- ▸PVとは、面圧（face pressure）と平均すべり速度（mean sliding velocity）の積であり、選定の最初の入力値です。まずPVを計算し、その後ペアを選びます。
- ▸標準的な高PVペアリングは、カーボングラファイト（軟質リング）とシリコンカーバイド（硬質リング）で、低摩擦、熱伝導性、固体耐性のバランスを取っています。
- ▸PV能力は含浸方法によって大きく異なり、樹脂含浸が最も低く、アンチモン金属含浸が数倍高いです。
- ▸選定では、材料の限界の1/2から1/3の範囲で作動PVを維持し、安全率は2～3倍とします。
- ▸高PV用途ではフラッシュ冷却が必要です。グラファイトの熱伝導率は70～150 W/(m·K)で熱を逃がしますが、熱の逃げ場が必要です。
- ▸カーボングラファイトの熱伝導率は一般的なシール材料をはるかに上回り、これが高PVペアリングに使われる理由です。
メカニカルシールの材料選定は、材料を選んでから性能を確認するのではなく、まずPVを計算することから始まります。PVは圧力、速度、面積を一つの数値に圧縮し、ペアにかかる熱負荷の最も直接的な指標です。
I. まずPVを計算：3つの入力、1つの公式
PV = 面圧（MPa）× 平均面速度（m/s）
1.面圧は媒体圧力、バランス比、バネ荷重から算出され、設計上は通常0.3～0.6 MPa程度です。
2.速度は回転数と平均面径から求められ、ポンプシールでは通常5～30 m/sです。
3.これらの積は摩擦パワー密度を示します。
例として（特定のプロジェクトではありません）：0.4 MPa × 20 m/s = 8 MPa·m/s。これは樹脂含浸グラファイトの乾燥限界（1～2 MPa·m/s）を数倍超え、液体潤滑と冷却、さらに高PVグレードが必要となります。
II. ペアリング方法：軟質対硬質
主流の高PVペアリングはカーボングラファイト対シリコンカーバイドです。
1.グラファイト軟質リング：自己潤滑性があり、馴染みが良く、70～150 W/(m·K)の熱伝導率で熱を逃がします。
2.SiC硬質リング：極めて硬く、固体や化学物質に強く、グラファイトに対して低摩擦です。
3.グラファイト同士の軟軟ペアは低PVのクリーン用途のみで、硬硬ペア（SiC/SiC）は耐摩耗性は高いものの乾燥運転や衝撃に弱く、主に固体を含む粘性媒体向けです。
ペアリングの論理は、交換が容易な軟質リングに摩耗を任せ、硬質リングで面形状を保持することです。
III. グラファイトグレードのPV能力階層
同じカーボングラファイトでも、含浸方法によりPV能力は異なります。
- 樹脂含浸：汎用で耐腐食性が最も高いが、PV能力は最低。
- アンチモン含浸：強度と熱伝導率が高く、圧縮強度は250～300 MPaクラスで、高PVの固体含有用途に最適。
- PTFE含浸：乾燥運転や化学用途に特化し、摩擦が低い。
- カーボングラファイトの圧縮強度は基準で150～300 MPaの範囲で、含浸と配合で調整されます。
IV. 安全率と冷却
実験室でのPV限界は設計上低減して使います。作動PVは限界の1/2から1/3に設定します。
高PV用途では以下の補助措置も重要です。
1.シール室温度を下げるフラッシュ冷却計画（API 682のプランシステムが存在します）。
2.熱除去経路の確保。グラファイトの熱伝導が優れていても、シール室内に熱がこもると問題です。
3.面荷重の調整。温度上昇や漏れを見ながら試運転後に微調整します。
Huahao Sealingは顧客の媒体、圧力、速度、軸径からPVを計算し、含浸グレードを推奨します。カスタムオーダーは加工寸法ではなく選定計算から始まります。高PV選定での一つの誤りが、その後の精密加工を無駄にします。