5.17 씰의 설계와 재료의 선택

Seal Design and Material Selection

 

씰 설계의 특색, 조립 틈새와 재료 선택은 씰 제작자의 권리이다. 이러한 변수에 작용하는 씰의 결함은 2가지 그룹으로서, 사용상 정보 오류에 의한 구입자 결함과 생산자에 의한 기본적인 적용결함이나 설계상 오류이다.

그림 3-168은 탈 이온수에 노출된 공기 압축기의 씰이다. 카본이나 리테이너 쉘에 생성된 부식물을 주시하라. 조립품의 웨이브 스프링은 첫 번째 카본링 뒤편을 마멸 시켰다. 씰이 유연성을 잃었기 때문에 몇 개월의 운전후 손상되었고, 씰 설계시 간극 개선으로 극복되었다.

그림 3-169에서 씰 손상의 두 가지 형태는 배관 프로젝트에서의 씰이다. 첫째로, Gland와 접촉하는 면의 칼라 상태를 주시하라. 이 유니트는 그곳에 스페이서를 넣고 기동했는데 그곳에서 열 생성으로 어려움을 겪었다.

또한, 이 씰은 410 스텐레스강 슬리브에서 작동하는 청동 와셔의 부적합을 보인다. 부품간의 전기적 작용으로 인한 슬리브와 와셔간의 부식을 주시하라. 원유를 취급하므로써 생기는 연삭문제를 극복하기 위해 청동을 선택하였다. 부식 생성물로 연성을 잃어 씰이 손상되었다. 슬리브의 손상은 운전중에 발생한 극심한 피팅이며, 청동 와셔는 완전히 검게 변했다. 이 문제는 카본 재질을 변환한 실리콘 커버이드 사용으로 극복하였다.

그림 3-168 씰의 연성을 잃게 한 부식물로 쓸모 없게 된다.

그림 3-169 재료 선택 오류에 의한 씰의 손상

 

그림 3-170은 정련소의 씰을 나타낸다. 시트 뒤쪽에서 Teflon의 저온소성 흐름이 상대 Ring의 직각 상태를 흩트려 파인 곳에서 큰 마멸을 일으키고 Retainer내의 스프링을 마멸시킨다. 이것은 또한 장비에서 상대링의 얼라인먼트나 직각도 문제로 예상되는 일상적인 것이다. 이와 같은 경우, 유니트는 유동하는 Teflon 시트의 최대 운전능력을 초과하여 사용되었다. 이것은 Viton O링의 사각 단면 텅스텐 커버이드 시트를 적용하여 수정되었다.

텅스텐 커버이드 상대링에 대해 회전한 실리콘 커버이드 제 1링은 그림 3-171과 같다. 이 씰은 극도로 취약한 윤활 품질을 가진 유체에서 사용되었다. 텅스텐 커버이드는 열균열 되었고, 실리콘 커버이드는 텅스텐 커버이드 몸체 내로 0.030 in 정도 마멸되었다. 밀봉된 유체는 1200 psi와 3600 rpm에서의 에탄이고, 마멸 패턴은 불량 윤활 상태를 나타낸다. 이 씰은 구성 재료에 추가의 윤활을 제공하지 않는 단단한 면을 갖는다. 이 문제는 텅스텐 커버이드 대신 카본으로된 Hydropad를 사용하여 해결하였다. 이러한 씰 부품은 근본적으로 적용 분류가 잘못되었다.

그림 3-172는 코발트-고착제 텅스텐 커버이드의 부식을 나타낸다. 만약, 그것이 적용상 적절히 선정되지 않았다면 니켈-결합 텅스텐 커버이드에도 발생했을 것이다. 화학적 부식은 단지 펌핑 물질에 노출된 면에서만 발생함을 주시하라. 고정된 시트의 개스킷 면에는 부식이 없다. 선택된 재료의 부식률은 년간 0.002 in 이하임을 항시 확인하라.

그림 3-170 Teflon의 저온 소성 흐름이 직각 상태를 흩트려 씰 손상을 유도한다.

 

그림 3-171 부적합 부품을 파괴한 씰링 유체의 취약한 윤활

그림 3-172 부식에 의해 손상된 코발트-결합 텅스텐 커버이드

 

Control-Loop 설계결함에 의한 최종 결과는 그림 3-173과 같다. 이 결함으로 에지테이터 안쪽의 특수 고압씰의 손상이 발생하였다. 이중 Seal Chamber에서 압력을 잃을 때 와셔는 내부고압에 직면하여 그 압력이 카본와셔를 파괴시켜 금속 리테이너의 Ear를 휘게 하였다. 이 문제는 씰 외경쪽에 압력을 적절히 유지하도록 조절기능을 추가하여 해결하였다.

적절한 재료 선택의 중요성을 재강조 한다. 그림 3-174는 화학공장에서 경험한 금속 벨로우즈 씰 헤드이다. 어댑터 앞쪽이 벨로우즈에서 부러져 나가고 재료는 벨로우즈의 회선에 쌓였다. 이것은 원래 씰헤드에 사용된 구성재료에 영향을 주는 부식 문제이다.

그림 3-173 고압으로 파괴된 카본 와셔

 

그림 3-174 부식된 금속 벨로우즈 씰

 

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