メカニカルシールの究極ガイド：種類と用途

メカニカルシールガイド：種類と用途

メカニカルシールとは何か、そしてそれが機器にとってなぜ重要なのか

あメカニカルシール回転軸が固定ハウジングを通過する際の流体漏れを防止する装置です。ポンプ、ミキサー、コンプレッサーなどの回転機器に最もよく使用されます。適切に設計されたメカニカルシールは、ダウンタイムの短縮、製品の損失防止、そして人員と環境の保護に役立ちます。メカニカルシールの購入を検討されている場合でも、サプライヤーの評価を検討されている場合でも、長期的な信頼性を確保するには、種類、材質、用途要件を理解することが不可欠です。

メカニカルシールのコアコンポーネントと動作原理

メカニカルシールの基本構成を理解することは、性能評価や修理オプションの検討に役立ちます。一般的なメカニカルシールアセンブリには、以下のものが含まれます。

• 一次シール面（回転リングと固定リング）
• エラストマー二次シール（Oリング、ガスケット）
• 金属部品（ドライブカラー、グランド、スプリング）
• スプリングまたはスプリングパック（接触を維持するため）

主面（通常は硬質材料と、より軟質または相補的な硬質材料が接する面）は、非常に小さく制御された隙間を形成します。流体潤滑と油膜の厚さは、面の形状と動作条件によって決まります。部品が熱膨張したり摩耗したりしても、スプリングまたはベローズが面接触を維持します。適切なメカニカルシールの設計と材料を選択することで、シールはプロセスにおける圧力、温度、速度、そして化学的侵食に耐えることができます。

メカニカルシールの種類：適切な構成の選択

メカニカルシールは、様々な運用ニーズに対応するために、様々な構成で提供されています。メカニカルシールを調達する際によく目にする最も一般的なタイプを以下に示します。

シングルメカニカルシールとデュアルメカニカルシール（タンデムメカニカルシール）

シングルシールはシール面が1つで、多くのプロセスに適しています。デュアルシールは、チャンバー（加圧または非加圧）で区切られた2つの独立したシール面を使用し、製品の封じ込めや環境保護が重要な用途（有毒化学物質、有害蒸気など）に使用されます。デュアルシールは複雑さとコストを増大させますが、安全性を大幅に向上させ、漏れを低減します。

プッシャーシールと非プッシャーシール

プッシャーシールは、摩耗により軸方向に移動するエラストマー要素を使用しています。一方、非プッシャーシール（一般的にはベローズシール）は、軸方向の移動なしに面接触を維持する金属製またはエラストマー製のベローズを備えています。プッシャーシールは修理が容易でコストも低くなります。一方、ベローズ（非プッシャー）シールは、エラストマーの押し出し経路がないため、研磨性媒体や固形物に対して優れた性能を発揮します。

カートリッジメカニカルシール

カートリッジシールは、設置を簡素化し、アライメントエラーを低減する、組み立て済みのユニットです。設置関連の故障を削減できることから人気が高く、現場での性能予測と交換間隔の短縮を求めるメンテナンスチームに多く採用されています。

バランスシールとアンバランスシール

バランスシールは、圧力を分散させることでフェースにかかる正味油圧閉止力を低減し、高圧運転とフェース負荷の低減（発熱の低減）を実現します。アンバランスシールはよりシンプルで、低圧から中圧のアプリケーションに適しています。選定にあたっては、システムの最大圧力とシャフト表面仕上げを考慮してください。

ドライガスシールと特殊設計

高速ガスコンプレッサー向けには、非接触型ガス膜潤滑を採用したドライガスシールが極めて低いリーク率を実現します。また、特殊端面スプリングシール、カートリッジロータリーシール、そして下水、スラリー、高温用途向けにカスタマイズされた組み合わせシールもご用意しています。

メカニカルシールの材料選択：性能と互換性

材料は、摩耗、腐食、温度、および化学的侵食に対する耐性を決定します。メカニカルシール面および二次要素の一般的な選択肢には、以下のものがあります。

• 硬質面：炭化ケイ素（SiC）、炭化タングステン（WC）、セラミック
• カウンターフェース：カーボン（グラファイト）、カーボン複合材、SiCまたはWC
• エラストマー: NBR (ニトリル)、FKM (バイトン)、EPDM、シリコン、FFKM (パーフルオロエラストマー)
• ポリマー: PTFEおよび充填PTFE（青銅充填、カーボン充填、MoS2充填）

以下は、一般的な選択のガイドとなる簡潔な比較表です (標準範囲。正確なサービス制限については製造元のデータを参照してください)。

標準的な範囲に関する情報源：メーカーのデータシートおよび業界ハンドブック（記事末尾の情報源を参照）。材質の選択は、流体の正確な組成、温度サイクル、圧力に基づいて常に検証してください。

応用例：メカニカルシールが使用される場所

メカニカルシールは多くの分野に不可欠な存在です。代表的な用途は以下の通りです。

• 化学処理におけるポンプ システムでは、腐食性の高い流体に対して耐腐食性の表面と FFKM エラストマーが必要になることがよくあります。
• 水および廃水ポンプ - コスト効率の高いシングルシールまたはカートリッジシール。場合によっては犠牲的な耐腐食性表面コーティングが施されています。
• 石油およびガスの遠心コンプレッサーとポンプ - コンプレッサーステージ用のバランスシールとドライガスシール。
• 食品および医薬品機器 - FDA 準拠のエラストマーと表面仕上げを備えた衛生シール。
• 鉱業およびスラリーポンプ - 固体を処理するための堅牢なタングステンカーバイドの表面または特殊コーティングと強力なハードウェア。

メカニカル シールのタイプを業界のニーズに合わせて調整すると、予定外のダウンタイムが削減され、平均修理間隔 (MTBR) が向上します。

メカニカルシールの取り付け、トラブルシューティング、メンテナンス

適切な設置とメンテナンスは、正しい選定と同様に重要です。メカニカルシールの故障の一般的な原因としては、空運転、研磨粒子、熱衝撃、位置ずれ、不適切な潤滑などが挙げられます。

主なベストプラクティス:

• 組み立てエラーを減らすために、可能な場合はカートリッジ シールを取り付けます。
• 慣らし運転の手順に従って面を固定し、適切なフィルムの厚さを確立します。
• デュアルシール バッファーまたはバリア システムには、フィルターされたバリア流体を使用します。
• ハウジングの温度と振動を監視します。変化はフェースの損傷やずれを示している可能性があります。
• 予備のシールと計画的な予防保守スケジュールを保管してください。

一般的なトラブルシューティング手順：フェースの摩耗パターンを検査し、Oリングの状態を確認し、シャフトの振れと表面仕上げを確認し、動作パラメータとシール定格を検証します。多くの性能上の問題は、小さな取り付けミスを修正するか、より適切なフェース材質やバランスの取れた設計にアップグレードすることで解決できます。

メカニカルシールのコスト要因と調達のヒント

メカニカルシールのサプライヤーを選定する際は、購入価格だけでなく、ライフサイクル全体のコストも考慮してください。主なコスト要因：

• シールの複雑さ（シングル vs. デュアル、カートリッジ vs. コンポーネント）
• 材料費（特殊なフェースや高性能エラストマーは高価）
• 独自のシャフトサイズ、ハウジング、またはプロセス条件に合わせたカスタムエンジニアリング
• サービスとサポートの可用性（オンサイト試運転、スペアパーツ）

調達のヒント:

• 温度、圧力、速度 (RPM)、流体の組成、シャフト仕上げ、スペースの制限など、正確な動作データを提供します。
• 危険な化学物質を取り扱う場合は、材料証明書と適合性レポートを要求してください。
• 設置図と推奨スペアキットを要求してください。
• サプライヤーの研究開発能力と長期的な技術サポートを評価します。これらは将来の変更や信頼性の向上に影響します。

メカニカルシールとOリングソリューションにPolypacを選ぶ理由

ポリパックは、シール製造、シール材料の開発、カスタマイズを専門とする科学的で技術的な油圧シールメーカーおよびオイルシールサプライヤーです。シーリングソリューション特殊な作業環境にも対応可能です。PolypacのカスタムゴムリングおよびOリング工場は、10,000平方メートルを超える敷地面積を誇り、工場面積は8,000平方メートルです。当社の生産設備および試験設備は、業界最先端の水準を誇ります。中国最大級のシール製造・開発企業として、国内外の数多くの大学や研究機関と長年にわたる連携・協力関係を維持しています。

2008年に設立されたPolypacは、ブロンズ充填PTFE、カーボン充填PTFE、グラファイトPTFE、MoS₂充填PTFE、ガラス充填PTFEなどの充填PTFEシールの製造からスタートしました。現在では、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKMなど、様々な材質のOリングも製造しており、製品ラインを拡大しています。

ブランドの優位性とコアコンピタンス:

• 社内での広範な材料研究開発と、極端な温度、攻撃的な化学物質、研磨スラリー用のカスタム化合物を開発する能力。
• 大規模な製造能力と高度な試験装置を組み合わせることで、一貫した品質とトレーサビリティを確保します。
• 大学や研究機関と連携した研究開発ネットワークを構築し、シール科学と材料革新の最新動向を把握します。
• 充填 PTFE 配合物の製造経験と、カスタマイズされたメカニカル シール設計のための幅広いエラストマー ポートフォリオ。

主な製品ファミリーと強み:

• O リング - 幅広い材質 (NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKM) と厳密な寸法管理により、静的および動的シールを実現します。
• ロッドシールとピストンシール - 低摩擦と長い耐摩耗寿命を備えた油圧および空気圧ソリューション。
• 端面スプリングシール— 往復または回転の用途に堅牢で、厳しい圧力にも適しています。
• スクレーパーシールとダストリング - 保護油圧システム汚染から守りながらシールの完全性を維持する。
• ロータリーシールとバックアップリング - シャフトの回転と高圧押し出し抵抗に対応するように設計されています。
• カスタム PTFE および充填 PTFE コンポーネント - 特殊な環境での耐薬品性と低摩擦性に合わせてカスタマイズされています。

カスタムのメカニカル シール ソリューションが必要な場合、Polypac は材料選択のサポート、プロトタイプの加工、バッチ テストを提供して、動作条件でのパフォーマンスを検証できます。

メカニカルシールに関するよくある質問（FAQ）

メカニカルシールを注文する際にはどのような情報を提供する必要がありますか?

ポンプまたは機器の型式、シャフトのサイズと仕上げ、動作温度と圧力、流体の組成、シャフト回転数（RPM）、およびスペースの制約事項をお知らせください。想定されるデューティサイクル、およびアプリケーションに固体または研磨性媒体が含まれるかどうかもお知らせください。

メカニカルシールの耐用年数はどのくらいですか?

耐用年数は、研磨性や化学的に腐食性の高い用途では数か月、適切な用途では数年と、幅広く異なります。適切な選定、設置、そしてメンテナンスが、耐用年数に最も大きく影響します。

メカニカルシールを別の素材に交換して寿命を延ばすことはできますか?

はい。フェース（例：カーボンからSiC）またはエラストマー（例：NBRからFKMまたはFFKM）のアップグレードにより寿命を延ばすことができますが、温度、圧力、流体の化学的性質との適合性を確認する必要があります。材料適合性試験については、サプライヤーにお問い合わせください。

メカニカルシールの故障の兆候は何ですか?

一般的な兆候：漏れが一定または増加する、異常な振動、ハウジングの高温、シール部からの異音、目に見える摩耗粒子。早期発見と診断により、壊滅的な故障を未然に防ぎます。

デュアルメカニカルシールはどのような場合に選択すればよいですか?

危険な流体、高蒸気圧の液体、あるいはプロセスの封じ込めと環境保護が求められる場合には、デュアルシールをお選びください。また、製品の損失を最小限に抑える必要がある場合にも適しています。

お問い合わせ / 製品を見る

メカニカルシールの選定やカスタマイズされたシーリングソリューションのご相談は、Polypacの技術チームまでお問い合わせください。ご相談、材質アドバイス、お見積もりを承ります。Oリング、ロッドシール、ピストンシール、エンドフェイススプリングシール、スクレーパーシール、ロータリーシール、バックアップリング、ダストリングなど、幅広い製品ラインナップをご用意しております。技術的なお問い合わせやサンプルのご依頼は、営業部までお問い合わせください。

出典と参考文献

• API 682 — 遠心ポンプおよび回転ポンプ用シャフトシールシステム（業界標準ガイダンス）
• John Crane — メカニカルシールハンドブックおよび技術データシート（メーカー資料）
• パーカーOリングハンドブック - 材料特性とエラストマーの温度/化学的ガイダンス
• シールメーカーの技術データシートとPTFE材料ガイド（業界標準サプライヤー出版物）
• ポリパック社内製品お​​よび工場データ（会社の技術仕様および歴史）