ポンプ、コンプレッサー、ミキサー、工業用撹拌機などの回転機器の市場に参入している場合は、回転コンパクトシールがスムーズな稼働を維持する縁の下の力持ちであることをご存知でしょう。 10 年以上これらのコンポーネントを扱ってきたサプライヤーとして、私は小さなシールの破損でも、費用のかかるダウンタイム、漏れ、または環境上の危険にどのように悪影響を与えるかをこの目で見てきました。それを回避する鍵は？定期的かつ厳格な整合性チェックにより、問題がエスカレートする前に問題を発見します。今日は、ロータリーコンパクトシールをテストするために当社がお客様に指導している実践的で科学に裏付けられた手順を説明します。さらに、その過程でお客様のニーズに合う可能性のある特殊なシールソリューションも紹介します。
まず、ロータリーコンパクトシールが実際に何をするのかを理解しましょう。これらの精密部品は、潤滑剤を含み、汚染物質を排除し、回転シャフトとハウジング間の圧力を維持するように設計されています。一般的なタイプはいくつかあります。ピストン ロータリー シャフト シール (油圧シリンダでよく使用されます)、一般産業用のロータリー シャフト シール、流体ハンドリング用のウォーター シール V リング、極限条件用に複数の材料をブレンドしたロータリー複合シール、軽量で柔軟な用途用の V リング シールなどです。それぞれに固有の特性があるため、その整合性をチェックするにはアプローチを調整する必要がありますが、中心となる原則は一貫しています。
目視検査から始める: 防御の第一線
シールの完全性の検証を始めるのに豪華なツールは必要ありません。場合によっては、簡単な目視チェックだけで危険信号を見つけることができます。シールを検査するときは、まず装置をシャットダウンし、すべての電源をロックアウト/タグアウト (LOTO) し、システムが完全に減圧されるまで待ちます。ここで安全性を後回しにすることはできません。
安全で管理された作業スペースに入ったら、シールを剥がしてすべての部品を詳しく調べます。エラストマー製回転コンパクト シール (最も一般的なタイプ) の場合は、シール リップに亀裂、裂け目、または脆さなどの物理的損傷の兆候がないか確認してください。リップが歪んでいたり、平らになっていたり、シャフトに対して平らに配置されないような「ひずみ」があったりする場合は、明らかに完全性に問題があります。硬化したシールは、多くの場合、高温や相性の悪い化学物質にさらされることで発生し、本来持つはずの微妙な弾力性ではなく、硬く感じられます。
シャフトのシール面もチェックしてください。シールに問題がないように見えても、シャフトの表面が荒れていたり、傷があったり、溝があったりすると、時間の経過とともにシールリップが裂けてしまいます。私たちは定期的にお客様に、Ra 値 0.2 ～ 0.8 マイクロメートルのシャフト表面仕上げがほとんどの回転シャフト シールに最適であると伝えています。これより高いと摩擦が発生し、シールが早期に摩耗します。異物によるくぼみやシャフトの腐食に気づいた場合、それはシールが意図したとおりに機能していないことを示しています。
もう一つの視覚的特徴は残留物です。シールの外径周囲に乾燥した潤滑剤の蓄積、スラッジ、または液体漏れの兆候が見られる場合は、シールがハウジングに正しく固定されていないことを意味している可能性があります。特にウォーター シール V リングの場合、硬水を使用している場合、この残留物は鉱物の堆積物である可能性があり、繰り返し使用するとシールの素材が侵食される可能性があります。
圧力試験: 負荷がかかった状態でのシール性能を検証
目視チェックは明らかな損傷には有効ですが、実際の動作圧力下でシールがどのように機能するかはわかりません。そこで圧力テストの出番です。これは、特に油圧ポンプやガスコンプレッサーなどの高圧システムでは、わずかな漏れでも重大な問題を引き起こす可能性があるため、重要なステップです。
この方法は、組み立てられたシステムをテストするか、スタンドアロンのシールをテストするかによって異なります。システムレベルのテストでは、シール周囲のキャビティを通常の動作圧力 (または、最悪の状況をシミュレートするために、通常 10 ～ 15% 高いわずかに高いテスト圧力) まで加圧する必要があります。一定時間 (通常は 10 ～ 15 分間) 圧力を保持し、圧力の低下や外部漏れの兆候がないか監視します。
スタンドアロンの回転コンパクト シールをテストする場合は、ベンチ圧力テスターを使用して、シールのシール リップに制御された圧力を加えることができます。良好なシールでは、リップ全体にわたって圧力が一貫して保持される必要があります。特定の場所で漏れに気づいた場合は、リップがシャフトと完全に接触していない隙間があることを意味します。圧力と速度の両方に対応するように設計された回転複合シールの場合、このテストは、応力下でシールの複合層がどの程度うまく結合しているかを示します。
私たちがクライアントに強調していることの 1 つは、テスト流体をアプリケーションに適合させることです。シールがオイルベースのシステムで使用されている場合は、同じオイルでテストしてください。ウォーターシールVリングの場合は、水または運転中に取り扱う流体を使用してください。間違った液体を使用すると、シールが膨張または収縮し、不正確なテスト結果が得られる可能性があります。たとえば、作動油用のシールを水でテストすると、実際の環境とは異なる耐圧性が示されます。
動的パフォーマンステスト: 現実世界の動作をシミュレート
シールはただ静止しているだけではなく、高速で回転し、シャフトとともに動き、温度変動に対応します。そのため、静圧テストは状況の一部しか伝えられません。実際の動作中にシールがどのように動作するかを模倣する動的テストは、長期的な完全性を確認するために不可欠です。
最も単純な動的テストはスピンテストです。シールをテストシャフトに取り付け、装置の通常動作 RPM に一致する速度で一定期間 (通常は 1 ～ 2 時間) 回転させます。この間、漏れ、過度の熱、異常な振動がないか監視してください。健全なロータリーコンパクトシールは、通常、システムの周囲温度より 10 ～ 15 ℃ 高い一定の温度で動作します。シールがそれ以上に熱くなっていることに気付いた場合は、位置ずれ、リップの締め付け、シャフトの表面の粗さなどにより、摩擦が大きすぎる可能性があり、シールがすぐに摩耗してしまいます。
より高度な試験のために、シールリップとシャフトの間の接触圧力を測定する装置を使用します。適切な接触圧力によって、しっかりとした信頼性の高いシールが形成されます。圧力が低すぎると、流体が漏れてしまいます。圧力が大きすぎると、シールが摩擦で焼き切れてしまいます。回転シャフトシールの場合、理想的な接触圧力は通常 0.1 ～ 0.5 メガパスカルですが、これはシールの種類によって異なります。たとえば、ピストンの回転シャフト シールは、回転に伴う往復運動に対応するために接触圧力が高くなりますが、V リング シール (低速、低圧力の用途向けに設計) は、より柔軟な接触プロファイルを備えています。
温度テストも動的チェックの一部です。シールは高温に長時間さらされると時間の経過とともに劣化します。スピンテスト中に、温度がシールの材質定格を超えて上昇した場合 (これはシールの仕様書に記載されています)、それは設計された条件に耐えていないことを意味します。これは、温度が 120 ℃ 以上に達する可能性がある炉の排気ファンや深井戸ポンプなどの用途では一般的な問題です。このような場合、フルオロポリマーなどの材料への切り替えが必要になる場合があります。これは、フルオロポリマーは標準のニトリルゴムよりも極端な温度で優れた性能を発揮するためです。
汚れや摩耗のチェック: すぐには見えない隠れた損傷
上記のテストがすべて合格した場合でも、時間の経過とともにシールに損傷を与える可能性のある隠れた汚染の兆候がないかを確認する必要があります。金属の削りくず、ほこり、破片などの汚染物質がシールとシャフトの間に閉じ込められ、リップに小さな溝ができ、最終的に漏れが発生する可能性があります。
まずはシールの内面（シャフトと接触する部分）を観察します。小さな引っかき傷や回転方向に沿った摩耗パターンが見られる場合は、研磨剤による汚染の兆候です。より硬い外層とより柔らかいシールリップを備えた回転複合シールの場合、リップの摩耗は複合層が意図したとおりに機能していないことを示す危険信号です。
シールが取り付けられているハウジングも確認する必要があります。ハウジングの内面は滑らかで、シールの外径を引き裂く可能性のあるバリや粗い部分があってはなりません。ハウジングに穴が開いたり腐食したりすると、シールがしっかりと保持されず、隙間ができて流体が漏れる可能性があります。農業機器や屋外機器でよく使用されるウォーターシール V リングでは、湿気による腐食が一般的な問題です。ハウジングに錆がないか定期的にチェックすることで、シールの破損を防ぐことができます。
シールがテストに合格しなかった場合はどうなりますか?次のステップ
ロータリーコンパクトシールがこれらのチェックのいずれにも合格しなかった場合でも、パニックに陥る必要はありません。まず、根本原因を特定します。圧力テストに失敗した場合は、メーカーのシールが不良であることを意味するか、シャフトまたはハウジングの位置ずれが原因である可能性があります。動的テストが失敗した場合は、シールのサイズがシャフトの直径または動作速度に対して正しくなかったことを意味する可能性があります。
当社では、お客様と緊密に連携してシールの不具合のトラブルシューティングを行っています。たとえば、クライアントの回転シャフト シールが高摩擦により故障している場合、より広いシール リップを備えたシールや摩擦特性の優れた素材に切り替えることを提案することがあります。汚染が問題となる場合は、システムにフィルターを追加するか、より優れた汚染物質排除設計のシールにアップグレードすることをお勧めします。
よく見られる間違いの 1 つは、シールの選択に画一的なアプローチを使用することです。たとえシャフトサイズが似ていても、ポンプで機能するシールがミキサーでは機能しない場合があります。そのため、油圧動作用のピストン回転シャフト シールが必要か、極圧用の回転複合シールが必要か、低速用途用の V リング シールが必要かなど、さまざまなシール タイプを理解しているサプライヤーと協力することが重要です。
最終考察: プロアクティブなチェックは事後的な修復に勝る
ロータリーコンパクトシールで犯し得る最大の間違いは、漏れが見つかるまでシールの完全性を確認するのを待っていることです。漏れが目に見えるまでに、シールはすでに損なわれており、計画外のダウンタイムに直面する可能性があります。動作条件に応じて、3 ～ 6 か月ごとに、これらのチェックを定期的なメンテナンス スケジュールに組み込むことをお勧めします。過酷な用途（食品加工装置や鉱山機械など）の場合は、さらに頻繁なチェックが必要です。
どのシール タイプがご使用の機器に適しているかわからない場合、またはこれらの完全性チェックの実行について質問がある場合は、遠慮なくお問い合わせください。私たちのチームは、何百もの産業運営がシール性能を最適化し、ダウンタイムを削減し、メンテナンスコストを削減するのを支援してきました。油圧シリンダー用のピストン ロータリー シャフト シール、遠心ポンプ用のロータリー シャフト シール、またはロータリー コンポジット シールやウォーター シール V リングなどの特殊なソリューションをお探しの場合でも、当社はお客様に最適なものを見つけるお手伝いをいたします。今すぐお問い合わせいただき、お客様のニーズについて話し合い、シーリング システムの強化を始めてください。
参考文献
- 油圧シール技術: 回転およびリニア シールのガイド、Industrial Press Inc.、2021 年
- エラストマーシール完全性試験方法、トライボロジストおよび潤滑技術者協会 (STLE)、2019 年
- 回転機器のシールの選択と適用、流体シーリング協会 (FSA)、2020 年
- 「水および工業用流体システムにおける V リング シールの性能特性」、Journal of Tribology and Surface Engineering、2018 年
- ロータリー シールの故障分析: 一般的な原因と軽減戦略、国際産業メンテナンス ジャーナル、2022 年