ガスケット

ガスケットは、2つ以上の接合面の間の空間を埋める機械的シールで、一般的には圧縮された状態で接合された物体からの漏れや接合された物体への漏れを防ぎます。これは、静的シールを作成し、機械アセンブリのさまざまな動作条件下でそのシールを維持するために使用される変形可能な材料です。^[1]

ガスケットは、機械部品の「完璧ではない」接合面の凹凸を埋めることができます。ガスケットは、通常、シート材料から切り出して製造されます。不良ガスケットや漏れガスケットの潜在的なコストと安全性を考慮すると、アプリケーションのニーズに合わせて適切なガスケット材料を選択することが重要です。^[2]

高圧蒸気システムなどの特定の用途のガスケットにはアスベストが含まれている場合があります。しかし、アスベストへの曝露に関連する健康被害のため、実用的な場合は非アスベストガスケット材料が使用されます。^[3]

通常、ガスケットは、多少の凹凸があっても変形して、設計された空間をしっかりと埋めることができるように、ある程度柔軟性のある材料で作られていることが望ましいです。ガスケットの種類によっては、適切に機能させるために、ガスケットの表面に直接 シーラントを塗布する必要があります。

一部の（配管）ガスケットは完全に金属で作られており、シールを実現するために座面に依存しています。金属自体のバネ特性が利用されます（σ _y、材料の降伏強度までですが、それを超えることはありません）。これは、一部の「リングジョイント」（RTJ）またはその他の金属ガスケットシステムに典型的です。これらのジョイントは、R-conおよびE-con圧縮型ジョイントとして知られています。^[4]

ガスケットの中には、その場で塗布して硬化させるものもあります。このような材料は、現場成形ガスケットと呼ばれます。^[5]

ガスケットは通常、紙、ゴム、シリコン、金属、コルク、フェルト、ネオプレン、ニトリルゴム、グラスファイバー、 ポリテトラフルオロエチレン（別名 PTFE またはテフロン）、またはプラスチック ポリマー（ポリクロロトリフルオロエチレンなど）などの平らな材料、シートから作られています。

圧縮繊維ガスケット材料の工業用途における効果的なガスケットの望ましい特性の 1 つは、高い圧縮荷重に耐える能力です。ほとんどの工業用ガスケット用途では、14 MPa (2000 psi ) 以上の圧縮力を発揮するボルトが使用されています。一般的に、ガスケットの性能を向上させるための自明の理がいくつかあります。最も試行錯誤されているものの 1 つは、「ガスケットにかかる圧縮荷重が大きいほど、ガスケットの寿命が長くなる」というものです。

ガスケット材料の圧縮荷重に対する耐性を測定する方法はいくつかあります。これらのテストの中でおそらく最も受け入れられているのは「高温圧縮テスト」です。ガスケット材料のほとんどのメーカーは、これらのテストの結果を提供または公開しています。

ガスケットには、産業用途、予算、化学接触、物理的パラメータに基づいてさまざまなデザインがあります。

ガスケットは、平らで薄い材料のシートから必要な形状を打ち抜くことで製造でき、シートガスケットになります。シートガスケットは製造が速く安価で、繊維材料やマットグラファイト（過去には圧縮アスベスト）など、さまざまな材料から製造できます。これらのガスケットは、使用する材料の不活性度に基づいて、さまざまな化学的要件を満たすことができます。非アスベストガスケットシートは耐久性があり、複数の材料でできており、本質的に厚いです。材料の例には、鉱物、炭素、またはEPDM、ニトリル、ネオプレン、天然、SBR挿入などの合成ゴムがあり、それぞれが異なる用途に適した独自の特性を持っています。^[2]シートガスケットを使用する用途には、酸、腐食性化学物質、蒸気、または軽度の腐食剤が含まれます。柔軟性と良好な回復性により、シートガスケットの取り付け中に破損を防ぎます。^[6]

固体材料の背後にある考え方は、シートから打ち抜くことができないが、それでも製造コストが安い金属を使用することです。これらのガスケットは、一般にシートガスケットよりもはるかに高いレベルの品質管理が施されており、一般にはるかに高い温度と圧力に耐えることができます。主な欠点は、固体金属をフランジヘッドと面一にして漏れを防ぐために大幅に圧縮する必要があることです。材料の選択はより困難です。主に金属が使用されるため、プロセス汚染と酸化のリスクがあります。もう 1 つの欠点は、使用する金属がフランジよりも柔らかくなければならないことです。これは、フランジが歪んで将来のガスケットによる密閉が妨げられないようにするためです。それでも、これらのガスケットは業界でニッチな市場を見つけました。

スパイラル巻きガスケットは、金属と充填材の混合物で構成されています。^[7]一般的に、ガスケットには、金属（通常は炭素を多く含む鋼またはステンレス鋼）が円形の螺旋状に外側に巻かれ（他の形状も可能）、充填材（通常は柔軟なグラファイト）が同じ方法で反対側から巻かれています。これにより、充填材と金属の層が交互になります。これらのガスケットの充填材はシール要素として機能し、金属は構造的なサポートを提供します。

これらのガスケットは、ほとんどの用途で信頼性が高いことが実証されており、コストは高くなりますが、固体ガスケットよりも低い締め付け力を実現します。

定座面応力ガスケットは、ステンレス鋼などの適切な材料で作られた固体キャリアリングと、キャリアリングの両側に 1 つずつ、2 つの対向するチャネル内に取り付けられた圧縮性材料で作られた 2 つのシーリング要素の 2 つのコンポーネントで構成されています。シーリング要素は通常、プロセス流体と用途に適した材料 (膨張黒鉛、膨張ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、バーミキュライトなど) で作られています。

一定座面応力ガスケットは、キャリア リング プロファイルがフランジの回転 (ボルトの予荷重によるたわみ) を考慮しているという事実からその名前が付けられています。他のすべての従来のガスケットでは、フランジ ファスナーが締め付けられると、フランジは荷重を受けて半径方向にたわみ、ガスケットの圧縮が最大になり、ガスケットの外側のエッジでガスケット応力が最大になります。

一定座面応力ガスケットで使用されるキャリア リングは、所定のフランジ サイズ、圧力クラス、および材料に対してキャリア リングを作成するときにこのたわみを考慮するため、キャリア リング プロファイルを調整して、ガスケット座面応力がシール領域全体にわたって放射状に均一になるようにすることができます。さらに、シール要素はキャリア リングの反対側のチャネルのフランジ面によって完全に閉じ込められているため、ガスケットに作用する使用中の圧縮力はキャリア リングを介して伝達され、シール要素のそれ以上の圧縮を回避し、使用中の「一定」のガスケット座面応力を維持します。したがって、ガスケットは、クリープ緩和、システムの高振動、またはシステムの熱サイクルなどの一般的なガスケットの故障モードの影響を受けません。

一定座面応力ガスケットのシール性向上の基本的な概念は、(i) フランジのシール面がシールを達成できる場合、(ii) シール要素がプロセス流体およびアプリケーションに適合している場合、(iii) 取り付け時にシールを実行するために必要な十分なガスケット座面応力が達成される場合、使用中のガスケットの漏れの可能性が大幅に減少するか、完全に排除されるというものです。

二重ジャケット ガスケットは、充填材と金属材料を組み合わせたものです。この用途では、両端が「C」に似たチューブが金属で作られ、その「C」の内側にフィットする追加のピースが作られ、接合部でチューブが最も厚くなります。充填材は、シェルとピースの間に注入されます。使用時には、圧縮されたガスケットは、接触する 2 つの先端に金属が多く含まれ (シェルとピースの相互作用による)、この 2 つの場所がプロセスの密閉の負担を負います。必要なのはシェルとピースだけなので、これらのガスケットは、シート状にできるほぼすべての材料から作成でき、充填材を挿入できます。^[8]

カムプロファイル ガスケット (カムシャフトのプロファイルに似たデザインのため、「カムプロファイル」と表記されることもあります。カムシャフトは内燃機関の回転部品です。^[9] ) は、柔軟性と信頼性の高い性能の両方を備えているため、多くの古いシールに使用されています。カムプロファイルは、柔軟なカバー層を備えた固体波形コアを備えています。この配置により、ガスケットの隆起部に沿って非常に高い圧縮と非常にタイトなシールが可能になります。通常、金属コアではなくグラファイトが破損するため、カムプロファイルは後で使用しなくなったときに修理できます。カムプロファイルはほとんどの用途で資本コストが高くなりますが、長寿命と信頼性の向上によって相殺されます。

フィッシュボーン ガスケットは、カムプロファイル ガスケットやスパイラル ワウンド ガスケットの直接代替品です。これらは、同様の材料から完全に CNC マシンで製造されていますが、ガスケットの設計により、固有の欠点が排除されています。フィッシュボーン ガスケットは、保管中や工場内でほどけることはありません。丸みを帯びたエッジはフランジを損傷しません。追加された「ストップ ステップ」により、工場の起動時にホット トルク技術によってフィッシュボーン ガスケットが過度に圧縮/押しつぶされるのを防ぎます。ガスケットの骨は延性を保ち、熱サイクルやシステム圧力の急上昇に適応するため、この性質の他のすべてのガスケットよりも大幅に優れた耐久性と信頼性のあるフランジ シ​​ールが実現します。

フランジガスケットは、表面積を広げるために広がった 2 つのパイプセクションの間にフィットするように作られたガスケットの一種です。

フランジ ガスケットにはさまざまなサイズがあり、内径と外径によって分類されます。

パイプのフランジ用ガスケットには多くの規格があります。フランジ用ガスケットは、主に次の 4 つのカテゴリに分類できます。

1. シートガスケット
2. 波形金属ガスケット
3. リングガスケット
4. スパイラル巻きガスケット

シート ガスケットはシンプルで、ボルト穴付きまたは穴なしで、パイプラインの媒体と温度圧力に適したさまざまな厚さと材料の標準サイズ に合わせてカットされます。

リング ガスケットはRTJ とも呼ばれます。主に海上石油およびガスパイプラインで使用され、非常に高い圧力下で作動するように設計されています。楕円形、円形、八角形など、さまざまな断面を持つ金属製の固体リングです。圧力のために中央に穴が開いている場合もあります。

スパイラル巻きガスケットは高圧パイプラインでも使用され、ステンレス鋼の外輪と内輪、そしてV 字型に形成されたグラファイトとPTFEを巻き付けたスパイラル巻きステンレス鋼テープが充填された中心で作られています。内部圧力が V 面に作用し、ガスケットがフランジ面に対して密閉されます。ほとんどのスパイラル巻きガスケット アプリケーションでは、1/8 インチと 3/16 インチの 2 つの標準ガスケット厚さが使用されます。1/8 インチの厚さのガスケットでは、0.100 インチの厚さに圧縮することをお勧めします。3/16 インチの場合は、0.13 インチの厚さに圧縮します。

ソフトガスケットとは、柔らかい（柔軟性のある）シート材から切り出され、ボルト荷重が低い場合でも表面の凹凸に容易に適合できるガスケットを指す用語です。ソフトガスケットは、熱交換器、コンプレッサー、ボンネットバルブ、パイプフランジなどの用途に使用されます。

環状シール (RTJ シール) は、石油産業、油田掘削、圧力容器接続、パイプ、バルブなどの用途に適した、高整合性、高温、高圧シールです。

リングパッキン（RTJ）の動きは、軸方向の圧縮荷重により変形したシールフランジの溝内で不規則な流れとして説明できます。カラーシール（RTJシール）は負荷面積が小さいため、シール面と溝の間の面圧が大きくなり、メンテナンス性が悪く、再利用には適していません。

多くのガスケットには、許容される動作条件を向上または推測するための小さな改良が含まれています。

• 一般的な改善方法は、内部圧縮リングです。圧縮リングにより、ガスケットの破損を防ぎながらフランジの圧縮を高めることができます。圧縮リングの効果は最小限で、通常は標準設計で高い破損率が発生する場合にのみ使用されます。
• 一般的な改良は、外側のガイド リングです。ガイド リングにより、取り付けが簡単になり、軽度の圧縮防止剤として機能します。アルキル化の用途によっては、ダブル ジャケット ガスケットでこれらを変更して、アルキル化ペイントと組み合わせた内側のライニング システムによって最初のシールが破損したことを示すことができます。

不均一な圧力は、さまざまな要因によって引き起こされる可能性があります。まず、人的要因です。ボルトの予荷重が非対称に適用されると、不均一な圧力が発生する可能性があります。理論的には、フランジが押されると、シール面は完全に平行になりますが、実際には、パイプラインの中心線は完全に同心円になることはなく、フランジのボルトを締めると、フランジが不連続になります。非対称接続では、シール面が多かれ少なかれ変形し、圧力が低下し、動作負荷が大きくなり、漏れが発生しやすくなります。3番目に、ボルトの配置密度は圧力分布に明らかな影響を及ぼします。ボルトが近いほど、圧力は均一になります。

フランジのボルトを締めます。振動、温度変化、およびスパイラル巻きガスケットの応力緩和などの要因により、ボルトの張力が徐々に低下し、トルクが失われて漏れが発生します。一般的に、ボルトが長く、ボルトの直径が小さいほど、トルクの損失を防ぐのに効果的です。長くて細いボルトは、トルク損失を防ぐのに効果的な方法です。一定時間加熱してボルトを伸ばし、その後所定のトルクを維持することは、トルク損失を防ぐのに非常に効果的です。ガスケットが薄く小さいほど、トルク損失が大きくなります。また、機械やパイプ自体の強い振動を防ぎ、隣接する機器の振動からそれらを隔離します。シール面への衝撃は無意味ではありません。締め付けられたボルトに影響を与えないことで、トルク損失を防ぐことができます。

シーリング仕上げを適切に行うことが重要です。そうしないと、漏れが発生します。表面が滑らかすぎると、圧力がかかったときにガスケット材料が吹き出す可能性があります。表面が平らに機械加工されていないと、漏れの経路となる可能性があります。目安としては、32RMS に機械加工された表面です。これにより、表面が平らでありながら、圧縮されたときにガスケットに食い込むのに十分な表面仕上げが確保されます。

金属コアコーティングガスケットでは、コアの両側が柔軟で展性のあるシーラントで覆われています。圧力クラス 300 までの強化金属シールがあります。強力な金属コアは圧力シールを防ぎ、柔らかいコアは優れたシール性を保証します。

• 配管の継ぎ目を密封するためのその他の材料
  • オーカム
  • 配管用パテ
  • ねじシールテープ（配管用テープ）
• ヘッドガスケット
• オゾン分解
• ポリマーの劣化
• 真空フランジ
• ウィルズリング

ウィキメディア・コモンズには、ガスケットに関連するメディアがあります。

• ビックフォード、ジョン H.:ボルト接合の設計と動作入門、第 3 版、マルセル デッカー、1995 年、5 ページ
• ラテ、ホルヘ博士、ロッシ、クラウディオ：圧縮繊維ガスケット材料の高温挙動とガスケット寿命予測の代替アプローチ、FSA 発表論文、1995 年、16 ページ