JPH074528A - シール装置 - Google Patents

シール装置

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JPH074528A
JPH074528A JP5233757A JP23375793A JPH074528A JP H074528 A JPH074528 A JP H074528A JP 5233757 A JP5233757 A JP 5233757A JP 23375793 A JP23375793 A JP 23375793A JP H074528 A JPH074528 A JP H074528A
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JP
Japan
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seal
ring
housing
sealing
intermediate chamber
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JP5233757A
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James R Wasser
アール．ワッセル ジェームズ
Douglas J Volden
ジェイ．ボールデン ダグラス
James P Netzel
ピー．ネッツェル ジェームズ
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John Crane Inc
Original Assignee
John Crane Inc
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Publication date
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    • 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
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/406—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid by at least one pump
    • 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
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 排出ゼロで増々規制が強められる環境におい
て、毒性流体排出物の規制基準を満たす安価で構成容易
なシールを提供する。 【構成】 窒素のような相対的に不活性のガスが緩衝流
体として使用すべく提供される中間緩衝流体室を有する
毒性又は腐食性流体をシールする上で使用される二重
の、背面を突き合わせた機械端面シール。窒素ガスは処
理流体圧を少なくとも１０psi 上廻る圧力に維持され
る。好適例では、各シールの嵌合リングの螺旋ポンプ溝
４４を窒素緩衝ガスを第１のシール２２を介して中間室
から処理流体室内へ、また中間室から第２のシール２４
を介してハウジング１２とシール領域外部の環境内へ汲
移すような形と寸法を有することにより、処理流体の中
間緩衝室内と大気の逃げを回避する。緩衝ガスによる処
理流体の汚染は許容される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は全体として機械的端面に
関し、殊に、毒性又は腐食性流体をシールするに使用す
る二重機械的端面シールに関する。
【０００２】
【従来の技術】ハンジングと同ハウジングを貫通する相
対回転シャフト間のスペースをシールするために機械的
端面シールが長期にわたって使用されている。そのよう
なシールは通常の場合、全体として平面状の径方向シー
ル面を有し、ハウジングに固定し取り付けられる一次リ
ングを備える。上記一次リングはＯリングのような二次
シールによりハウジング上に取り付けることができる。
更に、上記シールはシャフト上にそれと共に回転する嵌
合リングを備える。一次リングと同様に、嵌合リングは
全体として平面形の径方向シール面を有する。嵌合リン
グ径方向面は一次リングに対して対向する関係に配置さ
れ、二つの径方向面は偏倚してシール係合する。これら
の種類のタイプは米国特許4,212,475 号（発明者Ｊ．セ
ディ）中に記載されている。
【０００３】特殊シール用途に共同使用される単一又は
複数の機械的端面シールを活用するために今日、多くの
形が知られている。一シール形は環境にやさしいシール
流体に活用する時にポンプ、圧縮機、ミキサー等を含む
大部分のシール用途に十分である。だが、最近、毒性流
体を環境内に“ゼロ排出”するために必要な規制指令に
公害と毒性廃棄物に対する関心が大きくなっている。そ
のため、シール産業では毒性流体問題に対する解決策を
提供できるシールに対する必要が生じている。従来よ
り、ゼロ排出基準にアプローチしたり、満たすことので
きる解決策が提案されている。これらの提案は、一つは
“ウェット”二重シールとして、他方は磁気駆動ポンプ
として知られる二つの包括的なシール設計を生み出して
いる。
【０００４】上記“ウェット”シールの例は米国特許
４，２９０，６１１号（発明者Ｊ．セディ）に見ること
ができる。同特許は、駆動シャフトに沿って背部を合わ
せた二個の機械的面シールを活用する“二重シール”構
造（図１）を例解している。上記二個のシールは、その
間にチャンバを形成し、その内部に潤滑緩衝流体が連続
的に循環し、シールリングを冷却するようになってい
る。緩衝流体は、通常はオイルであるがシールされる処
理流体圧をほぼ５〜２０psi 上廻る圧力の下にある。
【０００５】上記構成は、シールの金属部分が非腐食性
緩衝液を使用することにより処理流体から隔離されるた
め、腐食性流体をシールするために最も望ましいものと
記述されている。
【０００６】上記’６１１号特許に記載のシール構造は
一定の用途では十分な効果を奏するが、シールされる処
理流体がガスであったり、シール流体が緩衝流体による
汚染が許されないような液体であるような用途には使用
することができない。一般的にいって、オイルは緩衝流
体として使用されるが、多くの処理流体はオイルと反応
したり、処理流体内でのオイルによる汚染は望ましくな
い。
【０００７】最近、磁気駆動ポンプが開発されていて、
同ポンプは大きなコストを伴ってではあるが、“排出ゼ
ロ”の能力を提供する。ごれらの種類の用途では、シャ
フトはハウジング内を延びず、シャフトはハウジング壁
で終了することによりシャフトが貫通する開口を不用な
ものにしている。流体を汲移すインペラーは、ハウジン
グ室内に格納し、第１の組の磁石に接続する。インペラ
ーはハウジング室外部に配置される第２の組の磁石によ
り駆動される。外部モータにより外側に配置された磁石
が回転すると、今度は格納ハウジング室内にインペラー
に接続された磁石が回転する。ハウジング室が完全に格
納されシャフト開口を含まないから、正規の運転条件の
下では室壁を介して流体の漏れが発生することはない。
【０００８】だが、上記磁気駆動ポンプは従来の機械的
端面シールよりも複雑かつ高価である。インペラーを駆
動する磁石は特殊な形をしていてインペラーに対する接
続を可能にする磁石とインペラーシャフトの整合を維持
するには特殊なベアリングが必要である。更に、磁気駆
動ポンプの場合には、冷媒流体の流れが磁気損失と摩擦
により発生した排熱を除去する必要がある。
【０００９】今日、産業に必要とされているものは“排
出物ゼロ”の能力を有し、汎用性をもつためにますます
規制的な環境において毒性流体排出物に対する規制を満
たす安価で、構成容易なシールである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、ハウ
ジング壁を貫通する回転シャフトに沿ってハウジング内
の圧力の下に処理流体の漏れをシールするシール構造を
提供するものである。上記シール構造は、ハウジングに
対する接続をシールする固定シールリングとシャフトに
対する接続をシールする回転シールリングとを備え各リ
ングが他方のリングの面と相対的に回転し嵌合するシー
ル関係に環状のほぼ径方向のシール面を有するようにな
った第１の回転式機械端面シールと；ハウジングに対す
る接続をシールする固定シールリングとシャフトに対す
る接続をシールする回転シールリングを備え、各リング
が環状の全体として径方向シール面を他方リングの面と
相対的に回転する嵌合シール関係に有し、前記第１と第
２の回転式機械端面シールがシャフトに沿って軸方向に
隔てられ、ハウジングと共にその間に中間室を形成する
ように構成され、各シールがリングの一方を他方側へ偏
倚させて、各シールリングの環状シール面を相対的に回
転するシール関係に維持し、第１端面シールの相対回転
可能なシールリングがハウジング内にシールされるべき
処理流体に露出されるシール面の一環状円周と、中間室
に露出されるシール面の他方環状円周とを有し、第２シ
ールの相対回転可能なシールリングが中間室に露出され
るシール面の一つの環状円周と、ハウジング外部の周囲
環境にさらされるシール面の他の環状円周とを有し、中
間室が第１の回転式機械端面シールの相対的に回転する
嵌合シール面を横切ってのみ加圧処理流体を含むハウジ
ング内部と連通し、中間室が第２の回転式機械端面シー
ルの相対回転する嵌合シール面を横切ってのみハウジン
グ外部の周囲環境と連通し、中間室が第１の回転式機械
端面シールリングの環状シール面の円周に存在する処理
流体の圧力を上廻る圧力にある相対的に不活性ガスの源
に接続する手段を備えるようになっている。
【００１１】本発明の一実施例では、第１の回転式機械
端面シールのリングの一方の径面はシールリングの外周
径である中間室内の相対的不活性ガスにさらされる円周
から内周径であるハウジングの内部の処理液にさらされ
る円周方向へと一部延びる複数の螺旋溝を備え、面上に
ハウジング内の処理流体にさらされる円周、即ち、外周
径に隣接する環状ダムを形成する。好適な形における両
シールの一次リングはシャフトと共に回転する。好まし
い緩衝ガスは窒素である。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の好適例に従って構成した全
体を１０で示すシールである。同シールはハウジング１
２内に毒性流体をシールし、シールされた毒性処理流体
の文案通り“排出ゼロ”状態が達成され、文案通り何ら
の処理流体もハウジング外部の周囲環境に逃げることが
ないように設計する。ハウジングは、シャフト１６がハ
ウジング１２内を貫通できるようにするシャフト通路１
４を備える。同ハウジング１２は過去にパッキンを詰め
るために使用されてきたようなスタフイングボックスを
備える。同パッキンはシャフトに対して加圧することに
よってハウジングとシャフト界面を介する漏れを最小限
にする。ハウジング１２は更に処理流体を含む内側室１
８を全体雰囲気を構成するハウジング外部の周囲環境２
０から隔離する。
【００１３】上記好適例のシール構造は、ハウジング１
２に隣接してハウジング１２により形成されるスタフイ
ングボックス内に全体として配置される。螺旋溝形成の
背面どうしを合わせた二重の軸方向に隔たって回転する
機械端面シールのシール構造は、それぞれハウジング１
２とシャフト１６にそれぞれ固定された対向するリング
部分を有する。上記シールは多くの点で上記米国特許No
4,212,475 号に記載のタイプのものと類似している。
【００１４】上記シール構造は、処理流体室１８に隣接
しハウジング１２の壁に包囲された全体を２２で示す。
第１のシールと、シール構造とハウジングの外部の周囲
環境２０に隣接する第２のシール２４から構成される。
第１と第２のシール２２，２４はそれらの間に中間室２
６を形成する。同中間室２６はライナー組成体２８によ
り包囲され、同組成体２８は、フランジ付グランドプレ
ート３０と共に、中間室２６の他の端壁を形成する。シ
ャフト１６はスリーブ組成体３２を含む。同組成体３２
は、シャフトを包囲し、その上部にシールリングが位置
し周囲にシール２２，２４が配置されるベースとなって
いる。
【００１５】第１のシール２２は回転するシールリング
３６と固定シールリング４０より成る一対の環状リング
を含む。回転シールリング３６は外周に配置された径方
向に延びる面３８と３７を備える。
【００１６】回転シールリング３６は径方向に延びる面
４２が回転リング３６の面に対向する固定シールリング
４０と向かいあっている。また、固定シールリング４０
は本文では嵌合リング４０とも称され、回転シールリン
グ３６は一次リング３６とも称される。以下に示すよう
に、この関係は本発明を実施する上で可能な唯一のシー
ルリング形ではない。好適例に示す一次リング３６はシ
ャフト１６に対して固定し、それと共に回転する。一次
リング３６はスリーブ３２に対してシールするが、スリ
ーブ３２とシャフト１６に対して軸方向移動の自由を少
なくとも一定程度有するような形と寸法をしている。
【００１７】図１に示すように、一次リング３６は、ス
リーブ組成体３２に対して回転方向へ固定され、それと
共に回転するようになっている。だが、代替例（図示せ
ず）では、一次リングをハウジングに対して固定し、嵌
合リングがシャフトと共に回転するようにすることもで
きる。上記例では、そのような代替的設計を可能にする
ために当業者はその構造を適当に変形する必要がある。
【００１８】嵌合リング４０は一次リング３６の面３８
に対して対面する関係に面４２を有する。それらを共に
持ち来した時、面３８，４２は界面を接し、シール２２
のシール作用を与える。上記界面は両面３８，４２と同
一面内にある必要はないが、図１に示すように、一次リ
ング３６の面３８は嵌合リング４０の面４２を一部だけ
横切って延びる。
【００１９】面３６，４２間の界面は環状ディスクの形
をとり、その際、シャフト１６は各リングの中心孔を貫
通している。図２に示す通り、嵌合リング４０はリング
４０の面４２を一部横切って配置され外周径からその内
周径方向へ延びる複数の螺旋溝４４を備える。
【００２０】溝４４は図１にシルエットで示してある
が、溝の深さは図解の便宜上誇張してある。上記米国特
許4,212,475 号に示す通り、溝の深さは５０〜約４００
マイクロインチオーダである。好適例では溝の深さは約
３００マイクロインチである。
【００２１】図２について見ると、溝４４は円周状に均
等に間隔をおき径方向に延びる複数のランド４５により
隔てられている。
【００２２】シール面４２の内径における溝なし面はシ
ールダム４６を形成し、同ダム４６は、一次シールリン
グ３６の反対面３８と共働して、シャフト１６が回転し
ない時に、スタティックシールを形成する。シャフト１
６が回転しない時、処理流体はシールダム４６における
一次リングと嵌合リング間で静水膜によりシールされ
る。シャフトが回転を開始すると、溝４４とリング３６
の回転面３８との相互作用により中間室２６内に存在す
る流体がシール面３８，４２を横切って内側方向に汲移
され、シール面を僅かに開かせ面どうしの間に一定の隙
間を提供されるのが普通である。隙間内へ汲移される流
体は、シール面どうしの間に非接触状態を維持すると共
に、相対的に回転するシール面のせん断摩擦力により発
生する過熱の面を冷却させる働きを行う。
【００２３】面４２のそれから反対側の嵌合リング４０
の端（図１）には、保持ピン４３を受け取り、リング４
０をライナー組成体２８とハウジング１２に対してリン
グ４０を固定するように配置された凹所もしくは孔４１
が存在する。保持ピンは全体としてライナー組成体２８
の要素であり、組成体の一部として加工された一体要素
とすることができる。
【００２４】保持ピン４３は製作時にライナー内に押し
ばめされる別個の要素とすることが望ましい。Ｏリング
４７を使用して嵌合リング４０をライナー組成体２８へ
シールする。一次リング４０の外周壁内の肩はライナー
組成体の径方向に延びるそれと対応する壁と衝合する径
方向に延びる環状壁３９を備える。
【００２５】シール２２で中間室２６に隣接して径方向
外径に溝４４と、室１８内の処理液に隣接してそれにさ
らされる径方向内径にシールダム４６を有するものが描
かれている。だが、本発明の原理は、外径に溝を、外径
にダムを有し、内径溝が中間室内の緩衝流体にさらされ
るようになったシールにも適用することができる。その
ような代替例（図示せず）は、例えば、嵌合リングが回
転し一次リングが固定した異なる形のリングを必要とす
るかもしれない。本発明を理解することにより上記特徴
を有する代替形を設計することは当業者に可能である。
【００２６】スリーブ組成体３２は、シャフト１６上に
嵌合するシャフトスリーブ４８を備える。スリーブ４８
は一端に厚い部分５０を備え、同部分５０は凹形をなし
てスリーブ４８の他の環状端に薄い部分５１を提供す
る。
【００２７】上記スリーブ４８は、以下に説明する如
く、ボルトによりスリーブ５０の薄い部分５１に固定さ
れたカラー５２によりシャフト１６に固定する。その代
わり、駆動キー構造（図示せず）を使用してシャフトス
リーブ４８をシャフト１６へ固定することもできる。ス
リーブ組成体３２は、更に、厚い部分５０とシャフト１
６間をシールするためのＯリング５６と一次リング３６
と厚い部分５０間をシールするための別のＯリング５８
を備える。スリーブ４８の凹形になった薄い部分５１は
二次シール２４の要素のような他のシール構造部分の組
成体を収納する。
【００２８】Ｏリング５６，５８は厚い部分５０の適当
な溝へはめ、外径Ｏリング５８を一次リング３６の軸方
向運動が可能になるように成形し、寸法取りする。Ｏリ
ング５８は、Ｏリング４７の径とできるだけ近い径とす
る。同一径のＯリングは、室１８内に存在する処理流体
圧から生ずる諸力を等しくする傾きがあるからシール２
２のシールバランスを強化することになる。上記Ｏリン
グは、以下に示すように、緩衝流体と処理流体の圧力ど
うしの間の境界の径方向位置を設定する。かくして、上
記Ｏリング４７，５８は、シールリング３６，４０の各
々の径方向に延びる表面に作用する均衡圧を形成する。
高圧の緩衝流体がシールリング４０の径方向に延びる壁
３９に作用する一方、それと同時に反対の力が面３８か
らシールリング３６と反対側のシールリング３６の面に
作用する。壁３９とリング３６の非接触径面の径方向の
環状幅はほぼ同一の半径で等しい面積を呈するから、ほ
ぼ同一値の緩衝流体圧が逆方向ではあるがリングの各々
に作用する。処理液側では、同一の処理流体圧が嵌合リ
ング４０の一部の反対側と一次リング３６の一部に作用
する。かくして、各リングにかかる圧力は互いに相殺し
あうことによってシール２２に作用する推力を実質上無
効にする。
【００２９】また、シール２４は、一対の環状リングを
備える。一方のリングは径方向に延びる面６２を有する
固定リング６０を備える。固定リング６０は他方のリン
グ、即ち、同様に固定リング６０の面６２と反対側の径
方向に延びる面６６を有する回転リング６４と向かいあ
っている。第２シール２４の固定シールリング６０は、
嵌合リングシール６０とも称し、回転シールリング６４
は一次シールリング６４とも称する。
【００３０】一次シールリング６４の構造はリング３６
と同一ではない。例えば、シール面６６と反対側の一次
シールリング内の凹溝６８は、リング６４とスリーブ４
８の厚い部分５０間をシールするＯリング７０を収納す
る。第２シール２４は、Ｏリング７０の配置を含む多く
の点で上記米国特許４，２１２，４７５号に示すシール
と類似している。だが、一つの重要な点で、シール３６
は前記特許に示すシールの構造と異なっている。’４７
５号特許は保持器内のハウジングに固定された一次リン
グ１２について述べている。だが、本発明の好適例で
は、一次リング６４は回転しており、嵌合リング６０は
固定している。
【００３１】何れの場合も、以上と異なる設計案を適用
することができる。
【００３２】例えば、前記特許におけるシールの保持器
は、長尺の内径壁を備え、その上部でＯリングが一次リ
ングをシールするが、本発明では、その対応するＯリン
グ７０はスリーブ４８上に位置している。にもかかわら
ず、本発明の思想は当業者の可能な範囲内の一連の設計
の何れかを有するシール形にも適用することができる。
【００３３】再び図１について述べると、一次リング６
４の外周壁の肩は径方向に延びる環状壁７２を備えてい
る。
【００３４】シール２４の嵌合リング６０もまた嵌合リ
ング４０の構造と異なっている。嵌合リング６０は、環
状溝７７が外周内にＯリング７５を受け取るように配置
された環状リングである。上記Ｏリング７５は嵌合リン
グ６０とグランドプレート３０間にシールを提供する。
【００３５】図３について述べると、同図はリング６０
のシール面６２の立面図であり、シール面６２もまた複
数の円周方向に間隔をおいた螺旋溝７４を備えている。
同溝は一部嵌合リングシール面６２の径方向幅を横切っ
て延びると共に、図１の嵌合リング６０内に描かれてい
る。上記幅は図解上の便宜から誇張されている。シール
面６２の内径における溝なし面はシールダム７６を形成
し、同ダム７６は一次リング６４の対向するシール面６
６と共働して、シャフト１６が回転しない時にシール２
２のダムと同様なスタティックシールを提供する。シャ
フト回転時、シャフト１６と一次リング６４は、嵌合リ
ング６０に対して回転し、シール面６２内の一次リング
６４と螺旋溝７４の回転面６６の相互作用は、中間室２
６内の緩衝流体をシール２４のシール界面を横切って周
囲環境２０内へ汲移す働きをする。
【００３６】固定嵌合リング４０，６０をそれぞれ螺旋
溝４４，７４を含む面４２，６２と共に活用する点は大
部分のシール設計とは反対である。だが、螺旋溝を有す
るリングが前記米国特許4,212,475 号に示すシールのよ
うに回転リング上に配置されるか、同溝を有するリング
が本発明のように固定状態に維持されるかどうかは、流
体に対するポンプ作用の大きさや方向に大きな差異をも
たらすものではないことが判っている。
【００３７】流体膜は、その面が比較的なめらかでフラ
ットであるにもかかわらず、また、回転リング上に螺旋
形汲移し溝が存在しないにもかかわらず、回転リングと
共に移動すると考えられている。流体膜がなめらかなシ
ール面上を同面と共に回転する現象は、相対的な流れが
リング４０，６０の面の回転により固定液に付与される
形で層流から生ずるものである。流体膜が嵌合リング４
０，６０の面４２，６２と出会う時、流体膜は溝４４，
７４により制止され、各面４２，６２上の表面境界層に
沿って径方向内側へ押しやられる。螺旋溝を有する各リ
ングは静止状態に保持されるが、層流の作用は面どうし
間に相対回転する間に、面どうしの間に十分な流体を汲
移し隙間をつくりだすに十分である。
【００３８】流体によりつくりだされる隙間を大きくす
る傾向に抗するには一定の偏倚力が必要である。もし隙
間が大きくなりすぎると、シールの高圧側からの流体の
漏れは、過大になり、制御する必要がでてくる。再び図
１について述べると、環状一次リング３６，６４の円周
に均等に配置された一組の複数ばね８０により一次リン
グ３６，６４の各々に一定の偏倚力が提供される。ばね
８０は直接一対のディスク８２，８４上に加圧し、同デ
ィスク８２，８４は、それぞれ各一次リング３６，６４
の面にあたる（同面はそれぞれシール面４２，６２の反
対側にある）。かくして、ばね８０の力は、螺旋溝の開
放力に反作用し、一方、リング３６，６４の各々に作用
する圧力は互いに反作用する。
【００３９】ばね８０は、円筒形外周壁９２を有する保
持器９０により所定位置に保持される。保持器９０は、
一端でシール２２の嵌合シールリング４０を収納し、他
端でシール２４の嵌合シールリング６０を収納する環状
空間を形成する長尺の内壁９４を有する。
【００４０】内径壁９４の中央部分に沿って環状ディス
ク要素９６が存在する。好適例では、上記ディスク要素
９６は保持器９０と一体である。ディスク要素９６は、
そこを貫通する複数の孔９８を備える。孔９８は、ばね
８０を挿入できるだけの大きさの径を有する。かくし
て、保持器９０とディスク要素９６は、円周方向を径方
向の両方にばね８０を保持する。ディスク要素９６の円
周にばね８０を均等に隔てて配置することによってリン
グ４０，６０の円周全体に均等な偏倚を付与する。好適
例ではディスク要素内には規則的に９０度の間隔で４個
のばねが存在する。ディスク要素９６の内径における保
持器９０は、スリーブ４８の厚い部分５０と隣接してい
る。複数の取付ばね（図示せず）が孔内を径方向に延び
る。同孔は軸孔９８から隔たったディスク要素内に径方
向に配置される。取付ねじは、スリーブの外周面上に衝
突することによって保持器９０はスリーブ４８に対して
軸方向と円周方向に固定される。かくして、保持器９
０、ディスク要素９６、一次リング３６，６４，および
ばね８０は、全てシール構造が使用される装置の運転
中、シャフト１６と共に回転する。
【００４１】円筒形保持器９０の内径は、更に、各端に
隣接してスナップリング１００を受け取るための内側溝
９８を備える。それぞれのスナップリング１００は、溝
９８内に嵌合し、径方向に延びる壁１０２を提供する。
一方のスナップリング１００の壁１０２は、一次リング
３６の壁と界面を接し、リングを保持器９０内に保持す
る。
【００４２】同様にして、他方スナップリング１００の
壁１０２は、一次リング６４の径方向に延びる壁７２と
界面を接し、リングを保持器９０内に保持する。だが、
正規の運転条件の下では、それぞれの一次リングは組立
中に予め負荷することによって各一次リングの壁３７，
７２がスナップリングの壁１０２から分離する。
【００４３】上記の如く、ライナー組成体２８は壁１２
により形成されたパッキンハウジング内に嵌合し、シー
ル２２と保持器組成体９０の一部を含む構造の一部を包
囲する。ライナー組成体２８はその内径の周りにシール
２２の嵌合リング４０を受け取るような形をとる内径環
状支持フランジ部分１１０を備える。径方向に延びるリ
ング３６の壁３９は、それに対応するフランジ部分１１
０の径方向に延びる壁と緊密に衝合する。
【００４４】上記フランジ部分１１０は、更に、ピン４
３を受け取りフランジ部分１１０と嵌合リング４０間を
固定係合させる軸方向に延びる複数のピン受取孔１１２
を備える。環状溝１１４は、ライナー組成体２８と一次
リング３６間をシールするＯリング４７受取用のシール
用受口を提供する。
【００４５】ライナー組成体２８の外径フランジ部分１
２０は、長尺のチューブ状部分１１６により内径支持フ
ランジ部分１１０に取り付ける。チューブ状部分１１６
は、ハウジング壁１２内にはまるが、必ずしもシールす
るには及ばない外径を有する。ライナー組成体２８とハ
ウジング１２間の流蜜シールをＯリング１２２により設
ける。Ｏリング１２２は溝１２４内の外径フランジ部分
１２０とチューブ状部分１１６間の外径コーナー部分に
嵌合する。溝１２４はその軸方向に延びる壁の一つにチ
ューブ状部分１１６の外径と同一の径を有することによ
って、それがチューブ状部分１１６の外径壁の延長と考
えることができるようにする。この部分で、外側フラン
ジ部分１２０の径方向に延びる壁１２６がハウジング１
２の壁と同一レベルになった時、Ｏリング１２２をハウ
ジングへ加圧してライナー組成体２８とハウジング１２
間をシールする。軸方向へのシール荷重は、ライナーが
チューブ状部分をパッキンハウジングと共にスライドさ
せることにより、より容易に取り付けることができるか
ら径方向に対するシール荷重よりも望ましい。
【００４６】外側フランジ部分１２０は、以下に示すよ
うにハウジング１２の壁に対する接続部を含む。シルエ
ットで示す数本のボルト１３０をシルエットで示す等距
離に配置された一組の凹ボルト１２８を介して外径フラ
ンジ部分１２０の径壁内を延ばし、ライナー組成体２８
をフランジ付グランドプレート３０へ接続する。
【００４７】グランドプレート３０は、Ｏリング７５が
シールされた軸方向に延びる内径シール面１３２を有す
る内径部分を含む。嵌合リング６０の外周径内に配置さ
れた溝７７の深さは嵌合リング６０が表面１３２により
形成される環状肩内へ押しばめ可能とするだけの十分な
隙間を提供する。Ｏリング７５と共に、流蜜シールを嵌
合リング６０とグランドプレート３０間に施す。
【００４８】グランドプレート３０は給入ポート１３４
と、中間室２６と給入ポート１３４間を流体接続するた
めの通路１３６を備える。給入ポート１３４自体は、環
境にとって有害ではないが特定の処理流体の使用とは両
立可能なガス源に流体連通して接続する。緩衝ガスとし
ては任意の相対的に不活性のガス、又は処理流体と非反
応のガスを使用することができる。相対的に不活性のガ
スとしてはコストが小さく容易に利用可能なため窒素ガ
スが好ましいが、一定の用途ではアルゴン、ネオン等の
貴ガスも適当であると考えられる。限定された数の用途
では、もしその使用が処理流体と両立可能であればエア
を緩衝流体として使用することもできる。
【００４９】その代わり、処理ガスが一定の処理流体処
理の段階で処理流体に添加される場合のように反応が望
ましいような一定の用途では処理流体と反応するガスを
使用することもできる。一例として、二酸化炭素の処理
流体内へ導入は、処理流体の化学処理の一部として実行
することができる。このように使用する場合には、処理
流体内へ導入される緩衝流体の量を正確に測定すること
が重要であり、螺旋溝により処理流体内へ汲移される緩
衝流体容積を計算して所望の化学反応が発生するに必要
な二酸化炭素量のみを提供することが必要である。
【００５０】好適な環境では、緩衝流体ガスは最大予想
処理流体圧を上廻る圧力レベルにある。窒素源は最大流
体圧を上廻るほぼ１０psi で窒素ガスを給入ポート１３
４へ提供することが望ましい。窒素ガス源は一連の可能
な手段の何れによっても提供することができる。例え
ば、化学プラントで使用する場合には、窒素ガス源は、
種々の化学プロセスの副産物に由来し大多数の化学プラ
ント全体を通して容易に利用可能な窒素パイプラインと
することができる。給気ポートに提供される窒素の圧力
はライン源と給入ポート間の所望レベルに調節すること
ができる。
【００５１】その代わり、上記ガス源は、同時に所望圧
での窒素供給源にレギュレータを要する高圧のびん詰め
窒素源とすることもできる。好適例では、給入ポート
は、接近しやすいようにグランドプレート３０の最高地
点に配置するが、このことは運転上必要ではなく、他の
形では、異なる位置に給入ポートを設けて特定の用途に
応じて異なる角度で配向することが望ましいかもしれな
い。
【００５２】カラー５２は直近のシール構造外部に軸方
向に配置して、スリーブ３２とシャフト１６間を接続す
る。スリーブ３２を軸方向に配置することは、各シール
内に軸方向に可動な要素の隙間を提供する上で重要であ
る。スリーブが適当な位置に軸方向に配置されるように
するために５２のカラーをスリーブ３２上に嵌合させ、
シルエットで示す止めねじ１４０で接続する。止めねじ
１４０はスリーブ３２内を延びてシャフト１６内の所定
軸孔１４２内へ入ることによって三要素を共に接続し、
それぞれを互いに対して軸方向に固定する。
【００５３】スリーブ３２をグランドプレート３０とシ
ール２２，２４の他の要素に対して適当に間隔をおいて
配置する場合、複数のスペーサ１４４を使用して行う。
各スペーサ１４４は２個のレグを有する直角形ストリッ
プとし、一方のレグはカラー５２に、他方のレグはキャ
ップねじ（図示せず）によりグランドプレート３０に接
続する。上記キャップねじはカラー５２とグランドプレ
ート３０内に適当に配置された螺刻孔（図示せず）内を
延びる。
【００５４】スペーサ１４４は、シール構造をシャフト
１６上へ組立てる間にだけ使用し、シルエットで示す隔
たったスペーサで示すように同組成体が完成した時除去
する。にもかかわらず、それはシール構造要素どうしの
間の関係を示すために図１に接続するように示してあ
る。組成体完成後スペーサ１４４を除去しても、それら
要素の相対位置は変化しない。
【００５５】特殊要素から成るそれら材料は市販されて
おり、多くの点でシール産業において標準的なものであ
る。好適例では、一次リング３６，６４の各々はカーボ
ングラファイトリングで、嵌合リング４０，６０はシリ
コンカーバイド又はタングステンカーバイドである。ば
ね８０はステンレスばね鋼で、ライナー、グランドプレ
ート３０、スリーブ３２、カラー５２、スペーサ１４
４、および種々のキャップねじと止めねじは全て３１６
ステンレス鋼のような適当なスチールより構成すること
ができる。
【００５６】Ｏリングは大抵の場合腐食性又は毒性の処
理流体にさらす。かくして、Ｏリングは相対的に腐食性
流体の大部分を通さないか化学的に耐性のある材料によ
り構成する必要がある。従って、Ｏリング４７，５６と
５８は、ペルフルオロエラストマーのような代表的耐性
のあるエラストマーより成る。本材料の費用はシール構
造全体にＯリングの全てを排他的に使用することを排除
する。Ｏリング７０，７５，１３８はそれぞれフルオロ
カーボンエラストマー、クロロプレン、エチレンプロピ
レン、ニトリルのようなＯリングに使用されるエラスト
マー材料より構成することができる。シール構造の正規
運転中、Ｏリング７０，７５，１３８は腐食性処理流体
にはさらされないため、これらリングについて代表的に
耐性のある、又は不浸透性のエラストマー材料を使用す
る必要はない。
【００５７】シール構造１０の構造は所定手続きに従っ
て進める必要がある。シール構造１０の好適な構造は、
シールが使用される現場外で多数のシールを組み立てる
ことが可能なカートリッジとしてである。かくして、そ
の場合に必要とされる現場組成体のみがシール構造カー
トリッジを取り付け、グランドプレート３０をハウジン
グ１２に接続しスリーブ３２の軸位置を調節することに
なる。
【００５８】現場外製造プラントでカートリッジを組み
立てる場合、ディスク８４を保持器の一端に配置し、デ
ィスクを保持器中心ディスク部分９６方向にスライドさ
せることによって開始させる。その後、Ｏリング７０を
一次リング６４の環状肩８４内に嵌合させ、一次リング
６４をシール面６６と反対側の面がディスク８４に衝合
するようにして保持器９０内に配置する。その後、スナ
ップリング１００を溝９８内に配置して一次リング６４
を保持器９０内に保持する。
【００５９】次の段階は、保持器９０を薄い部分５１を
有する端から厚い部分５０方向へ一次リング６４、ディ
スク８４およびＯリング７０と共にスリーブ３２上をス
ライドさせ、最終的にディスク８４の内径、Ｏリング７
０および一次リング６４の内径がスリーブの厚い部分５
０の外径と係合させる。
【００６０】その後、ばね８０を保持器９０の他端から
保持器中央ディスク部分９６の周りの適当な孔内に配置
して、ばね８０をディスク８４と係合させる。ディスク
８２をその後、ばね８０と接触するまで保持器９０の他
端からスライドさせる。Ｏリング５８をスリーブ３２の
外径溝内に配置し、一次リング３６を保持器９０の反対
端内に挿入してシール面３８から反対側の背面をディス
ク８２と接触させる。リング３６の内径コーナがＯリン
グ５８上で圧搾されたりはさまったりすることを回避す
るように一次リング３６の挿入には注意を払う必要があ
る。
【００６１】一次リング３６の背面がＯリングをクリア
した後、一次リング３６とディスク８２は、ばね８０を
一定程度圧縮する。第２のスナップリング１００を溝９
８内の第１のスナップリングから反対の端に嵌合させ、
一次リング３６，６４を共に保持器内に保持する。ばね
８０は、それぞれの肩７２，３７がスナップリング１０
０と係合するまで一次リング３６，６４を外側方向に偏
倚させることになる。
【００６２】その後、スリーブ３２の厚い部分を一次リ
ング３６，６４により形成されたスペース内に軸方向に
心取りして、複数の止めねじ（図示せず）を保持器中心
ディスク部分９６とスリーブの厚い部分５０内の等間隔
に配置された径孔（図示せず）内に挿入し、保持器９０
をスリーブ４８に接続し、保持器９０を軸方向と円周方
向に固定してスリーブと共に回転させる。Ｏリング５６
を必要な時、何時でもスリーブ３２の内側溝内へ挿入す
ることができる。
【００６３】ライナー組成体２８を、製造中ライナー組
成体の内側部分１１０の孔１１２内に押しばめされた保
持ピン４３と共に持ち上げる。Ｏリング４７を溝１１４
内にはめこみ、嵌合リング４０をライナー組成体内に挿
入し、面４２とは反対の嵌合リング４０側上の非シール
面をライナー組成体内径部分１１０と係合させ、ピン４
３を嵌合リング４０の孔４１内に挿入する。その際、Ｏ
リング４５が嵌合リング４０の挿入を妨害しないように
注意すべきである。
【００６４】次の組み立て段階はＯリング７５を嵌合リ
ング６０の外周溝７７の周りに取り付け、嵌合リング６
０をグランドプレート３０内にはめ込み、嵌合リング６
０の円周面をグランドプレート３０の面と係合させる。
Ｏリング１３８をグランドプレートの溝内に配置する。
【００６５】その後、保持器９０を一次リング３６，６
４とスリーブ３２を含む付属要素の全てと共にライナー
組成体２８内に配置し、嵌合リング４０のシール面４２
を一次リング３６のシール面３８と係合させる。その後
グランドプレート３０を、嵌合リング６０と共に、シー
ル面６２，６６が係合するまでスリーブ３２の薄い部分
５１上にスライドさせる。
【００６６】その後、スリーブ３２の厚い部分５０を、
一次リング３６，６４により形成されたスペース内に軸
方向に心取りし、複数の止めねじ（回転せず）を中心デ
ィスク部分９６とスリーブの厚い部分５０内の等距離に
配置された孔（図示せず）に挿入し、保持器９０をスリ
ーブ３２に接続し、保持器９０を軸方向と円周方向に固
定し、スリーブと共に回転させる。Ｏリング５６は、必
要な時何時でもスリーブ３２の内側溝へ挿入することが
できる。
【００６７】ライナー組成体の外径フランジ部分１２０
とグランドプレート３０間には隙間が明らかになる。同
隙間は、ばね８０が延長した条件の下で発生するもので
あり、その結果、一次リング３６，６４はスナップリン
グ１００により許される保持器位置の限界まで偏倚す
る。その後、グランドプレート３０を外径フランジ部分
１２０の孔に対して位置決めし、組成体をハウジング１
２に接続するボルト１４８挿入用のアラインメントを保
持する。その後、グランドプレート３０を軸方向に押し
込み、一次リング３６，６４を互い方向に押す一方、ば
ね８０を圧縮する。ボルト１３０を挿入し締め付けてラ
イナー組成体２８をグランドプレート３０に接続し、一
次リング３６、６４の位置を２つの嵌合シール面４２，
６２内に形成する。だが、スリーブ３２は、保持器９０
と共に、一次リング３６，６４の位置に対して軸方向に
スライドすることができる。
【００６８】一たんボルト１３０を締め付けグランドプ
レート３０をライナー組成体２８外径フランジ部分１２
０に接続すると、シール構造１０はシャフト１６上に取
り付ける態勢が整う。まず、一組のスペーサ１４４をキ
ャップ・ねじ（図示せず）を各スペーサ１４４の径方向
に延びるレグを介してグランドプレート３０内の孔内へ
ねじ込むことによってグランドプレートの外径壁に中心
線から適当な半径の所で接続する。その後、カラー５２
を各スペーサ１４４の他方の軸方向に延びるレグにより
形成されるスペース内にスリップさせると、キャップね
じはスペーサ１４４をカラー５２に取り付けられる。そ
の後、シール構造を据え付け現場に出荷することが可能
になる。
【００６９】リペラーポンプ（図示せず）はシール構造
を取り付けるために適当な例と考えることができる。図
の右側でシャフト１６に接続されるそのようなポンプ
（図示せず）のモータの接続をまず解除する。古いパッ
キンのような材料を何れもハウジング１２により形成さ
れるスタフィングボックスから撤去し、シャフトの表
面、スタフィングボックス、壁１２を必要に応じてほこ
りや腐食から取り除く。その後、カートリッジとしてシ
ール構造を注意深く挿入し、ライナー組成体の内径部分
１１０の外径壁をハウジング１２の壁により形成された
スタフィングボックス内に嵌合させる一方、同時にスリ
ーブ３２をシャフト１６上に嵌合させる。Ｏリング５６
がシャフト１６に沿うスリーブ３２のスライド可能性を
妨害しないようにする。
【００７０】その後、シール構造カートリッジ１０をラ
イナー組成体の外径フランジ部分１２０をハウジング１
２の径壁に係合させると同時にＯリング１２２を圧縮し
てその間をシールさせるまでシャフト１６に沿ってスラ
イドさせる。
【００７１】その後、ボルトをグランドプレート３０と
ライナー組成体の外径フランジ部分１２０を介して適当
な孔内に挿入し、ハウジング１２の径壁内の螺刻孔１５
０内にねじ込む。ボルト１４８はシール構造カートリッ
ジ１０の固定部分をハウジング１２に対して固定する一
方、スリーブ組成体３２を、保持器９０と一次リング３
６，６４と共に自由に軸方向に移動させシャフトと共に
回転させる。
【００７２】スリーブ組成体３２とスリーブ４８に接続
された保持器９０の位置を固定するスペーサ１４４によ
りスリーブ組成体３２の軸方向心取りを再度実行する。
スペーサ１４４はシャフト１６に対して適当な軸方向位
置に孔１４２を位置決めすることによってシャフト１６
の小さな回転がカラー５２の孔１４２をシャフト１６内
の螺刻孔１４６上に配置させるようにする。
【００７３】その後、止めねじ１４０をカラー５２の孔
１４２とスリーブの薄い部分１５０内の孔内に挿入し、
螺刻孔１４６内にねじ込み、シャフト１６に対してカラ
ー５２とスリーブ組成体３２の位置を固定する。その
後、スペーサ１４４をキャップねじ（図示せず）のねじ
をゆるめることによって除去し、シャフトをハウジング
に対して自由に回転させる。
【００７４】シール構造１０を動作させるにはユーザ
は、緩衝流体として窒素や貴ガスの一つのような比較的
不活性のガス源を設けることが必要である。ガスは少な
くとも１０psi だけ最大処理流体圧を上回る圧力で供給
すべきである。緩衝ガスの圧力は最大処理流体圧力をず
っと大きな価だけ上回るようにすることができる。その
場合には圧力を所望レベルまで低下させるためにレギュ
レータが必要となるかもしれない。緩衝ガスの供給は給
入ポート１３４内に連続的に噴射した後、ガスは接続通
路１３６を介して中間室２６に入る。
【００７５】シャフトの回転中、保持器９０、一次リン
グ３６，６４およびスリーブ３２から成る組成体はシャ
フト１６内で回転する。ハウジング１２に対して固定さ
れた回転要素と固定要素の間の直接界面点のみがそれぞ
れのシール２２，２４のシール面３８，４２と６２，６
６間の界面にある。即ち、嵌合リングシール面４２，６
２が固定されたままである一方、一次リング面３８，６
６はそれに対して回転する。
【００７６】ハウジング内の最大処理流体圧とハウジン
グ外部の周囲環境の圧力（通常は大気圧）を共に上回る
圧力で緩衝ガスの定常的な流れを中間室２６内へ導入す
ると緩衝ガスは、シャフト回転中にシール面により形成
された隙間内へ押し込まれる。かくして、シール２２の
シール面３８，４２を横切る漏れのみが、中間室２６か
らハウジング室１８内へ至るガス漏れであり、シール２
４のシール面６２，６６を横切って中間室２６から大気
２０のような周囲環境に入る。
【００７７】シール面どうしの間の実際の接触はシャフ
ト回転中回避されるべきであるが、シール面どうしの間
に発展する隙間は各シール２２、２４を介する緩衝流体
のごく僅かの漏れを維持するに十分な程小さい。２組の
シール面間の直接の界面は、ハウジングにより含まれる
処理流体と中間室間の一方のシールと、中間室とハウジ
ング外部の周囲環境間の他方シールのシール能力を維持
する。
【００７８】好適例では、嵌合リングシール面４２上の
螺旋溝４４もまた中間室２６から処理流体室１８内へ緩
衝ガスを汲み移す。螺旋溝４４のポンプ作用と緩衝ガス
圧は共働してシール２２を横切る漏れ全体を所望方向に
維持し、毒性又は腐食性処理流体の中間室２６内への逃
れを防止するようにすることが理想的である。更に、た
とい一定の処理流体が誤って中間室内へ漏れても、他方
向への緩衝ガスの正圧は、処理流体を室１８内へ逆噴射
する傾向を有することになろう。
【００７９】シール装置の形は、正緩衝ガス圧と共に処
理流体の大気への漏れの大部分のを防止する。シールの
一つが故障しても、中間室２６内でガス圧を継続的にモ
ニターしているから圧力が所定レベル以下に落ちた場
合、システムを停止する必要が報知されるから処理流体
が漏れる恐れはない。例えば、もしシール２２，２４の
一方が故障した場合には、中間室内に即座に圧力の低下
が生じ、システムは停止し、シャフト１６の回転は中断
する。もしシール２２が故障した場合には、システムの
停止はスタティックシールがシールリング面６２のダム
７６により与えられるから中間室２６から処理流体が逃
れることはないであろう。逆に、もしシール２４が故障
した場合、シールリング面４２のダム４６によって与え
られるスタティックシールは，処理流体の中間室への進
入を防止し、緩衝ガスのみが中間室から逃れることを可
能にする。
【００８０】本発明のシール構造の使用により提供され
る利点は、オイルのような汚い、処理流体を汚染させる
恐れのある「ウエット」緩衝流体をなくすることができ
る点である。更に、オイル潤滑剤は高価である。
【００８１】対照的に、本発明の好適例は、潤滑剤とし
てガスを有する乾式運転シールである。螺旋溝を装備す
ると、シール面が分離して面どうしの間に隙間をつくり
だし、非接触形式のシールを使用する結果、シールの寿
命は長くなり、接触摩擦より生ずる発熱は小さくなる。
【００８２】シール面を介し同面を横切る緩衝ガスの僅
かだが定常的な流れは冷媒として作用しシール面どうし
の間の粘性せん断により発生する熱を何れも除去する。
かくして、摩擦熱の問題は発生しないから緩衝流体をシ
ール領域を横切って循環させることは必要でない。
【００８３】毒性処理流体と共に使用するために窒素を
緩衝ガスとして使用することは環境規制と当局により認
められている。更に、シールが故障すると直ちに装置が
停止するから、本発明によるシール装置は毒性流体の流
れを不断にモニターすることなく使用することができ
る。
【００８４】本発明のシール構成は大部分のポンプを含
め種々のシール用途に使用することができる。例えばシ
ールはシールリングのすぐ周りのハウジング内の空間を
排気するリペラーポンプと共に使用することにより、少
なくとも部分的な真空を提供することができる。
【００８５】窒素の「消費」即ち、ハウジング室内への
窒素の噴射はリペラーによりひきおこされる部分真空が
窒素ガス緩衝圧を低くすることができるからリペラー内
で小さくなる。だが、リペラー室と中間室間の圧力差を
ほぼ１０psi に維持することが望ましい。
【００８６】以上、本発明の好適例を示したが、請求範
囲の範囲を逸脱せずに種々の変更を同例に施すことがで
きることを理解されたい。
【００８７】
【図面の簡単の説明】
【００８８】
【図１】 本発明の好適例を組み込んだハウジングとシ
ャフトの軸方向断面図である。
【００８９】
【図２】 本発明の好適例のもう一方のシールリングの
断面図である。
【００９０】 符号の説明 １０・・・シール １２・・・ハウジング １６・・・シャフト １４・・・シャフト通路 ２０・・・周囲環境 ３６・・・回転シールリング ４０・・・固定シールリング
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年４月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適例を組み込んだハウジングとシ
ャフトの軸方向断面図である。
【図２】 本発明の好適例のもう一方のシールリングの
断面図である。
【図３】 本発明の好適例の他方のシールリングの断面
図である。
【符号の説明】 １０ シール １２ ハウジング １６ シャフト １４ シャフト通路 ２０ 周囲環境 ３６ 回転シールリング ４０ 固定シールリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ ピー．ネッツェル アメリカ合衆国、イリノイ州 60077、ス コキー、ワシントン ストリート 5237

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジングを貫いて延びる回転シャフト
    に沿うハウジング内の加圧処理流体の漏れをシールする
    シール装置において、 ハウジングに対するシール接続用の固定シールリング
    と、シャフトに対するシール接続用回転シールリングと
    を含み、前記各リングが同リングの一方の面と相対的に
    回転し嵌合する関係に環状の全体として径方向のシール
    面を備えるようになった第１の回転機械端面シールと；
    ハウジングに対するシール接続用の固定シールリング
    と、シャフトに対するシール接続用回転シールリングと
    を含み、前記各リングが同リングの一方の面と相対的に
    回転する嵌合シール関係に環状の全体として径方向のシ
    ール面を備えるようになった第２の回転機械端面シール
    と；を備え、 前記第１と第２の回転機械端面シールがシャフトに沿っ
    て軸方向に隔てられて前記ハウジングによりその間に中
    間室を形成するように形成され、前記シールの各々がリ
    ングの一方を他方側に偏倚させ前記シールリングの各々
    の環状シール面を前記相対的に回転するシール関係に維
    持し、 前記相対的に回転する前記第１端面シールのシールリン
    グが、前記中間室にさらされる前記シール面の一つの環
    状円周を備え、前記シール面の他方の環状円周が前記ハ
    ウジング外部の周囲環境にさらされ；前記中間室が、前
    記第１の回転機械端面シールの相対的に回転する嵌合シ
    ール面のみを横切って、加圧処理流体を含む前記ハウジ
    ングの内部と連通し、前記中間室が前記第２の回転機械
    端面シールの相対的に回転する嵌合シール面のみを横切
    ってハウジング外部の周囲環境と連通し；前記中間室が
    前記第１の回転機械端面シールリングの環状シール面の
    円周に存在する前記処理流体圧を上廻る圧力で相対的不
    活性ガス源に接続される手段を含む；ことを特徴とする
    前記シール装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の回転機械端面シールのリング
    の一方の径面が中間室内の相対的不活性ガスにさらされ
    る前記円周からハウジング内の処理流体にさらされる円
    周方向へ一部延び、前記シール面上にハウジング内の処
    理流体にさらされる前記円周に隣接する環状ダムを形成
    する複数の螺旋溝を備える請求項１のシール装置。
  3. 【請求項３】 前記第１の回転機械端面シールの螺旋溝
    が、シャフト回転中に相対的不活性ガスを中間室から第
    １の回転機械端面のシール面を横切ってハウジング内の
    処理流体内へ汲移す請求項２のシール装置。
  4. 【請求項４】 前記第１の回転機械端面シールのリング
    の一方のシール上の螺旋溝が、前記シールリング面の外
    径から内径方向へ延び、前記ダムがシールリング面の内
    径に隣接する請求項２のシール装置。
  5. 【請求項５】 前記回転機械端面シールのリングの一方
    のシール面上の螺旋溝が前記固定シールリング上に形成
    される請求項２のシール装置。
  6. 【請求項６】 前記第２の回転機械端面シールのリング
    の一方の径面が前記中間室にさらされた円周から一部前
    記ハウジング外部の周囲環境にさらされた円周方向に延
    びハウジング外部の周囲環境にさらされた円周に隣接す
    る環状ダムを形成する複数の螺旋溝を備える請求項１の
    シール装置。
  7. 【請求項７】 前記回転機械端面のリングの一方のシー
    ル面上の螺旋溝が、前記シールリング面の外径から内径
    方向へ延び、ダムがシールリング面の内径に隣接する請
    求項６のシール装置。
  8. 【請求項８】 前記回転機械端面シールのリングの一方
    のシール面上の螺旋溝が前記固定シールリング上に形成
    される請求項６のシール装置。
  9. 【請求項９】 前記第２の回転機械端面のリングの一方
    の径面が前記中間室にさらされた円周から一部前記ハウ
    ジング外部の周囲環境にさらされた円周方向に延び、前
    記ハウジング外部の周囲環境にさらされた円周に隣接す
    る環状ダムを形成する複数の螺旋溝を備える請求項４の
    シール装置。
  10. 【請求項１０】 前記回転機械端面のリングの一方のシ
    ール面上の螺旋溝がシールリング面の外径から内径方向
    に延び、ダムがシールリング面の内径に隣接する請求項
    ９のシール装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２の回転機械端面シールのリン
    グの一方のシール面上の螺旋溝が前記固定シールリング
    上に形成される請求項９のシール装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１と第２の回転機械端面シール
    の各々についてリングの一方を他方へ向けて偏倚させる
    前記手段が、一次リングの各々を前記一次リングの双方
    の中心位置から外側方向へ偏倚させる共通ばねより成る
    請求項１のシール装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１のシールのシールリングの一
    方のシール面が、更に、前記面上に前記ハウジング内の
    処理流体にさらされた円周に隣接する環状ダムを形成す
    る請求項８のシール装置。
  14. 【請求項１４】 前記螺旋溝が前記第１のシールの一方
    のリング面上に配置され前記中間室内の相対的に不活性
    のガスにさらされたリング円周から延び、前記溝が前記
    相対的に不活性のガスを中間室から第１のシールのシー
    ル面を横切ってハウジング内の処理流体内へ汲移す形と
    深さを有する請求項８のシール装置。
  15. 【請求項１５】 前記第２のシールのリングの径面がハ
    ウジング外部の周囲環境にさらされた円周に隣接する環
    状ダムを形成する請求項１０のシール装置。
  16. 【請求項１６】 前記シールのリング上の溝が前記固定
    シールリング上に形成される請求項８のシール装置。
  17. 【請求項１７】 前記相対的に不活性のガスが窒素、二
    酸化炭素、空気又は貴ガスの一つの群から取られる少な
    くとも一つのガスより成る請求項８のシール装置。
  18. 【請求項１８】 前記第１と第２のシールがカートリッ
    ジとして予め組立られ取り付けられる請求項１のシール
    装置。
  19. 【請求項１９】 加圧処理流体を含むハウジング内を貫
    通する回転シャフトに沿ってシールする螺旋溝シール装
    置において、 軸方向に隔てられ第１と第２の回転機械端面シールがハ
    ウジングと共に中間室を形成し、それぞれのシールがハ
    ウジングに固定された固定リングにより提示される全体
    として径方向に延びる対向するシール面と、シャフトと
    共に回転する回転リングと、 その面を一部横切って環状シールリング面の一方のリン
    グ円周から内側方向にその他方リング円周方向へ延びる
    複数の汲移し螺旋溝を有する第１と第２のシールのリン
    グの一方のシール面と、各シールの各リングのシール面
    を互い方向へ偏倚させる手段と；を備え；前記第１のシ
    ールが、ハウジング内に含まれる前記処理流体に隣接配
    置され、第１のシールリング面の環状円周が処理流体に
    さらされ、第１のシールリング面の他方の環状円周が、
    前記中間室内に含まれる相対的に不活性のガスにさらさ
    れることによって、中間室内の相対的に不活性のガスの
    高圧が処理流体が前記ハウジングから前記第１シールの
    シールリング面を横切って中間室内へ移行することを妨
    げ、 前記中間室が、第１の回転機械端面シールリングの環状
    シール面の円周に存在する処理流体の圧力を上廻る圧力
    で相対的に不活性のガス源に接続される手段を備え；前
    記第２のシールが中間室と、ハウジング外部の周囲環境
    に隣接し、環状シールリング面の第１の円周が、前記中
    間室内の相対的に不活性のガスにさらされ、環状シール
    リング面の第２の円周がハウジング外部の周囲環境にさ
    らされることによって、シャフト回転中、中間室内に含
    まれる相対的に府活性のガスのみが、第２シールのシー
    ルリング面を横切って周囲環境内へ漏れて処理流体の装
    置外への漏れを防止する；ことを特徴とする前記螺旋
    溝。
  20. 【請求項２０】 ハウジング壁を貫通する回転シャフト
    に沿ってハウジング内の加圧処理流体の漏れをシールす
    る方法において；ハウジングに対する接続をシールする
    固定シールリングを含む第１の回転機械端面シールと、
    シャフトに対する接続をシールする回転シールリングを
    設け、上記各リングが環状の全体として径方向のシール
    面を前記リングの他方の面と相対的に回転する嵌合シー
    ル関係に備え；ハウジングに対するシール接続用の固定
    シールリングを含む第２の回転機械端面シールと、シャ
    フトに対するシール接続用の回転シールリングとを設
    け、前記各リングが環状の全体として径方向のシール面
    を前記リングの他方の面と相対的に回転する嵌合シール
    関係に有することによって中間室を形成し；相対的に不
    活性のガスを相対的不活性ガス源を流体連通する通路を
    介して前記中間室内へ導入し、前記相対的に不活性のガ
    スがそれにさらされる前記第１の回転機械端面シールリ
    ングの環状シール面の円周における処理流体の圧力を上
    廻る圧力で中間室内に含まれることによって；前記相対
    的不活性ガスを中間室から前記相対的に回転する第１の
    回転機械端面シールの嵌合シール面を横切って前記ハウ
    ジング内へ流入させ；前記相対的不活性ガスを中間室か
    ら第２の回転機械端面シールの相対的に回転する嵌合シ
    ール面を横切ってハウジング外部の周囲環境内へ流入さ
    せる；段階より成る前記方法。
  21. 【請求項２１】 前記相対的不活性ガス源が中間室に対
    して窒素、二酸化炭素、空気、又は貴ガスの一つの群の
    中からとられる少なくとも一つのガスより成る請求項２
    ０の方法。
  22. 【請求項２２】 前記第１と第２のシールが取付け前に
    カートリッジとして共に予め組立られる請求項２０の方
    法。
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