ダブルメカニカルシールの種類

ダブルメカニカルシールの配置には、背中合わせ、タンデム、対面の 3 つの主なタイプがあります。

バック・トゥ・バック・アレンジメント

背中合わせの配置の動作原理

背中合わせのメカニカルシール配置では、2 つのシールが互いに反対向きに配置され、主なシール面が外側になります。この構成により、シール間にバリア流体チャンバーが形成され、プロセス流体よりも高い圧力がかかります。バリア流体はシール面を潤滑し、熱を除去し、プロセス流体が大気中に漏れるのを防ぎます。

バリア流体チャンバー内の圧力が高いため、両方のシールが固定シートに押し付けられます。この圧力差により、バリア流体からプロセス流体への漏れは外側ではなく内側に発生します。

バックツーバック配置の利点

優れた保護とデザイン

連続メカニカルシール配置により、シールの破損や製品の漏れに対する優れた保護が実現します。バランスの取れた設計により、両方のシールの最適な動作条件が確保され、摩耗が軽減され、シールの寿命が延びます。

圧力分布と放熱性の向上

この構成により、圧力分布が改善されます。シール間のバリア流体はプロセス流体よりも高い圧力がかけられるため、内部シールが故障しても汚染が防止されます。また、熱放散も改善され、シールの温度が下がり、効率が向上します。

簡素化されたインストールとメンテナンス

バックツーバックシールの取り付けとメンテナンスは簡素化されています。カートリッジ設計により交換が容易になり、ダウンタイムと人件費が削減されます。バリア流体圧力を監視することで、シールの摩耗や故障を早期に検出し、予期しないシャットダウンを防止できます。

扱いにくい流体の取り扱いにおける卓越性

背中合わせの配置は、揮発性、危険、または高価な流体の取り扱いに優れています。漏れに対する保護層が追加され、より安全な操作が保証され、製品の損失が最小限に抑えられます。この構成は、さまざまな圧力条件のアプリケーションに適しており、他のシールタイプよりも効果的に変動に対応します。

バックツーバック配置のデメリット

メンテナンスと設置の課題

背中合わせのメカニカルシール配置は、その複雑さのため、より高度なメンテナンスが必要です。取り付けと調整の難しさにより、修理や交換時のダウンタイムが長くなる可能性があります。シール面バリア流体の圧力がプロセス流体の圧力を下回ると損傷が発生し、汚染やシール不良につながる可能性があります。

コストの考慮

これらの構成は、複雑な設計と追加コンポーネントのため、単一のシールやタンデム配置よりも高価です。スペアパーツとメンテナンスのコストは時間の経過とともに蓄積されます。背中合わせのシールは軸方向のスペースをより多く占めるため、特定のポンプの種類や制限された環境での使用が制限されます。

シャフトアライメントに対する感度

感受性シャフトのたわみ背中合わせのシールでは、位置ずれが懸念されます。適切なシャフトのサポートと位置合わせは、シール面の早期摩耗や故障を防ぐために不可欠です。複雑な設計と追加コンポーネントにより、初期コストと継続的なメンテナンス費用が増加します。

バリア流体システム管理

圧力変動や不適切な流体供給によりシールの完全性が損なわれ、システム障害につながる可能性があります。

バックツーバック配置の応用

化学および製薬産業における応用

バックツーバックのメカニカルシール配置は、厳格なプロセス流体封じ込めを必要とする用途に最適です。これらのシールは、危険、有毒、または高価な流体を扱う業界で広く使用されています。化学処理プラントでは、腐食性物質を扱うリアクターやミキサーにこのシールを採用しています。製薬メーカーは、製造中に敏感な薬剤化合物を汚染から保護するためにバックツーバックのシールを使用しています。

石油、ガス、食品、製紙業界での使用

石油およびガスの精製所では、揮発性炭化水素を処理するポンプにこれらの配置を実装して、安全性を高め、製品の損失を防止しています。食品および飲料の製造施設では、衛生基準を維持し、製品の汚染を防ぐために、背中合わせのシールを使用しています。パルプおよび製紙工場では、これらのシールを使用して、研磨スラリーを処理し、漏れを最小限に抑えています。

発電、水処理、航空宇宙分野への応用

発電部門では、高圧と高温が一般的になるボイラー給水ポンプやタービン用途にバックツーバックシールを採用しています。水処理施設では、さまざまな化学物質や廃水を処理するポンプを密閉するためにこの配置を使用しています。航空宇宙産業では、燃料ポンプや油圧システムにバックツーバックシールを採用し、過酷な条件下でも信頼性の高いパフォーマンスを確保しています。

タンデム（対面式）配置

タンデム（対面式）配置の動作原理

タンデム (対面式) 配置では、漏れ防止を強化するために 2 つのシールを使用します。プライマリシールはプロセス流体に接触し、セカンダリシールは大気に面しています。バッファ流体は、これらのシール間の空間を占め、プロセス流体の圧力よりわずかに低い圧力に維持されます。

回転シャフトは一次シールを作動させ、プロセス流体を封じ込めてバッファ室への流入を防ぎます。わずかな漏れは、緩衝液二次シールは、バッファ流体が大気中に放出されるのをブロックします。この構成により、制御された環境が作られ、プロセス流体の汚染が最小限に抑えられ、排出物が削減されます。

この配置では、バッファ液は複数の機能を果たします。両方のシールを潤滑および冷却し、シールの寿命を延ばします。また、保護バリアとして機能し、二次シールが潜在的に有害なプロセス流体と直接接触するのを防ぎます。一次シールが故障した場合、バッファ液の圧力が低いため、バッファチャンバーへの制御された漏れが発生します。これによりアラームがトリガーされ、壊滅的な故障が発生する前にメンテナンスを行うことができます。

タンデム（対面式）配置の利点

圧力処理と耐久性

タンデム配列は、シングルシールに比べて高い圧力に対応できるため、要求の厳しい用途に適しています。シャフトのずれや振動に対する耐性が高まり、摩耗が軽減され、シールの寿命が延びます。この設計により、セカンダリシールを乱したりアセンブリ全体を取り外したりすることなくプライマリシールを交換できるため、メンテナンスが容易になります。

放熱性と材料の柔軟性

タンデム配列のシール間のバッファ液は、熱放散を改善し、プライマリシールを冷却して過熱を防ぎます。これにより、シールの寿命が延びます。この構成では、シール材料の選択にも柔軟性が生まれ、各シールに異なる材料を使用して、特定のプロセス条件に基づいてパフォーマンスを最適化できます。

汎用性と堅牢性

タンデム (対面式) 配列は、さまざまな産業用途に堅牢で多用途なシーリングソリューションを提供します。高圧に対応し、信頼性を向上し、メンテナンスを容易にします。

タンデム（対面）配置のデメリット

スペースとデザインの課題

タンデム (対面式) 配置では、軸方向のスペースがさらに必要になるため、小型機械の設計では課題が生じます。長さが長くなると、シャフトのたわみの問題が発生する可能性があり、シール性能と寿命が損なわれる可能性があります。これらの構成では、2 つの個別のシールアセンブリが使用されるため、システムの複雑さが増し、シングルシールや他のダブルシール配置に比べて設置とメンテナンスのコストが高くなります。

限定された封じ込めと圧力能力

タンデム配置は、他のダブルシール構成に比べてプロセス流体の封じ込め効果が低くなります。内側のシールが破損した場合、外側のシールが漏れに対する唯一の障壁となり、バックツーバック配置よりも封じ込め効果が低くなります。これらのシステムは圧力能力が限られており、通常、バックツーバック構成よりも低い差圧しか処理できません。この制限により、高圧アプリケーションでの使用が制限される可能性があります。

熱管理の制限

タンデム配置では熱放散の効率が低下し、温度に敏感なプロセスでのシール性能に影響を及ぼします。熱管理における設計固有の制限は、システム全体の信頼性と効率に影響を与える可能性があります。

タンデム（対面式）配置の応用

軽質炭化水素およびVOCへの応用

タンデム配列は、軽質炭化水素、揮発性有機化合物 (VOC)、および低粘度で低比重の流体を扱うプロセスに最適です。これらのシールは、外側のシールのバッファ流体がプロセス流体と混ざるのを防ぐことで、製品の汚染を最小限に抑えます。

変化する圧力条件

タンデムシールは、さまざまな圧力条件で優れた性能を発揮します。外側のシールは、内側のシールの性能を損なうことなく圧力変動に対応します。そのため、頻繁に始動と停止を繰り返す機器や断続的に作動する機器に適しています。

高速アプリケーション

高速アプリケーションでは、タンデム配列の効果的な放熱機能が役立ちます。時々の漏れは許容されるが封じ込めが必要な環境では、これらのシールが効果的なソリューションとなります。

医薬品および食品加工

タンデム配置は、製薬業界や食品加工業界で応用されています。製品の純度を維持し、汚染を防ぐ能力は、これらの業界の厳しい衛生要件に適合しています。

対面での手配

対面方式の動作原理

対面ダブルメカニカルシール 2 つのシールが反対面に配置され、その間に密閉されたチャンバーが形成されるという仕組みです。このチャンバーには、シールの動作に不可欠なバリアー流体が入っています。

シャフトの回転中、両方のシールが連携して漏れを防止します。内側のシールはプロセス流体と接触し、外側のシールは大気または二次封じ込めシステムと接触します。バリア流体はシール面を潤滑し、熱を放散し、プロセス流体よりも高い圧力を維持します。この圧力差により、内部への漏れが確実に防止され、製品の損失や環境汚染が防止されます。

対面配置により、空運転に対する保護が実現します。バリア流体の圧力が低下した場合、両方のシールが独立して機能し、フェイルセーフ機構が提供されます。この設計により、設置とメンテナンスが容易になり、シールをもう一方を邪魔することなく交換できます。

この仕組みの動作原理は、シール面、バリア流体、圧力差の相互作用に依存しています。シャフトが回転すると、シール面が薄い流体膜を形成し、摩擦と摩耗を最小限に抑えます。バリア流体の高圧により、シール面間の隙間にバリア流体が押し込まれ、安定した液体シールが形成されます。この液体シールにより、プロセス流体が漏れたり、外部の汚染物質が侵入したりすることが防止されます。

対面式の利点

シャフトのたわみに対する保護

対面式のダブルメカニカルシール配置により、シャフトのたわみを防止します。シール面が近接しているため、厳しい動作条件下でも位置合わせが維持されます。この構成により、設置とメンテナンスが簡素化され、ダウンタイムが短縮され、機器の位置合わせを乱すことなくシールの保守が容易になります。

放熱性の向上

面同士を対向させて配置すると、放熱性が向上します。シール間のバリア液がシール面の摩擦によって発生する熱を除去し、シールの寿命を延ばして性能を向上させます。この構成は逆圧シナリオに耐えるため、圧力変動が頻繁な用途に適しています。

コンパクトなデザイン

フェイスツーフェイスシールはコンパクトな設計を特徴としており、他の配置よりも軸方向のスペースが少なくて済みます。この特性により、設置スペースが限られている機器に最適です。シール全体の重量が軽減されるため、質量を最小限に抑えることが重要な特定の用途でメリットがあります。

寿命と信頼性の向上

この配置により、熱管理と圧力処理の効率が向上し、シールの寿命と信頼性が向上します。これにより、対面式ダブルメカニカルシールを採用している産業プロセスのメンテナンス頻度と運用コストが削減されます。

対面での打ち合わせのデメリット

熱変形と圧力制限

熱による歪みの影響を受けやすくなり、シール面が損傷して漏れが増加します。背中合わせの構成に比べて圧力能力が低いため、高圧アプリケーションでの使用が制限されます。

設置とメンテナンスの課題

内部シール面へのアクセス性が低下するため、設置とメンテナンスに課題が生じます。これにより検査と交換が複雑になり、ダウンタイムとメンテナンスコストが増加する可能性があります。シール面の間に液体が閉じ込められると、油圧ロックが発生し、シールが開かず、起動時に面が損傷するリスクがあります。

シャフトのたわみとずれに対する感度

シャフトのたわみや位置ずれに対する感度は、対面配置でのシール性能と寿命に影響します。必要な軸方向のスペースにより、コンパクトな機器設計での使用が制限され、スペースが限られた環境での用途が制限される可能性があります。

対面アレンジメントの応用

低圧と熱膨張の利点

低圧差圧アプリケーションでは、対面配置が有利です。軸方向シャフトの動きに対応することで、熱膨張を効果的に管理します。腐食性または研磨性の媒体アプリケーションでは、この配置が適しています。これは、脆弱な外側シールが過酷なプロセス流体に直接さらされることを防ぐためです。

垂直ポンプと軽質炭化水素

軽質炭化水素や揮発性有機化合物を扱う垂直ポンプでは、多くの場合、面対面シールが使用されています。これらのシールは、ポンプがアイドル状態のときでも面の潤滑を維持し、空運転を防止してシールの寿命を延ばします。頻繁にサイクル運転を行う機器では、起動およびシャットダウン手順中のシール面の摩耗を最小限に抑えられるため、面対面配置のメリットが得られます。

最適なダブルシール配置の選択

流体特性

流体の特性は、ダブルメカニカルシールの配置の選択に大きく影響します。粘度は、シールが安定した流体膜を維持する能力に影響します。粘度の高い流体では、適切な潤滑のために、シール面を広くし、溝を深くする必要があります。

温度はシール材の性能と流体の粘度に影響します。シール材は劣化や過度の熱膨張を起こさずに動作温度範囲に耐える必要があります。

流体の腐食性によって、シール面とエラストマー材料の選択が決まります。化学的な攻撃に耐性のある材料は、シールの早期故障を防ぎます。

流体の結晶化や重合傾向はシール性能に影響を及ぼす可能性があります。シール面への堆積を防ぐために、特別なシール設計やバリア流体システムが必要になる場合があります。

研磨性流体の場合、摩耗を最小限に抑え、シールの寿命を延ばすために、より硬いシール面材料や特殊なシール設計が必要になることがあります。

プレッシャー

プロセス圧力とバリア流体圧力は、ダブルメカニカルシール配置の選択に影響します。高圧アプリケーションでは、対面構成よりも高いストレスに耐えられるタンデムシールが必要です。非常に高圧の場合は、最適な圧力耐性を得るために背中合わせの配置が必要です。

プレッシャーの少ないシナリオでは、柔軟性が高まります。対面での取り決めはコスト効率が高く、維持しやすいため、さまざまな業界に適しています。

温度

プロセス流体とシールチャンバーの温度が選択に影響します。高温はシール材料、潤滑剤、および全体的なパフォーマンスに影響します。

低温のバッファ液を使用したタンデム配置は、高温の用途に適しています。この構成は熱を放散し、外側のシールを熱応力から保護します。加圧バリア液を使用した背中合わせの配置は、極端な温度条件に優れており、両方のシール面の冷却と潤滑を強化します。

温度の変動を考慮する必要があります。急激な変化は熱衝撃を引き起こし、シール部品を損傷する可能性があります。柔軟な取り付けによる対面構成は、熱サイクルに効果的に対応します。

スピード

3,600 RPM を超える高速アプリケーションでは、遠心力を緩和し、安定性を維持するためにバランスの取れたシール設計が必要です。これらの設計により、熱の発生と摩耗が最小限に抑えられます。

1,000 RPM 未満の低速動作では、動的な力が減少するため、シールの配置が簡単になります。低速ではシールチャンバー内の流体の循環が制限される可能性があるため、適切な潤滑と冷却が不可欠です。

1,000 ～ 3,600 RPM の中速アプリケーションでは、シール配置の選択肢がより柔軟になります。選択する際は、速度だけでなく、圧力、温度、流体の特性も考慮してください。

シール面の材質とスプリングの負荷を動作速度に合わせてください。速度が速い場合は、過度の摩耗なしに適切なシール接触を維持するために、より硬い面の材質と調整されたスプリング張力が必要になる場合があります。

スペースの制約

対面構成は軸方向のスペースをあまり必要としないため、小型機械に適していますが、シール部品用の半径方向のスペースをより多く必要とします。背中合わせの配置は軸方向のスペースをより多く必要としますが、半径方向のスペース要件に利点があるため、半径方向のスペースが限られているシナリオに適しています。タンデム配置は軸方向のスペースを最も必要とするため、軸方向の制約が厳しい機器には適していません。

配管やバリア流体循環リザーバーなどの補助システム用のスペースを考慮してください。配置によっては大規模なサポートシステムが必要となり、全体的なスペース要件に影響します。シール交換やメンテナンス作業に十分なスペースを確保してください。

料金

初期投資は、長期的な運用コストとバランスを取る必要があります。対面方式では初期コストが低くなることが多いですが、メンテナンスの頻度が高くなります。バックツーバック構成では初期コストが高くなる場合がありますが、パフォーマンスと寿命が長くなり、長期的には全体的なコストが削減される可能性があります。

よくある質問

ダブルメカニカルシールはどのくらいの頻度で検査およびメンテナンスする必要がありますか?

ダブルメカニカルシールは 3 ～ 6 か月ごとに検査し、毎年メンテナンスする必要があります。ただし、検査頻度は使用状況や動作条件によって異なる場合があるため、製造元の推奨事項に従う必要があります。

ダブルメカニカルシールの設置に伴う一般的なコストはいくらですか?

ダブルメカニカルシールの取り付けコストは通常、$1,000 から $10,000+ の範囲です。価格はシールのサイズ、材質、複雑さ、および労力によって異なります。

ダブルメカニカルシールを既存の機器に後付けできますか?

ダブルメカニカルシールは、シャフトサイズ、ハウジングの寸法、使用可能なスペースなどの互換性要因に応じて、既存の機器に後付けできます。特定の機械の実現可能性を判断するには、専門家による評価をお勧めします。