メカニカルシールは、さまざまなシール問題を解決できます。ここでは、メカニカルシールの汎用性の高さと、今日の産業分野におけるその重要性を示すいくつかの例をご紹介します。
1. 乾燥粉末用リボンブレンダー
乾燥粉末を使用する場合、いくつかの問題が生じます。主な理由は、湿式潤滑剤を必要とするシール装置を使用すると、粉末がシール部分周辺に詰まる可能性があるためです。この詰まりはシール工程に致命的な影響を与える可能性があります。解決策は、窒素または圧縮空気で粉末を洗い流すことです。こうすることで、粉末が問題となることはなくなり、詰まりも発生しなくなります。
窒素を使用する場合でも圧縮空気を使用する場合でも、空気の流れが清浄で安定していることを確認してください。圧力が低下すると、粉末が充填材とシャフトの接合部に接触する可能性があり、空気の流れによる効果がなくなってしまいます。
2019年1月号の「Pumps & Systems」誌で紹介された製造技術の新たな進歩は、電気黒鉛の露出部分を化学気相反応によって炭化ケイ素に変換するシリコン化黒鉛材料を製造するものである。シリコン化された表面は金属表面よりも耐摩耗性に優れており、化学反応によってサイズが変化しないため、このプロセスによって材料を複雑な形状に加工することが可能となる。
インストールに関するヒント
粉塵の発生を抑えるため、ガスケットキャップを固定するための防塵カバー付きの排出バルブを使用してください。
パッキンググランドにランタンリングを使用し、混合工程中は少量の空気圧を維持することで、粒子がスタッフィングボックスに侵入するのを防ぎます。これにより、シャフトの摩耗も防止できます。
2. 高圧回転シール用フローティングバックアップリング
バックアップリングは、一般的にプライマリーシールまたはOリングと組み合わせて使用され、Oリングの押し出しによる影響を軽減する役割を果たします。バックアップリングは、高圧回転システムや、大きな押し出しギャップが存在する場合に最適です。
システム内の高圧により、シャフトのずれや部品の変形といったリスクが生じます。しかし、高圧回転システムにおいてフローティングバックアップリングを使用することは、横方向のシャフトの動きに追従し、使用中に部品が変形しないため、優れた解決策となります。
インストールに関するヒント
これらの高圧システムにおけるメカニカルシールに関する主要な課題の一つは、押し出しによる損傷を最小限に抑えるために、可能な限り小さな押し出しギャップを実現することです。押し出しギャップが大きいほど、時間の経過とともにシールへの損傷が深刻化する可能性があります。
もう一つ重要なのは、たわみによって生じる押出ギャップでの金属同士の接触を避けることです。このような接触は、熱による摩擦を招き、最終的にメカニカルシールを弱め、押出に対する抵抗力を低下させる可能性があります。
3. ラテックス製二重加圧シール
従来、機械式ラテックスシールの最大の問題点は、熱や摩擦にさらされると固化してしまうことでした。ラテックスシールが熱にさらされると、水分が他の粒子から分離し、乾燥してしまいます。シール材のラテックスが機械式シール面間の隙間に入り込むと、摩擦やせん断力にさらされます。これにより凝固が起こり、シール性能に悪影響を及ぼします。
簡単な解決策としては、内部にバリア液が形成される二重加圧式メカニカルシールを使用することです。ただし、圧力による歪みでラテックスがシールを透過する可能性は依然としてあります。この問題を確実に解決するには、フラッシングの方向を制御するスロットル付きのダブルカートリッジシールを使用することです。
インストールに関するヒント
ポンプが正しく位置合わせされていることを確認してください。シャフトの振れ、始動時のたわみ、配管の歪みなどがあると、位置合わせが狂い、シールに負担がかかります。
メカニカルシールを取り付ける際は、必ず付属の取扱説明書をよく読んで、初回から正しく取り付けるようにしてください。そうしないと、シールが固着してプロセスに悪影響を及ぼす可能性があります。シールの有効性を損ない、予期せぬ結果を招くような些細なミスは、意外と簡単に起こり得るのです。
シール面に接触する流体膜を制御することで、メカニカルシールの寿命を延ばすことができ、二重加圧シールはその制御を可能にする。
二重加圧シールを設置する際は、必ず環境制御システムまたはサポートシステムを設置し、2つのシール間に流体バリアを設けてください。通常、潤滑油となる液体はタンクから配管を通して供給されます。安全な運転と適切な封じ込めのため、タンクには液面計と圧力計を取り付けてください。
4. 電気自動車用特殊Eアクスルシール
電気自動車のeアクスルは、エンジンとトランスミッションの機能を兼ねています。このシステムの密閉性を確保する上での課題の一つは、電気自動車のトランスミッションがガソリン車のトランスミッションよりも最大8倍も高速で動作することであり、電気自動車の技術が進歩するにつれて、その速度はさらに向上する可能性が高いことです。
従来の電動アクスル用シールは、回転速度が毎秒約100フィートに制限されていました。そのため、電気自動車は1回の充電で短距離しか走行できませんでした。しかし、新たに開発されたポリテトラフルオロエチレン（PTFE）製のシールは、実際の走行状況を模した500時間の加速負荷サイクル試験をクリアし、毎秒130フィートの回転速度を達成しました。さらに、このシールは5,000時間の耐久試験も実施されました。
試験後のシール部の詳細な検査の結果、シャフトやシールリップに漏れや摩耗は見られなかった。さらに、摺動面の摩耗もほとんど目立たなかった。
インストールに関するヒント
ここで言及したシールはまだ試験段階であり、広く普及する準備は整っていません。しかし、モーターとギアボックスの直接結合は、すべての電気自動車においてメカニカルシールに関する課題を提起します。
より具体的に言うと、モーターは乾燥状態を保ちつつ、ギアボックスは潤滑状態を維持する必要があります。これらの条件を満たすためには、信頼性の高いシールを見つけることが不可欠です。さらに、設置業者は、摩擦を低減しながら、eアクスルが毎分130回転を超える回転数（現在の業界標準）で走行できるシールを選択することを目指す必要があります。
メカニカルシール：安定した運転に不可欠
ここで概説したように、用途に合った適切なメカニカルシールを選ぶことは、結果に直接影響します。さらに、最適な設置方法を熟知することで、落とし穴を避けることができます。
投稿日時：2022年6月30日