JP2003509644A - シール組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 シール組立体と、平行、平面状、弧状あるいは凹状の表面を密封する方法とが説明される。シール組立体は、リング８の第１の周縁面上に半径方向に配置されている一対の１次密封リップ９、１０を備えるリングシールを備え、第２の半径方向面１３、１４は、加圧液を分散させる手段１５、１６を備える。パイプライン内に三方継手を導入する方法も説明される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は新規のシール組立体に関する。

【０００２】 天然ガスは通常は、（例えば約６１０ｍｍ（２４インチ）等の）大直径スチー
ルパイプラインを通過して陸地を横断して大量に輸送される。主輸送パイプライ
ン上の安定している点に流通管あるいは三方継手を導入することが稀でない。現
在のところ三方継手は、パイプの部分区間を除去してからパイプライン内に溶接
される。このプロシージャーは、パイプライン内にガスが充填された状態で実施
される場合には危険でありかつ高価であり、継手が設置される間にわたりガスを
バイパスするのに用いられる二次「ループ」を設置することを含む。

【０００３】 主輸送ラインと結合分岐接続管との間の密封を提供する１次密封要素として機
能し得る新規の形のシールを発見した。このシールは、圧力反転を含む常用圧力
及び試験圧力に耐えなければならず、主パイプラインへの分岐接続管の偏心に対
処することも可能でなければならない。

【０００４】 英国特許同時係属出願第９９１７３６０．１号は、パイプラインに分岐管組立
を取付ける新規の方法を説明する。このような方法は、かなりの圧力下で動作す
ることができるだけでなく、非平面状あるいは弓状表面に取付けられることも可
能である。

【０００５】 英国特許出願第１２１４９８６号は、互いに対して角度的に可動である一対の
パイプで使用されるための密封手段を説明する。一般に密封手段は、環状本体部
分と一対の互いに間隔を置いて位置するトングとを備え、前記トングは、内方へ
傾斜されているイヤーを備える。しかし前記文書に記載のシールは、「平行」パ
イプラインフランジ継手に関連して使用されるように設計されている。前記シー
ルは、分岐パイプライン内の流体密封の問題に対する解決法を提供しない。

【０００６】 このようにして、圧力がＵ形リングの側壁に作用する圧力システム内で「Ｕ形
」リングシールを使用することが知られている。しかし我々はこの度意外なこと
に、平行、平面状、弓状又は凹状表面に適合することが可能であるように充分に
高い可撓性を有する新規のシール組立体を発見した。

【０００７】 このようにして本発明では我々は、シールリングを備える、加圧下のシステム
内で使用されることが可能であるシール組立体であって、前記シールリングは、
前記シールリングの第１の周縁の面上に半径方向に配置されている少なくとも一
対の１次密封リップを備え、前記シールリングの第２の半径方向の面は、加圧液
を分散させる手段を備えるシール組立体を提供する。

【０００８】 本発明の１つの好ましい実施形態では、前記加圧液を分散させる手段が、周方
向及び半径方向に圧力を分散させる手段を備える。

【０００９】 本発明のシールの１つの利点は、シールが特に圧力システム内で有用であるこ
とにある。何故ならば圧力はリップの壁と、前記リップに接合する部分とに作用
して、形成された加圧液密封を促進するからである。シールは以下において、半
径方向Ｕ形リングシールとして説明される。

【００１０】 従来の陸地ベースのパイプラインでは、圧力差は、シールの内面が外面に比し
てより大きい圧力を受けるようになっている。このような１つの実施形態では、
シールの第１の周縁面は内面であり、第２の周縁面は外面である。

【００１１】 本発明の１つのさらなる実施形態では、シール配置はシールへの外圧が内圧に
比してより大きくなるようになっている。このようなシールは、例えば前記シー
ルが海中パイプラインに適する点で好ましい。

【００１２】 海中用途で使用されるための本発明の１つの代替実施形態では、パイプライン
液体より（時々）高い圧力である水の侵入を阻止する密封手段を提供することが
必要であることもある。この場合には一対の１次密封リップが、前記シールリン
グの外側周縁面から半径方向に配置され、前記加圧液を分散させる手段が、前記
シールリングの内側半径方向面上に配置されている。

【００１３】 分散手段が、シールの半径方向面上に配置されているラビリンスシールを備え
ることもある。１つの好ましい実施形態では半径方向Ｕ形リングシールの双方の
半径方向面が、加圧液分散手段を備え、この場合にはラビリンスシールが同一で
あることも異なることもある。

【００１４】 ラビリンスシールは、シールの半径方向幅にわたり圧力低下を引起こすことが
知られている。このようにして使用するラビリンスシールは、アパーチュア配列
を備えることもある。代替的にラビリンスシールは部分的にのみ切断されること
により、シールが複数の空洞あるいは穴を備えるようにする。アパーチュアは穴
（一緒に「バルクヘッド」と呼ばれる）は不規則的に配置されているか又は好ま
しくは規則的パターンで配置されている。規則的パターンが使用される場合には
「煉瓦結合」パターン、すなわちバルクヘッドが互いに対して食い違に配置され
ていることが好ましい。シール面の互いに反対の側でバルクヘッドは、例えばバ
ルクヘッドのピッチの１／２だけ互いに対して周方向で食い違いに配置されてい
る。代替的にバルクヘッドは食い違いに配置されていなくともよい。ラビリンス
シールが半径方向Ｕ形リングシールから分離しているか又は半径方向Ｕ形リング
シールに結合されていることは、本発明の範囲内にあるが好ましくはラビリンス
シールは、半径方向Ｕ形リングシールの一体的部分である。アパーチュアあるい
は穴が規則的パターンで配置されている場合には前記アパーチュアあるいは穴は
、２つ又は３つの周縁の列を備えることもある。２つの周縁列が好ましい。

【００１５】 ラビリンスシールの厚さは様々でよいが好ましくは１ｍｍないし５ｍｍであり
、より好ましくは１．０ｍｍないし２．５ｍｍである。アパーチュアあるいは穴
の寸法はなかんずく、シールが曝露される圧力、シールを成す材料などに依存し
て異なる。しかし好ましくはアパーチュアあるいは穴は０．５ｍｍないし２．０
ｍｍの深さを有し、より好ましくは１.０ｍｍないし１.５ｍｍの深さを有する。
製造を容易にするためにアパーチュアあるいは穴は、好ましくはほぼ同一のサイ
ズ及び形状を有し、ほぼ方形であり、この場合の寸法は５ｍｍないし１０ｍｍの
半径方向幅１５ｍｍないし２０ｍｍの周方向長であり、好ましくは８ｍｍ×１６
ｍｍである。方形アパーチュア／穴が使用される場合には、最長辺は好ましくは
周縁である。

【００１６】 任意の従来の公知の材料が、本発明のシールの製造で使用されることが可能で
あり、好ましくはラビリンスシール部分は、シールのＵ形リング部分と同一の材
料から成る。このような材料は、エラストマー及び／又はプラスチックを含む。
エラストマーの例は例えば天然ゴムあるいは合成ゴムを含むがこれらに制限され
ない。これらの合成ゴムのうちの好ましいものは、例えばニトリルゴム例えばア
クリロニトリルブタジエンコポリマー（ＮＢＲ）、水素化アクリロニトリルブタ
ジエンゴム（ＨＮＢＲ）、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）例えばＶｉｔｏｎあ
るいはペルフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）例えばＫａｌｒｅｓ等である。（
Ｖｉｔｏｎ（登録商標）及びＫａｌｒｅｓ（登録商標）はDu Pont Dow Elastome
rsから入手可能である。プラスチック材料の例は、フッ素化ポリアデニル化例え
ばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等を含む。

【００１７】 エラストマー例えばＨＮＢＲの硬度は様々でよい。しかし好ましくは硬度は、
Ａスケールショアー硬度５０度ないし９０度である。

【００１８】 本発明のシールが耐えるように設計される圧力は、試験条件下で最大で１０５
バールないし１１０バールであり、従来の動作条件下で２０バールないし７０バ
ールである。更に本発明のシールは最大で３５０バール、例えば２０バールない
し３５０バール、好ましくは７０バールないし３００バール、より好ましくは１
０５バールないし１８０バールの外圧に耐えることが可能である。

【００１９】 動作条件下では、シールの外側部分とパイプとの間に周方向の押出しの危険が
存在する。従って１つの好ましい実施形態では、強化部材例えばコイルばねが、
シールが外側周縁の周りに配置されている。コイルばねは、好ましくは金属ばね
例えばスチールばねである。

【００２０】 更にシール組立体は、シールのリップに作用する使用圧力下で半径方向に連続
的に膨張する自由を有する。従って本発明の１つの好ましい実施形態ではシール
は、抑制部材を備える。このような抑制部材は好ましくは、シールの、圧力に面
しない表面上に配置されている金属リングを備える。抑制部材は、選択的にシー
ルリングと一体的であるか又は別個であることもある。

【００２１】 このようにして陸地ベースパイプラインでは、抑制部材は、好ましくはシール
リングの外面上に配置されている。しかし、海中パイプラインに関連して使用さ
れる場合には抑制部材は好ましくは、シールリングの内面上に配置されている。

【００２２】 シールの両端にわたる圧力差が可変であるシステムでは及び／又は海中用途で
は、本発明の複数のシールリングが使用されることが可能である。例えば最外側
シールは、外側の互いに面する密封リップを有するシールを備え、最内側シール
は、内側の互いに面する密封リップを備えることもある。このようなシステムで
は、最内側シール及び最外側シールは別個であるが、互いに隣接して配置されて
いることもそうでないこともある。

【００２３】 しかし本発明の１つのさらなる実施形態では、シールが最内側シール及び最外
側シールを備え、双方のシールは共通の抑制部材を共有する。

【００２４】 このようにして本発明の１つのさらなる特徴では、シールリングの内側周縁面
上に半径方向に配置されている一対の１次密封リップを備え、１次リップ及び２
次リップが抑制部材により接続されている１つの規定のシステム内で使用される
ことが可能であるシールを提供する。

【００２５】 本発明の１つの好ましい実施形態では、シールは前述の加圧液分散手段を備え
る。更に前述のシール組立体は、単一の共通の抑制部材を備えることもある。

【００２６】 共通の抑制部材は、選択的に、リングシールと一体的であるか又は別個である
。

【００２７】 本発明のシール組立体は、特に、例えば石油、薬品、水あるいはガスの分野で
必要とされることもある大型パイプラインシールとして有用性を有する。大型パ
イプラインシールは、平行である表面、例えば最大５ｍｍだけ平行でない表面、
あるいは、パイプの側壁の一部が切除された場合に見出されることもある弧状に
偏心状である表面を密封することが可能である。シールは、特に２つのパイプを
接続することによりパイプライン内に例えば三方継手を導入するのに有用である
。

【００２８】 このようにして、シール組立体は、陸地ベースパイプラインあるいは海中パイ
プラインで使用するのに適する。

【００２９】 本発明の１つのさらなる特徴では、パイプ内に穴を備えるパイプライン内に三
方継手を導入し、前記穴を覆うように第２のパイプを取付ける方法であって、本
発明のシール組立体が前記２つのパイプの間に位置する方法を提供する。

【００３０】 更に、例えば海中システムなどの可変圧力システム内で使用されるのに適する
前述の方法を提供する。このような方法は、本発明の複数のシールを使用するこ
とを含んで成る。前記方法は特に、外側の互いに面する密封リップを備える最外
側シールと、内側の互いに面する密封リップを備える最内側シールとを使用する
ことを含んで成る。このようなシステムでは、最内側シール及び最外側シールは
別個であることもあるが互いに隣接して配置されることもそうでないこともある
。

【００３１】 本発明が、以下に例示的にのみ、そして添付図面を参照して説明される。

【００３２】 図１において（本発明ではない）従来のＵ形リング１は、リップ２、３とリッ
プ接合セクション４と本体５とを備える。本体５は、外壁６、７を有する。部分
区間しか示されていないシール１はほぼ円形であり、壁６が前記円形の内側に位
置し、壁７は前記円形の外側に位置する。

【００３３】 図２において半径方向Ｕ形リングリップシール８は、リップ９、１０とリップ
接合セクション１１と本体１２とを備える。本体１２は、外面１３、１４を有す
る。シール８はほぼ円形であり、リップ９、１０は、内方へ面していて中心へ向
かっている。

【００３４】 図３ないし図５においてリップシール８はリップ９、１０を備え、シール８の
本体１２は、それぞれ各面１３、１４上に位置するラビリンスシール１５、１６
を備える。ラビリンスシール１５、１６は「煉瓦造り」配置である。シール８の
本体１２は、シール本体１２内に成形されたコイルばねの形をとる支持リング１
７を備える。シール８は、中心から最外側に位置する面上に位置する抑制リング
１８も備える。

【００３５】 図６において海中リップシール１９は、リップ２０、２１を備え、シール１９
の本体は、前述のようにラビリンスシール（図示せず）を備える。リップ２０、
２１は、シール１９の外側の互いに面する表面２２上に配置されている。本体は
支持リング２３と、選択的に抑制部材（図示せず）とを備える。

【００３６】 図７において海中パイプライン２４は、主パイプ本体２５と分岐パイプ２６と
を備える。主パイプ２５は、分岐パイプ２６と空間的に一致するアパーチュア２
７を備える。分岐パイプ２６は、主パイプ２５に上重ねに位置するフランジ２８
を備える。フランジ２８と主パイプ本体２５との間の間隙２９には、シール３０
及びシール３１ａが詰め込まれている。シール３０は、パイプライン２４内から
の漏洩を阻止するように働く内方へ面するリップ３２を備える。シール３１は、
外圧が内圧より大きい場合にはパイプライン２４内への漏洩を阻止するように働
く外方へ面するリップ３３を備える。

【００３７】 図８において半径方向Ｕ形リング３４は、可変圧力システム内で使用されるこ
とが可能である。シール３４は、第１の本体部分３７に取付けられている内側の
互いに面するリップ３５、３６を備える。本体３７は、支持リング３８と抑制リ
ング３９とを備え、抑制リング３９は支持リング３９に隣接する。抑制リング３
９は、支持リング３８と一体的であるか又は例えば支持リング３８に固定されて
いるか又は単に適所に挟み込まれることが可能である。

【００３８】 抑制リング３９は、支持リング３８に当接するか又は接続されている第１の面
４０と、第２の対向面４１とを有する。第２の面４１は、第１の支持リング４２
に隣接して位置し、支持リング４２は、リップ４４、４５を備える第２の本体に
取付けられている。

【００３９】 本体３７、４３のそれぞれは、それぞれの半径方向面５０、５１、５２、５３
上に位置するラビリンスシール４６、４７、４８、４９を備える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来に使用されるＵ形リングの部分区間の斜視図である。

【図２】 本発明の半径方向Ｕ形リングシールの部分区間の斜視図である。

【図３】 ラビリンスシールを備える半径方向Ｕ形リングシールの部分区間の横断面図で
ある。

【図４】 本発明のシール全体の横断面図である。

【図５】 本発明のシール全体の平面図である。

【図６】 海中パイプラインで使用される本発明のシールの横断面図である。

【図７】 本発明のシールを使用する分岐海中パイプラインの横断面図である。

【図８】 ２シール組立体の横断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールリングを備えている、加圧下のシステム内で使用可能
   なシール組立体であって、前記シールリングは、前記シールリングの周縁の第１
   の面に半径方向に配置されている少なくとも一対の１次密封リップを備え、前記
   リングシールの半径方向の第２の面は、加圧液を分散させる手段を備えたシール
   組立体。
2. 【請求項２】 前記分散手段が、周方向に圧力を分散させる手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
3. 【請求項３】 前記分散手段が、周方向及び半径方向に圧力を分散させる手
   段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のシール組立体。
4. 【請求項４】 前記分散手段が、前記半径方向側面に配置されているラビリ
   ンスシールであることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
5. 【請求項５】 前記第１の面が内面であり、前記第２の面が外面であること
   を特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
6. 【請求項６】 前記シールリングは、前記シールリングに印加する外圧が内
   圧より大きいシステム内での使用が可能であることを特徴とする請求項１に記載
   のシール組立体。
7. 【請求項７】 前記１次密封リップが、前記リングの外側周縁面から半径方
   向に配置され、前記分散手段が、前記リングの内側半径方向面に配置されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のシール組立体。
8. 【請求項８】 前記半径方向Ｕ形リングシールの双方の外側側面が、加圧液
   分散手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
9. 【請求項９】 前記ラビリンスシールが複数のアパーチュアを備えているこ
   とを特徴とする請求項７に記載のシール組立体。
10. 【請求項１０】 前記ラビリンスシールが複数の穴を備えていることを特徴
    とする請求項７に記載のシール組立体。
11. 【請求項１１】 請求項９のアパーチュア又は請求項１０の穴が規則的なパ
    ターンで配置されていることを特徴とするシール組立体。
12. 【請求項１２】 前記パターンが煉瓦結合パターンであることを特徴とする
    請求項１１に記載のシール組立体。
13. 【請求項１３】 前記分散手段が、前記シールリングの前記半径方向面の一
    体的部分であることを特徴とする請求項１に記載のシール組立体。
14. 【請求項１４】 前記アパーチュア又は前記穴が、２つ又は３つの周方向の
    列から成る規則的パターンで配置されている請求項１２に記載のシール組立体。
15. 【請求項１５】 前記アパーチュア又は前記穴が、２つの周方向の列から成
    る規則的パターンで配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のシール
    組立体。
16. 【請求項１６】 前記アパーチュア又は前記穴が０．５ｍｍないし２．０ｍ
    ｍの深さを有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のシール組立体。
17. 【請求項１７】 前記アパーチュア又は前記穴が略同一のサイズ及び形状を
    有する請求項９又は１０に記載のシール組立体。
18. 【請求項１８】 前記組立体が、通常の動作条件下で２０バールないし７０
    バールに耐えることが可能であることを特徴とする請求項１に記載のシール組立
    体。
19. 【請求項１９】 抑制部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の
    シール組立体。
20. 【請求項２０】 前記抑制部材が前記リングシールの外面に配置されている
    ことを特徴とする請求項１９に記載のシール組立体。
21. 【請求項２１】 前記抑制部材が前記リングシールの内面に配置されている
    請求項１９に記載のシール組立体。
22. 【請求項２２】 前記抑制部材が、前記シールの外側周縁の周りに配置され
    ている強化部材を備えることを特徴とする請求項２１に記載のシール組立体。
23. 【請求項２３】 前記強化部材がコイルばねであることを特徴とする請求項
    ２２に記載のシール組立体。
24. 【請求項２４】 前記シールリングが、前記シールリングの外側周縁の周り
    に配置されている抑制リングを備えることを特徴とする請求項１に記載のシール
    組立体。
25. 【請求項２５】 リングシールの内側周縁面上に配置されている一対の１次
    密封リップを備えるシール組立体であって、前記１次密封リップ及び２次密封リ
    ップが抑制部材により互いに接続されている、シール組立体。
26. 【請求項２６】 パイプ内に穴を備えるパイプライン内に三方継手を導入し
    、前記穴を覆うように別のパイプを取付ける方法であって、本発明のシールが前
    記２つのパイプの間に位置することを特徴とする方法。
27. 【請求項２７】 前記方法が、請求項１に記載の複数のシールを使用するこ
    とを含んで成ることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 【請求項２８】 前記方法が、外側の互いに面する密封リップを備える最外
    側シールと、内側の互いに面する密封リップを備える最内側シールとを使用する
    ことを含んで成ることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 【請求項２９】 前記最内側シールと前記最外側シールとが別個であること
    を特徴とする請求項２０に記載の方法。
30. 【請求項３０】 添付の実施例を参照して説明されたものとほぼ同一のシー
    ル組立体。