ダイヤフラムコンプレッサーは、無漏洩、高圧縮比、清浄性といった利点から、ガス圧縮、化学品製造、特殊ガス処理に広く使用されています。その中核構造を構成する金属シールリングは、シリンダーとダイヤフラム間の効率的なシールを確保する上で重要な部品であり、機器の運転効率、寿命、安全性に直接関係しています。本稿では、ダイヤフラムコンプレッサーシリンダーにおける金属シールリングのコア要件を技術的な観点から分析します。
1. 高い密封性能
高圧（最大 30 MPa 以上）および頻繁な往復運動条件下では、金属シール リングは漏れゼロの静的および動的シールを実現する必要があります。
静的シール: コンプレッサーが停止しているときや安定運転しているときは、ガスの微小漏れを防ぐためにシールリングがシリンダーとダイヤフラムの表面にしっかりとフィットする必要があります。
ダイナミックシール：ダイヤフラムの高周波振動（通常 200 ～ 1000 回 / 分）では、振動によるシールの破損を回避するために、シールリングは接触面に均一な圧力を維持する必要があります。
技術的なポイント：シーリングリングは、波形または弾性構造設計によって微細変形を補正する必要があり、表面粗さは Ra≤0.8μm 以内に制御する必要があります。
2. 過酷な作業条件下での耐圧性と耐熱性
ダイヤフラムコンプレッサーは、高温（-50℃～300℃）と高圧の組み合わせの動作条件に直面することが多く、金属シーリングリングの材質と構造に厳しい要件が課せられます。
耐圧性: 高圧衝撃下では、塑性変形やシール不良を防ぐために、シーリング リングには高い降伏強度 (通常 800 MPa 以上) が必要です。
耐熱性：高温・低温サイクルの衝撃に耐える必要があり、高温における材料の耐酸化性（ニッケル基合金の酸化層の安定性など）と低温脆性（チタン合金の低温靭性など）が要件を満たす必要があります。
解決策: 多層複合構造 (金属 + エラストマーなど) または勾配材料設計を使用して、圧力耐性と温度適応性のバランスをとります。
3. 耐食性と化学的安定性
化学物質や特殊ガス（塩素、水素、酸性媒体など）を使用する場合、シーリング リングは腐食性媒体による侵食に耐える必要があります。
材料の選択: ハステロイ C276、モネル、または表面コーティング (PTFE 複合コーティングなど) が推奨されます。
長期安定性：耐食性は、塩水噴霧試験（ASTM B117）および酸性ガス浸漬試験（H2S 環境シミュレーションなど）を通じて検証する必要があります。
4. 弾力性と剛性の動的バランス
シーリングリングは、弾性変形範囲内で信頼性の高いシーリングを実現し、高圧押し出しに耐える十分な剛性を備えている必要があります。
弾性率制御：材料比率（ベリリウム元素やモリブデン元素の追加など）や構造設計（V字波形など）を最適化することで、弾性率（標準値：100～200 GPa）を調整します。
疲労寿命: 繰り返し変形による亀裂を防ぐために、10^7 回の繰り返し荷重下での疲労強度要件を満たす必要があります。
5. 精密加工と適応性
金属シーリングリングはシリンダーとダイヤフラムとの高精度なマッチングを実現する必要があり、公差管理はシーリング効果に直接影響します。
寸法精度：直径公差は±0.02 mm以内に管理する必要があり、形状および位置公差（真円度、平坦度など）は≤0.01 mmにする必要があります。
表面処理：研磨または化学メッキを使用して摩擦係数（≤0.1）を低減し、摩耗を軽減します。
VI. 長寿命と信頼性
シール リングの故障は、ダイアフラム コンプレッサーの主な故障モードの 1 つであり、その寿命は機器のオーバーホール サイクル (通常は 8000 時間以上) と一致する必要があります。
耐摩耗性: 表面硬度は HRC 40 ～ 50 に達する必要がありますが、窒化処理または炭化タングステンコーティングによって向上させることができます。
保守性: 迅速な交換をサポートし、ダウンタイム コストを削減するモジュール構造を設計します。
結論
金属シールリングの性能は、ダイヤフラムコンプレッサーのシール効率と動作信頼性を直接的に左右します。今後、金属ガラス、積層造形合金などの新材料や、埋め込み型応力センサーなどのインテリジェントモニタリング技術の開発により、シールリングはより高い動作条件適応性、長寿命化、そしてインテリジェント化へと進化していくでしょう。設計者には、ますます厳しくなるダイヤフラムコンプレッサーの産業要求を満たすために、材料、構造、プロセスなど、多角的な最適化が求められています。
投稿日時: 2025年2月26日