メカニカルシールのフラッシュレートとは

機械産業において、メカニカル シールは、漏れを防ぎ、回転機器の効率的な動作を保証する重要なコンポーネントです。これらのシールの完全性とパフォーマンスを維持する上で重要な側面の 1 つは、フラッシュ レートです。フラッシュ レートとは、シール面の冷却、潤滑、洗浄に使用される流体の流量を指します。

最適なフラッシュ レートを決定することは、さまざまな要因と潜在的な結果を慎重に考慮する必要がある、微妙なバランスをとる作業です。このブログ投稿では、フラッシュ レートの複雑さを詳しく調べ、不十分なフローまたは過剰なフローに関連するリスク、一般的なガイドライン、理想的なレートに影響を与える要因、適切なフラッシュ レートを決定する方法、および API シール フラッシュ プランの役割について説明します。

フラッシュレートとは

メカニカル シールの文脈では、フラッシュ レートとは、単位時間あたりにシール チャンバーに導入される流体の量を指します。フラッシュ 流体またはバリア 流体と呼ばれるこの流体は、シール面の潤滑、冷却、および洗浄の役割を果たします。最適なフラッシュ レートを維持することは、メカニカル シールの適切な機能と寿命にとって重要です。

フラッシュ流体は通常、グランドプレートまたはシールチャンバーのポートから導入されます。その後、流体はシール面を流れ、別のポートまたはドレインから排出されます。フラッシュ流体の流量は、シール性能に悪影響を与えることなく、意図した機能を効果的に実行できるように慎重に調整されます。

不十分な洗浄率の結果

過熱

不十分な洗浄速度による主な結果の1つは、 メカニカルシールフラッシュ流体は冷却剤として機能し、回転シール面と固定シール面の間の摩擦によって発生する熱を吸収します。フラッシュ速度が低すぎると、流体が熱を効果的に放散できず、シール面の温度が上昇する可能性があります。

摩耗の増加

フラッシュ率が不十分だと、メカニカル シール部品の摩耗が増加することもあります。フラッシュ液は潤滑剤として機能し、シール面間の摩擦を減らして摩耗を最小限に抑えます。フラッシュ率が低すぎると、シール面の接触圧力と摩耗が増加し、摩耗プロセスが加速される可能性があります。

汚染物質の蓄積

不十分なフラッシュ レートのもう 1 つの結果は、シール チャンバー内に汚染物質が蓄積することです。フラッシュ フルイドは、シール チャンバーに侵入する可能性のある破片、粒子、またはプロセス フルイドを洗い流すのに役立ちます。フラッシュ レートが不十分な場合、これらの汚染物質がシール面またはチャンバー内に蓄積する可能性があります。

過剰な洗浄率のリスク

侵食

不十分なフラッシュ レートはさまざまな問題を引き起こす可能性がありますが、過剰なフラッシュ レートもメカニカル シールに悪影響を及ぼす可能性があります。高いフラッシュ レートに関連する主なリスクの 1 つは、シール面やその他のコンポーネントの侵食です。

フラッシュ流体がシール面を非常に高速で流れると、浸食が発生し、シール面の材質が徐々に摩耗します。この浸食により表面が不均一になり、面の平坦性と位置合わせが損なわれます。その結果、メカニカルシールのシール能力が低下し、漏れが増加する可能性があります。

大きなメリットがないのに運用コストが増加

過剰なフラッシュ率に関連するもう 1 つのリスクは、大きなメリットが得られないまま運用コストが増加する可能性があることです。フラッシュ率が高くなると、より多くのフラッシュ液をシステムに送り込む必要があり、エネルギー消費量の増加やポンプの摩耗につながる可能性があります。

さらに、過剰な洗浄速度では、増加した液体量に対応するために、より大きなポンプ、配管、貯蔵タンクが必要になる場合があります。その結果、初期投資コストと継続的なメンテナンス費用が増加する可能性があります。

フラッシュ率に影響を与える要因

メカニカル シールの適切なフラッシュ レートの決定には、いくつかの要因が影響します。これらの要因を理解することは、運用コストを最小限に抑えながらシールの性能と寿命を最適化するために必要です。フラッシュ レートに影響を与える主な要因は次のとおりです。

シールのサイズと種類

メカニカル シールのサイズとタイプは、必要なフラッシュ レートに大きく影響します。通常、シールが大きいほど、適切な潤滑と冷却を維持するために、より高いフラッシュ レートが必要になります。シングル シールやダブル シールなどのシール タイプも、フラッシュ レート要件に影響します。ダブル シールは、プロセスと大気の間に追加の流体バリアがあるため、シングル シールに比べて高いフラッシュ レートが必要になることがよくあります。

粘度

プロセス流体とフラッシュ流体の粘度は、必要なフラッシュ速度に影響します。粘度の高い流体では、十分な流量と熱伝達を維持するために、より高いフラッシュ速度が必要です。互換性のあるフラッシュ媒体を選択し、適切なフラッシュ速度を決定する際には、フラッシュ流体の粘度を考慮する必要があります。

温度

プロセス流体の動作温度とシール環境は、フラッシュ レートの要件に影響します。温度が高いほど、熱を効果的に放散して過熱を防ぐためにフラッシュ レートを上げる必要があります。フラッシュ流体の温度も考慮する必要があります。これは、冷却能力と全体的な熱伝達効率に影響するためです。

ボラティリティ

プロセス流体の揮発性は、フラッシュ レートの要件に影響します。揮発性の高い流体は、より容易に蒸発する傾向があり、シール チャンバー内に蒸気ポケットが形成されます。安定した液体バリアを維持し、蒸気の形成を防止するには、フラッシュ レートを高くする必要があります。蒸気の形成はシール性能を低下させ、早期の故障につながる可能性があります。

スピード

シャフトとシール部品の回転速度は、フラッシュ レートの要件に影響します。速度が速いほど摩擦が増して熱が多く発生するため、熱を効果的に放散するにはフラッシュ レートを高くする必要があります。さまざまな動作速度で適切な潤滑と冷却を維持するには、フラッシュ レートを適宜調整する必要があります。

プレッシャー

プロセス流体とシール チャンバーの圧力は、必要なフラッシュ レートに影響します。圧力が高い場合は、フラッシュ 流体とプロセス流体の間の正圧差を維持するために、フラッシュ レートを上げる必要があります。この正圧差により、プロセス流体がシール チャンバーに入り、シール面が汚染されるのを防ぎます。適切なフラッシュ レートを決定するときは、フラッシュ システムの圧力能力を考慮する必要があります。

フラッシュ率を決定する方法

メカニカル シールの適切なフラッシュ レートを決定するには、さまざまな要素を慎重に考慮する必要があります。一般的な方法の 1 つは、特定のシール モデルとアプリケーションに関するメーカーの仕様と推奨事項を参照することです。これらのガイドラインには、シールのサイズ、動作条件、および流体の特性に基づいて許容されるフラッシュ レートの範囲が示されることがよくあります。

もう 1 つの方法は、確立された公式とガイドラインを使用してフラッシュ レートを計算することです。米国石油協会 (API) は、シール チャンバー圧力と流体の蒸気圧に基づいて最小フラッシュ レートを決定するための広く使用されている公式を提供しています。この公式により、フラッシュ レートがシール面の液体状態を維持するのに十分であることが保証され、蒸発と過度の摩耗が防止されます。

API シール フラッシュ プランとその役割

API シール フラッシュ プランは、メカニカル シールにフラッシュ フルードを供給するための配管、計装、および制御システムの配置を定義する標準化された構成です。これらのプランは、適切なシールの潤滑、冷却、および破片の除去を確実にし、最終的にシールの性能と寿命を向上させるように設計されています。

各APIフラッシュプランは、プラン11、プラン13、プラン54などの番号で指定され、フラッシュ流体の供給源、流れの方向、必要な計装を指定します。たとえば、 APIプラン11 フラッシュ流体はポンプの排出口からシールチャンバーに再循環されますが、プラン 13 ではフラッシュに外部流体ソースが使用されます。

適切な API フラッシュ プランの選択は、シールする流体の種類、動作条件、アプリケーションの特定の要件などの要因によって異なります。これらの標準化されたプランに従うことで、施設は一貫性と信頼性の高いシール性能を確保し、メンテナンスとトラブルシューティングを容易にし、業界のベスト プラクティスに準拠することができます。