- ▸経験則として、媒体圧力が約1.5 MPa以下の場合はアンバランスシールが適し、それ以上の場合はバランス設計を用いる（水のような媒体の場合。炭化水素はより低い圧力でバランスが必要）
- ▸荷重係数Bは閉止力面積と開放力面積の比率で、アンバランスはほぼ1、バランスは一般的に0.6～0.8
- ▸面圧＝ばね圧力＋B×（媒体圧力－シール室圧力）；設計目標は面圧を膜の荷重支持範囲内に保つこと
- ▸面圧が高すぎると摩耗が急増（グラファイトの摩耗率が急激に上昇）、低すぎると面が開いて漏れが発生する—両極端は避けるべき
- ▸高PV運転では材料組み合わせの許容PVを確認する必要がある；グラファイトの乾摩擦係数0.04～0.15が基礎となる
バランスかアンバランスかの選択は力の釣り合いの問題です。媒体圧力は面を押し付けようとし、膜とばねは面を引き離そうとします。面圧はその綱引きの結果です。低圧では媒体圧力を面にそのまま作用させて問題ありませんが、高圧では一部を軽減する必要があり、これが「バランス」です。本記事ではその境界と計算方法を示します。
1. なぜ約1.5 MPaか
アンバランス設計では媒体圧力がほぼ全て閉止方向に作用するため、面圧は媒体圧力に比例して上昇します。一般的なグラファイト対シリコンカーバイドの組み合わせでは、面圧が約1.5 MPaを超えると摩擦熱と摩耗率が急激に増加し、グラファイトリングの寿命が著しく短くなります。
バランス設計は加圧される閉止面積（段付き軸またはスリーブ）を縮小し、荷重係数Bをほぼ1から0.6～0.8に下げます。これにより面圧の上昇が緩やかになり、高圧下でも寿命が保たれます。
注意点：1.5 MPaは水のような潤滑性の低い媒体、通常速度での経験値です。潤滑性が悪い（炭化水素、熱水）または高速の場合は閾値が下がり、1.0 MPa以下でバランスが必要な場合もあります。逆に潤滑性が良く低速なら緩和されます。
2. 荷重係数Bと面圧
2.1 荷重係数B
Bは媒体圧力の有効作用面積と公称面積の比率です：
- アンバランス：Bはほぼ1で、媒体圧力が全て閉止に寄与
- バランス：Bは0.6～0.8が一般的で、段差寸法で決まる
- Bが小さすぎる（約0.6未満）：閉止力不足で膜が面を押し開き、漏れリスクが増加
2.2 面圧計算
面圧 ≒ ばね圧力 + B ×（媒体圧力－シール室背圧）。検証手順：
1.ばね圧力を取得（シール種別により通常0.1～0.3 MPa程度）
2.媒体圧力とBを代入し面圧を算出
3.材料組み合わせの膜支持圧力範囲と許容圧力と比較し、必要に応じてBを調整
4.平均面速度と掛けてPVを算出し、許容PVと照合
2.3 PV値の確認
PV＝面圧×平均面速度。乾摩擦係数0.04～0.15、熱伝導率70～150 W/(m·K)のカーボングラファイトは良好な洗浄条件下で高いPVを許容しますが、各材料組み合わせには許容上限があります。これを超えると摩擦熱が放散できず、面が媒体の蒸発点を超えてシールが乾燥し故障します。
3. よくある誤り
1.ポンプ吐出圧力のみを見る：API 682などの洗浄計画ではシール室圧力は吐出圧と異なり、誤った圧力を使うと誤ったタイプを選択する
2.Bが低いほど摩耗が少ないと誤解：Bが低すぎると面が開き、漏れが発生し、漏れの修正は摩耗より困難
3.高圧でばね力を単純に増やす：ばね圧力は小さな項目であり、高圧面を救えない。正しい対処はBを下げること
4.起動停止運転を無視：圧力と速度は起動停止時に最も変動し、断続的な高圧運転は保守的な設計が必要
4. まとめ
選定手順は、まず実際のシール室圧力を把握し、次にバランスかアンバランスかを選ぶ（水のような媒体で約1.5 MPaが目安）、その後B、面圧、PVを検証します。Huahao Sealingは2006年設立、安徽省六安市に工場を持ち、バランス・アンバランス両方のカーボングラファイトリングを図面対応で製造し、全工程の品質管理を実施しています。不明点があれば、媒体、圧力、速度、軸径をメーカーに伝え、面圧とPVの検討を依頼してから発注してください。