JPH0599345A - 改良型らせん溝ガス潤滑式シール - Google Patents
改良型らせん溝ガス潤滑式シールInfo
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- JPH0599345A JPH0599345A JP3072640A JP7264091A JPH0599345A JP H0599345 A JPH0599345 A JP H0599345A JP 3072640 A JP3072640 A JP 3072640A JP 7264091 A JP7264091 A JP 7264091A JP H0599345 A JPH0599345 A JP H0599345A
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- seal ring
- rotary seal
- gas
- annular
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
- F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
- F16J15/3412—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
- Lubricants (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 薄いガスシールで漏れなく作動し、シール面
の動的追跡能力を増大することである。 【構成】 乾燥作動式ガスシール１０には、環状ポケッ
ト２６を有し機械本体にとりつけられた固定シールリン
グキャリヤ、このポケット内に保持された固定シールリ
ング２０、環状ポケットを有しシャフトに固定式にとり
つけられた回転シールリングキャリヤ４０、ポケット内
に保持されたシールリング、ならびに平均５度乃至１５
度の角度をもち回転シールリング３８のシール面上に形
成された溝、が含まれている。
の動的追跡能力を増大することである。 【構成】 乾燥作動式ガスシール１０には、環状ポケッ
ト２６を有し機械本体にとりつけられた固定シールリン
グキャリヤ、このポケット内に保持された固定シールリ
ング２０、環状ポケットを有しシャフトに固定式にとり
つけられた回転シールリングキャリヤ４０、ポケット内
に保持されたシールリング、ならびに平均５度乃至１５
度の角度をもち回転シールリング３８のシール面上に形
成された溝、が含まれている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスシール、より詳しく
はらせん溝付きガスシールに関する。
はらせん溝付きガスシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】乾燥作動式ガス潤滑シールは、ガスに比
べ高いオイル速度のためはるかに大きな出力を消費する
先行技術に基づくオイルシールに比べて、経済的に多大
な利益をもたらしてくれる。さらにガスシールは、オイ
ルの清浄及び冷却のための高価な装置を必要としない。
べ高いオイル速度のためはるかに大きな出力を消費する
先行技術に基づくオイルシールに比べて、経済的に多大
な利益をもたらしてくれる。さらにガスシールは、オイ
ルの清浄及び冷却のための高価な装置を必要としない。
【０００３】静力学及び流体力学の組合せ型ガスシール
のための最初の作動概念の１つはＧａｒｄｎｅｒに対す
る米国特許第３４９９６５３号中で論述されていた。こ
のシールは、ガス圧が静力学的分離を提供し回転がシー
ル面の流動力学的分離を提供できるようにするらせん溝
パターンを、シール面の一方に有している。Ｓｅｄｙに
対する米国特許第４２１２４７５号及びＮｅｔｚｅｌ他
に対する第４７６８７９０号は、らせん溝ガスシールの
改良及び改善について論述している。
のための最初の作動概念の１つはＧａｒｄｎｅｒに対す
る米国特許第３４９９６５３号中で論述されていた。こ
のシールは、ガス圧が静力学的分離を提供し回転がシー
ル面の流動力学的分離を提供できるようにするらせん溝
パターンを、シール面の一方に有している。Ｓｅｄｙに
対する米国特許第４２１２４７５号及びＮｅｔｚｅｌ他
に対する第４７６８７９０号は、らせん溝ガスシールの
改良及び改善について論述している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら乾燥作動
式ガスシールは、最適常態に至らない性能分野をいくつ
か有する。第１に、シールがより薄いガスフィルム上に
載り回転するリングの面上のはみ出しを追跡できるよう
にするには、回転中のシール面の動的追跡の改善が必要
とされる。回転リングの面上のはみ出しは標準的には
０．０００７から０．００３０インチＴ．Ｉ．Ｒ．であ
り、これはシール面が載っている１００乃至３００マイ
クロインチのガスフィルムよりもはるかに大きい。従っ
て、回転するリング上の合計はみ出し量をフォローする
ためにシール面が回転斜板作用しすなわちシール面内で
の２本の軸を中心とする回転移動をとり込むことができ
ることが極めて重要である。動的追跡と呼ばれるのは、
回転斜板作用をとり込むこの能力なのである。シール面
の動力追跡能力は、「Ｏ」リングの力によってシールリ
ング上に与えられる抗力及び軸方向に可動な固定シール
構造の質量により左右される。
式ガスシールは、最適常態に至らない性能分野をいくつ
か有する。第１に、シールがより薄いガスフィルム上に
載り回転するリングの面上のはみ出しを追跡できるよう
にするには、回転中のシール面の動的追跡の改善が必要
とされる。回転リングの面上のはみ出しは標準的には
０．０００７から０．００３０インチＴ．Ｉ．Ｒ．であ
り、これはシール面が載っている１００乃至３００マイ
クロインチのガスフィルムよりもはるかに大きい。従っ
て、回転するリング上の合計はみ出し量をフォローする
ためにシール面が回転斜板作用しすなわちシール面内で
の２本の軸を中心とする回転移動をとり込むことができ
ることが極めて重要である。動的追跡と呼ばれるのは、
回転斜板作用をとり込むこの能力なのである。シール面
の動力追跡能力は、「Ｏ」リングの力によってシールリ
ング上に与えられる抗力及び軸方向に可動な固定シール
構造の質量により左右される。
【０００５】従来のガスシールにおいては「Ｏ」リング
は固定シールリングと固定シールリングキャリヤの間に
置かれ、シールシングは標準的にカーボングラファイ
ト、炭化ケイ素及び炭化タングステンといった熱膨張率
の低い材料で作られている。このような従来のガスシー
ル内のリングキャリヤは、ステンレス鋼、Ｉｎｃｏｎｅ
ｌ ６２５その他の優れた腐食耐性、温度耐性及び所要
強度を有する金属で作られている。キャリヤを形成して
いるこれらの金属は、標準的なシールリング材料の約３
倍の熱膨張率を有する。
は固定シールリングと固定シールリングキャリヤの間に
置かれ、シールシングは標準的にカーボングラファイ
ト、炭化ケイ素及び炭化タングステンといった熱膨張率
の低い材料で作られている。このような従来のガスシー
ル内のリングキャリヤは、ステンレス鋼、Ｉｎｃｏｎｅ
ｌ ６２５その他の優れた腐食耐性、温度耐性及び所要
強度を有する金属で作られている。キャリヤを形成して
いるこれらの金属は、標準的なシールリング材料の約３
倍の熱膨張率を有する。
【０００６】シールリングは固定ハウジング内に載置さ
れ、シールリングと釣合直径の間の熱膨張差を補償する
のに用いられるクリヤランスとシールリングをセンタリ
ングするのに役立つ金属の釣合直径の上に載置される。
４，６２５インチの釣合直径をもつシールの場合、０．
００１５インチ乃至０．０１９インチの直径方向クリヤ
ランスが一般的である。作動中、シールアセンブリは熱
くなり、最高３５０°Ｆから４００°Ｆという温度も稀
ではない。アセンブリが加熱してくると、釣合直径はシ
ールリングとの関係において膨張し、次にシールリング
をセンタリングする。
れ、シールリングと釣合直径の間の熱膨張差を補償する
のに用いられるクリヤランスとシールリングをセンタリ
ングするのに役立つ金属の釣合直径の上に載置される。
４，６２５インチの釣合直径をもつシールの場合、０．
００１５インチ乃至０．０１９インチの直径方向クリヤ
ランスが一般的である。作動中、シールアセンブリは熱
くなり、最高３５０°Ｆから４００°Ｆという温度も稀
ではない。アセンブリが加熱してくると、釣合直径はシ
ールリングとの関係において膨張し、次にシールリング
をセンタリングする。
【０００７】しかしながら、釣合直径とシールリングの
間の熱膨張差は「Ｏ」リング上のつぶし力の可変性を発
生させることになる。この可変性は、「Ｏ」リングによ
り付与されたシール面の剛性（すなわち開閉を妨げる
力）が１インチあたり１０００００ポンドという高いも
のになる可能性があることから、固定シールリングの動
的追跡に不利な影響を及ぼすことになる。
間の熱膨張差は「Ｏ」リング上のつぶし力の可変性を発
生させることになる。この可変性は、「Ｏ」リングによ
り付与されたシール面の剛性（すなわち開閉を妨げる
力）が１インチあたり１０００００ポンドという高いも
のになる可能性があることから、固定シールリングの動
的追跡に不利な影響を及ぼすことになる。
【０００８】金属製「Ｏ」リングホルダと金属性キャリ
ヤの間に置くことにより「Ｏ」リング上の熱つぶし差を
無くそうとする試みがなされてきた。しかしながら、Ｎ
ｅｔｚｅｌ他の文書にあるもののようなこれらの装置は
多大な質量を有し、従ってその慣性はシール面の同形追
跡能力に不利な影響を及ぼす可能性がある。
ヤの間に置くことにより「Ｏ」リング上の熱つぶし差を
無くそうとする試みがなされてきた。しかしながら、Ｎ
ｅｔｚｅｌ他の文書にあるもののようなこれらの装置は
多大な質量を有し、従ってその慣性はシール面の同形追
跡能力に不利な影響を及ぼす可能性がある。
【０００９】動的追跡のもう１つの問題は、高速シャフ
ト上のシールリングキャリヤの設置に関係するものであ
る。標準的に、回転リングキャリヤとは異なる熱膨張率
をもつシャフト自体のためには４３４０といった合金が
用いられる。固定シールリングキャリヤの間の熱膨張差
ほど大きくはないものの、シャフト上の回転シールリン
グキャリヤのゆるみは、回転速度が高い故に一層関心の
的となる。標準的に、ステンレス鋼の回転リングキャリ
ヤを伴う４３４０の４．００インチのシャフトの場合、
４００°Ｆで約０００３インチのゆるみは熱膨張の差と
いう結果をもたらす。１６０００ｒ．ｐ．ｍ．の標準的
回転シャフト速度では、１０ポンドのキャリヤは２１８
ポンドの遠心不平衡力を作り出す。
ト上のシールリングキャリヤの設置に関係するものであ
る。標準的に、回転リングキャリヤとは異なる熱膨張率
をもつシャフト自体のためには４３４０といった合金が
用いられる。固定シールリングキャリヤの間の熱膨張差
ほど大きくはないものの、シャフト上の回転シールリン
グキャリヤのゆるみは、回転速度が高い故に一層関心の
的となる。標準的に、ステンレス鋼の回転リングキャリ
ヤを伴う４３４０の４．００インチのシャフトの場合、
４００°Ｆで約０００３インチのゆるみは熱膨張の差と
いう結果をもたらす。１６０００ｒ．ｐ．ｍ．の標準的
回転シャフト速度では、１０ポンドのキャリヤは２１８
ポンドの遠心不平衡力を作り出す。
【００１０】シャフト上のキャリヤの付加的なゆるみは
遠心膨張のせいで発生する。中空スリーブが中実スリー
ブに比べはるかに速い速度で遠心力により膨張するとい
うのは、周知のことである。この要因は、高速において
ゆるみの度合いを増大させる。１６０００ｒｐｍで同じ
４．００インチのシャフトの場合、０．００１５インチ
から０．００２インチの付加的なゆるみが見られる。
遠心膨張のせいで発生する。中空スリーブが中実スリー
ブに比べはるかに速い速度で遠心力により膨張するとい
うのは、周知のことである。この要因は、高速において
ゆるみの度合いを増大させる。１６０００ｒｐｍで同じ
４．００インチのシャフトの場合、０．００１５インチ
から０．００２インチの付加的なゆるみが見られる。
【００１１】当該技術分野においては、熱及び遠心力の
効果によるゆるみを無くすため回転シャフト上にシール
キャリヤを固定するのに、焼きばめが往々にして用いら
れてきた。しかしながら焼きばめは数多くの場合におい
てシールアセンブリの設置及び除去をきわめて困難にす
る。
効果によるゆるみを無くすため回転シャフト上にシール
キャリヤを固定するのに、焼きばめが往々にして用いら
れてきた。しかしながら焼きばめは数多くの場合におい
てシールアセンブリの設置及び除去をきわめて困難にす
る。
【００１２】ガスシールの性能についての改善が望まし
いもう１つの分野は、ガスフィルムの厚みに関するもの
である。従来のらせん溝ガスシールは、らせん溝が提供
する大きなポンプ送り力のため静力学的（すなわち回転
する）作動の間でガスフィルム厚の大きな差を呈する傾
向をもつ。高い回転速度でのフィルムの厚みが大きくな
ればなるほど、他の場合に望まれるものよりも大きい漏
れが−ル面を横切って可能となる。
いもう１つの分野は、ガスフィルムの厚みに関するもの
である。従来のらせん溝ガスシールは、らせん溝が提供
する大きなポンプ送り力のため静力学的（すなわち回転
する）作動の間でガスフィルム厚の大きな差を呈する傾
向をもつ。高い回転速度でのフィルムの厚みが大きくな
ればなるほど、他の場合に望まれるものよりも大きい漏
れが−ル面を横切って可能となる。
【００１３】現行のガスシール設計における部分最適性
能の最後の分野は、従来のガスシールにおいて存在する
安全上の問題に関するものである。従来のシールは、回
転シールリングキャリヤからシールリング内へと通過す
るピンを用いて回転シールリングを保持する。ピンは、
回転シールリング内での大きな応力集中をひき起こしリ
ングを破損に導く可能性がある。その上、従来のガスシ
ール設計においてこの問題は、万一破局的故障が怒った
場合に回転シールリングにはいかなる保持構造もないと
いうことによってさらに重大なものになっている。最高
１６０００ｒｐｍの運転速度で、破損したリングは、そ
れが中で作動している機械に対する大きな損差ならびに
修理のための高価な動作不可能時間を引き起こす可能性
がある。
能の最後の分野は、従来のガスシールにおいて存在する
安全上の問題に関するものである。従来のシールは、回
転シールリングキャリヤからシールリング内へと通過す
るピンを用いて回転シールリングを保持する。ピンは、
回転シールリング内での大きな応力集中をひき起こしリ
ングを破損に導く可能性がある。その上、従来のガスシ
ール設計においてこの問題は、万一破局的故障が怒った
場合に回転シールリングにはいかなる保持構造もないと
いうことによってさらに重大なものになっている。最高
１６０００ｒｐｍの運転速度で、破損したリングは、そ
れが中で作動している機械に対する大きな損差ならびに
修理のための高価な動作不可能時間を引き起こす可能性
がある。
【００１４】本発明の目的は、改良型ガスシールを提供
することにある。もう１つの目的は、より薄いガスフィ
ルム上で作動し漏れが一層少ないシールを提供すること
にある。本発明のさらにもう１つの目的は、シール面の
増大した動的追跡能能力を提供することにある。本発明
のさらにもう１つの目的は、回転シールリングを保持す
るためのより優れたより安全な手段を提供することにあ
る。
することにある。もう１つの目的は、より薄いガスフィ
ルム上で作動し漏れが一層少ないシールを提供すること
にある。本発明のさらにもう１つの目的は、シール面の
増大した動的追跡能能力を提供することにある。本発明
のさらにもう１つの目的は、回転シールリングを保持す
るためのより優れたより安全な手段を提供することにあ
る。
【００１５】本発明のその他の目的及び利点は、一部分
以下の説明中に記載されており、一部分はこの説明から
明らかになると思われ、或いは又本発明を実践すること
によって学習できるものである。本発明の目的及び利点
は、冒頭の特許請求の範囲において特に指摘されている
要素及び組合せを用いて実現、達成される。
以下の説明中に記載されており、一部分はこの説明から
明らかになると思われ、或いは又本発明を実践すること
によって学習できるものである。本発明の目的及び利点
は、冒頭の特許請求の範囲において特に指摘されている
要素及び組合せを用いて実現、達成される。
【００１６】
【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ため又、本発明の目的に沿って、本発明には、壁を有す
る環状ポケットを持ち機械本体にとりつけられた固定シ
ールリングキャリヤと、固定シールリングキャリヤのポ
ケット内に保持された固定シールリング；壁を有する環
状ポケットをもちシャフトの固定された形で取りつけら
れている回転シールリングキャリヤと、固定シールリン
グに近接して保持されたシール面をもち回転シールリン
グキャリヤのポケット内に保持された回転シールリング
と、ならびに平均５度乃至１５度の角度をもち回転シー
ルリングのシール面上に形成された溝を含む、機械本体
内でシャフトに沿って密封するための乾燥作動式ガスシ
ールが含まれている。
ため又、本発明の目的に沿って、本発明には、壁を有す
る環状ポケットを持ち機械本体にとりつけられた固定シ
ールリングキャリヤと、固定シールリングキャリヤのポ
ケット内に保持された固定シールリング；壁を有する環
状ポケットをもちシャフトの固定された形で取りつけら
れている回転シールリングキャリヤと、固定シールリン
グに近接して保持されたシール面をもち回転シールリン
グキャリヤのポケット内に保持された回転シールリング
と、ならびに平均５度乃至１５度の角度をもち回転シー
ルリングのシール面上に形成された溝を含む、機械本体
内でシャフトに沿って密封するための乾燥作動式ガスシ
ールが含まれている。
【００１７】本発明の目的を達成するため、又本発明の
目的に沿って、本書で実施され広範に説明されているよ
うに、該シールにはさらに、回転シールリングから軸方
向に離れて固定シールリングの一部分の中に形成された
環状ノッチと、軸方向に平行な部分及び、切欠き内に延
びている軸方向に直交する部分を有するインサートと、
固定シールリングキャリヤ内のポケットの壁の１つと軸
方向に直交する部分の間に配置された「Ｏ」リングとが
含まれる。
目的に沿って、本書で実施され広範に説明されているよ
うに、該シールにはさらに、回転シールリングから軸方
向に離れて固定シールリングの一部分の中に形成された
環状ノッチと、軸方向に平行な部分及び、切欠き内に延
びている軸方向に直交する部分を有するインサートと、
固定シールリングキャリヤ内のポケットの壁の１つと軸
方向に直交する部分の間に配置された「Ｏ」リングとが
含まれる。
【００１８】本発明の目的を達成するため又、本発明の
目的に沿って、本書中に実施され広範囲に説明されてい
るように、このシールにはさらに、回転シールリングキ
ャリヤの壁のうち半径方向内側の壁の中に形成された環
状溝ならびに溝の中に配置されたフィンガースプリンク
が含まれている。
目的に沿って、本書中に実施され広範囲に説明されてい
るように、このシールにはさらに、回転シールリングキ
ャリヤの壁のうち半径方向内側の壁の中に形成された環
状溝ならびに溝の中に配置されたフィンガースプリンク
が含まれている。
【００１９】以上の概略的説明及び以下の詳述は共に例
示かつ説明を目的とするものにすぎず、本発明を制限す
るものではない。以下添付図面を参照して本発明の実施
例について説明する。
示かつ説明を目的とするものにすぎず、本発明を制限す
るものではない。以下添付図面を参照して本発明の実施
例について説明する。
【００２０】
【実施例】ここで現在好まれる本発明の実施態様を詳細
に見て行こう。添付図面にはその一例が示されている。
可能なかぎり図面全体を通して同じ又は類似の部分に関
しては同じ参照番号が用いられる。
に見て行こう。添付図面にはその一例が示されている。
可能なかぎり図面全体を通して同じ又は類似の部分に関
しては同じ参照番号が用いられる。
【００２１】図１は、機械本体１４にとりつけられた固
定シールリングアセンブリ１２及び回転シャフト１８に
とりつけられた回転シールリングアセンブリ１６を含
む、全体に１０という番号で表わされた乾燥作動式ガス
シールを示している。このガスシールは、シールの半径
方向内側上の低圧部域（図１中「Ｌｐ」として示す）か
らシールの半径方向外側上にプロセスガス（図１中「Ｈ
ｐ」として示す）を密封するのに用いられる。
定シールリングアセンブリ１２及び回転シャフト１８に
とりつけられた回転シールリングアセンブリ１６を含
む、全体に１０という番号で表わされた乾燥作動式ガス
シールを示している。このガスシールは、シールの半径
方向内側上の低圧部域（図１中「Ｌｐ」として示す）か
らシールの半径方向外側上にプロセスガス（図１中「Ｈ
ｐ」として示す）を密封するのに用いられる。
【００２２】固定シールリングアセンブリ１２は、通常
カーボングラファイトで作られている固定シールリング
２０を含んでいる。固定シールリングは半径方向内側の
背面部分の中に形成された環状切欠き２２を有する。
カーボングラファイトで作られている固定シールリング
２０を含んでいる。固定シールリングは半径方向内側の
背面部分の中に形成された環状切欠き２２を有する。
【００２３】環状ポケット２６の中に固定シールリング
を保持する固定シールリングハウジング２４は、好まし
くはＩｎｃｏｎｅｌ ６２５又はステンレス鋼で作られ
ている。ポケットは、裏返し又はその他の当該分野では
周知の方法により形成されうる。一連の穴２８がポケッ
ト２６の底面にあけられる。バネ３０がこれらのせん孔
内にはめ込まれ、シールが圧縮を受けていないときにシ
ール面３２を回転シールリングアセンブリと係合させる
のにこのバネが役立つ。
を保持する固定シールリングハウジング２４は、好まし
くはＩｎｃｏｎｅｌ ６２５又はステンレス鋼で作られ
ている。ポケットは、裏返し又はその他の当該分野では
周知の方法により形成されうる。一連の穴２８がポケッ
ト２６の底面にあけられる。バネ３０がこれらのせん孔
内にはめ込まれ、シールが圧縮を受けていないときにシ
ール面３２を回転シールリングアセンブリと係合させる
のにこのバネが役立つ。
【００２４】本発明に従うと、Ｏリングにより固定シー
ルリング上に加えられる抗力を最小限にしかくして動的
追跡能力を高めるようなＯリングホルダーが固定シール
リングアセンブリ内に内蔵されている。アセンブリ１２
は、Ｏリングホルダー３４及びＯリング３６を含む。図
２は、ホルダー３４の拡大図を示している。このホルダ
ーは、固定シールリング２０と固定シールリングキャリ
ヤ２４の穴の間にバネ３０を案内する目的で円形ポケッ
ト３９を内含している。ホルダー３４は、ホルダーの剛
性を高め厚みを低減できるようにするようなＴ字形の断
面を有する。図示されているように、Ｔ字形のＯリング
ホルダーには、バネ３０が作用する軸方向に直交する部
分とこの直交部分に対し垂直で切欠き２２の中に延びる
軸方向に平行な部分が含まれる。このＴ字形状により、
質量及び運動量を軽減することならびに動的追跡を改善
することが可能となる。
ルリング上に加えられる抗力を最小限にしかくして動的
追跡能力を高めるようなＯリングホルダーが固定シール
リングアセンブリ内に内蔵されている。アセンブリ１２
は、Ｏリングホルダー３４及びＯリング３６を含む。図
２は、ホルダー３４の拡大図を示している。このホルダ
ーは、固定シールリング２０と固定シールリングキャリ
ヤ２４の穴の間にバネ３０を案内する目的で円形ポケッ
ト３９を内含している。ホルダー３４は、ホルダーの剛
性を高め厚みを低減できるようにするようなＴ字形の断
面を有する。図示されているように、Ｔ字形のＯリング
ホルダーには、バネ３０が作用する軸方向に直交する部
分とこの直交部分に対し垂直で切欠き２２の中に延びる
軸方向に平行な部分が含まれる。このＴ字形状により、
質量及び運動量を軽減することならびに動的追跡を改善
することが可能となる。
【００２５】図１に示されているように、Ｏリングホル
ダーは切欠き２２の中に延び、固定シールリング２０が
Ｏリング３６と軸方向に重なり合いかくしてアセンブリ
の軸方向のコンパクトさを改善することができるように
している。その上、このＯリングホルダーは、動的追跡
を改善する。Ｏリングは、同じ又はほぼ同じ熱膨張率を
もつ２つの金属セクションの間で半径方向につぶされ
る。好ましい一実施態様においては、Ｏリングホルダー
３４及びシールリングハウジング２４は同じ又は類似の
金属で作られている。従って金属部品の熱膨張は、Ｏリ
ングの半径方向のつぶしに変化をひきおこさない。従っ
て、標準的にＯリング断面積の４％乃至７％の非常に軽
い初期半径方向つぶしを用いることができる。かくして
固定シールリングに対しＯリングホルダーが与えた軸方
向抗力が減り、動的追跡能力は高まる。
ダーは切欠き２２の中に延び、固定シールリング２０が
Ｏリング３６と軸方向に重なり合いかくしてアセンブリ
の軸方向のコンパクトさを改善することができるように
している。その上、このＯリングホルダーは、動的追跡
を改善する。Ｏリングは、同じ又はほぼ同じ熱膨張率を
もつ２つの金属セクションの間で半径方向につぶされ
る。好ましい一実施態様においては、Ｏリングホルダー
３４及びシールリングハウジング２４は同じ又は類似の
金属で作られている。従って金属部品の熱膨張は、Ｏリ
ングの半径方向のつぶしに変化をひきおこさない。従っ
て、標準的にＯリング断面積の４％乃至７％の非常に軽
い初期半径方向つぶしを用いることができる。かくして
固定シールリングに対しＯリングホルダーが与えた軸方
向抗力が減り、動的追跡能力は高まる。
【００２６】表面の間に全く摩擦がないように、又ホル
ダーがシールリングを引張り続けることができないよう
に、Ｏリングホルダー３４の軸方向に平行な部分の外側
壁と固定シールリング２０の切欠き２２の壁の間には、
小さなクリヤランスが設けられる。Ｏリング３６はホル
ダー３４及びハウジング２４の間で半径方向につぶさ
れ、ホルダーを所定の位置に効果的に保持し、このホル
ダーをシールリングから間隔どりされた状態に保つ。従
って、回転リングアセンブリ１６のいかなる軸方向振動
又ははみ出しに対しても、固定シールリングは自由に前
方に動くことができ、比較的高いものであるＯリングの
力又は摩擦によって軸方向に拘束されることはない。実
験によると、４．００インチの釣合直径を有するシール
の場合、１０００ｐｓｉｇのつぶし圧力でＯリングは１
インチあたり１００・０００ポンド以上の剛性を示すこ
とができる。従って０．００２インチだけＯリングが動
くには、約２００ポンドの力が必要であり、これは、本
発明においてそうであるようにこの力から隔離されてい
るのでないかぎり、シールリングの動的追跡を著しく制
限する可能性がある。軸方向のＯリングの制動力も同様
に極めて大きく、１インチあたり１０乃至２５ポンド秒
という値が標準的である。高速シールの制動に打ち克つ
ための力は剛性に打ち克つための力とほぼ同であり、従
ってシールリングからのこれらの力の隔離も同様に本発
明の重要な利点である。
ダーがシールリングを引張り続けることができないよう
に、Ｏリングホルダー３４の軸方向に平行な部分の外側
壁と固定シールリング２０の切欠き２２の壁の間には、
小さなクリヤランスが設けられる。Ｏリング３６はホル
ダー３４及びハウジング２４の間で半径方向につぶさ
れ、ホルダーを所定の位置に効果的に保持し、このホル
ダーをシールリングから間隔どりされた状態に保つ。従
って、回転リングアセンブリ１６のいかなる軸方向振動
又ははみ出しに対しても、固定シールリングは自由に前
方に動くことができ、比較的高いものであるＯリングの
力又は摩擦によって軸方向に拘束されることはない。実
験によると、４．００インチの釣合直径を有するシール
の場合、１０００ｐｓｉｇのつぶし圧力でＯリングは１
インチあたり１００・０００ポンド以上の剛性を示すこ
とができる。従って０．００２インチだけＯリングが動
くには、約２００ポンドの力が必要であり、これは、本
発明においてそうであるようにこの力から隔離されてい
るのでないかぎり、シールリングの動的追跡を著しく制
限する可能性がある。軸方向のＯリングの制動力も同様
に極めて大きく、１インチあたり１０乃至２５ポンド秒
という値が標準的である。高速シールの制動に打ち克つ
ための力は剛性に打ち克つための力とほぼ同であり、従
ってシールリングからのこれらの力の隔離も同様に本発
明の重要な利点である。
【００２７】新しいＯリングホルダーの設計は、もう１
つの有利な特徴を提供している。回転するシールリング
アセンブリの動きに対応するため固定シールリング２０
が前進しかくしてＯリングをわずかに離隔させた場合、
ガスはＯリングホルダーとシールリングの背面の間をＯ
リングを少し越えて流れることになる。このガスの流れ
と結びついて圧力降下が起こり、かくして軸方向に静力
学的圧力差が生じ、これによりＯリングホルダー及びＯ
リングはほぼ瞬間的に前方に動かされシールリングの軸
方向の動きをフォローすることになる。この利用可能な
力の大きさは、かなりの時間中Ｏリングと固定シールリ
ングの間には著しい離隔が全くなくなるようなものであ
る。
つの有利な特徴を提供している。回転するシールリング
アセンブリの動きに対応するため固定シールリング２０
が前進しかくしてＯリングをわずかに離隔させた場合、
ガスはＯリングホルダーとシールリングの背面の間をＯ
リングを少し越えて流れることになる。このガスの流れ
と結びついて圧力降下が起こり、かくして軸方向に静力
学的圧力差が生じ、これによりＯリングホルダー及びＯ
リングはほぼ瞬間的に前方に動かされシールリングの軸
方向の動きをフォローすることになる。この利用可能な
力の大きさは、かなりの時間中Ｏリングと固定シールリ
ングの間には著しい離隔が全くなくなるようなものであ
る。
【００２８】図１のガスシールにおいては、回転シール
アセンブリ１６は回転シールリング３８及びシールリン
グを保持するための回転シールキャリヤ４０を有してい
る。回転シールリングは標準的には炭化ケイ素で作られ
ている。図３を見ればわかるように、回転シールリング
アセンブリ内の回転シールリングの面の上にはらせん溝
４２が形成されている。この溝は、シール面を分離する
ため静力学的力と流体力学的力の両方を提供するのに役
立つ。圧縮ガスに露出された場合、ガスは溝の中に入り
開放力を与える。この開放力は、シール面を閉じる傾向
をもつシールリングの背面上に作用するガス圧によって
平衝化される。図４は、シール面間のクリアランスの関
数としての非回転シール上の静力学的力を表わしてい
る。シャフトがひとたび回転し始めると、溝は、シール
面を横切る圧力及び圧力変動を増大させかくして静力学
的力に比べ開放力を増加させるようなポンプ送り機能を
果たす。図５は、シール面のさまざまなクリアランスの
ための標準的な流体力学的圧力縦断面図を示している。
アセンブリ１６は回転シールリング３８及びシールリン
グを保持するための回転シールキャリヤ４０を有してい
る。回転シールリングは標準的には炭化ケイ素で作られ
ている。図３を見ればわかるように、回転シールリング
アセンブリ内の回転シールリングの面の上にはらせん溝
４２が形成されている。この溝は、シール面を分離する
ため静力学的力と流体力学的力の両方を提供するのに役
立つ。圧縮ガスに露出された場合、ガスは溝の中に入り
開放力を与える。この開放力は、シール面を閉じる傾向
をもつシールリングの背面上に作用するガス圧によって
平衝化される。図４は、シール面間のクリアランスの関
数としての非回転シール上の静力学的力を表わしてい
る。シャフトがひとたび回転し始めると、溝は、シール
面を横切る圧力及び圧力変動を増大させかくして静力学
的力に比べ開放力を増加させるようなポンプ送り機能を
果たす。図５は、シール面のさまざまなクリアランスの
ための標準的な流体力学的圧力縦断面図を示している。
【００２９】図４及び図５に示されているように、シー
ル面間の間隙が閉じられるにつれて、面を分離するのに
利用できる力及び圧力は増大する。間隙が開くにつれ
て、面を分離するのに利用できる力及び圧力は減少す
る。従って、シール面は、開放力と閉鎖力の間の力の平
衝に必要とされるクリアランスの前後で動くクリアラン
スを保持することになる。標準的な力と離隔の関係を表
わす曲線は図６に示されている。シールの作動中に得ら
れた定常状態クリアランスは、開き力（実線）と閉じ力
（破線）が交差する点によって示されている。図６を見
るとわかるように、交差が起こるクリアランンスは、シ
ャフトの回転速度の増大につれて増加する。さらに定常
状態クリアランスを超えたシール面の閉鎖に抵抗するた
めに利用できる力は、定常状態クリアランスを超えたシ
ール面の開放に抵抗するために利用できる力よりもはる
かに大きい。
ル面間の間隙が閉じられるにつれて、面を分離するのに
利用できる力及び圧力は増大する。間隙が開くにつれ
て、面を分離するのに利用できる力及び圧力は減少す
る。従って、シール面は、開放力と閉鎖力の間の力の平
衝に必要とされるクリアランスの前後で動くクリアラン
スを保持することになる。標準的な力と離隔の関係を表
わす曲線は図６に示されている。シールの作動中に得ら
れた定常状態クリアランスは、開き力（実線）と閉じ力
（破線）が交差する点によって示されている。図６を見
るとわかるように、交差が起こるクリアランンスは、シ
ャフトの回転速度の増大につれて増加する。さらに定常
状態クリアランスを超えたシール面の閉鎖に抵抗するた
めに利用できる力は、定常状態クリアランスを超えたシ
ール面の開放に抵抗するために利用できる力よりもはる
かに大きい。
【００３０】シール面を横切っての漏れはシールが作動
するクリアランスを減少させることによって低減され
る。従って、図６を参照すると、静力学的（非回転）及
び流体力学的（回転）作用クリアランスの差を減少させ
ることが望ましい。
するクリアランスを減少させることによって低減され
る。従って、図６を参照すると、静力学的（非回転）及
び流体力学的（回転）作用クリアランスの差を減少させ
ることが望ましい。
【００３１】本発明に従うと、これらのクリアランス間
の差は、溝のパラメータの最適化によって減少させられ
る。最大のポンプ送り作用は、図３に示されているよう
な平均溝角度が約３０度である場合に起こる。ポンプ送
り作用が大きくなればなるほど、静力学的開放力に比べ
て付加的な流体力学的開放力は大きくなる。従って、最
適なポンプ送り角度にないらせん溝角度ｄを選択するこ
とによって流体力学的開放力と静力学的開放力の差を低
減することが望ましい。従って、５度乃至１５度の範囲
内の低い角度又は６０度乃至８５度の範囲の高い角度が
望ましい。高い角度はシールの２方向性を改善するとい
う付加的な利点を有する。これらの溝角度は、溝がシー
ル面の５０％から７０％にわたりシールの外周から延び
ている場合に極めてうまく機能するはずである。
の差は、溝のパラメータの最適化によって減少させられ
る。最大のポンプ送り作用は、図３に示されているよう
な平均溝角度が約３０度である場合に起こる。ポンプ送
り作用が大きくなればなるほど、静力学的開放力に比べ
て付加的な流体力学的開放力は大きくなる。従って、最
適なポンプ送り角度にないらせん溝角度ｄを選択するこ
とによって流体力学的開放力と静力学的開放力の差を低
減することが望ましい。従って、５度乃至１５度の範囲
内の低い角度又は６０度乃至８５度の範囲の高い角度が
望ましい。高い角度はシールの２方向性を改善するとい
う付加的な利点を有する。これらの溝角度は、溝がシー
ル面の５０％から７０％にわたりシールの外周から延び
ている場合に極めてうまく機能するはずである。
【００３２】低角度の溝については、コンピュータシミ
ュレーションが行なわれた。第１の実施態様において
は、溝は、内径４８の方に向かってシール面を横切り全
行程の５６％だけシール面４６の外径４４から延びてい
た。シール面の残りの部分は、図３に示されているダム
５０を構成していた。溝の深さは３００マイクロインチ
で、平均溝角度は７度であった。１５００ｐｓｉｇにお
いては、図７に示すように５０００ｒｐｍでの定常状態
クリアランスは４５マイクロインチであり、１６０００
ｒｐｍでは約６０マイクロインチであった。５０００ｒ
ｐｍでの漏れは約０．４ｓｃｆｍ、１６０００ｒｐｍで
の漏れは約０．９ｓｃｆｍであった。
ュレーションが行なわれた。第１の実施態様において
は、溝は、内径４８の方に向かってシール面を横切り全
行程の５６％だけシール面４６の外径４４から延びてい
た。シール面の残りの部分は、図３に示されているダム
５０を構成していた。溝の深さは３００マイクロインチ
で、平均溝角度は７度であった。１５００ｐｓｉｇにお
いては、図７に示すように５０００ｒｐｍでの定常状態
クリアランスは４５マイクロインチであり、１６０００
ｒｐｍでは約６０マイクロインチであった。５０００ｒ
ｐｍでの漏れは約０．４ｓｃｆｍ、１６０００ｒｐｍで
の漏れは約０．９ｓｃｆｍであった。
【００３３】第２の実施態様においては、平均溝角度は
１５度であり、溝はシール面の６０％にわたり延び、溝
の深さは３５０マイクロインチであった。１３００ｐｓ
ｉｇでは、シール面は図８に示す通り５０００ｒｐｍで
約９０マイクロインチ、１６０００ｒｐｍで約１４０マ
イクロインチのクリアランスを有している。１３００ｐ
ｓｉｇ、５０００ｒｐｍでの漏れは約１．５ｓｃｆｍで
あり、１６０００ｒｐｍでの漏れは約６．０ｓｃｆｍで
あった。
１５度であり、溝はシール面の６０％にわたり延び、溝
の深さは３５０マイクロインチであった。１３００ｐｓ
ｉｇでは、シール面は図８に示す通り５０００ｒｐｍで
約９０マイクロインチ、１６０００ｒｐｍで約１４０マ
イクロインチのクリアランスを有している。１３００ｐ
ｓｉｇ、５０００ｒｐｍでの漏れは約１．５ｓｃｆｍで
あり、１６０００ｒｐｍでの漏れは約６．０ｓｃｆｍで
あった。
【００３４】本発明に従うと、シール内には回転シール
リングキャリヤ内に回転シールリングを保持するための
装置が具備されている。図９を見ると最も良くわかるよ
うに、本発明に基づく回転シールリングキャリヤ４０は
環状で、回転シールリング３８をとり囲む壁のついたポ
ケット５２を有している。さらに、回転シールリングの
上にポケットの外壁に対してポケット内にＬ字形の断面
形状をもつ環状ばねクリップがプレスばめ（圧入）され
ている。このＬ字形ばねクリップは、回転シールリング
内に形成された溝５８（図３に示す）にはめ合う半径方
向内側に突出した歯５６を有している。Ｌ字形クリップ
の一部分は回転シールリングの外側縁部内に形成された
切欠き６０全体にわたり延びている。このクリップはポ
ケット５２の背面に置かれた「Ｏ」リング６２に対して
シールリングを押しつけるのに役立つ。歯５６は、回転
シールリングが回転シールリングキャリヤ内で回転しな
いようにする歯式駆動を提供する。これに加えて、ポケ
ット及びＬ字形ばねクリップは、回転シールリングがポ
ケットから外れ機械を損傷しないようにすることによっ
て、破局的な故障が万一起った場合に回転シールリング
を保持する方法を提供している。従って、回転シールリ
ングが故障した場合、シールを交換するだけでよく、機
械の部品の修理は不要である。
リングキャリヤ内に回転シールリングを保持するための
装置が具備されている。図９を見ると最も良くわかるよ
うに、本発明に基づく回転シールリングキャリヤ４０は
環状で、回転シールリング３８をとり囲む壁のついたポ
ケット５２を有している。さらに、回転シールリングの
上にポケットの外壁に対してポケット内にＬ字形の断面
形状をもつ環状ばねクリップがプレスばめ（圧入）され
ている。このＬ字形ばねクリップは、回転シールリング
内に形成された溝５８（図３に示す）にはめ合う半径方
向内側に突出した歯５６を有している。Ｌ字形クリップ
の一部分は回転シールリングの外側縁部内に形成された
切欠き６０全体にわたり延びている。このクリップはポ
ケット５２の背面に置かれた「Ｏ」リング６２に対して
シールリングを押しつけるのに役立つ。歯５６は、回転
シールリングが回転シールリングキャリヤ内で回転しな
いようにする歯式駆動を提供する。これに加えて、ポケ
ット及びＬ字形ばねクリップは、回転シールリングがポ
ケットから外れ機械を損傷しないようにすることによっ
て、破局的な故障が万一起った場合に回転シールリング
を保持する方法を提供している。従って、回転シールリ
ングが故障した場合、シールを交換するだけでよく、機
械の部品の修理は不要である。
【００３５】本発明に従うと、回転シールリングキャリ
ヤ内に回転シールリングとセンタリングするための装置
が具備されている。シールリングがクリアランス無しで
ポケット５２の内壁６２（すなわち釣合直径）に突き当
たった場合、通常炭化ケイ素である回転シールリング材
料と通常ステンレス鋼又はＩｎｃｏｎｅｌ６２５である
回転シールリングキャリヤ材料の間の熱膨張差が、回転
シールリングの亀裂をひきおこすことになる。従って、
本発明においては、ポケットの内壁内に環状溝６６が形
成され、この溝の中にフィンガスプリング６８が置かれ
ている。以下にさらに詳しく説明されているこのフィン
ガスプリングは、回転シールリングがシールリングキャ
リヤ内にセンタリングされ回転シールリングキャリヤが
回転シールリングとの関係において膨張するにつれてこ
のシールリングが亀裂を起こさないようにしている。
ヤ内に回転シールリングとセンタリングするための装置
が具備されている。シールリングがクリアランス無しで
ポケット５２の内壁６２（すなわち釣合直径）に突き当
たった場合、通常炭化ケイ素である回転シールリング材
料と通常ステンレス鋼又はＩｎｃｏｎｅｌ６２５である
回転シールリングキャリヤ材料の間の熱膨張差が、回転
シールリングの亀裂をひきおこすことになる。従って、
本発明においては、ポケットの内壁内に環状溝６６が形
成され、この溝の中にフィンガスプリング６８が置かれ
ている。以下にさらに詳しく説明されているこのフィン
ガスプリングは、回転シールリングがシールリングキャ
リヤ内にセンタリングされ回転シールリングキャリヤが
回転シールリングとの関係において膨張するにつれてこ
のシールリングが亀裂を起こさないようにしている。
【００３６】本発明に従うと、回転シールリングキャリ
ヤとシャフトのはめ合いを、両者間の膨張差に関わらず
維持するための手段が含まれている。ここで実施され図
１に示されているように、回転シールアセンブリ１６は
又、シャフト１８に沿ってキャリヤから延びている環状
表面７０を有する回転シールリングキャリヤ４０も含ん
でいる。半径方向内側表面は、環状表面７０の前方及び
後方に形成された一対の環状ポケット７２を有する。
ヤとシャフトのはめ合いを、両者間の膨張差に関わらず
維持するための手段が含まれている。ここで実施され図
１に示されているように、回転シールアセンブリ１６は
又、シャフト１８に沿ってキャリヤから延びている環状
表面７０を有する回転シールリングキャリヤ４０も含ん
でいる。半径方向内側表面は、環状表面７０の前方及び
後方に形成された一対の環状ポケット７２を有する。
【００３７】図１０は、フィンガスプリングを描いてい
る。このバネは好ましくはばね鋼で作られ、最大の作動
速度でキャリヤの重量に対し適切な半径方向剛性を有す
るように設計されていなければならない。この剛性は好
ましくは、単位半径方向たわみあたり遠心不均衡力の４
倍乃至５倍である。従って、最高速度でキャリヤが０．
００１インチのたわみにつき４０ポンドの半径方向遠心
不均衡力を及ぼす場合、バネ剛性は０．００１インチの
たわみにつき約１６０乃至４００ポンドでなくてはなら
ない。従って、この装置は、熱及び遠心力による膨張の
差を許容しながら、極めて正確に回転シールリングハウ
ジング４０をセンタリングすることができる。
る。このバネは好ましくはばね鋼で作られ、最大の作動
速度でキャリヤの重量に対し適切な半径方向剛性を有す
るように設計されていなければならない。この剛性は好
ましくは、単位半径方向たわみあたり遠心不均衡力の４
倍乃至５倍である。従って、最高速度でキャリヤが０．
００１インチのたわみにつき４０ポンドの半径方向遠心
不均衡力を及ぼす場合、バネ剛性は０．００１インチの
たわみにつき約１６０乃至４００ポンドでなくてはなら
ない。従って、この装置は、熱及び遠心力による膨張の
差を許容しながら、極めて正確に回転シールリングハウ
ジング４０をセンタリングすることができる。
【００３８】変形態様としては、回転リングキャリヤの
はめ合い維持手段は、図９に示されているように、回転
シールリングキャリヤ４０のバネ部分８０を含んでいて
もよい。このバネ部分は、キャリヤ内に環状アンダカッ
ト領域８２を作ることによって形成される。舌状部分８
４は、シャフトに対して圧力を加え部分８０を圧縮して
シャフトに対するバネばめを提供するのに役立つ。さら
に、バネ部分８０は一連の半径方向カット８１により多
数の弧状セクションに分断されうる。回転リングキャリ
ヤの質量の大部分はバネ部分近くにあるため、付加的な
はめ合い維持手段は全く必要とされない。
はめ合い維持手段は、図９に示されているように、回転
シールリングキャリヤ４０のバネ部分８０を含んでいて
もよい。このバネ部分は、キャリヤ内に環状アンダカッ
ト領域８２を作ることによって形成される。舌状部分８
４は、シャフトに対して圧力を加え部分８０を圧縮して
シャフトに対するバネばめを提供するのに役立つ。さら
に、バネ部分８０は一連の半径方向カット８１により多
数の弧状セクションに分断されうる。回転リングキャリ
ヤの質量の大部分はバネ部分近くにあるため、付加的な
はめ合い維持手段は全く必要とされない。
【００３９】シャフト上屁の回転シールリングキャリヤ
のはめ合いを維持するのにフィンガースプリングを用い
るかバネ部分を用いるかに関わらず、シャフトに沿って
の密封用の手段が望まれる。図９に示されている好まし
い実施態様においては、回転シールリングキャリヤの内
側表面内の溝の中に配置されている「Ｏ」リング８５が
用いられている。
のはめ合いを維持するのにフィンガースプリングを用い
るかバネ部分を用いるかに関わらず、シャフトに沿って
の密封用の手段が望まれる。図９に示されている好まし
い実施態様においては、回転シールリングキャリヤの内
側表面内の溝の中に配置されている「Ｏ」リング８５が
用いられている。
【００４０】図１に示されているように、本発明に従う
と回転シールリングキャリヤにはシャフトからの改良さ
れた断熱が具備されていて良い。断熱は、環状表面７０
内の環状アンダカット８６により達成される。このアン
ダカットにより、空気の断熱層がシャフト１８とキャリ
ヤ４０の間に存在することができ、さらにシャフトとキ
ャリヤの間の接触面積を軽減することができる。かくし
て、熱伝達は減少する°
と回転シールリングキャリヤにはシャフトからの改良さ
れた断熱が具備されていて良い。断熱は、環状表面７０
内の環状アンダカット８６により達成される。このアン
ダカットにより、空気の断熱層がシャフト１８とキャリ
ヤ４０の間に存在することができ、さらにシャフトとキ
ャリヤの間の接触面積を軽減することができる。かくし
て、熱伝達は減少する°
【００４１】本発明に従うと、シール面の熱によるひず
みを軽減するため、回転シールリングを冷却するための
装置がそのカップ型保持具内に具備されている。高速高
圧で作動する本発明に基づく標準的なガスシールは、保
持器に近接するガス内で約４００°Ｆの温度に達する可
能性がある。実際のシールリングは、保持具により幾分
か断熱されているためさらに高温になりうる。図９に示
されているように、冷却用装置は回転シールリングキャ
リヤ４０内の一連の穴７６から成る。これらの穴は、回
転平面から３５°乃至４５°の角度で回転方向に向けて
傾いている。この方向性はガスを回転シールリングの背
面内及びそのまわりにポンプ送りし、回転シールリング
キャリヤの側に具備されている通気孔９８から送り出
す。好ましくは、１／４乃至３／８インチの直径の円形
断面をもつ６乃至８個の穴が具備されている。代表的に
はＬ字形ばねクリップ５４の軸方向に直交する部分内に
排気用開口部が具備されてもよい。
みを軽減するため、回転シールリングを冷却するための
装置がそのカップ型保持具内に具備されている。高速高
圧で作動する本発明に基づく標準的なガスシールは、保
持器に近接するガス内で約４００°Ｆの温度に達する可
能性がある。実際のシールリングは、保持具により幾分
か断熱されているためさらに高温になりうる。図９に示
されているように、冷却用装置は回転シールリングキャ
リヤ４０内の一連の穴７６から成る。これらの穴は、回
転平面から３５°乃至４５°の角度で回転方向に向けて
傾いている。この方向性はガスを回転シールリングの背
面内及びそのまわりにポンプ送りし、回転シールリング
キャリヤの側に具備されている通気孔９８から送り出
す。好ましくは、１／４乃至３／８インチの直径の円形
断面をもつ６乃至８個の穴が具備されている。代表的に
はＬ字形ばねクリップ５４の軸方向に直交する部分内に
排気用開口部が具備されてもよい。
【００４２】本発明に従うと、本発明に基づくガスシー
ルを複数組合わせることにより、より優れた密封性が達
成できる。図１１は、第１のシールを横切って第２のシ
ールまでの圧力のステップダウンを伴うタンデムガスシ
ールを示している。タンデムガスシール内での優れた圧
力分割を得るためには、高圧ガスに近接したシール内に
非常に薄いガスフィルムを、又第２のシール内では、こ
のシールにおけるガス圧がより低いことひいてはシール
面の接触を妨げる一層低い静力学的開放力を理由とする
幾分か厚いガスフィルムを有することが望ましい。一例
を挙げると、第１のガスシール８８は７度といった低い
溝角度を用いることができ、第２のシール９０は１５度
といったやや大きい溝角度を用いる。これらの溝パター
ンは、実施例１及び２として以上においてより詳しく説
明した。
ルを複数組合わせることにより、より優れた密封性が達
成できる。図１１は、第１のシールを横切って第２のシ
ールまでの圧力のステップダウンを伴うタンデムガスシ
ールを示している。タンデムガスシール内での優れた圧
力分割を得るためには、高圧ガスに近接したシール内に
非常に薄いガスフィルムを、又第２のシール内では、こ
のシールにおけるガス圧がより低いことひいてはシール
面の接触を妨げる一層低い静力学的開放力を理由とする
幾分か厚いガスフィルムを有することが望ましい。一例
を挙げると、第１のガスシール８８は７度といった低い
溝角度を用いることができ、第２のシール９０は１５度
といったやや大きい溝角度を用いる。これらの溝パター
ンは、実施例１及び２として以上においてより詳しく説
明した。
【００４３】圧力分割タンデムシールを用いる場合、シ
ール間のガス圧がプロセスガス圧を超えないようにする
ため玉入り送止弁が具備されなくてはならない。さらに
図１１のタンデムシールにおいては、漏れ制御シールと
して、分断カーボンシール９２が具備されている。
ール間のガス圧がプロセスガス圧を超えないようにする
ため玉入り送止弁が具備されなくてはならない。さらに
図１１のタンデムシールにおいては、漏れ制御シールと
して、分断カーボンシール９２が具備されている。
【００４４】変形態様としては、向かい合った取付け配
置の２つのガスシールの間にバッファガスを射出させて
もよい。このバッファガスは、プロセスガスが汚れてい
るか又は研磨作用をもつ場合に特に有用である。
置の２つのガスシールの間にバッファガスを射出させて
もよい。このバッファガスは、プロセスガスが汚れてい
るか又は研磨作用をもつ場合に特に有用である。
【００４５】ガスシールの設計に取り入れることのでき
る１つの安全機構は、シールに沿って排気孔近くに煙突
に至るまで含み入れられたラビリンスシール９４（図１
に示す）である。このラビリンスシールは、ガスシール
の故障が発生した場合にガスが流れるための曲がりくね
った通路を提供する。このラビリンスシールは、ガスを
廃棄するのに通す排気用煙突の流量の１０分の１以下の
流量を有していなくてはならない。ガスシールの破局的
故障の場合には、高温ガスはガスシールを通してオイル
内に急進するのではなく、排気されうる。ラビリンスシ
ールが無い場合、オイル無いに入る酸素処理済のガスの
混合の結果、突然爆発が起こる可能性がある。
る１つの安全機構は、シールに沿って排気孔近くに煙突
に至るまで含み入れられたラビリンスシール９４（図１
に示す）である。このラビリンスシールは、ガスシール
の故障が発生した場合にガスが流れるための曲がりくね
った通路を提供する。このラビリンスシールは、ガスを
廃棄するのに通す排気用煙突の流量の１０分の１以下の
流量を有していなくてはならない。ガスシールの破局的
故障の場合には、高温ガスはガスシールを通してオイル
内に急進するのではなく、排気されうる。ラビリンスシ
ールが無い場合、オイル無いに入る酸素処理済のガスの
混合の結果、突然爆発が起こる可能性がある。
【００４６】当業者にとっては、本発明の範囲又は精神
から逸脱することなく本発明に基づく改良に対して及び
このシールの構成においてさまざまな変更及び修正を加
えることができるということは明らかである。当業者に
とって本発明のその他の実施態様は、ここで開示されて
いる発明の明細を検討し実践することによって明白とな
る。当該明細及び実施例は単なる一例としてみなされる
べきであり、本発明の範囲及び精神は冒頭のクレームに
示されている。
から逸脱することなく本発明に基づく改良に対して及び
このシールの構成においてさまざまな変更及び修正を加
えることができるということは明らかである。当業者に
とって本発明のその他の実施態様は、ここで開示されて
いる発明の明細を検討し実践することによって明白とな
る。当該明細及び実施例は単なる一例としてみなされる
べきであり、本発明の範囲及び精神は冒頭のクレームに
示されている。
【図１】本発明に従ったガスシールの部分断面図であ
る。
る。
【図２】本発明に基づくＯリングホルダーを示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図であ
る。
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図であ
る。
【図３】図１のシール内で用いられた状態の回転シール
リングを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−
ｂ断面図である。
リングを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−
ｂ断面図である。
【図４】静力学的開放力の図形表示図である。
【図５】流体力学的開放力の図形表示図である。
【図６】力と隙間の関係を示す標準的なグラフである。
【図７】７度のらせん溝角度の場合の力対隙間のグラフ
である。
である。
【図８】１５度のらせん溝角度の場合の力対隙間のグラ
フである。
フである。
【図９】本発明に基づく回転シールリングとキャリヤの
部分的詳細断面図である。
部分的詳細断面図である。
【図１０】フィンガスプリングを示し、（ａ）は側面
図、（ｂ）は平面図である。
図、（ｂ）は平面図である。
【図１１】本発明に従った２つのガスシールを用いたタ
ンデムシールシステムの部分断面図である。
ンデムシールシステムの部分断面図である。
１０…乾燥作動式ガスシール １２…固定シールリングアセンブリ １４…機械本体 １６…回転シールリングアセンブリ １８…回転シャフト ２０…固定シールリング ２２…環状切欠き ２４…固定シールリングハウジング ２６…環状ポケット ２８…穴 ３０…バネ ３２…シール面 ３４…Ｏリングホルダー ３６…Ｏリング ３８…回転シールリング ３９…円形ポケット ４０…回転シールリングキャリヤ ４２…らせん溝 ４６…シール面 ５２…ポケット ６８…フィンガースプリング ７０…環状表面 ８０…バネ部分
Claims (24)
- 【請求項１】 機械本体内でシャフトに沿ってガスを密
封するための乾燥作動式シールにおいて、 前記機械本体にとりつけられ、壁をもつ環状ポケットを
有する固定シールリングキャリアと、 前記固定シールリングキャリヤのポケット内に保持され
た固定シールリングと、 壁付き環状ポケットを有し 前記シャフトに固定的にと
りつけられた回転シールリングキャリヤと、 前記固定シールリングに隣接して保持されたシール面を
もち、前記回転シールリングキャリヤの前記ポケット内
に保持された回転シールリングと、 平均５度から１５度の角度をもち、前記回転シールリン
グのシール面上に形成され、シャフトの回転方向に向か
って傾斜したガス流入領域を有しかつ流動的に連絡して
いるらせん溝と、 を含むことを特徴とする乾燥作動式シール。 - 【請求項２】 前記回転シールリングから軸方向に離さ
れて前記回転シールリングの一部分の中に形成された環
状の切欠きと、前記切欠内へと延びる軸方向に直交する
部分と軸方向に平行な部分を有するインサートと、前記
固定シールリングキャリヤ内の前記ポケットの壁の１つ
と前記軸方向に直交する部分の間に配置されたＯリング
とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の乾燥
作動式シール。 - 【請求項３】 前記回転シールリングキャリヤの壁のう
ち半径方向内側に形成された環状溝と、該環状溝の中に
配置されたフィンガスプリングとをさらに含むことを特
徴とする請求項２に記載の乾燥作動式シール。 - 【請求項４】 固定シールリングアセンブリ及び回転可
能なシャフトにとりつけることのできる回転シールアセ
ンブリを有する、機械本体内でガスを密封するためのシ
ールとしての乾燥作動式シールにおいて （イ）前記回転シールリングアセンブリは次の部材を備
え、 （Ａ）一方の軸方向端部のシール面と、もう一方の軸方
向端部にある背面と、少なくとも１つの半径方向内側の
表面を有する固定シールリング、 （Ｂ）前記半径方向内側の表面に前記背面に隣接して形
成されるノッチ、 （Ｃ）前記機械本体に取りつけられ、壁をもつ環状ポケ
ットを有する固定シールリングキャリヤ、該ポケットは
底部と、半径方向内側の壁と、半径方向外側の壁とを有
し、且つ前記固定シールリングを保持し、 （Ｄ）軸方向に直交する部分及び軸方向に平行な部分を
有する環状のＯリングホルダ、該軸方向に平行な部分が
該リングキャリヤの該半径方向内側の壁と平行になり且
つ該軸方向に直交する部分が該固定シールリングの該背
面に当接するように、該ホルダは該ノッチに配置され、 （Ｅ）該Ｏリングホルダの該軸方向に平行な部分と該ポ
ケットの該内壁との間に配置されたＯリング、 （ロ）前記回転シールリングアセンブリは次の部材を備
え、 （Ａ）回転シールリングの一方の軸方向端部のシール面
ともう一費鵜の軸方向端部にある背面と少なくとも１つ
の半径方向内側の表面及び少なくとも１つの軸方向溝が
中に形成されている半径方向外側の表面を含む回転シー
ルリング、 （Ｂ）平均５度から１５度の角度をもち、前記シール面
の５０％乃至６５％を横切って半径方向内側に前記回転
シールリングのシール面の外径から延びている、前記回
転シールリングのシール面内に形成されたらせん溝、 （Ｃ）（ｉ）次の部材を含み回転シールリングキャリ
ヤ、底面、半径方向内側で軸方向に延びる壁及び半径方
向外側で軸方向に延びる壁を有し、前記回転シールリン
グを収容するために回転シールリングキャリヤ内に形成
された環状ポケット、 （ｉｉ）少なくとも１つの半径北条内側に突出する歯が
中に形成されている軸方向に平行な部分及び軸方向に直
交する部分を含み、この軸方向に平行な部分は、回転シ
ールリングキャリヤ内で前記ポケットの半径方向外側側
壁に対しプレスばめするように適合されており、前記軸
方向に直交する部分は前記シール面の外径内の環状切欠
き全体にわたり延びており、前記歯は前記回転シールリ
ング内に形成された前記溝内にはめ込まれているよう
な、環状「Ｌ字形」クリップ、 （ｉｉｉ）回転シールリングキャリヤ内に形成された前
記ポケットの内側壁内に形成された環状溝、及び （ｉｖ）前記環状溝内に位置づけされたフィンガスプリ
ング、 （Ｄ）次の部材を含むシャフト取りつけ部材、 （ｉ）拡張された環状表面はシャフト上にはめ込まれる
ように適合させられ、拡張された環状部分は前記回転シ
ールリングキャリヤをシャフト内の熱から隔離するため
シャフトに隣接するものの間隔はとられている半径方内
側表面を有しているような、前記回転シールリングキャ
リヤの拡張環状部分、及び （ｉｉ）両者間の相対的な熱及び遠心力による膨張とは
無関係に、前記シャフトに対する前記回転シールリング
キャリヤのはめ合いを維持するための手段、以上からな
る乾燥作動式シール。 - 【請求項５】 回転方向に向かって傾斜しかくしてガス
は回転シールリングが回転しているとき前記ポケット内
に引き込まれるようになっている、前記シールリングキ
ャリヤのポケットに対するガスの流動的連絡を提供する
ためこの回転リングキャリヤの底面内を通過する少なく
とも１つの通路を含む回転シールリングを冷却するため
の手段、及び前記ポケットからガスを排出させるための
手段とをさらに含んで成る請求項４に記載の乾燥作動式
シール。 - 【請求項６】 シール手段を超えて引き抜かれたガスが
流れないようにするため前記ポケットと回転シールリン
グの背面の間に、しかも前記少なくとも１本の通路の内
側に位置づけされているシール手段をさらに含んで成る
請求項５に記載の乾燥作動式シール。 - 【請求項７】 前記排気手段には前記シールリングキャ
リヤ内に形成された少なくとも１つの穴が含まれている
ことを特徴とする請求項６に記載の乾燥作動式シール。 - 【請求項８】 ハウジングに密封式にとりつけられた固
定シールリング及びシャフトに密封式にとりつけられた
回転シールを有し、リングには相対する半径方向に延び
るシール面がついているような、ガスを密封するための
らせん溝シールにおいて、シャフトの回転方向に傾いた
ガス流入領域を有しかつガスと流動的に連結しているら
せん溝が含まれていること、又この溝は前記シール面の
一方の１つの円周から半径方向に延び、平均５度乃至１
５度の角度を有しているためシャフトの回転速度に関し
選択された変動を有する定常状態クリヤランスを前記シ
ール面の間に提供していることを特徴とするらせん溝シ
ール。 - 【請求項９】 ハウジングに密封式にとりつけられた固
定シールリング及びシャフトに密封式にとりつけられた
回転シールを有し、リングには相対する半径方向に延び
るシール面がついているような、ガスを密封するための
らせん溝シールにおいて、シャフトの回転方向に傾いた
ガス流入領域を有しかつガスと流動的に連結しているら
せん溝が含まれ、さらに、この溝は前記シール面の一方
の１つの円周から半径方向に延び、平均６０度乃至８５
度の角度を有しているためシャフトの回転速度に関し選
択された変動を有する定常状態クリヤランスを前記シー
ル面の間に提供していることを特徴とするらせん溝シー
ル。 - 【請求項１０】 前記らせん溝は、前記シール面のうち
の一方の５０％から６５％を横切って延びていることを
特徴とする請求項８又は９のいずれかに記載のらせん溝
シール。 - 【請求項１１】 外径及び内径を有するシール面と、こ
のシール面の５０％乃至６５％を横切って前記内径に向
かって半径方向内側へとガスに近い外径から延び、しか
もシャフトの回転方向に向かって傾斜したガスに近い領
域ならびに５度乃至１５度の平気角度を有する、前記シ
ール面内に形成されたらせん溝とを含む、ガスを密封す
る乾燥作動式シール用の回転シールリング。 - 【請求項１２】 外径及び内径を有するシール面と、こ
のシール面の５０％乃至６５％を横切って前記内径に向
かって半径方向内側へとガスに近い外径から延び、しか
もシャフトの回転方向に向かって傾斜したガスに近い領
域ならびに６０度乃至８５度の平気角度を有する、前記
シール面内に形成されたらせん溝とを含む、ガスを密封
する乾燥作動式シール用の回転シールリング。 - 【請求項１３】 乾燥作動式ガスシール用の回転シール
リングアセンブリにおいて、 回転シールリングと回転シールリングキャリヤとからな
り、該回転シールリングキャリヤが次の部材を含む、 （Ａ）底面、半径方向内側で軸方向に延びる壁及び半径
方向外側で軸方向に延びる壁を有し、前記回転シールリ
ングを受け入れるため回転シールリングキャリヤ内に形
成された環状ポケット、及び （Ｂ）半径方向内側に突出する歯が中に形成されている
軸方向に平行な部分及び軸方向に直交する部分を有し、
この軸方向に平行な部分は回転シールリングキャリヤ内
の前記ポケットの半径方向外側壁に対しプレスばめする
ように適合され、前記軸方向に直交する部分は前記シー
ル面の外径全体にわたり延びるよう適合されているよう
な、環状Ｌ字形ばねクリップを含み、かくしてポケット
とＬ字形ばねクリップは、破滅的な損傷が発生した場合
組合わさって前記回転シールリングを収納する、以上の
回転シールリングアセンブリ。 - 【請求項１４】 前記回転シールリングと回転シールリ
ングキャリヤの間で前記ポケットの底面内に位置づけさ
れたＯリングをさらに含み、前記Ｌ字形ばねクリップの
前記軸方向に直交する部分はこの「Ｏ」リングに対し前
記回転シールリングを押しつけるのに役立つことを特徴
とする請求項１３に記載の回転シールアセンブリ。 - 【請求項１５】 乾燥作動式ガスシール内に回転シール
リングを保持するための回転シールリングキャリヤにお
いて、 環状本体と、 回転シールリングを保持するために前記環状本体内に形
成され、底面、半径方向内側壁及び半径方向外側壁を有
する環状ポケットと、 前記ポケットの半径方向内側壁の中に形成された環状溝
と、 環状中央セクションを有しかつそこから延びている軸方
向に突出するフィンガを含む前記環状溝内に位置づけさ
れたフィンガースプリングと、を含んで成り、かくして
このフィンガースプリングは、回転シールリングと前記
回転シールリングキャリヤの間の相対的な熱膨張とは無
関係に回転シールリングをセンタリングするのに役立つ
ことを特徴とする回転シールリングキャリヤ。 - 【請求項１６】 回転シールリングキャリヤをシャフト
に取りつけるためのシャフト取りつけシステムにおい
て、 シャフトに沿って延びシャフトの上にはめ合うように適
合され、シャフトに近接するものの間隔はとられている
ような半径方向内側の表面を有する、リングキャリヤの
拡張環状部分と、 前記回転シールリングキャリヤと前記シャフトのはめ合
いを、両者間の相対的な熱及び遠心力による膨張とは無
関係に維持するための手段と、を含むことを特徴とする
シャフト取付けシステム。 - 【請求項１７】 前記拡張部分は第１の軸方向端部及び
この端部と軸方向に反対側にある第２の軸方向端部を有
しており、前記はめ合い維持手段には、 前記第１の端部に近接する前記半径方向内側面内に形成
された第１の環状フィンガースプリングポケット、なら
びに前記第２の端部に近接する前記半径方向内側面に形
成された第２の環状フィンガーと、 前記拡張環状部分の半径方向内側側面及びシャフトに対
して押しつけられこれらを所定の位置に保持するため、
前記フィンガスプリングポケット内に位置づけられた環
状フィンガースプリングと、が含まれていることを特徴
とする請求項１６に記載の取付け部品。 - 【請求項１８】 前記はめ合い維持手段には、前記内側
表面上に形成されこの表面から半径方向内側に突出して
いる舌状部分、及びこの舌状部分から外方にこの部分に
近接して前記環状部分の中に形成されたアンダカットが
含まれることを特徴とする請求項１６に記載の取付け部
品。 - 【請求項１９】 前記アンダカットは前記環状部分の軸
方向端部に形成された環状アンダカットであることを特
徴とする請求項１８に記載の取付け部品。 - 【請求項２０】 前記舌状部分は、多数の半径方向切断
により弧状セクションに分断されていることを特徴とす
る請求項１９に記載の取付け部品。 - 【請求項２１】 回転シールリング及び回転シールリン
グキャリヤを有し、このシールリング及びキャリヤは１
本のシャフト中心にして回転面内で回転可能であるよう
なガス密封用のシールにおいて、 前記回転シールリングを保持するため前記回転シールリ
ングキャリヤの中に形成され、底面、半径方向に内側で
軸方向に延びる壁及び半径方向に外側で軸方向に延びる
壁を有する環状ポケットと、 前記シールリングキャリヤの前記底面内を通り、このキ
ャリヤのポケットに対するガスの流動的連絡を提供して
おり、しかも回転方向に向かって傾斜しているために回
転シールリングが回転しているとき前記ポケット内にガ
スが引込まれることになるような少なくとも１本の通路
を含むシールリング冷却用の手段と、 前記ポケットからガスを排出させる手段と、を含んでい
ることを特徴とするシール。 - 【請求項２２】 引込まれたガスがシール手段を超えて
流れないようにするため、前記ポケットと回転シールリ
ングの背面の間で前記少なくとも１つの通路から内方へ
位置づけされているシール手段をさらに含んで成る請求
項２１に記載のシール。 - 【請求項２３】 前記排気用手段にはシールリングキャ
リヤ内に形成された少なくとも１つの穴が含まれている
ことを特徴とする請求項２２に記載のシール。 - 【請求項２４】 前記通路は回転平面から３０度乃至４
５度傾斜していることを特徴とする請求項２１に記載の
シール。
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