メカニカルシールの仕組み

メカニカルシールは、ポンプ、コンプレッサー、ミキサーなどの機械の回転部や往復運動部からの流体の漏れを防ぐために使用される装置です。メカニカルシールは通常、静止部品（しばしば静止面と呼ばれる）と回転部品（回転面と呼ばれる）の2つの主要部品から構成されています。これら2つのシール面は、ガスケットやオーリングなどの多くのシール装置とともに、下図のように回転機器のシール室内でプロセス媒体をシールします。

メカニカルシールの一般的な仕組みはこうだ：

メカニカルシール面のデザイン

接触面：メカニカルシールの心臓部には、シール面と呼ばれる2つの平らな面、またはわずかに湾曲した面があります。これらの面の一方は機械の固定部品（典型的にはポンプハウジング）に固定され、もう一方は機械の回転部品（典型的には回転シャフト）に取り付けられています。これらの面は、運転中に互いに逆回転で接触します。

一次シール：機械が作動すると、回転シャフトによって一方のシール面が回転し、もう一方のシール面は静止します。2つのシール面が密着することで、回転する機器や機械から流体が漏れるのを防ぐバリアが形成されます。これらのシール面は、メカニカルシーのプライマリーシールとして知られています。

流体フィルム

逆回転シール面間の流体膜の質は、メカニカルシールの設計において最も重要な要素である。

シングルメカニカルシールの設計では、流体膜はプロセス媒体で構成される。

二重メカニカルシールの設計では、流体膜はプロセス媒体（APIプラン52の非加圧緩衝液アプリケーションの場合）、または二次バリア流体（APIプラン53の加圧バリア流体アプリケーションの場合）から構成される。

液膜が大きすぎると、下図のようにシール面が漏れます。

液膜が小さすぎると、シール面が高温になり、摩耗して損傷します。その結果、下図のようにシール面の漏れが生じます。

したがって、理想的で最適な流体膜のサイズは、メカニカルシールの設計とシール寿命の成功に不可欠です。

メカニカルシールにおける流体膜の最適サイズは？

メカニカルシールの流体膜の大きさは、シールの設計、使用条件、特定の用途など、いくつかの要因によって変化します。一般的に流体膜とは、シール面の間にある流体の薄い層を指し、摩擦を最小限に抑え、熱を放散させ、漏れを防ぐバリアとなります。

流体膜の厚さは、いくつかの要因によって、数マイクロメートル（ミクロン）から数百マイクロメートル（ミクロン）の範囲になる。マイクロメートルとは、1メートルの100万分の1または1ミリメートルの1000分の1（0.001mm）を測る長さの単位である。つまり、3ミクロンは0.003mm（0.00012インチ）である。人間の髪の毛の直径が通常50～100ミクロンであることを考えると、かなり小さい。

メカニカルシールの流体膜厚に影響を与える要因には、以下のようなものがある；

運転速度：速度を上げると、液体にかかるせん断力が大きくなるため、液膜が薄くなる可能性があります。

表面仕上げ：シール面の滑らかさと表面仕上げは、液膜の厚さに影響します。仕上げが細かいほど、液膜は薄くなります。

流体の特性：シールに使用される流体の粘度と潤滑特性は、流体膜の厚さに影響します。粘度の高い流体ほど、液膜が厚くなります。

運転条件：温度、圧力、その他の環境要因も液膜の厚さに影響する。

通常、流体膜の厚さは、潤滑と放熱の必要性と、効果的なシールと最小限の漏れの必要性とのバランスをとりながら、メカニカルシールの最適な性能を確保するために注意深く設計され、制御される。

メカニカルシールのその他の要素

二次シール：メカニカルシールは、プライマリーシール面の他に、シール効果を高めるためにセカンダリーシールエレメントを組み込んでいます。これにはOリング、エラストマーガスケット、その他の動的・静的シールエレメントが含まれます。これらの二次シールは、一次シール面間の隙間からの漏れを防ぎ、シールの完全性を維持するのに役立ちます。

潤滑と冷却シール面間の摩擦や摩耗を減らし、運転中に発生する熱を放散させるために、メカニカルシールはしばしば潤滑と冷却を必要とします。これは、シール面に適合流体を供給するバリア流体またはシールサポートシステムを使用することで実現できます。

スプリングまたはベローズ：多くのメカニカルシールでは、シール面間の必要な接触力を維持するためにスプリングやベローズ機構が組み込まれています。これにより、温度や圧力の変化など様々な使用条件下でもシールの効果を維持することができます。

フラッシュシステムとバリアシステム：一部の用途、特に危険な流体や摩耗性のある流体を使用する場合、メカニカルシールにフラッシュシステムやバリアシステムが装備されることがあります。これらのシステムは、シール面に清浄な流体またはガスを供給することにより、製品の汚染を防止し、シール寿命を延ばすための追加的な保護を提供します。

全体的に、メカニカルシールは、回転部品と固定部品の間の界面を密に制御し、流体の漏れを効果的に防止し、様々な産業用途における回転機械の完全性と効率を確保することによって機能します。

詳細については、信頼性エンジニアリングにお問い合わせいただくか、当社のベストプラクティス・シーリング・トレーニング・コースの受講をお申し込みください。