メカニカルシールの故障の一般的な原因

メカニカルシールの故障は、多くの産業活動を悩ませる、厄介でコストのかかる問題です。

不適切な取り付け、汚染、極端な動作条件など、潜在的な原因は数多くあり、診断が難しい場合が多くあります。放置すると、シールの故障により、予定外のダウンタイム、生産の損失、高額な修理費用が発生する可能性があります。

この記事では、メカニカルシールの故障の最も一般的な原因を分析し、問題が深刻化して大きな問題になる前に問題を特定して対処するのに役立つ実用的なヒントを紹介します。

ドライランニング

メカニカル シールの故障はさまざまな原因で発生しますが、最も一般的な原因の 1 つはドライ ランニングです。ドライ ランニングは、ポンプで送られる流体からの適切な潤滑がない状態でシール面が動作した場合に発生します。原因としては、次のことが考えられます。

• ポンプ内の液面が不十分: 液面がポンプが正常に作動するために必要な最小値を下回ると、シールが空になることがあります。
• 詰まった吸引ストレーナー: ストレーナーが詰まるとポンプへの流れが制限され、シール面に到達する流体が不十分になる可能性があります。
• 排出バルブが閉じている: ポンプの運転中に排出バルブが閉じられていると、流体が加熱されて蒸発し、シールが空運転状態になる可能性があります。
• チェックバルブが詰まった: チェックバルブが詰まると、流体がシール面に到達できなくなり、流体が枯渇する可能性があります。

不適切な取り付け

不適切な取り付けも、メカニカル シールの故障のよくある原因です。一般的な取り付けの問題には次のようなものがあります。

• ずれ: ポンプとモーターのシャフトの位置がずれると、過度の振動やシール面の不均一な摩耗が発生し、早期故障につながる可能性があります。
• シールのサイズが正しくありません: 間違ったサイズのシールを取り付けると、漏れが発生したり、摩耗が早まったりする可能性があります。
• 締めすぎた留め具: ファスナーを締めるときに過度のトルクをかけると、シール面が歪み、漏れが発生する可能性があります。
• シール面の損傷: 取り付け中にシール面に傷、欠け、その他の損傷があると、早期に故障する可能性があります。
• 過度のシャフトの遊び: シャフトの軸方向または半径方向の遊びが大きすぎると、シール面の位置ずれや不均一な負荷が発生する可能性があります。

汚染

ポンプで汲み上げた流体やフラッシュ流体の汚染も、メカニカルシールの故障につながる可能性があります。一般的な汚染源には次のようなものがあります。

• 流体中の固体: 砂、錆、摩耗破片などの研磨粒子がシール面の間に挟まり、傷や摩耗の促進を引き起こす可能性があります。
• 汚染された洗浄液: シールの冷却と潤滑に使用されるフラッシュ液が固形物または不適切な化学物質で汚染されている場合、シール面とエラストマーが損傷する可能性があります。

振動

過度の振動は メカニカルシール 早期に故障する。一般的な振動の原因には次のようなものがあります。

• ポンプの不均衡: インペラまたはローターのバランスが崩れると、振動が発生し、それがシールに伝わる可能性があります。
• ずれ: ポンプとドライバーの位置がずれると振動が発生し、シール部分が損傷する可能性があります。
• 最高効率点（BEP）外での運用: ポンプを BEP から離れた場所で稼働させると、振動レベルが増加する可能性があります。
• 摩耗したベアリング: ベアリングが摩耗または損傷すると、シャフトが過度に動いたり振動したりする可能性があります。

化学的不適合性

メカニカル シールは、金属、セラミック、エラストマーなど、さまざまな材料から作られています。これらの材料がポンプで送られる流体と適合しない場合は、化学的な攻撃が発生し、シールが故障する可能性があります。一般的な適合性の問題は次のとおりです。

• エラストマーの膨潤または軟化: 特定の化学物質にさらされると、エラストマー シール部品 (例: O リング) が膨張したり、軟化したり、劣化したりして、密閉能力が低下します。
• アザラシの顔への化学攻撃: 腐食性の化学物質は、 シール面 材料が劣化し、漏れが増加し、シール寿命が短くなります。

過酷な動作条件

メカニカルシールは、特定の温度と圧力の範囲内で動作するように設計されています。これらの制限を超える条件にさらされると、シールが故障する可能性が大幅に高まります。

• 高温: メカニカルシールを定格温度を超える温度で動作させると、シール面、エラストマー、その他のコンポーネントが劣化します。
• 高圧: シールを仕様を超える圧力にさらすと、シール面、スプリング、二次シールに過度のストレスがかかります。
• 圧力スパイクシステム圧力の急激な上昇は、たとえ短時間であっても、衝撃荷重を与え、シール面が欠けたり、ひび割れたり、完全に破損したりする可能性があります。

不適切なシールフラッシュ計画

効果のないシール フラッシュ プランでは、メカニカル シールが適切に冷却および洗浄されず、熱による損傷やシール面の汚染が発生します。一般的なフラッシュ プランの問題は次のとおりです。

• 不十分な冷却: フラッシュ液が十分な熱を除去できない場合、 密閉室シールは高温で動作し、シール部品と流体の劣化を引き起こします。過熱により炭素質流体のコークス化と一部の化学物質の結晶化が起こり、シール面が急速に摩耗します。
• 汚染: フラッシュ プランでは、プロセス流体と環境汚染物質がシール チャンバーに侵入するのを防ぐ必要があります。研磨粒子は柔らかいシール面に埋め込まれ、硬い面を傷つけます。シール コンポーネントに固形物が蓄積すると、動きが制限され、詰まりの原因になります。
• 空気の閉じ込め: フラッシュ ポートに入った気泡はシール面に移動し、穴あき、欠け、熱による損傷を引き起こします。フラッシュ流体に溶解した空気は、シール面の大気側付近の低圧領域で溶解して出てきます。

シャフトの動きと振れ

メカニカル シールは、シャフトとシール面の正確な位置合わせと同心度に依存します。シャフトの動きが過剰であったり、振れがあると、いくつかのメカニズムによってシールが故障する可能性があります。

• 摩耗したベアリング: ベアリングが摩耗すると、クリアランスが大きくなり、シャフトがベアリング エンベロープ内で回転するようになります。このシャフトの放射状の動きにより、シール コンポーネントの周期的な軸方向変位が発生し、振動、疲労、シール面の損傷が発生します。ベアリングがひどく摩耗すると、シャフトとシールが接触する可能性があります。
• 曲がったシャフト: シャフトが曲がると、シャフトの回転時にシール部品の軸方向の振動変位が発生します。摩耗したベアリングと同様に、これによりシール面が適切な接触を維持できなくなります。シャフトが曲がることで位置ずれが生じると、シール面の 1 か所に負荷が集中し、早期摩耗につながります。

キャビテーション

キャビテーションは、局所的な流体圧力が蒸気圧以下に低下し、蒸気空洞または気泡が形成されるときに発生します。これらの気泡がシール面の近くで崩壊すると、重大な損傷を引き起こす可能性があります。

• シール面の侵食: キャビテーション気泡の内破により高速のマイクロジェットと衝撃波が発生し、シール面の材質が徐々に侵食されます。その結果生じるピットや表面の凹凸によりシール面の平坦性や流体膜が損なわれ、漏れが発生します。
• 振動: シール室内のキャビテーションにより、激しい高周波振動が発生します。これらの振動により、シール部品の疲労、シールの二次損傷、面間の潤滑膜の破壊による摩耗の増加が発生する可能性があります。