및 냉각 불량	운전조건 검토 및 설계의 상향조정

9-2. Secondary seals / Rotary packing

문 제 발 생 내 용	원 인 분 석	대 책
화학적 변형	부적절한 소재의 구성	적합한 재질 선정
열분해(Cracking)	과도한 온도	효과적인 colling,재질개선
	화학적 변형	적합한 재질 선정
	Ozon attack	오존의 농도를 낯춘다.
패킹의 절단,마모,분할	취급부주의	정확한 취급, 정확한 장착
	Metal overstressed	구성재질의 상향

10. Pump의 점검 포인트

10-1. Mechanical seal이 장착되어있는 펌프의 점검포인트는 다음과 같다.

(1)Shaft, Sleeve의 진동 및 헐거움은 없는가?

(2)Shaft와 Stuffing box의 동심도, 직각도는 정확한가?

(3)Shaft의 Thrus방향 이동량은 적절한가?

(4)축, 슬리브의 면취부 가공 및 사상상태는 양호한가?

1)축 또는 슬리브의 패킹(Packing)의 삽입부분

2)Flange의 고정부 삽입부분

(5)Start bolt의 길이는 Flange의 뚜께에 대해서 적당한가?

10-2. Pump 가동전 유의사항

(1)Flushing, cooling, quenching등의 배관접속은 정상적인가?

(2)계기류는 정상적으로 작동 되는가?

(3)축을 손으로 돌려보아 Torque가 지나치지 않는가?

이상소음 및 마찰음은 없는가?

(4)구동부의 점검에서는 회전방향, Centering을 점검.

(5)Pump내부의 가스를 제거 한다. 특히 액화 Gas일 경우에는 신중을 기한다.

10-3. Pump 가동시 유의사항

(1)Dry running(공회전)이 되지않도록 펌프내 유체는 충분한가?

(2)운전개시 후 약간의 초기누설이 있는 경우 그대로 계속 가동을 하고, Seal face가

완전히 자리를  잡은 후 재 점검 한다.

(3)가동중 펌프의 이상소음, 이상발열이 없는가 점검 한다.

10-4. Pump 정지시 유의사항

(1)유체가 상온에서 고착화되는 경우에는 Pump내부에서 유체를 빼낸다.

(2)장시간 정지를 시킬 필요가 있는 경우에 유체를 빼고, 겨울철 동결방지가 필요한

경우에는 Cooling 유체도 제거 한다.