JPH03153967A - 高圧ガスをシールするための螺旋溝シール・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、タービンやコンプレッサのような、ハウジ
ングを通って延長する軸のまわりの流体の漏れを制限す
るためのシールに関し、特に、高圧下におけるガスのシ
ールに関する。

この発明に先行して、例えば、１２００重量ボンド毎平
方インチ惨ゲージ（ｐｏｕｎｄｓ　ｐｅｒ　５ｑｕａｒ
ｅ＋ｎｃｈ　ｇａｕｇｅ（ｐ、ｓ、　ｉ、　ｇ、　））
を越える高圧で、水素のようなガスをシールするための
メカニカルシールは、二つの間隔を開けて分離された、
メカニカル端面シールを使用するタイプのものであった
。このシステムは、二つの間隔を開けられたメカニカル
シールの間に注入された緩衝用液体によって、冷却され
るとともに潤滑されることになる、「湿式」接触タイプ
のものである。緩衝用液体（しばしば、オイルであるカ
リを循環するためのシステムは、複雑性と費用とを増加
させるポンプ、冷却機及び貯蔵器を含んでいた。さらに
メカニカルシールは、複雑な支援システムを有していて
も、しばしば耐用期間が短かった。システムの完全な機
能停止は、シールを交換することを必要とする。

メカニカル端面シールの乾式で作動するガスシールは、
如何なる潤滑もなしで作動する。このタイプのシールは
、ジョセフ・セディ（Ｊｏｓｅｆ　５ｅｄｙ）に発行さ
れるとともに、現在の譲受人に譲渡された米国特許第４
．２１２．４７５号に示されるとともに記載されておＤ
、参考のために、ここに組入れられるものとする。

他のタイプのシールは、液化低比重炭化水素（ｌｉｑｕ
ｅｆｉｅｄ　ｌｉｇｈｔ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）
のような高圧下の液体を取り扱う装置におけるシールを
創造するために、米国特許第４，２１２，４７５号の教
えを利用する。このタイプのシールは、米国特許第４．
２１２，４７５号に記載された、螺旋溝を有するタイプ
のシール・モジュール（ｓｅａｌｉｎｇ　　ｍ。

ｄｕｌｅ）のシール面の間で、シールされた流体の剪断
熱（ｓｈｅａｒ　ｈｅａｔｉｎｇ）を創出する。

本発明の一つの目的は、例えば、１８００ｐ、ｓ。

ｉｌｇ、を越すような極めて高い圧力の下で、低比重ガ
ス（ｌｉｇｈｔ　ｇａｓｅｓ）を取り扱う装置内で使用
するのに特に適している、乾燥ガス端面シール装置を提
供するとともに、外部圧力制御装置の必要なしに、二つ
あるいはそれ以上のそのようなシールに渡って、圧力を
分化したＤ、分岐させることによってこれを達成するこ
とである。ここで、発明によって提案される解決策は、
各々が一対のシール面を有する一連のモジュールであＤ
、一対のシール面のうちの一つは、螺旋溝タイプのもの
であって、それを超えて、各々のモジュール内の変形さ
れた面の形状（例えば、溝の寸法）によって達成される
、予測された（計算された）割合の圧力降下がある。か
くして、例えば、圧力降下は、二つあるいはそれ以上の
分離されたモジュールに渡って、はぼ等しい割合で分配
されるかもしれず、それによって、外部制御の必要なし
で、シール圧力や過負荷を減少する。

本発明の他の目的は、連続した段階の圧力遅減を与える
ために、類似の外形のリングをエツチングすることで、
溝の深さや堰の幅の寸法についてのみ異なる、実質的に
同じ外形の螺旋溝シール・リングを使用することによっ
て簡単に達成され、簡易かつ安価に、圧力の分化あるい
は分岐を可能にすることである。二つほどのモジコール
があれば可能であＤ、縦列をなして三つ、四つ、あるい
は五つでもよい。

〔発明の要旨〕

本発明は、極めて高い圧力下のガスを取り扱うコンプレ
ッサのために特に適している、メカニカル端面シール・
システムを指向している。これは、好ましくは、高圧上
流モジュールと、中間及び下流シール・モジュールの両
方を有し、各々は、コンプレッサあるいはポンプと連携
される軸及びハウジング上に取付けされている。しかし
ながら、発明の原理は、二つのモジュールのみを有する
端面シール装置に組み込まれてもよい。各シール・モジ
コールは、ハウジングに取り付けられた主リングと、軸
に取り付けられた噛み合いリングとを有する。リングは
、対抗する径方向に延長する面を有し、それらのうちの
一つは、その一方の周囲から延長する、径方向に向かっ
て周囲に間隔を開けて配設された複数の螺旋ポンプ溝を
有している。

最も高い圧力に曝された上流モジュールの溝は、溝の寸
法の観点からすると、最適条件であると考えられる予め
決定された溝の条件を有しておＤ、その一方で各下流モ
ジュールの溝は、上流モジュールよＤ、より大きな溝の
寸法を有していて、それによって、より少ない条件を負
わせている。

好ましい形態においては、減少された条件は、下流モジ
ュールの溝の深さを増加することによって、達成される
。

〔好ましい実施態様の説明〕

第１図は、本発明の好ましい実施態様によって構成され
た、符号１０で全体的に示されるシールを図示する。シ
ールは、例えば、ポンプ、コンプレッサあるいはタービ
ン・ハウジング内の約１８００ｐ、ｓ、ｉ、を越える水
素ガスのような、極めて高い圧力下のガスを、シールす
るために設計されている。本発明は時々、流体として水
素を参照して説明しているが、極めて高い圧力下の他の
ガスや流体を、基本的なパラメータをシールされる流体
に合わせるように、システムに適正な変更や調節をして
、取り扱われることができることが、理解されるべきで
ある。

シールを含むとともに、軸通路１４を与えられたパツキ
ン箱（ｓｔｕｆｆｉｎｇ　ｂｏｘ）あるいはハウジング
が、符号１２で示されている。軸１６は、ハウジング１
２内の高圧室１８から符号１９で示す大気へ、軸通路を
通って延長している。

ハウジング内のシール・アッセンブリは、螺旋溝のタイ
プであって、縦列に配設された軸方向に間隔を開けられ
たメカニカル端面シールであＤ、各々は、ハウジング１
２及び軸１６にそれぞれ固定された、対向するリング部
を有する。シールは、前記で言及した米国特許第４．２
１３，４７５号に示されるとともに記述された、−船釣
なタイプである。縦列シール・アッセンブリは、高圧室
１８内に位置される上流あるいは内側シール・モジュー
ル２０と、ハウジング内の環状室２１．２３内にそれぞ
れ位置される、少なくとも一つの中間シール・モジュー
ル２２と、好ましくは、第三の下流あるいは外側シール
・モジュール２４とを含んでいる。

各シール・モジュールは、径方向に延長する面２８Ａ、
２８Ｂ、２８Ｃをもった固定主リング２６Ａ、２６Ｂ、
２６Ｃ（リング・ステータ）を有する、一対の環状リン
グを有している。主シール・リング要素は、主リングの
面２８Ａ、２８Ｂ。

２８Ｃとそれぞれ対向する径方向に延長する面３２Ａ、
３２Ｂ、３２Ｃを有する、噛み合いリング３０Ａ、３０
Ｂ、３０Ｃと対向している。後述するように、主リング
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃは、回転を阻止するために、リ
テーナ・アッセンブリによってハウジングに固定される
一方で、制限された範囲で軸方向移動できる。後述する
ように、噛み合いシール・リング３０Ａ、３０Ｂ、３０
Ｃは、リング・スリーブ３３と、それにキー結合される
とともに軸１６と一緒に回転するために軸１６に完全に
固定された軸スリーブ３４とを有するスペーサ・シール
・アッセンブリによって、軸と一緒に回転するように取
付けられている。

示されたシールは、シール構成部材の径方向内側径部分
で、シールされるべき流体に曝されている。しかしなが
ら、本発明の原理は、相対的に回転するシール面の径方
向内側径部分で、より高い圧力を有するシールに適用で
きる。

認められるように、スリーブ・アッセンブリは、軸１６
上に適合する軸スリーブ３４を含んでいるとともに、ボ
ルト３６によって軸スリーブ３４に固定された締め付は
端部板３５によって、軸に固定されている。あるいはま
た、（図示しない）ドライブ・キー構造（ｄｒｉｖｅ　
ｋｅｙ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）が、軸スリーブ３４
を軸１６に固定するために、使用されてもよい。内側あ
るいは上流端部に、０リング３７が、スリーブ３３と３
４との間のシールを提供している。精密さを要求されな
い、付加的な０リングがある。

高圧室１８と連通ずる上流あるいは高圧シール・モジュ
ール２０は、第１図に示すように、スリーブ３３の欠く
ことのできない部分である環状支持フランジ３８を含ん
でいる。ピン４０は、回転駆動のために、リング３０Ａ
をフランジ３８に結合する。

さらにスリーブ・アッセンブリは、スリーブ３３に回転
のためにキー結合されたスペーサ・スリーブ４８を含ん
でいる。スリーブは、それぞれ中間及び外側シール・モ
ジュール２２．２４の噛み合いリング３０Ｂ、３０Ｃと
係合するとともに駆動するビン４６を保持する、支持フ
ランジ５０を有する。０リング４４は、支持フランジ５
０と回転シール・リングとの対向する面の間に挿入され
ている。スペーサ・スリーブ４８は、噛み合いリング３
０Ａ、３０Ｂの内径部に隣接する径方向表面３２Ａ、３
２Ｂに延長するとともに係合している。

あるいはまた、前記した米国特許出願第０６０゜２１５
号に示されかつ記述されている、締め付はリングによっ
て順に保持された、環状分割くさび（ａｎｎｕｌａｒ　
５ｐｌｉｔ　ｗｅｄｇｅ）を含む構成を使用することが
できる。軸１６にシール・アッセンブリの回転リングを
固定するために利用される精密な構成は、本発明の実施
にとって、決定的に重要ではない。

上記から認められるように、スリーブ３４は、駆動板３
５によって、軸１６とともに回転するために、軸１６に
保持されている。リング・スリーブ３３は内側あるいは
上流端部で、軸スリーブ３４上の径方向に突出している
フランジ５２にもたれかかっている。リング・スリーブ
３３は外側端部に、その上に同心上に取付けられた止め
環（ロック・カラー：１ｏｃｋ　ｃｏｌｌａｒ）　　５
３を有している。

止め環の内側端部は、対向した噛み合いリング３０Ｃの
径方向内側周辺面にもたれかかっている。

止め１ｌｉ５３の外側端部は、ポル）５３Ｂによって、
リング・スリーブ３３の端面に固定された頭部あるいは
フランジ５３Ｈを有している。ボルト５３Ｂを締め付け
ることによって、噛み合いリングとスペーサの積み重ね
は、適正な位置に保持される。

ボルト３６を締め付けることによって、スリーブ３３は
、フランジ５２と当接して係合するように、スリーブ３
４にそって軸方向内側に押される。かくして、具体的な
止め及びキー結合が、スリーブ３４が回転するとき、そ
れと−緒に回転するために、関連するフランジ支持部５
０と一緒に、噛み合いリング３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃ
を駆動することを提供する。シールの主リングのための
リテーナ・アッセンブリは、押さえねじ５７、あるいは
その他の如何なる適当な方法によって、互いに連結され
た内側リテーナ５４、中間リテーナ５５及び外側リテー
ナ５６とを有する。内側リテーナ５４は、内側主リング
２６Ａを支持するために役に立つ。中間リテーナ５５は
、中間主リング２６Ｂを支持し、外側リテーナ５６は同
様に、外側主リング２６Ｃを支持する。各々のリテーナ
は、多数のばね５８及びばね受は円板６０を支持し、そ
れらは−緒になって、噛み合いリングの溝面と係合する
ように、主シール・リング面を付勢する。

ばね受は円板６０及びばね５８は、主リング２６Ａ、２
６Ｂ及び２６Ｃが、軸方向どちらかの方向に移動するこ
とを許容する。○リング・シール６１が、主リングとリ
テーナ５４．５５及び５６との間の二次シールを提供す
る。パツキン押さえ板（グランド・プレート：　ｇｌａ
ｎｄ　ｐｌａｔｅ）　６２が、ねじ（図示せず）によっ
て、ハウジング１２に結合されている。パツキン押さえ
板は、リテーナ５６の外側端面と係合するフランジ６４
を有する。リテーナは、押さえねじ６６によって、フラ
ンジに連結されている。

減少された圧力でのガスの移動は、下記に詳細に説明さ
れるであろうが、ガス抜き開口６８が、室２３を、大気
圧に曝されているハウジング内の通路７０と連通させて
いて、抜は出たガスの捕捉、使用あるいは除去のために
、ガスが移動されるべき室２３から、フレアー・スタッ
ク（ｆｌａｒｅ　５ｔａｃｋ）や他の環境へ放出される
ことを許容する。さらに、下流シール・モジュール２４
は、室２３から漏れるかもしれない少量のガスを、シー
ルするために作動する。しかし、室２３内のガスの低圧
さのために、シール・モジュール２４からの漏れは、通
常には無視できるであろう。かくして、このシール・モ
ジュール２４の堰を越えて移動するガスの量は、はとん
どなく　（集めることができない）、そして内径１（１
，０，：　アイ・デイ−）における最終圧力は、零に近
いかもしれない。この意味では、第三のシールは、例え
ば抜は口が遮られた場合の安全装置として役立つ。抜は
目通路６８−７０を介する抜は口くぼみ２３の有利点は
、前記モジュール２４の軸の下流の周りの、集めること
のできない漏れを最小にすることである。

リテーナ５４及び５５のＩ、　Ｄ、及び傾斜した径方向
面は、フランジ支持部５０の対向する面から、間隔を置
かれていて、それによって、シール・モジュール２０の
堰を越えて室２１内に（吸い込み上げられる）ガス漏れ
流と、シール・モジュール２２の堰を越えて室２３内に
（吸い込み上げられる）ガス漏れ流とのための、移動通
路２１Ｐ及び２３Ｆを提供するということが認められる
であろう。室２１への通路７２は、室２１内の圧力を読
むことができるゲージに取付けられるようにして設けら
れてもよい。

噛み合いリング３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃはそれぞれ、第
２図を参照して詳細に説明されるように、（第１図にお
いて破線でしめされた）一連の螺旋溝９２を有する。か
くして第２図は、主リングに対向した、噛み合いリング
の噛み合い面の部分を示す。説明の目的のために、噛み
合いリング３０Ａの面３２Ａが、第２図に示されている
。面は、面３２Ａの外周側における開口端部から、径方
向幅を中途まで横切って径方向に延長する、周辺に間隔
を置いた多数の螺旋溝９２を有する。溝を形成されてい
ない表面９４は、主シール・リングの対向する面と共同
して、軸１６が回転しないとき、流体静力固定用シール
を提供する、シール堰、あるいはランド（ｌａｎｄ）を
形成する。シール・モジュール２２及び２４の面３２Ｂ
及び３２Ｃは同様に、符号９２として示されるポンプ溝
とランド９４を呈するように形成されている。

軸１６が回転しないとき、加圧されたガスは、シール堰
でリング間の流体静力薄膜によって、シールされる。軸
が回転を始めるときに、溝９２は、シール面を越えて、
径方向内側にガスを吸い込み上げて、シール面を僅かに
開けるようにする。

シール・モジュール２０の堰を越えて、ガスは通路２１
Ｐへ移動されるので、それは室２１へ入Ｄ、シールの演
算パラメータ（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｐａｒａｍｅ
ｔｅｒ）は、室１８における例えば約１８００１１．６
゜１、ｇ、の最大圧力から、室２１、開口シール・モジ
ュール２２における、その圧力のおよそ部分の−あるい
は約９００ｐ、ｓ、　ｉｏｇ、への圧力降下を提供する
。モジュール２０の上流シールが、関連するばね５８の
閉塞方向の偏倚に対抗して開くやいなや、ガスは通路２
１Ｐを介して室２１へ、同時に移動されるので、これは
実質的にある瞬間におこる圧力降下である。シール・モ
ジュール２２は同様に、直ちに開かれ、ガス圧力は直ち
に分割されて、高圧上流室１８における高圧を減少させ
る。第二シールの堰を越える流体の吸い込み上げられた
実容量（漏れ）は、第一シールより大きいという一方で
、モジュールの実圧力においては、各シールの境界面を
越える質量流量割合は、いつでも一定であるということ
は、忘れるべきでない。

中間シール２２自体は、相対的に回転するシール面を越
えて、最大圧力の約部分の−から、大気圧より僅かに上
の圧力へのさらなる圧力降下を提供する。好ましくは、
室２３は、大気圧を越えた約９から１５ｐ、ｓ、ｉ、ｇ
、の圧力を有していて、そしてそれは、大気圧に曝され
た抜は口通路６８−７０によって呈された制限の結果で
ある。実際のところ、第三シールがもし使用されるなら
ば、たんに少容量のもれ収集装置としてのみもたらされ
るかもしれない。上記したように、このガスは、ある形
態あるいは他の形態で処理されるために、抜は口６８を
通って出ていく。

予想したＤ、予期したりできない機械的及び温度的不安
定の可能性と結びついて、性能の厳格性についてのいく
つかの変更なしでは、設計の限界によって、一定した性
能の達成を期待できるいかなるシールもない。従って、
第三シールは、過多に達成してもよく、そして作動の間
に、圧力曲線に変化があれば、その結果は、上流のシー
ルのお互いの支援として、三つのシール面を越える圧力
降下の自己調節機能となるであろう。縦列をなして、二
つあるいは三つのシールがあるかどうかにかかわらず、
最大圧力負荷にさらされるとともに、その設計能力より
十分に下の水準で作動するシールはない。

上記されたシステムは、現在知られているシール・シス
テムに、多数の特異な性質及び有利性を提供する。真先
に、同じ形態（内径（１，Ｄ、）　、外形（０，Ｄ、’
）及び厚さ）を有する現在知られている螺旋溝タイプの
メカニカル端面シールが、溝深さ及び１幅のような溝設
計のパラメータを変更することによって、これまで、よ
り高い圧力において、より多く増加されたシールの完全
性をもって可能であったよＤ、より大きな圧力に対する
シールと一緒に、使用されることができるであろう。こ
のことは、漏れによるガス損失の水準を、極めて減少す
る。具体的には、螺旋溝タイプのシール・モジュールの
各々を越える圧力分岐は、現在知られている形状から、
溝をたんに食刻（エツチング）することによＤ、作動に
おける好ましい形態の異なった深さに変換され得る構成
部材によって、達成され得る。

ここに含まれた高い規模の圧力（例えば１８００ｐ、ｓ
、ｉ、ｇ、）の分岐を達成することを試みようとして、
他の種類のメカニカル端面シールと比較すると、制御装
置や、かなりの構造的変更及び大きな圧力差を含むため
の補償要素の付加が、必要とされるであろう。比較する
と、より大きな嵩が、内径（１，Ｄ、　）における漏れ
現象を利用するように、本発明のもとで使用されたよう
な螺旋溝タイプの端面シールに、要求されるであろう。

嵩が大きくなればなるほど、不安定の機会が多くなＤ、
消耗を受けやすい領域が多くなるなどする。

このシステムのさらなる性質は、これまで、複雑かつ精
巧な外部圧力制御システムを使用しないとともに、大き
なシール形態のために可能であったものよＤ、より高い
圧力のガスをシールするための能力である。

これらの性質は、室１８内で１８００ｐ、ｓ、　ｉ、ｇ
。

の圧力と毎分１０［）０回転（ｒｐｍ、　）の軸速度を
仮定することによって、簡単に理解され得る。もし、第
一シール・モジュール螺旋溝深さが、２００マイクロイ
ンチであＤ、この深さパラメータが、第二のシールで４
００マイクロインチに増加されるならば、第一のシール
を越える圧力降下は、約５０パーセントの９００ｐ、ｓ
、　ｉ、ｇ、に減少され、第一シールのかなりの圧力を
減少する。最も多い適用とじて、この５０パーセントの
減少が、適正である。それにもかかわらず、同様な方法
で、第三シールがあるとき、そのシールの噛み合いリン
グの螺旋溝は、第二シールの相対的回転面を越える、さ
らなる圧力降下になＤ、そしてこの減少は、上記したよ
うに抜は口（６８−７０）があるならば、室２３内で実
質的に零圧力になるかもしれない。

１幅の変更は、溝深さパラメータの差に取って代わった
Ｄ、補うことができる。二つの上流シール（例えばシー
ル・モジュール２１び２２）が、互いに実質的に最大圧
力であＤ、第三シール・モジュールが、圧力分岐の責任
があるものになるという状況が、あるかもしれない。圧
力を分岐するときに、シールに含まれる現象を説明する
ために、種々な表現や類推が使用されるかもしれない。

使用される原理は、完全なシールはないということであ
Ｄ、溝寸法を変更することだけによＤ、そのようなシー
ルの他の明細な形態を変える必要なしで漏れが利用され
てよいように、（少なくとも）一対の螺旋溝タイプの縦
列端面シールを使用することによって、我々はその状況
を利用する。

質１１　（Ｉｂｍ／ｍ１ｎ）として取り上げるならば、
各シールを越える総ガス漏れは、各シールにおいて同じ
である。下流シールの螺旋溝は、上流シールのそれらよ
Ｄ、より大きな容積を呈するから、ガスは大きな溝容積
内において、拡張するためのより大きな空間を有してい
るので、かくして上流シール溝によって、それに移動さ
れたガスよＤ、（より大きな実容積をしめる）より小さ
な密度になる。

それゆえに、単位時間当たり（そしていかなる瞬間にお
いて）、それぞれのシールの境界面を越えて吸い込み上
げられる異なった容積（あるいはポンプ能力）に言及す
ることは、都合がよいかもしれない一方で、各シールを
越える質量流量割合は、いつも同じであるということが
、心に留められるべきである。

他のそして多分より適切な説明は、シールは流量制限装
置（弁）と考えられてもよく、下流シールにおけるそれ
は、（好ましい形態にふいては）より深い螺旋溝をもっ
て、高い圧力におけるある上流シールよＤ、ガスの流れ
に関してより小さな制限しか提供しない。庭のホースの
噴出口弁を開くときのように、それゆえに圧力は、降下
しなければならない。噴出口がより制限されないとき、
水の流量の割合は以前と同じであるが、しかしながら噴
出口通路が拡げられたので、今や流体の流れは、減少さ
れた圧力で流出し、噴出口をより制限したときに効果の
あった、より遠い距離に到達するより力強い流れ（より
大きな圧力）と比較される、より小さな圧力ではあるが
、より広い領域を覆う。

本発明の好ましい形態が、示されるとともに説明された
ことになるが、特許請求の範囲から逸脱することなく、
それに変形がなされてもよいことが、理解されるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい実施態様を組み込んでいる
ハウジング及び軸の軸方向断面図である。 第２図は、本発明の好ましい実施態様のシール・リング
の一部端面図である。 符号の説明 １０・・・シール　　　１２・・・ハウジング１４・・
・軸通路　　　１６・・・軸　　　１８・・・高圧室１
９・・・大気　　　２０・・・上流シール・モジュール
２１・・・環状室　　　２１Ｐ・・・移動通路２２・・
・中間シール・モジュール ２３・・・環状室　　　２３Ｐ・・・移動通路２４・・
・下流シール争モジュール ６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ・・・主リング ８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ・・・径方向に延長する面ＯＡ、
３０Ｂ、３０Ｃ・・・噛み合いリング２Ａ、３２Ｂ、３
２Ｃ・・・径方向に延長する面３・・・リング・スリー
ブ ４・・・軸スリーブ　　３５・・・締め付は端部板６・
・・ボルト　　　３７・・・０リング８・・・環状支持
フランジ　　　４０・・・ピン４・・・０リング　　　
４６・・・ピン８・・・スペーサ・スリーブ ０・・・支持フランジ　　　　５２・・・フランジ３・
・・止めｉｌ　　　　５３Ｂ・・・ボルト３Ｈ・・・フ
ランジ　　　５４・・・内側リテーナ５・・・中間リテ
ーナ　　　５６・・・外側リテーナ７・・・押さえねじ
　　　５８・・・ばね０・・・ばね受は円板　　６１・
・・Ｏリング・シール２・・・グランド・プレート　　
６４・・・フランジ６・・・押さえねじ　　　６８・・
・ガス抜き開口０・・・通路　　７２・・・通路　　９
２・・・螺旋溝４・・・溝を形成されていない表面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧下の流体を含むハウジングを通って延長する回
   転可能な軸のための、多数の縦列の螺旋溝端面シール・
   システムにおいて、 ハウジング内のそれぞれのシール室内に位置されるとと
   もに、通路を介して互いに連通する、軸方向に間隔を開
   けて離れている上流（第一）及び下流（第二）端面シー
   ル・モジュールを有し、前記モジュールの各々は、ハウ
   ジングに固定された主リングと、軸とともに回転する噛
   み合いリングとによって呈された対向する径方向に延長
   するシール面を有し、 前記リングは、実質的に同じ直径と厚さの形態を有し、 前記噛み合いリングのシール面の各々は、それの内径側
   に向かって外周から内側に、それの表面を越えて途中ま
   で延長する多数の径方向内側に吸い込み上げる螺旋溝を
   有し、 互いに向かってそれぞれのモジュールのシール面を偏倚
   する手段を有し、 軸が回転するとき、前記シール面が開き、それによって
   、上流室からのガスが、上流シール・モジュールの螺旋
   溝によって、前記通路を通って下流室内に通過され、 それぞれのシール・モジュールの螺旋溝の寸法は、上流
   及び下流シール室の間で、予め定められた圧力降下を生
   み出すように異なっているシール・システム。 ２、前記ハウジングは第二シール・モジュールの下流に
   第三シール・モジュールを含み、前記第三シール・モジ
   ュールは、形態において他の二つと同一であるとともに
   、大気に出口を与えられた室内で作動する請求項１記載
   のシール・システム。 ３、前記下流モジュールの螺旋溝は、第一シール・モジ
   ュールのシール面を越える圧力を、約二分の一まで減少
   する容積能力を有する請求項１記載のシール・システム
   。 ４、前記第二モジュールの螺旋溝は、第一シール・モジ
   ュールのシール面を越える圧力を、約二分の一まで減少
   する容積能力を有する請求項２記載のシール・システム
   。 ５、間隔を開けられた室の間のガスの圧力をまた、分岐
   あるいは分割するガス・コンプレッサ端面シールであっ
   て、 ハウジングと、それを通って延長する回転軸との間に挿
   入された、軸方向に間隔を開けられたシール・アッセン
   ブリであって、 第一のシール・アッセンブリは、高圧のガスが広がって
   いるハウジング内の、第一あるいは上流室内に位置され
   ているとともに、 第二のシール・アッセンブリは、ガスが予め定められた
   、より低い圧力まで減少されているハウジング内部の、
   下流室内に位置されており、上流室から下流室へ、ガス
   を移動するための第一の通路と、 下流室から減少された圧力のガスを、放出するための第
   二の通路とを有し、 各シール・アッセンブリは、軸と同心状の対向する二リ
   ングの螺旋溝タイプであり、 一つのシール・リングは、主シール・リングであり、他
   のシール・リングは、そのなかに主シール・リングに対
   向するシール面を有する噛み合いリングであり、 噛み合いリングの内径部を取り囲む噛み合い面に、溝を
   形成されていない堰部分を提供するため、外側リング径
   部分で開口するとともに、噛み合いリング面の中途まで
   延長する、多数の周辺に間隔を開けられた螺旋溝を有し
   、 前記第一のシールは、前記第一の通路と連通し、第二シ
   ールのための前記溝を形成されていない堰は、第二シー
   ル通路と連通し、 それによって、軸の回転の間においては、 螺旋溝は、シール面を径方向に越えて関連する室から、
   関連する通路内に移動し、 下流室から減少された圧力のガスを放出する通路手段を
   有し、 第二あるいは下流シールの主シール・リングにおける螺
   旋溝の深さと堰の幅が、第一室内の高圧を、第二室内の
   予め定められた低い圧力まで減少するようになされてい
   る端面シール。 ６、二つのシール・アッセンブリのシール・リングは、
   第一のシール・アッセンブリ内の回転子のそれらよりか
   なり深い、第二シール・アッセンブリ内の噛み合いリン
   グの螺旋溝を有するとともに、実質的に同一な直径と幅
   の形態を有する請求項５記載の端面シール。 ７、軸に同心状の第三のシール・アッセンブリは、第二
   のシール・アッセンブリの下流に間隔を開けられるとと
   もに、ハウジング内部の第三の室内に配置され、前記第
   三のシール・アッセンブリは、第一及び第二のシール・
   アッセンブリと同じ形態であり、前記第三のシール室は
   、大気に出口を与えられた請求項５記載の端面シール。 ８、コンプレッサの動作中に回転される軸が通過するハ
   ウジングを有するガス・コンプレッサにおいて、 ハウジング内の第一あるいは高圧ガス室及びハウジング
   内の第二ガス室と、 第一から第二室へ通過するガスのためのガス移動通路と
   、 前記軸に沿って間隔を開けた縦列の関係であるとともに
   、前記室にそれぞれ割り当てられた、第一及び第二のメ
   カニカル螺旋溝タイプ端面シール・アッセンブリと、 それらの内径部に隣接してシール接触するために偏倚さ
   れたシール面を有する、対向した主リングと噛み合いリ
   ングを含む各シール・アッセンブリと、 コンプレッサの動作中に前記軸とともに回転可能であり
   、外側リング径部でそれぞれの室と連通する、その表面
   における螺旋溝を有し、軸の動作中に前記シール接触を
   遮断するために、軸の内径部に向かって径方向内側の関
   連する室から、ガスを移動するために形成された各アッ
   センブリ内の噛み合いリングとを有し、 そのように移動されるガスを収容するための通路を有し
   、前記通路は順に、吸い込み上げられたガスを第二の室
   へ移動し、 第一のそれらより、かなり大きい容積を呈する第二シー
   ル・アッセンブリの螺旋溝であって、それによって、第
   一に比較すると、第二の室内のガスの圧力に、かなりの
   降下を生み出し、 第二の室から、減少された圧力のガスを放出するための
   手段と を有するガス・コンプレッサ。 ９、第二のシール・アッセンブリの螺旋溝は、約５０％
   の圧力降下を引き起こす請求項８記載のガス、コンプレ
   ッサ。 １０、各シール・アッセンブリの主及び噛み合いリング
   は、第一のそれらよりかなり深い、第二シール・アッセ
   ンブリの螺旋溝を有するとともに、実質的に同じ直径と
   厚さを呈し、溝の深さの差異が、圧力降下を引き起こす
   請求項９記載のガス・コンプレッサ。 １１、軸に同心状である第三のシール・アッセンブリは
   、第二シール・アッセンブリの下流に間隔をあけられる
   とともに、ハウジング内部の第三のシール室内に位置さ
   れ、前記第三シール・アッセンブリは、第一及び第二の
   シール・アッセンブリと同じタイプと形態であり、前記
   第三のシール室は、大気に出口を与えられた請求項１０
   記載のガス・コンプレッサ。 １２、それを通って延長する回転軸を有するハウジング
   内に、軸方向に間隔を開けられた室であって、軸の回転
   中に最高圧力の流体を含む一つの室と、第一の高圧室か
   ら、それに移動される減少された圧力の流体を収容する
   ための他の室との間で、圧力下の流体の圧力降下を生み
   出すための、多数の螺旋溝タイプのメカニカル端面シー
   ル・アッセンブリを使用する方法において、 Ａ、外径及び内径部を有する主リング及び噛み合いリン
   グであり、前記リングは実質的に同一な直径と厚さの形
   状を有し、二つのリングは対向するシール面を有し、噛
   み合いリングのシール面は、外周から内径部を取り囲む
   溝を形成されていない環状堰へ、それのシール面を越え
   て延長する螺旋溝を有し、前記溝は動作状態において、
   前記堰を越えるとともに、シール・アッセンブリの内径
   部を越えて流体を移動し、主リングから噛み合いリング
   を分離して、前記シール接触を遮断する各シール・アッ
   センブリを選択すること Ｂ、前記室間で生じる作動圧力分岐と、（１）どちらか
   一つの室内の圧力と（２）動作中においてその室内に堰
   の面を越えて移動する容積と、の機能として、一つのシ
   ールを越える質量流量割合とを決定すること Ｃ、動作圧力における前記分岐の間、各シール・アッセ
   ンブリを越えて同一の質量流量割合になるように、下流
   シールの螺旋溝の寸法を変更すること Ｄ、シール・アッセンブリの各々が、軸と関連するハウ
   ジングとの間のシールになるように、前記軸に関して軸
   方向間隔を開けた関係であるとともに、それぞれ高いあ
   るいは低い圧力室内のシール・アッセンブリを作動的に
   組付けること Ｅ、第一のシール・アッセンブリの内径部から第二の室
   への通路のために、前記組付けの間に設備をしておくこ
   と のステップを有する前記方法。 １３、ステップＣは、下流シールの螺旋溝を深くするこ
   とを含む請求項１２記載の方法。