JP2020523530A - 流体継手アセンブリー - Google Patents

Abstract

流体継手アセンブリーは、回転するコンポーネントと回転しないコンポーネントとの間に滑りシール界面を含み、それを通って流体導管が延びる。作動の最中に、流体導管を通して流体の流れが提供される。ハイドロサイクロンデバイスはサイクロンチャンバーを形成する本体を有し、該サイクロンチャンバーは、フィード開口部、ベース開口部および頂部開口部を有する。流体導管の上流部と下流部との間に流体導管に沿って、流れ圧縮器が配置される。フィード開口部は流体導管の上流部に流体的に接続され、かつ、頂部開口部は流体導管の下流部に流体的に接続される。ベース開口部は、滑りシール界面に隣接する出口を有する通路に流体的に接続される。【選択図】図１

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１７年６月７日付けで出願された米国仮特許出願シリアルＮｏ．６２／５１６，４２４（この参照により、その全体が本明細書に組み込まれる）の利益を主張する。

技術分野
本発明は、回転継手のような流体継手（ｆｌｕｉｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）アセンブリーに関しており、かつ、寿命が延びたスイベルシールアセンブリーに関して、かつ、いっそう具体的には、高速の地質学的掘削作業用の流体継手に用いられる寿命が延びたスイベルシールアセンブリーに関してとりわけ説明されるであろう。

背景
流体継手アセンブリーは、産業用途において（例えば、回転するデバイスに流体ソースの出口を連結する必要がある高速掘削作業、金属またはプラスチックの機械加工、工作物保持、印刷、プラスチックフィルム製造、製紙、半導体ウエハ製造、および、ポンプまたはリザーバーのような固定ソースから回転する要素の中へと流動媒体が移送されることを必要とするその他の産業プロセスにおいて）用いられる。しばしば、これらの用途は、高い媒体圧および高い流速を必要とする。

かかる用途において用いられる流体継手アセンブリーは、掘削用の設備、冷却用の設備、加熱用の設備または１つ以上の回転する要素を作動させるための設備によって用いられる流動媒体を搬送する。典型的な流動媒体としては、水性液体もしくはスラリーまたは作動もしくは冷却油が挙げられる。流体継手デバイスを用いる機械は、典型的には、高価であり、かつ／または、保守点検の最中の修理もしくは交換が困難であるコンポーネントを含む。これらのコンポーネントは、しばしば、腐食環境またはダメージに曝される。

具体的には、油およびガスの掘削作業においては、ウォッシュパイプと回転する密封ハウジングとの間に密封配置構成を提供するのに、しばしば「スイベルシールアセンブリー」と呼ばれる流体継手アセンブリーが利用される。掘削リグスイベルシールアセンブリーの１つのタイプは、ウォッシュパイプの外側円筒形密封面との動的な密封配置構成を提供する、典型的には強化エラストマー材料で構成される積み重ねられた回転シールを利用する。特定の用途では、作動流体は泥スラリーである。かかる設計では、シールとそれらのハウジングは、固定ウォッシュパイプに対して回転し、かつ、シールは、シールの片側で高圧掘削流体に、かつ、シールの反対側で大気圧に、シーケンシャルに曝露される。この差圧は、高圧に最も近いシールが、ウォッシュパイプをしっかりと捕まえることを引き起こし、そのことによって、ウォッシュパイプおよびシールへの高度の摩耗ならびに磨滅を引き起こす。摩耗および磨滅は、回転シール間の滑り界面に入る泥スラリーからのグリット（ｇｒｉｔ；砂）粒子によって悪化する。

回転するシールとウォッシュパイプとの間に必要とされる相対的に大きい隙間は、シールの最終的な不良をもたらす。さらに、シールの、ウォッシュパイプとの積層関係に起因して、一旦第１のシールが不良であると、積み重ねられた次のシールは、すべてのシールが過酷な研磨作業条件によって消耗するまで、同様の力および摩耗などに曝露される。かかる回転シール部材はまた、構造的に複雑であり、かつ、交換に時間がかかり、かつ、交換が困難であり、かつ、９０ＲＰＭおよび２，５００ＰＳＩまでで作動するときには約２
００時間以下と寿命が限られる。かかるシールアセンブリーが５，０００ＰＳＩおよび２５０ＲＰＭにて作動するとき、かかるシールは交換が必要となるまで２０〜３０時間しか持続しない。

追加の密封配置構成は、ウォッシュパイプと回転するシールアセンブリーとの間の複雑なＵ字形カップリング密封アセンブリーの利用である。しかしながら、かかる密封アセンブリーもまた寿命が限られており、かつ、摩耗および磨滅に起因する有意な交換費用を必要とし、このことは、掘削スイベルシールアセンブリーの停止時間が延長されることをもたらす。

回転する継手部材に取り付けられたフローティングシール部材および回転しない継手部材に搭載された同様のシール部材を提供して、掘削リグスイベルアセンブリー用のシールアセンブリーを提供することもまた、提案されてきた。かかるシールアセンブリーはさらに、ウォッシュパイプ部材の遠位端とフローティングシール部材との間にＵカップシール部材から構成される２次的なシール部材を含む。しかしながら、Ｕカップシール部材が高圧研磨掘削流体に曝露されるので、かかる接触は、かかる流体継手アセンブリーの急速な摩耗および最終的な不良をもたらす。

概要
一態様では、本開示は流体継手アセンブリーについて説明する。当該流体継手アセンブリーは、回転可能なコンポーネントと、該回転可能なコンポーネントと係合した第１の密封リング（該第１の密封リングは、回転可能なコンポーネントに回転可能に拘束される）と、回転不能なコンポーネント（該回転不能なコンポーネントと係合した第２の密封リング（該第２の密封リングは、第１の密封リングに隣接してその間に滑りシール界面を作り出す）を有する）を含む。回転可能なコンポーネント、第１の密封リング、第２の密封リングおよび回転不能なコンポーネントを通って延びる流体導管が定められる。作動の最中、流体導管を通して流体の流れが提供される。当該流体継手アセンブリーはさらに、サイクロンチャンバーを形成する本体を有するハイドロサイクロンデバイスを含み、該サイクロンチャンバーは、フィード開口部と、ベース開口部と、頂部（ａｐｅｘ）開口部を有する。流体導管の上流部と下流部との間に流体導管に沿って、流れ圧縮器が配置される。フィード開口部は流体導管の上流部に流体的に接続され、かつ、頂部開口部は流体導管の下流部に流体的に接続される。ベース開口部は、滑りシール界面に隣接した出口を有する通路に流体的に接続される。

別の態様では、本開示は、流体継手アセンブリーを作動させるための方法について説明する。当該方法は、回転しないコンポーネントに対して回転する回転するコンポーネントを有するアセンブリーを提供することと、回転するコンポーネントと回転しないコンポーネントとの間に滑りシール界面を作り出すことと、回転するコンポーネントと回転しないコンポーネントを通って、かつ、回転するコンポーネントと回転しないコンポーネントとの間を延びる流体導管を通して流体の流れを提供することを含む。当該方法はさらに、流体導管と流体連通したハイドロサイクロン（該ハイドロサイクロンは、サイクロンチャンバーと流体連通したフィード開口部、ベース開口部および頂部開口部を含む）を流体的に接続することと、流体の流れの一部を迂回させることと、フィード開口部を通してサイクロンチャンバーへと流体の流れの一部を提供することを含む。当該方法はまた、サイクロンチャンバーにおける流体の流れの一部を、サイクロンチャンバーの頂部開口部から排出される重い材料の流れと、サイクロンチャンバーのベース開口部から排出される軽い材料の流れに分離することと、滑りシール界面に隣接する領域へと軽い材料の流れをルーティングすることを含む。

さらに別の態様では、本開示は、フランジと該フランジに接続された本体を含む、流体継手アセンブリー用の挿入物について説明する。該本体は略円筒形を有しており、かつ、フランジから距離を置いて、本体を通って延びる貫通開口部と、本体の周りを周方向に延びるチャンネルを含む。本体には複数のハイドロサイクロンが形成され、該複数のハイドロサイクロンはそれぞれ、本体において定められたサイクロンチャンバーを含み、該サイクロンチャンバーは、フィード開口部と、ベース開口部と、頂部開口部を有する。一実施形態では、フィード開口部は、本体に形成されたフィード通路に流体的に接続され、かつ、本体部分とは反対側のフランジの表面に形成された入口開口部と連通し、ベース開口部は、本体に形成された水路に流体的に接続され、かつ、チャンネル内に配置された本体の側表面に形成された出口開口部と連通し、かつ、頂部開口部は、フランジとは反対側の本体の端面に形成された重い材料の排出と流体連通する。

図１は、種々の既知の構造を示すための、既知のフローティングスイベルシールアセンブリーの長手方向断面図である。 図２は、本開示による、寿命が延びたフローティングスイベルシールアセンブリーの長手方向断面図である。 図３は、本開示による、図２に示されているシールアセンブリーの拡大された詳細断面図であり、アセンブリーを通る種々の材料の流れの図表を含む。 図４は、本開示による、外部のハイドロサイクロン配置構成を含むシールアセンブリーについての代替的な実施形態の概略図である。 図５は、本開示による第１のシールリングの斜視図であり、かつ、図６は、本開示による第１のシールリングの断面の拡大された詳細図である。 図５は、本開示による第１のシールリングの斜視図であり、かつ、図６は、本開示による第１のシールリングの断面の拡大された詳細図である。 図７は、本開示による第２のシールリングの斜視図であり、かつ、図８は、本開示による第２のシールリングの断面の拡大された詳細図である。 図７は、本開示による第２のシールリングの斜視図であり、かつ、図８は、本開示による第２のシールリングの断面の拡大された詳細図である。 図９は、本開示による方法についてのフローチャートである。

詳細な説明
本開示は、水性掘削泥スイベルシールアセンブリーにおいて用いられるシールアセンブリーのような流体継手アセンブリーに関する。当業者によって理解されるように、本開示は、流動媒体を受け取るための入口ポートを有する、固定部材（ハウジングということもある）を典型的には含む従来の回転継手とともに用いることに適合し得る。例示的な回転継手では、ハウジング内に回転しないシール部材が搭載される。回転する部材（ローターということもある）は、回転するシール部材と、回転するコンポーネントへと流体を送達するための出口ポートを含む。回転しないシール部材のシール表面は、概してバネ、媒体圧またはその他の方法によって、回転するシール部材のシール表面との流体密封係合へと付勢され、このように継手の回転するコンポーネントと回転しないコンポーネントとの間にシールが形成されることを可能にする。シールは、回転しない部分と回転する部分との間の有意な漏れを伴わずに継手を通る流体の移送を可能にする。

簡潔さのために、本開示は、スイベルシールアセンブリーに関して記載されるが、本開示が、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）フライス盤、旋盤などのような設備とともに用いられる回転する継手のようなその他の流体継手デバイスへの応用を有することは理解されるべきである。図１にはスイベルシールアセンブリー１００が示されており、この手のタイプのシールアセンブリーの主たるコンポーネントを示している。スイベルシールアセ
ンブリー１００は、積み重ねられた密封リング１０２を含み、該積み重ねられた密封リング１０２はそれぞれ、鋼でできていてもよい強化リング１０６によって囲まれたエラストマーシール部１０４を含む。密封リング１０２（一方は回転し、かつ、他方は固定されている）は、掘削泥のような掘削流体を運搬し、かつ、種々のコンポーネントおよびパイプを横切るようにセグメント化された流体導管１１０の一部であるウォッシュパイプ１０８の端部に配置される。スイベルシールアセンブリー１００は、回転しないホース１１２から回転するドリルストリング１１４へと研磨掘削流体を導く。図１に示されているように、密封リング１０２は、回転する構造体と回転しない構造体との間に積み重ねられて、研磨掘削流体を流体導管１１０内に保持するための機械的面シールを提供する。

フローティングシールガイド部材１１６はウォッシュパイプと位置合わせされ、かつ、それとスライド可能かつ密封可能に係合して、滑りシール界面上にかかる負荷を制御するように構成される。ピン１１８およびバネ１２０は、フローティングシールガイド部材１１６を、したがって密封リング１０２を、互いに向かうように軸方向に拘束および付勢する。回転防止ピン１２２は、密封リング１０２のそれぞれのものを、ガイド部材１１６および回転するドリルストリング１１４と係合させて、一方の密封リングがドリルストリングとともに回転し、かつ、他方が回転固定されたままであり、かつ、ガイド部材１１６と係合したままであることを確実にする。

図２には、本開示によるスイベルシールアセンブリー２００の断面が示されており、図１に示されているスイベルシールアセンブリー１００に対応する同一または類似の構造および特徴は、簡潔さのために、先に用いられたものと同一の参照数字によって示されている。スイベルシールアセンブリー２００では、密封リング１０２は、下記で説明される回転しない挿入物２０２の下に積み重ねられる。挿入物２０２は、フランジ部分２０４と本体部分２０６を含む。フランジ部分２０４は、ガイド部材１１６の端部に隣接しており、かつ、ガイド部材１１６と密封リング１０２のうちの隣接するものとの間に流体導管１１０の中心線に沿って軸方向に配置される。本体部分２０６は、貫通開口部２０８を形成する略円筒形を有する。本体部分２０６は、本体部分２０６の軸方向長さに少なくとも部分的に沿って、流体導管１１０の対応する内径より小さい円筒壁の外径を定め、密封リング１０２間の滑りシール界面２１２と重複する流体導管１１０の内壁から半径方向内側に延び、かつ、本体部分２０６の円筒壁の外径から半径方向外側にも延びる隙間２１０が形成されるようになっている。図示されている実施形態では、隙間２１０は、両方の軸方向端部と境界を接して、少なくとも滑りリングシール界面２１２と重複する中空円筒形チャンバーを定める。１つの境界は、ガイド部材１１６の端部とは反対側のフランジ部分２０４の表面によって定められ、かつ、第２の境界は、下部フランジ２１４によって定められ、隙間２１０が、少なくとも界面２１２を含む軸方向長さに沿って、円筒形本体２０６の外面の周りを、かつ、円筒形本体２０６の外面の中へと周方向に延びるチャンネルとして形成されるようになっている。

円筒形本体２０６に有利なことに形成されるのは、１つ以上のハイドロサイクロン２１６であり、該１つ以上のハイドロサイクロン２１６は、ある実施形態では、貫通開口部２０８の外周の周りに対称に配置される。図示されている実施形態では、ハイドロサイクロン２１６は、挿入物２０２の本体部分２０６と一体化し、挿入物２０２の本体部分２０６の中に形成され、そうでなければ挿入物２０２の本体部分２０６と関連付けられる。図２の断面に示されているように、各ハイドロサイクロン２１６はサイクロンチャンバー２１８を含み、該サイクロンチャンバー２１８は、ベース開口部（流体導管１１０内の泥の流れ方向に対して越流として作用する）と、頂部開口部２２２（流体導管１１０内の泥の流れ方向に対して潜流として作用する）を有する。流体導管１１０からの流体は、接線開口部２２４（頂部開口部２２２に隣接しており、かつ、頂部開口部２２２の周りにある本体部分２０６に形成され、かつ、フィード開口部として作用する）を通してサイクロンチャ
ンバー２１８の中へと提供される。流体は通路２２８の中に入り、該通路２２８は、入口ポート２２６を通して接線開口部２２４に流体的に接続され、該入口ポート２２６は、流体導管１１０を通る流体流れの経路に面し、かつ、流体導管１１０を通る流体流れの経路の中にある本体部分２０６またはフランジ２０４の表面に形成される。１つより多い入口ポート２２６が各ハイドロサイクロンに対応してもよく、かつ、入口ポート２２６から接線開口部２２４への流体用の通路は、任意の所望の様式でルーティングされて、サイクロンチャンバー２１８内に流体の所望の渦巻き（ｓｗｉｒｌｉｎｇ）を作り出してもよい。ベース開口部２２０は、本体部分２０６に形成された通路２２８を介して、隙間２１０に対して流体的に開いている水出口２３０に流体的に接続される。当業者であれば、かかるハイドロサイクロンが、典型的には高速加工設備とともに用いられるような回転継手における同様の構造に適合し得ることを把握し得る。

図２に示されている実施形態において、かつ、いっそう大きいサイズのハイドロサイクロンデバイスと一貫して、サイクロンチャンバー２１８は、ベースと頂部を有する略円錐形の中に定められ、その中に流体導管１１０からの泥の水性スラリーが作動の最中に導入される。流体導管１１０の一部の周りには、ハイドロサイクロンのアレイが配置されてもよい。各ハイドロサイクロン２１６は、水性泥スラリーのグリット粒子のうちの少なくともいくつかをそれらの水担体から分離し、かつ、相対的にクリーンな水を提供して、いっそう重いグリット粒子が流体導管１１０を通過する泥流の中へと再導入される間に滑りリングを冷却および潤滑化するように作動する。高速加工設備とともに用いられるハイドロサイクロンの場合、ハイドロサイクロンは、再循環する冷却剤または潤滑剤からグリットおよびその他の望ましくない粒子を分離するのに用いられ得る。簡潔さのために類似または同様の特徴が先に用いられたものと同一の参照数字で示されている図３に示されている概略図には、ハイドロサイクロンの作動の回路図が示されている。

図３に関し、かつ、概して流体継手アセンブリーについての本開示の応用例を反映するものとして、流体の主流３００が、作動の最中に流体導管１１０を通過する。流体は水性泥スラリーであり、該水性泥スラリーは、概して水性である担体に懸濁されたグリット粒子およびその他の物質を含んでいてもよい。流体の主流３００の一部３０２が、残りの流れ３０４から分離される。残りの流れ３０４は貫通開口部２０８を通過し、該貫通開口部２０８は、流体導管１１０の先行する部分および後続の部分と比べて流れについて小さい断面積を有する。したがって、貫通開口部２０８は、上流端３０６にて流体の高圧を、かつ、下流端３０８にて流体の低圧を作り出す、流れ制限を引き起こす。

上流端３０６と下流端３０８との間の圧力差は、流体の一部３０２を駆動させて、入口ポート２０６を通って通路２２８の中に入り、次にそれぞれの対応するフィードまたは接線開口部２２４を介して各ハイドロサイクロン２１６のサイクロンチャンバー２１８の中に入るようにする。チャンバー内では、サイクロン作用が、一部３０２からいっそう重いグリット成分のうちの少なくともいくつかを分離することを引き起こし、該いっそう重いグリット成分のうちの少なくともいくつかは、いっそう重い泥流３１０の中に集まり、該いっそう重い泥流３１０は、頂部開口部２２０を通ってチャンバーから外に出て、かつ、流れの残りの部分３０４と再結合する。いっそう軽い化合物および水は、ベース開口部２２０を通ってチャンバーから外に出て、かつ、通路２２８を介して水出口２３０へと運搬される。

水出口２３０から外に出るいっそう軽い化合物および水３１２は、隙間２１０に集まり、かつ、そうでなければこの空間を占有していたであろう主流３００からのいっそう重い泥スラリーを変位させ、かつ、密封リング１０２の作動のためのいっそう好ましい環境を提供する。具体的には、シールの領域の周りに水または少なくともいっそう薄い掘削泥を提供することによって、大きい研磨泥粒子が、密封リング間の滑り界面に到達することか
ら迂回されて、密封リングの研磨摩耗が減少し、かつ、それらの使用期間寿命が延びる。このことは、その場で水を分離およびシールに提供すること（このことはまた、密封リングを冷却および潤滑化するように作用する）によって達成される。貫通開口部２０８のスロットリング機能によって提供されるデバイスを横切る圧力差に起因して、水または少なくともいっそう薄い水溶液の一定の流れが、隙間２１０の中への順流配置構成に提供される。流れ３１２からの過剰な流体は、下部フランジ２１４（隙間２１０の中へのいっそう重い泥の進入が、水またはいっそう薄いスラリーの流れ３１２によって相殺されるようにサイズ決めされる）の周りで隙間２１０から外に出る。さらに、構造体および通路がすべてデバイスの内部にあるので、システムが曝露される流体圧力のみが貫通開口部２０８によって作り出される圧力差であり、作動システム圧力ではないことが把握され得る。この同一の配置構成は、密封リングを潤滑化して磨滅および摩耗を減少させるために、その他の流体継手アセンブリーに適用され得る。

簡潔さのために類似または同様の構造が先に用いられたものと同一の参照数字によって再び示されている図４の概略図には、ハイドロサイクロン２１６の外装を示す代替的な実施形態が示されている。この実施形態では、流体導管１１０を形成する管部４０２に対して外側に流体マニホールド４００が配置され、該流体マニホールド４００は、密封リング１０２を包囲し、かつ、内部に貫通開口部２０８を形成しもする。図３に関して上記されたものと同一の作動原理では、流体導管１１０を通る泥流の一部が分離され、かつ、ハイドロサイクロン２１６のフィードまたは接線開口部２２４へと提供され、そこでは、頂部開口部２２２導管を介して主流の中へと再導入される重い泥流と、ベース開口部２２０導管を通して提供されて密封リングを冷却および潤滑化するいっそう軽い泥流または水流とに分離される。把握され得るように、この実施形態におけるハイドロサイクロン２１６の種々の導管および構造体は、ゲージシステム圧力差に曝露される。

図５および６はそれぞれ、第１の密封リング５００の斜視図および拡大断面図を示しており、かつ、図６および７は、同様に、第２の密封リング５０２を示している。第１の密封リング５００および第２の密封リング５０２は、有利なことに、先立って可能であったより大きい摩耗の程度にわたってリング間に有用なシールを作り出すことをもたらす制御された密封材料摩耗構成を提供することによって密封リングの寿命をさらに延ばす特徴を含む。図示されている実施形態では、シールは、１分間に１００ガロンの流量がデバイスを通過する間に、華氏１５０度（最大華氏２５０℃）の継続的な温度にて５０００ｐｓｉの圧力および１分間に１５０回転の速度で１０００時間の作動にわたって２〜３ヘリウムライトバンド（０．００００２３２インチ）内にシール面の平坦度を維持し得る。

いっそう具体的には、第１の密封リング５００は、内側リング５０６を囲む外側リング５０４を含む。図示されているように、外側リング５０４は、ステンレス鋼のような金属で構成されていてもよく、かつ、内側リング５０６は、ノースカロライナ州シャーロットのＰＢＩ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ．社（ｗｗｗ．ＣｅｌａｚｏｌｅＰＢＩ．ｃｏｍ）からＣｅｌａｚｏｌｅ（登録商標）ＴＬ−６０の名称で市販されている材料のようなポリマーもしくはポリマー系複合材料のような適切な密封材料または用途に応じた別の適切な材料で構成されていてもよい。外側リング５０４は凹部５０８を含み、該凹部５０８の中にはピン（図示せず）が挿入されて、固定コンポーネントに対するリングの回転を防止するか、または、回転する構造体にリングを回転可能に係合させる。内側リング５０６は、略長方形の断面を有するベース部分５１０と、略台形の断面を有する密封部分５１２を含む。

密封部分５１２は環状密封面５１４を提示し、該環状密封面５１４は、ベース部分５１０を通過して突出し、かつ、半径方向内側および外側に延びる２つの円錐状表面によって囲まれている。図６に示されているように、環状密封面５１４は、密封リングが作動中で
あるときに第１のバランス比を作り出す適切な角度にて半径方向内側に傾いた内側円錐状表面５１６から半径方向外側に配置される。図６に示されているように、環状密封面５１４から半径方向外側には外側円錐状表面５１８が配置され、半径方向外側に傾いている。図示されている実施形態における内側円錐状表面５１６の傾斜角は、第１の密封リング５００について約６０％のバランス比を作り出す。さらに、内側円錐状表面５１６の傾斜角は外側円錐状表面５１８の傾斜角と異なり、このことは、摩耗の許容可能な程度を延ばすことを補助する非対称円錐形を作り出す。第１のリング５００はさらに中央開口部５２０を含み、該中央開口部５２０は、上記のようにリングがデバイスに搭載されるときには、流体導管（例えば、図２に示されているような流体導管１１０）の一部を形成し、または、流体導管の一部を囲む。

第１の密封リング５００と同様に、第２の密封リング５０２は、内側リング５２６を囲む外側リング５２４を含む。図示されているように、外側リング５２４は、ステンレス鋼のような金属で構成されていてもよく、かつ、内側リング５２６は、第１の密封リングの内側リングと同様のポリマーもしくはポリマー系複合材料のような適切な密封材料または用途に応じた別の適切な材料で構成されていてもよい。第１の密封リング５００の外側リング５０４のように、第２の密封リング５０２の外側リング５２４は凹部５０８を含み、該凹部５０８の中にはピン（図示せず）が挿入されて、固定コンポーネントに対するリングの回転を防止するか、または、回転する構造体にリングを回転可能に係合させる。内側リング５２６は、略長方形の断面を有するベース部分５３０と、略台形の断面を有する密封部分５３２を含む。

密封部分５３２は環状密封面５３４を提示し、該環状密封面５３４は、ベース部分５３０を通過して突出し、かつ、半径方向内側および外側に延びる２つの円錐状表面によって囲まれている。図８に示されているように、環状密封面５３４は、密封リングが作動中であるときに第２のバランス比を作り出す適切な角度にて半径方向内側に傾いた内側円錐状表面５３６から半径方向外側に配置される。図８に示されているように、環状密封面５３４から半径方向外側には外側円錐状表面５３８が配置され、半径方向外側に傾いている。図示されている実施形態における内側円錐状表面５３６の傾斜角は、第２の密封リング５０２について約８０％のバランス比を作り出す。さらに、第１の密封リング５００と同様に、第２の密封リング５０２においては、内側円錐状表面５３６の傾斜角は外側円錐状表面５３８の傾斜角と異なり、このことはまた、シール面の有用な寿命を延ばすことを補助する非対称円錐形を作り出す。第２の密封リング５０２はさらに中央開口部５４０を含み、該中央開口部５４０は、上記のようにリングがデバイスに搭載されるときには、流体導管（例えば、図２に示されているような流体導管１１０）の一部を形成し、または、流体導管の一部を囲む。

図９には、スイベルシールアセンブリーを作動させる方法についてのフローチャートが示されている。この方法は、有利なことに、その他の流体継手アセンブリーに適用され得る。当該方法により、かつ、図９に開示されているように、スイベルシールアセンブリーは６０２にて作動する。スイベルアセンブリーの作動は、６０４にて固定コンポーネントに対して回転するコンポーネントを回転させることと、６０６にて回転するコンポーネントと固定コンポーネントとの間に滑りシールを提供することと、６０８にて回転するコンポーネントおよび固定コンポーネントを通って延びる導管を通る流体の流れをさらに提供することを含む。一実施形態では、滑りシールは、回転するコンポーネントに回転的に取り付けられた回転する密封リングと、回転しないコンポーネントに回転的に取り付けられた回転しない密封リングとの間に作り出される。さらに、一実施形態では、とりわけ掘削作業において、導管を通して提供される流体は、水、グリットおよび任意選択的には添加物を含む水性スラリーであってもよい。

当該方法はさらに、６１０にて導管を通過する流体と流体連通したハイドロサイクロンを配置することを含み、このことは、流体導管と流体連通したフィード開口部、ベース開口部および頂部開口部と流体連通したサイクロンチャンバーを有するハイドロサイクロンを提供することを含む。作動の最中、当該方法はさらに、６１２にて流体導管を通過する流体の流れの一部を分離することと、流れの一部をフィード開口部を通してハイドロサイクロンへと提供することを含む。６１４にて、サイクロンチャンバーの中に入る流体は、頂部開口部から外に出る重い材料の流れと、ベース開口部から外に出る軽い材料の流れとに分離する。流体は、ハイドロサイクロンの少なくともフィード開口部ならびに頂部および／またはベース開口部を横切る流体導管内に作り出される圧力差の下でサイクロンキャビティの中に入り、かつ、サイクロンキャビティを通過するように促される。重い材料の流れは、６１６にて流体流れの残りの部分と混ざるように流体導管の中へと戻るようにルーティングされる。軽い材料の流れは、滑りシール界面を作り出す密封コンポーネントを潤滑化および冷却するために、６１８にて滑りシール界面の近くにルーティングおよび送達される。６２０にて、軽い材料の流れはまた、滑りシール界面に打ち寄せた後で流体導管の中へと戻るように提供される。流れの一部を少なくとも部分的にその成分へと分離するプロセスは、デバイスが作動している間および流体の流れが導管を通して提供される間は継続する。

前記の説明は、開示されたシステムおよび技術の例を提供することが把握されるであろう。しかしながら、本開示のその他の実装は、前記の例とは詳細において異なっていてもよいことが考慮される。本開示またはその例へのすべての言及は、その時点で議論されている特別な例を参照することを意図し、かつ、いっそう一般的には本開示の範囲へのいかなる限定をほのめかすことも意図しない。特定の特徴に関する区別および軽視のすべての用語は、かかる特徴についての選好の欠如を示すことを意図するが、逆のことが示されるのでなければ本開示の範囲からそのようなものを完全に除外することを意図するものではない。具体的には、本開示の好ましい実施形態は本明細書に記載されており、本開示を実行するためのこの時点で本発明者にとって既知である最良の形態を含む。かかる好ましい実施形態のバリエーションは、前記の説明を読んだ当業者には明らかになるであろう。本発明者は、当業者がかかるバリエーションを適切に採用することを期待し、かつ、本発明者は、本開示が本明細書に具体的に記載された以外の方法で実施されることを意図する。したがって、本開示は、準拠法によって可能とされるように、本明細書に添付の請求の範囲に記載の主題のすべての修正および同等物を含む。さらに、そのすべての考え得るバリエーションにおける上記要素の任意の組み合わせは、本明細書に逆のことが示され、または、文脈に明らかに矛盾するのでなければ、本開示によって包含される。

本明細書における値の範囲の記載は、本明細書に逆のことが示されるのでなければ、範囲内に属するそれぞれの別個の値に個別に言及する簡易な方法として役立つことを意図しただけであり、かつ、それぞれの別個の値は、まるで本明細書に個別に記載されたかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載のすべての方法は、本明細書に逆のことが示され、または、文脈と明らかに矛盾するのでなければ、任意の適切な順番で実行され得る。

Claims (20)

1. 流体継手シールアセンブリーであって、当該流体継手シールアセンブリーは：
   回転可能なコンポーネントを有し；
   前記の回転可能なコンポーネントと係合した第１の密封リングを有し、該第１の密封リングは、前記の回転可能なコンポーネントに回転可能に拘束されており；
   回転不能なコンポーネントを有し；
   前記の回転不能なコンポーネントと係合した第２の密封リングを有し、該第２の密封リングは、前記の第１の密封リングと隣接して、その間に滑りシール界面を作り出し；
   ここで、前記の回転可能なコンポーネント、前記の第１の密封リング、前記の第２の密封リングおよび前記の回転不能なコンポーネントを通って延びる流体導管が定められ、かつ、ここで、作動の最中、前記流体導管を通して流体の流れが提供され；
   ハイドロサイクロンデバイスを有し、該ハイドロサイクロンデバイスは、サイクロンチャンバーを形成する本体を有し、該サイクロンチャンバーは、フィード開口部と、ベース開口部と、頂部開口部を有し；
   流れ制限器を有し、該流れ制限器は、前記流体導管の上流部と下流部との間に前記流体導管に沿って配置され；
   ここで、前記フィード開口部は前記流体導管の前記上流部に流体的に接続され、かつ、前記頂部開口部は前記流体導管の前記下流部に流体的に接続され；かつ、
   ここで、前記ベース開口部は、前記滑りシール界面に隣接する出口を有する通路に流体的に接続される、
   前記流体継手シールアセンブリー。
2. 挿入物をさらに有し、該挿入物は：
   前記の回転不能なコンポーネントと前記の第２の密封リングとの間に配置されたフランジ部分を有し；かつ、
   前記フランジ部分に接続され、かつ、前記流体導管内に配置された本体部分を有し、該本体部分は、前記上流部分および下流部分を分離する貫通開口部を有し、
   ここで、前記貫通開口部は、前記流れ制限器であり、かつ、
   ここで、前記本体部分は、前記滑りシール界面に隣接する環状キャビティを形成する、請求項１に記載の流体継手アセンブリー。
3. 前記ハイドロサイクロンデバイスが、前記本体部分に組み込まれている、請求項２に記載の流体継手アセンブリー。
4. 前記本体部分に組み込まれた複数のハイドロサイクロンデバイスをさらに有し、該複数のハイドロサイクロンデバイスはそれぞれ、前記上流部と下流部との間を前記流体導管に沿って並列流体接続にて接続される、請求項３に記載の流体継手アセンブリー。
5. 前記滑りシール界面に少なくとも隣接する前記本体部分に、実質的に閉じた環状キャビティが形成され、かつ、前記通路が、前記ベース開口部を前記環状キャビティと流体的に接続させる、請求項２に記載の流体継手アセンブリー。
6. 前記環状キャビティが、作動の最中に前記ハイドロサイクロンデバイスからの材料の軽い流れを含有するように構成された隙間を形成する、請求項５に記載の流体継手アセンブリー。
7. 前記の流体の流れにおける流体が、水およびグリットを含有して泥を形成する水性スラリーであり、かつ、作動の最中に、前記ハイドロサイクロンデバイスが、前記フィード開口部を通して提供される前記の流体の流れを、前記頂部開口部を通って前記サイクロンチ
   ャンバーから外に出る流体の重い流れと、前記ベース開口部を通って前記サイクロンチャンバーから外に出る流体の重い流れとに分離するように構成されている、請求項１に記載の流体継手アセンブリー。
8. 前記の第１の密封リングが、第１の外側リングと第１の内側リングを含み、前記の第１の内側リングは、第１のベース部分と第１の密封部分を有し、前記の第１のベース部分は、略長方形の断面を有し、かつ、前記の第１の密封部分は、第１の概して非対称の台形の断面を有する、請求項１に記載の流体継手アセンブリー。
9. 前記の第２の密封リングが、第２の外側リングと第２の内側リングを含み、前記の第２の内側リングは、第２のベース部分と第２の密封部分を有し、前記の第２の密封部分は、第２の概して非対称の台形の断面を有する、請求項８に記載の流体継手アセンブリー。
10. 前記の第１および第２の概して非対称な台形の断面が異なっており、前記流体導管における前記の流体の流れからの流体圧力が存在するときに、前記の第１および第２の密封リングに対して異なるバランス比を提供する、請求項９に記載の流体継手アセンブリー。
11. 流体継手アセンブリーを作動させるための方法であって、当該方法は：
    回転しないコンポーネントに対して回転する、回転するコンポーネントを提供することを有し；
    前記の回転するコンポーネントと回転しないコンポーネントとの間に滑りシール界面を作り出すことを有し；
    前記の回転するコンポーネントおよび回転しないコンポーネントを通って、かつ、前記の回転するコンポーネントおよび回転しないコンポーネントの間を延びる流体導管を通して流体の流れを提供することを有し；
    前記流体導管と流体連通したハイドロサイクロンを流体的に接続することを有し、該ハイドロサイクロンは、サイクロンチャンバーと流体連通したフィード開口部、ベース開口部および頂部開口部を含み；
    前記の流体の流れの一部を迂回させることと、前記フィード開口部を通して前記サイクロンチャンバーへと前記の流体の流れの前記一部を提供することを有し；
    前記サイクロンチャンバーにおける前記の流体の流れの前記一部を、前記サイクロンチャンバーの前記頂部開口部から排出される重い材料の流れと、前記サイクロンチャンバーの前記ベース開口部から排出される軽い材料の流れとに分離することを有し；かつ、
    前記の軽い材料の流れを前記滑りシール界面に隣接する領域へとルーティングすることを有する、
    前記方法。
12. 前記の軽い材料の流れを用いて前記滑りシール界面を潤滑化および冷却することをさらに有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記滑り界面に隣接する前記領域において前記の軽い材料の流れを含有することをさらに有する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記の流体の流れを圧縮して、前記ハイドロサイクロンを横切る圧力差を作り出すことをさらに有する、請求項１１に記載の方法。
15. 前記滑りシール界面を作り出すことが、第１の密封リングを前記の回転するコンポーネントに接続し、かつ、第２の密封リングを前記の回転しないコンポーネントに接続することによって達成される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記の第１の密封リングおよび前記の第２の密封リングが、異なるバランス比を有する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記の流体の流れを圧縮することが、挿入物を用いることによって達成され、該挿入物は：
    前記の回転しないコンポーネントと前記の第２の密封リングとの間に配置されたフランジ部分を有し；かつ、
    前記フランジ部分に接続され、かつ、前記流体導管内に配置された本体部分を有し、前記本体部分は、前記上流部および下流部を分離する貫通開口部を有し、ここで、前記貫通開口部は、流れ制限器である、
    請求項１５に記載の方法。
18. 前記ハイドロサイクロンが、前記本体部分に組み込まれている、請求項１７に記載の方法。
19. 前記本体部分に組み込まれた複数のハイドロサイクロンをさらに有し、該複数のハイドロサイクロンはそれぞれ、前記流体導管に沿って並列流体接続にて接続される、請求項１８に記載の方法。
20. 流体継手アセンブリー用の挿入物であって、当該挿入物は：
    フランジを有し；かつ、
    前記フランジに接続された本体を有し、該本体は、略円筒形を有し、かつ、前記フランジから距離を置いて、前記本体を通って延びる貫通開口部と、前記本体の周りを周方向に延びるチャンネルを含み；
    前記本体に形成された複数のハイドロサイクロンを有し、該複数のハイドロサイクロンはそれぞれ、前記本体に定められたサイクロンチャンバーを含み、該サイクロンチャンバーは、フィード開口部、ベース開口部および頂部開口部を有し；
    ここで、前記フィード開口部は、前記本体に形成されたフィード通路に流体的に接続され、かつ、前記本体とは反対側の前記フランジの表面に形成された入口開口部と連通し；
    ここで、前記ベース開口部は、前記本体に形成された水路に流体的に接続され、かつ、前記チャンネル内に配置された前記本体の側表面に形成された出口開口部と連通しており；かつ、
    ここで、前記頂部開口部は、前記フランジとは反対側の前記本体の端面に形成された重い材料の排出と流体連通する、
    前記挿入物。

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