抽象的な
メカニカルシールは回転機械の重要な部品であり、固定部と回転部間の流体漏れを防ぐ主要なバリアとして機能します。適切な取り付けと解体は、シールの性能、耐用年数、そして機器全体の信頼性に直接影響します。このガイドでは、運転前の準備と工具の選定から、取り付け後の試験、解体後の検査まで、プロセス全体を詳細かつ段階的に概説します。シールの最適な機能を確保し、メンテナンスコストを削減し、ダウンタイムを最小限に抑えるための一般的な課題、安全プロトコル、ベストプラクティスを取り上げています。技術的な正確さと実用性を重視した本書は、石油・ガス、化学処理、水処理、発電などの業界で勤務するメンテナンスエンジニア、技術者、専門家を対象としています。
1. はじめに
メカニカルシールメカニカルシールは、優れた漏れ制御、低摩擦、長寿命のため、ほとんどの現代の回転機器(ポンプ、コンプレッサー、ミキサーなど)で従来のパッキングシールに取って代わっています。圧縮された編組材料でシールを形成するパッキングシールとは異なり、メカニカルシールは、固定面(機器ハウジングに固定)と回転面(シャフトに取り付けられている)の2つの精密研磨された平面を使用し、それらが互いに摺動することで流体の漏れを防ぎます。しかし、メカニカルシールの性能は、正しい取り付けと慎重な取り外しに大きく依存します。シール面の位置ずれや不適切なトルクの適用などの小さなエラーでさえ、早期故障、高額な漏れ、環境への危険につながる可能性があります。
このガイドは、メカニカルシールのライフサイクルのあらゆる段階を網羅し、特に設置と解体に重点を置いて構成されています。設置前の準備、つまり機器の点検、材料の検証、工具のセットアップから始まります。続くセクションでは、様々なタイプのメカニカルシール(シングルスプリングシール、マルチスプリングシール、カートリッジシールなど)の設置手順を段階的に詳細に解説し、設置後の試験と検証を行います。解体セクションでは、安全な取り外し方法、部品の摩耗や損傷の検査、再組み立てまたは交換のガイドラインについて概説しています。さらに、安全上の考慮事項、よくある問題のトラブルシューティング、そしてシール寿命を延ばすためのメンテナンスのベストプラクティスについても解説しています。
2. インストール前の準備
設置前の準備は、メカニカルシールの性能を成功させるための基礎です。この段階を急いだり、重要なチェックを怠ったりすると、避けられないエラーやシール不良につながることがよくあります。以下の手順は、設置プロセスを開始する前に完了する必要がある主要な作業の概要です。
2.1 機器およびコンポーネントの検証
作業を開始する前に、すべての機器と部品が必要な仕様を満たし、良好な状態であることを確認することが重要です。これには以下が含まれます。
- シールの適合性確認:メカニカルシールが、取り扱う流体(温度、圧力、化学組成など)、機器モデル、およびシャフトサイズに適合していることを確認してください。メーカーのデータシートまたは技術マニュアルを参照し、シールの設計(エラストマー材質、フェース材質など)がアプリケーション要件に適合していることを確認してください。例えば、水道用シールは、石油系流体の高温や化学腐食に耐えられない可能性があります。
- 部品検査:すべてのシール部品(固定面、回転面、スプリング、エラストマー、Oリング、ガスケット、ハードウェア)に損傷、摩耗、または欠陥の兆候がないか検査します。シール面にひび割れ、欠け、傷がないか確認します。わずかな欠陥でも漏れの原因となる可能性があります。エラストマー(ニトリルゴム、バイトン、EPDMなど)の硬度、柔軟性、および経年劣化の兆候(脆さ、膨れなど)を検査します。劣化したエラストマーは効果的なシールを形成できません。スプリングはシール面間の必要な接触圧力を維持するため、錆、変形、疲労がないことを確認してください。
- シャフトおよびハウジングの検査:機器のシャフト(またはスリーブ)およびハウジングに、シールの位置合わせや着座に影響を与える可能性のある損傷がないか検査します。回転シール部品が取り付けられる箇所に、偏心、楕円度、または表面欠陥(傷、溝など)がないか確認します。エラストマーの損傷を防ぎ、適切なシールを確保するため、シャフト表面は滑らかな仕上げ(通常Ra 0.2~0.8 μm)にする必要があります。ハウジングのボアに摩耗、位置ずれ、異物がないか検査し、固定シールシート(ハウジングに一体化されている場合)が平坦で損傷がないことを確認します。
- 寸法確認:精密測定工具(ノギス、マイクロメーター、ダイヤルゲージなど)を用いて主要寸法を確認します。シャフト径を測定し、シールの内径と一致していることを確認します。また、ハウジングの内径とシールの外径を比較します。シャフトの肩部とハウジングの面間の距離を確認し、シールが正しい深さに設置されていることを確認します。
2.2 ツールの準備
取り付け時に部品を損傷しないよう、適切な工具を使用することが重要です。メカニカルシールの取り付けには、通常、以下の工具が必要です。
- 精密測定ツール: 寸法と位置合わせを確認するためのキャリパー (デジタルまたはバーニヤ)、マイクロメータ、ダイヤル インジケーター (位置合わせチェック用)、深さゲージ。
- トルクツール:メーカーの仕様に合わせて調整されたトルクレンチ(手動またはデジタル)は、ボルトやファスナーに適切なトルクをかけることができます。締め付けすぎるとエラストマーが損傷したり、シール部品が変形したりする可能性があり、締め付け不足は接続部の緩みや漏れにつながる可能性があります。
- 取り付けツール: シール取り付けスリーブ (取り付け時にエラストマーとシール面を保護するため)、シャフト ライナー (シャフトの傷を防止するため)、および損傷を与えることなくコンポーネントを所定の位置に叩き込むためのソフトフェイス ハンマー (例: ゴムまたは真鍮)。
- 清掃用具:糸くずの出ない布、研磨剤を含まないブラシ、適切な洗浄溶剤(イソプロピルアルコール、ミネラルスピリットなど)を使用して、部品や装置の表面を清掃してください。エラストマーを劣化させる可能性のある強力な溶剤の使用は避けてください。
- 安全装備: 安全メガネ、手袋 (危険な液体を扱う場合は耐薬品性のもの)、耳の保護具 (騒音の大きい機器を扱う場合)、およびフェイスシールド (高圧用途の場合)。
2.3 作業エリアの準備
作業場を清潔で整理整頓することで、シール不良の主な原因である汚染のリスクを最小限に抑えることができます。作業場の準備は、以下の手順に従ってください。
- 周囲の清掃:作業エリアからゴミ、埃、その他の汚染物質を取り除きます。損傷や汚染を防ぐため、近くの機器を覆います。
- 作業台の準備:シール部品を組み立てる際は、清潔で平らな作業台を使用してください。作業台の上に糸くずの出ない布かゴムマットを敷き、シール面を傷から保護してください。
- 部品にラベルを貼る:シールを分解する場合(検査など)、各部品にラベルを貼って、正しく組み立てられるようにしてください。小さな部品(スプリング、Oリングなど)は、紛失を防ぐため、小さな容器や袋に入れて保管してください。
- 資料の確認:メーカーの設置マニュアル、機器図面、安全データシート(SDS)をすぐに参照できるようにしておきましょう。手順はメーカーによって異なる場合があるため、設置するシールモデルの具体的な手順をよく理解しておきましょう。
3. メカニカルシールの取り付け手順
取り付け手順は、メカニカルシールの種類(シングルスプリング、マルチスプリング、カートリッジシールなど)によって若干異なります。ただし、アライメント、清浄度、適切なトルクの適用という基本原則は変わりません。このセクションでは、一般的な取り付け手順の概要と、シールの種類ごとの注意事項を説明します。
3.1 一般的な取り付け手順(カートリッジシール以外)
非カートリッジシールは、回転面、固定面、スプリング、エラストマーといった個別の部品で構成されており、それぞれ個別に取り付ける必要があります。取り付けは以下の手順に従ってください。
3.1.1 シャフトとハウジングの準備
- シャフトとハウジングのクリーニング:糸くずの出ない布と適合溶剤を使用して、シャフト(またはスリーブ)とハウジングの内径をクリーニングします。古いシールの残留物、錆、ゴミなどを取り除きます。頑固な残留物には、研磨剤を含まないブラシを使用してください。サンドペーパーやワイヤーブラシはシャフトの表面を傷つける可能性があるため、使用しないでください。
- 損傷の点検:シャフトとハウジングに、取り付け前の段階で見落とした欠陥がないか再点検してください。シャフトに小さな傷がある場合は、目の細かいサンドペーパー(400~600番)を使用して、シャフトの回転方向に沿って表面を研磨してください。深い傷や偏芯がある場合は、シャフトを交換するか、シャフトスリーブを取り付けてください。
- 潤滑剤の塗布(必要な場合):シャフト表面と回転シール部品の内径に、適合性のある潤滑剤(鉱油、シリコングリースなど)を薄く塗布してください。これにより、取り付け時の摩擦が低減し、エラストマーの損傷を防止できます。潤滑剤が取り扱う流体に適合していることを確認してください。例えば、水溶性流体には油性潤滑剤を使用しないでください。
3.1.2 固定シール部品の取り付け
固定シール部品(固定面+固定シート)は通常、機器ハウジング内に取り付けられます。以下の手順に従ってください。
- 固定シートの準備:固定シートに損傷がないか点検し、糸くずの出ない布で拭いてください。シートにOリングまたはガスケットが付いている場合は、取り付けを容易にするためにOリングに潤滑剤を薄く塗布してください。
- 挿入する固定座席ハウジングへの挿入:固定シートをハウジングの穴に慎重に挿入し、正しく位置合わせされていることを確認してください。ソフトハンマーを使用して、シートがハウジングの肩部に完全に固定されるまで叩き込んでください。固定面に割れが生じる可能性があるため、過度の力を加えないでください。
- 固定シートの固定(必要な場合):固定シートの中には、固定リング、ボルト、またはグランドプレートで固定されているものがあります。ボルトを使用する場合は、均等な圧力がかかるように、メーカーの仕様に従った正しいトルクで、十字形に締め付けてください。締め付けすぎるとシートが変形したり、Oリングが損傷したりする可能性があるため、注意してください。
3.1.3 回転シール部品の取り付け
回転シール部品(回転面+シャフトスリーブ+スプリング)を機器シャフトに取り付けます。以下の手順に従ってください。
- 回転部品の組み立て:回転部品が事前に組み立てられていない場合は、付属の金具(セットスクリュー、ロックナットなど)を使用して、回転面をシャフトスリーブに取り付けます。回転面がスリーブに対して平らに揃い、しっかりと締め付けられていることを確認してください。スプリング(シングルスプリングまたはマルチスプリング)をスリーブに取り付け、回転面に均一な圧力がかかるように、正しい位置(メーカーの図面を参照)で取り付けてください。
- 回転部品をシャフトに取り付けます。回転部品をシャフトに差し込み、回転面が固定面と平行になるようにします。取り付け時にエラストマー(スリーブのOリングなど)と回転面を傷から保護するため、シール取り付けスリーブを使用してください。シャフトにキー溝がある場合は、スリーブのキー溝とシャフトのキーを合わせ、適切な回転を確保してください。
- 回転部品の固定:回転部品が正しい位置(通常はシャフトの肩部または保持リング)に配置されたら、セットスクリューまたはロックナットを使用して固定します。セットスクリューは、メーカーが指定したトルクで、十字形に締め付けます。締めすぎるとスリーブが変形したり、回転面が損傷したりする可能性があるため、締めすぎに注意してください。
3.1.4 グランドプレートの取り付けと最終チェック
- グランドプレートの準備:グランドプレートに損傷がないか点検し、徹底的に清掃してください。グランドプレートにOリングまたはガスケットが付いている場合は、メーカーの推奨に従って新しいものに交換し、適切な密閉性を確保するために潤滑剤を薄く塗布してください。
- グランドプレートの取り付け:グランドプレートをシール部品の上に置き、ハウジングのボルトと位置が合っていることを確認します。ボルトを挿入し、手で締め付けてグランドプレートを固定します。
- グランドプレートの位置合わせ:ダイヤルゲージを用いて、グランドプレートとシャフトの位置合わせを確認します。グランドプレートの内径における振れ(偏心)は0.05 mm(0.002インチ)未満である必要があります。必要に応じてボルトを調整し、位置ずれを修正してください。
- グランドプレートボルトのトルク調整:トルクレンチを使用して、グランドプレートボルトをメーカー指定のトルクで十字状に締め付けます。これにより、シール面全体に均一な圧力がかかり、位置ずれを防ぎます。トルク調整後、振れを再度確認し、位置合わせを確認してください。
- 最終検査:すべての部品が正しく取り付けられていることを確認するために、目視検査を実施します。グランドプレートとハウジングの間に隙間がないか確認し、回転部品がシャフトとスムーズに連動することを確認します(引っ掛かりや摩擦がない)。
3.2 カートリッジシールの取り付け
カートリッジシールは、回転面、固定面、スプリング、エラストマー、グランドプレートが組み込まれたユニットです。取り付けを簡素化し、人為的ミスのリスクを軽減するように設計されています。カートリッジシールの取り付け手順は次のとおりです。
3.2.1 インストール前のチェックカートリッジシール
- カートリッジユニットの点検:カートリッジのシールをパッケージから取り出し、輸送中に損傷していないか点検してください。シール面に傷や欠けがないか確認し、すべての部品(スプリング、Oリング)が損傷しておらず、正しく配置されていることを確認してください。
- 互換性の確認: 製造元の部品番号と機器の仕様を相互参照して、カートリッジ シールが機器のシャフト サイズ、ハウジング ボア、およびアプリケーション パラメータ (温度、圧力、流体タイプ) と互換性があることを確認します。
- カートリッジシールのクリーニング:糸くずの出ない布でカートリッジシールを拭き、ほこりやゴミを取り除きます。メーカーの指示がない限り、カートリッジユニットを分解しないでください。分解すると、シール面の所定の位置がずれる可能性があります。
3.2.2 シャフトとハウジングの準備
- シャフトの清掃と点検:セクション3.1.1と同じ手順に従ってシャフトを清掃し、損傷がないか点検してください。シャフトの表面が滑らかで、傷や錆がないことを確認してください。
- シャフトスリーブの取り付け(必要な場合):カートリッジシールによっては、別途シャフトスリーブが必要です。該当する場合は、スリーブをシャフトに差し込み、キー溝(存在する場合)に合わせて位置を合わせ、セットスクリューまたはロックナットで固定します。ハードウェアは、メーカーのトルク仕様に従って締め付けてください。
- ハウジングボアの清掃:ハウジングボアを清掃し、古いシールの残留物やゴミを取り除きます。ボアの摩耗や位置ずれがないか点検します。ボアが損傷している場合は、作業を進める前にハウジングを修理または交換してください。
3.2.3 カートリッジシールの取り付け
- カートリッジシールの位置合わせ:カートリッジシールをハウジングのボアとシャフトに合わせます。カートリッジの取り付けフランジがハウジングのボルト穴に揃っていることを確認します。
- カートリッジシールを所定の位置に差し込む:カートリッジシールをハウジングの穴に慎重に差し込み、回転部品(シャフトに取り付けられている)がスムーズに動くことを確認します。カートリッジにセンタリング装置(ガイドピンやブッシングなど)が付いている場合は、ハウジングに確実に噛み合って位置合わせが維持されていることを確認してください。
- カートリッジフランジを固定する:取り付けボルトをカートリッジフランジに通してハウジングに差し込みます。ボルトを手で締めてカートリッジを固定します。
- カートリッジシールの位置合わせ:ダイヤルゲージを使用して、カートリッジシールとシャフトの位置合わせを確認します。回転部品の振れを測定します。振れは0.05 mm(0.002インチ)未満である必要があります。必要に応じて、取り付けボルトを調整して位置ずれを修正します。
- 取り付けボルトのトルク調整:取り付けボルトをメーカー指定のトルクで、十字状に締め付けます。これにより、カートリッジが固定され、シール面が適切に位置合わせされます。
- 取り付け補助具の取り外し:多くのカートリッジシールには、輸送中および取り付け時にシール面を固定するための一時的な取り付け補助具(例:ロックピン、保護カバー)が付属しています。これらの補助具は、カートリッジがハウジングに完全に固定された後にのみ取り外してください。取り外しが早すぎると、シール面の位置がずれる可能性があります。
3.3 インストール後のテストと検証
メカニカルシールを設置した後は、シールが正常に機能し、漏れがないことを確認するためにテストを行うことが重要です。機器をフル稼働させる前に、以下のテストを実施してください。
3.3.1 静的リークテスト
静的リークテストは、機器が作動していない状態(シャフトが静止している状態)でリークの有無を確認します。以下の手順に従ってください。
- 機器の加圧:機器にプロセス流体(または水などの適合する試験流体)を充填し、通常の動作圧力まで加圧します。試験流体を使用する場合は、シール材との適合性を確認してください。
- 漏れの監視:シール部の漏れがないか目視で点検します。グランドプレートとハウジング、シャフトと回転部品の接合部、そしてシール面を点検します。吸水紙などを使用して、肉眼では確認できない小さな漏れがないか確認します。
- リークレートの評価:許容リークレートは、用途や業界規格によって異なります。ほとんどの産業用途では、1分あたり5滴未満のリークレートが許容範囲です。リークレートが許容限度を超える場合は、機器を停止し、減圧した上で、シールのずれ、部品の損傷、不適切な取り付けがないか点検してください。
3.3.2 動的リークテスト
動的リークテストは、機器の稼働中(シャフトが回転中)の漏れの有無を確認します。以下の手順に従ってください。
- 機器の起動:機器を起動し、通常の動作速度と温度に達するまで待ちます。異常な音や振動がないか監視してください。異常な音や振動は、シールのずれや固着を示している可能性があります。
- 漏れの監視:機器の稼働中に、シール部に漏れがないか目視で点検してください。シール面が過熱していないか確認してください。過熱は、潤滑不足またはシール面の位置ずれを示している可能性があります。
- 圧力と温度の確認:プロセスの圧力と温度を監視し、シールの動作限界内に収まっていることを確認してください。圧力または温度が規定の範囲を超えた場合は、装置を停止し、プロセスパラメータを調整してからテストを続行してください。
- 機器のテスト運転:シールが安定していることを確認するために、機器をテスト運転(通常30分~2時間)します。この期間中は、漏れ、騒音、温度を定期的に点検してください。漏れが検出されず、機器がスムーズに動作すれば、シールの取り付けは成功です。
3.3.3 最終調整(必要な場合)
テスト中に漏れが検出された場合は、次のトラブルシューティング手順に従ってください。
- トルクの確認:すべてのボルト(グランドプレート、回転部品、固定シート)がメーカーの仕様通りに締め付けられていることを確認してください。ボルトが緩んでいると、位置ずれや漏れが発生する可能性があります。
- アライメントの点検:ダイヤルインジケータを使用して、シール面とグランドプレートのアライメントを再確認します。アライメントがずれている場合は、ボルトを調整して修正します。
- シール面の確認:漏れが続く場合は、機器を停止し、圧力を下げてシールを取り外し、シール面を点検してください。シール面が損傷している場合(傷、欠けなど)、新しいシールに交換してください。
- エラストマーの検査: O リングとガスケットに損傷やずれがないか確認します。
投稿日時: 2025年9月12日