メカニカルシールが正常に機能するには、わずかな漏れが必要です。このわずかな漏れは、実際には潤滑と冷却に役立ちます。 シール面より長持ちします。

基本的なリークレート計算式

メカニカルシールの漏れ率を計算する最も一般的な式は次のとおりです。

Q = (π × h3 × ΔP) / (6 × η × ln(r₂/r₁))

どこ：

• 質問 = 漏洩率（m³/秒またはin³/秒）
• r₁ = 内面の半径（mmまたはインチ）
• r₂ = 外面半径（mmまたはインチ）
• h = 面間の隙間の高さ（μmまたはμin）
• ΔP = シール全体の圧力差（Paまたはpsi）
• η = 流体の動粘度（Pa·sまたはlbf-sec/in²）
• ln = 自然対数

この方式は、シール面が薄い液体膜上を最小限の接触で走行する場合に最も効果的です。

計算例

実際の例を見てみましょう。

指定された値:

• 内半径（r₁） = 26.98 mm
• 外半径（r₂） = 31.75 mm
• ギャップ高さ（h） = 0.254 μm
• 圧力差（ΔP）＝1.8 MPa（1,800,000 Pa）
• 粘度（η）＝0.001 Pa·s（20℃の水）

ステップ1：ln(r₂/r₁)を計算する

ln(31.75/26.98) = ln(1.177) = 0.163

ステップ2: h³を計算する

(0.254 × 10⁻⁶)³ = 1.638 × 10⁻²⁰ m³

ステップ3：すべてをまとめる

Q = (3.14159 × 1.638 × 10⁻²⁰ × 1,800,000) / (6 × 0.001 × 0.163)

Q = 9.26 × 10⁻¹⁵ / 9.78 × 10⁻⁴

Q = 9.47 × 10⁻¹² m³/秒

より実用的な単位に変換する:

9.47 × 10⁻¹² m³/秒 = 0.34 mL/時

特殊なケースのための代替式

外部加圧シールの場合は、次のようなより複雑な式が使用されることがあります。

Q = 7.5 × 10⁻¹⁵ × (1 + 0.0013 × D)³ × n¹·⁹ × h⁻⁰·¹ × (k + pf)⁻⁰·⁹ × Dp⁰·¹

この式には、シャフト径 (D)、速度 (n)、面圧 (pf) などの追加の要素が含まれます。

通常の漏れと過剰な漏れ

正常とは何でしょうか？ほとんどのメカニカルシールは、通常運転時に5～10cc/時（立方センチメートル/時）の漏れをします。これは1時間あたり小さじ1～2杯分に相当します。

計算または測定された漏れ率が大幅に高い場合、次のことを意味する可能性があります。

• シール面の損傷
• 不適切な取り付け
• 流体に適さない材料
• 過度の振動またはずれ

数式が機能しないとき

以下の理由により、漏れ率を正確に計算できない場合があります。

• シール面が損傷しているか、不均一に摩耗している
• 面と面の間には安定した液膜がない
• シールが乾燥または半乾燥している
• 複数の漏洩経路が存在する

このような場合は、実際の漏れを測定するか、シールを交換する必要があります。

実際の漏れ率の測定

計算を検証する必要がある場合:

1. 一定期間の漏洩を収集する
2. 収集された量を測定する
3. 速度を計算する = 体積 / 時間

揮発性液体を扱う場合には、蒸発を考慮することを忘れないでください。