回転用途向け PTFE リップ シールの紹介

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動的表面に効果的なシールを見つけることは、数十年、さらには何世紀にもわたって大きな課題であり、自動車、航空機、および高度な機械の出現と開発以来、ますます困難になっています。
現在、ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) リップ シール (回転シャフト シールとしても知られる) などの熱可塑性プラスチックがますます使用されています。
この記事では、高性能 PTFE ロータリー リップ シールの寿命とその経年変化について詳しく見ていきます。
すべての「スーパーヒーロー」には起源の物語があります。同じことが PTFE リップシールにも当てはまります。初期の開拓者は、車軸上の最初のシールまたはシール要素の一部として、ロープ、生皮、または厚いベルトを使用しました。ただし、これらのシールは漏れやすいため、定期的なメンテナンスが必要です。現在のエラストマーシール会社の多くは、かつては皮なめし工場でした。
1920 年代後半、最初のラジアル リップ シールは、ファスナー付きの革と金属の箱から作られました。1940 年代後半に、皮革は合成ゴムに置き換えられ始めました。40 年を経て、多くのメーカーはシーリング システム全体を再考し始めており、多くの場合、シール面をシール アセンブリに統合し、垂直および水平の接触点を持つ複数のリップを使用しています。
フロロカーボンもそのようなメーカーの一つです。1982 年に、フルオロカーボンは、当時ミシガン州に本拠を置く小規模な家族経営のリップ シール製造会社である SealComp を買収しました。買収後、フルオロカーボン カンパニーはシールコンプをサウスカロライナ州の工場に移転し、原子力および石油化学産業向けのメタルシールを製造しました。
この新しいリップ シール ビジネスは、高圧油圧ポンプとエンジン、軍用オルタネーター、およびディーゼル トラックのクランクシャフト シールやサーモスタットを含むその他の商用製品を専門としています。
1990 年代半ばに、フルオロカーボン カンパニーは社名を Furon に変更し、2001 年に BD SEALS Solutions™ に買収されました。これにより、1955 年に設立された BD SEALS Solutions™ のすでに強力なスプリング シール ビジネスに Furon が追加されることになります。
1995 年に、BD SEALS Solutions™ リップ シールの外径にエラストマー テープが追加されました。これは、金属同士のプレスを排除し、シールとお客様のボディシールの間の密閉を確保するために行われます。その後、シールの取り外しと、シールを検出して誤った取り付けを防止するアクティブ ストップのための追加機能が追加されました。
エラストマーゴムリップシールと BD SEALS PTFE リップシールの間には、多くの類似点がありますが、多くの相違点もあります。
構造的には、両方のシールは、固定ボディシールに圧入された金属ボディと、回転シャフトと摩擦する耐摩耗性リップ材料を使用するという点で非常に似ています。使用時も同じ量のスペースを使用します。
エラストマーリップシールは市場で最も一般的なシャフトシールであり、必要な剛性を提供するために金属ハウジングに直接成形されます。ほとんどのエラストマーゴムリップシールは、確実に密閉するための荷重機構として引張バネを使用しています。通常、スプリングはシールとシャフトの接触点のすぐ上に配置され、油膜を剥がすのに必要な力を提供します。
ほとんどの場合、PTFE リップ シールはシールに引張バネを使用しません。代わりに、これらのシールは、シール リップの伸びや金属本体によって生じる曲げ半径に加えられるあらゆる荷重に応答します。PTFE リップ シールは、エラストマー リップ シールよりもリップとシャフトの間に広い接触パターンを使用します。PTFE リップ シールも比荷重は低くなりますが、接触面積は広くなります。彼らの設計は摩耗率を減らすことを目的としており、PV とも呼ばれるユニット負荷を減らすために変更が加えられました。
PTFE リップ シールの特別な用途は、回転シャフト、特に高速で回転するシャフトのシールです。条件が難しく、その能力を超えている場合、エラストマーゴムリップシールの優れた代替品となります。
基本的に、PTFE リップ シールは、従来のエラストマー リップ シールとメカニカル カーボン フェイス シールの間のギャップを埋めるように設計されています。ほとんどのエラストマーリップシールよりも高い圧力と速度で動作できるため、優れた代替品となります。
その性能は、極端な温度、腐食性媒体、高い表面速度、高圧、潤滑不足などの過酷な環境によって悪影響を受けることはありません。PTFE の優れた機能の好例は、メンテナンスなしで 40,000 時間以上動作すると評価されている産業用エアコンプレッサーです。
PTFE リップ シールの製造に関しては、いくつかの誤解があります。エラストマーゴムリップシールは、ゴムを金属ハウジングに直接押し付けます。金属本体が必要な剛性を提供し、エラストマーがシールの作動部分を担います。
対照的に、PTFE リップ シールは金属ハウジングに直接鋳造できません。PTFE 材料は液体状態または材料が流れる状態にはなりません。したがって、PTFE リップ シールは、シールを機械加工し、金属ハウジングに組み立て、機械的にクランプすることによって作成されます。
回転用途向けの精密シール ソリューションを選択する場合は、シャフト速度、表面速度、動作温度、シール媒体、システム圧力などの重要な要素を慎重に考慮する必要があります。決定を下す際に考慮すべき動作条件は他にもたくさんありますが、主なものは上記に挙げたものです。
権利には大きな責任が伴います。時間が経つにつれ、BD SEALS Solutions™ の焦点は、より要求の厳しい PTFE リップ シールを必要とする用途に移ってきました。シールの主な利点の 1 つは、産業、自動車、航空宇宙用途における困難な環境でも性能を発揮できることです。
エラストマーリップシールよりも回転シャフト上で高圧および高速で動作でき、利点はそれだけにとどまりません。PTFE リップシールのその他の利点は次のとおりです。
BD SEALS Solutions™ 2 つの一般的なリップ シールは、BD SEALS PTFE 金属ボディ回転リップ シールと DynaLip ポリマー シールで、どちらも交換可能です。それらの主な違いはデザインです。金属製ハウジング シールは、板金を使用して密閉されたハウジングを形成し、シール リップを取り付けてシールを機械的にクランプします。
1970 年代初頭に発明された BD SEALS リップ シールは、-53 °C ～ 232 °C の過酷な環境、過酷な化学環境、乾燥した摩耗環境で機能するように設計されています。ダイナミック PTFE ロータリー シールは、次の用途に使用されます。
DynaLip シールは、BD SEALS ロータリー シールよりも約 10 年前に発売されました。BD SEALS Solutions™ が軍事用途向けの爆発性物質の混合と配合に取り組み始めたときに、その作成が必要になりました。金属ケースのリップシールは混合爆薬の回転軸に接触する可能性があるため、この用途には全く適さないと考えられます。そのため、BD SEALS Solutions™ 設計エンジニアは、その重要な利点を維持しながら金属を含まないリップ シールを開発しました。
DynaLip シールを使用すると、シール全体が同じポリマー材料で作られているため、金属部品の必要性が完全に排除されます。ほとんどの場合、エラストマーOリングシールの外径と相手側ハウジングの穴の間で使用されます。O リングはしっかりとした静的シールを提供し、回転を防ぎます。対照的に、BD SEALS リップ シールは 3 つ以上の異なる材料から作ることができ、金属ハウジングに密閉されています。
現在、オリジナルの DynaLip シールは、取り付けに特別な工具を必要とせず、洗浄のためにシールを取り外す必要がある用途にも適しているため、現場での取り付けにも最適なさまざまなバージョンを生み出しています。シンプルなデザインのため、これらのシールは多くの場合、より経済的です。
bd seals Solutions™ の BD SEAL PTFE リップ シール、DynaLip ポリマー シール、その他のリップ シールは私たちの日常生活をどのように変えるのでしょうか?
PTFE リップ シールは、乾燥環境や摩耗環境において優れたシール特性と低摩擦を実現します。これらは、速度が要求される複雑なアプリケーションでよく使用されます。
エアコンプレッサー市場は、PTFE リップ シールがエラストマーやカーボンのメカニカル シールに取って代わりつつあることを示す好例です。BD SEALS Solutions™ は、1980 年代半ばにほとんどの主要なエアコンプレッサー会社と協力し始め、漏れが発生しやすいゴム製リップ シールやカーボン フェイス シールを置き換えました。
元の設計は従来の高圧リップ シールに基づいていましたが、時間の経過とともに需要が増加し、より高い性能が求められるようになり、シールは漏れがゼロで耐用年数が延長されるように設計されました。
この新技術は、常に厳密な漏れ制御を維持しながら、シール寿命を 2 倍以上にするように開発されました。その結果、Omniseal Solutions™ PTFE リップ シールは業界標準とみなされ、40,000 時間以上のメンテナンスフリー サービスを提供します。
PTFE リップ シールは優れた漏れ制御を実現し、さまざまな潤滑剤を使用して 1000 ～ 6000 rpm で長時間 (15,000 時間) 動作できるため、保証請求を軽減します。bd seals Solutions™ は、直径 0.500 ～ 6000 インチ (13 ～ 150 mm) の範囲のスクリュー圧縮業界向けのシャフト シールを提供しています。
ミキサーもシールのカスタマイズが広く普及している業界分野です。この業界の BD SEALS Solutions™ の顧客は、最大 0.300 インチ (7.62 mm) のシャフトのたわみと振れに対応できるシールを必要としています。これはかなりの量の動的シャフト振れです。この問題を解決し、動作速度を向上させるために、BD SEALS Solutions™ は特許取得済みのフローティング リップ シール設計を提供しています。
bd シールのリップ シールは取り付けが簡単で、厳しい EPA 漏れ要件を満たしており、オイルと冷却剤に適合しており、ポンプの耐用年数全体にわたって密閉空間での使用が可能です。
さらに、Solutions™ リップ シールは、動的なシール条件、極端な速度、圧力と温度の問題、およびその他の多くの用途向けに設計されています。
同社のシールは、次のような機械で使用するために FDA 承認の材料を必要とする機器にも使用されています。
これらの用途はすべて、温度を下げるために非常に低いシール摩擦抵抗を必要とします。FDA の基準を満たすことに加えて、シールにはシールされる材料の詰まりを引き起こす可能性のある空洞があってはならず、酸、アルカリ、洗浄剤に適合する必要があります。また、高圧洗浄に耐え、IP69K テストに合格する必要があります。
bd seals Solutions™ リップ シールは、最大市場の 1 つである補助動力装置 (APU)、ガス タービン エンジン、スターター、オルタネーターおよび発電機、燃料ポンプ、圧力タービン (RAT)、およびフラップ アクチュエーターで使用されています。
APUはUSエアウェイズ1549便（「ハドソン川の奇跡」）で作動し、安全な着陸のために航空機に電力を供給しました。BD SEALS Solutions™ リップ シールとスプリング シールは、飛行に不可欠であると考えられているこの航空機のコア システムに取り付けられており、展開時に 100% 動作する必要があります。
航空宇宙メーカーがこれらのリップ シールに依存する理由はたくさんあります。特別に設計された BD SEALS リップ シールは、同等のエラストマー シールよりも密閉性が高く、性能が向上しています。また、タービン シャフトや外部ギアボックス上のメカニカル カーボン メカニカル シールよりも必要なスペースが少なくなります。
-53°C ～ 177°C (-65°F ～ 350°F) の温度と 25 psi (0 ～ 1.7 bar) までの圧力に耐えることができ、通常の表面速度は 2000 ～ 4000 フィート/分 (10 ～ 10 MPa) です。 20m/秒）。この分野の一部の bd seals Solutions™ ソリューションは、毎分 20,000 フィートを超える速度で動作できます。これは、毎秒 102 メートルに相当します。
もう 1 つの主要市場は航空機エンジン シールで、リップ シールは大手航空機エンジン メーカーによって外部トランスミッション シールに使用されています。bd シール Solutions™ リップ シールは、ギア付きターボファン ジェット エンジンにも使用されています。このタイプのエンジンには、エンジン ファンを低圧コンプレッサーおよびタービンから分離するギア システムが装備されており、各モジュールが最適な速度で動作できるようになります。
したがって、効率を向上させることができます。一般的な旅客機は 1 マイルあたり約 0.5 ガロンの燃料を消費し、より効率的なエンジンにより、旅客機 1 台あたり年間の運航コストが平均 170 万ドル節約されると見込まれています。
PTFE リップ シールは、商業産業のサポートに加えて、軍事、特に国防総省でも使用されています。これには、戦闘機、空母、ヘリコプターでの使用が含まれます。
PTFE リップシールは軍用機で広く使用されています。たとえば、垂直リフト ファンでは、ヘリコプターのギアボックス モーター シールとそのバネ仕掛けのシールは、ローター ヘッドのシール部品、フラップとスラット、航空機を捕捉するために使用されるブレーキ システムの重要な機器にも使用されています。甲板に着陸した。これらの目的に使用される機器が誤動作しないことを確認することが重要です。
BD SEALS Solutions™ リップ シールは、クランクシャフト、ディストリビューター、燃料ポンプ、レース業界で見られるカム シールなど、エンジンが限界まで使用されることが多い、最も困難な用途のいくつかに適しています。
ほとんどの NASCAR チームとインディアナポリス モータースポーツ エンジンは、BD SEALS Solutions™ リップ シールを使用しています。2019年のインディアナポリスのほぼすべての予選通過者と完走者は、少なくともフロントとリアのクランクシャフトにリップシールを使用していました。bd seals Solutions™ は、PTFE スプリット シールの故障を引き起こす一般的な問題を排除するために、NASCAR のために特別に作成された特許取得済みの設計も備えています。
最近のデイトナ スーパースピードウェイでのレース中に高速かつ高圧でエンジンのスロットル クランクシャフト オイル シールが焼き切れたとき、大手 NASCAR エンジン メーカーは bd seals Solutions™ リップ シールに注目しました。結果は全員が勝利しました。bd seals Solutions™ リップ シールを使用したブラッド ケセロウスキーと No. 2 ペンスキー フォードがレースで優勝しました。この成功したイベントをさらに強化するために、上位 5 台のうち 4 台が、これらのリップ シールの恩恵を受けた大手メーカーのエンジンを搭載した車を運転しました。
BD SEALS Solutions™ リップ シールのもう 1 つのレース用途は、オーバーヘッド燃料インジェクターです。これらのエンジンは、すべてのコンポーネントが曲がり、揺れ、ねじれ、通常は発生しないはずの部品間の接触を引き起こす極限の条件にさらされます。したがって、オーバーヘッド燃料インジェクターの平均寿命は、レース速度で使用した場合は 5 分未満です。