反応容器のメカニカルシール設計のポイント

反応容器は徐々に高圧化、大口径化が進んでおり、反応容器で使用されるメカニカルシールよりも回転速度が遅いため、設計では次の点に注意する必要があります。
1.ケトル用メカニカルシールリングの材質選択
ほとんどの反応容器はガスで密閉されているため、材料の選択では媒体の腐食性だけでなく、材料自体の漏れも考慮する必要があります。直径が大きい場合は、一体型表面複合材料を使用する必要があります。圧力が高い場合は、PV 値が高く、機械的強度が高い材料を使用することをお勧めします。媒体圧力が10MPa以下の場合、マッチングには超硬合金または炭化ケイ素とカーボングラファイト材料の使用を推奨します。媒体圧力が10MPaを超える場合は、超硬合金と超硬合金、超硬合金と銅合金、炭化珪素と銅合金の使用を推奨します。摩擦材の選定は、圧力や周速度だけでなく、軸径、温度、潤滑、冷却方法などあらゆる条件を考慮して行う必要があります。
しかし、高圧大径シールやフリクションペア端面は変形しやすく、特に中圧が高くなると起動トルクが増大する傾向にあります。したがって、シールリングには高強度で剛性の高い材料を使用する必要があります。

2.ケトルのメカニカルシール構造の設計
確実なシールを確保するために、高圧大径シールには両面シールを使用して設計してください。通常、大気端は密閉されており、大きな圧力差によりバランスがとれるように設計されています。シールチャンバー内のシール流体により、ミドルエンドシールのシール端面の両側の圧力差は非常に小さく、非平衡タイプとして設計できます。ただし、ケトル内の媒体の圧力が不安定であったり、密閉室内の封液の圧力が不安定で運転中に圧力変動が生じる場合には、バランス型として設計することも可能です。一部の輸入機器では、低圧下でのシールのバランスも取れています。これは端面の摩擦熱を低減し、端面液膜の蒸発を防止し長寿命化を図るためである。釜内の圧力が10MPaを超える場合には、多段メカニカルシール装置のご使用をおすすめします。

3. 幾何学的寸法の決定
高圧反応器用メカニカルシールの設計においては、シールリングの形状や支持方法を十分に考慮する必要があります。圧力によるたわみや断面回転中心の偏心力によるモーメントはシール特性に大きな影響を与えます。ケトルのフランジのサイズ制限により、固定リングの半径方向のスペースは一般的にあまり大きくありません。そのため、リングの形状、支持方法、シールリングの位置などを十分に考慮する必要があり、耐圧性や変形が少なくなります。圧力、熱応力、および不均衡な力によって引き起こされる変形を避けるために、形状は可能な限り対称的で単純である必要があります。サポート方法の詳細に問い合わせることもお勧めします。端面凸台接続部の角Rに特に注意してください。角のRはできるだけ大きくし、その他の面取りも鋭角にならず適切な値でとります。摩擦幅は軸径と適正強度係数により異なります。