Non-contacting mechanical seal needs grooves on a seal face to separate two seal rings. Because the groove shape affects the performance of mechanical seal, it is necessary to understand the effect of groove design parameters. In this thesis, numerical analysis is conducted to investigate the performance of non-contacting mechanical seal as groove geometry varies.
Static and dynamic performances are calculated using finite volume method. After establishing methods of comparing mechanical seal performances, the performances of spiral groove mechanical seal, step pocket groove mechanical seal and deep straight groove mechanical seal are compared each other.
The analysis results show that static characteristics are strongly dependent on the groove design parameters. Especially, the combination of groove depth ratio and groove width ratio is an affective groove design parameter. The spiral groove shows better performance than step pocket groove and deep straight groove.
회전축 시일은 하우징과 하우징을 통과하는 회전축 사이를 매우 작은 틈새로 유지하면서 작동 유체의 누설을 방지하는 정밀 기계 요소이다. 그 중 미케니컬 시일은 구조가 단순하고 밀봉 성능이 우수하여 유체의 정밀한 누설 제어가 요구되는 영역에 광범위하게 사용되고 있다. 현대 산업 분야에서는 회전축의 직경이 크고 작동 유체가 고온, 고압에서 밀봉되어야 하는 경우가 빈번하기 때문에, 이렇게 혹독한 환경에서 사용되는 미케니컬 시일의 성능 및 안정성 확보를 위해서는 높은 수준의 설계 및 제작 기술이 요구된다. 이러한 이유로 현재 미케니컬 시일과 관련한 많은 연구가 이루어지고 있다.
본 논문에서는 그루브의 형상에 따른 비접촉식 미케니컬 시일의 성능을 연구하기 위해 수치해석이 수행되었다. 유한체적법을 사용하여 정적, 동적 성능을 계산하였다. 스파이럴 그루브, 스텝 포켓 그루브, 깊은 직선 그루브를 가지는 미케니컬 시일의 성능들을 수립된 성능비교 방법을 통해 서로 비교 하였다.
성능해석결과 정특성은 그루브 디자인 변수에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 특히, 그루브 깊이비와 그루브 폭비의 조합이 가장 영향력 있는 변수로 밝혀졌다. 그리고 스파이럴 그루브가 스텝 포켓 그루브와 깊은 직선 그루브보다 더 좋은 성능을 보임을 알 수 있었다.