シール設計におけるFEAの重要性

によるベン・ルイス

シールは加圧システムの重要な構成要素です。あらゆる産業界において、シールの使用条件、ひいてはシール性能は極限まで高められています。

これらのアプリケーションに対応するシールの設計は、非常に困難です。エネルギー分野では266℃を超え、航空宇宙分野では-51℃を下回ることがあります。圧力は、航空宇宙用油圧システムの3~5ksi(20.7~34.4MPa)から油田掘削の40ksi(275.7MPa)以上に及ぶことがあります。さらに、流体は腐食性があり、動的な動きも大きくなることがある。

図1:FEAモデル

シール設計に使用されるエンジニアリングツールの一つに有限要素法解析(FEA)があります。FEAは、特定の使用条件下でのシールの応答をシミュレートし、予測するために使用できる数値解法技術である。

FEA はいくつかの方法でシール設計に活用することができ ます。最も一般的な方法は、接触圧力プロファイルを評価することです。接触圧とは、システム圧力のバイパスに対抗するために、金属製のハードウェアに対してシールが発生させる圧力のことです。シールの接触圧は、シールの温度、シールのスクイーズ量、適用されるシステム圧によって変化します。

この情報により、設計者は対象となるすべての温度/圧力条件において、十分な接触圧力と長さを得ることができる。また、接触圧と全接触力は、複数の設計を比較して、あらゆる用途に最適な設計を決定するために使用することができる。

図2:複数の圧力条件下でのシール状態を示すコンタープロット(上)とラインプロット(下)。

FEAは、グリーンツィードが世界で最も困難なシーリングアプリケーションで成功するための数多くのツールの1つです。

グリーンツイードの製品は、世界中で販売・配布されています。当社のシール能力に関する詳細な情報については、ここをクリックしてお問い合わせください。