コンプレッサー用ドライガスシールのカーボングラファイトリング：ミクロン単位のガス膜、らせん溝およびリングの適合要件

ドライガスシールは、油を使わず、接触せず、髪の毛の10分の1以下の薄さのガス膜上で最小限の漏れで動作します。その安定性の半分は螺旋溝設計に、もう半分はカーボングラファイトリングの材料と形状に由来します。本稿では膜のメカニズムから始め、具体的なグラファイトの要件に至ります。

I. ミクロン単位のガス膜の働き

1.1 開放力の発生源

回転するリングには約3～10 μmの深さの螺旋溝があります。回転によりシールガスが外径から内側へ送り込まれ、溝の根元で圧力が高まり、溝のないシールダムとともに圧力段差を形成して面を押し離します。開放力と閉塞力は典型的に約3 μmの膜厚で釣り合います。

1.2 カーボングラファイトリングの位置

多くの設計では、カーボングラファイトリングが固定（またはメイティング）リングとして溝付きランナーに向き合います。膜圧力がその面に荷重をかけ、停止時には静的シールとして機能します。始動時の乾摩擦や停止時の混合摩擦は、カーボングラファイトの自己潤滑性（乾摩擦係数0.04～0.15）により耐えられ、短時間の接触でも損傷しません。

II. カーボングラファイトリングの4つの適合要件

2.1 平坦度：幾何学的前提条件

膜厚が3～10 μmのため、面の平坦度は0.0009 mm（干渉縞2本以内）を達成する必要があります。2～3 μmの偏差があると局所的に膜が潰れて固体接触になります。

2.2 気孔率と含浸密度

ガス圧は液体圧よりはるかに低く、ガス分子は連通した気孔を通過します。含浸後の気孔率は2%以下でなければならず、含浸剤（一般的には樹脂またはアンチモン）が均一に分布して局所的な貫通経路を避ける必要があります。

2.3 強度と粒子耐性

圧縮強度は150～300 MPaで、カーボングラファイトは荷重限界には程遠いですが、問題は膜に入る粒子による三体摩耗です。微細粒子で高密度のマトリックスに金属含浸を施すことで表面硬度が上がり、傷の深さが明確に減少します。

2.4 寸法安定性

圧縮機内部の周囲温度は150～200 ℃を超えることがあります。カーボングラファイトは熱膨張率が非常に低く、多くの金属と大きく異なるため、ホルダーの嵌合は温度範囲全体で計算された干渉を設計し、温度上昇時の緩みや割れを防ぐ必要があります。

III. 支持システム：シールガスとろ過

ドライガスシールの故障では、ガス供給の問題が支配的で、主に粒子と液体です。要件は以下の通りです：

1.シールガスを0.3～1 μmでろ過し、差圧監視とエレメントの目詰まり警報を設ける

2.始動前に乾燥窒素でパージし、プロセスガス導入前に液体の混入がないことを確認する

3.停止時も隔離ガスを流し、プロセスガスの凝縮物が面に付着しないようにする

IV. まとめ

ドライガスシールのカーボングラファイトリングは二重仕様部品です：幾何学的には0.0009 mmの平坦度と0.01 mm級の同軸度、材料的には2%以下の気孔率、均一な含浸、微細粒子マトリックス。Huahao Sealingは、圧縮機およびブロワ用ドライガスシールのカーボングラファイトおよび含浸グラファイトリングを、全工程検査と図面対応で供給し、面パターンと使用温度に応じた材料設計を推奨しています。