ドライシール(高圧型ドライシールの紹介)
Dry(NewLy

Developped

DrySealSeatforHigh

PressureUse)(化)技術審榎本
Tadasbi

正Enomoto

軸封装置は反応器用撹拝機のキーテクノロジーである｡グランドパッキンに代わって登場したドライシールはその実漬を積み重ね,今や軸封装置の一方の主流となった｡これにしたがって,ユー

ザーニーズもより多彩となり,より高圧力で使用出来るドライシールが要望される所となった｡今回,耐圧5kgf/cm2仕様の高圧型ドライシールを開発したので,紹介する｡

Agitator

shaft

sealinghasbeen

Dry‑Seal

whichsealingdevice.

operationby

Dry‑Seal

canwhich軸

be封

key‑technology

of

theof

gland

one

in placeused

Accordingly,
Dry‑Sealisdevice

user'sneeds

hasbeendesired.

This

usedatpressureof

装置thearepackinglSvaried,andpaper

ofOf

theOnenow,

muchdescribes

thesealing

devicereactorvessel.

maincurrent
bigb
newlyofpressuredeveloped

5kgf/cm2.

Agitator

ま えがきparts

shaftの運転並びにそのメンテナンスの容易性に起因する反応器用捜拝機の軸シールとして,従来のグランものである｡

ドパッキンに代わって,ドライシールが使用され始

このような用途の多様化に応じ,ドライシール‑めて約15年が経過した｡ドライシールの特長であるの要求も多彩となっている｡従来はグランドパッキン

低コンタミ性がユーザーに受け入れられ,当社の実の代替品であるとの考え方から,耐圧限界2kgf

績においては,今や撹拝機用軸シールの30%はド/cm乏を標準品仕様として,ユーザーの要望に応えライシールが採用され,軸封装置としての地位を確てきたが,近年ではより高庄仕様‑の対応が求めら立するに至っている｡シーラントを使用しないといれている｡この様なユーザーニーズに答えるべく,うクリーン性により医薬品,食品およびファイン分

従来のシングル型ドライシールの常識を打ち破る,野で広く適用されるのみならず,近年ではケミカル耐圧5 kgf/cm2仕様の高圧型ドライシールを開発し,分野での用途も増加している｡これはドライシール上市することとした｡

Vol.

42

No.

1(1998/9)

神鋼パンテツク技報ββ本稿では,この高圧型ドライシールの紹介を中心

注2)材質の組合せ上のPV値の限界からは,更に高い回転数での使用も可能である｡に,従来型を含めたドライシール全般の特長,用途軸シールとして0リングを使用しており,そのを紹介する｡

1.高圧型ドライシ‑ル(特許出願中)

標準材質はパーフロであるが,1.

材質選定も可能である｡

1高圧型ドライシールの培長

缶内内容物に応じた

第1図は今回開発した耐圧5kg〃cm2仕様の高圧型ドライシールである｡
主要部の材質は1.

2項に示すとおり,ノンメタリックであり,グラスライニング反応器への適用が可能であることは言うまでもなく,ステンレス製反応器,およびフィルタードライヤー,コニカルドライヤー,SVミキサー等の各種機昇への適用も可能である｡

従来型ドライシール(第2図)と高圧型ドライシー

Rotatio†lal rlng

①ルの構造上の相違点は,前者の軸シールはPTFEベローズであるのに射し,後者は0リングを採用=Fしている点である｡
従来型ドライシールを缶内使用圧力2kgf/cm2以

Floating

seat@

上に耐圧設計するに際しての障害は,主として下記2点であった｡
1 ) PTFEベローズの耐圧強度
2 )高圧で使用するに従って摺動部の面庄が増加lするため,カーボン入りPTFEの耐磨耗性
高圧型ドライシールは耐圧強度上の問題点を0リング型とすることにより,また耐磨矧生に関しては第1図

高圧型ドライシール
1Fig.

Dry

Seal

for highusepressure

回転環を特殊充填材入りテフロンとすることにより解決した｡
また,ドライシールに付き物である"鳴き現象の問題についてはバランス比および摺動部の形状を工夫することにより解決されている｡
したがって,耐圧5kgf/cm2仕様であるにもかかわらず磨耗粉の発生が少なく,且つ従来型と同等以上の寿命を有している｡
1.

2

高圧ドライシールの仕様

設計仕様を次に示す｡圧力範囲を除いて従来の低中庄用ドライシールと同一である｡

Rotatjonalring

Floatingseat1)材質:･回転環(符号(∋) :特殊充填材入りPTFE･固定環(符号(参):アルミナソリッド2)設計圧力:FV‑5kgf/cm2注)13)設計温度:‑30‑175℃
注) 24)使用回転数:最高200RPM
注1 )上記温度は缶体内容物温度であり,缶体内容物からドライシール部への熱伝導を考慮して84決定された｡したがって,反応器の大きさに第2回より検討を要する場合がある｡

Fig,

神鋼パンテツク技報

ベローズ型ドライシール
2Be11ows

type

Dry

Seal

Vol.

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No.

1(1998/9)

6‑test pleaCeS＼＼､ヱ!竺三些̲空室/○/.̲∈､､∈旦
2詔く⊃⊂:PoMateriaI

j7･{/Crp7男琴//￣￣￣￣∴･Ba+:⊃i○/i:;/ー▲MaterialA

写真1テスト装置
Photo.1

Test

equlpment

Acceptability

limit 2 000

2 000
0.5

1

1.5

Friction
Springforce

Pcc/hrvessel

2.5

[kgf]

noise:

レ

24

ロ:

+=

【kgf/cm2]

press.
○＼U

第3図
Fig.

回転環材料の磨耗試験
3test

Abrasionof rotational

△U

ring

material

61000c,ヒ々
く匂F&,上∠ぐ弓q)

J

2.高圧型ドライシールの開発テスト結果
2.

:

10B.F.田igll]

203040506070Days

1材料選定テスト
ドライシールはバランスシールであるため,密封

第4図
Fig.

洩れ試験
4Leakagetest

端面の接触圧力は缶内圧の増加に比例して大きくなる｡すなわち高圧仕様になる程回転環および固定環の磨耗が増加するため,材料の選定およびその組合ライシールを試作し,洩れ特性および磨耗特性を測せには注意を要する｡

定した｡写真1はそのテスト装置,第4図は時間経開発に当たって,従来型ドライシールとの互換性および部品点数の削減の観点から,固定環は従来と同材質のアルミナソリッドとし,より磨耗特性の良過に伴う洩れ量のテスト結果である｡
第4固より,バランス値(以下B.F.値という)が低い場合には11日運転後に"鳴き現象(摺動部のビビリ振動に起因して,キーキーと高周波数の音い回転環材料を選定することにした｡
第3図は回転環の候補材料の磨耗試験結果である｡
囲の左上に示す様に,倶試材をスプリングを介して回転軸に取り付け,アルミナソリッド製の固定環にが発生するドライシール特有の現象)が生じ,洩れ量が急激に増加した｡"鳴き''現象は必ずしも理論的に解明されておら押しつけ,一定時間運転した｡テスト前後の供試材ず,組立精度,摺動材の組合せ,摺動部の構造,杏の重量を計測し,その比重で除することにより磨耗封端面の接触面庄等が影響するとされている｡一方量(体積)を算出,比較することにより,候補材料B.F.値が高い場合には60日を超える運転後にも洩の優劣を検証した｡

れ量は殆ど変化せず,その催は数10cc/brであっ

その結果,高圧ドライシールの材料として選定しかった｡

た特殊充填材入りPTFEは最も消耗量が少なく,また従来型の材質の1/2.5の磨耗特性を示した｡
2.

2

長期運転テスト

42No.

1(1998/9)

第1表は3インチサイズ試作機での磨耗量測定結果である｡テスト条件は缶内庄6kgf/cm2,温度は磨耗テストで選定した材料で3インチサイズのドVol.

た｡尚,缶内圧力が変化しても洩れ量の変化は少な常温とした｡

神鋼パンテツク技報

1 500時間後の平均磨耗量は0.022mm
85第1表高圧塾ドライシール磨耗量
1

Table

Abrasion

rate

ofDry

Seal

Dimensionof

for

Abrationrate

Abrationrate

outerside/innerside

outerside/innerside

average

5.288

5.288/5.260

0/0.0285.285

5.285/5.265

0/0.0205.285

5.290/5.265

0/0.0205.285

5.285/5.265

0/0.020

1500
hr

第2表
Table

use

Dimensionaftertesting

testpleCe

Opertiontime

highpressure

0/0.022

ドライシールの種類
2

Varietyof DrySeal

TypeofApplication

TypeofDrysealrange

shaftseal

Highpress.type

FV‑50‑ringFillerfilledPTFE‑Alumina

Mediumpress.type

ATM‑2
BellowsCarbonfilledPTFE‑Alumina

Lowpress.typeであり,Material

FV‑1

題はないが,大気圧以上2kgf/cm2までの缶内運転1年後の推定磨耗量(♂)

圧力が主流である場合に最適なドライシールである｡∂ ‑0.022×8760/1 500‑0.13

3.

mm

3高圧型

高圧使用時の洩れ対策と摺動部の磨耗に重点を置となる｡すなわち,1年以上の使用に十分耐えるこいた設計となっている｡従来の低中庄塾で使用されとが出来る｡尚,この磨耗量は従来型ドライシールているテフロンペローは耐圧強度上の限界があり,とほぼ同等である｡密封端面の面圧が増加している必然的に0リング型を採用することになった｡従っにもかかわらず,磨耗量がほぼ同等である理由は,て,高圧型の適用可否の判定に際しては,回転環材料の磨耗特性が改善されていることに起因グ材の耐食性を考慮する必要がある｡グラスライニ

0リン

している｡

ング機器への適用を考慮し,3.ドライシールの種矩と適用範囲はパーフロとしたが,カルレッツその他の材質の使高圧型の開発により,ドライシールの適用圧力は0リングの標準材質用も可能である｡

真空から5kgf/cm2までの幅広い範囲に広がった｡

第3表は代表的な薬品に対するパーフロの耐食性

第2表はドライシールの一覧表であるが,個々それを示している｡ケトン類,エステル,フラン,有機ぞれの特長を有しており,使用圧力範囲および内容醍,アルカリ,アミン類に使用可能であるが,炭化物に応じて適切を選定が必要である｡次にそれぞれ

水素,含フッ素化合物,エーテル類およびアルデヒの適用範囲と選定の要点を説明する｡

ド類の使用には注意を要する｡また,内容物に対す

3.

1低圧型

るデータ,使用実績が不明である場合には,個々の真空での使用に重点を置いた設計がなされている｡

使用条件に応じた機能テストを行うことを推奨する｡

また材質的には,軸シールにPTFEベローズ,回

4.ドライシール使用上の注意事項

転環にカーボン入りPTFEが使用されているため,1)シーラントを使用しないためクリーンである｡

ノンメタリック構造であり耐食的には殆ど全ての内2)磨耗粉の発生が少なく,缶内へのコンタミ成分の混入は非常に微量である｡

容物の使用に適している｡
3.

2

中庄型

3)構造がシンプルであり分解組立のメンテナン

材質および基本的な構造は低圧用と同一であるo
但し,回転環の摺動部には"鳴きスが容易である｡

現象の防止の目

4)回転環の材質が柔軟性を持っているため,分解･組立時に特殊な技能を必要としない｡

的で,溝加工が施されており,また使用缶内庄の増加に伴う摺動部の面庄増加に対応するため,

B.F.

値に工夫が凝らされている｡真空での使用は勿論間ββ等の特長がある反面,ドライシールは,スプリングの反力および密封気体の圧力を利用して回転環およ神鋼パンテツク技報

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42

No･

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第3表

ダイエルパーフロの耐薬品性2)

Table

3

CbemicalresistanceofDAI‑ELChemicalPERFLUORO
Exposure

Rating(InorgqnicandorganlCaCid)(Inorganicalkali)

Remarks

Temp(℃)Days

A

A(Eiattoerroigaf)ncontainig
A(Hydrocarbon,Hydrocarbonhalogenide)B･Cyclohexene

B･Iso‑octane

B･Carbontetrachloride･Tetrachloroethylene･Tetrachloroethylene･DaiflonsolventR‑113･DaiflonsolventR1112

B
B

4040
40
40100

212540212140
40
25

2121
21

concernlnganOtherchemicals
seemanufacturer's
catalogue

21
7

21
7

DC
C
C

･Daifloil#10･Daifloil#1(Alcohol)A(Oil,Steem)

A(Ketone,Ester,Ether)B･DiethylEther･Methyl‑t‑butylether

B

concernlnganOtherchemicals
seemanufacturer'scatalogue(Furan,Aldehyde)
B･pTetrahydrofuran･Dimethyltetrahydrofuran･Acetaldehyde
Volumechange
<5%

A:

B

B

20‑50%

D:>50%

び固定環間の摺動面を密着させ,缶内の圧力気体をむす

ち: 5‑20%

C:密封する構造である｡したがって,缶内圧力気体のconcernlnganOtherchemicals
seemanufact,urer'scatalogueび

高圧型ドライシールの開発によって,ドライシー洩れを完全に防止することは出来ない｡

ルの適用範囲は大きく広がり,ユーザー各位の多彩

4.

1腐食性ガスな要望への対応が可能になった｡本稿は新規開発し内容物が腐食性ガスである場合には,洩れたガスた高圧ドライシールを主題として,当社のドライシーがシールカバー内に滞留し,撹拝軸の非グラスライ

ルのラインアップを紹介した｡軸封装置は反応機のニング部および押さえフランジ(ステンレス製)を要であり,ユーザーニーズを的確に捉えた開発が必腐食するため,シールカバー内をパージする必要が要である｡

ある｡嘘洩ガスが水蒸気である場合にもエアパージすることが望ましい｡
4.

Lt‑8000LtまでラインアップしたGL規格品にも結晶物を生成する内容物

2

尚, 0リング使用の高圧型ドライシールは100標準採用されており,ドライシールの軸封装置に占内容物が冷却時に結晶物を生成する場合には,摺める割合は益々大きくなっていくものと考える｡

動面に結晶物が噛み込み異常磨耗を生じる｡本質的[参考文献]にはこのような用途にはドライシー)i,の適用は避け

1)神鋼ファウドラー技報Vol.28.No.3

るべきである｡

2)ダイキン技術資料(1984) P.10

連絡先
榎本

化工機事業部
技術部部長
TE
FAX

Vol.

L

0794‑36‑2515
0794‑36‑2578

E‑mailt.enomoto@pantec.

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1No.

(1998/9)

co.jp

神鋼パンテツク技報

β7