メカニカルシールの世界では、油圧バランスはシールの性能と寿命に大きく影響する基本的な概念です。この設計原理は、シールに作用する力を慎重に管理することを要求します。 シール面 圧力処理を最適化し、摩耗を最小限に抑え、信頼性を高めます。
このブログ記事では、メカニカルシールにおける油圧バランスの複雑さについて、その定義、作用する力、バランス比の計算式などについて詳しく解説します。また、以下の違いについても考察します。 バランスシールとアンバランスシール油圧バランスの利点と欠点について説明し、この重要なバランスが実際にどのように達成されるかを説明します。
メカニカルシールの油圧バランスとは
で メカニカルシール油圧バランスとは、シール面に作用する閉じる力と開く力の間の平衡を指します。このバランスによって、 シール間の接触圧力 摩耗、発熱、圧力処理能力などの要因に直面し、影響を与えます。
接近部隊
メカニカルシールにおける閉止力とは、シール面同士を押し付けることで密閉性を高め、漏れを防止する力です。主な閉止力は、シール面の裏側にあるメカニカルスプリングによって発生するスプリング力です。さらに、シール面の裏側に作用する油圧も閉止力に寄与します。油圧が高いほど、閉止力も大きくなります。
オープニングフォース
メカニカルシールにおける開弁力とは、シール面を離そうとする力であり、閉弁力に対抗する力です。主な開弁力は、シール面に作用する油圧です。シール流体の圧力が上昇すると、シール面に作用する力が大きくなり、シール面を押し広げようとします。開弁力の大きさは、シール面の形状とバランス比によって決まります。
バランス比率の計算式
バランス比は、メカニカルシールの油圧バランスを定量化する重要なパラメータです。これは、油圧による閉弁力と油圧による開弁力の比として定義されます。バランス比は次の式で計算できます。
バランス比率 = (Ac - o)/Ac
どこ：
- Ac 閉鎖圧力にさらされるシール面の面積
- Ao 開口圧力にさらされるシール面の面積
バランス比が1の場合、シールのバランスは不均衡であり、1未満の場合は均衡が保たれていることを示します。バランス比が低いほど、シールのバランスは良好です。
バランスシールとアンバランスシールの区別
| バランスシール | アンバランスシール | |
|---|---|---|
| バランス比率 | <1 | 1 |
| 圧力処理 | ハイ | ロー |
| 発熱 | ロー | ハイ |
| アザラシの寿命 | 長い | ショート |
| 設計の複雑さ | ハイ | ロー |
| 費用 | ハイ | ロー |
油圧バランスの利点
摩耗と発熱の低減
油圧バランス式メカニカルシールは、摩耗と発熱の低減という点で大きなメリットをもたらします。シール面に作用する油圧力を均一化することで、シール面間の接触圧力が最小限に抑えられます。この接触圧力の低減は、摩擦と摩耗の低減に直接つながり、シール面の寿命を延ばします。
より高い圧力への対応
油圧バランスシールのもう一つの重要な利点は、アンバランスシールに比べて高い圧力に対応できることです。バランス設計により、シールはシステム圧力の上昇下でもシールの完全性を損なうことなく効果的に機能します。
信頼性の向上
油圧バランスは、メカニカルシールの全体的な信頼性と長寿命化に貢献します。摩耗、発熱、高圧の影響を軽減することで、バランスの取れたシールは故障しにくく、メンテナンス頻度も少なくなります。
油圧バランスの欠点
設計の複雑さの増大
油圧バランスシールの欠点の 1 つは、アンバランスシールに比べて設計が複雑になることです。
この複雑さにより、開発期間が長くなり、初期設計コストが増加する可能性があります。
製造コストの上昇
油圧バランスシールは設計が複雑になるため、製造コストも高くなります。さらに、バランスシールはバランススリーブや油圧チャンバーなど複数の部品を組み込むことが多く、シールアセンブリ全体のコストを増加させます。
油圧バランスの実現方法
メカニカルシールにおける油圧バランスは、通常、バランス径またはバランスチャンバーを用いて実現されます。バランス径は、シール面上に慎重に設計された形状で、シール面全体の圧力分布を変化させます。
適切なバランス径を選択することにより、シール面を閉じる方向に作用する油圧力を、シール面を開く方向に作用する力で打ち消すことができます。この力のバランスにより、正味の力はほぼゼロとなり、面接触圧力と摩耗が最小限に抑えられます。
あるいは、バランスチャンバーを用いて油圧バランスを実現することも可能です。この設計では、シール面の背後に独立したチャンバーを設け、システム圧力をこのチャンバーに導入します。バランスチャンバー内の圧力が油圧による閉止力に対抗し、シールを効果的にバランスさせます。
