밀봉장치 오일실 개스킷과 패킹의 분류

유체의 누수, 누유 또는 외부에서의 먼지나 이물질, 불순물 등이 기기 내부로의 침입을 방지하기 위하여 사용하는 부품요소들을 총칭하여 [밀봉장치](sealing device) 또는 간단하게 실(seal)이라 말한다.

밀봉요소는 증기나 기체나 각종 가스 등의 기체, 원유나 윤활유, 작동유, 액체연료나 물, 화학약품 등의 액체, 그리스(윤활유) 등의 분체 및 진공 기타의 광범위한 용도로 실이 사용되고 있다.

따라서 밀봉대상물의 종류, 압력, 온도, 접촉상태 등에 따라서 어떤 형식의 실을 선정할 것인가. 또 어떻게 적절하게 사용할 것인가 등이 매우 중요하다.

 

2. 개스킷과 패킹의 차이

배관이나 압력용기 등과 같이 정지(고정)부분을 밀봉하는데 사용하는 고정용 실(static seal)은 정지용 실이라고 부르며, 개스킷(gasket)이라 한다.

회전이나 왕복운동과 같이 지속적으로 운동하는 부분에 사용하는 운동용 실(dymanic seal)은 패킹(packing)이라 한다. 또한 패킹은 운동 부분과의 마찰 접촉상태에 따라서 접촉형과 비접촉형으로 분류한다.

 

 

3. 개스킷

개스킷은 사용 재료에 따라서 목면이나 골조나 석면(발암물질로 잘 사용하지 않음)이나 고무나 합성수지(PTFE등) 등의 비금속 개스킷(non-metallic gasket)과 이런 것들을 금속의 얇은 판으로 피복한 세미메탈릭 개스킷(semi-metallie gasket)과 순철이나 극연강이나 동이나, 스테인리스 강이나 알루미늄 등의 금속 개스킷으로 분류하고 있으며 재료나 형상에 다양한 종류가 있다.

고온 고압 환경에서는 금속 개스킷이 적합하지만 세미 메탈릭도 상당한 고온, 고압에 견디는 것도 있다.

재료특성 및 구조를 이해하여 또한 사용조건을 정확하게 파악하면 올바르게 선정하고 기구부에 설치할 수 있지만 분진이 심한 가혹한 환경에서의 사용은실제 경험에 따른 선정이 필요하다.

또 밀봉성, 내구성 및 장착시의 적정 설치력 등의 추정도 용도에 따라서는 전문적인 지식이 필요로 한다.

또 배관관계에서 개스킷을 사용하는 경우는 KS, 관련 공업규격, 메이커 추천 사항 등을 참조하는 것이 좋다. 하지만 고분자물질을 주성분으로 하여 이것에 충전제나 가소제나 용제 등을 가하여 액상으로 한 것을 각종 기기류의 접합면에 부착하여 기체 및 유체의 누수, 누유 방지작용을 하는 액상개스킷(fluid sealant)은 실런트(sealant)라고도 한다.

사용시의 성상에 따라서 점착형(주성분이 불건성이며 점착성을 유지하는 것)과 점탄형(주성분이 점착성과 탄성을 함께 유지하는 것)으로 크게 구분하며, 설치 사용 후에 제거 가능하므로 널리 사용한다.

 

4. 립 패킹(lip packing)

  랩 패킹은 성형 패킹(금형을 사용하여 성형가공으로서 만드는 패킹의 총칭)으로 립(lip)이 있는 패킹이다.

  V패킹은 고무 V패킹(종류의 기호는 H)과 직포넣은 고무 V패킹(F)으로 대별하고 수압, 유압기기의 피스통패킹이나 로드 패킹으로서 사용하고 압력의 크기에 따라서 여러 개를 포개서 사용한다.

 

V & Lip Packing

 

이것에 비하여 U 패킹은 단면이 U자 형태인 패킹으로 설치 공간이 적고 취급도 간단한데 패킹이 홈의 안에서 안정하도록 서포트 링(support ring)을 사용하는 경우가 있다.

U-Packing

 

5. 오링(O-링)

  O링은 스퀴즈 패킹(squeeze paeking)의 성형패킹 중 단면이 원형의 링(고리, 환)형상의 것이며 압력이 걸리면 홈의 축복에 밀어 붙여서 틈을 덮음으로 밀봉한다. 성능의 신뢰성이 높고 설치 공간도 적고 다야한 종류와 치수의 제품이 규격화되어 있으며, 구입하기도 쉬우므로 고정용 실(seal)로서 또는 운동용 실로서도 사용한다.

단, 운동으로서는 왕복운동용에 한정되어 있어 회전에는 적합하지 않다. 공업규격(O링)에는 운동용 O링, 고정용 O링 및 진공용 O링의 형상 및 치수가 규정되어 있다.

 

O링 설치 홈부에는 모따기나 R(라운딩), 그리고 설치부의 날카로운 각을 제거해야 하고, 이런 상세부의 형상 및 치수는 표준 규격으로 정하여져 있다.

 

또 약 7MPa 이상의 고압에서는 O링이 틈에서 삐져나와 손상될 수 있기 때문에 O링용 백업링을 병용한다.

 

6. 그랜드 패킹(gland packing)

  그랜드 패킹은 스태핑 박스(staffing box), 흔히 패킹실이라고 부르기도 한다. 박스에 각형 단면의 패킹을 여러개 삽입하여 패킹 누르개나 패킹 그랜드에서 축방향으로 압축하여 반지름 방향의 힘을 발생시킴으로써 누수를 방지한다.

 

코튼 그랜드 패킹

패킹의 고정압력을 균일화하기 위하여 스페이서 링(spacer ring)이나 윤활의 목적 때문에 랜턴 링(lantern ring) 등도 사용한다. 패킹을 윤활할 필요가 있으므로 누수량은 많고 또한 마찰저항도 크다. 누수량을 너무 억제하면 발열, 마모 등이 생기므로 주의하여야 하고, 왕복운동 부품이나 저속회전 부분 등에 사용한다. 

 

7. 오일 실(oil seal)

 오일실은 크기도 작고 형상도 심플하여 공간을 많이 차지하지 않으면서도 밀봉 성능이 우수하고 특히 고속 회전용 실로서 적합한 요소이다.

내압 능력은 일반용에서 0.03MPa 이하, 특수용에서도 0.7MPa 이하로 낮은 편이다.  V 패킹이나 U 패킹 등의 셀프 실 패킹(self seal packing, 밀봉하는 유체의 압력으로서 밀봉하는 것)은 긴박력이 유체압에 크게 의존하는 데에 대하여 오일실의 긴박력은 립 및 스프링으로 미리 주어지므로 장착시에 조정을 필요로 하지 않으므로 셀프타이트닝 패킹(self tightening packing)이라 한다.

또한 사용법이 매우 간편한데 립과 축 사이의 윤활막이 끊어지면 시저나 마모가 생기므로 이물질이 외부에서 침입하기 쉬운 환경하에서나 한계를 초과하는 주속이나 온도 및 열악이나 윤활상태 등의 유막파단이 생기기 쉬운 조건하에서의 사용은 피하여야 한다.

 

오일 실은 금속링, 스프링, 먼지제거의 유무에 따라서 KS규격에 규정되어 있다. 고무재료로서는 물리적 성질에 따라서 A와 B(니트릴고무에 해당) 및 C(아크릴고무에 해당)의 3종류가 규정되어 있다. 또 호칭번호는 예컨대 SM 406211 A와 같이 종류기호, 호칭내경, 외경, 폭 및 고무재료의 종류기호의 순으로 열거한 것으로서 표시한다.

 

 

 오일실을 사용할 때 축은 이송을 걸지 않는 그라인더 마무리 가공하여 축의 표면거칠기는 중심선 평균거칠기 R가 0.2a-0.6a 또는 최대 높이 R가 2.4S정도, 축의 표면경도는 HC 30-40정도가 요구된다. 또 축 끝이나 하우징 구멍에는 모따기 및 구석의 R(그림 2.109)이 필요하고 키홈이나 스플라인 등이 있는 축에 장착하는 경우는 커버를 사용하여 립에 상처가 나지 않도록 주의한다.

축과의 끼워 맞춤은 h8, 하우징 구멍과는 H8이 보통이다. 사용상 가장 중요한 주의는 오일실의 설치 방향을 틀려서는 안 된다.

 

 

8. 메커니컬 실(mechanical seal)

  밀봉단면의 마모에 따라서 축방향으로 움직일 수 있는 종동링과 움직이지 않는 시트 링으로서 되어 있고 완충기구가 있고 축에 대략 직각인 상대적으로 회전하는 밀봉단면에서 유체를 밀봉하는 작용을 한다. 고온, 저온, 고속, 고압에 적당하고, 윤활성이 나쁜 유체의 밀봉에도 사용할 수 있고, 누수량도 매우 적고 실용상 문제가 되지 않는 범위로 억제할 수 있다.

 

밸런스형은 특히 고압용에 적합하며 종동링이 회전하거나 안하거나에 따라서 고정형과 정지형으로 밀봉단면의 외주에서 내주에 향하여 흐르는 유체를 밀봉하는 것을 내향 흐름형 그 반대를 외향 흐름형, 배단면이 고압유체에 접촉하거나 안하거나에 따라서 배단면 고압형과 배단면 저압형, 종동링의 밀봉에 도움이 되는 스프링이 고압유체측에 접촉하는 여부에 따라서 내측 스프링형과 외측 스프링형, 종동 링의 개수에 따라서 싱글형이나 더블형이 있고, 이런 것을 조합한 각종의 메커니컬실을 제조하고 있다. 메커니컬 실의 통칙에 기본구조나 호칭번호나 주요치수 또는 시험방법이 규정하고 있다.