機械シールの故障原因

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1．据付け時の静的試験で漏れが発生した。機械シールの取り付けと調整が終わったら、通常は静的試験を行い、漏れ量を確認します。漏れ量が少ない場合、多くは動環または静環のシールリングに問題がある；漏れ量が多い場合は、動環と静環の摩擦ペアに問題があることを示しています。漏れ量を初期に観察し、漏れ箇所を判断した上で、手動でタービンを回して観察する。漏れ量に明らかな変化がなければ、静止環および動環のシールリングに問題がある；回転させた際の漏れ量に明らかな変化がある場合、動環と静環の摩擦ペアに問題があると判断できる；漏れた媒体が軸方向に噴出する場合は、動環のシールリングに問題があることが多く、漏れた媒体が四方に噴出したり水冷孔から漏れ出たりする場合は、静環のシールリングの故障が原因であることが多い。また、漏れ通路も同時に存在することがあるが、一般的には主従の区別があり、注意深く観察し、構造をよく理解していれば、必ず正しく判断できる。2．試運転時に発生した漏れ。ポンプ用メカニカルシールは静試験を経た後、運転時の高速回転によって生じる遠心力により、媒体の漏れが抑制されます。したがって、試運転時の機械シールの漏れは、軸間やエンドキャップのシール不良を除外すれば、基本的には動環と静環の摩擦対が損傷したことが原因である。摩擦対のシールが機能しなくなる主な要因は、（1）運転中に真空状態やエアエロージョン、過剰な圧力といった異常現象により大きな軸方向の力が生じ、動翼と静翼の接触面が分離してしまうことです；（2）機械シールの取り付け時に圧縮量が過大となり、摩擦対の端面が重度に摩耗・擦り傷を負った；（3）動環シールリングが過度に締まっており、スプリングでは動環の軸方向の浮き量を調整できない；（4）静環シールリングが緩すぎるため、動環が軸方向に浮き上がると、静環が静環座から外れる；（5）作動媒体中に粒子状物質が含まれ、運転中に摩擦対に侵入し、探傷用の動・静環のシール端面；（6）設計選定の誤り、シール端面の比圧が低すぎる、またはシール材質の収縮率が大きいなど。上記の現象は試運転時によく発生し、場合によっては静環座などを適切に調整することで解消できるが、多くの場合は再分解・組み立てを行い、シールを交換する必要がある。2つのシール端面が潤滑膜を失ったことによる故障：a）端面シールの負荷が存在し、シール室に液体がない状態でポンプを起動したために発生する乾燥摩擦；b）媒体の飽和蒸気圧未満のため、端面の液膜が急激に気化し、潤滑性を失う；c）媒体が揮発性の高い製品である場合、機械シールの冷却システムにスケールや閉塞が生じると、端面の摩擦や回転部品による液体のかき混ぜによって熱が発生し、媒体の飽和蒸気圧が上昇する。これにより、媒体の圧力がその飽和蒸気圧を下回る状態が生じる。腐食によって引き起こされるメカニカルシールの故障：a）シール面の点食、さらには貫通。b）タングステンカーバイドリングとステンレス製ベースなどが溶接されているため、使用中にステンレス製ベースが粒間腐食を起こしやすい；c）溶接金属製の波形チューブやスプリングなどは、応力と媒体による腐食が同時に作用することで、破損しやすい。高温効果によって引き起こされる機械シールの故障：a）熱割れは、オイルスラッジポンプ、リファインオイルポンプ、常圧減圧塔底ポンプなどの高温用オイルポンプで最も一般的な故障現象である。シール面において、乾燥摩擦や冷却水の供給が突然途絶えること、不純物がシール面に侵入すること、真空状態になることなどがあると、リング面に半径方向の亀裂が生じます；b）黒鉛の炭化は、カーボン－黒鉛リングを使用する際のシール不良の主な原因の一つである。使用中にグラファイトリングの温度が許容温度（一般的には-105～250℃）を超えると、その表面に樹脂が析出し、摩擦面付近の樹脂が炭化します。接着剤が存在する場合は発泡して軟化し、シール面の漏れが増加してシール機能が失われます；c）補助シール材（フッ素ゴム、EPゴム、完全ゴムなど）は、許容温度を超えると急速に老化し、ひび割れが生じ、硬化して弾力性を失う。現在使用されているフレキシブルグラファイトは耐高温性と耐腐食性に優れているが、弾性率が低い。また、もろくて割れやすく、取り付け時に破損しやすいです。シール端面の摩耗によって引き起こされるシールの故障：a）摩擦対に使用される材料の耐摩耗性が低い、摩擦係数が大きい、端面の比圧（ばねによる比圧を含む）が過大であるなどは、メカニカルシールの使用寿命を短くする要因となる。一般的に使用される材料を耐摩耗性の高い順に並べると、炭化ケイ素－カーボングラファイト、超硬合金－カーボングラファイト、セラミックス－カーボングラファイト、スプレーセラミックス－カーボングラファイト、窒化ケイ素セラミックス－カーボングラファイト、高速鋼－カーボングラファイト、溶射超硬合金－カーボングラファイトとなる。b）固体粒子を含む媒体の場合、シール面に固体粒子が入り込むことがシール不良の主な原因となる。固体粒子が摩擦対の端面に入り、研磨剤として作用し、シールが激しく摩耗して機能しなくなる。シール面の適切な隙間、機械シールのバランス状態、さらにはシール端面の液膜の気化などが、端面が開いて固体粒子が侵入する主な原因となっています。c）機械シールのバランス度βも、シールの摩耗に影響を与える。一般的に、バランス度βは75％前後が最適です。β