신뢰성 확보를 위한 고속 회전식 씰의 테스트 및 밸런싱

저는 수년간 고속 회전 씰을 다뤄왔으며, 이 글에서는 까다로운 회전 장비에서 안정적인 작동을 위해 씰을 테스트하고 밸런싱하는 데 사용하는 방법을 요약합니다. 누출률, 마찰 토크, 온도 상승, 진동/런아웃 및 재료 호환성과 같은 측정 가능한 지표와 고장 위험을 줄이고 수명을 연장하는 검증된 밸런싱 및 테스트 절차에 중점을 둡니다. 아래 권장 사항은 검증 및 구현을 용이하게 하기 위해 표준 및 기술 공급업체를 포함한 업계 자료를 기반으로 합니다. 기계식 및 회전 씰에 대한 기본 개념은 개요를 참조하십시오.기계식 씰(위키백과)그리고 방사형/회전축 밀봉에 대한 배경 정보는 다음과 같습니다.레이디얼 샤프트 씰(위키피디아).

회전 장비에 대한 동적 테스트가 중요한 이유

고속 회전 씰의 고장 모드

제 경험상 고속 회전식 씰에서 가장 흔한 고장 유형은 다음과 같습니다.

• 밀봉 부위에 과도한 열이 축적되면 경화, 압출 또는 탄성 특성 손실이 발생합니다.
• 립 마모, 그루브 마모 또는 축 흔들림으로 인한 예압 손실로 인한 누출.
• 먼지/오염물질 또는 호환되지 않는 유체로 인한 마모 및 물질 이동.
• 불균형으로 인해 공진이 발생할 때 진동으로 인한 마모 또는 치명적인 손실이 발생합니다.

이러한 작동 방식을 이해하면 대표적인 축 속도, 압력 및 온도 조건에서 수행되는 벤치 테스트 및 현장 동적 테스트가 밀봉 솔루션의 유효성을 검증하는 데 필수적이라는 점이 분명해집니다.

신뢰성 및 수명주기에 미치는 영향

동적 테스트는 실험실 결과와 현장 신뢰성을 연결해 줍니다. 제가 항상 측정하는 지표는 누출량(ml/min 또는 방울/min), 정상 상태 마찰 토크(N·m), 립 부분의 온도 상승(°C), 그리고 진동 진폭(mm 또는 g)입니다. 이 지표들은 씰 수명과 밀접한 관련이 있습니다. 회전 기계의 경우, 요구되는 RPM 및 압력 범위 전체에 걸쳐 허용 가능한 누출량과 안정적인 마찰 토크를 유지하는 씰은 일반적으로 예측 가능한 수명을 제공합니다.

고속 회전 씰의 주요 테스트 방법

누출 및 마찰 시험

누출 시험은 제어된 축 회전 속도, 유체 압력 및 유체 온도 조건에서 수행해야 합니다. 저는 압력과 속도를 단계적으로 증가시키면서 각 단계에서 누출량을 기록하는 단계별 시험을 진행합니다. 이 시험은 정상 상태에 도달한 후(일반적으로 시스템의 열 관성에 따라 10~30분 소요)에 실시합니다. 마찰 시험은 씰 하우징에 장착된 보정된 토크 변환기를 사용하여 정상 상태 토크와 이탈 토크를 측정하는 방식으로 진행됩니다.

O링 및 씰 치수와 공차에 대한 표준 참조는 ISO 3601을 포함합니다. 일반적인 씰 관련 사항은 Parker O-Ring Handbook과 같은 공급업체의 기술 핸드북을 참조하십시오. ISO 요약은 다음을 참조하십시오.ISO 3601 - 유체 동력 - O링.

열 및 마찰 측정

샤프트가 목표 RPM으로 회전하는 동안 림 근처에 내장된 열전대와 표면 적외선 열화상 촬영을 사용하여 과열 지점을 파악합니다. 일정한 속도에서 온도 대 시간 그래프를 통해 길들이기 과정을 분석하고 윤활 부족 또는 과도한 마찰을 감지할 수 있습니다. 일반적인 계측 장비는 다음과 같습니다.

• 고해상도 토크 변환기(보정 완료).
• 빠른 응답 속도를 가진 K형 열전대 또는 RTD.
• 적외선 카메라를 이용한 시각적 열화상 매핑.

주변 속도(표면 속도)는 매우 중요합니다. 공식 V = π·D·n/60 (V는 m/s, D는 미터, n은 RPM)을 사용하십시오. 예를 들어, 직경 50mm(D = 0.05m)의 샤프트가 20,000RPM으로 회전할 때의 속도는 V = π·0.05·20000/60 ≈ 52.36m/s입니다. 이 계산을 통해 엘라스토머 립 씰이 적합한지, 아니면 PTFE/복합재 또는 기계식 페이스 씰이 필요한지 판단할 수 있습니다.

진동 및 런아웃 분석

균형 및 런아웃 제어는 매우 중요합니다. 씰 면에서 축 런아웃이 과도하면 주기적인 접촉력이 발생하고 마모가 가속화됩니다. 다이얼 게이지 또는 변위 센서를 사용하여 반경 방향 및 축 방향 런아웃을 측정하고 가속도계를 사용하여 진동 스펙트럼을 기록하는 것이 좋습니다. 불균형 표준은 다음과 같습니다.ISO 1940회전 부품의 허용 가능한 균형 품질을 안내하고, 불균형을 수정하여 씰의 동적 하중을 크게 줄입니다.

균형 유지 기술 및 실제 설치 방법

정적 균형 vs 동적 균형

정적 밸런싱은 단일 평면 질량 편심을 제거하고, 동적 밸런싱은 두 평면 불균형을 해결하며 고속으로 작동하는 어셈블리에 필수적입니다. 많은 고속 회전식 씰 어셈블리의 경우 저는 두 단계 접근 방식을 사용합니다.

1. 정적 검사 및 대략적인 수정(중량 또는 가공).
2. ISO 1940 허용 오차에 따른 보정을 거친 후, 작동 속도 또는 그에 근접한 속도에서 밸런싱 기계를 사용하여 동적 밸런싱을 수행합니다.

씰 어셈블리에 금속 어댑터, PTFE 캐리어 또는 불균형력을 증폭시킬 수 있는 견고한 하우징이 포함된 경우 동적 밸런싱이 특히 중요합니다.

계측 및 균형 조정 절차

제가 사용하는 실용적인 균형 조정 워크플로:

1. 회전자에 두 개의 가속도계 또는 단상 기준 픽업을 설치하여 계측하십시오.
2. 작동 RPM까지 점진적으로 속도를 높여가며 회전시키고 진동의 진폭과 위상을 기록합니다.
3. 균형 조정기 소프트웨어 또는 표준 2면 균형 조정 계산법을 사용하여 필요한 보정 질량과 각도 위치를 계산합니다.
4. 수정 사항을 적용하고, 재시험하고, 진동 및 불균형이 해당 애플리케이션에 지정된 목표값 이하로 떨어질 때까지 반복합니다.

씰 검증을 위해서는 가능하면 씰이 장착된 상태(대표 조립체)에서 밸런싱을 수행해야 합니다. 씰 자체의 형상과 질량 분포가 로터의 밸런스와 런아웃에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

사례 연구: PTFE 회전식 씰 어셈블리의 균형 조정

저는 예전에 25,000RPM 압축기용 PTFE 라이닝 회전축 씰 어셈블리의 밸런스 작업을 한 적이 있습니다. V = π·D·n/60 공식을 사용하여 주변 속도가 50m/s를 넘는다는 것을 계산했고, 이에 따라 PTFE 충전 립 재질을 선택했습니다. 동적 밸런스 측정 결과 0.35g·mm에 해당하는 2면 불균형이 감지되었습니다. 보정 질량을 추가하고 PTFE 캐리어의 작은 편심을 재가공한 후, 작동 속도에서의 진동이 78% 감소하고 씰 온도가 12°C 낮아졌습니다. 이는 초기 테스트에서 측정된 길들이기 마모율을 기준으로 예상 수명을 3배 이상 연장하는 효과를 가져왔습니다.

소재 선택, 디자인 팁 및 폴리팩의 역량

재료 비교 및 ​​적합성

고속 성능을 결정하는 주요 요인 중 하나는 재료 선택입니다. 저는 온도 범위, 화학적 호환성, 경도 및 허용 주변 속도를 기준으로 재료를 비교합니다. 아래 표는 대표적인 특성과 적합한 사용 사례를 요약한 것입니다. 표에 제시된 값은 일반적인 업계 지침이며, 사용하시는 유체 및 작동 조건에 맞게 검증해야 합니다.

출처: 제조업체 데이터시트 및 산업 기술 자료(공급업체 기술 페이지 참조)트렐레보르그 로터리 씰일반적인 기계식 씰 사용 지침위키피디아).

설계 및 설치 모범 사례

제가 진행하는 프로젝트에서 강조하는 실질적인 단계는 다음과 같습니다.

• 제어축 표면 조도: PTFE 기반 씰의 경우 일반적으로 0.2~0.8μm, 엘라스토머 립의 경우 0.4~1.6μm의 Ra 값을 권장하여 초기 마모와 누출 사이의 균형을 맞춥니다.
• 압력 급증 시 압출을 방지하기 위해 정확한 반경 방향 및 축 방향 간극과 백업 링 지지대를 지정하십시오.
• 조립 중 씰 변형을 방지하기 위해 하우징의 견고한 정렬 및 고정을 확보하십시오.
• 초기 작동 프로토콜을 사용하십시오. 접촉면을 안정화하기 위해 처음 몇 시간 동안은 낮은 속도와 압력으로 시작한 다음, 점차 작동 조건으로 높이십시오.

폴리팩: 제조, 연구 개발 및 제품군

폴리팩(Polypac)은 유압 씰 및 오일 씰 전문 제조업체이자 공급업체로, 씰 생산, 씰링 재료 개발, 특수 작업 조건에 맞는 맞춤형 씰링 솔루션을 제공합니다. 2008년 설립된 폴리팩은 청동 충진 PTFE, 탄소 충진 PTFE, 흑연 PTFE, MoS₂ 충진 ​​PTFE, 유리 충진 PTFE 등의 충진 PTFE 씰 생산으로 시작하여 현재는 NBR, FKM, 실리콘, EPDM, FFKM 소재의 O링도 생산하고 있습니다.

폴리팩의 맞춤형 고무 링 및 O링 공장은 10,000m²가 넘는 부지에 8,000m²의 공장 공간을 갖추고 있습니다. 당사의 생산 및 시험 장비는 업계 최고 수준이며, 국내외 대학 및 연구 기관과 장기적인 협력 관계를 유지하고 있습니다. 주요 제품으로는 O링, 로드 씰, 피스톤 씰, 엔드 페이스 스프링 씰, 스크레이퍼 씰, 로터리 씰, 백업 링, 더스트 링 등이 있습니다. 이러한 역량을 바탕으로 현장 적용 전에 대표적인 시험 장비를 사용하여 재료와 설계를 검증하는 것이 중요하다는 점을 강조하고 싶습니다.

폴리팩의 강점은 다음과 같습니다. 심도 있는 PTFE 컴파운드 경험, 폭넓은 엘라스토머 포트폴리오, 자체 성형 및 가공 시설, 그리고 동적 누출, 마찰, 열 및 내구성 테스트가 가능한 첨단 테스트 연구소를 보유하고 있어 실험실 측정값을 실제 현장 수명과 직접 연관시킬 수 있습니다. 복잡한 고속 응용 분야의 경우, 저는 단순히 기성품 부품을 사용하는 것보다 최적화된 밀봉 시스템을 구축하기 위해 이처럼 수직 통합 역량을 갖춘 공급업체에 의존하는 경우가 많습니다.

실용적인 체크리스트 및 예시 계산

사전 테스트 체크리스트

• 축의 형상, 표면 조도, 런아웃 및 재질 데이터를 수집하십시오.
• 적합한 밀봉재 재질과 형상(립 유형, 스프링 예압, 백업 기능)을 선택하십시오.
• 계측 장비를 준비하십시오: 토크 센서, 열전대, 적외선 카메라, 가속도계.
• 테스트 매트릭스를 정의하십시오: 속도 단계, 압력 단계, 온도 설정값, 단계당 소요 시간.
• 허용 기준을 포함하십시오: 최대 누출량, 최대 온도 상승, 허용 진동량.

예시: 주변 장치 속도 계산

V = π·D·n/60 공식을 사용하십시오. 40mm 축에서 18,000RPM으로 회전할 경우:

V = π × 0.04m × 18000 / 60 ≒ π × 0.04 × 300 = π × 12 ≒ 37.7m/s.

이 주변 속도는 탄성 중합체 립 또는 PTFE/복합재 씰 중 어느 것이 더 적합한지를 결정하는 기준이 됩니다. 약 38m/s에서는 일반적으로 충진 PTFE 또는 특수 고속 립 컴파운드를 지정하고 동적 밸런싱 및 보수적인 길들이기 과정을 계획합니다.

FAQ — 고속 회전식 씰에 대한 일반적인 질문

1. 고속 회전식 씰이란 무엇을 의미합니까?

고속은 적용 분야에 따라 다르지만, 일반적으로 주변 속도가 약 20~30m/s를 초과하는 시나리오를 의미합니다. 이러한 속도에서는 열 효과, 마찰열 및 동적 불균형이 중요한 설계 요소가 됩니다.

2. 내 씰에 동적 밸런싱이 필요한지 어떻게 알 수 있나요?

조립체가 고속 회전(주변 속도가 큰 경우)으로 작동하거나 진동/런아웃이 허용 한도를 초과하는 경우, 로터 및 대표적인 씰 조립체의 동적 밸런싱을 권장합니다. ISO 1940은 밸런싱 품질 기대치에 대한 지침을 제공합니다.ISO 1940).

3. 탄성 중합체 밀봉재는 매우 빠른 속도에서 사용할 수 있습니까?

엘라스토머 씰은 열 축적 및 마모에 의해 한계가 있습니다. 매우 빠른 주변 속도(>30~40m/s)에서는 압력 및 유체 호환성에 따라 PTFE 또는 충진 PTFE 씰이나 기계식 페이스 씰이 더 나은 선택인 경우가 많습니다.

4. 어떤 테스트가 현장 성능을 가장 잘 예측합니까?

대표적인 속도와 압력 조건에서 수행되는 누출, 정상 상태 마찰 토크, 온도 분포 및 진동/런아웃 테스트를 종합적으로 분석하는 것이 가장 예측력이 높습니다. 제어된 길들이기 테스트는 장기적인 마모율에 대한 추가적인 정보를 제공합니다.

5. 특정 유체에 맞는 씰 재질은 어떻게 선택해야 할까요?

화학적 호환성 차트 및 공급업체 데이터시트를 참조하고, 작동 온도 및 압력 조건에서 벤치 테스트를 통해 검증하십시오. 중요하거나 부식성이 강한 유체의 경우 FFKM 또는 충진 PTFE 재질이 일반적으로 사용되며, 유압 오일 시스템의 경우 온도에 따라 FKM 또는 NBR 재질이 적합한 경우가 많습니다.

연락처 및 다음 단계

고속 회전 씰의 사양 정의 또는 검증에 도움이 필요하시면, 누출, 토크, 열 및 진동 측정값을 포함하는 간략한 적격성 평가 프로그램을 귀사의 승인 기준에 맞춰 실행해 보시는 것을 권장합니다. 맞춤형 솔루션의 경우, 폴리팩은 재료 개발, 시제품 제작 및 동적 테스트 서비스를 제공합니다. 제품 선택, 길들이기 프로토콜 및 현장 검증에 대한 상담이나 귀사의 적용 분야에 맞춘 데이터시트 및 테스트 기능 요청은 폴리팩에 문의하십시오.

문의 사항: 제품 사양(O링, 로드 씰, 피스톤 씰, 엔드 페이스 스프링 씰, 스크레이퍼 씰, 로터리 씰, 백업 링, 더스트 링)에 대한 상담이나 제품 정보 확인을 원하시면 폴리팩 기술팀에 연락하여 기술 검토 및 맞춤형 테스트 계획을 수립하십시오.