정수 밀봉

정전기 씰은 힘의 평형 상태에서 작동하는 비접촉식 기계 씰이다.기존의 유체역학 밀봉과 달리 정수밀봉은 두 밀봉면 사이의 균형적인 압력 구역을 설정하기 위해 사용되는 두 개의 압력 구역을 가진다.^[1]두 개의 압력 시스템은 전형적인 기계식 씰이 하나의 압력 영역을 가지기 때문에 씰을 독특하게 만든다. 이는 압력을 증가시켜 결국 씰을 오작동하게 만들 것이다.밀봉된 면에 압력이 평형을 이룬 후, 두 밀봉된 면 사이에 압축 불가능한 액체가 방출된다.이 액체는 밀폐면 주위에 필름을 만들어 윤활유 역할을 하며 밀폐물을 통해 흐르는 물질의 매개체 역할을 한다.정수 밀봉은 항공기 산업에서 사용되어 왔지만, 그들은 밀봉에 대한 연구가 거의 없기 때문에 상업적으로 거의 사용되지 않았다.

압력 및 작동

압력이 가해지면 밀폐가 함께 들어오면 두 씰 면 사이에 점성 액체가 배출되고 얇은 막이 형성돼 밀폐 밀폐를 만드는 데 도움을 준다.봉인 내부의 압력이 증가하여 안면판 사이에 압력이 과도할 경우 두 면이 서로 떨어져 움직이며 봉인이 열리기 시작한다.반대로 압력을 떨어뜨려 밀봉 안쪽에 압력이 충분하지 않으면 두 개의 밀봉면이 합쳐져 정수 밀봉이 형성되기 시작한다.^[2]이 계통의 유량도 밀봉 내부의 압력량을 제한하여 매우 정확하게 조절할 수 있다.압력 구역은 전체 시스템에서 누출을 줄일 수 있는 시스템 내의 평형을 만들기 위해 변경될 수 있다.

씰 면

씰 이중 압력 구역은 시스템 내에서 일정한 압력 구역을 유지하는 데 도움이 된다.일정한 압력은 씰을 안정시키고 두 씰 면이 접촉하지 못하게 한다.양쪽 씰 면에는 축방향으로 각 면을 안정시키는 페이스 컨트롤 홈이 있다.약간의 축 방향 이동으로 인해 두 개의 씰 면이 접촉하고 씰의 침식이 발생하기 시작할 것이다.^[3]

후면 판은 주입 시스템을 수용하는 작은 개구부로 구성되며, 이 개구부는 시스템을 통해 압축 불가능한 액체를 공급한다.일단 액체가 봉인 안에 들어가면, 그것은 내부 시스템 전체를 둘러싸고 얇은 막을 형성한다.필름을 만든 후 액체가 씰 밖으로 흘러나와 후면 판으로 흘러 들어가 시스템이 냉각되고 과도한 열이 쌓이지 않게 된다.^[4]씰이 작동하는 동안 이 오일 사이클은 계속 반복된다.

적용들

정수밀봉은 1960년대 초 항공기 산업에서 압축기 공기의 밀폐를 제어하기 위해 처음 개발되었다.최근에는 유체역학 밀봉이 훨씬 더 많이 적용되기 때문에 압축기 산업에서만 정전기 밀봉이 사용되어 왔다.정수밀봉은 화학물질을 운반하고 밀봉하는 데 사용될 수 있기 때문에 화학 산업에서도 큰 잠재력을 가지고 있다.그러나 화학공업은 매우 엄격한 규제를 정했고 씰이 계속 유출되어 특정 화학물질에 씰을 사용할 수 없다.^[1][5]

정수 밀봉 세대

1세대

최초의 정수 씰은 현재의 유체 역학 씰을 대체하기 위해 개발되었다. 이전의 유체 역학 씰은 제조 비용이 많이 들고 조립하는 데 지루했다.1세대 정수장 씰은 2개의 압력 시스템을 사용하여 씰 면에 평형을 이루었다.씰 페이스는 고압 조건에서 작동하도록 개발되었지만 씰 페이스가 뒤틀리기 시작하여 스트레스 테스트 중에 악화되었다.암모니아(첫 번째 정수 밀봉에 사용된 액체)가 첨가되면 두 개의 밀봉면이 서로 접촉하여 침식 과정을 시작하게 된다.이어 냉수를 불압축액으로 시험한 뒤 암모니아보다 점도가 2배 높은 등 양호한 결과를 보였다.냉수에는 암모니아 점도가 2배로 높아 물개가 서로 닿지 않아 시스템이 제대로 작동했다.^[2]

1세대:문제들

- 고압 상태

- 연속 사이클로 유체 재활용, 정체된 유체가 있어 막힘 유발

- 특정 상황에서 씰링면이 침식되기 시작함

2세대

제2차 정수밀봉은 밀봉 침식, 고압증식, 유체 정체 등 1세대 정수밀봉 문제를 해결하기 위한 시도였다.2세대 정수압 씰은 재설계된 씰 면을 가지고 있었다. 새로운 얼굴 제어 홈이 추가되어 극한의 조건에서 씰을 안정화시켰다.얼굴 제어 그루브 이전에 씰 표면은 균형이 맞지 않아 고압 조건에서 움직이기 시작했다.이동으로 인해 씰이 이동하면 씰 면이 잘못 정렬되고, 이로 인해 씰 면이 악화되어 씰을 사용할 수 없게 된다.^[2]

2세대:업그레이드

- 시스템 오류로 인한 뒤틀림 수정 시도

- 씰 면의 침식을 방지하기 위해 얼굴 제어 그루브 추가

- 오일이 정체되어 막힘 현상이 발생하는 모든 영역 해결

발생하는 문제

정수 밀봉은 전체 구조로 인해 구성부품의 열화 없이 여러 해 동안 지속되어야 한다.두 씰 면 사이에 접촉이 없어야 하며 그렇지 않으면 씰 상태가 악화되기 시작한다.현재의 유체역학 씰은 두 면이 항상 서로 접촉하기 때문에 시간이 지남에 따라 악화되기 시작한다.

또한 씰 면이 잘못 정렬될 경우 씰 면이 마찰되어 씰 면이 변형되기 시작하고 결국 전체 씰이 구조적으로 불안정해질 수 있다.루이스 리서치센터의 이즈차크 에치온 연구원은 정전기 씰의 얼굴이 잘못 정렬되었을 때 어떻게 되는지 실험하는 실험을 했다.에치온은 밀봉의 바깥쪽을 향한 고기압이 정적인 불안정성을 야기하는 반면, 밀봉의 안쪽 면에 있는 고기압이 밀봉의 안정감을 증가시킨다는 것을 발견했다.^[6]또한 축방향 정렬 불량으로 인해 수평축이 수직 방향으로 이동하게 된다. 이러한 정렬 불량으로 인해 복원력이 구성 요소의 이동을 교정하기에 충분하지 않을 경우 씰에 결함이 발생할 수 있다.

누출

실의 구조는 시스템 내부의 누수 문제를 제기한다.두 부분 사이에는 항상 미세한 차이가 있기 때문에 항상 누설에 대한 문제가 있지만, 시스템의 구조는 누설을 매우 정밀한 수준으로 조절할 수 있게 한다.

정수장 씰에 대해 발생하는 또 다른 문제는 과도한 누설이 결국 씰의 구조 침식으로 이어질 수 있다는 점이다.축방향으로 회전하는 페이스 씰 때문에 과다한 누수는 페이스 플레이트에서 침식될 수 있는 높은 유체 속도를 가지며, 결과적으로 씰에 결함이 발생할 수 있다.^[2]

참조