회전 기계 및 밀봉 장치 기술

오늘은 회전기계 및  밀봉 장치 기술 대해서 알아보겠습니다. 회전기계의 분류 및 종류, 보전 기술에는 어떤 것이 있는지 자세하게 한번 살펴보겠습니다.

 

1. 회전기계의 분류

  (1) 정의

     물, 공기와 같은 유체를 작동물질로 하여 에너지의 변환을 이루는 기계를 유체기계 (Fuid Machinery)라고 하며, 특히 Pump, Turbine 등과 같이 운동부가 회전축의 주위를 돌아 움직이는 기계를 회전기계 ( Rotary Machinery)라고도 합니다.

회전기계 중 대표적인 것으로 Pump, 압축기 등이 있으나, 이것들은 화학 플랜트에서 소위 심장부로서 이들의 성능, 신뢰성은 플랜트 전체에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서, 이들의 성능을 충분히 발휘시키기 위해서는 보다 깊은 이해와 실무적인 스킬이 필요합니다.

 

  (2) 분류

    회전기계는 일반적으로 수력기계, 공기기계, 유압기계 이렇게 나누어집니다. 이중 수력기계는 Pump, 수차로 나뉘고 Pump는 Turbo 형 Pump, 용적형 Pump, 특수 Pump 이중 Turb 형은 원심 Pump, 사류 Pump, 축류 Pump로 구분이 됩니다. 

용적형은 왕복 Pump, 회전 Pump, 수차는 충동 수차, 반동수차로 분류 되어집니다. 그리고, 저압공기기계는 Fan, 풍차로 나누어지고 고압공기기계는 압축기, 증기 터빈, 가스 터빈으로 분류됩니다. 유압 기계는 유압 Pump, 유압 Actuator, 액체진동장치 등으로 분류가 되어지고 있습니다.

 

    1) 에너지의 변환과정에 의한 분류

      가. 기계적 에너지를 유체에너지로 변환시키는 기계

          모터나 내연기관 등으로부터 기계적 에너지를 공급받아서 유체에너지로 변환하여 유체를 수송하거나 필요한 일을 하는 기계로서 Pump, Fan, Compressor 등이 있습니다.

     

      나. 유체에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 기계

           유체가 가진 압력에너지 혹은 속도에너지 등의 유체에너지를 이용하여 회전차를 가동하여, 축동력 형태의 기계적 에너지로 변환시키는 기계로서 풍차, 수차, 스팀 터빈, 가스 터빈, 유압 모터 등이 있습니다.

 

     2) 작동 원리에 의한 분류

       회전기계를 작동원리에 의하여 분류하면 터빈형 기계와 용적형 기계로 나눌 수 있습니다. 

 

터빈형은 회전하는 회전차 또는 깃 사이를 유체가 연속적으로 통과하면서 유체동역학적 원리에 의하여 에너지의 변환이 이루어지는 회전기계를 의미합니다. 터빈형은 회전차를 통과하는 유체의 유동방향에 따라서 반경류형, 축류형, 그리고 사류형으로 나눌 수 있습니다. 

 

  용적형은 용적실의 체적을 변화시켜서 유체를 강제적으로 용적실 안으로 밀어 넣거나 용적실 밖으로 밀어내면서, 이때 발생하는 압력에 의하여 유체를 이송시키는 기계입니다. 용적형은 용적의 증감방법에 의하여 왕복형과 회전형으로 구분할 수 있습니다. 

 

2. 밀봉장치의 보전

  (1) 밀봉장치 개요

    밀봉장치에 요구되는 기능은 회전기계 내외부 간의 압력차를 극복함으로써, 내부 유체의 누출을 막는일, 외부로부터 이물질의 혼입을 막인 일입니다.  완전한 밀봉을 위해서는 기계적인 체결 등으로 문제를 줄이고 이물질의 통로를 차단하고, 유체의 압력을 이용하여 밀봉장치를 변형시킴으로써 틈을 최소한으로 하여 내부 유체 및 외부로부터의 이물질의 통로를 차단하는 방법이 있습니다.

 

  (2) 밀봉의 원리

     1) 밀봉(Sealing)의 원리 

        밀봉을 위해 회전기계의 내외부간의 압력차이를 극복하는 제어 방법은 일반적으로 자체 재료의 탄성에 의한 방법과 외력에 의한 방법 등 2가지를 들 수 있습니다.

   

        자체 재료의 탄성을 이용하는 방법으로  O Ring의 경우 밀봉 시 O Ring의 재질인 NBR의 고무탄성과 뛰어난 압축영구줄음성에 위해 압축력이 작용하게 되고 이를 이용하여 실링을 하게 되는 방법을 말합니다. 패키지류는 수압면이  Lip(입술) 모양으로 되어 있어 유체의 압력이 작용하면 그 Lip의 탄성에 의해 접동면에 꽉 눌러서 새는 것을 막는 구조로 되어 있으며, Oil Seal은 Spring을 이용하여 자체 탄성을 하게 됩니다. 외력을 이용하는 방법은 자체 재료의 탄성에 의한 밀봉은 실링에 한계가 있으므로, 고압의 경우 강한 밀봉재료와 함께 외력에 의한 밀봉을 많이 이용합니다. 대표적인 고정연 Seal인 Gasket류는 자체 탄성도 필요하지만 대부분 조임력에 의해 밀봉을 하고 있습니다. 

 

     2) 밀봉 장치의 종류

      밀봉재료는 크게 Packing류와 Gasket류가 있으며 Packing류는 운동용 밀봉장치에 많이 쓰이나, GASKET류는 Pipe Flange 등과 같이 정적 Seal 즉 정지된 곳의 밀봉장치에 많이 쓰입니다. 

      

       가. Gasket류 

          고정용 Seal 이므로 차압 극복이 중요합니다. 이를 위해 비금속, 금속 또는 금속과 비금속을 결합한 Semi Metal, 그리고 액상 Gasket 등이 있습니다. 

 

       나. 운동용 Seal 로서 차압뿐만이 아니라 회전, 왕복 또는 나선운동도 하므로 마찰, 마모, 윤활 등에 의한 틈새도 극복하지 않으면 안 됩니다.   Packing은 윤활막의 두께에 따라 접촉식과 비접촉식으로 구분할 수 있습니다. 접촉식은 윤활막의 두께가  100㎛이하를 말하며, O Ring, U, V, J Packing, Oil Seal, Mechanical Seal, Gland Packing 등이 있습니다. 

 

3. 마무리

오늘은 이상으로 유틸리티 설비 보전 중 회전기계 및  밀봉 장치 대해서 알아보았습니다. Pump 등은 우리 생활에 밀접한 관련이 있으니 관심이 있으신 분들에게 도움이 되었으면 좋겠습니다.