ラビリンスシールとカーボンシールの違いは何ですか？

機械のダイナミックな世界では、シールは漏れを防ぎ、最適なパフォーマンスを維持する重要なコンポーネントとして機能します。ラビリンス シールとカーボン シールという 2 つの主要なシール タイプは、この目的を達成するために異なるメカニズムを採用しています。

このブログ記事では、これら 2 つのシーリング技術の基本的な違いを詳しく説明し、さまざまな産業環境でのそれぞれの独自の特徴、用途、利点を探ります。

ラビリンスシールとは

あ 迷路の印章 回転部品と固定部品間の漏れを最小限に抑えるために曲がりくねった経路を利用する非接触シールの一種です。回転部品の一連の交互に並んだ歯またはナイフと、固定部品の対応する溝またはハニカム表面で構成されています。流体がシールを通過しようとすると、複雑な経路による抵抗に遭遇し、圧力が低下して漏れが減少します。ラビリンス シールは、ガス タービン エンジン、コンプレッサー、蒸気タービンなどのターボ機械で、コンポーネント間の相対的な動きを可能にしながらガスまたは液体の流れを制御するために一般的に使用されています。

ラビリンスシールの利点

低摩擦・低摩耗

ラビリンスシールの主な利点の1つは、非接触性であることです。 メカニカルシール またはカーボンリングシールとは異なり、ラビリンスシールは回転部品と固定部品間の物理的な接触に依存しません。これにより摩擦がなくなり、摩耗が最小限に抑えられ、シール寿命が長くなり、メンテナンスの必要性が減ります。

高温適合性

ラビリンス シールは高温用途に適しています。ステンレス鋼、インコネル、セラミック複合材など、高温に耐える材料から製造できます。そのため、動作温度が 1000°C を超えるガスタービン エンジンでの使用に最適です。

ミスアライメントとシャフトの動きに対する許容度

ラビリンス シールの非接触設計により、シール性能を損なうことなく、ある程度のずれやシャフトの動きが許容されます。この許容範囲は、シールが過度の漏れや損傷を起こさずにこれらの変化に対応できるため、シャフトの振動や熱膨張が予想される用途で特に役立ちます。

ラビリンスシールのデメリット

接触シールに比べて漏れが大きい

ラビリンス シールは漏れを効果的に減らしますが、通常、メカニカル シールやカーボン リング シールなどの接触シールに比べて漏れ率は高くなります。ラビリンス シールは非接触であるため、特にクリアランスが厳密に制御されていない場合は、ある程度の流体が曲がりくねった経路を通過する可能性があります。

クリアランスに対する感度

ラビリンス シールの性能は、回転部品と固定部品の間のクリアランスに大きく依存します。クリアランスが小さいほど、一般的に密閉性は高まりますが、シャフトの動きや位置ずれが発生した場合、接触や摩耗のリスクも高まります。一方、クリアランスが大きいと、動きに対する許容度は高くなりますが、漏れ率は高くなります。

詰まりの可能性

一部の用途、特に汚れた流体や粒子を多く含む流体を扱う用途では、ラビリンス シールが詰まりやすくなります。溝や歯の間にゴミが蓄積すると、シールの効果が低下し、損傷を引き起こす可能性があります。

制限された圧力差能力

ラビリンスシールは、シールを横切る高い圧力差を処理する能力が限られています。圧力差が大きくなると、 漏洩率 シールを通過する圧力も増加します。圧力差が非常に大きいアプリケーションでは、許容できる漏れ率を達成するために、複数段のラビリンス シール、またはドライ ガス シールやメカニカル シールなどの代替シール技術が必要になる場合があります。

カーボンシールとは

カーボン シールは、カーボン リング シールまたはメカニカル シールとも呼ばれ、回転部品と固定部品の間に確実なシールを提供する動的シールの一種です。漏れを減らすために一連のクリアランスを利用するラビリンス シールとは異なり、カーボン シールは物理的なバリアを形成して液体やガスの漏れを防ぎます。

カーボン シールの設計は、通常、回転する嵌合リングに対してスプリングで固定されたカーボン リングで構成されています。シャフトが回転すると、カーボン リングは嵌合リングと接触し続け、密閉されたインターフェイスを形成します。この構成により、カーボン シールは高圧および高温の条件下でも、液体またはガスを効果的に封じ込めることができます。

カーボンシールの利点

低い漏洩率

カーボン シールの主な利点の 1 つは、極めて低い漏れ率を維持できることです。カーボン リングの狭いクリアランスと確実な密閉作用により、液体やガスの漏れが最小限に抑えられるため、漏れ制御が重要な用途に最適です。

長寿命

カーボンシールは、耐久性と長寿命で知られています。これらのシールに使用されているカーボン材料は耐摩耗性に優れており、回転する嵌合リングとの長時間の接触に耐えることができます。さらに、カーボンシールは最小限の潤滑で動作するため、頻繁なメンテナンスの必要性が減り、シールシステム全体の寿命が延びます。

カーボンシールの欠点

初期コストが高い

カーボンシールの主な欠点の 1 つは、ラビリンスシールなどの他のシール技術に比べて初期コストが高いことです。カーボンシールで使用される精密な製造プロセスと高品質の材料が、コスト増加の一因となっています。

ずれに対する許容範囲が限られている

カーボン シールは、シャフトのずれや振れに対する許容範囲が限られています。最適な位置合わせから大幅にずれると、摩耗が増加し、シール部品が早期に故障する可能性があります。

圧力と温度の変動に対する感度

カーボンシールは幅広い動作条件に対応できますが、ラビリンスシールに比べて急激な圧力や温度の変動に敏感です。これらのパラメータが急激に変化すると、シール部品の熱膨張や収縮を引き起こし、シールの性能に影響を与えたり、損傷につながる可能性があります。

潤滑が必要

潤滑なしでも作動するラビリンス シールとは異なり、カーボン シールは摩擦と摩耗を減らすためにカーボン リングとメイティング リングの間に薄い潤滑膜を必要とします。この潤滑は通常、プロセス流体自体または外部の潤滑システムによって提供されます。潤滑が必要なことで、シール システムが複雑になり、追加のメンテナンスが必要になる場合があります。

ラビリンスシールとカーボンシールの主な違い

設計と運用

ラビリンス シールとカーボン シールの基本的な違いは、その設計と動作にあります。ラビリンス シールは、回転部品と固定部品に交互に並んだ一連の歯と溝で構成される非接触シールです。これらのシールは、流体の曲がりくねった経路を作成することで動作し、圧力降下を引き起こし、漏れを減らします。

対照的に、カーボン シールは、回転シャフトまたは面に押し付けられたカーボン リングを使用してシールを作成するポジティブ コンタクト シールです。カーボン リングは通常、スプリングまたはその他の弾性要素によって所定の位置に保持され、シール面との継続的な接触を確保します。

漏水防止

ラビリンス シールは、ラビリンス通路を通る乱流の発生を利用して漏れを最小限に抑えます。ラビリンス シールは完全な密閉を実現することはできませんが、多くの用途で漏れを許容レベルまで効果的に低減できます。

一方、カーボンシールは確実なシールを提供し、ラビリンスシールに比べて漏れを効果的に抑制します。カーボンリングとシール面が直接接触することで流体が漏れるのを防ぐため、カーボンシールは厳格な漏れ抑制を必要とする用途に最適です。

摩耗とメンテナンス

ラビリンス シールは非接触シールであるため、動作中の摩耗は最小限に抑えられます。一般に、汚染物質に対する耐性が高く、頻繁なメンテナンスや交換を必要とせずに長期間動作できます。

一方、カーボンシールは、カーボンリングとシール面が常に接触しているため、摩耗しやすくなります。この摩耗により、時間の経過とともに漏れが増加する可能性があり、カーボンリングの定期的な交換が必要になる場合があります。

アプリケーション

ラビリンス シールは、ガスタービン エンジン、コンプレッサー、蒸気タービンで一般的に使用されており、高圧、高温のガスを効果的に密封します。また、ベアリング サンプでオイル漏れや汚染を防ぐためにも使用されます。

一方、カーボン シールは、ポンプ、ミキサー、および液体やガスを扱うその他の回転機器で広く使用されています。カーボン シールは、化学、石油化学、製薬業界など、低い漏れ率を必要とする用途に特に適しています。また、カーボン シールは、ドライ ガス シールなどの他のシール技術と組み合わせて使用され、厳しい動作条件でシール性能を強化します。