メカニカルシール面の平坦度とは

メカニカルシール面の平坦度は、回転機器のシールシステムの性能と信頼性に直接影響を与える重要なパラメータです。適切な平坦度を維持することで、シール面間の接触が最適になり、漏れが最小限に抑えられ、シールの寿命が延びます。

この記事では、シール面の平坦性の概念、メカニカルシールにおけるその重要性、およびそれに影響を与える要因について説明します。平坦性の測定方法と平坦性が低い場合の影響について説明し、さまざまな産業用途でシールの性能を最適化するのに役立つ洞察を提供します。

シール面の平坦度とは

シール面の平坦度とは、シール面の平坦度と滑らかさの度合いを指します。 メカニカルシール 顔。完全に平らな シール面 完全な平面から凹凸や偏差が生じることはありません。ただし、実際には、製造上の制限や材料の特性により、すべてのシール面は完全な平面からある程度の偏差が生じます。

平面度は、通常、マイクロメートル (μm) やヘリウム光バンド (HLB) などの長さの単位で測定されます。平面度の値は、完全に平坦な基準面からのシール面の最大偏差を表します。たとえば、平面度が 2 μm のシール面は、表面の最高点が最低点より 2 μm 上にあることを意味します。

メカニカルシールにおいて平坦性が重要な理由

平坦性は、いくつかの理由から、メカニカルシールの性能と寿命にとって重要な要素です。

1. 漏れ防止: 平らなシール面は、互いのシール性を高め、液体漏れのリスクを軽減します。シール面の凹凸により、液体が漏れる隙間や溝ができる場合があります。
2. 熱放散: フラットなシール面は、互いに接触する表面積が広く、熱伝達と放散が向上します。これにより、シール面の過熱や早期摩耗を防ぐことができます。
3. 均一な圧力分布: シール面が平らなため、面間の接触圧力が均一に分散されます。圧力分布が不均一だと、シール面の局所的な摩耗や損傷につながる可能性があります。
4. 摩擦の低減: 滑らかで平らなシール面により、シールの回転部品と固定部品間の摩擦が最小限に抑えられます。摩擦が低減すると、発熱が少なくなり、エネルギー効率が向上します。
5. シール寿命の延長: シール面がフラットになることで、シール性、放熱性、圧力分散性が向上し、摩擦が低減されるため、シール寿命が長くなり、メンテナンスの必要性が軽減されます。

平坦度はどのように測定されるか

メカニカルシール面の平坦度は、通常、光学的平坦度測定技術を使用して測定されます。最も一般的な方法は次のとおりです。

1. 単色光干渉法: この方法では、単一波長の光 (通常はヘリウム) を使用して、シール面に干渉パターンを作成します。このパターンにより表面の凹凸が明らかになり、平坦度を計算できます。
2. 白色光干渉法: 単色光干渉法と同様に、この技術はより広いスペクトルの光を使用して干渉パターンを作成します。平坦度に加えて表面粗さを測定する場合に特に便利です。
3. 光学的形状測定法: この方法では、レーザーなどの光源を使用してシール面の表面をスキャンし、その地形の 3D マップを作成します。その後、データを分析して、平坦度やその他の表面特性を判断します。

シール面の平坦度に影響を与える要因

材料

シール面の材質特性は、シール面の平坦度に大きく影響します。材質によって硬度、弾性、熱膨張の度合いが異なり、シール面の平坦度に影響します。たとえば、カーボン グラファイトなどの柔らかい材質は圧力を受けると変形しやすくなりますが、シリコン カーバイドなどの硬い材質は平坦度をよりよく維持します。

製造プロセス

シール面を作成するために使用される製造プロセスも、シール面の平坦度を決定する上で重要な役割を果たします。望ましいレベルの平坦度を実現するために、ラッピングと研磨の技術が一般的に使用されます。これらのプロセス中に不一致や欠陥があると、シール面全体の平坦度にばらつきが生じる可能性があります。

熱膨張

温度変化によりシール面の材質が膨張または収縮し、元の平面度からずれが生じることがあります。材質によって熱膨張係数が異なるため、温度変化を受けたときの膨張率と収縮率が異なります。特に接合面が異なる材質でできている場合、シール面が歪むことがあります。

圧力変動

シール面に作用する圧力の変動も、シール面の平坦性に影響を与える可能性があります。圧力が高いと面が変形する可能性があり、圧力が急激に変化すると、負荷が不均一になり、歪みが生じる可能性があります。

シャフトのずれ

メカニカル シールの回転部品と固定部品の位置ずれにより、シール面の接触が不均一になることがあります。この位置ずれは、不適切な取り付け、シャフトの振れ、ベアリングの摩耗などの要因によって発生することがあります。面が完全に位置ずれしていると、シール面に局所的に高い部分と低い部分が生じ、全体的な平坦性が損なわれることがあります。

平坦度が低い場合の影響

漏れ

シール面の平坦度が低い場合の主な影響の 1 つは、漏れの増加です。面が平坦でない場合、面間に隙間ができ、密封された流体が漏れることがあります。平坦度のわずかな偏差でも漏れ経路ができ、密封効率が低下し、製品の損失や汚染につながる可能性があります。

加速摩耗

平坦度が低いと、シール面の摩耗も早まります。面が完全に平坦でない場合、接触や負荷が不均一になります。その結果、局所的に高圧領域が発生し、摩擦と摩耗が増大します。摩耗が早まるとシールの寿命が短くなり、より頻繁に交換する必要が生じます。

発熱

シール面の平坦度が低いと、動作中に過度の熱が発生しやすくなります。面間の接触が不均一になると摩擦が増加し、熱が発生します。この熱の蓄積によりシール部品の熱変形が発生し、平坦度の問題がさらに悪化します。過度の熱により、シール材が劣化し、時間の経過とともにその効果が低下することもあります。

振動と騒音

平坦度の偏差は、メカニカル シールの振動と騒音の増加につながる可能性があります。面が平坦でない場合、断続的な接触やチャタリングが発生し、その結果、振動がシール システム全体に伝わる可能性があります。これらの振動は騒音を発生させるだけでなく、アセンブリ内の他のコンポーネントの早期故障を引き起こす可能性もあります。

シール性能の低下

シール面の平坦度が低いと、シール性能全体に直接影響します。シール面間の薄く均一な流体膜を維持するためには、平坦な面が不可欠です。平坦度が損なわれると、流体膜が乱れ、摩擦、摩耗、漏れが増加します。シール性能が低下すると、システム全体の効率と信頼性に悪影響を与える可能性があります。