축봉장치(M/Seal) SK Corporation.

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1 축봉장치(M/Seal) SK Corporation

2 Seal 종류와 선정 1. Seal 종류 Oil Seal
Oil Seal 은 상대적으로 간단한 구조를 가지며, 윤활유의 Sealing 뿐만 아니라 물의 Sealing에도 적용된다. Oil Seal은 마찰이 작으면서도 좋은 Sealing 특성을 가지고 Sealing Lip과 기계 운동부 사이의 마찰에 의해 Lip의 마모가 일어나지 않도록 적절한 윤활이 되도록 주의 하여야 한다

3 Mechanical Seal Gland Packing
Mechanical Seal은 물, Oil ,산 ,알카리 용액 및 공기와 같은 다양한 액체 및 기체의 Sealing에 적용되며, 고압과 고속의 환경에서도 장기간 수명을 유지한다. Seal 의 구조상 Shaft의 마모는 발생하지 않으나 가격이 비싸다. Gland Packing Gland Packing은 물, Oil ,산 및 알카리성 용액과 같은 거의 모든 액체의 Sealing 에 적용할 수 있으나 완벽한 누설 방지는 되지 않는다. Gland Packing 은 마찰이 크고 마모도 되기 쉬우나 취급과 사용이 간편하다.

4 Lip Packing O-ring Lip Packing은 고압의 Oil 이나 물을 Sealing 할 때 사용된다.
Lip Packing은 안정된 Sealing 특성을 가지며 상대적으로 작은 공간에 설치할 수 있다. O-ring O-Ring 은 작은 공간에 설치 가능하고 취급이 쉽고 가격이 싸다. Seal 성능은 다른 Seal 에 비해 떨어진다.

5 Labyrinth Labyrinth 는 주로 Gas Sealing에 사용되나 액체의 Sealing에도 사용 할 수 있다. 간단한 구조를 가지며 마찰 손실이 없으나 약간의 누설이 발생한다. 축 방향으로 긴 설치 공간을 차지하며 약간의 누설이 허용 되는 곳에는 사용 범위의 제한이 없다. Gasket Gasket 은 운동이 없는 부위의 Sealing용으로 사용되며, 사용 조건에 따라 다양한 재질과 형상이 사용 되고 있다

6 2. Seal 선정 사용 조건 사용 온도, 압력, 원주 이동 속도, Sealing할 매체의 종류, 오염의 유무, 공급 되는 오일의 양,허용되는 누설량, 구입용이성, 요구수명, 가격 등을 을 고려

7 2. Seal 선정

8 3. Rubber 종류와 특성

9 4. Seal Hydraulic Balance
1) Hydraulic Force의 이해 A = Spring Loaded Face (Area : 2 in2) B = Stationary Face (Area : 2 in2) G = Gland P = Hydraulic Press.(100 psi) 일 경우, Hydraulic Force 는 Press (lbs./in2) X Area(in2) = Force (lbs.)

10 2) Closing Force ① Mechanical spring force Spring load는 대개 30psi정도이며 Carbon Seal Face가 닳았을 때 Face가 열리지 않도록 하기 위하여 작용하는 최소한의 Spring Load는 10psi가 되어야 한다 이 최소한의 Load는 약간의 진동에 의해 Face가 열리는 것을 막아 준다. 이러한 Load는 M/Seal을 장착할 때 적정량을 압축함으로써 Setting시킬 수 있다. 일반적으로 이때 Tolerance는 ± 0.8mm정도가 된다. ② Hydraulic Force Seal Face 부위에 작용하는 Stuffing Box Press.에 의한 Hydraulic Force 위의 예시에서 적용해 보면, 100 psi X 2in2 = 200 lbs가 된다.

11 Seal face 사이에는 Liquid Film나 Vapor나 하나도 없거나 Liquid
3) Opening Force ① Hydraulic Force Seal face 사이에는 Liquid Film나 Vapor나 하나도 없거나 Liquid Film과 Vapor의 혼합 형태로 있게 된다. 이때 Stationary B는 Gland G에 의해 움직일 수 없으므로, Spring Load가 작용하는 Face A에 Hydraulic force가 작용한다. Seal Face를 가로 질러 Press. Drop이 일직선 또는 Linear하다고 가정하면 다음과 같은 Average 값을 갖는다. 50lbs/in2 X 2 in2 = 100 lbs

12 ② 원심력 원심력은 회전하는 Shaft에 수직으로 함께 회전하는 Spring Load Force(A)에 작용한다. 하지만 Stationary Face(B)는 Shaft와 수직은 아니다. 왜냐하면,그것은 Stuffing Box Face에 의해 좌우되기 때문이다. 이러한 문제는 Gland와 Stuffing Box 사이에 있는 Gasket에 의해 해결될 수 있다. 실험에 의하면, 25m/sec 원심력은 충분히 M/Seal Face를 Open 할 수 있다. ③ Hydrodynamic Force Seal Face는 1 micron보다 약간 작게 표면 처리한다. Lapping된 Face 사이사이에 낀 비 압축된 Fluid가 압축되면서 Hydrodynamic Lift Force가 발생한다.

13 2개의 Closing Force와 3개의 Opening Force중 Closing Force가
더 크면 Seal온도가 상승하여 손상되거나 Pump 효율이 떨어지고 Energy가 소비된다. ② Opening Force가 더 큰 경우 이 경우는 Seal이 Leaking된다. ③ Seal Balance Opening 과 Closing Force가 균형을 이루어 온도가 올라 가거나 Leak되지 않는다. 대개 Hydraulic Closing Force는 Opening Force의 2배이므로, Closing Area를 줄이기 위하여 Seal 안쪽에 Sleeve를 설치하여 Closing Force를 감소시킨다.

14 여기서 Closing Force는 100 lbs/in2 X 1 in2 = 100lbs
Opening Force는 lbs/in2 X 2 in2 = 100lbs 위에서 살펴 보았듯이 Hydraulic Force는 Seal 표면에서 Closing Force와 Opening Force가 서로 상쇄된다. 따라서, Closing Force중 Spring Force와 Seal Face를 Open하려는 Hydrodynamic Force와 원심력이 남게 된다. 즉, (1) Seal Face에서 Non-Linear한 Press. Drop. (2) Hydrodynamic Opening Force (3) 원심력 이를 해결하기 위하여 Hydraulic Force의 Overbalancing을 하게 되었다.

15 50%의 Seal Face Area대신에 70%의 Seal Face Area는 Hydraulic
Closing Force를 보다 더 커지게 한다. 이러한 Balance는 대개 Seal Vendor에서 사용하는 Standard다. Seal 의 Designer는 이러한 Sleeve Over Balance의 Percentage를 바꿈으로써 조절할 수 있다.

16 5) Face의 하중 ① 낮은 비중과 높은 회전수에서는 Face에 하중을 감소시킨다. ② 높은 점도 유체는 Face에 하중을 증가 시킨다. 6) Seal에 열이 발생하면 안되는 이유 ① 생성된 열은 과도한 Energy 소모를 뜻한다. ② 열은 Seal에 설치된 Elastomer (Rubber)의 수명을 단축시킨다. ③ 표면에 끼인 Air Pocket이 팽창하면서 Carbon Face를 손상시킨다. 그것은 Carbon의 Pit를 발생시킨다. ④ 급격한 온도 변화는 Hard Face도 손상시킬 수 있다. ⑤ Face의 Coating부위와 Base Metal사이에 열팽창이 달라서 소위 Heat attack나 Crack을 일으킬 수 있다. ⑥ 많은 유체는 높은 온도에서 기화할 수 있어 Seal Face를 Open하면 서 타격이 가해진다. ⑦ 열은 많은 유체의 점도를 변화 시킨다. 대개는 점도는 감소하고 어떤 경우는 증가 시키기도 한다. ⑧ 열이 증가함에 따라 Corrosion 가능성이 높다.

17 7) Unbalance와 Balance Seal 결정
예)액체명 : 터어빈유, 온도 : 65℃, 압력 : 9kg/cm2G, 축경 : ∮50, 회전수 : 3,600rpm일 경우 PV 한계표를 이용하여 Balance와 Unbalance의 사용 범위를 결정하시요. 풀이) 유체 분류 : A 압력 보정 계수 : 주속 : 10m/s 사용 압력 : 9 X 0.8 = 7.2 kg/cm2G (종축) 주속 : 10m/s (횡축) 정답) Pillarbide(P2) VS C2 Carbon : Unbalance 초경합금 VS C2 Carbon : Unbalance Ceramic Coating VS C2 Carbon : Unbalance Ceramic Coating VS C2 Carbon : Balance

18 7) Unbalance와 Balance Seal 결정

19 7) Unbalance와 Balance Seal 결정

20 5. M/Seal 요소 및 기능 가. M/SEAL의 기본원리
MECHANICAL SEAL이라 함은 MECHANICAL FACE SEAL의 통칭이다. SEAL COVER는 BOLT에 의하여 STUFFING BOX에 고정되며 SHAFT는 이들 STUFFING BOX및SEAL COVER를 관통하고 있다. SEAL COVER의 내부 둘레에는 합성 고무 제 또는 TEFLON의 완충 링을 넣어서 STUFFING BOX와 SEAL COVER사이의 누설을 방지한다. 나. M/SEAL의 요소 및 기능 1)고정INSERT SEAL COVER에 삽입되는 부분으로 SEAL RING과 접촉되며, 접촉면은 초 정밀 평면이 요구된다. 마찰계수가 낮은 재료가 사용되고 있으며,대표적으로 CARBON CERAMIC등이 사용되고 있다.

21 2) COMP.RING SPRING압력을 SEAL RING에 전달하며,PACKING을 보조하는 역할을 한다. 3) COLLAR 몸체가 축과 함께 회전하므로 SHAFT에 손상을 주지 않는다. 4) SET SCREW 회전부분을 축에 완전히 고정시켜ROTARY PART를 헛돌지 않도록 한다.

22 다. FLUSHING의 방법 1) DEAD END SELF-FLUSHING 가장 많이 사용되는 방법으로 송출 측으로부터 Stuffing Box에 배관하는 방법이다(그림 a 참조) Pump의 Discharge Line과 Stuffing Box 사이에 연결된 Line으로 높은 압력의 유체가 Stuffing Box로 흐르고 다시 Impeller의 Back으로 결국엔 Pump Discharge로 흐르게 된다.

23 ※ 유체가 Solid를 포함하게 될 경우 예상되는 문제점
o.만일 유체가 Solid를 포함하게 되면 Impeller의 구심력에 의해 Solid가 Pump Volute inside Diameter에 몰리게 되고 더러운 유체의 경우 Stuffing Box안으로 Re-circulation하게 된다. Solid particle로 인한 Sand Blaster 작용으로 Lapping된 Face에 좋지 못한 영향을 미치게 되고 Seal 부품에 Clogging의 원인이 된다. o. Pump wear ring의 최적화된 Clearance와 가까이 Fitting되어 있는 Bushing에서는 Solid가 좁은 Clearance를 통과하게 됨으로 인하여 빠르게 마모하게 된다.

24 2) REVERSE SELF-FLUSHING
토출 압력과 STUFFING BOX의 압력차가 작은 경우에 사용한다(그림 b 참조)

25 ※ Stuffing Box Bottom과 Pump suction이 Line으로 연결된 경우로
Stuffing box press.는 거의 항상 suction press.보다 더 높다. Impeller 전단에 있는 유체가 stuffing box를 통하여 Pump Suction쪽으로 흐른다. 이 유체는 Impeller에 의해 원심 분리가 되어 Stuffing Box에 있는 유체는 Pumping하는 유체보다도 더 깨끗한 상태에 이르게 된다. 이러한 경우 Clean 유체나 Product를 묽게 할 필요성이 없어진다. 이러한 환경에 의한 Control 방법은 Closed Impeller Design과 Opened Impeller Design의 경우 Back Plate보다는 Pump Volute를 조절함으로 인하여 더욱 더 원활해 진다.

26 3) THROUGH SELF-FLUSHING
액화 가스와 같은 경우에 있어서 축 봉부의 압력이 토출 압력에 가까운 경우,유체가 충분히 통 할 수 있도록 축 봉부와 토출 측 축 봉부와 흡입측을 이어 주는 방식이다(그림 c 참조)

27 고온의 유체나 SLURRY성 유체에 대하여 밀봉 이외의 유체를 다른 압력 원에서 주입하여 FLUSHNG하는 경우가 있다.
4) EXTERNAL FLUSHING 고온의 유체나 SLURRY성 유체에 대하여 밀봉 이외의 유체를 다른 압력 원에서 주입하여 FLUSHNG하는 경우가 있다. 이것을 EXTERNAL FLUSHING이라 한다. (그림 d 참조)

28 Stuffing Box 내에 Pumping 장치로서 압력차를
5) Partial Circulation Stuffing Box 내에 Pumping 장치로서 압력차를 발생시켜 폐쇄회로를 지나가게 하며 회로는 Cooler를 통한다. 냉각 효과가 좋으므로 Dead End Self-Flushing에 Cooler를 설치할 때보다도 작은 Cooler를 사용할 수 있다. 그러나 회로내의 가스를 제거해야 하며 상황에 따라 이물질을 제거하는 장치를 설치할 필요가 있다. 또한 Seal부에 액체의 농축을 방지하기 위하여 소량의 액체를 교환하게끔 하는 것도 있으며 회로 내에 이온 교환 수지를 사용하는 것도 있다.

29 6. Stuffing box 압력 구하는 공식

30 Seal Chamber Press. Single stage suction overhung type ☞ P = sP (dP - sP) 예) Suc’ press. 10psi Disch’ press. 200psi Seal chamber ? ☞ P = (200-10) * Balance hole이 없는 경우 : P = dP

31 Seal Chamber Press. Vane type ☞ P = sP + C (dP - sP) Single stage double suction type ☞ P = sP Multi stage type ☞ P = sP

32 7. API Mechanical seal flushing 방법 및 보조장치 설명
API 01 (internal flushing) 배관 없이 pump의 토출측으로부터 seal box까지 내부 flushing을 행하는 방법으로 seal 유체의 융점, 응고점액이 높은 경우에 flushing 배관 내에 seal 유체가 응고하는 것을 방지할 목적에 주로 사용한다. 깨끗한 유체 요구함. API 02 (Dead ended, single) circulation 없음. 배관 없이 pump discharge로부터 seal box까지의 flushing을 행하지 않고 flushing circulation에 plug를 사용하는 방법. 필요에 따라서는 jacket을 냉각하지 않고 throat bushing을 설계하기도 한다. Seal 유체가 고온에 응고점(유동점)이 비교적 높거나, 대기압하에서 비등점이 높지 않은 경우 또는 융점, 응고점이 높은 경우에 flushing 배관 내에 seal 유체가 응고하는 것을 방지할 목적에 주로 사용한다

33 API 11 ( self flushing through orifice)
Pump 토출측을 따라 orifice를 통하여 stuffing box에 주입하는 배관 방법. 가장 일반적이인 방법으로서 flushing 출구 압력과 stuffing box 압력과의 차압에 따라 적당한 flushing 유량을 구하여 orifice hole을 결정한다. 될 수 있는 한 seal face 가까운 부위에 flushing을 해 준다. API 12 ( self flushing through orifice & strainer) Pump 토출측을 따라 strainer 및 orifice를 통하여 stuffing box에 주입하는 배관 방법. Seal 유체에 고형물질이 혼입되는 경우에 사용한다. 그리고 pump와 배관을 분해 점검하는 경우 혼입하는 이물질을 제거하는 효과가 있다. 따라서 strainer는 flushing유량이 감소하는 것을 방지하기 위하여 정기적인 청소가 필요하다. API 610 8th edition에는 추천되지 않음.

34 API 까지는 cooler 가 없음 API 13 (reverse flushing) Stuffing box를 따라 orifice를 통하여 pump흡입측에 주입하는 배관방법.Stuffing box압력과 토출압의 차압이 작은 경우, self flushing의 경우, 필요한 flushing 유량이 확보되지 않는 경우에 사용한다. Stuffing box내에 gas가 남는 것을 방지할 목적으로 사용하는 방법이다. API 11&13 (reverse flushing) = API 14 와 동일 저온,상온, < 180 ℃ , light 한 H.C service 에 적용 Pump토출측을 따라 orifice통해 Stuffing box에 주입하고 다시 Stuffing box에서 orifice를 통하여 pump로 유입되는 배관방법. 냉각, 세정효과를 높이기 위해 reverse flushing에 self flushing을 추가하여 LPG등의 저비점 유체의 경우에 사용하는 방법이다.

35 API 은 cooler 가 있음 API 21 (Self flushing through heat exchanger) Pump 토출측을 따라 orifice와 cooler를 통해 stuffing box에 주입하는 배관 방법. Seal 유체가 고온의 경우 seal면의 윤활 및 packing, gasket 의 보호를 목적으로 flushing 액을 냉각할 목적으로 plan 11에 flushing cooler를 설치한다. 180 ℃ 이상에서 사용 API 22 (Self flushing through heat exchanger & strainer) pump 토출측을 따라 orifice와 cooler, strainer 를 통해 stuffing box에 주입하는 배관 방법. 필요에 따라서는 온도계를 설치한다. Seal 유체가 고온이며 고형물을 포함하는 경우에 사용한다. Plan 12에 flushing cooler를 설치한 것이다. API 610 8th edition에는 없다

36 API seal piping plan 23 (Partial circulation)
Mechanical seal에 pumping ring을 사용한 것으로 seal유체를 stuffing box에서 유출시켜 cooler를 통하여 냉각 후 다시 stuffing box에 주입하는 방법. 온도계 설치가능 함. 180 ℃ 이상에서 사용. Flushing circulation만으로 cooling이 부족 시 cooler 추가. seal 유체가 고압으로 고속 회전하는 경우에 사용하며 plan 21 의 경우에 비하여 cooler의 용량이 작게 되므로 냉각수 양을 작게 할 수 있다. 냉각된 유체가 pumping 유체 중에 유입되지 않으므로 장치의 열 효율상 유리하다.

37 API 는 cooler 가 없음 API 31 (Self flushing through cyclone separator) pump 토출측을 따라 cyclone separator를 통해 청정한 유체를 stuffing box에 주입하여 고형물을 포함하는 유체는 pump 흡입측으로 유출시키는 방법. Seal 유체 중에 고형물을 포함 하는 경우에 사용하며 이것은 pump의 분해 점검 시에 혼입하는 이 물질을 제거하는 효과가 있다. API 32 (External flushing) 청정한 유체를 외부를 따라 Stuffing box에 주입하는 방법으로 seal 유체 중에 고형물이 혼합된 경우 또는 seal유체가 고온의 경우이지만 flushing cooler를 설치할 수 없는 경우에 사용한다. 단, pumping 유체에 유입하는 주입 액질에는 제한이 있다. 외부에서 flushing 유체공급 함. 외부유체의 Vaporizing에 유의.

38 API 41 (Self flushing through cyclone separator & cooler) pump 토출측을 따라 cyclone separator를 청정한 유체를 cooler통해 stuffing box에 주입하여 고형물을 포함하는 유체는 pump 흡입측으로 유출시키는 방법. Seal 유체가 고온이며 고형물을 포함하는 경우에 사용하고 plan 31에 flushing cooler를 설치 한 점이 다르다. API plan 31 + cooler

39 API 51,52,53,54 에는 별도의 quenching line이 없음
API seal piping plan 51 reservoir를 사용하여 quenching을 행하는 방법으로 mechanical seal 의 대기측에 보조 seal을 설치하고 quenching 유체를 주입하는 경우가 있다. 주 seal유체가 저온의 경우에 pump정지 중에 mechanical seal의 대기측seal 이 빙결되는 것을 방지하기 위하여 사용함. Quenching 유체는 methanol이 일반적이다. 그리고 누설하는 유체가 응고하여 mechanical seal이 작동불량이 되는 경우에 대비하여 누설액의 응고 방지를 위하여 turbine유 등을 주입하는 경우도 있다. API 610 8th edition에는 없다.

40 API 52 tandem seal (외부 압력 source가 없음). 주로 tandem seal의 buffer fluid에 사용하는 방법임. Buffer fluid는 mechanical seal에 설치된 internal pumping ring에 의해 순환 시킨다. Seal 유체가 대기로 유출될 때 위험성이 있는 유체일 경우 사용하며 reservoir내의 압력상승과 buffer fluid의 액면을 관리하여 내측 및 대기측의 seal을 따라 누설되는 것을 감지할 수 있다. Reservoir에 압력 없음. API 53 double seal (외부에서 reservoir에 압력을 가함) Pressurized external barrier fluid reservoir. Internal pumping ring으로 순환 reservoir 압력 > 밀봉되는 process pressure API 54 외부압력 source는 있으나 reservoir가 없음 Pressurized external barrier fluid reservoir . External pressure system or pump로 순환

41 API seal piping plan 61 Seal flushing에 quenching, drain등의 배관을 할 수 있게 plug를 설치한 구조임. Single seal, double seal그리고 tandem seal의 대기측에 plug hole을 설치하여 seal 유체의 조건의 변화에 대응할 수 있게 한 구조임. API seal piping plan 62 외부를 따라 냉각 가열 혹은 누설 액의 세정 등의 목적으로 gas, 수증기,물 등을 quenching하는 방법임. seal유체의 초기 조건에 따라 quenching을 목적으로 하는 경우에 사용하는 방법으로서 seal 유체가 섭씨100 도를 초과하는 경우에는 water quenching 은 피하여야 한다

42 8. Mechanical seal piping plan
API 01 (internal flushing) 돌아가기 API 01 (internal flushing)

43 API 02 (Dead ended, single)
seal piping plan API 02 (Dead ended, single) 돌아가기

44 API 11 ( self flushing through orifice)
seal piping plan API 11 ( self flushing through orifice) 돌아가기

45 API 12 ( self flushing through orifice & strainer)
seal piping plan API 12 ( self flushing through orifice & strainer) 돌아가기

46 API 13 (reverse flushing)
seal piping plan API 13 (reverse flushing) 돌아가기

47 seal piping plan API 까지는 cooler 가 없음 API 14 (API ) 돌아가기

48 API 21 (Self flushing through heat exchanger)
seal piping plan API 21 (Self flushing through heat exchanger) 돌아가기

49 API 22 (Self flushing through heat exchanger & strainer)
seal piping plan API 22 (Self flushing through heat exchanger & strainer) 돌아가기

50 API seal piping plan 23 (Partial circulation)
돌아가기

51 API 31 (Self flushing through cyclone separator)
seal piping plan API 31 (Self flushing through cyclone separator) 돌아가기

52 API 32 (External flushing)
seal piping plan API 32 (External flushing) 돌아가기

53 seal piping plan API plan 31 + cooler API 41 돌아가기 API 41

54 seal piping plan API seal piping plan 51 돌아가기

55 seal piping plan API 52 돌아가기

56 seal piping plan API 53 돌아가기

57 seal piping plan 돌아가기 API 54

58 seal piping plan API seal piping plan 61 돌아가기

59 seal piping plan API seal piping plan 62 돌아가기

60 B S T F M 9. Seal material and classification code
Balanced / Single throttle bushing / FKM gasket / Carbon-Tungsten carbide sealing ring First letter : Balanced(B) or Unbalanced (U) Second letter : Single(S), Unpressurized dual(T) Third letter : Seal gland type (P=plain, no throttle bushing; T = throttle bushing) Fourth letter : Gasket materials Fifth letter : Face materials(see Table H-5)

61 재질사항 Single spring seal의 spring 재질: Austenite 계열(sus 316 or eq.)
Multi spring seal의 spring 재질: Hastelloy C Metal bellows 부식 율 < 50 micrometer (2 mils) / 년

62 Single seals 10. Mechanical seal plan 적용기준 사례소개 1) Water service
2) Service with less than 10% volatile organic compound* (defined below) * Volatile organic compound is defined as any volatile compound containing carbon, excluding CH4, CO, CO2, metallic carbides & carbonates, carbonic acid, ammonium carbonate, fluorocarbon compounds.

63 Tandem or Double seals 1) Lethal, toxic substances
2) hydrocarbon pumps temperature above autoignition temperature 3) Liquids where the weight percent evaporated is more than 10% at 150 C 4) C4 or lighter hydrocarbon or vapor pressure is more than 38 C 5) Use plan 53 for corrosive liquid requiring secondary seal 6) Use plan 53 if the stuffing box pressure is less than 1.8 kg/cm2 above the vapor pressure and the discharge pressure is insufficitent to pressurize the chanber(by plan11) to obtain this margin to avoid flashing

64 Seal type Pusher type below 180 C rated temperature
Bellow seal above 180 C rated temperature

65 Seal flush plans 적용기준 1) Single seal : 180 C 미만 : use plan 11
180 C 이상 : use plan 21 or plan 23 (uop uses plan 23) Exceptions : - water pump : use plan 23 above 85 C - Hi-temp bellow seal : use plan 11 2) Tandem seal : 180 C 미만 : use plan 11/52 180 C 이상 : use plan 21/52 or 23/52 - Hi-temp bellow use seal plan 11/52

66 3) Special considerations
(1) Quenching : Normally to avoid coking and crystallization at seal face (2) Dirty services : replace plans 11,21 and 23 in all arrangement above with plans 31, 32 or 41 depending on the particle nature and size.

67 Standard plan 52/53 1. Piping shall be all 316ss or 304ss material.
2. Seal pot shall be of material equal or better than the pump casing. 3. Specify cooling as standard. 4. See attached sketches SK-A and SK-B 5. Except for water piping socket welded flanges shall be used 6. Min reservoir capacity 15 liters 7. Vendor to specify all liquid levels 8. Vendor to supply all components shown

68 SK-A

69 SK-B

70 11. M/Seal Alignment MECHANICAL SEAL은 FLEXIBLE한 구조로 되어 있으나,축의 진동 및 축과 STUFFING BOX의 정밀도는 일정 범위 내로 유지하지 않으면 누수의 원인이 된다. 예를 들어, 축의 흔들림과 STUFFING BOX의 동심도가 커지면 SEAL 섭동면의 밸런스 비(BALANCE RATIO)가 불균일하게 되어 섭동면이 밀착하지 못하기 때문에 누수가 발생한다. 기기의 정밀도는 MECHANICAL SEAL의 기능을 발휘하기 위하여 충분하게 점검하여야 한다.

71 (1) 축의 흔들림 Stuffing Box와 Shaft의 흔들림은 그림에서와 같이 Stuffing Box에 Dial Gauge를 고정시키고, Shaft를 회전시켜 진동을 측정 한다. 흔들림의 폭은 측정 최대치와 최소치의 차로 읽는다.

72 (2) Shaft와 Stuffing Box의 동심도

73 (4) Shaft의 수평이동 회전기기에 있어서 시동 시에는 축 방향의 움직임이 있다. 축 방향의 움직임은 ±0.5mm이내에서는 이론적으로 문제가 없으며 특수한 경우에는 예외로 한다. (5) 장착부의 정밀도 M/Seal의 장착부에 있어서 가공 표면은 대단히 중요하다. 특히 PTFE류의 Packing을 사용할 경우 축의 표면에 약간의 흠이 있어도 누수의 원인이 되기 때문에 각별히 주의하여야 한다.

74 12. M/Seal 호칭 Mechanical Seal의 호칭은 Shaft Dia(단위:mm)로 표시하며 일반적으로 소수점을 무시한 정수만을 취한다. 단, 현 사용기계의 단위가 Inch로 제작 되어 있는 경우에는 inch로 표시하거나 mm로 환산하여 표시하여도 무방하다. Balance Type을 사용할 경우 Shaft에 단이 지어져 있는 경우가 있다. 이때에는 큰 쪽의 Shaft Dia "∮D1"을 취한다.

75 13. M/Seal 작업 시 Check Point 및 교체 기준
(1) Seal 부위의 Shaft Run out : 0.04 ~ 0.05mm (2) Sleeve 조립하고 Run out 측정: 0.06 ~ 0.08mm - Sleeve 가공불량,편 마모,부식 등이 있으면 Run out양이 많아 (3) 축의 축 방향 움직임: ~ 0.1mm (4) Stuffing Box 직각도: 0.05mm (5) Stuffing Box 동심도: 0.075mm (6) Bearing 유격: 0.075mm (7) 전용 측정공구 Kit 가 있으나 실제로 대부분 생략되고 있음. (8) Carbon Face: 턱 높이의 기준은 통상 3mm이나 마모량이 1mm까지는 허용 가능함. (9) Face Coating인 경우: 0.4mm가 일반적이며 0.2 ~0.3mm 가 마모되면 교체 요함.

76 14. Anti-Coke Device 현상 M/Seal 섭동면 주변에 고형물이 누적되어 Seal Face 마모 직접적인 원인이 됨. 개선 (1) Anti -Coke Device를 설치하여 Steam Quenching에 의한 고형물을 외부로 씻어 냄. (2) 2차 Seal 주변 환경을 청결히 하여 Seal 수명을 연장함.

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78 15. Seal 고장원인과 대책 (1) Seal에서 누설되는 원인 파악 및 대책 현상
(Face Popping) 2) Liquid가 물방울처럼 맺혀 서서히 약간씩 떨어진다 3) Carbon 분진 가루가 Gland Ring 바깥쪽에 있다 4) 운전중인 Seal에 이상한 잡음(끽끽 거리는 소리)이 난다 5) Seal 수명 단축

79 (2). Seal Face 형상으로 Seal Leak 원인을 찾는 법
1) 완전 접촉형(FULL CONTACT PATTERN) MATING SURFACE 360°에 걸쳐 완전히 접촉된 형태를 취하면서 PRIMING RING과 MATING RING양쪽에서 아주 미세하거나 거의 측정할 수 없는 정도의 마모형태는 완전 접촉형의 특징이다 2) 원추형(CONING ORNEGATIVE ROTATION) MATING RING의 SEAL면 외경 축을 따라 PRIMARY RING외경과 접촉이 이루어진 형태 접촉된 면의 내경 쪽으로 갈수록 SEAL FACE가 접촉된 흔적을 볼 수 없다. PRIMARY RING의 외경,가장자리 부분이 부스러지는 경우가 있다

80 3) 열에 의한 변형 (THERMAL DISTORTION,POSITIVE ROTATION) MATING RING SEALING면 내경을 따라 PRIMARY RING내경과 접촉이 이루어진 형태 접촉된 면의 내경 쪽으로 갈수록 SEAL FACE가 접촉된 흔적을 볼 수 없다

81 (MECHANICAL DISTORTION)
4) 기계적인 다른 요소로 인한 SEAL의 변형 (MECHANICAL DISTORTION) 기계적인 다른 원인으로 인한 MATING RING이 변형되어 MATING RING SEALING FAEC의 두 군데만 접촉된 흔적을 볼 수 있다. 5) 기계적인 다른 요소로 인한 SEAL의 변형 (MECHANICAL DISTORTION) MATING RING이 기계적인 다른 원인으로 인하여 MATING RING SEALING FACE원주 270°에 걸쳐 접촉된 흔적을 보이면서 변형이 되고 있는 형태를 말한다.

82 (MECHANICAL DISTORTION)
6) 기계적인 다른 요소로 인한 SEAL의 변형 (MECHANICAL DISTORTION) MATING RING SEALING면에 4군데 접촉된 흔적을 보이면서 MATING RING이 변형되어 있는 형태를 말한다. 4군데의 접촉과 흔적을 보이고 있는 부분은 GLAND BOLT 4개를 조인 위치와 같다

83 7) FACE의 마모가 심하거나 열에 의한 변형 (HIGH WEAR OR THERMALLY DISTRESSED SURFACE) MATING RING의 마모 상태가 심하거나 열에 의한 손상 변형이 360°전주에 걸쳐 CRACK과 같은 현상이 발생하고(HEAT CHECKING), PRIMARY RING의 심한 마모와 더불어 CARBON부스러기들이 SEAL I.D즉 대기측에 쌓여 있으며 SEAL FACE가 열렸다 닫혔다 함으로서 PRIMARY RING 외경 가장자리가 부스러지는 형태를 말한다 8)온도에 의한 SEAL FACE의 부분 변형 (SECTION OF THERMALLY DISTRESSED SURFACE) SEAL FACE의 접촉된 형태의 약 1/3정도가 온도에 의한 변형이 되고 FLUSH입구로부터 180˚(반대쪽)부분이 열에 의한 변형이 심하며 SEAL I.D즉 대기측에 CARBON 부스러기가 쌓여 있는 형태를 말한다

84 9) SEAL FACE에 부분적으로 온도에 의한 변형이 일어난 형태
(PATCHECS OF THERMALLYDISTRESSED SURFACE) 앞에서 언급한 2),3),4),5) 와6)의 경우도 부분적으로 온도에 의한 변형이 일어나 형태라 할 수 있으며 PRIMARY RING의 심한 마모와 더불 어 CARBON부스러기가 SEAL I.D 즉 대기측에 쌓이는 형태. HOT SPOTS(열이 발생한 부분)으로 인하여 문제가 발생되는 경우에는 특히 비중이 낮은 PRODUCT가 높은 고압 상태로 운전될 때 발생 함 10) 심한 마모 및 홈 생성 형태(HIGH WEAR &GROOVING) MATING RING의 심한 마모와 더불어 PRIMARY RING이 360˚전후에 걸쳐 홈이 나 있는 형태이다

85 11) MATING RING 표면이 고른 평면이 아닌 형태
(OUT OF SQUARE MATING RING) MATING RING FACE의 접촉된 면이 PRIMARY RING FACE의 폭보다 약간 넓게 접촉된 흔적이 있으며,PIN HOLE이 있는 MATING RING에서는 구동 PIN HOLE 반대편 MATING RING 표면이 접촉된 흔적(HIGH SPOT)이 있는 형 태이다 PRIMARY RING FACE 폭보다 어느 정도 꽤 넓게 접촉된 형태 이다.

86 12) 표면이 넓게 접촉된 형(WIDE CONTACT PATTERN)
PRIMARY RING FACE 폭보다 어느 정도 꽤 넓게 접촉된 형태 이다. 13) FACE중심을 벗어나게 접촉된 형태 (ECCENTRIC CONTACT PATTERN) PRIMARY RING FACE폭과 같은 폭으로 MATING RING과 접촉되었으나,MATING RING FACE중심에서 벗어난 접촉된 형 태로 이런 경우 SHAFT가 MATING RING내경 부위와 접촉되지 않고 운전된다면 누설은 발생하지 않는다