とはポンプシャフトシール?
シャフトシールは、回転または往復運動するシャフトからの液体の漏れを防ぎます。これはすべてのポンプにとって重要であり、遠心ポンプの場合は、パッキン、リップシール、およびカートリッジシールを含むシングル、ダブル、タンデムなど、さまざまなタイプのメカニカルシールなど、複数のシールオプションが利用可能です。ギアポンプやベーンポンプなどの回転式容積型ポンプには、パッキン、リップシール、メカニカルシールの配置が用意されています。往復ポンプはシールに関して異なる問題を抱えており、通常はリップシールまたはパッキンに依存しています。磁気駆動ポンプ、ダイヤフラムポンプ、蠕動ポンプなどの一部の設計では、シャフトシールは不要です。これらのいわゆる「シールレス」ポンプには、液体の漏れを防ぐための固定シールが含まれています。
ポンプシャフトシールにはどのような種類がありますか？
パッキング
パッキン（シャフトパッキンまたはグランドパッキンとも呼ばれる）は、柔らかい素材で構成されており、多くの場合、編み込まれたり、リング状に成形されたりしています。これを駆動軸の周囲にあるスタッフィングボックスと呼ばれるチャンバーに押し込んでシールを形成します（図1）。通常、パッキンには軸方向に圧縮力が加えられますが、油圧媒体によって半径方向に圧縮力を加えることも可能です。
従来、パッキンは革、ロープ、亜麻などで作られていましたが、現在では膨張PTFE、圧縮グラファイト、粒状エラストマーなどの不活性材料が一般的に使用されています。パッキンは経済的で、樹脂、タール、接着剤などの粘度が高く密閉しにくい液体によく用いられます。しかし、特に高圧下では、粘度の低い液体には適していません。パッキンが致命的な故障を起こすことは稀で、定期点検時に迅速に交換できます。
パッキンシールは、摩擦熱の蓄積を防ぐために潤滑が必要です。これは通常、ポンプで送られる液体自体によって供給されますが、液体はパッキン材を通してわずかに漏れ出す傾向があります。これは厄介な場合があり、腐食性、可燃性、または有毒な液体の場合は、多くの場合許容されません。このような場合は、安全な外部潤滑剤を塗布することができます。研磨性粒子を含む液体に使用されるポンプのシールには、パッキンは適していません。固体がパッキン材に埋め込まれ、ポンプシャフトやグランドパッキンの壁を損傷する可能性があります。
リップシール
リップシール（ラジアルシャフトシールとも呼ばれる）は、剛性の外側ハウジングによって駆動軸に押し付けられる円形の弾性体要素です（図2）。シールは「リップ」とシャフト間の摩擦接触によって生じ、多くの場合、スプリングによって強化されます。リップシールは油圧業界で広く使用されており、ポンプ、油圧モーター、アクチュエーターなどに見られます。多くの場合、メカニカルシールなどの他のシールシステムの二次的なバックアップシールとして機能します。リップシールは一般的に低圧に限定され、また、粘度の低い非潤滑性液体には適していません。複数のリップシールシステムは、さまざまな粘性のある非研磨性液体に対して成功裏に適用されています。リップシールは摩耗しやすく、わずかな損傷でも故障につながる可能性があるため、研磨性液体や固体を含む流体には適していません。
メカニカルシール
メカニカルシールは基本的に、光学的に平坦で高度に研磨された一対のシール面から構成され、一方のシール面はハウジング内に固定され、もう一方のシール面は駆動軸に接続されて回転します（図3）。これらのシール面は、ポンプで送液される液体自体、またはバリア液によって潤滑される必要があります。実際には、シール面が接触するのはポンプが停止しているときのみです。使用中は、潤滑液が対向するシール面の間に薄い流体潤滑膜を形成し、摩耗を低減し、放熱を促進します。
メカニカルシールは、幅広い液体、粘度、圧力、温度に対応できます。ただし、メカニカルシールを空運転してはいけません。メカニカルシールシステムの重要な利点は、駆動軸とケーシングがシール機構の一部ではないため（パッキンやリップシールの場合とは異なり）、摩耗の影響を受けないことです。
二重シール
ダブルシールは、背中合わせに配置された2つのメカニカルシールを使用します（図4）。2組のシール面内部の空間にバリア液を油圧で加圧することで、シール面上の潤滑に必要な膜が、ポンプで送液される媒体ではなくバリア液となるようにします。バリア液は、ポンプで送液される媒体と適合性も必要です。ダブルシールは加圧が必要なため操作が複雑であり、通常は、人員、外部部品、および周囲環境を危険、有毒、または可燃性の液体から保護する必要がある場合にのみ使用されます。
タンデムシール
タンデムシールはダブルシールに似ていますが、2組のメカニカルシールが背中合わせではなく、同じ方向を向いています。ポンプで送られる流体の中で回転するのは製品側のシールのみですが、シール面からの漏れによってバリア潤滑剤が汚染されます。これは大気圧側のシールや周囲環境に影響を与えます。
カートリッジシール
カートリッジシールは、メカニカルシール部品をあらかじめ組み立てたパッケージです。カートリッジ構造により、スプリングの圧縮量を測定・調整する必要がないなど、取り付け時の問題を解消します。また、シール面は取り付け時の損傷から保護されます。カートリッジシールは、グランド内に収められ、スリーブに取り付けられたシングル、ダブル、またはタンデム構成にすることができます。
ガスバリアシール。
これらはカートリッジ式の二重シールシートで、従来の潤滑液の代わりに不活性ガスをバリアとして加圧するように設計されています。作動中は、ガス圧を調整することでシール面を分離したり、緩やかに接触させたりすることができます。少量のガスが製品や大気中に漏れる可能性があります。
まとめ
シャフトシールは、ポンプの回転軸または往復軸からの液体の漏れを防ぎます。多くの場合、パッキン、リップシール、各種メカニカルシール（シングル、ダブル、タンデム、カートリッジシールを含む）など、複数のシール方式が利用可能です。
投稿日時：2023年5月18日