メカニカルシールの構造

メカニカルシールとは

メカニカルシールは流体が漏れるのを防ぐための機械部品で、ポンプやコンプレッサーなどの回転機械に使用されます。
この部品は、シャフトとハウジングの間に取り付けられ、流体の漏れを防ぐことを目的としています。
従来のパッキンシールよりも高い信頼性と耐久性を持ち、メンテナンスの手間も削減できるため多くの現場で採用されています。

メカニカルシールの基本構造

メカニカルシールは一般的に静止部品と回転部品から構成されています。
それでは、それぞれの部品について詳しく見ていきましょう。

静止リング

静止リングはメカニカルシールの固定部分に位置します。
これは通常、金属製のハウジングに固定され、シール面として作用します。
使用される材料は流体の種類や温度、圧力に応じて選ばれます。
例えば、化学薬品に対する耐性が必要な場合はセラミックやカーボンクラファイトなどの材料が使用されます。

回転リング

回転リングはシャフトに取り付けられ、静止リングに対向して回転します。
これにより、シャフトの回転速度に追従しながらも、流体の漏れを防ぐ密封面を形成します。
材料選定は静止リングと同様に、流体の性質や運転条件によります。

スプリングおよびスプリングホルダー

スプリングはシール面を一定の力で押し付ける役割を果たします。
これにより、微細な隙間の形成を防ぎ、優れた密封性能を発揮します。
スプリングホルダーはスプリングを固定し、必要な力を効率的に伝えるために使用されます。

シールフェース

シールフェースは静止リングと回転リングの接触面であり、メカニカルシールの性能上、最も重要な部分です。
高精度の研磨加工が施されており、微細な表面粗さが要求されます。
このフェースには滑りやすい材料が使用されることが多く、摩擦と摩耗を最小化する役割を持ちます。

メカニカルシールの機能と原理

メカニカルシールの主な機能は、動作中の回転軸を通る流体の漏れを防ぐことです。
その動作原理は、シャフトに取り付けられた回転リングが静止リングに対して適度な圧力で押し付けられることで、密封面を形成することにあります。
この密封面は、流体の圧力とスプリング力によって密着され、流体の漏れを最小限に抑えます。

静止密封と動的密封

メカニカルシールの特徴は、静止密封と動的密封の2つを同時に実現している点です。
静止密封はシャフトが停止状態での密封性能を指し、動的密封はシャフトが回転している状態での密封性能を指します。
両者を兼ね備えたメカニカルシールは、運転中の変動する圧力や温度に効果的に対処します。

流体の漏れ防止の仕組み

メカニカルシールが流体の漏れを防ぐ仕組みは、シールフェースの間に微細な流体膜を形成することにあります。
この流体膜は摩擦を低減し、シールの寿命を延ばすために重要です。
そのため、流体の特性に応じた適切な設計が必要となります。

メカニカルシールの種類と選定

メカニカルシールは使用目的や設置環境に応じて様々な種類があります。
ここでは、その代表的な種類と選定ポイントを解説します。

バランス型とアンバランス型

シールの圧力負担を均一化するバランス型は、高圧や大きな流体負荷がかかる場合に適しています。
一方、構造がシンプルで取り扱いが容易なアンバランス型は、低圧条件下で使用されることが一般的です。

シングルシールとダブルシール

シングルシールは、単一のシールフェースで流体の漏れを防ぐ構造ですが、漏れのリスクが高い場合にはダブルシールが選択されます。
ダブルシールは、2つのシールを並列に配置し、より高度な保護を提供します。
特に、危険な化学薬品や可燃性流体を取り扱う環境ではダブルシールが推奨されます。

選定時のポイント

メカニカルシールの選定には、流体の種類、圧力、温度、軸径などの条件が影響します。
また、メンテナンスの難易度やコストも考慮する必要があります。
適切な選定を行うことで、運用効率を高め、長期的な信頼性を確保します。

適切な運用とメンテナンス

メカニカルシールの性能を最大限に発揮するためには、適切な運用とメンテナンスが欠かせません。

初期設置の重要性

初期設置時には、取り付けの精度やシール面の清掃が重要です。
シールフェースに異物が付着していると、早期の摩耗や漏れの原因となります。
設置が完了した後も、動作環境に応じた初期点検を実施することが推奨されます。

定期メンテナンス

メカニカルシールの定期メンテナンスは、トラブルを未然に防ぐために不可欠です。
運転中の異音や発熱などの兆候を注意深く観察し、それに基づいた保全計画を立てることが重要です。
また、シールフェースの状態を定期的にチェックし、必要に応じて研磨や交換を行います。

寿命を延ばすために

メカニカルシールの寿命を延ばすためには、適切な運用条件の維持が求められます。
特に、過剰な圧力や温度の変動を避け、定められた範囲内での操作を心がけることが重要です。

おわりに

メカニカルシールは製造業の現場において欠かせない部品の一つです。
その性能を十分に発揮するためには、適切な設計、設置、メンテナンスが重要です。
常に現場目線で品質と効率を考慮し、シールの信頼性と耐久性を高めていくことが求められます。
あなたの現場において、このような知識が役立つことを願っています。