JP4409836B2 - シール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールに関する。より詳細には、本発明は、ガスシールの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溝の領域が対向する一対のシール面の一方に設けられ、それによってシール面の一方が他方に対して回転する際に、生成ガスのクッションの圧力がシール面の間で高まり、シール面の間を潤滑しかつシール面の間のシールを形成する形式のガスシールが開示されている（例えば特許文献1、2参照）。これらの特許文献の開示を参照して、本発明に取り入れる。上記のようなシールでは、回転していないとき、シール面の間の係合によって固定シールがもたらされる。溝のついたシール面は、通常、他方のシール面と係合する周方向に連続するダム構造を有するが、それでもこの形式のガスシールは静止状態において漏れを生じることがある。例えば圧送機である高圧用途で使用する場合には、ガスシールを横切ってガスが漏れる際に、ガスが膨張して冷却され、それによってガスが液化することさえある。ガスシール内に液化ガスが存在することによって、運動状態におけるガスシールの有効な作用が損なわれる。この問題に対処するために、これまで、補助圧縮装置が使用され、暖かいガスをガスシールを介して通じさせてきている。静止状態における漏れに関するさらなる問題は、漏れたガスが大気中に放出され、又はフレアされなければならず、これが結果として環境に悪影響をもたらすということにある。
【０００３】
【特許文献１】
欧州特許第0,499,370号公報
【０００４】
【特許文献２】
欧州特許第0,578,377号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
静止状態において漏れを防ぐことができる改良されたガスシールの提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、相対的に回転可能な一対の構成要素の間のシール、密封をもたらすためのガスシールであって、回転するように、構成要素の一方に対して固定され、密封されて取り付けられている第一シール面部材及び、回転するように、他方の構成要素に対して固定され、密封されて取り付けられている第二シール面部材であって、ばね部材により他方に対して付勢されている第一及び第二シール面部材と、一方のシール面部材が他方に対して回転すると、ばね部材によって適用される負荷に対抗する流体力学的な力を生じるように第一及び第二シール面部材の一方に設けられている溝と、相対的に回転可能な構成要素の間で作用する静止シールであって、構成要素の一方を密封するように取り付けられ、一方の構成要素が他方に対して静止している場合に他方の構成要素と密封係合するように変位可能なシールエレメントからなる静止シールと、を含むガスシールが提供される。
【０００７】
本発明によれば、構成要素が他方に対して回転すると、静止シールが引っ込み、ガスシールによって、従来のやり方で、構成要素間が密封される。しかしながら構成要素が他方に対して静止すると、静止シールが他方の構成要素と密封係合するように移動し、それによって構成要素間の固定シールがもたらされる。さらにガスシールを横切る圧力は等しくなり、それによってプロセスガスの漏れ及び冷却を防ぐことができる。
【０００８】
本発明の好適実施例によれば、静止シールは、回転する構成要素と同軸のハウジング内に滑動可能に取り付けられている環状ピストンを含み、この環状ピストンは、他方の構成要素に対して回転するように取り付けられている構成要素の半径方向に延伸する面と密封係合するように軸方向に変位可能である。このピストンは、油圧手段、空気圧手段又は電気的手段により、引っ込んだ位置と係合する位置との間で移動可能である。
【０００９】
さらに本発明の実施例を、例示することのみを目的として、添付の図面を参照して説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図1は、ガス圧縮機のシャフト12用のシールアセンブリ10を図解するものであり、シールアセンブリ10は、圧縮機チャンバー14及びシャフト軸受16の間を密封する。
【００１１】
シールアセンブリ10は、シャフト12と同軸のハウジング18によって画定されているボア内に取り付けられている。スリーブ部材20が、シャフト12とともに回転するように固定され、かつシールエレメント22及び24によってシャフト12に対して密封されている。フランジ構造26が、圧縮機チャンバー14に隣接するスリーブ部材20の端部で、スリーブ部材20の半径方向外側に延伸している。
【００１２】
第一シール面部材30が、圧縮機チャンバー14から離れた側のフランジ構造26の面に、フランジ構造とともに回転するように取り付けられている。第一シール面部材は、シールエレメント32によってフランジ構造26に対して密封されている。環状部材34が、スリーブ部材20の半径方向外側に取り付けられ、環状部材34は、第一シール面部材30と接し、軸方向の位置を決める。
【００１３】
第二シール面部材36が、環状部材34と、ハウジング18に固定されている環状部材40との間で滑動するように配置されている支持リング38に取り付けられている。支持リング38は、シールエレメント42によって環状部材40に対して、及びシールエレメント44によって第二シール面部材36に対して密封されている。環状に隔置されている複数の圧縮ばね46が、環状部材40と支持リング38の間で作用し、第二シール面部材36を第一シール面部材30の方へ付勢する。
【００１４】
溝領域48が、第一シール面部材30のシール面50の外側領域に設けられ、それによってシャフト12が回転すると、プロセスガスが第一シール面部材30のシール面50と第二シール面部材36のシール面52の間でポンピングされ、圧縮ばね46によって適用される負荷と対抗する負荷を発生し、シール面を潤滑するとともに密封をもたらすガスクッションが生成される。
【００１５】
キー構造60が、環状部材34とスリーブ部材20の間で機能し、双方の間でトルクを伝達する。第三シール面部材62が、第一シール面部材30と同様のやり方で、圧縮機チャンバー14から離れた側の環状部材34の端部に形成されているフランジ構造64に取り付けられている。第四シール面部材66が、第二シール面部材36と同様のやり方で取り付けられ、ハウジング18に固定されている環状部材68に対して密封されている。第四シール面部材66は、角度をもって又は周方向に隔置されている複数の圧縮ばね70によって、第三シール面部材62の方に付勢されている。したがって、第一及び第二シール面部材と、第三及び第四シール面部材は、互いに軸方向に隔置されている一対のガスシールアセンブリを構成し、互いの間にシールチャンバー72を画定する。シールチャンバー72からの通路74によって、第一ガスシールアセンブリ30/36を介して漏れた生成ガスをシールチャンバー72から取り除くことができ、この漏れたガスは大気中に放出され、又はフレアされ、あるいは還流され、すなわち圧縮機を駆動する燃料ガスと混合される。
【００１６】
ラビリンスシールアセンブリ76が、ガスシールアセンブリ62/66の装置外側よりに設けられ、軸受16からの潤滑剤がガスシールアセンブリ62/66に達することを防ぐ。代替的には、カーボン製リング状接触シールをこの位置で使用することができる。
【００１７】
ラビリンスシール80が、第一シール面部材30と圧縮機チャンバー14の間で、環状部材82に取り付けられ、環状部材82は、ハウジング18に固定され、シールエレメント84及び86によってハウジングに対して密封されている。環状部材82は、シャフト12と同軸に延伸し、圧縮機チャンバー14から離れて環状部材82の半径方向の面に開口する閉じた環状シリンダー90を画定する。環状ピストン92が、環状シリンダー90内に配置され、この環状ピストン92は、シールエレメント94及び96によって、シリンダー90の内側壁及び外側壁に対して密封されている。また環状シールエレメント98がピストン92の外側端部に設けられている。
【００１８】
シリンダー90は、通路100によって加圧下の又は加圧されたガス源に接続され、それによってシリンダー90の軸方向外側へピストンを押し付ける圧力がピストン92に適用され、シールエレメント98が、圧縮機チャンバー14に隣接する側のフランジ構造26の表面と密封係合するように押し付けられ、それによって圧縮機チャンバー14からガスシールアセンブリ30/36を分離することができる。
【００１９】
図3に示すように、上述した静止シールが圧縮機チャンバー14の両側に設けられている。加圧されたガスが、選択的に、電子制御切替弁116により、アキュムレーター110から管路112を介してシリンダー90に供給され、又は管路114を介してシリンダー90から放出される。電子制御切替弁116は、シャフト12が回転しているときに、アキュムレーター110にシリンダー90を接続することを防ぐ電子制御インターロックを有する。アキュムレーター110は、圧縮機の放出側からのプロセスガスを、管路118及び逆止め弁120を介して充填される。
【００２０】
上述のシールアセンブリの場合、シャフト12が回転している通常の動作中では、シリンダー90に圧力は適用されず、その結果、ピストン92の自由端に作用する生成ガスの圧力はピストン92をフランジ構造26から離れるように押し付け、それによってシールエレメント93はフランジ26の回転面から離れる。ガスシールアセンブリ30/36及び62/66は、従来のやり方で、密封するように動作し、ガスシールアセンブリ30/36を横切る如何なるガスの漏れも通路74を介してチャンバー72から取り除かれる。
【００２１】
シャフト12が静止している場合、加圧された流体がピストン92に適用されて、ピストンはフランジ構造26の隣接する面と係合するように押し付けられ、それによってガスシールアセンブリ30/36は圧縮機チャンバー14の生成ガスから分離される。さらにピストン92及びガスシールアセンブリ30/36の間のガスは、通路102を介して放出され、ガスシール30/36を横切る圧力差は取り除かれ、それによってガスシール30/36を横切る如何なる漏れ及び、膨張による生成ガスの冷却を防ぐことができる。
【００２２】
圧縮機を再始動するには、ピストン92とガスシールアセンブリ30/36の間にあるチャンバが通路102を介して、最初に再加圧される。さらにシリンダー90内の流体圧力が放出され、それによって圧縮機チャンバー14のプロセスガスの圧力下でピストンが引っ込められ、さらに圧縮機が通常の方法で始動可能となり、したがってシールエレメント98の磨耗を防ぐことができる。
【００２３】
種々のシールエレメント22、24、32、42、44、84、86、94、96及び98は、エラストマー製のＯ-リングとして図示されている。しかしながら特にピストン92のシール94、96、98として、例えばばね付勢ポリマーシールである他の形態のシールエレメントも利用することができる。
【００２４】
上述の実施例では、プロセスガスを利用して静止シールを制御したが、圧縮機による加圧源からの代替的な貯蔵ガスを利用することができる。代替的には、加圧された作動油を利用することができる。
【００２５】
代替的な実施例では、引っ込んだ位置と動作位置の間のピストン92の移動を、例えば電気的ソレノイドである電磁手段によって制御することができる。電力を供給された場合にソレノイドが、ピストン92を引っ込んだ位置に保持し、ピストン92が動作位置に付勢され、それによって圧縮機が停止した場合に、ピストン92がフランジ26と係合して密封、シールを形成するよう移動するように、ソレノイドが電力の供給を停止されることが好ましい。
【００２６】
本発明を二重ガスシールを参照して、例示することにより開示したが、本発明は単一ガスシールにおいても同様に利用することができる。さらに静止シールを内側ではなく、シールの装置外側よりに設けることができ、ガスシールと静止シールの間に形成されるチャンバーを加圧して、ガスシールを横切る圧力の釣り合いを取り、ガスシールを横切る漏れを防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシールを説明する図である。
【図２】図１に示すシールにおいて、静止シールが動作位置にある状態を説明する図である。
【図３】圧縮機チャンバーの両側に静止シールを有するガス圧縮機を説明する図である。
【符号の説明】
１０ シールアセンブリ
１２ シャフト
１４ 圧縮機チャンバー
１６ シャフト軸受
１８ ハウジング
２０ スリーブ部材
２６ フランジ構造
３０ 第一シール面部材
３６ 第二シール面部材
５２ シール面
８２ 環状部材
９０ 環状シリンダー
９２ 環状ピストン
９８ シールエレメント

Claims (9)

1. 相対的に回転可能な一対の構成要素を密封するガスシールであって、
   回転するように、前記構成要素の一方に対して固定され、密封されて取り付けられている第一シール面部材及び、回転するように、前記構成要素の他方に対して固定され、密封されて取り付けられている第二シール面部材であって、ばね手段によって互いの方へ付勢されている第一シール面部材及び第二シール面部材と、
   前記シール面部材の一方が前記シール面部材の他方に対して回転すると、前記ばね手段によって適用される負荷に対抗する流体力学的な力を生じるように前記第一シール面部材及び第二シール面部材の一方に設けられている溝と、
   相対的に回転可能な前記構成要素の間で作用する静止シールであって、前記構成要素の一方を密封するように取り付けられ、前記構成要素の一方が前記構成要素の他方に対して静止している場合に、前記構成要素の他方と密封係合するように変位可能なシールエレメントからなる静止シールと、
   前記シールエレメントが前記構成要素の他方と密封係合している時に、前記ガスシールを横切る圧力を等しくする手段とを含むガスシール。
2. 前記静止シールが、シールアセンブリの固定構成要素によって画定されているシリンダー内に滑動可能に取り付けられている環状ピストンを含み、この環状ピストンが、回転構成要素とともに回転するように取り付けられている構成要素の半径方向に延伸する面と密封係合するように変位可能である請求項１記載のガスシール。
3. シールエレメントが、前記環状ピストンの面に設けられ、前記回転構成要素とともに回転するように取り付けられている前記構成要素の半径方向に延伸する面と係合する請求項２記載のガスシール。
4. 前記半径方向に延伸する面が、前記回転構成要素に関連するシール面部材のための支持体によって画定されている請求項２又は３記載のガスシール。
5. 前記ガスシールの装置内側よりに静止シールが設けられ、この静止シールが前記構成要素の他方と密封係合した場合に、該静止シールと前記ガスシールの間の空間を通気するための手段が設けられている請求項１〜４のいずれか１項記載のガスシール。
6. 前記静止シールが、前記ガスシールの装置外側よりに配置され、前記静止シールが前記構成要素の他方と密封係合した場合に、前記ガスシール及び前記静止シールの間の空間に加圧されたガスを供給するための手段が設けられている請求項１〜４のいずれか１項記載のガスシール。
7. 前記ガスシールの配置が、加圧されたガス又は作動油によって制御され、このガス又は作動油の前記静止シールへの供給及び、このガス又は作動油の前記静止シールからの放出が、電子制御切替弁によって制御される請求項１〜６のいずれか１項記載のガスシール。
8. 前記構成要素が前記構成要素の他方に対して回転する場合、前記静止シールに加圧されたガス又は作動油を供給しないように電子制御インターロックが設けられている請求項７記載のガスシール。
9. 前記静止シールの配置が電磁手段によって制御される請求項１〜６のいずれか１項記載のガスシール。

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