メカニカルシールにおけるディンプル深さのしゅう動特性への影響

摘要

CO_2 削減に向け省エネルギー推進が謳われる中，流体機械の動力損失低減のため，流体の封止に用いられるメカニカルシールには，回転中のしゅう動トルクを極限まで下げることが求められている．その要求に答えるべく，テクスチャリングをメカニカルシールしゅう動面に施すことで，超低トルク，さらに完全封止可能なメカニカルシールの実現が近づいている．古くは1960 年代前半から，しゅう動面外周への切欠き溝の導入を初めとする流体動圧発生を目的とする様々なテクスチャリング形状について，活発に研究がなされている．それらテクスチャリング形状のうち，ディンプルについてもディンプル配列や深さのしゅう動特性への影響に関する研究は数多くなされ，有用な知見が得られている．その一方で，潤滑特性を向上させるために，メカニカルシールのしゅう動材料には，気孔を素材自体に備え持つ材料が用いられているが，開口径，配置や深さはランダムであり，その複雑さ故に，これらをパラメータ変数としたしゅう動特性についての知見は尐ない．既報にて著者らは気孔を有するしゅう動材の潤滑特性に与える影響を調べることを目的として，しゅう動面にディンプルをランダムに配置し，気孔を有するしゅう動材に見立てた供試体を製作し，ディンプル径の違いがしゅう動特性へ与える影響について調査した．調査の結果，高速回転ではディンプル開口径が大きいほど，摩擦係数は下がり，低速回転ではディンプル開口径が小さいほどGC 点が低G 側にシフトし，さらにGC 点における摩擦係数が低くなる．また，径の異なるディンプルを混合した場合には，全回転数域において摩擦係数が低下することが明らかになった．本稿では，既報同様にしゅう動面にディンプルをランダムに配置し，ディンプル深さの違いがしゅう動特性へ与える影響について調査したので，その結果を報告する．