創業者との対話

長持ちする機械シールの秘密を解き明かす

産業用設備の運転システムにおいて、機械シールは名もなきヒーローとして機能しています。流体輸送設備のシャフト端部を静かに守りながら、媒体の漏れを防止して生産安全性を確保し、摩擦損失を低減することでエネルギー効率を高めます。一見すると小さな部品ですが、化学プロセス、エネルギー、水処理といった主要な産業分野の安定した運転に直結しており、その技術レベルは装置製造における精密さと高度さを示す重要な指標とされています。

江蘇省ゴールデンイーグル流体機械有限公司の創設者である童漢権氏は、1976年からこの分野に50年にわたり従事してきました。長年の不屈の努力を通じて、国内の機械シールが模倣から独自の技術革新へと進化する全過程を目の当たりにしてきました。本日は、童会長に機械シールの有効性について、基本原理から実践的な経験まで語っていただき、この重要な部品の「長寿命の秘訣」を明らかにします。

記者 ：童会長、機械シール業界で半世紀にわたりご活躍され、その発展と変遷を間近でご覧になってきました。基本からお尋ねしますが、液体媒体中で作動する機械シールの寿命を延ばす上で最も重要な要素は何でしょうか？

童会長 最終的には、すべて液体膜の維持にかかっています。機械シールの動環と静環の摩擦面の間には、媒体によって形成された液体膜が存在し、これが不可欠な潤滑を提供します。この膜は保護層として機能します。この膜が存在しない場合、あるいは不安定になると、シールは急速に劣化・破損します。ゴールデンイーグルでは、設計および製造プロセスを通じて、液体膜の安定性を最も重要な指標の一つとして重視しています。

記者 これらの摩擦面の間に生じる異なる潤滑状態とは何か、そしてそれらはシール寿命にどのように影響するのでしょうか？

童会長 当社の実績と研究に基づくと、主に以下の4つの状態があります。

乾燥摩擦 最も望ましくない状態であり、液体が摩擦面にまったく入り込まず、ほこりや酸化層のみが残っている状態です。これにより直ちに発熱、摩耗が生じ、急速に漏れが発生します。私のキャリア初期には、不適切な取り付けが原因で乾燥摩擦となり、大きな損失を招いた事例を多く経験しました。

境界潤滑 理論的には、シール面は決して完全に滑らかではない。平らに見える表面でも、顕微鏡レベルの山と谷が存在する。シール対象の流体または媒体が圧力下でこの隙間に侵入すると、谷部分は満たされるが山部分には到達しない。その結果、谷部分には潤滑が得られるが、山部分では直接接触と摩擦が生じ、中程度の摩耗と発熱が発生する。

 

半流体潤滑 これが理想的な状態である。溝加工によって端面に「マクロディンプル」を形成することで、薄くても安定した液体膜を維持する。これにより摩擦係数が低下し、効果的なシールが確保される。

 

全流体潤滑 摩擦がまったくないため一見理想的に思えるが、隙間が大きすぎると漏れが生じるため、逆効果となる。

記者 半流体潤滑が追求すべき理想的な状態であるように思われる。これを実現するためには、どのような要因を考慮しなければならないか？

童会長 包括的なアプローチが不可欠です。媒体の物性は基本的な要素です。たとえば、高粘度の媒体は低粘度のものよりも液体膜を形成しやすくなります。圧力、温度、スライド速度も同様に重要です。過剰な圧力は液体膜を破断させる可能性があり、高温は媒体を蒸発させ、高い速度は摩擦熱を増大させることがあります。

ゴールデンイーグルでは、顧客選定プロセスの中でこれらのパラメータについて詳細な計算を行っています。さらに、端面圧力の調整、潤滑構造の設計、摩擦面の加工精度といった要素も最適化されなければなりません。例えばかつては表面粗さRa0.8程度でも許容されていましたが、現在では当社の精密研削技術によりRa0.02を達成しており、液体膜の保持性能が大幅に向上しています。

記者 潤滑構造についてお触れになりましたが、ゴールデンイーグルはこの分野の性能向上において豊富な技術的ノウハウを持っていると聞いています。詳しく教えていただけますか？

童会長 もちろんです。構造設計は当社のコアコンピタンスの一つです。

偏心端面 ：動環または静環の中心を軸からわずかにオフセットすることで、回転中に潤滑剤が摩擦面へと「引き込まれる」ようにします。しかし、この偏心量は非常に正確でなければなりません。過度なオフセットは高圧下で不均一な摩耗を引き起こし、また高速回転時には遠心力による振動を避けるために慎重な設計が必要です。化学ポンプ用シールにおいて私たちはこれを痛い思いをして学び、後に有限要素法解析によって解決しました。

端面溝加工 高圧・高速条件下では、溝加工により摩擦熱による液体膜の破断を効果的に抑制できます。溝の配置は重要です。外圧式シールの場合、汚染物が入り込まないようステーショナリーリングに溝を設けるべきです。内圧式シールの場合は、遠心力によって汚染物を排出できるため、ダイナミックリングに設けることが望ましいです。また、溝の形状、本数、深さも影響します。多すぎたり深すぎたりするとリーク量が増加します。当社のウェッジ形状溝は、従来の矩形溝設計と比較して潤滑効率を30%向上させました。

 

静圧潤滑 これは独立した流体源（例：油圧ポンプ）を使用して、加圧された潤滑剤を摩擦面に直接供給し、潤滑と媒体圧力への抵抗の両方を提供するものです。この設計は高圧反応釜で一般的に使用されます。

記者 気体媒体における機械シールの潤滑課題はより複雑ですか？

童会長 確かに、それらはより困難です。このような条件では、潤滑不足、放熱の問題、漏れやすさがよく発生するため、安定した運転を確保するためには特殊な設計が必要になります。私たちは通常、ドライガスシールを使用しており、これはマイクロメートルレベルの溝パターン（例えばスパイラルやT字溝）を利用して流体動的効果を発生させ、ガスを極薄の膜（約3～5μm）に圧縮して非接触で作動させるものです。あるガス圧縮機メーカーの改造プロジェクトでは、この方法によりシール寿命が3か月から18か月まで延長されました。

記者 これらの革新の背後には、多くの試行錯誤があったのでしょうか？

童会長 確かにそうです。1980年代に石油精製所のポンプ用シールを開発していた際、端面に溝をつける加工を試行しました。当初、溝が多すぎると漏れが過剰になり、少なすぎると乾き摩擦が生じました。最適なパラメータを見つけるまでに20回以上の試行を重ねました。今日では、若いエンジニアたちがコンピュータシミュレーションの恩恵を受け、かつてのような試行錯誤が大幅に減少しています。しかし、私は常に、実験室のデータと現場の条件との間には、実務経験によって埋めなければならないギャップがあると強調しています。これこそがゴールデンイーグルが業界で揺るぎない地位を築いている理由です。私たちは理論と実践の両方を重視しているのです。

本日の董会長との対談では、流体膜潤滑の原理から潤滑性を高める構造設計まで、機械シールの長寿命化に至る背景にある論理が明らかになりました。次回のインタビューでは、董会長が実用応用についてさらに深く掘り下げ、化学プロセス、医薬品、石油精製、新素材などさまざまな業界における機械シールの選定戦略や故障防止策について探ります。お楽しみに！