航空機エンジン、水素コンプレッサー、半導体真空システムといったハイエンド機器分野において、ボルテックスシールストリップは、精密な対数螺旋形状により、回転界面におけるナノスケールの流体制御を実現します。試験データは以下の通り確認されています。
- 臨界速度: 42,000回転
- ヘリウム漏れ率: ≤1.5×10⁻⁷ Pa·m³/s
- 摩擦による動力損失: メカニカルシールの19%
I. コア構造と動作原理
1. 3層機能設計
| 成分 | 材料システム | パフォーマンスパラメータ |
|---|---|---|
| スパイラルグルーブベース | Ni基超合金（GH4169） | CTE: 3.8×10⁻⁶/K (20-800°C) |
| シールストリップアレイ | グラフェン修飾PI（PI/Gr） | 曲げ強度: 452MPa @300°C |
| ラジアル補正 | ベルビル・スプリングス（17-7PH SS） | 予圧勾配: 50±3 N/mm |
2. ダイナミックシール機構
- 逆圧力発生: 螺旋溝のコリオリ効果により1:12の圧力比が発生
- ナノガスフィルムバリア: 0.5～3μmのギャップで10⁸ N/m³のガス膜剛性を維持
- セルフクリーニング: 200m/s以上の線速度で5μm以上の粒子を99.2%除去
II. パフォーマンスのブレークスルー
1. 極限状況への適応性
| パラメータ | 範囲 | 検証ケース |
|---|---|---|
| 温度範囲 | -253℃～850℃ | CJ-1000Aエンジン（2500熱サイクル） |
| 速度容量 | 42,000回転 | NASA-Glennテスト認定 |
2. ゼロ汚染保証
| 中くらい | 漏洩率 | 認証 |
|---|---|---|
| He | ≤1.5×10⁻⁷ Pa·m³/s | ASME PTC 19.1 |
| 水素 | 3.2×10⁻⁹ モル/(m·s) | ISO 15848-1 |
3. エネルギー効率とメンテナンス革命
| メトリック | メカニカルシール | ボルテックスシールストリップ | 改善 |
|---|---|---|---|
| 摩擦損失 | 35.2kW | 6.8kW | ↓80.7% |
| 冷却水 | 8.5 L/分 | 0 | 100%節約 |
| メンテナンスサイクル | 3ヶ月 | 24ヶ月 | ↑700% |
III. 産業応用パラメータ
| 応用分野 | 線速度（m/s） | 圧力範囲 | 耐用年数 |
|---|---|---|---|
| 航空エンジン | 420 | 0.2～3.5MPa | 25,000時間 |
| 水素圧縮機 | 280 | 0.8～2.0MPa | 40,000時間以上 |
| EUVリソグラフィー真空 | 9.5 | <10⁻⁵ Pa | 生涯メンテナンスフリー |
技術的結論：回転シールの限界を再定義する
ボルテックスシールストリップは、幾何学的トポロジーと材料科学を通じて 3 つの革新的な進歩を実現します。
- 物理的な限界を克服する: -253°C～850°Cをカバーし、42,000 rpmに耐えます
- 純度を保証：分子レベルのシーリング（Heリーク≤1.5×10⁻⁷ Pa·m³/s）
- 効率性を再発明: 摩擦を80.7%削減、冷却システムを不要に（ユニットあたり年間4,500トンの水を節約）
SpaceX の Raptor エンジンが 1,056 rad/s で作動すると、このミクロン スケールのスパイラル ラインはナノ スケールの精度で高度なエンジニアリングの限界を守ります。
航空機エンジン、水素コンプレッサー、半導体真空システムといったハイエンド機器分野において、ボルテックスシールストリップは、精密な対数螺旋形状により、回転界面におけるナノスケールの流体制御を実現します。試験データは以下の通り確認されています。
臨界回転数: 42,000 rpmヘリウム漏れ率: ≤1.5×10⁻⁷ Pa·m³/s摩擦損失: メカニカルシールの19%
I. コア構造と動作原理1. 3層機能設計
コンポーネント材料システム性能パラメータスパイラルグルーブベースNi基超合金（GH4169）CTE：3.8×10⁻⁶/K（20～800℃）シールストリップアレイグラフェン改質PI（PI/Gr）曲げ強度：452MPa @300℃ラジアル補正ベルビルスプリング（17-7PH SS）予圧勾配：50±3 N/mm2。ダイナミックシール機構
逆圧力発生：螺旋溝のコリオリ効果により1:12の圧力比を生成ナノガスフィルムバリア：0.5～3μmのギャップで10⁸ N/m³のガスフィルム剛性を維持セルフクリーニング：200m/s以上の線速度で5μm以上の粒子を99.2%除去
II. パフォーマンスのブレークスルー1. 極限条件への適応性
パラメータ範囲検証ケース温度範囲-253°C～850°CCCJ-1000Aエンジン（2500熱サイクル）回転数容量42,000 rpmNASA-Glennテスト認証2. ゼロ汚染保証
媒体漏洩率認証He≤1.5×10⁻⁷ Pa·m³/sASME PTC 19.1H₂3.2×10⁻⁹ mol/(m·s)ISO 15848-13. エネルギー効率とメンテナンス革命
メトリックメカニカルシールボルテックスシールストリップ改善摩擦損失35.2 kW6.8 kW↓80.7%冷却水8.5 L/分0100%節約メンテナンスサイクル3ヶ月24ヶ月↑700%
III. 産業応用パラメータ
用途分野線速度（m/s）圧力範囲耐用年数航空エンジン4200.2～3.5 MPa25,000時間水素コンプレッサー2800.8～2.0 MPa40,000時間以上EUVリソグラフィー真空9.5<10⁻⁵ Pa生涯メンテナンスフリー
技術的な結論: 回転シールの限界を再定義するボルテックスシールストリップは、幾何学的トポロジーと材料科学を通じて 3 つの革新的な進歩を達成しました。
物理的限界を克服: -253°C ～ 850°C をカバーし、42,000 rpm に耐えます。純度を保証: 分子レベルのシーリング (He リーク ≤1.5×10⁻⁷ Pa·m³/s)。効率を改革: 摩擦を 80.7% 削減し、冷却システムを不要にします (ユニットあたり年間 4,500 トンの水を節約)。
SpaceX の Raptor エンジンが 1,056 rad/s で作動すると、このミクロン スケールのスパイラル ラインはナノ スケールの精度で高度なエンジニアリングの限界を守ります。
投稿日時: 2025年6月23日