グランドパッキンの圧縮方法によるシール性への影響評価
1. はじめに

この試験装置を用い一括圧縮及び分割圧縮での圧縮手順

グランドパッキンはパッキン押えをボルトで締付け、グランドした後、増締めと同じ効果が得られる再圧縮した時のシールパッキンを圧縮することで内部流体をシールさせる。そのため性も測定した。グランドパッキンには炭素繊維グランドパッキン

シール性は圧縮面圧に大きく依存していることが分かってい（No.6137）及びPTFEグランドパッキン（No.7233）、膨張黒鉛るが、圧縮する手順の影響は分かっていない。圧縮手順にグランドパッキン（No.VF-10T）の3 種を使用した。

によるシール性能を比較した。更に一括圧縮又は分割圧縮2-2）試験条件

パッキンの密度が高くなりシール性が良いと考えられている

圧縮面圧：19.6MPa

が、定量的な効果は分かっていない。また手間がかかるた

流：窒素ガス体

め一括圧縮の方が一般的に使用されている。本研究では材流体圧力：1、5、10MPa

質の異なるグランドパッキンを用いて、圧縮手順によるシールパッキン数：6 個

Winter 2020

分けて圧縮する分割圧縮がある。分割圧縮の方がグランド性への影響を応力緩和などの力学的挙動とともに評価した。
また、圧縮手順ごとにかかる作業時間の測定を行い、シール性と作業効率の観点からも評価した。

2-3）試験手順
一括圧縮、一括圧縮＋再圧縮（以下、一括＋再圧縮）、分割圧縮、分割圧縮＋再圧縮（以下、分割＋再圧縮）の4 種類の圧縮手順で行い、応力緩和が安定した後、シール試験を2. 試験方法実施した。

2-1）試験装置及び試験方法概略
圧縮試験機及び試験治具の概要図をFigure1に示す。

一括圧縮① グランドパッキンを試験治具に6 個装着②

圧 縮試験機でグランドパッキンを19.6MPaで30 秒圧縮後、圧縮試験機のヘッド位置固定③

応力緩和が安定するまで放置④

試験治具に窒素ガス（1、5、10MPa）を導入し漏れ測定⑤

窒素ガスを排出⑥②と同条件で再圧縮（一括＋再圧縮）⑦③～④を実施

分割圧縮① グランドパッキンを試験治具に2 個装着②

圧縮試験機でグランドパッキンを19.6MPaで30 秒圧縮し圧縮開放

Figure1

圧縮試験機及び試験治具

バルカー技術誌

は数リングを一回で圧縮する一括圧縮及び、2～3リング毎に③

①～②を2 回繰り返し合計 6 個装着し圧縮した状態
10No.38

グランドパッキンの圧縮方法によるシール性への影響評価

で圧縮試験機のヘッド位置固定3-2）PTFEグランドパッキン（No.7233）
Figure4はPTFEグランドパッキン（以下、PTFE）の応力④

応力緩和が安定するまで放置⑤

試験治具に窒素ガス（1、5、10MPa）を導入し漏れ測定緩和後の残留応力を示し、Figure5は応力緩和後のシール⑥

窒素ガスを排出試験結果を示す。一括圧縮と分割圧縮の残留応力がほとん⑦

圧縮試験機でグランドパッキンを19.6MPaで30 秒ど同じになり、一括＋再圧縮と分割＋再圧縮もほとんど同じに

再圧縮後、圧縮試験機のヘッド位置固定なった。しかし、それぞれのシール性には差が見られた。

⑧（分割＋再圧縮）

これはFigure6に示すように一括圧縮は圧縮回数が1 回だ④～⑤を実施と圧縮によるシール面への押し付けられる回数が少ないため、シール面とグランドパッキンの隙間が大きくなることから漏れが3. 試験結果・考察多くなり、分割圧縮は3 回圧縮したことでグランドパッキンとシール面の隙間が埋まり漏れが減少したと考えられる。

3-1）炭素繊維グランドパッキン（No.6137）

バルカー技術誌

Figure2は炭素繊維グランドパッキン（以下、炭素繊維）の応力緩和後の残留応力を示す。残留応力は低い順に、一括圧縮＜分割圧縮＜一括＋再圧縮＜分割＋再圧縮となった。
Figure3は応力緩和後のシール試験結果を示す。漏れは多い順に、一括圧縮＞分割圧縮＞一括＋再圧縮＞分割＋再圧縮となった。残留応力が高い圧縮手順ほど漏れが減少す

Winter 2020

ることから、残留応力と漏れに相関性があると考えられる。

Figure4

PTFE（No.7233）の残留応力

No.38

Figure2

炭素繊維（No.6137）の残留応力Figure5

Figure3

PTFE（No.7233）の漏れ

炭素繊維（No.6137）の漏れ
Figure6 シール面の状態と漏れ量11技術論文3-3）膨張黒鉛グランドパッキン（No.VF-10T）

3-4） パッキン種類ごとの圧縮手順の効果

Figure7は膨張黒鉛グランドパッキン（以下、膨張黒鉛）のFigure9に圧縮手順の効果をパッキンの材質ごとに比較し応力緩和後の残留応力を示す。膨張黒鉛は元々空隙が小さたグラフを示す。グラフの縦軸は青色の一括圧縮の漏れをく密度が高いため応力緩和が小さく全ての圧縮手順で残留100%としたとき、その他の圧縮方法の漏れの変化率を表し応力が 95% 以上と高くなり、差も小さかった。圧縮手順でのている。全ての種類のパッキンで分割+再圧縮が最も漏れが残留応力に差はほとんどなかったが、シール性に差が出た。

少ない圧縮手順だった。

Figure8は応力緩和後のシール試験結果を示す。炭素繊

一括＋再圧縮と分割＋再圧縮を比較すると炭素繊維と維及び PTFEは一括＋再圧縮の漏れの方が分割圧縮よりもPTFEの漏れの差は10～14%と圧縮手順による差が小さかっ少なかったが、膨張黒鉛は逆に分割圧縮の漏れの方が一括た。これに対し膨張黒鉛は漏れの差が43%と圧縮手順による＋再圧縮よりも少なくなった。分割圧縮は次のグランドパッキン

差が大きくなった。これは3-3）で述べたように炭素繊維及びPTFEは繊維状で復元しやすい性質に対し、膨張黒鉛は粉固めたものであるため、分割圧縮で圧縮が開放されても復元を固めた物で復元しにくい。これにより密度低下やシール面しにくく、密度低下やシール面への馴染みの悪化が起こりにくへの馴染み悪化が起こりにくいため、膨張黒鉛では分割圧くなり分割圧縮の漏れの方が一括＋再圧縮よりも小さくなった縮による効果が顕著に出たと考えられる。と考えられる。
繊維状である炭素繊維及び PTFEは復元しやすいため、グランドパッキンの密度低下及びシール面への馴染みの悪化が起こりやすく、膨張黒鉛と比較すると分割圧縮の効果が小Winter 2020さかったと考えられる。

Figure9

圧縮手順による漏れ量の違い

No.383-5） 圧縮手順ごとの作業時間
Figure10に圧縮手順ごとの作業時間を示す。分割 + 再圧縮にかかる作業時間は一括 + 再圧縮の3.6 倍かかった。
Figure7

膨張黒鉛（No.VF-10T）の残留応力

Figure8

バルカー技術誌を入れるために一旦圧縮を開放する。膨張黒鉛は粉を押し漏れの差が 10～14%の炭素繊維及び PTFEで分割＋再圧縮を実施するのは非効率であると考えられる。

膨張黒鉛（No.VF-10T）の漏れ
Figure10

圧縮手順ごとの作業時間
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グランドパッキンの圧縮方法によるシール性への影響評価

膨張黒鉛は分割 + 再圧縮が一括 + 再圧縮より43%シールの漏れに大きな差がなかったことから作業効率の観点から一性が改善した。分割 + 再圧縮は3.6 倍作業時間がかかるの括締め後増締めを行うことが推奨される。膨張黒鉛の場合、で高いシール性が求められる用途で推奨する。

作業効率を優先する場合は一括締め後増締めを実施し、シール性を優先する場合は分割締め後増締めを使用するな
ど、用途にあった圧縮手順を使用することで求める効果を選

4. おわりに択可能であることが分かった。

本研究により圧縮手順の違いによるシール性と作業時間プラントなどの現場においてグランドパッキンの脱着や締付の関係を評価することが出来た。本試験条件において炭素けなどの作業は非常に多くの時間が掛かっている。本研究

繊維及び PTFEの場合、一括＋再圧縮及び分割＋再圧縮が作業の効率化の一助になれば幸いである。

バルカー技術誌

濱出 真人
研究開発本部
商品開発部

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