回転機械のシール欠陥の理解
シール欠陥 これらは、回転機械内部に潤滑剤を保持し、外部からの異物を遮断する役割を担うシール部品に生じる損傷、摩耗、あるいは完全な機能不全を指します。代表的な種類としては、リップシール（ラジアルシャフトシール）、メカニカルフェイスシール、ラビリンスシール、Oリングなどが挙げられ、これらの不具合は、オイルやグリースの漏れ、汚れや湿気の侵入、摩擦の増加や発熱として現れ、場合によっては、 振動 摩擦や流体による不安定性によって。シールは些細な部品に見えるかもしれませんが、その故障は深刻な結果を招きます。潤滑が失われると、急速に ベアリング故障、汚染が加速する 着るまた、プロセス用ポンプにおいて、シールが故障すると、製品の損失、環境への流出、あるいは重大な安全上の危険につながる可能性があります。
1. なぜアザラシは見た目以上に重要なのか
シールは潤滑システムの境界であり、プロセス機器においては封じ込めの境界でもあります。シールは、それが保護するローターやベアリングに比べて小型で安価なため、見過ごされがちです。しかし、ベアリングの故障の多くは、ベアリングそのものではなく、本来それを保護すべきだったシールに起因して発生しています。シールの状態を 状態監視…という考え方こそが、漏れが発生してから交換する消耗品として扱うのではなく、実現可能な最もコスト効率の良い信頼性向上の手段の一つである。
2. 一般的な印鑑の種類とその欠点
リップシール（ラジアルシャフトシール）
回転するシャフトに接触する柔軟なリップを備えたエラストマー製シール。
よくある欠陥：
- Lip wear: 摩擦によってリップ材が徐々に摩耗し、最終的にシール接触が失われる。
- 硬化： 熱や経年劣化によりエラストマーが硬化し、リップの柔軟性や追従性が失われる。
- クラッキング： 加齢や化学物質による刺激、あるいは過度な使用によって、唇にひび割れが生じます シャフトの振れ.
- リップの破れ： 不適切な設置、シャフトの欠陥、または過度の振動による損傷。
- ガーターばねの損失： 唇に密着させるための小さなバネが破損したり、外れたりします。
症状： 軸出口からの油やグリースの漏れ、軸受部の目に見える汚れ、潤滑剤の不足による軸受温度の上昇、および汚れが蓄積することによる軸受の振動の増加。
機械式フェイスシール
ポンプや高圧用途に使用され、2つの精密ラッピング加工された面が互いに接触して動作します。
よくある欠陥：
- Face wear: 接合面の摩耗が進み、漏れが増大する。
- フェースの損傷： シール面の傷、欠け、または熱亀裂。
- Oリングの破損： 二次シールが劣化します。
- スプリングの破損： 顔に圧力をかけるバネが破損したり、弱くなったりする。
- コークス化と堆積物： 材料の堆積により、顔への密着が妨げられます。
症状： シール部からの目視可能な漏れ、高温流体のシール時の蒸気や水蒸気の放出、シール面接触時のきしむ音、シール部の高温、およびシール面接触の不安定さに起因する振動。
ラビリンスシール
タービンやコンプレッサーで広く使用されている非接触シール。
よくある欠陥：
- Tooth wear: 摩擦によって摩耗したり欠けたりした歯。
- クリアランスの拡大： 摩耗や熱膨張により隙間が生じ、シール効果が低下する。
- こする： 過度な振動や軸の振動による接触が歯を損傷させる。
- 預金: カーボンやスケールの堆積により、クリアランスが変化します。
症状： 流量や圧力損失として測定可能な漏れの増加、内部漏れによる効率の低下、摩擦による振動（場合によっては以下を引き起こす可能性あり） 蒸気渦、および摩耗痕や熱による変色などの接触の痕跡。
Oリングおよび静的シール
- 圧縮永久歪み： 持続的な圧縮による永久変形。
- 化学兵器攻撃： 適合しない液体はエラストマーを劣化させます。
- 押し出し： 圧力によってOリングが溝から押し出される。
- 熱損傷： 熱老化、硬化、およびひび割れ。
3. シール破損の原因
通常着用
- 接触シールは、摩擦による摩耗によって寿命が決まります。
- リップシールの一般的な寿命は、およそ5,000～20,000運転時間です。
- メカニカルシールの寿命は、用途によって異なりますが、おおむね10,000～50,000時間です。
- 摩耗率は、軸の表面仕上げ、回転速度、および潤滑状態によって異なります。
設置時の損傷
- 取り付け作業中にシールリップが切断されたり、損傷したりします。
- シールがハウジングに正しく嵌合していません。
- 軸表面の欠陥により、シールリップが破断する。
- 汚染は組み立て工程で発生します。
動作条件
- シャフトの振れが大きすぎる： 偏心 または、シールが耐えられる範囲を超える振動。
- 高温： エラストマー材料を劣化させる。
- 化学的不適合： プロセス流体がシール材を侵食する。
- 過酷な環境： 粒子がシール面を損傷させる。
- ドライ運転： シールへの潤滑が失われると、急速な摩耗が生じます。
機械的な問題
- 過度の振動 アンバランス または ずれ.
- シャフトの欠陥 シールリップを傷つけたり、削ったりするような傷や擦り傷など。
- ベアリングの故障により、シャフトの過度な動きが生じている。
- 熱膨張によりシール部の密着が損なわれる。
4. シール欠陥の検出
視覚的なインジケーター
- 漏れ： シール部分に油、グリース、またはプロセス流体が見られる。
- 染色： シール周辺の変色は、液漏れによるものです。
- 滴り落ちる： 機器の下に漏れた液体が溜まっている。
- ミスト： 高圧シールからの微細な噴霧。
運用指標
- 潤滑剤の漏れ： オイルやグリースを頻繁に補充しなければならない。
- 汚染： 内部の汚れや湿気 oil-analysis samples.
- ベアリングの問題： 汚染や潤滑剤の損失によるベアリングの早期摩耗
- 温度上昇： 潤滑不足による軸受の発熱。
振動効果
- シールとの摩擦により、振動が発生することがあります。
- 高周波成分は、シールとの接触によって生じます。
- 重症の場合、 同期していない 振動はシールの不安定化によって生じる。
- 二次的な影響としては、汚染や潤滑不足によるベアリングの振動などが挙げられる。
振動の症状は、特定の鋭い線に限定されるものではなく、微細で広帯域にわたるため、健康な状態と比較して読み解くのが最も有効です ベースライン on a スペクトラム：1×での急激な上昇ではなく、高周波領域またはサブシンクロナス領域での緩やかな上昇が、シールに関連する典型的な特徴である。
5. シール破損による影響
即時的な影響
- 潤滑油の消耗が激しく、頻繁に補充が必要となる。
- 汚染物質の侵入により、残留潤滑油の性能が低下する。
- プロセスシールにおける製品の漏れまたは環境への放出。
- 滑りやすい床や有毒物質の放出による安全上の危険
二次被害
- ベアリングの故障： 潤滑不足や汚染はベアリングを破壊します
- 摩耗の促進： 研磨剤の混入は、あらゆる箇所の摩耗を早めます。
- 腐食: 湿気の侵入は錆や腐食の原因となります。
- カップリング damage: 潤滑剤スプレーがエラストマーカップリング要素を汚染する
6. 予防とメンテナンス
適切な選択
- 用途（圧力、温度、速度、および化学的環境）に適したシールタイプを選択してください。
- 適切なサイズのシールと仕様を使用してください。
- リップシールについては、通常、表面粗さRaが0.8 µm未満であるという要件を遵守してください。
- 流体や使用温度に合わせてエラストマーを選定してください（ニトリル、バイトン、PTFEなど）。
インストール手順
- 取り付ける前に、すべての表面をきれいに拭いてください。
- 適切な取り付け工具を使用してください。ハンマーではなく、シールドライバーを使用してください。
- 取り付ける前に、シールリップに潤滑剤を塗布してください。
- 取り付けスリーブを使用して、シャフトに滑り込ませる際、リップを保護してください。
- 直角を確認し、正しく取り付けられているか確認してください。
運用慣行
- 良好な状態を維持する バランス そして アライメント シャフトの動きや振動を低減するため。
- シールが定格とする動作温度範囲内に保つこと。
- 潤滑剤が確実にシールに届くようにしてください。
- シール部分を不適合な物質で汚染しないようにする
予防的交換
- 故障を待つのではなく、定期点検の際にシールを交換してください。
- 一般的な交換時期は2年から5年、またはメーカーの推奨に従ってください。
- ベアリングハウジングを開ける際は、必ず新しいシールを取り付けてください。
- シールキットを予備部品在庫として保管しておいてください。
7. 特別な留意事項
高振動機器
- シャフトの過度な動きは、シールを急速に劣化させます。
- 許容可能なシール寿命を確保するためには、振動の根本原因に対処する必要があります。
- 高振動環境下では、高耐久性シールやバネ式シールが有効です。
極限環境
- 高温： 高温エラストマーまたはメカニカルシールを使用する
- 研磨剤: 粒子侵入を防ぐため、保護シャフトスリーブとエクスペラーシールを装着する。
- 腐食性: 耐薬品性のある素材やコーティングを施した表面を使用する。
- 真空： ガス放出量の少ない特殊なシールを使用する。
8. シールに関するトラブルシューティング
早期シール不良
調査対象地域：
- 軸表面の状態（粗さ、傷、腐食）を確認する。
- シャフトの振れを確認してください。振れが大きすぎると、シールがすぐに破損してしまいます。
- 振動レベルを測定してください。振動が強いとシールの寿命が短くなります。
- 使用温度がシールの定格範囲内であることを確認してください。
- 化学的な不適合がないか確認してください。
- 採用されている設置方法を検討する。
- 使用用途に適したシールタイプおよびサイズであることを確認してください。
持続的な漏洩
考えられる原因と解決策：
- Shaft damage: シール部の摩耗溝 → シャフトを修理するか、補修スリーブを取り付ける。
- 過度の振れ： シャフト偏心→振れを修正するか、高容量シールを使用する
- 向きが間違っています： シールが逆向きに取り付けられている → 正しく取り付けてください。
- リップの損傷： 取り付け損傷→交換して適切な技術を使用する
- 圧力設定が不適切です： シール定格を超える圧力 → 定格圧力に対応したシールを使用するか、圧力を下げる。
9. シールに関連する振動の問題
シール摩擦と不安定性
- 接触シールはスティックスリップ摩擦を引き起こすことがある。
- 低周波振動やチャタリングの原因となる可能性がある
- ドライランニングシールは、特に摩擦振動が生じやすい。
- 非接触シール（ラビリンス）は空気力学的不安定性を引き起こす可能性がある
シールラブ
- シャフトの過度な動きにより、シールがシャフトに強く押し付けられる。
- 接触により熱が発生し、シールが急速に損傷します。
- 非対称加熱により、 サーマルボウ in the shaft.
- その結果、高周波の振動や騒音が生じることが多い――これはフル ローターラブ.
10. 機械の信頼性への影響
潤滑システムの健全性
- シールは、潤滑システムの重要な境界部分です。
- シールの不具合は潤滑剤の損失と汚染物質の侵入につながる
- その結果、ベアリングの劣化が急速に進む。
- これが連鎖反応を引き起こし、機械の完全な故障につながる可能性があります。
環境保護
- シールは、ポンプやコンプレッサーからのプロセス流体の漏れを防ぐ。
- 故障により、環境汚染を引き起こすおそれがあります。
- 有毒物質や可燃性物質は、深刻な安全上の懸念を引き起こします。
- 漏洩は、規制遵守上の問題を引き起こす可能性があります。
11. 現代のシール技術
高度なデザイン
- マルチリップシール： 冗長性を確保するための複数のシールリップ。
- エクスペラーシール： 遠心力によって、不純物がシールから遠ざけられます。
- マグネティックシール： 磁場によって固定された磁性流体。
- Dry-gas seals: 高速コンプレッサー用非接触シール。
- カートリッジシール： 設置を簡単にする組み立て済みユニット。
状態監視
- シール漏れ検知システム。
- メカニカルシールにおけるフラッシュ流体の流量監視。
- シール箇所の温度監視。
- シール関連の問題を早期に検知するための振動監視。
12. 実践における振動のつながり ― そしてBalanset-1A
メンテナンスチームがシール寿命を延ばすためにできる最も効果的な対策は、シャフトの振動を抑えることです。なぜなら、シールの早期故障の多くは、シャフトの過度な振動に起因しているからです。 アンバランス, ずれ あるいはベアリングの摩耗など、こうした根本原因を制御することで、シール自体を交換するよりもはるかに確実にシールを保護することができます。例えば、次のようなポータブルな2チャンネルアナライザーは、 バランセット-1A 技術者が現場で、振動が許容範囲内にあるかどうかを確認できるようにする 厳しさ バンド、そして不均衡が見つかった場合は、その場で修正してください。 フィールドバランシング ローターを専用のベアリングに収めることで、シールを損傷させていた励磁そのものを排除しました。オイル分析やシール温度の監視と併せて振動測定を行うことで、シールからの漏れと、その原因となった機械的故障との関連性を解明することができます。
シール部の不具合は、ベアリングやローターの問題に比べ見過ごされがちですが、機械の信頼性に決定的な影響を及ぼします。適切な選定、丁寧な取り付け、予防的な交換に加え、振動、振れ、汚染といった早期故障の根本原因に対処することで、シールは設計寿命を通じて、潤滑油の保持や異物の侵入防止という重要な役割を果たし続けることができます。
