シャフトシールの種類

アザラシとの接触

接触シールは、多くの回転用途でよく使用され、シール面と回転シャフトが直接接触することで効果的なシールを実現します。これらのシールは、一定のシールインターフェースを維持しながら、シャフトのたわみ、振れ、熱膨張に対応するように設計されています。最も一般的な接触シールの種類には、ラジアルリップシール、メカニカルシール、圧縮パッキンなどがあります。

ラジアルリップシール

ラジアルリップシールは、回転シャフトシールまたはオイルシールとも呼ばれ、最も広く使用されているシャフトシールのタイプです。柔軟なシールリップがシャフト表面との接触を維持し、流体の漏れを防ぎます。シールリップは通常、NBR、FKM、PTFE などのエラストマー材料で作られており、一貫したシール圧力を確保するためにガータースプリングが組み込まれている場合もあります。

ラジアルリップシールは、シングルリップ、ダブルリップ、マルチリップ構成など、さまざまな設計が用意されており、さまざまな用途の要件に対応します。エンジンクランクシャフト、トランスミッションシャフト、ポンプシャフトなど、自動車、産業、海洋の用途でよく使用されます。

メカニカルシール

メカニカルシールは、スプリング圧力と流体圧力によって接触状態を維持する 2 つの平坦なシール面 (固定面と回転面) で構成される、高度にエンジニアリングされたシールソリューションです。シール面は通常、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、セラミックなどの硬くて耐摩耗性のある材料で作られています。

メカニカルシールはリップシールに比べて優れたシール性能を備えているため、高圧、高温、回転速度を伴う厳しい用途に適しています。石油、ガス、化学処理、発電などの産業におけるポンプ、コンプレッサー、ミキサー、その他の回転機器でよく使用されます。

圧縮パッキン

圧縮パッキンは、PTFE、グラファイト、アラミド繊維などのパッキン材を編んだりねじったりしたストランドで構成された従来のシーリングソリューションです。パッキン材はスタッフィングボックス内に圧縮され、回転シャフトとハウジングの間にシールを形成します。

圧縮パッキンは、より高度なシーリング技術に大きく置き換えられていますが、特に古い機器やメンテナンスの容易さと低コストが優先される状況など、特定の用途では依然として使用されています。ただし、効果的なシーリングを維持するには、圧縮パッキンを頻繁に調整および交換する必要があります。

非接触シール

非接触シールは、その名前が示すように、シール部品と回転軸との直接接触に依存しません。代わりに、ラビリンス経路、流体力学、または磁場を利用してシール効果を生み出します。非接触シールは、低摩擦、高回転速度、または最小限の摩耗が求められる用途に適しています。最も一般的な非接触シールのタイプは次のとおりです。迷路の印章、フローティングリングシール、磁性流体シールなどがあります。

ラビリンスシール

ラビリンスシールは、一連の狭い隙間と複雑な通路で構成されており、流体の曲がりくねった経路を作り出して、漏れが生じにくくします。シール効果は、遠心力、流体力学、およびシール全体の圧力降下の組み合わせによって実現されます。

ラビリンスシールは高速用途に適しており、幅広い温度と圧力に対応できます。非接触設計により摩擦と摩耗を最小限に抑えられるため、ガスタービン、コンプレッサー、蒸気タービンでよく使用されます。

フローティングリングシール

フローティングリングシールは、ブッシングシールまたは環状シールとも呼ばれ、回転シャフトと固定ハウジングの間に配置されたフローティングリングで構成されています。リングは通常、カーボングラファイトや PTFE などの耐摩耗性材料で作られており、半径方向に自由に浮くように設計されています。

シール効果は遠心力と流体力学の組み合わせによって実現され、フローティングリングが体液漏れ防止フローティングリングシールは高速用途に適しており、シャフトのたわみや位置ずれに対応できます。

磁性流体シール

磁性流体シールは、キャリア液体に磁性粒子を懸濁させた強磁性流体を利用して、シャフトの周囲に液体 O リングを形成します。強磁性流体は永久磁石によって所定の位置に保持され、漏れを防ぐ密閉シールを形成します。

磁性流体シールには、低摩擦、高いシール効率、シャフトのずれや振れに対する耐性など、いくつかの利点があります。これらは、半導体製造装置や宇宙技術などの高真空アプリケーションでよく使用されます。

シール選択の考慮事項

操作条件

圧力: シールには、システム内で発生する静的および動的の最大圧力に対応できる能力が必要です。
温度: シール材料は動作温度範囲に適合し、その特性と性能が維持される必要があります。
速度: シール設計は、遠心力や発熱などの要素を考慮して、シャフトの回転速度に適したものでなければなりません。
振れ: シールは、シャフトの振れシール効果を損なうことなく、位置ずれや隙間を防ぎます。

流体特性

粘度: シールは流体の粘度に対応でき、適切な潤滑とシール性能を確保する必要があります。
清浄度: シール設計では、粒子汚染やろ過要件などの要素を考慮して、流体の清浄度を考慮する必要があります。
研磨性: 流体に研磨粒子が含まれている場合、過度の摩耗や漏れを防ぐために、シール材料は耐摩耗性を備えている必要があります。
化学反応性: シール材は、劣化を防ぎ長期的な性能を確保するために、流体と化学的に適合している必要があります。

環境要因

ほこり: ほこりの多い環境では、粒子の侵入や早期摩耗を防ぐために、追加のダストリップまたはラビリンス設計を備えたシールが必要になる場合があります。
湿気: 湿気や水にさらされるシールは、腐食を防ぎ、湿った状態でもシール効果を維持するように設計する必要があります。
振動: 振動レベルが高いアプリケーションでは、シール設計は接触を維持し、漏れを防ぐのに十分な堅牢性を備えている必要があります。

シャフトとハウジングのインターフェース

表面仕上げ: シャフトの表面仕上げはシールタイプに適したものでなければならず、適切な接触を確保し、摩耗を最小限に抑える必要があります。
同心度: 不均一な摩耗や漏れを防ぐために、シールハウジングとシャフトは同心でなければなりません。
熱膨張: シール設計では、シール効果を維持するために、シャフトとハウジングの材料間の熱膨張の差を考慮する必要があります。

漏れ率と寿命の予測

漏洩率: シールの種類と材質流体の特性や動作条件などの要素を考慮して、所望の漏れ率を達成するように選択する必要があります。
耐用年数: シール設計と材質は、摩耗、劣化、メンテナンス間隔などの要素を考慮して、予想される耐用年数が得られるように選択する必要があります。

設置とメンテナンスの容易さ

取り付け: シール設計により、最小限の特殊なツールやトレーニングで、簡単かつ正確に取り付けることができる必要があります。
メンテナンス: シールは、検査、清掃、交換が容易になるように設計し、ダウンタイムとメンテナンスコストを最小限に抑える必要があります。

シール材質オプション

エラストマー

エラストマーは柔軟性、弾力性、シール性があるため、シャフトシールに広く使用されています。シール用途で最もよく使用されるエラストマーには、次のものがあります。

ニトリルブタジエンゴム (NBR): NBR は、油、燃料、油圧液に対する耐性に優れた多用途のエラストマーであり、汎用シーリング用途に適しています。
フッ素エラストマー (FKM): FKM は、高温、化学薬品、および腐食性の液体に対する優れた耐性を備えているため、化学業界や石油業界の厳しい用途に最適です。
エチレンプロピレンジエンモノマー (EPDM): EPDM はオゾン、耐候性、高温に対する耐性があることで知られており、屋外や高温の用途に適しています。
ポリテトラフルオロエチレン (PTFE): PTFE は耐薬品性に優れ、摩擦が少ない素材で、シール性能を高めて摩耗を減らすためにエラストマーと組み合わせて使用されることが多いです。

熱硬化性ポリマー

熱硬化性ポリマーはシャフトシールに使用される別の種類の材料であり、高い強度、耐摩耗性、熱安定性を備えています。一般的な熱硬化性ポリマーには次のものがあります。

ポリウレタン: ポリウレタンシールは、優れた耐摩耗性、引裂強度、油や溶剤に対する耐性を備えているため、要求の厳しい産業用途に適しています。
ポリアクリレート: ポリアクリレートシールは、熱、油、化学物質に対する耐性が優れており、高温や腐食性の高い流体環境でよく使用されます。

熱可塑性プラスチック

熱可塑性材料は、優れた耐薬品性、低摩擦性、高温安定性を備えているため、シャフトシールに使用されることが多くなっています。シーリング用途で最も一般的に使用される熱可塑性材料には、次のものがあります。

ポリテトラフルオロエチレン (PTFE): PTFE は耐薬品性に優れ、摩擦が少ない素材で、エラストマーと組み合わせて使用されることが多く、要求の厳しい用途では固体シール材として使用されます。
ポリエーテルエーテルケトン (PEEK): PEEK は優れた機械的強度、耐摩耗性、耐薬品性を備えているため、高温や腐食性の高い流体環境に適しています。
ポリフェニレンサルファイド (PPS): PPS は、高い強度、剛性、耐薬品性で知られており、化学産業や自動車産業の厳しい用途に適しています。

表面材質

メカニカルシールでは、効果的なシールと長期的なパフォーマンスを確保するには、表面の材質が重要です。メカニカルシールで使用される最も一般的な表面の材質は次のとおりです。

カーボン: カーボングラファイトは、優れた潤滑性、耐薬品性、およびさまざまな液体との適合性を備えているため、広く使用されているフェース材料です。
シリコンカーバイド: シリコンカーバイドは、高い硬度、耐摩耗性、耐薬品性を備えているため、研磨性流体や高圧を必要とする厳しい用途に適しています。
タングステンカーバイド: タングステンカーバイドは、高硬度、耐摩耗性、幅広い流体との適合性で知られており、高圧および高速の用途に適しています。
ダイヤモンドコーティング: ダイヤモンドコーティングされた面は、優れた硬度、耐摩耗性、低摩擦性を備えており、研磨液や高圧を使用する最も要求の厳しい用途に適しています。

よくある質問

船舶用シャフトシールにはどのような種類がありますか?

船舶用シャフトシールは、プロペラシャフトから船舶内に水が侵入するのを防ぐように設計されています。最も一般的な船舶用シャフトシールの種類は次のとおりです。

リップシール: シャフト表面との接触を維持し、水の浸入を防ぐ柔軟なリップを備えたラジアルリップシール。
メカニカルシール: スプリング圧力と流体圧力によって接触状態を保つ固定面と回転面で構成される面シール。
ラビリンスシール: 一連の狭い隙間と複雑な通路を利用して流体の曲がりくねった経路を作成し、水の侵入を困難にする非接触シール。
ベローズシール: シャフトの動きやずれに対応しながらシール効果を維持する柔軟なベローズ要素を備えたメカニカルシール。

オイルシールにはどのような種類がありますか?

オイルシールはラジアルリップシールとも呼ばれ、さまざまな用途で流体の漏れを防ぎ、汚染物質から保護するように設計されています。最も一般的なオイルシールの種類は次のとおりです。

シングルリップシール: シャフト表面との接触を維持し、流体の漏れを防ぐ単一のシーリングリップを備えたシール。
ダブルリップシール: 2 つのシーリングリップを備えたシールで、シール性能が向上し、汚染物質に対する保護が強化されます。
カセットシール: 金属ケース、シーリングリップ、ガータースプリングで構成された組み立て済みのシールで、取り付けや交換が簡単です。
軸方向シール: 軸方向の動きをシールするように設計されたシールで、通常は往復シャフトまたはロッドを使用するアプリケーションで使用されます。

ロータリーシールにはどのような種類がありますか?

ロータリーシールは、回転機器の流体漏れを防ぎ、システム圧力を維持するように設計されています。最も一般的なロータリーシールの種類は次のとおりです。

ラジアルリップシール: 回転軸の表面との接触を維持し、流体の漏れを防ぐ柔軟なシーリングリップを備えたシールです。
メカニカルシール: 固定面と回転面から構成される面シールで、スプリング圧力と流体圧力によって接触状態を保ち、要求の厳しい用途で効果的なシールを実現します。
ラビリンスシール: 一連の狭いクリアランスと複雑な通路を利用して流体の曲がりくねった経路を作成し、高速アプリケーションでの漏れを最小限に抑える非接触シール。
フローティングリングシール: 回転軸と固定ハウジングの間に配置されたフローティングリングで構成される非接触シールで、遠心力と流体力学によってシールを提供します。