メカニカルシールの開放力とは

開口力は、メカニカルシールの設計と選択において重要なパラメータです。このブログ投稿では、開口力に影響を与える要因を詳しく説明し、メカニカルシールの開口力の合計を決定するために必要な計算について説明します。

開口力に寄与する 4 つの主な要素、つまりバネ力、油圧力、摩擦力、接着力について説明します。各要素について、その基本原理を説明し、詳細な数式と計算例を示して、開口力全体への影響を定量化する方法を説明します。

オープニングフォースとは

開放力はリフトオフ力とも呼ばれ、メカニカルシールの設計と操作において重要なパラメータです。シール面に作用する閉鎖力を克服するために必要な力のことで、シール面を分離して面間に流体膜を形成します。この流体膜は面間の直接接触を防ぎ、摩耗を最小限に抑え、熱を放散させるため、シールの適切な操作に不可欠です。

開口力に影響を与える要因

ばね力

スプリング力は、メカニカルシールの開口力の主な要素の 1 つです。 メカニカルシール 通常、コイル スプリングやベローズなどのスプリングを使用して、シール面に一定の閉じる力を加えます。スプリングの力は、動作中に面間の接触を維持し、摩耗や熱膨張を補正するのに役立ちます。

スプリング力の大きさは、スプリングの設計、材質、圧縮によって異なります。シール製造業者は、多くの場合、自社製品のスプリング力データを提供しており、これを開口力の計算に使用できます。

油圧

油圧は流体圧力とも呼ばれ、開く力に大きく寄与するもう 1 つの要素です。この力は、シール面に作用する流体圧力によって生成されます。油圧は面を押し広げる傾向があり、閉じる力を相殺して流体膜の形成を助けます。

油圧力の大きさは、流体圧力、シール面の形状、およびシールのバランス比に依存します。バランス比は、 シール面 流体圧力を受ける領域。

摩擦力

摩擦力は、シール面間の相対運動に対抗する抵抗力です。メカニカル シールでは、回転シール面と固定シール面の接触により摩擦力が発生します。この力は、表面仕上げ、材料特性、面間の接触圧力によって異なります。

摩擦力はメカニカルシールの閉鎖力に寄与し、適切なシール動作を実現するには、その大きさを開放力で克服する必要があります。

接着力

粘着力はスティクション力とも呼ばれ、シール面が密着したときにシール面間に発生する引力です。この力は、ファンデルワールス力などの分子相互作用の結果であり、表面特性や汚染物質や流体膜の存在によって影響を受けます。

接着力は、シール面が高度に研磨されている場合や粘性流体を扱う場合など、特定の用途では重要になることがあります。

開口力の計算

バネ力の計算

バネ力（F_s）はフックの法則を使って計算されます。

ふ_s = k × x

どこ：

• kはバネ定数（N/m）
• xはバネの圧縮力（m）

例：

• バネ定数（k）＝10,000 N/m
• スプリング圧縮（x） = 0.005 m

ふ_s = 10,000 N/m × 0.005 m = 50 N

油圧計算

油圧（F_h）は次の式を使用して計算されます。

ふ_h = P × A × B

どこ：

• Pは流体圧力（Pa）
• Aはシール面面積（m²）
• Bはバランス比率（単位なし）

例：

• 流体圧力（P）＝1,000,000 Pa（10 bar）
• シール面面積（A）＝0.0001m²
• バランス比率（B）＝0.8

ふ_h = 1,000,000 Pa × 0.0001 m² × 0.8 = 80 N

摩擦力の計算

摩擦力（F_ふ）は次の式を使用して計算されます。

ふ_ふ = μ × F_ｃ

どこ：

• μは摩擦係数（単位なし）
• ふ_ｃ 閉じ力（N）は、バネ力とその他の閉じ力を含む。

例：

• 摩擦係数（μ）＝0.1
• 閉鎖力（F_ｃ) = 100 N (先ほど計算したバネ力を含む)

ふ_ふ = 0.1 × 100 N = 10 N

接着力推定

接着力（F_1つの）は、表面特性、流体特性、環境条件などのさまざまな要因に依存するため、正確に計算することは困難です。実際には、接着力は実験データや経験式に基づいて推定されることが多いです。

この例では、推定接着力が 5 N であると仮定します。

ふ_1つの = 5N

総開口力

総開口力（F_o）は、油圧力と粘着力の合計から、バネ力と摩擦力を引いたものです。

ふ_o = フ_h +F_1つの – ファ_s – ファ_ふ

前の例の値を使用します。

• 油圧（F_h） = 80N
• 接着力（F_1つの） = 5N
• バネ力（F_s） = 50N
• 摩擦力（F_ふ） = 10N

ふ_o = 80 N + 5 N – 50 N – 10 N = 25 N

この例では、合計開口力は 25 N です。この値は、閉じる力を克服し、シール面間に流体膜を作成するために必要な最小の力を示しています。