メカニカルシールの熱伝達

熱伝達は、物理システム間で熱エネルギーを交換するプロセスです。このエネルギーは、伝導、対流、または放射によって伝達されます。メカニカル シールでは、適切な動作温度を維持し、シール コンポーネントの早期故障を防ぐ上で、熱伝達が重要な役割を果たします。

メカニカルシールで熱が発生する仕組み

• シール面の摩擦: シール面が互いに擦れ合うと、摩擦によって熱が発生します。発生する熱量は、シール面にかかる負荷、表面速度、シールの摩擦特性などの要因によって異なります。 シール面 材料。
• 流体膜の粘性せん断: シール面間の薄い流体膜では、流体の粘性せん断により熱が発生します。このメカニズムによって発生する熱量は、流体の粘度、流体膜の厚さ、およびシール面の相対速度によって異なります。

メカニカルシールの熱伝達のメカニズム

メカニカルシールで熱が発生すると、その熱は主に次の 3 つのメカニズムを通じてシール面から周囲のコンポーネントや環境に伝わります。

伝導

伝導とは、物質の粒子間の直接接触による熱の伝達です。熱は、隣接する原子が互いに振動したり、電子が 1 つの原子から別の原子に移動したりするときに伝導によって伝達されます。メカニカル シールでは、熱はシール面からシール リング、グランド プレート、およびその他の隣接する金属部品に伝導されます。

対流

対流とは、流体またはガスの動きによる熱の伝達です。流体は加熱されると膨張し、密度が下がり、上昇します。その後、周囲の冷たい流体が移動して、その流体と入れ替わります。これにより対流が発生し、シール面から周囲の流体に熱が伝達されます。メカニカル シールでは、シールされている流体だけでなく、使用されるバリアまたはバッファー流体にも対流が発生します。

温度勾配

熱勾配とは、2 点間の温度差を指します。熱は常に、温度の高い領域から低い領域へと流れます。メカニカル シールでは、シール面 (熱を発生) と周囲の低温のコンポーネントおよび環境との間に熱勾配が存在します。これらの熱勾配により、伝導と対流によってシール面から熱が流れ出ます。

熱発生に影響を与える要因

熱発生 メカニカルシール いくつかの重要な要因によって影響を受けます:

操作条件

• 回転速度回転速度が速くなると、シール面での摩擦と熱が増加します。
• プレッシャー: 圧力が増加するとシール面間の接触力が高まり、発熱量が増加します。
• 流体の粘度: 粘度が低い流体では潤滑と冷却の効果が減り、発熱が増加します。
• 温度: 動作温度が高くなると、潤滑と放熱の効率が低下します。

シールデザイン

• プライマリリングとメイティングリングの材料選択: 選択した材料の熱伝導率、硬度、耐摩耗性は、熱の発生と放散に影響します。一般的な材料には、炭化ケイ素、炭化タングステン、カーボングラファイトなどがあります。
• シール面の形状: 表面仕上げ、平坦度、接触面積などのシール面の形状は、熱の発生と安定した潤滑膜の形成に影響を与えます。

環境要因

• 周囲温度: 周囲温度が高いと、シールからの放熱効率が低下します。
• 冷却システム: 流体循環や外部冷却などの冷却システムの存在と有効性は、シールによって発生する熱を管理する能力に影響を与えます。

熱管理が不十分な場合の結果

メカニカルシールの熱管理が効果的でないと、次のようないくつかの問題が発生する可能性があります。

• シールの劣化: 過度の熱により、シール面および二次シールの摩耗が加速し、熱変形や材料の劣化が発生する可能性があります。
• 潤滑膜の喪失: 高温により潤滑膜が破壊され、摩擦、摩耗、漏れが増加する可能性があります。
• システム障害: 制御されていない熱発生は、ベアリングやシャフトなどの隣接するコンポーネントの故障を引き起こし、計画外のダウンタイムにつながる可能性があります。

熱伝達を管理する方法

メカニカルシールの熱伝達を効果的に管理するには、いくつかのアプローチを採用できます。

冷却技術

• 閉ループ流体循環システムを実装して、熱を除去します。 密閉室.
• 冷却ジャケットまたは熱交換器を使用して、密封された流体の温度を制御します。
• シールグランドまたはハウジングに、空冷や水冷などの外部冷却方法を適用します。

材料の最適化

• 熱放散を高めるために、熱伝導率の高いシール面材料を選択します。
• 熱の発生を最小限に抑えるために、摩擦係数の低い材料を使用します。
• 耐摩耗性と熱特性を向上させるコーティングや表面処理を検討してください。

デザインの改善

• シール面の形状を最適化し、安定した潤滑膜の形成を促進します。
• 螺旋状の溝や微細表面テクスチャなどの機能を組み込み、潤滑性と冷却性を強化します。
• 効果的な熱放散を促進するためにシールチャンバーとハウジングを設計します。
• 熱の発生を最小限に抑えるために、シール コンポーネントの適切な位置合わせとバランスを確保します。