メカニカルシールは、遠心ポンプにおいて、ポンプ流体の漏れを防ぐ重要な部品です。このシールが故障すると、ポンプの性能、信頼性、そして寿命に影響を与える様々な問題が発生する可能性があります。この記事では、遠心ポンプにおけるメカニカルシールの故障によって発生する可能性のある様々な影響について詳しく考察します。
ポンプ流体の漏れ
漏れは、 メカニカルシール シールの故障全体の 40% 以上を占めています。
メカニカルシールの主な機能は、ポンプケーシングからの流体の漏れを防ぐことです。シールが破損すると、ポンプ流体が漏れ出し、ポンプ効率の低下や潜在的な安全上の危険につながります。また、ポンプされる流体の性質によっては、漏れが環境への悪影響や規制違反を引き起こす可能性もあります。
インペラの侵食
故障したメカニカルシールからの流体漏れは、インペラの羽根に侵食を引き起こす可能性があります。損傷したシールから漏れた流体には、しばしば研磨粒子が含まれており、時間の経過とともにインペラの材質が摩耗します。この侵食により、インペラの水力効率が低下し、ポンプの性能低下につながります。
インペラのエロージョンは、スラリーや浮遊物質を含む液体をポンプで送液する際に特に問題となります。研究によると、エロージョンによってインペラとケーシングのクリアランスがわずかに増加するだけでも、ポンプ効率が2～5%低下することが分かっています。深刻なケースでは、インペラのエロージョンはインペラの完全な破損につながり、高額な交換費用を要します。
スリーブ/シャフトの摩耗
シールの不具合により漏れた流体は、インペラに影響を及ぼすだけでなく、ポンプのシャフトやスリーブの摩耗を引き起こす可能性があります。漏れた流体は、研磨剤として作用する異物や汚染物質を運び、シャフトやスリーブの表面を徐々に摩耗させます。この摩耗により、溝や傷などの凹凸が生じ、シール面が損傷する可能性があります。
シャフトの削れ、へこみ、傷
徐々に摩耗していくだけでなく、 シール不良 また、ポンプシャフトにえぐれ、へこみ、深い傷など、より深刻な損傷を引き起こす可能性もあります。これは通常、シール面の位置ずれや損傷により、シール面とシャフトの間に硬い粒子が挟まることで発生します。
シャフトが回転すると、これらの粒子がシャフト表面に深い傷やへこみ跡を残すことがあります。また、大きな破片がシャフトに強い衝撃を与えると、へこみが生じることもあります。こうした損傷は、傷やへこみがポンプ流体の漏れ経路となり、シールの故障に急速につながる可能性があります。
シールシャフトの腐食
メカニカルシールの故障により、ポンプシャフトが腐食性流体にさらされる可能性がある。シャフト材質の腐食と劣化が加速されます。ポンプで送られる流体の多くには、シャフトの冶金と反応し、時間の経過とともにシャフトを弱める可能性のある化学物質が含まれています。
腐食は、シール面を越えてシャフトのより広い範囲に影響を及ぼす可能性があるため、特に有害です。このような広範囲にわたる損傷は、シャフトの修理を複雑にし、場合によってはシャフト全体の交換が必要になることがあります。また、腐食はシャフトの表面粗さを増大させ、たとえ目に見える損傷を機械加工で除去したとしても、メカニカルシールがしっかりとしたシールを実現できなくなる可能性があります。
フラッシングまたはエッチング
低沸点流体の場合、メカニカルシールの漏れにより、ポンプから排出された流体が圧力降下によって急速に蒸発することがあります。この急速な蒸発はフラッシングまたはエッチングと呼ばれ、シール面を摩耗させ、シールの温度を上昇させる可能性があります。 シール部品早期の故障につながります。また、フラッシングにより局所的に高温が発生し、シール面の熱変形を引き起こし、さらなる漏れにつながる可能性があります。
フレッチング
フレッティングは、メカニカルシール部品間に相対的な動きが生じたときに発生します。これは、不適切な取り付け、潤滑不良、シール面の歪みなどが原因で発生することがよくあります。この相対的な動きにより、表面間に微小な滑りと摩擦が生じ、摩耗や疲労につながります。
フレッティングはシール面に脆弱な部分を作り出し、ひび割れや破損が発生しやすくなります。また、小さな粒子が発生してシール面を汚染し、摩耗や漏れを増大させる可能性があります。
過度の振動と騒音
メカニカルシールの不具合は、過度の振動と騒音を発生させる可能性があり、多くの場合、より深刻な根本的な問題を示しています。シール面が摩耗または損傷すると、滑らかで平坦な表面が失われ、不均衡が生じてシャフトが振動することがあります。また、流体の漏れはキャビテーションを引き起こす可能性があり、キャビテーションでは蒸気泡が急速に形成・崩壊することで振動と騒音が発生します。
ポンプのシャットダウンとダウンタイム
最終的に、メカニカルシールの故障はポンプの完全な停止や計画外のダウンタイムにつながる可能性があります。シールが壊滅的な故障を起こすと、他のポンプ部品に二次的な損傷を引き起こし、大規模な修理が必要になる場合があります。場合によっては、深刻な損傷を受けたポンプの修理費用が交換費用を上回ることもあります。
