원심 펌프의 누설을 이해하려면 먼저 원심 펌프의 기본 작동 원리를 이해하는 것이 중요합니다. 유체가 펌프의 임펠러 아이를 통해 유입되어 임펠러 날개를 따라 올라갈 때, 유체는 낮은 압력과 낮은 속도를 갖습니다. 유체가 볼류트를 통과하면서 압력과 속도가 증가합니다. 그런 다음 유체는 토출구를 통해 배출되는데, 이때 압력은 높지만 속도는 느려집니다. 펌프로 들어간 유체는 펌프 밖으로 배출되어야 합니다. 펌프는 양정(또는 압력)을 발생시켜 펌프 유체의 에너지를 증가시킵니다.
원심 펌프의 커플링, 유압 조인트, 정적 조인트 및 베어링과 같은 특정 구성 요소의 고장은 전체 시스템의 고장을 야기하지만, 모든 펌프 고장의 약 69%는 밀봉 장치의 오작동으로 인해 발생합니다.
기계식 씰의 필요성
기계식 씰씰은 회전축과 액체 또는 기체가 채워진 용기 사이의 누출을 제어하는 데 사용되는 장치입니다. 씰의 주요 기능은 누출을 제어하는 것입니다. 모든 씰은 누출이 발생할 수밖에 없습니다. 이는 씰 표면 전체에 유체막을 유지하기 위해서입니다. 대기 쪽으로 새어 나오는 누출량은 매우 적습니다. 예를 들어, 탄화수소의 경우 VOC 측정기로 백만 분의 1 단위로 누출량을 측정할 수 있습니다.
기계식 씰이 개발되기 전에는 엔지니어들이 일반적으로 기계식 패킹을 사용하여 펌프를 밀봉했습니다. 기계식 패킹은 보통 흑연과 같은 윤활제를 함침시킨 섬유질 재질로, 여러 조각으로 잘라 "스터핑 박스"라고 불리는 용기에 채워 넣었습니다. 그런 다음 패킹 글랜드를 뒷면에 추가하여 전체를 단단히 고정했습니다. 패킹은 축과 직접 접촉하기 때문에 윤활이 필요하지만, 윤활유를 사용하더라도 동력 손실을 초래합니다.
일반적으로 "랜턴 링"을 통해 패킹에 세척수를 공급할 수 있습니다. 샤프트 윤활 및 냉각에 필요한 이 물은 공정 내부 또는 대기 중으로 누출될 수 있습니다. 적용 분야에 따라 다음과 같은 조치가 필요할 수 있습니다.
- 오염을 방지하기 위해 세척수를 공정에서 멀리 떨어뜨려 놓으십시오.
- 변기 물이 바닥에 고이는 것(과도한 분무)을 방지해야 합니다. 이는 산업안전보건법(OSHA) 위반 사항이자 위생 관리 측면에서도 문제가 됩니다.
- 베어링 박스를 세척수로부터 보호하십시오. 세척수는 오일을 오염시켜 결국 베어링 고장을 일으킬 수 있습니다.
모든 펌프와 마찬가지로, 펌프를 테스트하여 연간 운영 비용을 파악하는 것이 좋습니다. 패킹 펌프는 설치 및 유지 관리가 저렴할 수 있지만, 분당 또는 연간 물 소비량을 계산해 보면 예상보다 비용이 많이 들 수 있습니다. 기계식 밀봉 펌프는 연간 비용을 크게 절감해 줄 수 있습니다.
기계식 씰의 일반적인 기하학적 구조를 고려할 때, 개스킷이나 O링이 있는 곳에는 항상 누출 가능성이 존재합니다.
- 기계식 씰이 움직이면서 마모되거나 닳아버린 동적 O링(또는 개스킷).
- 기계식 씰 사이에 먼지나 오염 물질이 끼어 있습니다.
- 기계식 씰 내부의 비정상적인 작동.
밀봉 장치 고장의 다섯 가지 유형
원심 펌프에서 제어할 수 없는 누출이 발생하면 수리가 필요한지 아니면 새로 설치해야 하는지 판단하기 위해 모든 잠재적 원인을 철저히 점검해야 합니다.
1. 운영상의 실패
최적 효율점 무시: 성능 곡선에서 최적 효율점(BEP)에서 펌프를 작동하고 계십니까? 각 펌프는 특정 효율점을 기준으로 설계되었습니다. 해당 범위를 벗어나 펌프를 작동하면 유량 문제가 발생하여 시스템이 고장날 수 있습니다.
불충분한 순양정흡입수두(NPSH): 펌프의 흡입수두가 충분하지 않으면 회전 어셈블리가 불안정해져 캐비테이션이 발생하고 씰이 파손될 수 있습니다.
공회전 운행:펌프의 유량을 조절하기 위해 제어 밸브를 너무 낮게 설정하면 유량이 막힐 수 있습니다. 유량이 막히면 펌프 내부에서 재순환이 발생하여 열이 발생하고 씰이 손상될 수 있습니다.
건조 운전 및 씰의 부적절한 통풍: 수직형 펌프는 기계식 씰이 상단에 위치하기 때문에 이러한 문제에 가장 취약합니다. 통풍이 제대로 되지 않으면 씰 주변에 공기가 갇혀 스터핑 박스 내부의 공기가 배출되지 못합니다. 이러한 상태로 펌프가 계속 작동하면 기계식 씰이 곧 고장 나게 됩니다.
낮은 증기 마진:이러한 유체는 인화성이 강합니다. 고온의 탄화수소는 대기 조건에 노출되면 발화합니다. 유체막이 기계식 씰을 통과할 때 대기 측에서 발화하여 고장을 일으킬 수 있습니다. 이러한 고장은 보일러 급수 시스템에서 흔히 발생하는데, 250~280°F(121~138°C)의 고온수가 씰 면을 통과하는 압력 강하와 함께 발화하기 때문입니다.
2. 기계적 고장
축 정렬 불량, 커플링 불균형, 임펠러 불균형은 모두 기계식 씰 고장의 원인이 될 수 있습니다. 또한 펌프 설치 후 배관이 제대로 정렬되지 않고 볼트로 고정되면 펌프에 상당한 부담이 가해집니다. 기초 공사도 중요합니다. 기초가 단단히 고정되어 있는지, 그라우팅이 제대로 되어 있는지, 지지대가 있는지, 볼트가 정확하게 조여져 있는지 확인해야 합니다. 마지막으로 베어링 상태를 점검하십시오. 베어링의 마모로 인해 축이 흔들리면 펌프에 진동이 발생할 수 있습니다.
3. 씰 구성 요소 고장
마찰학(마찰 연구) 측면에서 우수한 쌍을 사용하고 있습니까? 올바른 면 조합을 선택하셨습니까? 씰 면 재질의 품질은 어떻습니까? 사용하시는 재질이 특정 용도에 적합합니까? 가스켓과 O링과 같은 적절한 2차 씰을 선택하셨고, 이러한 씰은 화학 물질 및 열 공격에 견딜 수 있도록 제작되었습니까? 스프링이 막히거나 벨로우즈가 부식되지 않았는지 확인하십시오. 마지막으로, 압력이나 열로 인한 면 변형에 주의하십시오. 고압을 받는 기계식 씰은 실제로 휘어질 수 있으며, 변형된 단면은 누출을 유발할 수 있습니다.
4. 시스템 설계 실패
적절한 씰 플러시 장치와 충분한 냉각이 필요합니다. 이중 시스템에는 배리어 유체가 사용되며, 보조 씰 포트는 올바른 계측 장비 및 배관과 함께 적절한 위치에 설치되어야 합니다. 흡입구의 직선 배관 길이를 고려해야 하는데, 패키지 스키드 형태로 제공되는 구형 펌프 시스템에는 임펠러 아이로 유체가 들어가기 직전 흡입구에 90º 엘보가 있는 경우가 있습니다. 이 엘보는 난류를 발생시켜 회전 어셈블리에 불안정성을 초래합니다. 모든 흡입/토출 및 바이패스 배관도 정확하게 설계해야 하며, 특히 과거에 배관이 수리된 적이 있는 경우에는 더욱 주의해야 합니다.
5. 기타 모든 것
기타 여러 요인은 전체 고장의 약 8%만을 차지합니다. 예를 들어, 기계식 씰에 적합한 작동 환경을 제공하기 위해 보조 시스템이 필요한 경우가 있습니다. 이중 시스템의 경우, 오염 물질이나 공정 유체가 환경으로 유출되는 것을 방지하는 차단막 역할을 하는 보조 유체가 필요합니다. 그러나 대부분의 사용자는 앞서 언급한 네 가지 범주 중 하나를 해결하면 필요한 솔루션을 찾을 수 있습니다.
결론
기계식 씰은 회전 장비의 신뢰성에 있어 매우 중요한 요소입니다. 씰은 시스템의 누출 및 고장의 원인이 될 뿐만 아니라, 향후 심각한 손상을 초래할 수 있는 문제의 징후를 보여주기도 합니다. 씰의 신뢰성은 씰 설계와 작동 환경에 크게 영향을 받습니다.
게시 시간: 2023년 6월 26일