内部のバネは メカニカルシール 維持するための重要なコンポーネントです シール面 ポンプやミキサーなどの回転機器の漏れを防ぐために、このスプリングは互いに押し付けられています。このスプリングは、機器が停止しているときや低圧で運転しているときでも、シール面の接触を一定に保ちます。このスプリングの力が失われると、シール面が分離して流体が漏れ出し、機器の故障や安全上の問題を引き起こします。
スプリングは流体圧力と連動して、シールの完璧なバランスを実現します。漏れを防ぐのに十分な圧力をかけながら、過度の摩耗を引き起こすほど強く押し付けません。また、スプリングはシール面の通常の摩耗や、運転中に発生するシャフトの小さな動きも補正します。
メカニカルシールにおけるスプリングの役割
スプリングはメカニカルシールにおいて 3 つの重要な機能を果たします。
- 回転シール面と固定シール面の間の面接触を常に維持します。この閉じる力は、ポンプの運転中および停止中に常に作用し、流体圧力が最小となる起動時および停止時の漏れを防ぎます。
- スプリングは、運転中に自然に発生する摩耗や動きを補正します。シール面が数千時間の使用で摩耗すると、スプリングは伸びて接触を維持します。また、ベアリングの公差や温度変化によって生じるシャフトの小さなたわみも吸収します。
- スプリングは、シール面を押し広げようとする流体の力をバランスさせます。作動中、ポンプで送られた流体はシール面を分離しようとする圧力を発生させます。スプリングはこの圧力に逆らって押し戻し、潤滑のための微細な流体膜を形成するのに十分な力を維持しながら、漏れを防ぎます。
メカニカルシールに使用されるスプリングの種類
メカニカルシールでは主に 4 種類のスプリングが使用され、それぞれ異なる用途で異なる利点があります。
シングルコイルスプリング（シングルスプリングシール）
シングルコイルスプリングは、1つの大きなスプリングですべてのシール力を提供します。堅牢な設計で、太いワイヤーを使用しているため耐腐食性が高く、汚れた流体にも強いです。複数の小さなスプリングを使用する場合に比べて、固形物やスラッジが蓄積する場所が少なくなります。
しかし、単一のスプリングではシール面全体に均等に力を分散させることができません。すべての力が一点に集中するため、わずかな傾きや不均一な摩耗パターンが生じる可能性があります。また、これらのスプリングは軸方向のスペースを多く必要とするため、シールアセンブリ全体が長くなります。
シャフトの回転速度が高い場合、シングルスプリングは遠心力によって巻き戻りが生じる可能性があります。メーカーは、回転中に巻き戻りが生じないようスプリングの方向を設計することで、この問題に対処しています。こうした制約があるにもかかわらず、シングルスプリングは、目詰まりが懸念される汚れや粘性が高い用途で依然として人気があります。
マルチコイルスプリング（マルチスプリングシール）
マルチスプリングシールは、複数の小さなスプリングをシール円周上に均等に配置したものです。この配置により、シール面への負荷が均一になり、シール面は平行かつ均一に押し付けられます。圧力分散が改善されることで、シール性能が向上し、摩耗パターンもより均一になります。
複数のスプリングを使用することで、単一のスプリングを使用する場合よりもコンパクトな設計が可能になります。短いスプリングは、軸方向のスペースが狭くても十分な力を発揮します。メーカーは、スプリングの数を変えるだけで、同じスプリング設計を異なるシールサイズに適用できます。
主な欠点は、目詰まりや腐食に弱いことです。細径のスプリングワイヤは、腐食にさらされる表面積が大きくなります。単一の頑丈なスプリングよりも、研磨粒子、スケール、粘性流体がコイル間に詰まりやすくなります。
ウェーブスプリング
ウェーブスプリングは、平らな金属リボンを円周方向に山と谷に圧縮する構造です。この設計により、最小限の軸方向スペースで必要なバネ力が得られます。ウェーブスプリングは、従来のコイルスプリングと同等の力の出力でありながら、高さが半分になることがよくあります。
コンパクトな設計にはトレードオフが伴います。ウェーブスプリングは、力とたわみの関係が急峻です。わずかな面摩耗や熱膨張でも、スプリング力は大きく変化します。つまり、コイルスプリングに比べて、面摩耗に伴う閉成力の低下が急激です。
ウェーブスプリングは、スペースの制約が厳しい用途に最適です。機器の 密閉室 従来のスプリングを収容できない場合は、ウェーブ スプリングが解決策を提供します。
ベローズ（金属ベローズシール）
金属 ベローズ スプリングシールと二次シールの両方の役割を果たします。アコーディオンのような構造が圧縮と伸長を繰り返し、スプリング力を発揮します。シャフトにダイナミックOリングを取り付ける必要がなくなり、従来のシールによくある故障箇所が解消されます。
ベローズはシール面の全周にわたって力を均一に分散します。この設計により、複数のスプリングを必要とせずに圧力が自然にバランスされます。この均一な荷重により、シール面との接触が改善され、摩耗が低減されます。
これらのシールは、極低温用途に優れています。金属製ベローズは、ゴム部品では機能しなくなる極低温および高温用途の両方に対応します。また、Oリングの摺動に伴うシャフトのフレッティングやシールの引っ掛かりも防止します。
主な課題は、バネ定数の制御とコストです。ベローズの厚さと巻き数は、圧力能力とバネの剛性のバランスをとる必要があります。硬すぎるとベローズは適切に曲がらず、柔らかすぎると適切な面接触を維持できません。
