グランドパッキン: 概要、使用理由、仕組み

グランドパッキンとは何か — 構造とコアコンセプト

グランドパッキンは単純な機械原理で動作します。つまり、回転または往復運動するシャフトに対して半径方向に押し付けられる柔軟で変形可能な材料が、流体の漏れを制限するシール界面を形成します。 「グランド」という用語は、スタッフィング ボックス、その内部のパッキン リング、およびパッキンを圧縮するグランド フォロア (グランド ナットまたはグランド プレート) などの機械アセンブリを指します。 「パッキン」とはシール材そのものを指します。

シール機構は次のように機能します。グランドフォロアが締め付けられると、パッキンリングのスタックに軸方向の圧縮力がかかります。パッキン材料はシャフトおよびスタッフィング ボックス壁の両方よりも柔らかいため、この軸方向の圧縮によってパッキンが半径方向内側 (シャフトに対して) および外側 (ボアに対して) に拡張し、すべての表面に同時にシール接触が形成されます。グランドパッキンを他のシール方法と区別する主な特徴は、 漏れを制御した設計 — グランドパッキンを正しく調整しても漏れがゼロになるわけではありません。代わりに、パッキンとシャフトの界面から熱を洗い流し、パッキンの繊維と回転シャフト表面の間に薄い潤滑膜を維持する、意図的な小さな滴下速度を可能にするように調整されています。

正しく調整された遠心ポンプのグランドパッキンの許容ドリップ量は次のとおりです。 毎分 40 ～ 60 滴 — 毎分約 3 ～ 5 mL — これは、無駄な漏れや環境上問題のある漏れを引き起こすことなく、冷却と潤滑を提供するのに十分です。ドリップがゼロになるまでグランドを締めると、パッキンが熱くなり、シャフト表面が急速に摩耗し、数時間の運転でパッキン自体が炭化して硬くなります。

グランドパッキンが使われる理由 用途とメリット

グランドパッキンは、より洗練されたシーリング技術 (メカニカルシール、リップシール、ラビリンスシール) の開発にもかかわらず、依然として広く使用されています。これは、特定の用途において、新しい技術では再現できない特定の実際的な利点が提供されるためです。

パッキンググランドの役割 — 機械的機能の説明

パッキング グランド (材料だけでなくアセンブリ) は、装置の動作寿命を通じてシーリング システムを維持する 4 つの機能を同時に実行します。

• パッキンリングを圧縮します。 グランドフォロア (パッキンスタックの上部リングに当接するフランジ付きリングまたはねじナット) は、パッキンに調整可能な軸方向の圧縮を加えます。この圧縮が半径方向のシール力の源となります。時間の経過とともにパッキンが摩耗して圧縮されると、グランド フォロアが定期的に前進し (グランド ナットが締められ)、適切なシール圧力が維持されます。グランドフォロアを締める必要があります 少しずつ（1/6～1/4回転） パッキンが再分配され、ドリップ速度が安定するまで、調整の間に 15 ～ 20 分ほど置きます。
• 制御された漏れ経路を維持します。 スタッフィング ボックスは、収容できるパッキン リングの数とサイズを決定する特定の深さと穴の直径で設計されています。スタフィング ボックスの形状とグランド フォロアの移動範囲によって、取り付けられたパッキンで達成できる圧縮比が制御されます。グランドフォロアが過圧縮されているボアと同一面になるか、ボアに入るまで締め付けることができるスタフィングボックス。そうすると、パッキンに過剰なラジアル荷重がかかり、シャフトが加熱され、パッキンの寿命が加速的に消耗します。
• 該当する場合、ランタン リング (クエンチ リング) を収容します。 高温の流体、揮発性の液体、または研磨剤スラリーを扱うポンプでは、ランタン リング (スロット付きまたは溝付きのスペーサ リング) がパッキン リングの間に配置され、外部流体 (フラッシュ水または急冷液) をパッキン スタックの中心に注入できるようになります。この噴射によりパッキンが冷却され、シャフト界面にきれいな潤滑液が供給され、スラリー用途では研磨プロセス流体がポンプ側からパッキンゾーンに移動するのを防ぎます。ランタン リングはスタッフィング ボックスの壁の外部液体注入ポートと位置合わせする必要があり、特定の順序でパッキン リングを取り付ける必要があります。
• シャフトの摩耗面を制御します。 シャフト スリーブ (スタッフィング ボックス ゾーンのポンプ シャフトに取り付けられた硬化された円筒形のスリーブ) は、パッキンが接触するための交換可能な摩耗面を提供します。パッキンが正しく調整されている場合、シャフト スリーブの摩耗は徐々に進行し、予測可能です。通常、正しいグランドパッキンの下で動作するシャフトスリーブは長持ちします。 12,000 ～ 25,000 稼働時間 交換が必要になる前に。シャフト スリーブはシャフト自体を交換するよりも大幅に安価であるため、再生可能なスリーブの設計が工業用ポンプの構造で広く使用されています。

グランドパッキン材質の種類と選択

グランドパッキンの取り付けの性能は、主に使用条件に合わせて選択された材料によって決まります。間違ったパッキン材料の選択は、工業用ポンプ用途における早期パッキン破損、シャフトスリーブの磨耗、過度の漏れの主な原因となります。

120°C 未満の水、冷却水、または軽質プロセス流体を扱うほとんどの一般的な工業用ポンプ用途では、PTFE 含浸編組アクリルまたは純 PTFE パッキンが費用対効果の高い標準です。温度の点で最も要求の厳しいサ​​ービスであり、漏れによる影響が最も大きい蒸気バルブの用途では、金型成形膨張黒鉛リングが業界のベンチマークであり、Flowserve、Crane、Velan などのバルブ メーカーによってクラス 600 以上の蒸気バルブの主要パッキン材料として指定されています。

グランドパッキンの正しい取り付け方

不適切なパッキンの取り付けは、パッキン材料の選択の間違いよりも多くのパッキンの故障やシャフト スリーブの損傷の原因となります。次の取り付け順序は遠心ポンプのスタッフィング ボックスに適用され、業界の標準的な慣行を表しています。

• 古いパッキンを完全に取り外します。 パッキング フックまたはエクストラクターを使用して、古いパッキング リングをすべて個別に取り外します。部分的なリングをスタッフィング ボックス内に残さないでください。圧縮された残留パッキンが硬化して硬い裏材を作り、新しいパッキンに不均一な負荷がかかり、シャフトにホット スポットが発生します。スタッフィング ボックスのボアとシャフト スリーブを徹底的に清掃します。破片や硬化した残留物があると、新しい設置物が早期に摩耗する原因となります。
• 新しいリングを正確な長さに測ってカットします。 パッキン材のストリップを正しい直径でシャフトの周りに 1 回巻き付け、カットして突合せジョイントを形成します。 ゼロギャップ (重複ではありません)。目視または巻き数を数えてコイルからリングを切り取らないでください。長さの誤差が 3% を超えると、ギャップ (漏れ経路) またはオーバーラップ (シャフトを切断する局所的な圧力集中) が発生します。シャフトにアクセスできない場合は、シャフト スリーブと同じ直径のマンドレルを使用して切断してください。
• リングを一度に 1 つずつ、互い違いのジョイントで取り付けます。 各リングを個別に挿入し、次のリングを挿入する前に分割ブッシュまたはタンピングツールを使用してスタフィングボックスの底にしっかりと固定します。各リングの突合せジョイントをずらして配置します。 90度 前のリングから (4 つのリングのセットの場合: 12 時、3 時、6 時、9 時の位置のジョイント)。千鳥状の接合部により、パッキンスタックを通る直線的な漏れ経路が形成されるのを防ぎます。
• ランタン リングを正しく配置します。 ランタン リングが指定されている場合は、その後ろ (ポンプ インペラに向かって) 正しい数のパッキン リングを最初に取り付け、次にランタン リング、次に残りのリングを取り付けます。グランドフォロアを締める前に、ランタンリングがスタフィングボックス壁のフラッシュポートの中心にあることを確認してください。ランタンリングの位置がずれていると、洗浄水の供給が妨げられ、内側のパッキンが乾燥して過熱する原因になります。
• グランド フォロアを指で締めてプラス 1 平らに締めます。 最初の組み立てでは、グランド ナットを指で締めてから、ナットを 1 つ平らに（約 1/6 回転）進めます。ポンプを始動し、滴下速度を観察します。許可する 15 ～ 20 分の操作 調整を行う前に、パッキンが馴染んで点滴速度が安定するようにしてください。目標の点滴速度は 1 分あたり 40 ～ 60 滴です。ドリップ量が多すぎる場合は、グランドナットを 1/6 回転進めて、さらに 15 分間待ちます。ゼロドリップまで締めないでください。ゼロドリップとは、パッキンが潤滑なしで完全に接触しており、発熱してすぐに摩耗することを意味します。

グランドパッキンとメカニカルシール — 適切なシールソリューションの選択

次の間の選択 グランドパッキン そしてメカニカル シールは品質を比較するものではなく、用途に合わせたものです。各テクノロジーには、定義されたパフォーマンス エンベロープと、それが推奨されるソリューションとなる一連の条件があります。以下の意思決定マトリックスは、主要な要素をまとめたものです。

有毒、発がん性、または揮発性有機化合物を含む用途では、EU 産業排出指令や米国 EPA LDAR (漏れ検出および修理) 要件などの環境規制の下で大気漏れが許容されない場合、メカニカル シールまたはベローズ シールが必須であり、グランド パッキンは許容される代替品ではありません。他のすべてのアプリケーションでは、選択は、一方のテクノロジが他方のテクノロジよりも優先されるという一般的な好みではなく、上記の実際的な要因によって決まります。