メカニカルシールを徹底解説：部品と種類を理解する

メカニカルシールは産業操業において非常に重要であり、回転軸に沿った流体漏れを防ぎます。その有効性により、操業効率が確保されます。さまざまなメカニカルシール部品に見られるものと同様バランス型メカニカルシールとアンバランス型メカニカルシールは不可欠です。中国のメカニカルシールメーカー提供するカスタムメカニカルシール設計サービス次のような要因を考慮するとメカニカルシールにおけるスプリングの種類.

主なポイント

• メカニカルシール回転軸からの液漏れを防ぎ、機械の正常な動作を維持します。
• 回転面、Oリング、スプリングなどのさまざまな部品が連携してメカニカルシールを構成し、漏れを防ぎます。
• 適切なメカニカルシールを選ぶには、サイズ、温度、取り扱う流体の種類などの要素を考慮する必要があります。

メカニカルシールの主要部品

理解するメカニカルシールの個々の構成要素洗練された設計と重要な機能が明らかになります。各部品は、漏れを防ぎ、回転機器の信頼性の高い動作を確保する上で不可欠な役割を果たします。

主要シール要素：回転面と固定面

メカニカルシールの中核を成すのは、主要なシール要素です。これらは、精密に設計された2つの面から構成されています。1つはシャフトと共に回転し、もう1つは固定されており、通常はポンプハウジングまたはグランドプレートに取り付けられています。これらの面が互いに押し合うことで、間に薄い流体膜が形成されます。この流体膜が面を潤滑し、プロセス流体の漏れを防ぎます。メーカーは、用途に応じた硬度、耐薬品性、熱伝導率などの要求に基づいて、炭化ケイ素、炭化タングステン、セラミック、カーボンなどの材料を慎重に選定します。

二次シール要素：Oリング、ガスケット、ベローズ

二次シール要素は静的シールを提供し、一次シール面の軸方向の動きを許容します。これらはシール部品と機器の筐体またはシャフト間の漏れを防ぎます。一般的なタイプには、Oリング、ガスケット、ベローズなどがあります。Oリングは特に汎用性が高く、さまざまな用途で効果的なシールを提供します。Oリングにはさまざまな材料が用意されており、それぞれ特定の条件に適しています。

• ニトリルゴム（ブナゴム、NBR）
• 水素化ニトリル（HNBR）
• フッ素樹脂（バイトン®、FKM）
• パーフルオロエラストマー（FFKM）
• エチレンプロピレン（EPM、EPDM）
• シリコーン（VMQ）
• フルオロシリコーン（FVMQ）
• ポリアクリレート（ACM）
• クロロプレン（CR、ネオプレン®）
• ブチルゴム（イソプレン、IIR）
• テトラフルオロエチレンプロピレン（AFLAS®）
• ポリウレタン（AU）

これらの材料は、それぞれ異なる耐熱性を示します。例えば、ニトリルOリング（NBRまたはブナN）は通常-31ºF～248ºFの温度範囲で使用されますが、バイトン®Oリング（フッ素樹脂）は400ºFまでの温度に耐えることができます。以下の表は、各種Oリング材料の一般的な耐熱温度範囲を示しています。

バネとメカニカルシールにおけるその役割

バネは、閉鎖に必要な力を提供する。これにより、主要なシール面が常に接触した状態を維持します。この力によって、圧力変動やわずかなシャフトの動きがあってもシールの完全性が保たれます。スプリングはシール面の摩耗を補償し、機器の起動時および停止時にシール面の接触を維持します。スプリングには、シングルコイル、マルチスプリング、ウェーブスプリングなど、さまざまな設計があり、それぞれ異なる運転条件に対して特有の利点を提供します。

グランドプレートとシールハウジング

グランドプレート（シールプレートまたはカバーとも呼ばれる）は、メカニカルシールの固定部品を機器に固定する役割を果たします。ポンプまたはミキサーのハウジングに直接ボルトで固定されます。シールハウジング（シールチャンバーとも呼ばれる）は、シールアセンブリ全体が収まる空間を提供します。これにより、シール部品の適切な位置合わせと保持が確保されます。このアセンブリには、シール環境の管理に役立つフラッシュラインや冷却液用のポートが設けられていることがよくあります。

シャフトスリーブおよびハードウェア部品

シャフトスリーブは、ポンプシャフトを摩耗や腐食から保護します。これは犠牲面として機能します。回転するシール部品は通常、このスリーブに接触して作動します。この設計により、高価で重要なポンプシャフトの摩耗や腐食を防ぎます。摩耗したシャフトスリーブを交換する方が、シャフト全体を交換するよりもはるかに簡単で費用対効果も高くなります。これにより、ポンプシャフトの耐用年数が延び、メンテナンスも容易になります。セットスクリュー、ドライブピン、ファスナーなどのその他のハードウェア部品は、シール部品をシャフトとグランドプレート内に固定し、アセンブリ全体が一体となって機能することを保証します。

メカニカルシールの分類：一般的な種類

メカニカルシールの様々な分類を理解することで、エンジニアは特定の産業課題に最適なソリューションを選択できるようになります。各タイプは、設計と動作原理に基づいてそれぞれ異なる利点を提供します。

プッシャー式メカニカルシールと非プッシャー式メカニカルシール

プッシャーメカニカルシールスプリングやベローズの力で一次シール面を固定されたシール面に押し付けることで、シール面同士の接触を維持します。二次シール（多くの場合Oリング）はシャフトやスリーブに沿ってスライドし、一次シール面が軸方向に移動して摩耗を補正します。しかし、研磨性流体や粘性流体を使用する用途では、堆積物によって二次シールが「引っかかり」、シール面が適切に接触しなくなることがあります。

一方、ノンプッシャー型メカニカルシールは、スライド式の二次シールを使用しません。代わりに、柔軟な金属またはゴム製のベローズが軸方向の力を加え、シール面同士を密着させます。この設計により、シールが引っかかる可能性が排除されるため、ノンプッシャー型シールは、汚れた流体、研磨性のある流体、または重合性流体を扱う用途に最適です。過酷な環境下でも高い信頼性を発揮します。

バランス型メカニカルシールとアンバランス型メカニカルシール

バランス型メカニカルシールとアンバランス型メカニカルシールの違いは、油圧がシール面に及ぼす影響の仕方にあります。アンバランス型シールでは、シール面全体が作動流体の油圧にさらされます。これにより、シール面に大きな閉鎖力が生じます。アンバランス型シールは設計がシンプルでコスト効率が良い場合が多いものの、一般的には低圧・低速での使用に適しています。過度の圧力は、シール面への負荷増大、発熱量の増加、早期摩耗につながる可能性があります。

バランス型メカニカルシールは、シール面にかかる油圧を低減する設計が特徴です。エンジニアはシール面の形状を調整することで、効果的に「バランス」状態を作り出します。この面への負荷低減により、バランス型シールは高圧・高速条件下でも安定した動作を実現します。発熱量と摩耗が少なく、過酷な用途におけるシールの寿命を延ばします。

コンポーネント式メカニカルシールとカートリッジ式メカニカルシール

コンポーネント型メカニカルシールは、機器のシャフトに取り付ける必要がある個々の部品で構成されています。取り付け作業者は、シールの作動長さを慎重に測定し、設定する必要があります。この方法は、材料選択の柔軟性が高く、特定の用途においてはより経済的となる場合があります。しかしながら、適切な機能を確保するためには精密な取り付けが求められ、取り付けミスが発生しやすいという欠点があります。

ビクター社などが提供するカートリッジ式メカニカルシールは、組み立て済みのユニットとして提供されます。シール面、セカンダリーシール、スプリング、そして多くの場合、シャフトスリーブとグランドプレートがすべて共通のスリーブに取り付けられています。この設計により、取り付けが大幅に簡素化され、エラーの可能性が低減され、ダウンタイムが最小限に抑えられます。技術者はカートリッジユニットをシャフトにスライドさせて機器にボルトで固定するだけです。このような取り付けの容易さと高い信頼性により、カートリッジシールは多くの業界で広く採用されています。

シングルメカニカルシールとデュアルメカニカルシール

シングルメカニカルシールは、プロセス流体を封じ込めるために1組の一次シール面を使用します。最も一般的なタイプであり、プロセス流体が十分な潤滑性を持ち、かつ危険物でない幅広い用途に適しています。費用対効果が高く、シンプルなシールソリューションを提供します。

デュアルメカニカルシールは、背中合わせ、タンデム、または面合わせに配置された2組の一次シール面を備えています。バリア流体がこれら2つのシール面の間を循環し、潤滑、冷却、および追加の封じ込め層を提供します。この設計は、特に重要な用途において、優れた安全性と信頼性を提供します。デュアルシールは、次のような用途で必要とされます。

• 危険な液体を密封する
• 研磨剤を含むシーリング液
• 腐食性液体の密封
• 一般的な用途
• 中～重負荷のスラリー塗布
• 石油パイプラインのポンプ輸送、水注入、ボイラー給水などの困難な用途
• 鉱業における過酷な環境

湿式運転メカニカルシールと乾式運転メカニカルシール

湿式メカニカルシールは、シール面間の液膜を利用して潤滑と冷却を行います。この液膜は、プロセス流体そのもの、または別のバリア流体を使用できます。従来のメカニカルシールのほとんどは湿式運転で動作し、液膜によってシール面の直接接触と摩耗が防止されます。適切な潤滑は、シールの寿命と性能にとって非常に重要です。

ドライランニングメカニカルシールは、シール面に液体潤滑剤を使用せずに作動します。摩擦と摩耗を最小限に抑えるため、自己潤滑性カーボンなどの特殊な材料が一般的に使用されます。これらのシールは、液体潤滑が望ましくない、または実用的でない特定の用途向けに設計されています。ドライランニングシールは、以下のような用途で使用されています。

• 化学産業：化学産業における用途、特に予測可能な性能と最小限の汚染が不可欠な用途に適しています。
• 化学処理：これらのシールは、化学処理における厳密に管理されたプロセス向けに設計されており、自己潤滑性カーボンシール面によって汚染を最小限に抑え、容易に入手可能な植物由来の窒素をバリア剤として利用しています。
• 湿式攪拌機シールのアップグレード：乾式シールは、信頼性の向上、監視の軽減、修理間隔の平均延長を目的として、古い湿式ミキサーおよび容器シールのアップグレードに使用されます。
• 不活性ガスバリアを必要とする環境：このような環境向けに設計されたドライランニングシールは、不活性窒素ガスバリアを使用することで、汚染を低減し、特にバッチプロセスにおける信頼性を向上させます。

先進的なメカニカルシールとその応用

先進的なメカニカルシールは、過酷な産業環境向けに特化したソリューションを提供します。これらの設計は、特定の課題に対応し、標準的なシールでは故障する可能性のある状況でも、信頼性の高い動作を保証します。

金属ベローズ式メカニカルシール

金属ベローズ式メカニカルシールは、過酷な条件下でも優れた性能を発揮します。従来のバネと二次シールに代わり、柔軟な金属ベローズユニットを採用しています。この設計により、引っかかりやフレッティング腐食の原因となることが多い動的Oリングが不要になります。金属ベローズ式シールは、高温環境、腐食性流体、研磨性スラリーを含む状況において優れた性能を発揮します。堅牢な構造により、長寿命と安定したシール性能を実現します。

ゴム製ベローズ式メカニカルシール

ゴムベローズ式メカニカルシールは、コスト効率が高く柔軟なシールソリューションを提供します。成形されたゴムベローズがバネ力を提供し、二次シール要素として機能します。この設計により、シャフトの大きなミスアライメントや振動にも対応できます。ゴムベローズシールは、ウォーターポンプや廃水処理など、汎用用途で広く使用されています。中程度の温度と圧力に効果的に対応し、過酷でない環境では信頼性の高い性能を発揮します。

マルチスプリングおよびウェーブスプリング式メカニカルシール

マルチスプリング式およびウェーブスプリング式メカニカルシールは、シール面への荷重と荷重分布を向上させます。マルチスプリング式は、シャフトの周囲に複数の小型スプリングを配置することで、シール面全体に均一な閉鎖力を実現します。ウェーブスプリング式は、コンパクトな代替品として、狭い軸方向スペースで高いスプリング力を発揮します。どちらのタイプもシールの安定性を向上させ、摩耗を低減するため、高圧・高速用途に適しています。また、シール面の接触を一定に保ち、シールの寿命を延ばします。

適切なメカニカルシールの選び方

応募要件を考慮する

適切なメカニカルシールを選択することは、機器の信頼性と効率にとって非常に重要です。エンジニアは、いくつかの重要なアプリケーションパラメータを考慮します。STAMPSという頭字語は、この選択プロセスを支援するのに役立ちます。

• S大きさ
• T温度
• Aアプリケーション
• M報道
• P安心させる
• Sおしっこをした

これらの要素を理解することで、選択したシールが特定の環境下で最適な性能を発揮することが保証されます。

運転状況の評価

運転条件はシール性能に大きく影響します。サイズは主に機器のシャフト径を指し、シールの物理的寸法を決定します。また、接触面面積、抵抗、発熱、必要な駆動機構などの要素にも影響します。シールは極低温から高温まで幅広い温度範囲で動作する必要があるため、温度は非常に重要です。極端な温度は、蒸発や酸化などの流体特性の変化を引き起こす可能性があります。また、シール面の熱変形や潤滑への影響も引き起こします。これらの問題はすべて、シール性能と寿命を低下させます。

流体特性とメカニカルシールのマッチング

プロセス流体または媒体の特性は、シール材の選択に直接影響します。腐食性流体には耐薬品性材料が必要です。研磨性流体には耐摩耗性の表面が必要です。圧力と速度も重要な役割を果たします。高圧では多くの場合、バランスの取れたメカニカルシール面荷重を低減するため、高速運転には効果的に放熱できる材料が必要です。シール材を流体および運転条件に適合させることで、早期故障を防ぎ、長期的な運転成功を確保できます。

メカニカルシールは、一次シール要素、二次シール要素、スプリング、ハウジング部品などの重要な部品で構成されています。プッシャー型、ノンプッシャー型、バランス型、アンバランス型、コンポーネント型、カートリッジ型、シングル型、デュアル型、ウェット型、ドライ型など、さまざまなタイプがあります。メカニカルシールの選定システムの信頼性にとって、これは非常に重要です。端面メカニカルシールの信頼性は、用途、設置、および動作に左右されます。誤った使用、設置ミス、または過酷な動作条件は、早期故障につながる可能性があります。情報に基づいた意思決定は、さまざまな業界で最適なパフォーマンスを保証します。

よくある質問

メカニカルシールの主な機能は何ですか？

A メカニカルシール回転軸に沿った流体の漏れを防ぎます。これにより、運転効率が向上し、機器が汚染されるのを防ぎます。

エンジニアはなぜシール面に特定の材料を選択するのでしょうか？

エンジニアは、硬度、耐薬品性、熱伝導率などを考慮して、炭化ケイ素や炭化タングステンなどの材料を選定します。これにより、特定の用途において最適な性能が確保されます。

カートリッジ式メカニカルシールにはどのような利点がありますか？

カートリッジメカニカルシール組み立て済みでお届けします。これにより、設置が簡素化され、エラーが減り、機器のダウンタイムが最小限に抑えられます。