ドイシDrySeく】】

ラル

化工機事業部 製品開発室
榎本正Tadashi〃＼Enornoto

商連也

Tatslユya I(ominamiAvariety

ofsealsmechanicalfor theareagitatorpackings
usedin accordance
thepressurewithconditions.
are
one
used
of theseals which
of Dry‑Seal,andglandshaft
closuresof reactors
mainlyThis paper
describes
the features
for lowerpressureandconditions,characteristics

ofthereports

test

results

onthesealing

Dry‑Seal.

当社反応機の撹拝機の軸封装置には,主として圧力条件に応じて,稜々のメカニカ/レジ‑/i,およびグランドシ′‑/レが使用される｡ここでは,比較的低い圧力条件で使用される軸封装置の中で,ドライシールの特長を紹介し,また,ドライシー)I/の諸性能に関して実験を行った中から,主として軸封性能忙ついての実験結果を紹介する｡

1.

まえが

∫)J･ysealき

当社が取扱う反応磯の使用圧力は,真空から100kg/cm2

るベく,また信頼性の高い軸封装置を使用願うため,日々研究を続けているo
最近の医薬品およびファインケミカル関係には,ドライ
シー/レが用いられることが多い｡これは,反応機内春物への異物の混入が赦われ,従来のグランドシー)t'ではグラン

ドパッキンの摩耗野の缶内混入が避けられず,また,ダブ
ルメカニカルシー)I/忙おいても,万が一の事故発生時むこS/‑ラントが宙内忙菰入する危険性を有することVLよる｡
ドライS/‑)1/は㌢‑ランナを使用せず,摩耗粉が少ないため,このような反応機内への異物混入が殊われる場合に

第1園
Fig.

テストVL使用したシー)1,は液体用の‑.段塾メカニカルS/

しかし,テフロンーアルミナソリッドの摺動材の組合せ

注)12)使用温度‑40‑175oC荘)

22堤)

32.ドライシールの適用範囲おりである｡(1984/10)

数も低くする必要がある｡

3.

ドライシールの特長
ドライS/‑/レの長所として,下記2項目を挙げることができる｡

1)摩耗粉の発生が少ない｡

第1囲にドライS/‑)I,を示すo主要部の材質は下記のと8

缶内が常温以上の温度条件VLおいての最高使用回転数であり,摺動発熱量を考慮して決定した｡
使用温度が高い場合はそれに応じて最高使用回転ルの使用条件をマイルドな条件におさえてきた.
ここFL,ドライシールの静性能について種々の実験を行つたので,その一部を紹介するとともに,この後のS'‑}t'について正しいご理解を願うため,その特長むこついても説明する｡

ここに示す温度は缶体内容物の温度であり,缶体内容物からの熱伝導を考慮して決定した｡したがって,反応裸の大きさむこより検討を要するD

クデータは十分とはいえず,したがって当社はドライシー

No.

seal

真空‑1kg/cm2注)

ライタッチで使用されるようになった｡
しかし,このような条件での運転に対しての技術的バッ

28Dry1)使用圧力の摺動特性が良好であるため,反応機の軸封装置としてドVol.

Floalt'71.(JSeat

ドライシール
1:カーボン入りテフロン(符号㊤):ア)I,ミナ

2)シーランTlを使用しないo
しかし,構造的な宿命として
1 )反応機内気体の洩れは若干生じる｡
2)運転時トこ, ≠鳴き が発生する場合があるo

神鋼ファウドラ‑技報

Ri71g②最高400rpm
注) 3
3)使用回転数荘) 1
主として,洩れ畳を基準にして決定した.

‑ルである｡したがって,本来は無潤滑状態,すなわち,ドライタッチで使用されるものではない｡

1)回転環(符号①)Rolalion(lL

4章に示すドライシ‑ルの性能試験結果を参考にして,適用範囲を以下のとおり決めた｡

は,現在のところ最適の軸封装置であるといえる｡

2)フローティングシ‑T①⊥節±を越える高圧力VLおよび,各圧力条件に応じて経済的かつ最適の軸封装置を選択する必要がある｡このニーズに応えドライシ‑ルはスプl)ングの反カを利用して回転環およTest

びフローティングシートの摺動面を密着させて,告内圧力気体を密封する構造である｡摺動面に液体潤滑膜が形成さcondilTlon
Tv‑′◎

30℃れないため,摺動面を通しての洩れを完全VL防止することは難しい｡液体用メカニカルシー/I,の洩れ量は,3cm3/h以下と規定されているが,ドライS,‑)I/の場合

J I

Sで

FricILLon

nollsc｢のようなガス休むこついてほ規定がない｡

A

また,運転時に発生する≠鳴きnの問題については,その解決方法を含めて後述する｡〜

4.ドライシールの性能試験結果

遥bト+ドライシー/レの静隆能を明らかむこするため,第2園に示す試験装置を用いて試験を行った｡
1)供試材:85￠ドライS/‑〟
1.0,2)缶体側圧力:Pv‑0.5,1.5,^o:

顔ら2.Okg/cm2およN‑び5 Torr

150rl)77とctT‑onナ10ise3)軸回転数:N‑0,4)缶体内温度:Tvニー60,60,150,230rpm

30,150oC(I汐y5)運転時間:計3000h
̲ー○

缶体内の加圧にほN2ガスを使用した｡洩れたN2ガスを図示の洩れ量測定装置に導き,大気圧状態の体積を測定しOO,5た.また,缶体側真空状態における洩れ量の測定は,真空1.O
vesscIポンプを用いて設定した真空度の変化を,水銀マノメータ第3国を用いて読み取る方法を用いた｡

Fig.

また,フローティングシ‑トの摺動画近傍VL熱電対を接着し,温度を測定した｡

1.5

2.0

2.57)‑イL1.,//cm2G)

TUeSSur

缶体内圧力と洩れ量の関係
3

Effectof vessel pressure

onleakage

4. 1ドライシールの洩れ量第3因に,卵回転数N‑150rpm,+?

告体内温度Tv‑30oCにおける,缶体内｢‑lにおける洩れ量はほとんど変化なかっ圧力忙対する洩れ量の傾向を示した｡

なお,試験開始時と3000時間経過後た｡

D,+F

⇒ぎ

テス1一緒果,1 )缶体側圧力が増加すれば洩れ量は増加する｡

Tbermo‑coupleFloolin9b)L̲

0.

=牢当q
旦竺!空室竺/Ther

6メ

Seal

い｡これは,回転環テフロンの表面のミクロのあらさが,回転時の摺動熱忙より平担になり,摺動端''A''Detailmocouple?

Dry2)実験の範囲内の圧力では,軸回転時より静止時の方が洩れ量は多Fl面の隙間が′J＼さくなるためと思わWaterれる｡

85タ;3)摺動部に≠鳴き
Measuring

For leak(=(王:〔こrcqulPmentγolune

洩れ量に影響を与えるパラメーター
N2
一ーー･‑･

Vessel3.2e
Healexchanger

Vaccum

第2図102□は上記缶体圧カに加えて,温度が挙げられる｡したがって,実機での許容洩れ量の決定に際しては使用温度も考慮する必要がある｡この点については次節で述べる｡

試験装置

また,洩れの許容値は内容物の危険性に応じてその都度ユ‑ザ‑殿との打Test合せが必要と考えている｡

ulnP

Fig.

量となる｡

Leakage

T:刀コ⊃が発生した場合には,正常時に比べ,数倍の洩れ

equipment

神鋼ファウドラー技報

Vol.

28

No.

3(1984/10)

TcsL

8i,eで使用するため,時としてキ‑キ‑という耳ぎわりな"鳴き が発生する場合がある｡

colt(lilz'on
N‑

150

7･P7n

この現象は,数十分‑数時間発生しては消える｡この音は比較的高い周波数であるため,耳ざわりであるだけでな
Pvt=1.

t>

く,第3国にも示したように,洩れが急増するため好ましくない｡ "鳴き の現象については,以下の事がいえる.

5 kg/c7'L2G･<:

1)シ‑/I,の組立精度(直角度)が悪い場合に音の発生割合が多い｡･+●■
PI,‑0.

52)摺動部vLエタノールあるいは水等を少量滴下すれば音は瞬時に消える.

k9/cm2G

3)高温達転(缶内容物は150oCのマシンオイル)時忙ーぺ〉‑()‑202()
Temp.

第4園
Fig･

4.

40o/

6080

(Loafing seal(℃)

当社で峠,s/‑ト温度と洩れ量の関係
4Effectof floating

seat

temp･

onleakage洩れ畳に対する温度の影響
前節で述べたように,洩れ量は摺動部温度VLより大きく影響を受ける｡一般に,メカニカ)I,S/‑/I,の温度仕様は反応機内容物の温度で打合せが行われるが,メカニカ/レIy‑
ルの洩れ特性を左右する摺動部の温度と反応機内容物の温度ほ異なる｡摺動部の温度FL影響を与えるパラメータは下は全く発

Tt鳴きp消去磯構(実用新案申請中)を準備している.

2"鳴きは合計2400時間の運転中において,生しなかった｡

100

Yt鳴きpが発生した場合には,弁を開いて少量の液体を注入すれば,摺動部がウェットな状態となり≠鳴き〝が消える｡使用に際して,缶体側圧力が大気圧以上であれば使用液が市内へ流入する,b配は全くないが,缶内真空時には若干の流入の可能性があるため,使用液の選定には注意を要する｡
4.

4

真空洩れ畳

缶体が真空時の洩れ量を測定した｡真空ポンプを用いて記のようケこなるo1 )反応機内容物温度

告体内圧力をPv‑5Torrに設定しておき,その圧力変化

2)反応機の大きさ(内容物液面からメカニカルシ‑/レを水銀マノメ‑クで読み取った｡
第5図に,洩れ量に対ゃる軸回転数の影響を示したoなまでの足巨離)

お,洩れ量は次式に示す単位で表示した｡

3)事由回転数
本節では,紙面の関係上,摺動部の温度と洩れ量の関係

1 0000
Testに限定して述べる｡第4図にその結果を示した｡
なお,摺動部の温度を直接測定することができないため第2囲に示すように,摺動部のごく近傍で,熱電対を用いCondition
Pv‑

5 TorrTv‑

30℃てフロ‑ティングシー†の温度を測定し,これを摺動部の温度とした｡
1000

フロ‑ティングシートの温度がOoC以下になると洩れが急増することがわかる.その理由を以下のように推定する｡
1 )摺動面部および近傍で大気中および缶内の水分が凍′■■■■■￣＼結し,摺動部の隙間が増大する｡

くJq)
g)

2)また,水分の凍結によりテフロン製回転環の摺動面講り＼､.../の摩耗が進行し,面が荒れる｡
以上の結果から,ドライシー)1,をOoC以下の低温域で使用する場合FLは,注意を要することがわかる｡

6c'100be8q)

づは実験缶体内にマシンオイ)1/を入れ,オイル部を加熱して行った場合である｡洩れ量は非常に少いことがわかるo
これは,実験缶体内のオイルのベ‑/く‑がドライs/‑〟の密封端面である摺動部FL付着,凝縮しオイル潤滑VL近い状態となるために洩れが少なくなったと考えられる｡実機

10感ANonfrictionと思われる｡

温度の影響をまとめると,OoC以下の低温使用では,洩れおよびシール寿命の点で注意を要する｡なお,s,‑ル寿命については4.5節でのベるo
3

摺動部からのTh鳴きnの発生

ドライS'‑ルは,シ‑ラントを使用しない乾燥摩擦状態
Vol.

28

No.

8(1984/10)

noilseZone

辻LR菖巡汰

においても,高温での使用時には内容物のベーパーの影響
VLより同様の現象を示し,常温使用に比べ洩れは少いもの

4.

zone

○■ミe

また第4図において,シー†温度85oCのデ‑メ(＋､＋)

noiseq)

0100

ShaFI

200
speed第5周

回転数と真空洩れ量の関係

Fig･･ 5

Effect

神鋼ファウドラ‑技報of shaftspeedon

300N(rpm)

vacunmleak11∂)t'に関して必要な性能デー刻まほぼ取得し､ユ‑ザ‑各位∂ :真空洩れ量Lusec∬:真空計の指示変化

mmHg:テス1一缶体の容量βV

したがってドライシーの信頼性を向上させるよう努めたo=空士班 tのご相談むこ応じられると考えている｡
ユーザー各位のご採用計画に参考になれば幸いであるot
sec
:測定時間
第5固より,真空洩れは比較的′J＼さく,実使相vL耐えることがわかる｡今回の実験範囲では,軸回転数の影響はあまり認められない｡しかし,軸停止時の方が軸回転時より洩れが多いという傾向は,加圧時のデータの債向と同じであるo

さらに,美空試験においても4.3節で説明したTt鳴が発生する場合があり,第3図,洩れ量と圧力の関係

き≠鳴きで示したと同様,れが多くなる｡4. 5

発生時は発生しない場合より洩

シール寿命s'‑/レ寿命を算定するため,供試材である回転環(カーボン入りテフロン)の摩耗量を測定した｡試験開始後600
時間経過時,およびその後再組立し2400時間運転,合計3000時間運転時に,回転環の摩耗量を測定した｡なお,フ(アルミナ)はほとんど摩耗せず,育ロ‑ティングシ‑I

命の算定は回転環の摩耗量で推定できる｡
第6図にその結果を示す｡缶体温度が30oC,および150
oCでの実験でほ,3000時間運転に供しても,摩耗量は約0.075mmであり,この値からs/‑ル寿命を推定すると以下のようむこなる｡ただし,摩耗限度を1mmと仮定する｡

T(,Lqlcn71

Lt'[LII.＼'‑‑￣61ト133(〕
D.

J't.
=･

JI

1 ll.'J/{･)lL2(;

Tl.く0ETSち.

0.

℃ ro)I(iMl/1)･///灯0･巳iTI･‑ lT)()℃

Tr ‑.'iDDc//0.

l/(I○3nOO2りし)O
Ire.1E

第6図Fig.

6Ltz(･(/Jl)

回転環(カーボン入テフロン)の摩耗量
Abration(Carbon filled PTFE)
rate of rotational ring.

計算寿命‑3000時間×1mm/0.

075mm‑40000時間

ただし,試験条件が連続運転に近いため,実機でのバッ
チ運転においては,今回のデータより摩耗量が多いと予想されるが,一年間の保証V‑は十分耐えうると考えられる.
しかし,実機においては下記項目VL注意し判断する必要がある｡

1)シ‑ト部の温度がOoC以下になれば,摺動面近傍の水分が凍結し,摩耗が急激に進行する.
2)摺動部に結晶物が生成するような場合は,同様紅かじりがあり摩耗が早いことが予想される｡
む5.

すび

以上,最近医薬品関係,ファインケミカル関係での使用が増えているドライs/‑)I,の性能試験結果の中から,洩れ特性を中心に紹介した｡効率良く多量のテス十データを得るため,最多時5台のドライシールを同時運転し,データ
12

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

28

No..3(1984/10)