固定ハウジングを通過する回転軸をシールする必要がある機器は多種多様です。一般的な例としては、ポンプとミキサー（または撹拌機）が挙げられます。基本的なシールは
異なる機器のシール原理は類似していますが、異なるソリューションを必要とする違いがあります。この誤解は、アメリカ石油協会の見解を引用するなどの対立を引き起こしました。
ミキサー用シールの仕様を定める際には、(API) 682（ポンプ用メカニカルシール規格）を参照してください。ポンプ用メカニカルシールとミキサー用メカニカルシールを比較した場合、両者には明らかな違いがいくつかあります。例えば、オーバーハングポンプは、インペラからラジアルベアリングまでの距離（通常インチ単位）が、一般的なトップエントリーミキサー（通常フィート単位）と比べて短くなります。
この長い支持されていない距離により、プラットフォームの安定性が低下し、ポンプよりもラジアル振れ、垂直方向のずれ、偏心が大きくなります。装置の振れが大きくなると、メカニカルシールの設計にいくつかの課題が生じます。シャフトのたわみが純粋にラジアル方向の場合はどうなるでしょうか。このような状況に適したシールの設計は、回転部品と固定部品間のクリアランスを増やし、シール面の摺動面を広くすることで簡単に実現できます。しかし、予想どおり、問題はそれほど単純ではありません。インペラがミキサーシャフトのどこにあっても、側面からの荷重によりたわみが生じ、シール全体にわたってシャフトの最初の支持点であるギアボックスのラジアルベアリングに伝わります。振り子運動に伴うシャフトのたわみのため、たわみは線形関数ではありません。
これにはラジアル成分と角度成分があり、シール部に垂直方向のずれが生じ、メカニカルシールに問題を引き起こす可能性があります。シャフトとシャフト負荷の主要な特性が分かれば、たわみを計算することができます。例えば、API 682では、ポンプのシール面におけるシャフトのラジアルたわみは、最も過酷な条件下でも、全指示値（TIR）で0.002インチ以下でなければならないと規定されています。トップエントリーミキサーの通常範囲は、TIRで0.03～0.150インチです。過度のシャフトたわみによってメカニカルシールに発生する可能性のある問題には、シール部品の摩耗の増加、回転部品が固定部品に接触して損傷を与えること、動圧Oリングの転がりや挟み込み（Oリングの螺旋状破損や面の引っ掛かりの原因となる）などがあります。これらはすべてシール寿命の短縮につながる可能性があります。ミキサー特有の過度の動きにより、メカニカルシールは類似のシールと比較して漏れが多くなる可能性があります。ポンプシール、綿密に監視しないと、シールが不必要に引っ張られたり、早期に故障したりする可能性があります。
機器メーカーと緊密に連携し、機器の設計を理解している場合、シールカートリッジに転がり軸受を組み込むことでシール面の角度を制限し、これらの問題を軽減できる場合があります。適切なタイプの軸受を実装し、潜在的な軸受負荷を完全に理解するように注意する必要があります。そうでないと、軸受の追加によって問題が悪化したり、新たな問題が生じたりする可能性があります。シールベンダーは、OEMおよび軸受メーカーと緊密に連携し、適切な設計を確保する必要があります。
ミキサーシールの用途は通常、低速（毎分5～300回転[rpm]）で、バリア流体を冷却するための従来の方法を用いることができません。例えば、デュアルシール用のプラン53Aでは、バリア流体の循環は、軸流ポンプスクリューなどの内部ポンプ機能によって行われます。課題は、このポンプ機能は流量を生成するために機器の速度に依存しており、通常の混合速度では有効な流量を生成するのに十分ではないことです。幸いなことに、シール面の発熱は、通常、バリア流体の温度上昇の原因にはなりません。ミキサーシールプロセスからのヒートソークは、バリア液の温度上昇や、例えば下部シール部品、シール面、エラストマーなどの高温に対する脆弱性を引き起こす可能性があります。シール面やOリングなどの下部シール部品は、プロセスに近いため、より脆弱です。シール面を直接損傷するのは熱ではなく、バリア液の粘度低下、ひいては下部シール面の潤滑性低下です。潤滑不良は、接触によるシール面損傷を引き起こします。シールカートリッジには、バリア液の温度を低く抑え、シール部品を保護するための設計上の工夫を組み込むことができます。
ミキサー用メカニカルシールは、バリア流体と直接接触する内部冷却コイルまたはジャケットを備えた設計が可能です。これらの特徴は、閉ループ、低圧、低流量システムであり、冷却水が循環して一体型熱交換器として機能します。もう一つの方法は、シールカートリッジ内の下部シール部品と機器取付面の間に冷却スプールを使用することです。冷却スプールは、低圧冷却水が流通する空洞で、シールと容器の間に断熱バリアを形成し、ヒートソークを抑制します。適切に設計された冷却スプールは、過度の温度上昇を防ぎ、機器の損傷を防ぎます。シール面エラストマー。プロセスからの熱吸収により、バリア流体の温度が上昇します。
これら 2 つの設計機能は、組み合わせて、または個別に使用することで、メカニカル シールの温度制御に役立ちます。ミキサー用のメカニカル シールは、機能的、寸法的、および/または機械的に API 610/682 の設計要件に準拠していない場合でも、API 682 第 4 版カテゴリ 1 に準拠するように指定されることがよくあります。これは、エンド ユーザーがシール仕様として API 682 に精通しており、使い慣れているため、これらのマシン/シールにより適した業界仕様を認識していないことが原因である可能性があります。プロセス産業慣行 (PIP) とドイツ規格協会 (DIN) は、これらのタイプのシールにより適した 2 つの業界標準です。DIN 28138/28154 標準は、ヨーロッパのミキサー OEM 向けに長らく指定されており、PIP RESM003 は、混合装置のメカニカル シールの仕様要件として使用されるようになりました。これらの仕様以外には、一般的に実践されている業界標準がないため、シールチャンバーの寸法、機械加工公差、シャフトのたわみ、ギアボックスの設計、ベアリングの配置などが OEM ごとに多種多様になります。
ユーザーの所在地と業種によって、どの仕様が自分のサイトに最も適しているかが大きく決まります。ミキサーのメカニカルシールミキサーシールにAPI 682を指定することは、不要な追加費用と複雑さを招く可能性があります。API 682認定の基本シールをミキサー構成に組み込むことは可能ですが、このアプローチはAPI 682への準拠とミキサーアプリケーションへの設計適合性の両面で妥協につながることがよくあります。図3は、API 682カテゴリー1シールと一般的なミキサーメカニカルシールの違いを示しています。
投稿日時: 2023年10月26日