メカニカルシールは、回転軸が固定ハウジングを通過するシステム内で流体を封じ込める基礎として、回転機器の機能性と寿命に重要な役割を果たします。漏れ防止効果で知られるメカニカルシールは、ポンプからミキサーまで、様々な産業用途に不可欠な要素です。その分類は、設計特性、使用材料、動作条件など、数多くのパラメータによって微妙に異なります。この記事では、メカニカルシールの分類の複雑さを深く掘り下げ、利用可能なタイプを明確に区別し、それぞれが特定の機能にどのように適しているかを明らかにします。これらのコンポーネントへの理解を深めたいエンジニアや業界の専門家、あるいはニーズに適したシールを選択しようとしている人にとって、この分野の探求は不可欠です。メカニカルシールの多様な分類と、それぞれの分類が産業オペレーションに及ぼす影響について解説しながら、メカニカルシールの複雑な世界を共に紐解いていきましょう。
設計上の特徴による分類
プッシャー型メカニカルシール
メカニカルシールは、様々な産業機器において流体の封じ込めと漏れ防止に不可欠な部品です。これらのシールの中でも、プッシャー型メカニカルシールは重要なカテゴリーです。これらのシールは、動的な二次シール要素（通常はOリングまたはVリング）を介してシール面との接触を維持する能力を特徴としています。プッシャー型シールが他のシールと異なる点は、その適応性です。運転中の摩耗や位置ずれを補正し、二次シールをシャフトまたはスリーブに沿って「押し出す」ことで、シールの完全性を維持します。
その利点の一つは、シール面の摩耗やシール室の圧力変動に対して、効率を損なうことなく調整できることです。この調整機能により、こうした変化が頻繁に発生する用途に適しており、機器の寿命と信頼性を向上させます。
ただし、固有の制限として、高圧条件下では、適切に設計またはサポートされていない場合、二次シールがポンプハウジングのシャフトと固定部品の間の隙間に押し出されるリスクがあります。
したがって、プッシャータイプのメカニカルシールは、中程度の用途では適応性と耐久性のバランスを保ちますが、高圧のシナリオでは継続的なパフォーマンスと安全性を確保するために慎重な考慮が必要です。
非プッシャー型メカニカルシール
非プッシャー型メカニカルシールは、シール面の接触を維持するためにシャフトまたはスリーブに沿って軸方向に移動する動的な二次シール要素を使用せずに動作する、独特なカテゴリーのシーリングソリューションです。これらのシールは、ベローズやその他の弾性構造などの部品を含む設計上の固有の柔軟性により、摩耗や位置ずれを補正するように設計されています。
非プッシャーシールでは、シール面を外部機構で押し付けるのではなく、ベローズユニットの弾性によってシールの完全性が維持されます。この特性により、シール面に過度の負荷をかけることなく、エンドプレイやランアウトを効果的に吸収できるため、さまざまな運転条件において、より一貫性と信頼性の高いシール性能を実現します。
これらのタイプのシールは、シャフトやスリーブに引っ掛かりや摩耗を引き起こす可能性のある動的なOリングがないため、摩擦と摩耗を最小限に抑えることが不可欠な状況で特に効果的です。また、可動部品の間に異物が挟まりにくいため、汚染防止の面でも大きなメリットがあり、これは純度が最優先される産業において非常に重要です。
プッシャー型機構がないため、このクラスのメカニカルシールは、高速用途や、従来のOリングやウェッジ部品では劣化の恐れがある腐食性流体や高温流体を扱う用途に最適です。過酷な条件にも耐える構造的な弾力性により、非プッシャー型メカニカルシールは多くの現代の産業用途に不可欠な存在となっています。
バランスシール
メカニカルシールの分野において、バランスシールは、シール面全体に油圧力を均等に分配する高度な能力で際立っています。アンバランスシールは面負荷が高く、そのため限られた圧力変動しか処理できない傾向がありますが、バランスシールは高圧を効率的に管理できるように特別に設計されています。これは、シールの形状や幾何学的形状を工夫することで、シール面の両側の圧力を均等化することで実現されます。
このバランスにより、圧力によるシール面の変形が最小限に抑えられ、過度の発熱と摩耗が低減されるため、シール寿命が延長します。また、温度と流体圧力の作動範囲が広くなります。その結果、バランスの取れたメカニカルシールは、要求の厳しい用途において、一般的に信頼性と汎用性が向上します。ポンプ装置内での大きな軸方向および半径方向の動きに対応しながら、完璧なシール性能を維持する能力に基づいて選定されます。
このテーマについて議論していくと、バランス型とアンバランス型のどちらを選択するかは、圧力制限、流体特性、機械的制約といったアプリケーションの特性に大きく左右されることが明らかになります。バランス型シールは、過酷な環境下において優れた性能を発揮します。過酷な環境では、高い熱・圧力ストレス下でも信頼性が求められるだけでなく、運用の成功に不可欠な要素となります。
アンバランスシール
アンバランス型メカニカルシールは、シール面がポンプまたは保護対象装置の全圧力にさらされる基本的な設計です。これらのシールは、通常は回転軸に取り付けられた片面を固定面に押し付け、スプリング機構によって接触を維持するための力を加えることで機能します。システム内の圧力はこの力に寄与しますが、一定の限度を超えると有害となる可能性があります。過度の圧力は、シール面の変形や過度の摩耗を引き起こす可能性があります。
アンバランスシールの主な特徴は、流体圧力に比例して閉鎖力が増加することです。低圧アプリケーションでは効率的ですが、アンバランスシールには明確な限界があります。高圧条件下では、他の設計と比較して漏れが増加し、動作寿命が短くなるため、信頼性の問題が発生する可能性があります。
アンバランス型メカニカルシールは、通常、圧力が中程度で変動の少ない環境で最適に機能します。シンプルな設計と優れたコスト効率により、様々な産業において、日常的な機械のシーリングニーズを満たすために広く採用されています。アンバランス型シールの選定にあたっては、最適な性能と長寿命を確保するために、圧力、温度、シール対象流体の性質といった動作条件を慎重に検討する必要があります。
配置と構成による分類
単動式メカニカルシール
工業用シーリングソリューションの分野では、シングルメカニカルシールポンプやミキサーなどの回転機器からの流体漏れを防止するために設計された重要な部品です。このタイプのシールは、シール面の組み合わせが1つであることから、一般的に「単動式」または単に「シングル」メカニカルシールと呼ばれます。
シングルメカニカルシールの主な特徴は、固定面と回転面がそれぞれ1つずつあることです。これらの面は、1つのスプリング（または複数の小型スプリング）によって押し付けられ、ポンプシャフト部からの流体の漏れを防ぐ主要なシール面を形成します。
シングルメカニカルシールは、プロセス流体がそれほど腐食性や危険性がない用途で広く採用されています。それほど過酷な条件下では良好に機能し、シール要件を満たす経済的な選択肢を提供し、最小限のメンテナンスで信頼性を確保します。
両面の材質選定は、取り扱う媒体との適合性、耐久性、そして効果にとって不可欠です。一般的な材質としては、カーボン、セラミック、炭化ケイ素、炭化タングステンなどが挙げられます。二次シール部品には通常、NBR、EPDM、Viton®、PTFEなどのエラストマーが使用され、様々な使用条件に対応するために様々な構成で使用されます。
さらに、このクラスのシールは設置手順が簡単です。複雑なマルチシール構成に比べて設計がシンプルなため、単一のメカニカルシールは機器ハウジング内で必要なスペースが少なくて済みます。このコンパクトさは、古い機器の改造やスペースに制約のある環境での設置に有利です。
ただし、シングルシールは、バッファ システムがない場合、プロセス流体と大気の間に 1 つのバリアしか提供しないため、追加の安全対策が必須となる、有毒または反応性の高い流体を伴う高リスクのアプリケーションには適さない可能性があります。
シングル（作動）メカニカルシールは、コスト効率と幅広い標準用途への十分な性能適合性から、多くの業界で依然として広く普及しており、多くのエンジニアリングプロセスにおける基本的なソリューションとなっています。特定の条件に合わせて適切なシールを選択し、適切なメンテナンスを長期にわたって継続的に実施することで、これらのシール機構は信頼性の高い動作を提供し、流体漏れに伴うリスクを軽減することができます。
ダブル（作動）メカニカルシール
ダブル（アクティング）メカニカルシール（デュアルまたはタンデムメカニカルシールとも呼ばれる）は、シングルシールでは不十分な要求の厳しいシーリング用途に対応するために設計されています。漏れに対するセキュリティをさらに強化し、危険物質、毒性物質、または高価な流体を扱うプロセスにおいて、封じ込めが極めて重要である場合によく使用されます。
これらのシールは、機能と設計要件に応じて、背中合わせまたは対面に配置された2つのシール面で構成されています。2組のシール面間の空間は通常、バッファ流体またはバリア流体システムによって潤滑および制御されます。この流体は、アプリケーションのニーズに応じて加圧または非加圧にすることができ、潤滑剤として機能すると同時に、漏れ防止のもう1つの層としても機能します。
ダブルメカニカルシールの利点は、プロセス流体が環境中に放出されるのを防ぐ能力です。一次シールが故障した場合、二次シールが代替となり、メンテナンスが行われるまで流体を封じ込めます。さらに、これらのシールは極端な圧力差下でも動作し、シングルシールに比べて振動やシャフトのずれの影響を受けにくいです。
ダブルメカニカルシールは、2つのシール間の環境を制御するために、リザーバー、ポンプ、熱交換器、そしてバリア流体を使用する場合はレベルスイッチやゲージなど、より複雑な補助システムを必要とします。その設計は安全性への懸念が高い状況にも対応できる一方で、設置手順とメンテナンス手順に関する十分な理解が求められます。このような複雑さにもかかわらず、ダブルメカニカルシールは極限条件下でも高い信頼性を発揮するため、化学処理、石油・ガス生産、医薬品製造など、多くの産業分野で不可欠な存在となっています。
機械の種類による分類
ゴム製ダイヤフラムシール
ゴム製ダイヤフラムシールは、設計対象となる機械の種類によって分類されるメカニカルシールの中でも、独自のカテゴリーに属します。これらのシールは主に低圧・低温度条件下で使用され、一般的な流体シール用途や非侵襲性の流体シール用途に最適です。
ゴム製ダイヤフラムシールを他の種類のシールと区別する主な特徴は、弾性ダイヤフラム（通常はゴムまたはゴム類似材料で作られる）を使用していることです。この弾性ダイヤフラムは柔軟性を備え、シール面間の位置ずれや摩耗などのばらつきを補正します。この柔軟なダイヤフラムはアセンブリの回転部分に取り付けられ、軸方向に移動することで固定面との接触を維持し、複雑な機構に頼ることなく動的なシールを実現します。
ゴム製ダイヤフラムシールは、そのシンプルさと弾力性により、機械内部の動きや歪みによって他のシールが機能しにくい状況に適しています。凹凸への追従性は、シールの完全性を高めるだけでなく、寿命と信頼性も向上させます。ポンプ、コンプレッサー、回転機器などに多く使用され、設置とメンテナンスが容易なため、実用性も向上しています。
これらの特性によりゴム製ダイヤフラムシールは多用途に使用できますが、その用途範囲は使用されるエラストマーの特性によって制限される点に留意する必要があります。化学的適合性、剛性、耐熱性、そして様々な環境条件下での経年劣化といった変数は、これらのシールの有効性と耐用年数を決定づける重要な要素となります。
要約すると、ゴム製ダイヤフラムシールは、機器の性能を維持しながら、流体の漏れに対する効果的なシールを維持する上で、変動への適応性が重要な役割を果たす特定の機械用途に合わせてカスタマイズされた機能的なソリューションを提供します。
ゴムベローズシール
ゴムベローズシールは、ポンプやミキサーなどの回転機器内で流体を封じ込めるメカニカルシールの一種です。このシールは、シャフトのミスアライメント、たわみ、エンドプレイを柔軟に吸収する弾性ゴムベローズ要素を組み込んでいます。ゴムベローズメカニカルシールの設計原理は、ベローズを面接触を維持するスプリングとしてだけでなく、動的なシール部品としても活用することです。
ベローズの持つ柔軟性は、シール面に過度の応力を与えることなく軸方向の動きの変動を補正します。これは、運転中のシール面の完全性を維持するために不可欠です。さらに、これらのシールは、プロセス流体の汚染物質によって目詰まりする可能性のある外部スプリングを必要としないため、スラッジや固体粒子を含む流体を扱う用途に特に効果的です。
耐久性に関しては、ゴムベローズシールは様々なエラストマー材料との適合性により、多くの化学物質に対して優れた耐性を示します。そのため、特定の用途に適したゴムベローズシールを選定する際には、化学物質の適合性と動作温度の両方を考慮することが不可欠です。
シンプルな設計のため、他のメカニカルシールに比べて部品数が少なく、組み立てミスや複雑な動作条件による故障の発生を抑えることができます。また、精密な位置合わせや調整を必要とする複雑な部品が少ないため、設置が容易でコスト効率も向上します。
まとめると、ゴムベローズシールは、位置ずれの問題や微粒子を含んだ流体など、様々な環境下において、その適応性と堅牢性において際立った性能を発揮します。シールの信頼性を損なうことなく、様々な動作ダイナミクスに対応できるため、効率的な流体封じ込めソリューションが求められる様々な産業用途において、理想的な選択肢となります。
Oリングマウントシール
Oリングマウントシールは、Oリングを主要なシール要素として使用するメカニカルシールの一種です。このOリングは通常、シールの外径に取り付けられ、2つの部品を接合することで必要なシール力を提供するように設計されています。これらのシールは、中程度から高圧の圧力がかかる様々な機械に広く使用されており、様々な化学的環境や温度に耐えられることが求められます。
これらのシールに使用されるOリングは、ニトリル、シリコーン、フッ素エラストマーなど、様々なエラストマー材料から製造可能です。材料は、シールする流体との適合性や動作条件に基づいて選定されます。Oリングの材質選択の柔軟性により、特定の産業要件に合わせたカスタマイズされたソリューションを提供できます。
Oリングマウントシールは、他のシールに比べて様々な利点を備えています。シンプルな設計のため、取り付けが容易です。エラストマーOリングは表面の凹凸によく追従し、圧力や温度が変化する環境下でも信頼性の高い性能を発揮するため、効果的なシール性能を発揮します。Oリングマウントシールは動的な性質を持つため、軸方向の動きが生じる可能性のある回転軸用途に適しています。
ポンプ、ミキサー、撹拌機、コンプレッサーなど、半径方向のスペースが限られているものの信頼性の高いシール性能が求められる機器によく使用されます。メンテナンス手順は通常、摩耗したOリングの交換のみで済むため、継続的な機械稼働を必要とする施設において、運用効率の維持とダウンタイムの最小化に貢献しています。
全体として、この分類のメカニカル シールは、流体の封じ込めを確実にし、プロセス産業において経済的損失と潜在的な安全上の危険の両方を引き起こす可能性のある漏れを防止する上で重要な役割を果たします。
結論は
メカニカルシールの複雑な世界において、私たちは様々な分類を探求してきました。それぞれのシールは、特定のシール要件と動作条件を満たすように設計されています。カートリッジシールのシンプルさからミキサーシールやアジターシールの堅牢性まで、バランスシールの精度からアンバランスシールの耐久性まで、そしてシングルシールからダブルシールまで、私たちの探求を通して、あらゆる機械の鼓動にぴったりのシールがあることがわかりました。
メカニカルシールは、その用途が多岐にわたるにもかかわらず、漏れを防ぐ番兵として、その堅牢なエンジニアリングによって機械と環境の両方を守ります。高圧力下でも腐食性物質の影響を受ける場合でも、これらのシールは、分類が単なる分類にとどまらないことを示しています。それは、その力とミッションを一致させることです。
機械が操業の生命線であるなら、適切なシールを選ぶことは、その健全性と効率性を維持するために不可欠です。お客様のニーズにぴったり合ったメカニカルシールをお選びいただき、機器の健全性を守ってください。
投稿日時: 2023年12月13日