- ▸カーボングラファイト製シールリングは、海水耐食性、自己潤滑性、低摩耗性を備え、船舶の船尾軸シールリップやシール面の摩擦対材料として最適です。
- ▸高塩分の海水環境では、アンチモン含浸グラファイトはピッティングを起こしやすいため、銅または樹脂含浸グラファイトと316Lステンレスやセラミックコーティングされたスリーブの組み合わせを選択します。
- ▸船尾軸シール面は平坦度0.6 μm以下、表面粗さRa 0.1 μm以下が求められ、単一点ダイヤモンド旋削と化学機械研磨で達成されます。
- ▸8000 TEUコンテナ船のシール面では、M106Dアンチモン含浸の固定リングとSiC回転リングの組み合わせで、漏れ量を24時間あたり2リットル以下に維持しています。
船の船尾軸は主機関とプロペラをつなぐ軸であり、船尾軸シールは船体と海水の境界に位置し、非常に過酷な条件下で機能します。0.1～0.3 MPaの外部水圧に耐え、軸の偏心、振動、プロペラの脈動を吸収し、IMOやMARPOLが定める厳しい潤滑油漏れ制限を満たさなければなりません。カーボングラファイトは海水耐食性、自己潤滑性、低摩耗性を備え、船尾軸シールのリップやシール面の摩擦対材料として主流となっています。Huahao Sealing Co., Ltd.は多くの国内造船所に船尾軸シール用グラファイトリングを供給しており、本稿では設計上の要点を解説します。
1. 典型的な船尾軸シール構造
1.1 リップシール
リップシールはゴム製リップを軸表面に押し付けてシールします。小型・中型船舶で一般的です。リップの下には緊急用としてグラファイト銅製のバックアップシールが設置されることが多いです。当社のバックアップシールリングはアンチモン含浸のM106Dを使用し、高硬度と耐摩耗性を備え、短時間の緊急運転に対応します。
1.2 面メカニカルシール
2つの平行なシール面が接触してシールする方式で、大型貨物船やタンカーで広く採用されています。回転側のシール面は一般的にシリコンカーバイドまたはアルミナセラミックで、固定側は含浸カーボングラファイトです。5万DWTのバルクキャリア向けには、アンチモン含浸M106Dの固定リングと反応結合シリコンカーバイドを組み合わせて供給しており、PV値は8 MPa·m/sに達し、3年間の無故障運転実績があります。
1.3 水潤滑軸受シール
環境規制の厳しい船舶では、潤滑剤として海水を用いる水潤滑軸受が使われます。軸受材料は銅または樹脂含浸グラファイトが多く、ステンレス鋼またはセラミックコーティングされた軸スリーブと組み合わせられます。
2. 船尾軸シール用グラファイトリングの技術要件
2.1 海水耐食性
海水には約3.5％の溶解塩分が含まれ、塩化物濃度は最大19,000 mg/Lに達します。アンチモンは長期間の浸漬で選択的腐食を受ける可能性があります。推奨事項は以下の通りです：
- 樹脂含浸M106H：淡水または低塩分水、温度60℃以下
- 銅含浸グラファイト：高塩分海水、ステンレスまたはセラミックコーティングスリーブと組み合わせて使用
- シリコンカーバイド組み合わせ：高PV値、長寿命用途向け
2.2 振動疲労耐性
海上では軸にラジアルランアウトと角度偏向が発生します。振動荷重下でグラファイトリングは脆性割れを起こしやすいです。当社の強化対策は以下の通りです：
- 圧縮強度200 MPa以上の高強度含浸グラファイトの採用
- 静止面にラジアルバッファ溝を設け、接触応力を分散
- 316Lステンレス製ハウジング、干渉嵌合＋エラストマーOリングシール
2.3 シール面の平坦度と粗さ
船尾軸シール面の平坦度は0.6 μm以下、粗さRaは0.1 μm以下です。当社では単点ダイヤモンド旋削＋化学機械研磨を適用し、常に平坦度0.4 μm、Ra 0.05 μmを達成しています。
3. 代表的な船舶適用事例
3.1 内陸バルクキャリア（2000 DWT）
2000 DWTの内陸バルクキャリアは、NBRリップとグラファイトバックアップリングを備えたSimplexリップシールを使用しています。元のアンチモン含浸リングは長江河口の汽水域で6ヶ月以内にピット腐食が発生しました。当社の銅含浸リングに切り替えたところ、点検不要の18ヶ月の運転を実現し、摩耗はわずか0.08 mmでした。
3.2 大洋航行コンテナ船（8000 TEU）
8000 TEUのコンテナ船はフェイスメカニカルシールを使用しています。軸径580 mm、回転数90 rpm、外部水圧0.18 MPaです。当社のアンチモン含浸M106D静止リングとシリコンカーバイド回転リングの組み合わせにより、漏れ量は24時間あたり2 L未満に抑えられ、IMO MEPC.191(61)に準拠しています。
3.3 沖合プラットフォーム補給船
沖合補給船は5〜30℃の海水を潤滑に用いる全水潤滑船尾軸シールを採用しています。当社の樹脂含浸グラファイト製ブッシュスリーブ（内径320 mm）は、クロムメッキステンレススリーブと組み合わせて使用され、摩耗率は1000時間あたり0.02 mmで、船級協会の5年オーバーホール周期に適合しています。
4. 故障解析と改善策
4.1 シール面の熱割れ
高PV条件下で局所的な過熱により熱応力割れが発生します。対策としては、熱伝導率の高い銅またはアンチモン含浸グラファイトを選定し、冷却水循環を最適化し、シール面圧力を適切に低減します。
4.2 乾摩擦焼け
ドライドック後、船尾シールは乾摩擦状態で始動します。対策としては、シール室にグリースを事前充填し、起動前に軸を手動で2〜3回転させて初期潤滑膜を形成します。
4.3 異物侵入
漁網やビニール袋がシール面に吸い込まれ、傷をつけることがあります。対策としては、軸入口に切断型ガードを設置し、シール室の定期点検と清掃を実施します。
5. 点検およびメンテナンス推奨事項
- 日常点検：各航海ごとに漏れ量を確認し、正常値は24時間あたり5 L未満
- 四半期点検：シールハウジングに触れて周囲温度との差が15℃以下であることを確認
- 年次点検：漏れ油の水分含有量をサンプリング検査
- ドライドック点検：シール面の摩耗を測定し、1.5 mmを超える場合は交換
結論
船尾軸シール用カーボングラファイトリングの選定は、船舶の種類、水の塩分濃度、軸のパラメータ、および環境要件を総合的に考慮する必要があります。Huahao Sealing Co., Ltd.はCCS、ABS、DNVの認証を取得しており、あらゆるサイズの船尾軸シール用カーボングラファイトリング、スリーブ、バックアップシールを供給しています。当社のエンジニアリングチームは造船所と連携し、シール設計、故障解析、寿命予測を行っています。詳細についてはぜひお問い合わせください。