グランドパッキンの漏れの原因——締め直す前に応力緩和・軸の摩耗・詰め方を見分ける

弁やポンプのグランドからの漏れの原因調べを、専門の会社と進める→ グランドの漏れを相談する

この記事のポイント（結論先出し）

グランドパッキンの漏れは、締め直す前に原因を 4 つに分ける。パッキン自体が時間とともに締める力を失うこと（応力緩和）や摩耗^[1]、相手の軸やスリーブの摩耗^[3]、詰め方によるパッキン各段の圧縮のばらつき^[4]、そして運転中の扱い方である。弁の故障の中でグランドパッキンからの漏れの割合が大きいことは、古くから指摘されてきたが、扱いは経験に頼る部分が大きいとされている^[1]^[4]。社内では、漏れの量と時期、締め直した記録、分解したときの軸の摩耗を並べて、どれに当たるかを絞る。古い設備のパッキンを外すときは、石綿を含んでいないかを先に確かめる^[6]。

この記事は、弁の軸（ステム）や、ポンプ・撹拌機などの回転軸を通すところに詰めたグランドパッキンから液やガスが漏れる、という困りごとを扱う。読み手は設備の保全と生産技術の担当者である。弁の選び方や弁座からの漏れはボールバルブと仕切弁の選び方で、ゴムのリップで軸をシールするオイルシールはオイルシールの指定で、静止した面をシールする O リングとガスケットはO リングとガスケットの指定で扱った。ここでは、グランドの部分から漏れたときに、原因をどう切り分け、外に何を頼むかに絞る。

弁と回転機で、漏れの起き方が違う

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グランドパッキンは、軸の周りの箱（パッキン箱）に編んだパッキンを何段か詰め、パッキン押えで軸の方向に締めて、軸に押し付ける力（側圧）で流体を止める。東京大学と計測機器の会社の共同研究は、自動調節弁の故障の主な原因は、動く部分であるグランドパッキンからの作動流体の漏れであり、その漏れは時間の経過とともに、弁の軸の摺動による応力緩和や摩耗などの要因で起きる、と書いている^[1]。同じ研究は、パッキンの状態の管理は保全員の勘と経験で行われ、実際の状態は弁を分解しないと分からない、とも述べている^[1]。

回転するポンプの軸では、相手側の摩耗が加わる。農林水産省の農業水利施設のポンプ設備の調査の資料は、横軸の軸流・斜流ポンプについて、軸封部と水中軸受部は最も摩耗する部分だとし、大きく摩耗したパッキンスリーブ（パッキンが当たる軸の外側の筒）が定規との間にすき間を生じている写真を載せている^[3]。同じ資料の現地調査の記載例には、異常の内容として「軸封水部のグランドパッキンからの漏水量が多い」が挙げられている^[3]。パッキンを替えても、当たる面が摩耗していれば漏れは止まりにくい。

漏れの原因を 4 つに分ける

原因	疑う手がかり	確かめ方
パッキンの応力緩和・摩耗	交換してしばらくは止まっていたが、時間とともに少しずつ増えた。締め直すと一時的に止まる	交換日と締め直しの日、漏れの量を時系列で並べる
軸・スリーブの摩耗や傷	新しいパッキンに替えても早く漏れ出す。分解すると当たり面に段や筋がある	分解時に軸・スリーブの外径と面を測り、写真を残す
詰め方のばらつき	同じ型の弁やポンプでも、作業した人や回によって漏れ方が違う	詰めた段数、切り口の向き、締め方の手順を記録して比べる
運転と扱い方（ほかに当てはまらないときに当方が整理した区分）	操作や起動・停止の後に漏れ出した。温度や圧力の条件が変わった	漏れが始まった日の運転記録と作業記録を照らす

詰め方で、パッキン各段の効き方が変わる

グランドパッキンの詰め方の影響を調べた古い実験がある。日立評論に載った 1966 年の報告は、弁の故障件数の中でグランドパッキンの漏れの割合はきわめて大きいのに、取扱いは主に経験に頼っていて、パッキンの物理的性質や装着法についての実測データがほとんど見当たらない、という問題意識から実験を行っている^[4]。この報告で分かったことを数字で拾うと、次のとおりである^[4]。

調べたこと	報告の内容
同じ締め圧で締めたときの縮み方	同じ品種・同じ寸法でも、同じ締め圧に対して圧縮率が大きく変動した（各 6 回測定）
ばらつきの主な原因	同じ品種 30 個ずつの重量に約 10 % の差があった。厚さと内外径の差は少なかった
締めた後に戻る量（弾性復元率）	締め圧が増すと下がり、高圧では一定になる。600 kg/cm² でも 10〜20 % の復元があった
箱の中の圧縮のされ方	6 段を同じ方法で詰めても、押えのすぐ下の 2 段が強く縮む回と、一番奥と入口が縮み中間が縮まない回があった

報告は、こうした違いをパッキン個々の物理的特性の違いによるものと考え、さらに、パッキンのシールの働きには、装置の設計、部品の加工精度、組立の良否など、ほかにも多くの要因があると結んでいる^[4]。この報告のパッキンは当時の石綿を使った品種で、今の材料とは違う。それでも、詰め方の手順と各段の状態が漏れに効く、という見方は今も使える。

パッキンの側圧そのものを測る研究もある。東京大学のグループは、弁のボンネットに圧力センサを取り付け、穴に詰めたグリースを介してパッキンの半径方向の圧力を測る方法を提案し、ボンネットのひずみから予想される圧力と比べて妥当性を確かめた^[2]。この方法で、積み重ねたパッキンの側圧の分布と、軸を動かしたときの変化を観察できたとしている^[2]。先の共同研究でも、側圧は上側で高く、側圧と軸方向の圧力は比例する関係が示されている^[1]。どちらも研究のための測り方で、現場の弁にすぐ付けられるものではないが、漏れの原因を調べるときに「各段にどれだけ側圧がかかっているか」という見方を持つ根拠になる。

運転中にグランドを触るときの危険

漏れを見つけたら、すぐ締め直したくなる。その前に、圧力がかかった状態でグランドまわりに力をかける危険を確かめる。神奈川県の高圧ガス事故事例の情報シートには、ポリエチレンの製造施設で、操作基準で素手で操作し工具を使わないと決められていた弁を、ハンドルが緩んでいたためにパイプレンチで回したところ、グランド押さえナットの回り止めが壊れてナットが一緒に回って外れ、ガスが噴き出して作業員が凍傷を負った事例が載っている^[5]。原因として、工具を使ったことで必要以上の力が加わったことと、床下にあって不自然な姿勢で操作しなければならない配置だったことが挙げられている^[5]。

この事例は漏れを止める作業ではないが、グランドまわりに想定外の力がかかると何が起きるかを示している。締め直しを誰が、どの工具で、運転中にしてよいのか止めてからなのかを、設備ごとに決めて手順に書いておく。

古いパッキンを外すときは、石綿を先に確かめる

古い設備のグランドパッキンを交換するときは、取り外すパッキンが石綿を含んでいないかを先に確かめる。大津労働基準監督署の資料は、石綿の使用用途の例にガスケットなどのシール断熱材を挙げ、石綿含有建材の分類の中に「パッキン」を含めている^[6]。同じ資料は、事前調査で石綿を含んでいないと判断する方法の 1 つとして、製品を特定して製造年月日が平成 18 年 9 月 1 日以降であることを確かめる方法を挙げ、ただしガスケット又はグランドパッキンには一部例外がある、と注記している^[6]。厚生労働省の石綿総合情報ポータルサイトの規制内容の比較表にも、禁止が猶予されていたガスケット又はグランドパッキンを禁止日以降に設置した工作物は、設置日の確認による、という扱いが載っている^[7]。

つまり、「新しい設備だから大丈夫」とは決められない場合がある。交換の記録が残っていなければ、事前調査が要るかを労働安全衛生の担当者と確かめてから作業に入る。

社内でできる切り分けの手順

試すことは 1 回に 1 つにして、毎回、漏れの量と温度を同じやり方で記録する。

1. 漏れの量を数字で残す
一定の時間に落ちる滴の数や、受けた量を測る。「多い」「少ない」の言葉だけでは、締め直しの効果や増え方が比べられない。

2. 交換・締め直しの日と並べる
パッキンを替えた日、締め直した日、そのときの締め方を表にする。替えてすぐ漏れるのか、だんだん増えるのかで、疑う原因が変わる。

3. 運転条件の変化と並べる
圧力、温度、流体、起動・停止の回数が変わった時期と、漏れが増えた時期を照らす。

4. 分解したときに相手の面を測る
軸やスリーブの外径を数か所で測り、当たり面の段、筋、腐食を写真に残す。農林水産省の資料の写真のように、定規を当てるだけでもすき間は見える^[3]。

5. 詰め方の手順をそろえる
パッキンの段数、切り口の向き、1 段ずつ押し込むか、まとめて詰めるか、を作業者でそろえ、そろえる前後で漏れ方を比べる。

外に頼むときに渡すもの・受け取るもの

締め直しと交換を繰り返しても止まらない、相手の軸やスリーブを作り直すか判断したい、パッキンの材料を替えるか決めたい、という場合は外に頼む。頼む先は、弁やポンプの整備と部品の加工ができる会社、パッキンや摩耗面の分析ができる機関、側圧や温度を測る試験ができる会社に分かれる。どこに頼むにしても、次のものをそろえて渡し、受け取るものを先に決める。

渡すもの	中身
設備の情報	弁かポンプか、型式、軸径とパッキン箱の寸法、パッキンの品番と段数、ランタンリングの有無
運転条件	流体、圧力、温度、回転数または弁の作動回数、起動・停止の頻度
漏れの記録	漏れの量の推移、交換と締め直しの日付、締め方の手順
外したもの	外したパッキン（段の順番が分かるように）、軸・スリーブの寸法と写真。石綿の事前調査の結果
受け取るもの	中身
原因の見立て	パッキン、相手の面、詰め方、運転のどれが主な原因かと、その根拠（外したパッキンの段ごとの状態、摩耗面の観察）
対策の候補	スリーブの交換や再加工、パッキン材料の変更、詰め方の手順の変更などの候補と、それぞれの費用の見積
確かめた記録	対策の後、同じ条件で漏れの量を測った結果

頼む前に、何を決めたいのかを一文にしておく。「次の定期修理で何を替えるか決めたい」なら原因の見立てと部品の見積まで、「シールの方式を変えるか決めたい」なら運転条件に合う方式の比較まで、と頼む範囲が変わる。

漏れの記録と外したパッキンがあれば相談できます→ グランドパッキンの漏れを相談する

よくある質問

増し締めすれば止まりますか

応力緩和で締める力が落ちているだけなら、一時的に止まることはある。共同研究が書くとおり、漏れは時間とともに応力緩和や摩耗で起きる^[1]。ただ、相手のスリーブが摩耗していれば^[3]、締めても止まりにくい。締め直した日と、その後どれくらいで再び漏れたかを記録し、間隔が短くなってきたら分解して相手の面を見る。締め直しは、決めた手順と工具で行う^[5]。

新しいパッキンに替えたのに、すぐ漏れ始めました

軸やスリーブの摩耗、詰め方を疑う。同じ品種のパッキンでも、各段の縮み方は詰めるたびに違いうる^[4]。詰めた段数と切り口の向き、締め方を記録し、軸とスリーブの寸法を測ってから、次の手を決める。

外したパッキンは捨ててよいですか

原因を調べるなら、段の順番が分かるように並べて保管する。どの段が潰れているか、焼けているか、すり減っているかが、詰め方や相手の面の状態を知る手がかりになる。古いパッキンは石綿を含む場合があるので、扱う前に確かめる^[6]。

まとめ

グランドパッキンの漏れは、パッキンの応力緩和と摩耗^[1]、軸・スリーブの摩耗^[3]、詰め方のばらつき^[4]、運転と扱い方の 4 つに分けて見る。グランドまわりに力をかける作業には危険があることも忘れない^[5]。漏れの量を数字で残し、交換と締め直しの日、運転条件の変化と並べると、どれに当たるかが絞れる。古いパッキンを外すときは石綿を先に確かめ^[6]、決めきれなければ、記録と外したものを渡して外に頼む。

あわせて、気密試験・リークテストの指定、軸受の異音と故障も参照してほしい。

出典・参考資料

和田将典・寺山勝之・保坂寛・板生清・奥津良之・泉浩司「自動調節弁の故障診断に関する研究：グランドパッキンの圧力測定」評価・診断に関するシンポジウム講演論文集（一般社団法人日本機械学会／2003 年）
廣田輝直・内藤正博・松波豪・和田将典・保坂寛「グランドパッキン側圧測定法の研究」精密工学会誌 72 巻 10 号 1301 ページ（公益社団法人精密工学会／2006 年）
農業水利施設の機能保全に関する調査計画の参考資料（案）「ポンプ設備編」分割版 2（農林水産省）
河口義人・満谷隆「弁用グランドパッキンの緊塞」日立評論 48 巻 7 号（日立評論社／1966 年 7 月）
高圧ガス事故事例情報シート H11-05 バルブ操作中のエチレン、酢酸ビニルモノマー漏えい（神奈川県）
石綿障害予防規則について（滋賀労働局大津労働基準監督署安全衛生課／2021 年 4 月 1 日）
労働安全衛生法関係法令と大気汚染防止法関係法令の規制内容（比較表）（厚生労働省石綿総合情報ポータルサイト）

止まらないグランドの漏れを、原因の切り分けから進める

newji の「技術課題の解決」では、どの弁やポンプがどんな条件で漏れているか、何を決めたいかを伺い、分解した部品の観察や摩耗面の分析、整備ができる専門の会社を探して、一緒に進めます。調査や加工に入る前に、費用を書面でお出しします。調査と判定は専門の会社が行い、漏れが止まることを前もってお約束するものではありません。

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