メカニカルシールの取り付けと取り外しに関する総合ガイド

抽象的な

メカニカルシールは回転機械において重要な部品であり、固定部と回転部の間の流体漏れを防ぐ主要なバリアとして機能します。適切な取り付けと取り外しは、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、作業前の準備と工具の選定から、取り付け後のテスト、取り外し後の検査まで、プロセス全体を詳細かつ段階的に解説します。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、安全対策、ベストプラクティスについても取り上げています。技術的な正確性と実用性を重視したこの文書は、石油・ガス、化学処理、水処理、発電などの業界で働く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、優れた漏れ制御性、低摩擦性、長寿命性から、現代​​の回転機器(ポンプ、コンプレッサー、ミキサーなど)のほとんどで従来のパッキンシールに取って代わっています。圧縮された編組材でシールを形成するパッキンシールとは異なり、メカニカルシールは、精密に研磨された2つの平面(1つは固定面(機器ハウジングに固定)、もう1つは回転面(シャフトに取り付け))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分解に大きく依存します。シール面のずれや不適切なトルクの適用など、わずかなミスでも、早期故障、高額な漏れ、環境汚染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全体を網羅するように構成されており、特に設置と分解に重点を置いています。まず、機器の点検、材料の確認、工具のセットアップなど、設置前の準備から始めます。続くセクションでは、さまざまな種類のメカニカルシール(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)の設置手順をステップバイステップで詳しく説明し、その後、設置後のテストと検証を行います。分解セクションでは、安全な取り外し方法、部品の摩耗や損傷の点検、再組み立てまたは交換の手順について説明します。さらに、このガイドでは、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、シールの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最大限に引き出すための基盤となります。この段階を急いだり、重要なチェック項目を見落としたりすると、回避可能なミスやシールの故障につながることがよくあります。以下の手順では、設置作業を開始する前に完了すべき主要な作業について説明します。

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要求仕様を満たし、良好な状態であることを確認することが不可欠です。これには以下が含まれます。

 

  • シール適合性チェック: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)、機器のモデル、およびシャフトサイズと適合していることを確認してください。シールの設計(エラストマー材料、面材など)が用途の要件に合致していることを確認するために、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てください。例えば、水用シールは、石油系流体の高温や化学腐食に耐えられない場合があります。
  • 部品の点検: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)すべてに損傷、摩耗、または欠陥がないか点検します。シール面にひび割れ、欠け、または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ことがあります。エラストマー(ニトリル、バイトン、EPDMなど)の硬度、柔軟性、および劣化の兆候(脆化、膨張など)を点検します。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、または疲労がないことを確認します。
  • シャフトとハウジングの点検:機器のシャフト(またはスリーブ)とハウジングに、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点検します。回転シール部品が取り付けられる部分のシャフトに、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、適切なシール性を確保するため、シャフト表面は滑らかに仕上げる必要があります(通常、Ra 0.2~0.8 μm)。ハウジングのボアに摩耗、位置ずれ、または異物がないか点検し、固定シールシート(ハウジングに組み込まれている場合)が平坦で損傷がないことを確認します。
  • 寸法確認:精密測定ツール(ノギス、マイクロメーター、ダイヤルゲージなど)を使用して、主要寸法を確認します。シャフト径を測定してシールの内径と一致することを確認し、ハウジングの穴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面間の距離を確認し、シールが正しい深さに取り付けられることを確認します。

2.2 工具の準備

 

取り付け時に部品を損傷しないためには、適切な工具を使用することが非常に重要です。メカニカルシールを取り付ける際には、通常、以下の工具が必要です。

 

  • 精密測定ツール:ノギス(デジタル式またはバーニア式)、マイクロメーター、ダイヤルゲージ(位置合わせチェック用)、およびデプスゲージを用いて、寸法と位置合わせを確認します。
  • トルクツール:ボルトやファスナーに適切なトルクをかけるために、メーカーの仕様に合わせて校正されたトルクレンチ(手動式またはデジタル式)。トルクをか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、トルクが不足すると接続部が緩んで漏れが生じる可能性があります。
  • 取り付け工具: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(シャフトの傷を防ぐため)、および部品を損傷することなく所定の位置に叩き込むためのソフトフェースハンマー(ゴム製または真鍮製など)。
  • 清掃用具:部品や機器表面の清掃には、糸くずの出ない布、研磨剤の入っていないブラシ、および適合する洗浄溶剤(例:イソプロピルアルコール、ミネラルスピリット)を使用してください。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(危険な液体を取り扱う場合は耐薬品性のもの)、耳栓(騒音の大きい機器を扱う場合)、フェイスシールド(高圧作業の場合)。

2.3 作業エリアの準備

 

清潔で整理整頓された作業エリアは、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ます。作業エリアを準備するには、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、ほこり、その他の汚染物質を取り除いてください。近くの機器は、損傷や汚染を防ぐためにカバーをかけてください。
  • 作業台の準備:シール部品の組み立てには、清潔で平らな作業台を使用してください。シール面を傷から守るため、作業台の上に糸くずの出ない布またはゴムマットを敷いてください。
  • 部品のラベル付け:シールを分解する場合(例えば、点検のため)、各部品にラベルを貼って、正しく再組み立てできるようにしてください。小さな部品(例えば、バネ、Oリング)は、小さな容器や袋に入れて保管し、紛失を防いでください。
  • 資料の確認:製造元の設置マニュアル、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準備してください。設置するシールモデルに応じた具体的な手順を熟知しておきましょう。手順は製造元によって異なる場合があります。

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式、マルチスプリング式、カートリッジ式など)によって若干異なります。しかし、アライメント、清浄度、適切なトルクの適用といった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具体的な注意事項について説明します。

3.1 一般的な取り付け手順(カートリッジシール以外)

 

カートリッジ式ではないシールは、回転面、固定面、スプリング、エラストマーなどの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。取り付け手順は以下のとおりです。

3.1.1 シャフトとハウジングの準備

 

  1. シャフトとハウジングの清掃:糸くずの出ない布と適切な溶剤を使用して、シャフト(またはスリーブ)とハウジングの穴を清掃します。古いシールの残留物、錆、またはゴミを取り除きます。頑固な残留物には、研磨剤の入ってい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。
  2. 損傷の点検:取り付け前の点検で見落とした欠陥がないか、シャフトとハウジングを再確認してください。シャフトに軽微な傷がある場合は、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。深い傷や偏心がある場合は、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。
  3. 潤滑剤の塗布(必要な場合):回転シール部品のシャフト表面と内径に、適合する潤滑剤(例:鉱物油、シリコーングリース)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軽減され、エラストマーの損傷を防ぎます。潤滑剤は取り扱う流体と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、機器の筐体内に取り付けられます。以下の手順に従ってください。

 

  1. 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清掃します。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リングに薄く潤滑剤を塗布します。
  2. 挿入固定シート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ます。柔らかいハンマーを使用してシートを軽く叩き、ハウジングの肩部に完全に密着するまで押し込みます。過度の力を加えると、固定面が破損する恐れがありますのでご注意ください。
  3. 固定シートの固定(必要な場合):固定シートは、保持リング、ボルト、またはグランドプレートで固定されている場合があります。ボルトを使用する場合は、メーカーの仕様に従って、適切なトルクで十字型に締め付け、均等な圧力を確保してください。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、締め付けすぎないでください。

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)を装置のシャフトに取り付けます。以下の手順に従ってください。

 

  1. 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(止めねじ、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平らに接し、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、回転面に均等な圧力がかかるように、スプリングが(メーカーの図面に従って)正しく配置されていることを確認してください。
  2. 回転部品をシャフトに取り付ける:回転面が固定面と平行になるように、回転部品をシャフトにスライドさせて取り付けます。取り付け時にエラストマー(スリーブ上のOリングなど)と回転面が傷つかないように、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、スリーブのキー溝をシャフトのキーに合わせて、適切な回転を確保してください。
  3. 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接する位置)になったら、止めねじまたはロックナットを使用して固定します。止めねじは、メーカー指定のトルクで対角線状に締め付けます。締め付けすぎると、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、締め付けすぎには注意してください。

3.1.4 グランドプレートの取り付けと最終確認

 

  1. 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、徹底的に清掃します。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と交換し、適切なシールを確保するために薄く潤滑剤を塗布します。
  2. 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、ハウジングボルトと位置が合うようにします。ボルトを挿入し、手で締めてグランドプレートを固定します。
  3. グランドプレートの位置合わせ:ダイヤルゲージを使用して、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穴における振れ(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、位置ずれを修正します。
  4. グランドプレートボルトの締め付け:トルクレンチを使用して、グランドプレートボルトを対角線状にメーカー指定のトルクで締め付けます。これにより、シール面に均一な圧力がかかり、位置ずれを防ぎます。締め付け後、振れを再確認して位置合わせが正しいことを確認してください。
  5. 最終検査:すべての部品を目視で検査し、正しく取り付けられていることを確認します。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共にスムーズに動くこと(引っかかりや摩擦がないこと)を確認します。

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、グランドプレートを含む組み立て済みのユニットです。取り付けを簡素化し、人為的ミスのリスクを低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以下のとおりです。

3.2.1 インストール前のチェックカートリッジシール

 

  1. 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外し、輸送中に損傷がないか点検します。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)が損傷なく、適切な位置にあることを確認します。
  2. 互換性の確認:メーカーの部品番号と機器の仕様を照合して、カートリッジシールが機器のシャフトサイズ、ハウジングの内径、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てください。
  3. カートリッジシールの清掃: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いてください。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合わせが崩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

 

  1. 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。
  2. 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な場合があります。該当する場合は、スリーブをシャフトにスライドさせ、キー溝(ある場合)に合わせて、止めねじまたはロックナットで固定します。メーカー指定のトルクで締め付けてください。
  3. ハウジングボアの清掃:ハウジングボアを清掃し、古いシール残渣やゴミを取り除きます。ボアの摩耗や位置ずれを点検し、損傷がある場合は、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

 

  1. 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穴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正しく位置合わせされていることを確認してください。
  2. カートリッジシールを所定の位置にスライドさせる:カートリッジシールをハウジングの穴に慎重にスライドさせ、回転部品(シャフトに取り付けられている)が自由に動くことを確認してください。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)がある場合は、それがハウジングにしっかりと嵌合して位置合わせが維持されるようにしてください。
  3. 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、ハウジングに挿入します。ボルトを手で締めて、カートリッジを所定の位置に固定します。
  4. 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。
  5. 取り付けボルトの締め付け:取り付けボルトを対角線状に、メーカー指定のトルクで締め付けてください。これによりカートリッジがしっかりと固定され、シール面が正しく位置合わせされます。
  6. 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中にシール面を所定の位置に保持するための仮の取り付け補助具(ロックピン、保護カバーなど)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てから取り外してください。早めに取り外すと、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取り付けた後は、シールが正しく機能し、漏れがないことを確認するために、シールのテストを行うことが非常に重要です。機器を本格的に稼働させる前に、以下のテストを実施する必要があります。

3.3.1 静的漏れ試験

 

静的リークテストは、機器が稼働していない状態(シャフトが静止している状態)でのリークをチェックします。以下の手順に従ってください。

 

  1. 装置の加圧:装置にプロセス流体(または水などの適合する試験流体)を充填し、通常の運転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。
  2. 漏れの監視:シール部分を目視で点検し、漏れがないか確認してください。グランドプレートとハウジング、シャフトと回転部品、およびシール面との接合部をチェックしてください。肉眼では見えない小さな漏れがないか、吸水性の紙片を使って確認してください。
  3. 漏洩率の評価:許容漏洩率は、用途と業界標準によって異なります。ほとんどの産業用途では、1分間に5滴未満の漏洩率が許容範囲です。漏洩率が許容限度を超えた場合は、機器を停止し、減圧してから、シールのずれ、部品の損傷、または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

 

動的漏れ試験は、機器が稼働中(シャフトが回転中)の漏れをチェックします。以下の手順に従ってください。

 

  1. 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。機器から異音や振動がないか監視してください。異音や振動は、シールのずれや固着を示している可能性があります。
  2. 漏れの監視:機器の稼働中に、シール部分を目視で点検し、漏れがないか確認してください。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ずれを示している可能性があります。
  3. 圧力と温度の確認:プロセス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試験を続行してください。
  4. 試験運転:シールが安定するまで、試験運転(通常30分~2時間)を行ってください。この間、漏れ、騒音、温度を定期的に確認してください。漏れがなく、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、以下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)がメーカー指定のトルクで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、位置ずれや漏れの原因となります。
  • 位置合わせの確認:ダイヤルゲージを使用して、シール面とグランドプレートの位置合わせを再確認します。位置ずれがある場合は、ボルトを調整して修正します。
  • シール面の点検:漏れが続く場合は、機器を停止し、減圧してからシールを取り外し、シール面を点検してください。シール面に損傷(傷、欠けなど)がある場合は、新しいシールと交換してください。
  • エラストマーの点検:Oリングとガスケットに損傷やずれがないか確認してください。

投稿日時:2025年9月12日