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、最適な性能が確保されます。 シール間の接触 漏れを最小限に抑え、拡張します アザラシの寿命.
この記事では、シール面の平坦度の概念、メカニカルシールにおけるその重要性、そしてそれに影響を与える要因について考察します。また、平坦度の測定方法と、平坦度が低い場合の影響についても解説し、様々な産業用途におけるシール性能の最適化に役立つ知見を提供します。
シール面の平坦度とは
シール面の平坦度とは、メカニカルシール面の表面の平坦性と滑らかさの度合いを指します。完全に平坦なシール面とは、凹凸や完全な水平面からのずれがない状態のことです。しかし、実際には、 シール面 製造上の制限や材料の特性により、完全な平坦性からある程度の逸脱が生じる場合があります。
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。平面度は、シール面が完全に平坦な基準面からどれだけ離れているかを表す値です。例えば、平面度が2μmのシール面は、表面の最高点が最低点より2μm高いことを意味します。
メカニカルシールにおいて平坦度が重要な理由
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。
- 漏れ防止：平坦なシール面はシール同士の密着性を高め、流体漏れのリスクを低減します。シール面に凹凸があると、隙間や流路が生じ、そこから流体が漏れ出す可能性があります。
- 放熱性：フラットなシール面は、互いに接触する表面積が広く、熱伝達と放熱性に優れています。これにより、シール面の過熱や早期摩耗を防止できます。
- 均一な圧力分布：平坦なシール面は、面間の接触圧力を均一に分散します。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。
- 摩擦の低減：滑らかで平坦なシール面により、シールの回転部と固定部間の摩擦が最小限に抑えられます。摩擦が低減することで発熱が抑えられ、エネルギー効率が向上します。
- 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用いて測定されます。最も一般的な方法には以下のものがあります。
- 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）を用いてシール面に干渉縞を形成します。この干渉縞から表面の凹凸が明らかになり、平坦度を算出できます。
- 白色光干渉法：単色光干渉法に似たこの手法は、より広いスペクトルの光を用いて干渉縞を生成します。特に、平坦度に加えて表面粗さの測定に有効です。
- 光学的形状測定法：この方法では、レーザーなどの光源を用い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などの表面特性を測定します。
シール面の平坦度に影響を与える要因
材料
シール面の材料特性は、その平坦性に大きな影響を与えます。材料によって硬度、弾性、熱膨張率が異なるため、シール面の平坦性に影響を与える可能性があります。例えば、カーボングラファイトのような柔らかい材料は圧力下で変形しやすいのに対し、シリコンカーバイドのような硬い材料は平坦性を維持します。
製造プロセス
シール面の製造工程も、その平坦度を左右する上で重要な役割を果たします。所望の平坦度を実現するために、ラッピングや研磨といった技術が一般的に用いられます。これらの工程における不均一性や欠陥は、シール面全体の平坦度にばらつきをもたらす可能性があります。
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、本来の平面度からずれが生じる可能性があります。材質によって熱膨張係数が異なるため、温度変化を受けた際の膨張・収縮の速度も異なります。特に接合面が異なる材質で作られている場合、シール面に歪みが生じる可能性があります。
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。高い圧力はシール面の変形を引き起こし、急激な圧力変化は不均一な荷重や歪みにつながります。
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ミスアライメントは、シール面間の接触不良を引き起こす可能性があります。このミスアライメントは、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引き起こされる可能性があります。シール面が完全に位置合わせされていない場合、シール面に局所的な高低差が生じ、全体的な平坦性が損なわれる可能性があります。
平坦性が低い場合の影響
漏れ
シール面の平面度が低い場合、最も大きな影響の一つはリークの増加です。面が平面でないと、シール面間に隙間が生じ、シールされた流体が漏れてしまう可能性があります。わずかな平面度のずれでもリーク経路となり、シール効率が低下し、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
シール面の平坦度が低いと、摩耗が加速する可能性があります。面が完全に平坦でないと、接触面と荷重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。摩耗が加速するとシールの寿命が縮まり、交換頻度も増加します。
発熱
シール面の平面度が低いと、運転中に過度の熱が発生しやすくなります。面同士の接触が不均一になると摩擦が増加し、発熱します。この熱の蓄積により、シールの熱変形につながる可能性があります。 シール部品平坦性の問題をさらに悪化させます。過度の熱によっても、 シーリング材 時間の経過とともにその効果は低下します。
振動と騒音
メカニカルシールの平面度偏差は、振動や騒音の増加につながる可能性があります。面が平面でないと、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播す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部品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を及ぼします。平坦面は、シール面間の薄く均一な流体膜を維持するために不可欠です。平坦度が低下すると、流体膜が乱れ、摩擦、摩耗、漏れが増加します。このようなシール性能の低下は、システム全体の効率と信頼性に悪影響を及ぼす可能性があります。
