石油およびガス産業では、シールは機器の安全かつ効率的な動作を保証する上で重要な役割を果たします。さまざまなタイプのシールの中でも、静的および動的オイルおよびガス シールは 2 つの基本的なカテゴリであり、それぞれに独自の特性、用途、および性能要件があります。オイルおよびガスシールの専門サプライヤーとして、お客様がより多くの情報に基づいた意思決定を行えるよう、これら 2 種類のシールの違いを詳しく掘り下げていきたいと考えています。
定義と基本原則
静的シールは、2 つの固定コンポーネント間の流体またはガスの漏れを防ぐように設計されています。これらは通常、シール面間に相対運動がない用途で使用されます。たとえば、パイプラインのフランジ接続では、ガスケットなどの静的シールが 2 つのフランジの間に配置され、しっかりとしたシールが形成され、オイルやガスの漏れが防止されます。静的シールの基本原理は、シール材料にかかる圧縮力を利用してシール表面の微細な凹凸を埋め、それによって漏れのない接続を達成することです。
一方、ダイナミックシールは、回転シャフトや往復運動するピストンなど、シール面間に相対運動がある用途に使用されます。ダイナミックシールの主な機能は、可動部品がスムーズに動作できるようにしながら、流体やガスの漏れを防止することです。動的シールは、流体またはガスの圧力だけでなく、相対運動によって生成される摩擦力にも耐える必要があります。たとえば、ポンプでは、ポンプで送り出された流体が回転シャフトに沿って漏れるのを防ぐためにダイナミック シールが使用されます。
材料の選択
静的シールと動的シールの材料の選択は、動作条件が異なるため大きく異なります。
静的シールには、圧縮性、弾性、耐薬品性に優れた材料が好ましい。一般的な材料には、ゴム (ニトリルゴム、EPDM ゴムなど)、グラファイト、PTFE などがあります。ニトリルゴムは、耐油性および耐燃料性に優れているため、石油およびガス用途の静的シールに広く使用されています。グラファイトは、その高い熱安定性と化学的不活性により、高温および高圧の静的シール用途によく使用されます。 PTFE は摩擦係数が低く、耐薬品性に優れているため、腐食環境での静的シールに適しています。
動的シールの場合、材料は優れた耐摩耗性、低い摩擦係数、および相対運動に適応する能力を備えている必要があります。ダイナミック シールに一般的に使用される材料には、カーボン、セラミック、および特定の種類のポリマーなどがあります。カーボンは、その自己潤滑特性と優れた耐摩耗性により、ポンプやコンプレッサーのダイナミックシールとしてよく選ばれています。セラミック材料は、その高い硬度と優れた耐摩耗性により、高速および高圧の動的シール用途に使用されます。 PEEK (ポリエーテル エーテル ケトン) などのポリマーも、機械的特性と耐薬品性に優れているため、動的シールで使用されることが増えています。
デザインと構造
静的シールと動的シールの設計と構造も大きく異なります。
静的シールは通常、比較的単純な構造をしています。一般的なタイプの静的シールであるガスケットは、平型ガスケット、渦巻状ガスケット、またはリング ガスケットの形式をとることができます。平型ガスケットは最も単純なタイプで、単層のシール材でできており、低圧用途に適しています。うず巻形ガスケットは、金属ストリップと充填材を螺旋状に巻いて構成されており、高圧、高温条件下で優れたシール性能を発揮します。八角形や楕円形のリング ガスケットなどのリング ガスケットは、高圧フランジ接続に使用され、シールのために金属間の接触に依存します。
ただし、ダイナミック シールの設計はより複雑です。たとえば、動的シール用途で広く使用されているメカニカル シールは、回転リング、固定リング、バネ、二次シールなどのいくつかのコンポーネントで構成されています。回転リングは回転軸に取り付けられ、固定リングはハウジングに固定されています。スプリングは、2 つのリングを接触状態に保つために必要な軸方向の力を提供し、シール界面を形成します。メカニカル シールにも、バランス型メカニカル シールやアンバランス型メカニカル シールなど、さまざまな種類があります。特定のメカニカル シールの詳細については、当社の Web サイトを参照してください。502 石油化学工業用交換用シングル スプリング ベローズ メカニカル シール、メカニカルシール2種相当、 そしてJohn Crane 112 交換用アンバランスメカニカルシール。
パフォーマンスと信頼性
性能と信頼性に関しては、静的シールと動的シールには異なる要件と特性があります。
静的シールは、シール面間に相対的な動きがなく、シールの磨耗が軽減されるため、長期的なシール性能の点で一般に信頼性が高くなります。静的シールは、適切に取り付けられると、温度、圧力、化学環境などの動作条件がシールの設計限界を超えない限り、良好なシール効果を長期間維持できます。ただし、静的シールは取り付けエラーの影響をより受けやすい場合があります。ガスケットが正しく取り付けられていない場合、たとえば、ガスケットが適切に中心に配置されていない場合や、圧縮力が均等に分散されていない場合、漏れが発生する可能性があります。
一方、ダイナミックシールは、性能と信頼性の点でさらなる課題に直面しています。シール面間の相対運動により摩擦熱が発生し、時間の経過とともにシール材が摩耗する可能性があります。さらに、動的シールは、速度、圧力、温度の変化など、さまざまな動作条件に適応する必要があります。動的シールの信頼性を確保するには、定期的な保守・点検が必要です。たとえば、ダイナミック シールの潤滑システムを定期的にチェックして、摩擦や摩耗を軽減するのに十分な潤滑が行われていることを確認する必要があります。
アプリケーションシナリオ
静的シールと動的シールの適用シナリオも異なります。
静的シールは、パイプライン接続、バルブのボンネット、機器のフランジによく使用されます。製油所では、原油、精製製品、その他の化学物質の漏洩を防ぐために、パイプラインのさまざまなセクション間の接合部をシールするために静的シールが使用されます。貯蔵タンクでは、貯蔵物質の安全性を確保するために、マンホール カバーやその他のアクセス ポイントをシールするために静的シールが使用されます。
ダイナミックシールは主にポンプ、コンプレッサー、タービンなどの回転機器に使用されます。ポンプでは、回転軸に沿って汲み上げられた流体の漏れを防ぐためにダイナミックシールが使用されます。コンプレッサーでは、圧縮チャンバーを密閉し、圧縮ガスの漏れを防ぐためにダイナミック シールが使用されます。ダイナミックシールはエンジンにも使用されており、ピストンをシールして燃焼ガスの漏れを防ぐために使用されます。
コストに関する考慮事項
コストは、静的シールと動的シールのどちらかを選択する際に考慮すべき重要な要素です。
一般に、静的シールは動的シールよりも安価です。シンプルな設計と比較的低コストの材料を使用した静的シールは、多くの用途にとってコスト効率の高いソリューションとなります。ただし、設置と交換のコストも考慮する必要があります。場合によっては、静電気シールを交換するために機器を分解して再組み立てするコストが多額になる可能性があります。
一方、ダイナミックシールは、複雑な設計と高性能素材の使用により、より高価になります。さらに、ダイナミック シールのメンテナンスと交換のコストも比較的高くなります。しかし、回転機器の動作においてダイナミック シールが果たす重要な役割を考慮すると、多くの場合、機器の信頼性と効率性を確保するために、高品質のダイナミック シールへの投資が正当化されます。
結論
結論として、オイルおよびガスの静的シールと動的シールには、定義、材料の選択、設計、性能、用途シナリオ、コストの点で大きな違いがあります。オイルおよびガスシールのサプライヤーとして、当社は各タイプのシールに特有の要件を理解しており、お客様に最適なシールソリューションを提供することに尽力しています。パイプライン接続用の信頼性の高い静的シールが必要な場合でも、ポンプ用の高性能動的シールが必要な場合でも、当社にはお客様のニーズを満たす専門知識と製品があります。
当社のオイルおよびガスシール製品にご興味がある場合、またはシーリングソリューションについてご質問がある場合は、調達および詳細な打ち合わせについてお気軽にお問い合わせください。私たちは、石油およびガス機器の安全かつ効率的な運用を確保するために、お客様と協力できることを楽しみにしています。
参考文献
- ESDUインターナショナル。工学科学データユニット。 「シーリング技術: 静的シールと動的シール」。
- API (アメリカ石油協会) 規格。 「石油およびガス機器のシール要件」。
- ASME (米国機械学会) コード。 「圧力容器および配管シールの規格と規格」。
