실린더 씰의 6가지 유형

건설 기계는 힘과 움직임을 전달하는 데 필수적인 구성 요소인 유압 실린더에 크게 의존합니다. 이러한 실린더의 효율성과 신뢰성은 고성능 씰에 따라 크게 좌우됩니다.

유압 실린더에 사용되는 필수 씰 유형 중 하나는 오일 씰 또는 유압 씰이라고도 하는 씰링 링입니다. 이러한 구성 요소는 오일 누출, 오염물 유입, 압력 손실을 방지하여 시스템 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 씰링 링을 올바르게 선택하고 설치하면 최적의 실린더 성능, 서비스 수명 연장, 유지보수 비용 절감을 보장합니다.

이 종합 가이드에서는 건설 장비용 유압 실린더에 일반적으로 사용되는 씰링 링의 다양한 유형과 구성에 대한 광범위한 목록을 정리했습니다. 

그림 1 씰링 링.

유압 실린더는 최적의 성능과 수명을 보장하기 위해 다양한 특수 씰링 부품을 사용합니다. 이러한 필수 씰링 요소에는 다음이 포함됩니다:

1. 더스트 씰(또는 와이퍼): 실린더 외부에 위치한 이 씰은 먼지, 오물, 습기 등의 오염 물질이 시스템에 유입되는 것을 방지하여 내부 부품을 보호합니다.
2. 로드 씰: 실린더 로드 주위에 위치한 이 씰은 로드가 확장 및 축소되는 동안 실린더 내부의 유압 유체를 유지하여 누출을 방지하고 시스템 압력을 유지합니다.
3. 버퍼 씰: 이 씰은 실린더 스트로크가 끝날 때 충격을 흡수하고 소음을 줄여 작동의 부드러움을 높이고 내부 부품의 마모를 최소화합니다.
4. 가이드 링(또는 마모 링): 엄격한 씰은 아니지만 피스톤과 로드를 지지하여 금속과 금속의 접촉을 줄이고 실린더의 동작 범위 전체에서 적절한 정렬을 보장하는 구성 요소입니다.
5. 정적 씰: 여기에는 실린더 배럴과 엔드캡 사이와 같이 고정된 조인트에서 누출을 방지하는 엔드캡 씰 및 기타 고정 씰이 포함됩니다.
6. 피스톤 씰: 피스톤 주위에 장착된 이 양방향 씰은 실린더 챔버 사이의 압력 차이를 유지하여 힘 전달을 가능하게 하고 효율적인 작동을 보장합니다.

그림 2 다양한 씰 링의 위치.

유압 실린더 씰의 기본 사항

유압 실린더 씰은 유압 시스템의 핵심 구성 요소로, 시스템 무결성과 효율성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 주요 기능으로는 유체 누출 방지, 압력 유지, 움직이는 부품의 원활한 작동 보장 등이 있습니다. 최적의 유압 시스템 성능을 위해서는 다양한 씰 유형의 특성과 용도를 이해하는 것이 필수적입니다. 씰은 크게 정적 씰과 동적 씰의 두 가지 주요 유형으로 분류되며, 각각 고유한 특성과 용도가 있습니다.

정적 봉인

정적 씰은 플랜지 연결, 액세스 커버 또는 포트와 같이 결합 표면 사이에 상대적인 움직임이 없는 곳에 사용됩니다. 이러한 씰은 유체 누출을 막고 시스템 압력을 유지하도록 설계되었습니다. 일반적인 유형의 정적 씰에는 다음이 포함됩니다:

1. O-링: 다용도성과 설치 용이성으로 널리 사용되는 O-링은 다양한 용도에 적용할 수 있는 엘라스토머 씰입니다. 심플한 디자인과 효과로 인해 많은 정적 씰링 요구 사항에 널리 사용됩니다.
2. 개스킷: 일반적으로 평평하고 다양한 재질(예: 고무, 금속 또는 복합재)로 제공되는 개스킷은 플랜지 및 기타 정적 인터페이스를 밀봉하는 데 사용됩니다. 재료 선택은 온도, 압력, 화학적 호환성 등의 요인에 따라 달라집니다.
3. 금속 씰: 고온 또는 고압 애플리케이션에 사용되는 금속 씰은 일반적으로 알루미늄, 구리 또는 강철로 만들어집니다. 뛰어난 내구성과 극한 환경에 대한 저항력을 제공합니다.

동적 씰

동적 씰은 피스톤이나 로드와 같이 결합 표면 간의 상대적인 움직임이 있는 애플리케이션에 사용됩니다. 이러한 씰은 지속적인 움직임과 마찰을 견뎌야 하므로 정적 씰에 비해 향상된 내구성과 내마모성이 필요합니다. 동적 씰의 주요 유형은 다음과 같습니다:

1. 피스톤 씰: 피스톤과 실린더 보어 사이의 유체 누출을 방지하도록 설계된 피스톤 씰은 유압을 유지하는 데 매우 중요합니다. U자형 단면을 특징으로 하는 U컵 씰은 일반적이고 효과적인 피스톤 씰 디자인입니다.
2. 로드 씰: 이 씰은 로드-실린더 인터페이스에서 유체 누출을 방지하는 동시에 로드의 자유로운 움직임을 허용합니다. 로드 씰은 종종 와이퍼 씰을 통합하여 로드 표면에서 이물질과 오염 물질을 제거하여 시스템 청결을 유지합니다.
3. 로터리 씰: 회전하는 부품(예: 모터 또는 펌프)이 있는 애플리케이션에 사용되는 로터리 씰은 연속 회전 중에 씰링 무결성을 유지합니다. 특정 애플리케이션 요구 사항에 맞게 방사형 및 축 방향 구성으로 제공됩니다.

최적의 유압 시스템 성능을 위해서는 씰 선택 및 설계 고려 사항이 중요합니다. 씰 선택에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다:

• 작동 압력 및 온도 범위
• 유체 호환성 및 내화학성
• 모션 속도(동적 씰의 경우)
• 환경 조건 및 오염 물질
• 필요한 서비스 수명 및 유지보수 주기
• 재료 특성(예: 경도, 탄성, 내마모성)

씰 기술의 발전으로 고온용 PTFE 기반 씰이나 내마모성 향상을 위한 폴리우레탄 씰과 같은 특수 소재와 디자인이 개발되었습니다. 또한 에너자이즈드 씰과 복합 씰과 같은 혁신 기술은 까다로운 운영 조건에서 향상된 성능을 제공합니다.

유압 실린더 씰의 종류

1. 먼지 링

더스트 씰은 유압 실린더의 엔드 캡 외부에 위치하며 외부 이물질이 실린더에 유입되는 것을 방지하는 역할을 합니다.

설치 방법에 따라 더스트 씰은 스냅인 및 프레스인 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

그림 3 스냅인 더스트 링의 기본 형태.

가장 일반적으로 사용되는 더스트 링은 스냅인 타입입니다. 이름에서 알 수 있듯이 엔드 커버 내벽의 홈에 끼워 넣는 방식으로, 덜 열악한 환경 조건에서 사용됩니다. 스냅인 더스트 링에 사용되는 재료는 일반적으로 폴리우레탄이며 이중 립 구조의 H형과 K형 등 다양한 구조로 제공됩니다. 이러한 변형에도 불구하고 기본 디자인은 동일하게 유지됩니다.

그림 4 스냅인 더스트 링의 몇 가지 변형.

압입식 더스트 링은 열악하고 스트레스가 많은 환경에서 사용됩니다. 스냅인 타입과 달리 홈에 삽입하는 것이 아니라 금속층으로 보강하여 강도를 높인 후 유압 실린더의 엔드 커버에 삽입합니다. 다른 점이 있습니다. 프레스 유형-싱글 립 및 더블 립과 같은 더스트 링에서.

그림 5 더스트 링 및 일부 변형을 누릅니다.

2. 실린더 로드 씰링 링

일반적으로 U컵이라고 하는 실린더 로드 씰링 링은 피스톤 로드의 주요 씰링 요소 역할을 합니다. 유압 실린더의 엔드 커버 내에 전략적으로 설치되어 유압 오일 누출을 효과적으로 방지합니다. 이러한 씰링 링은 주로 폴리우레탄 또는 니트릴 고무와 같은 고성능 소재로 제조되며, 우수한 내마모성, 낮은 마찰 특성 및 유압유와의 호환성 때문에 선택됩니다.

고압 애플리케이션이나 더 큰 실린더 보어를 다룰 때 씰링 링은 종종 지지 링(백업 링 또는 압출 방지 링이라고도 함)과 함께 사용됩니다. 이 추가 구성 요소는 씰링 링이 강한 압력을 받아 압출 변형되는 것을 방지하여 씰의 수명을 연장하고 무결성을 유지합니다. 서포트 링은 일반적으로 PTFE 또는 고밀도 폴리에틸렌과 같은 더 단단한 재질로 만들어집니다.

실린더 로드 씰링 링의 설계는 다양한 운영 요구 사항과 환경 조건을 해결하기 위해 발전해 왔습니다. 제조업체는 다음과 같은 다양한 변형을 제공합니다:

1. 단동형과 복동형 디자인 비교
2. 최적화된 밀봉 및 윤활을 위한 다양한 립 구성
3. 극한의 온도 또는 내화학성을 위한 특수 소재
4. 고압 시스템을 위한 강화된 설계
5. 저마찰 코팅으로 효율성 향상 및 스틱 미끄러짐 감소

적절한 실린더 로드 씰링 링을 선택하려면 유압 시스템의 최적의 성능과 수명을 보장하기 위해 작동 압력, 온도 범위, 유체 호환성, 로드 표면 마감, 왕복 속도 등의 요소를 고려해야 합니다.

그림 6 실린더 로드 씰링의 일반적인 유형.

그림 7 실린더 로드 씰링 링의 몇 가지 변형.

3. 버퍼 씰 링

피스톤 로드 씰링 시스템의 중요한 보조 부품인 버퍼 씰링은 갑작스러운 압력 스파이크와 변동으로부터 피스톤 로드를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 동적 씰은 주요 씰링 요소를 보호할 뿐만 아니라 전체 시스템 수명과 신뢰성에도 기여합니다. 버퍼 씰에는 세 가지 기본 구성이 있으며, 각 구성은 특정 작동 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다:

유형 A: 고성능 폴리우레탄으로 제작된 일체형 모놀리식 씰입니다. 이 디자인은 뛰어난 내마모성, 우수한 탄성 및 적당한 압력 기능을 제공합니다. 특히 압력 변동이 심하지 않고 설치가 간편해야 하는 애플리케이션에 적합합니다.

유형 B 및 유형 C: 압출을 방지하고 훨씬 더 높은 압력 차이를 견딜 수 있도록 설계된 고급 투피스 씰 어셈블리입니다. 2피스 구조는 일반적으로 압출 방지 링과 결합된 탄력적인 씰링 요소로 구성됩니다:

• 유형 B는 동적 씰링 요소에 폴리우레탄과 압출 방지 구성 요소에 경질 열가소성 또는 섬유 강화 복합재를 조합하여 사용하는 경우가 많습니다.
• 유형 C는 우수한 내화학성과 낮은 마찰 특성을 제공하는 고강도 백업 링과 결합된 PTFE 기반 씰링 요소를 사용할 수 있습니다.

유형 B와 유형 C 구성 모두 향상된 내압성, 동적 조건에서의 안정성 향상, 고압 환경에서 씰 고장에 대한 보호 기능을 제공합니다. 이러한 유형 중 선택은 최대 시스템 압력, 온도 범위, 유체 호환성 및 주기 빈도와 같은 요인에 따라 달라집니다.

그림 8 버퍼 씰 링의 일반적인 유형.

4. 가이드 지지 링

유압 실린더의 핵심 부품인 가이드 서포트 링은 엔드 커버와 피스톤 양쪽에 전략적으로 배치되어 있습니다. 이 다기능 요소는 실린더의 최적의 성능과 수명을 보장하는 데 중추적인 역할을 합니다. 주요 기능은 다음과 같습니다:

1. 피스톤 로드와 피스톤을 지지합니다: 링은 중요한 구조적 지지력을 제공하여 하중을 고르게 분산하고 마모를 최소화합니다.
2. 피스톤의 직선 운동을 안내합니다: 피스톤의 정확하고 부드럽고 일관된 선형 움직임을 보장하여 전반적인 시스템 효율성을 향상시킵니다.
3. 금속과 금속의 접촉을 방지합니다: 링은 금속 부품 사이의 완충 역할을 함으로써 마찰, 마모 및 잠재적 손상을 크게 줄여줍니다.

가이드 서포트 링은 일반적으로 특정 특성에 맞게 엄선된 고성능 재료로 제조됩니다. 일반적인 재료는 다음과 같습니다:

• 엔지니어링 플라스틱: 내마모성이 뛰어나고 마찰이 적은 PTFE 충진 폴리아세탈(POM) 또는 폴리아미드(PA) 등.
• PTFE 코팅된 청동: 청동의 강도와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 저마찰 특성을 결합한 제품입니다.
• 섬유 강화 복합재: 더 높은 하중 지지력과 열 안정성이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

소재 선택은 작동 압력, 온도, 유체 호환성, 예상 서비스 수명 등의 요인에 따라 달라집니다. 정밀 CNC 가공 또는 사출 성형과 같은 고급 제조 기술은 링의 성능에 중요한 엄격한 공차와 우수한 표면 마감을 보장합니다.

그림 9 유압 실린더와 피스톤의 엔드 커버에 사용되는 가이드 지지 링.

5. 엔드 커버 씰링 링

엔드 커버 씰 링은 실린더 엔드 커버와 실린더 벽 사이의 인터페이스에서 밀폐 밀봉을 제공하도록 설계된 중요한 구성 요소입니다. 정적 씰 역할을 하는 이 부품은 이 두 주요 구성 요소의 접합부에서 유압유 누출을 방지하여 시스템 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

일반적으로 엔드 커버 씰링 어셈블리는 탄력 있는 NBR(니트릴 부타디엔 고무) O링과 백업 링 또는 압출 방지 링이라고도 하는 견고한 지지 링이라는 두 가지 핵심 요소로 구성됩니다. 이 이중 구성 요소 설계는 여러 가지 이점을 제공합니다:

1. 내유성과 탄성이 뛰어난 NBR O-링은 1차 밀봉 기능을 제공합니다. 압축 시 변형되어 미세한 표면 요철을 메워 유체 유출을 효과적으로 차단하는 장벽을 형성합니다.
2. 일반적으로 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 또는 고밀도 폴리에틸렌과 같은 단단한 재질로 만들어진 지지 링은 여러 가지 용도로 사용됩니다:

• 고압에서 오링이 틈새로 돌출되는 것을 방지하여 씰의 수명을 연장합니다.
• 오링의 모양과 위치를 유지하여 일관된 씰링 성능을 보장합니다.
• 특히 열악한 운영 환경에서 마모 및 화학적 성능 저하에 대한 추가적인 내성을 제공합니다.

두 구성품의 정확한 재료 선택과 치수 사양은 매우 중요하며 작동 압력, 온도 범위, 유체 호환성 및 유압 시스템의 예상 서비스 수명과 같은 요인에 따라 달라집니다. 최적의 유압 실린더 성능과 신뢰성을 위해서는 엔드 커버 씰링 어셈블리의 올바른 설치와 주기적인 검사가 필수적입니다.

그림 10 엔드 커버 씰링 링.

6. 피스톤 씰링 링

피스톤 씰링은 유압 실린더의 핵심 구성 요소로, 실린더 내의 두 압력 챔버를 효과적으로 분리하는 주요 씰링 요소입니다. 이러한 분리는 최적의 유압 성능과 효율성을 유지하는 데 매우 중요합니다.

일반적으로 피스톤 씰 링은 외부 링과 내부 링으로 구성된 2피스 디자인을 사용합니다. 외부 링은 일반적으로 마찰 특성이 낮고 내마모성이 뛰어난 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 나일론과 같은 고성능 폴리머로 제조됩니다. 에너자이저라고도 하는 내부 링은 일반적으로 니트릴 부타디엔 고무(NBR)로 만들어지며, 실린더 벽에 일정한 압력을 유지하는 데 필요한 탄성을 제공합니다.

피스톤 씰 링은 다양한 용도와 작동 조건에 맞게 여러 가지 변형이 있습니다. 주목할 만한 변형 중 하나는 청동으로 채워진 PTFE 컴파운드로, PTFE의 낮은 마찰 특성과 청동의 향상된 열 전도성 및 내마모성을 결합한 것입니다. 이 디자인은 고압 및 고온 애플리케이션에 특히 효과적입니다.

한 방향으로만 압력이 가해지는 단동식 유압 실린더의 경우 폴리우레탄 U컵 씰을 피스톤 씰 링의 대체품으로 사용할 수 있습니다. 폴리우레탄 U컵은 우수한 내마모성, 우수한 탄성 및 효과적인 밀봉 특성을 제공하므로 비용 효율성이 고려되는 중간 압력 애플리케이션에 적합합니다.

적절한 피스톤 씰링 디자인과 재질의 선택은 작동 압력, 온도, 유체 호환성, 실린더 속도 및 예상 사용 수명과 같은 요인에 따라 달라집니다. 최적의 실린더 성능을 보장하고 누출을 최소화하며 유압 시스템의 전반적인 효율성을 극대화하려면 피스톤 씰 링을 올바르게 선택하고 설치하는 것이 필수적입니다.

그림 11 피스톤 씰 링의 일반적인 유형.