ドライガスシールとは

回転機械の分野では、プロセスガスの効果的なシールが、最適な性能と信頼性を確保するために最も重要です。ドライガスシールは、従来の液体潤滑シールに比べて明確な利点があり、広く採用されているシールソリューションとして登場しました。

このブログ記事では、ドライガスシールの複雑さを詳しく調べ、その設計、動作原理、さまざまな産業分野での用途について説明します。

ドライガスシールとは

ドライガスシールは非接触型シールの一種です。 メカニカルシール 遠心圧縮機で一般的に使用され、回転軸に沿ったプロセスガスの漏れを防止します。これらのシールは液体潤滑を必要とせず、代わりに薄いガス膜によってシール面間の隙間を維持します。この分離は、嵌合リングの溝とシャフトの回転によって発生する流体力の組み合わせによって実現されます。

ドライ ガス シールは、従来のウェット (オイル潤滑) シールに比べて、エネルギー消費量の低減、汚染リスクの低減、コンプレッサー効率の向上など、いくつかの利点があります。石油およびガス処理、石油化学プラント、ガス輸送アプリケーションなど、さまざまな業界で広く使用されています。

ドライガスシールのコンポーネント

• 回転リング: 回転リングはコンプレッサー シャフトに取り付けられており、螺旋状の溝パターンを備えた精密機械加工面を備えています。このパターンは、動作中にシール面間の隙間を維持するために必要な流体力学的揚力を生成するのに役立ちます。
• 固定リング: 固定リングはシール ハウジング内に取り付けられ、回転リングと噛み合う滑らかなシール面を備えています。通常、過酷な動作条件に耐えられるように、シリコン カーバイドやタングステン カーバイドなどの硬くて耐摩耗性のある素材で作られています。
• シールガス供給システム: シールガス供給システムは、シールキャビティに、正確に制御された圧力でクリーンな乾燥ガス (通常は窒素) を供給します。このガスは、シール面の間に薄い膜を作り、プロセスガスによる汚染を防ぐために不可欠です。シールガス供給システムには、通常、最適なシール環境を維持するためのフィルター、圧力調整器、および流量制御バルブが含まれます。

これらの主要コンポーネントに加えて、ドライガスシールには、固定コンポーネント間の漏れを防ぐために、O リングやガスケットなどの二次シール要素も組み込まれています。

ドライガスシールの仕組み

ドライ ガス シールは、非接触のギャップ型シール技術の原理に基づいて動作します。精密に製造されたシール面の間を流れる加圧ガスの薄い膜によってシール動作が実現され、漏れを防ぐバリアを形成します。

高圧シールガスは、固定リングのポートからシールインターフェースに注入されます。ガスが回転リングと固定リングの間の隙間に入ると、膨張してシール面全体に圧力プロファイルが作成されます。この圧力プロファイルによって、通常数ミクロンの小さな隙間で面を分離する開放力が生成されます。

シャフトとそれに取り付けられた回転リングの回転により、ガス膜内に流体力学的効果が生じます。この効果により、ガス圧が半径方向外側に増加し、回転部品と固定部品の間に安定した非接触シールが形成されます。

ドライ ガス シールは、最適なシール ギャップを維持するために、加圧ガスによって生成される開放力とシール スプリングによって加えられる閉鎖力、およびシール面間の圧力差とのバランスに依存しています。シール ガス供給システムは、プロセス ガスよりわずかに高い圧力でクリーンなドライ ガスを継続的に供給し、確実なシールを確保して汚染を防止します。

一次シールから漏れたガスは二次シールチャンバーに集められ、安全に排出されるか、コンプレッサーに戻されます。

ドライガスシールの種類

ドライ ガス シールは、さまざまなアプリケーション要件に合わせてさまざまな構成で提供されます。ドライ ガス シールの主な 3 つのタイプは、シングル シール、タンデム シール、およびダブル オポジット シールです。

シングルシール

シングル ドライ ガス シールは、回転リングと固定リングの 1 セットで構成されています。これらのシールは、通常、圧力差が低く、動作条件がそれほど厳しくない用途で使用されます。シングル シールは、他のタイプのドライ ガス シールに比べて、よりコンパクトでコスト効率に優れています。

回転リングと固定リングの間にシールガスが導入され、表面間の直接接触を防ぐ薄い膜が形成されます。この膜により安定した隙間が維持され、効率的なシールが可能になり、部品の摩耗が最小限に抑えられます。

タンデムシール

タンデム ドライ ガス シールは、回転リングと固定リングが 2 セット直列に配置されています。この構成により、保護と冗長性がさらに強化され、タンデム シールは、より重要な用途や圧力差が大きい環境に適しています。

タンデムシール配置では、プライマリシールがメインのシール要素として機能し、セカンダリシールがバックアップとして機能します。プライマリシールが故障したり、過度の漏れが発生した場合、セカンダリシールが引き継いでシステムのシールの完全性を維持します。

シールガスはプライマリシールとセカンダリシールの両方に供給されるため、一貫した信頼性の高いシール性能が確保されます。タンデムシールは、1 セットのシール部品が故障しても動作を継続できるため、安全性と信頼性が向上します。

二重反対印

ダブル対向ドライガスシールは、対向配置された 2 組の回転リングと固定リングで構成されています。この配置では、シール面が背中合わせに配置され、その間にシールガスが供給されます。

二重シールの対向設計により圧力バランスが保たれ、シール部品に作用する軸方向の力が最小限に抑えられます。

二重対向シールのシールガスの流れは、シールハウジング内の一連のポートとチャネルを通じて管理されます。これにより、シールガスが均等に分配され、回転部品と固定部品間の安定したシールインターフェースが維持されます。

ダブル対向シールは優れたシール効率を提供し、シングルシールやタンデムシールに比べて高い圧力差に対応できます。信頼性の高いシール性能が重要となる高圧コンプレッサーやポンプなどの要求の厳しい用途でよく使用されます。

ドライガスシールの利点

信頼性の向上

ドライガスシールは、従来のシール方法に比べて信頼性が大幅に向上しています。ドライガスシールの非接触設計により、摩耗が最小限に抑えられ、故障のリスクが軽減され、シールの動作寿命が延びます。

効率の向上

ドライガスシールは、回転部品と固定部品間のクリアランスが小さい状態で動作するため、漏れが減少し、シール効率が向上します。

メンテナンスコストの削減

ドライガスシールは非接触であるため、摩擦と摩耗が軽減され、頻繁なメンテナンスや部品交換の必要性が最小限に抑えられます。この利点により、機器の寿命全体にわたってメンテナンスコストが削減され、シールメンテナンス作業に関連するダウンタイムも短縮されます。

環境上の利点

ドライ ガス シールは、従来のオイル ベースのシールに比べて、よりクリーンで環境に優しいシール ソリューションを提供します。 ドライ ガス シールは、シール媒体として不活性ガスを使用することで、オイル漏れや汚染のリスクを排除し、機器の環境への影響を最小限に抑えます。

ドライガスシールの欠点

初期コストが高い

ドライガスシールには高度な技術と精密な製造が求められるため、従来のシール方法に比べて初期コストが高くなることがよくあります。

汚染物質に対する感受性

ドライ ガス シールは、従来のシールに比べて、シール ガス内の汚染物質に対して敏感です。ガス供給内の粒子、液体、その他の不純物はシール面を損傷し、早期故障につながる可能性があります。

温度範囲の制限

ドライガスシールは、従来のシール方法に比べて動作温度範囲が制限されています。ドライガスシールに使用される材料は、極端に高温または低温の用途には適さない可能性があり、特定の業界やプロセスでの使用が制限されます。

ドライガスシールの用途

遠心圧縮機

ドライ ガス シールは、特に石油およびガス産業の遠心コンプレッサーで広く使用されています。高圧、高速アプリケーションで信頼性が高く効率的なシーリングを実現し、コンプレッサーの最適なパフォーマンスを確保し、ガス漏れを最小限に抑えます。

ターボ機械

ドライ ガス シールは、蒸気タービン、ガスタービン、エキスパンダーなどのさまざまなターボ機械に応用されています。従来のシール技術に比べて、優れたシール性能、摩擦損失の低減、効率の向上を実現します。

石油化学処理

石油化学処理プラントでは、ポンプ、ミキサー、その他の回転機器にドライガスシールが使用されています。ドライガスシールは、プロセスの純度を維持し、危険な液体や貴重な液体の漏れを防ぎ、プラント全体の安全性と効率性の向上に貢献します。

産業ガス

ドライガスシールは、水素、窒素、酸素などの工業用ガスの製造、保管、取り扱いに使用されます。非接触設計とさまざまなガスタイプとの互換性により、プロセス全体にわたってガスの完全性と純度を維持するのに適しています。