メカニカルシールは、回転機器の機能と寿命において重要な役割を果たし、回転シャフトが固定ハウジングを通過するシステム内に流体を封じ込めるための基礎として機能します。メカニカルシールは漏れ防止の有効性が認められており、ポンプからミキサーに至るまでのさまざまな産業用途に不可欠な部品です。それらの分類は微妙であり、ほんの数例を挙げると、設計特性、使用される材料、動作条件などの多数のパラメータに依存します。この記事では、メカニカル シールの分類の複雑さを掘り下げ、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について理解を深めたいエンジニアや業界の専門家、またはニーズに適したシールを選択したいと考えているエンジニアや業界の専門家にとって、この分野の探求は不可欠であることがわかります。メカニカル シールの複雑な世界を解き明かしながら、メカニカル シールのさまざまな分類と、それぞれが産業運営に与える影響について説明します。
設計上の特徴による分類
プッシャータイプメカニカルシール
メカニカルシールは、流体を確実に封じ込めて漏れを防ぐ、さまざまな産業機器の重要なコンポーネントです。これらのシールの主要なカテゴリは、プッシャー タイプのメカニカル シールです。これらのシールは、動的二次シール要素 (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できることが特徴です。プッシャータイプのシールが他のシールと異なるのは、その適応性です。シャフトまたはスリーブに沿って二次シールを「押す」ことで動作中の摩耗や位置ずれを補正し、シールの完全性を維持します。
それらの利点の 1 つは、有効性を損なうことなく、面の摩耗やシール チャンバーの圧力の変化を調整できることです。この調整機能により、このような変更が頻繁に行われる用途に適しており、機器の寿命と信頼性が向上します。
ただし、固有の制限として、適切に設計またはサポートされていない場合、高圧条件下で二次シールがポンプ ハウジングのシャフトと固定部分の間の隙間に押し出される危険性があります。
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が取れていますが、高圧シナリオでは継続的な性能と安全性を確保するために慎重な考慮が必要です。
ノンプッシャータイプメカニカルシール
非プッシャータイプの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二次シール要素を使用せずに動作する、シールソリューションの別個のカテゴリです。これらのシールは、ベローズやその他の弾性構造などのコンポーネントを含む設計の固有の柔軟性によって、摩耗や位置ずれを補償するように設計されています。
ノンプッシャーシールでは、シール面を互いに押す外部機構ではなく、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。この機能により、シール面に過剰な負荷を伝達することなくエンドプレイと振れに効果的に対応できるため、さまざまな動作条件においてより安定した信頼性の高いシールが得られます。
これらのタイプのシールは、シャフトやスリーブに潜在的なハングアップや摩耗を引き起こす動的 O リングがないため、摩擦や摩耗を最小限に抑えることが重要な状況で特に有益です。また、可動部品間に破片が入り込みにくいため、汚染を回避するという点でも大きな利点があり、これは純度が優先される産業では極めて重要です。
プッシャータイプの機構がないため、このクラスのメカニカルシールは、高速用途や、従来の O リングやウェッジコンポーネントを劣化させる可能性のある腐食性流体や高温流体を使用する用途に最適です。過酷な条件に対する構造の回復力により、ノンプッシャータイプのメカニカルシールは多くの現代の産業活動に不可欠なものとなっています。
バランスシール
メカニカルシールの分野では、バランスシールはシール面全体に油圧力を均等に分散する高度な機能で際立っています。面荷重が大きくなる傾向があるため、限られた圧力変動にしか対処できないアンバランス型シールとは異なり、バランス型メカニカルシールは、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、シール界面の両側の圧力を均等化できるようにシールの形状または幾何学的形状を変更することによって達成されます。
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、過剰な発熱と摩耗が軽減されて寿命が延びます。また、温度と流体圧力のより広い動作範囲も可能になります。その結果、バランスの取れたメカニカルシールは、通常、要求の厳しい用途においてより信頼性が高く、多用途に使用できます。これらは、完璧なシール性能を維持しながら、ポンプ装置内の大幅な軸方向および半径方向の動きに対応できる能力に基づいて選択されています。
このテーマについて議論すると、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、機械的制約などのアプリケーションの仕様に大きく左右されることが明らかになります。バランスシールは、重大な熱応力および圧力応力下での信頼性が単に好ましいだけでなく、運用の成功に不可欠である過酷な環境において模範的な役割を果たします。
アンバランスシール
アンバランスメカニカルシールは、シール面がポンプまたは保護対象のデバイス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、通常は回転シャフトに取り付けられている一方の面を、接触を維持するために力を加えるバネ機構によって静止面に押し付けることによって機能します。システム内の圧力はこの力に寄与しますが、一定の限界を超えると有害になる可能性もあります。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、閉じる力が流体圧力に比例して増加することです。アンバランスシールは低圧用途では効率的ですが、明確な限界があります。高圧条件下で動作する場合、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に信頼性の問題が発生する可能性があります。
アンバランスメカニカルシールの理想的な用途は、通常、圧力が適度で大きく変動しない環境で見られます。シンプルな設計と費用対効果の高さにより、日常の機械のシーリングの数多くのニーズに対応するために、さまざまな業界で普及し続けています。アンバランスシールを指定する場合は、最適な性能と寿命を確保するために、圧力、温度、シールされる流体の性質などの動作条件を慎重に考慮する必要があります。
配置と構成による分類
シングル (作動) 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コンポーネントです。このタイプのシールは、1 つのシール面の組み合わせを特徴とする設計のため、一般に「単動」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、1 つの固定面と 1 つの回転面を備えていることです。これらの面は、単一のバネまたは複数の小さなバネのいずれかであるバネによって互いに押し付けられ、ポンプ シャフト領域を通って流体が漏れるのを制限する主要なシーリング インターフェイスを形成します。
シングルメカニカルシールは、プロセス流体が過度に攻撃的または危険ではない用途で広く使用されています。それほど要求の厳しい条件下でも良好に動作し、シール要件に対応する経済的なオプションを提供し、最小限のメンテナンスで信頼性を確保します。
両面の素材の選択は、取り扱うメディアとの互換性、寿命、効果のために不可欠です。一般的な材料には、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含まれます。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含まれており、さまざまな使用条件に対応するためにさまざまな構成で使用されます。
さらに、このクラスのシールは取り付け手順が簡単です。単一のメカニカルシールは、より複雑なマルチシール構成に比べて設計が単純であるため、機器のハウジング内に必要なスペースが少なくなります。このコンパクトさは、古い機器を改造したり、空間に制約がある環境で有利になる可能性があります。
ただし、シングルシールは緩衝システムが設置されていないため、プロセス流体と大気の間にバリアを 1 つだけ提供するため、追加の安全対策が不可欠となる有毒または高反応性の流体を含むリスクの高い用途には適さない可能性があります。
通常、コスト効率と幅広い標準アプリケーションに対する適切なパフォーマンスの適合性により、依然として多くの業界で普及しています。単一の（動作する）メカニカル シールは、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を表します。特定の条件に合わせて適切に選択し、適切なメンテナンス手順を長期間にわたって一貫して遵守することで、これらのシール機構は、流体漏れに関連するリスクを軽減しながら、信頼性の高い動作を提供できます。
ダブル（作動）メカニカルシール
ダブル（作用）メカニカル シールはデュアルまたはタンデム メカニカル シールとも呼ばれ、単一の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できるように設計されています。これらは漏れに対する追加のセキュリティ層を提供し、通常、封じ込めが重要な危険、有毒、または高価な流体を扱うプロセスで使用されます。
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の向きに配置された 2 つのシール面で構成されます。 2 組のシール面の間の空間は、通常、緩衝液またはバリア流体システムによって潤滑され、制御されます。この流体は用途のニーズに応じて加圧または非加圧が可能で、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に放出されるのを防止できることです。一次シールが故障した場合、メンテナンスが実施できるまで二次シールが引き継いで封じ込めを維持します。さらに、これらのシールは極端な差圧下でも機能し、単一シールに比べて振動やシャフトの位置ずれによる影響が少なくなります。
ダブルメカニカルシールには、2 つのシール間の環境を制御するためのより複雑な補助システム (リザーバ、ポンプ、熱交換器、バリア流体が使用されている場合はレベルスイッチやゲージなど) が必要です。その設計により、安全性がより高い懸念がある状況に対処できますが、設置手順とメンテナンス方法についての完全な理解が必要です。この複雑さにも関わらず、ダブルメカニカルシールは極端な条件下でも信頼性があるため、化学処理、石油・ガス生産、医薬品製造などの多くの産業分野で不可欠なものとなっています。
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、設計対象の機械の種類によるメカニカル シールの分類において、明確なカテゴリを表します。これらのシールは、主に低圧および温度条件が普及している場所で使用され、一般的で非攻撃的な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タイプ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のような材料で作られています）を使用していることです。これにより、柔軟性が得られ、シール面間の位置ずれや摩耗などの変動が補償されます。この柔軟なダイヤフラムはアセンブリの回転部分に固定されており、軸方向に移動して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シールを形成します。
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、他のタイプのシールでは機械内の動きや歪みによって妨げられるような状況に適しています。凹凸に追従する能力により、シールの完全性が強化されるだけでなく、寿命と信頼性も向上します。通常、ポンプ、コンプレッサー、回転機器に使用されるこれらのシールは、取り付けとメンテナンスが容易であり、実用的な魅力がさらに高まります。
これらの特性によりゴム製ダイアフラムシールは多用途に使用できますが、その適用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ことを考慮する必要があります。化学的適合性、剛性、温度耐性、さまざまな環境条件下での経年変化などの変数が、これらのシールの有効性と耐用年数を決定する重要な要素です。
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
ゴム製ベローズシールは、ポンプやミキサーなどの回転機器内に流体を封じ込めるのに役立つメカニカルシールの一種です。これらのシールには、シャフトの位置ずれ、たわみ、エンドプレイに対応する柔軟性を提供する弾性ゴム製ベローズ要素が組み込まれています。ゴム製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ためのバネとして、また動的シールコンポーネントとして使用することを中心に展開されています。
ベローズ本来の柔軟性により、シール面に過度の応力を加えることなく軸方向の動きの変動を補償します。これは、動作中のシール面の完全性を維持するために重要です。さらに、これらのシールにより、プロセス流体の汚染物質で詰まる可能性のある外部スプリングが不要になります。したがって、スラッジや固体粒子を含む流体が関与する用途で特に有益です。
耐久性に関して言えば、ゴム製ベローズシールは、さまざま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、特定の用途向けにゴム製ベローズ シールを選択する場合は、化学的適合性と動作温度の両方を考慮することが不可欠です。
通常、その単純な設計により、他のメカニカル シール タイプに比べて部品点数が少なく、組み立てミスや複雑な動作条件によって引き起こされる故障が減少する傾向があります。このシンプルさは、正確な位置合わせや調整を必要とする複雑な部品が多くないため、設置の容易さと費用対効果にも貢献します。
要約すると、ゴム製ベローズ シールは、位置ずれの問題や微粒子を含んだ流体を伴うさまざまな環境において、その適応性のある機能と堅牢な性能で際立っています。シールの信頼性を犠牲にすることなく、さまざま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を必要とするさまざまな産業用途において模範的な選択肢となります。
Oリング付きシール
O リング取り付けシールは、主要なシール要素として O リングを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 つのコンポーネント間のインターフェイスによって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、中圧から高圧がかかるさまざまな機械で一般的であり、さまざまな化学環境や温度に耐えることができなければなりません。
これらのシールの O リングは、ニトリル、シリコーン、フルオロエラストマーなどのさまざまなエラストマー材料から製造でき、それぞれシールされる流体との適合性や動作条件に基づいて選択されます。 O リングの材料選択の多様性により、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が可能になります。
応用において、O リング取り付けシールは他のタイプのシールに比べていくつかの利点をもたらします。通常、設計がシンプルであるため、取り付けが簡単です。効果的なシール機能は、表面の欠陥によく適合するエラストマー O リングによって提供され、圧力や温度が変化しても信頼性の高い性能を発揮します。 O リング取り付けシールの動的な性質により、軸方向の動きが発生する可能性のある回転シャフト用途に適しています。
これらは、ポンプ、ミキサー、撹拌機、コンプレッサー、および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必要なその他の機器でよく使用されます。通常、メンテナンス手順には摩耗した O リングの簡単な交換が含まれ、これが稼働効率を維持し、機械の連続稼働に依存する施設内のダウンタイムを最小限に抑えるという点で O リングの人気に貢献しています。
全体として、メカニカル シールのこの分類は、流体の封じ込めを確保し、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、私たちは分類の迷路を旅してきました。各分類は、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およびアジター シールの堅牢さまで、バランスのとれたシールの精度からアンバランスなシールの弾力性まで、シングル構成からダブル構成まで、私たちの調査により、あらゆる機械の鼓動に適したシールがあることが明らかになりました。
メカニカル シールはその用途が多様であるのと同様に、漏れに対する番兵として機能し、設計された堅牢さで機械と環境の両方を守ります。計り知れない圧力下であっても、腐食性物質に翻弄されても、これらのシールは、分類が単なる分類を超えたものであり、筋肉を使命に適合させることであることを示しています。
機械が業務の生命線である場合、正しいシールを選択することは、機械の健全性と効率を維持するために不可欠です。カスタマイズされた装甲で機器の完全性を保護します。ニーズに直接応えるメカニカル シールを選択してください。
投稿日時: 2023 年 12 月 13 日