JPS60205095A - シ−ルした流体スイベルジヨイント - 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】 本発明はシールされた流体スイベルジョイトに関するも
のである。

洛中の石油およびガス生産系の開発は一つの概念をもち
、その概念においては、処理および貯蔵用浮き船はそれ
の重要構成分として高圧の多通路流体スイベルジヨイン
トを組込んでいる。流体スイベルジヨイントはその中に
、ジヨイントの内部から下向きにのびてガス、油、空気
、水あるいは他の流体をそこまであるいはそこから下方
へ運ぶ複数個の静止の流体通路またはパイプを含んでい
る。複数個のカップリングが流体スイベルジヨイントの
外側上に取りつけられてそれと相対的に回転可能であり
、各々の回転可能のカップリングはその流体スイベルジ
ヨイントを通して静止の流体通路またはパイプの一つと
連通する。米国特許第２８９４２６８号および同第３．
５９Ｑ４０７号は上述ときわめて類似の概念を使用する
フロート支持の海中ターミナルを開示している。

このような流体スイベルジヨイントに関連する問題は６
０００ｐｓｉ（４１７００ｋＰａ）にしげしげオヨぶそ
れを横断する比較的大きい差圧に耐え、一方ではまたス
イベルジヨイントに関連する相対的回転運動を与えるソ
ールを提供することにある。これらの流体スイベルジヨ
イントの多くにおいて利用されてきたシールはＶ型リッ
プノールでゎシ、これらはしばしば、大きい差圧に適合
するよう設３」するときにスイベルジヨイント中にきわ
めて大きい摩擦力をもたらす。

さらに、大きい差圧は比較的柔軟なシール部材をそれら
がシールするよう設計されているギャップの中へ押出す
結果となっている。従来法のスイベルジヨイントは内側
リングの周りで回転する外側リングで以てしばしば構成
されそれらの間に放射状の７−ルをもっていた。高い内
圧はしばし、はリング内に偏りをもたらしそれらは放射
状の間隙ギャップを増す。普通のシール材料はこのギャ
ップを、／−ルの圧力保全性を維持しながら有効に埋め
ることができない。そこで、普通のシール材は各種の要
素で以て補強して放射状間隙ギャップを埋めるように材
料の物理的強度を増加させてきた。不幸にして、補強拐
はシール材料配合物の弾性を少なくしよシー純性のもの
にする傾向がある。

従ってこれらの配合物で形成されるシールはシールを行
なわせるためＫは大きい接触力をもたねばならない。弾
性の少ない物質はあらゆる流体通過に対抗してシールす
るよう、かみ合いシール表面中の微小溝の中へ入り込む
抵抗を増すからである。

材料配合物の補強用要素のよシ高い接触応力とより磨耗
的な性質はシールとシール噛み合い面との両方の磨耗を
増す傾向があり、しばしばシールの圧力保全性の低下に
通ずる。シール材料がギャップ中へ押出される問題を解
決するために、従来法はまた硬質プラスチックまたは金
属の押出し防止リングを利用してシール用要素を支持し
かつ流体スイベルジヨイントのリング間の間隙ギャップ
を埋めさせてきた。不幸にして、これらの従来法の設計
は完全には満足できるものでないことが判明したのであ
る。

この種類の従来法のシール構造体において遭遇する問題
を改善するために、ＧＢ−Ａ−２１３２７２６はタンカ
ー用沖合積出しターミナルにおいて普通に用いられるよ
うな流体スイベルジヨイントのだめの改善された／−ル
用装置を開示している。各種の開示具体化のなかには、
なかのシール押出しギャップを發小にするためにかたよ
シ荷重（ｂｉａθ−１ｏａｄｅｄ）押出防止リングで以
て設計された７−ル１４１４がある。１だ、シールの構
成部品が流体スイベルジヨイントの構成部品中の偏心あ
るいはその他の変動または歪を補償するために比較的自
由に浮遊している、流体スイベルジヨイント用の７−ル
装置が開示されている。

ＧＢ−Ａ−２１３２７２６によると、シールされた流体
ジヨイントは共通の中央縦軸のまわりで相互に相対的に
回転できる第一および第二の隣接ジヨイントリングをも
っている。これらのジヨイントリングは小さい環状のリ
ング形間隙ギャップがそれらの間に設けられて相対的回
転運動が許されるようになっており、そして、リングの
一つは間隙ギャップに隣接する環状のシール部・ウジフ
グ溝を規定している。環状シールがこのシール部１ウジ
ング溝の中に置かれ、そして、環状の柔軟な／一層部材
とこれが間隙ギャップの中ヘシールを横断して存在する
比較的大きい流体差圧によって押出されるのを防ぐため
の隣り合う押出し防止リングとを含む。押出し防止リン
グあるいはシール部材は隣接シール表面へ向けて片よせ
られてそれらの間で有効な高圧流体シールを提供しそし
てまたシール内に存在する押出ギャップを最小にする。

いくつかの具体化において、スイ（ルジョイントは中央
縦軸のまわりで対称的にひろがる円筒状間隙ギャップを
もつ放射状シールを規定している。他の別の構造体にお
いては、スイベルジヨイントは中央縦軸のまわりで対称
的に位置する放射状に平らな形状の間隙ギャップをもつ
面シール構造を規定している。

その上、片よらせ作用は、環状シール部材全第二ジヨイ
ントリング上のシール表面へ向けて片よらせるように７
−ルハウジング溝中に位置するスプリングによって達成
される。一つの具体化においては、コイルスプリングが
７−ルハウジング溝の壁と環状シールとの間に圧縮状で
とりつけられている。もう一つの具体化においては、ス
プリングは環状の７−ルハウジング溝の中で環状シール
のｊλｊりで周辺状にひろがっている。いくつかのその
他の具体化においては、スプリングは環状シール部材へ
向けて押出し防止リングを片よらせてそれを第二ジヨイ
ントリング上のシール表面へ向けて触れきせかつまたシ
ール内のシール押出ギャップを最小化する。

各部の７−ル設計において、シールはゾールを横断して
存在する差圧を利用して環状／−シル部材７一ル表面へ
向けて圧して片よらせかつまたシール押出ギャップｋｌ
）小化させる。その他の設計は押出防止リングを環状７
一ル部材へ向けて片よせる差圧を与えてそれを第二ジヨ
イントリング上のシール表面へ向けてＩ＠ｉれさせかつ
また押出防止ギャップを最小化する。一つの開示具体化
においては、差圧は環状７一ル部拐をシール表面へ向け
て直接的に片よらせるのに利用される。

ゾール設計のいくつかにおいては、環状シール部材はそ
の中でそれの環状長さに沿ってひろがるＶ形凹状スロッ
トで以て形成されて差圧をさらに利用し、一方、その他
のシール設計においては、押出防止リングがＬ形断面で
以て構成されかつ環状シール部材がそのＬの２本の脚の
間に位置する。

一つの設計においては、Ｖ形凹状スロットは環状間隙ギ
ャップの方向に面するそのＶ形開口をもち、一方もう一
つの設計において妓、■形開口は環状間隙ギャップから
はなれて矩形状で面する。

その上、いくつかの多要素シールが、／−ル要素の押出
およびシール噛み合い両表面の不必要な磨耗のようなこ
の種の従来法シールに関連する問題を除くよう設計され
た具体化の中で開示はれている。これらのシール設計の
いくつかは柔軟／−シル部材押出防止リングの間に信管
する第二の／一層部材を含んでいる。これらの具体化に
おいては、０−リングが柔軟ゾール部材と第二ノール部
材との間に、かつまた第二／−ル部材と押出防止リング
との間に、置かれる。

押出防止リングは別々の部分として構成されてもよく、
あるいはまた、ソールの一体的構成部品であってもよい
。

スイベルジヨイントの内側リングと外側リングが相仏に
同心的条件にあるかぎり、押出防止リング−または装置
はそれらのシール機能を満足すべき姿で果たす。しかし
、操作条件は、スイベルジヨイントの内側お・よび外側
のリングが相互に関して偏心状態となってプラスチック
材料で構成されている押出防止リングが破壊きれるかあ
るいは有効でなくなる点まで変形するようになる状態に
、ときには遭遇する。類似条件の下で押出防止リングが
金属で構成されているときには、それらはそれらの相対
的偏心の結果として内外スイベルジヨイント・リングの
７一ル表面に容易に損傷を与える。

その上、内外リング間で出会う偏心はシールの不向−な
放射状負荷をひきおこしてシールの圧力保全性に悪い影
響を及ぼしかつ早期の７−ル破壊をもたらす傾向のある
不均質シール磨耗を生ずるようになる。

従って、本発明の一つの目的は従来法の７−ルされた流
体スイベルジヨイントで以て経験する欠点を軽減あるい
は克服することである。

本発明はシールされた流体スイベルジヨイントに、ｌ−
１９、それは、 α、共通゛の中央縦軸のまわシで相互に相対的に回転し
得る第一および第二の隣接ジヨイントリングであって、
かつ、それらの間で環状間隙ギャップを規定して第一お
よび第二のジヨイントリングの間の上記相対運動を可能
にし、環状シール部・ウジフグ溝が上記間隙ギャップと
連通ずる上記第一ジヨイントリング内に形成される、第
一および第二の隣接ジヨイントリング； ｂ、上記第一ジヨイントリングと上配側二ジヨイントリ
ングとの間にシールを提供する上記環状シールハウジン
グ溝の中に位置する環状シールであって、環状の柔軟シ
ール部材と上記環状シールを横断して存在する流体差圧
によって柔軟／−シル部材上記間隙ギャップの中へ変形
されるのを防ぐ硬質の環状押出し防止リングとを含み、
この流体差圧が上記環状部材を上記第二ジヨイントｌ／
フグ上の隣接シール面へ向けて片よらせてそれらの間に
有効な流体シールを提供する、環状シール；Ｃ１上記環
状シール部材と上記第二ジヨイントリング上の隣接シー
ル面との間に油の循環流を提供して上記／−ル部材と第
二ジヨイントリングとの間の界面から発生熱と７−ル磨
耗屑とを除くようにする油注入手段； から成る。

図面において、第１図は中に放射タイプのシール構造を
もつ既知タイプの流体スイベルジヨイントの正面断面図
であり、第２図は本発明の−っの実施１シリによる流体
ジヨイント／−ルの放射タイプの拡大した断面図である
。

第１図を参照すると、中に放射状流体ソールをもつ、タ
ンカー用沖合出荷ターミナルのための流体スイベルジヨ
イントの既知のタイプ１ｏが示されている。各種直径の
複数閘の非回転性流体通路１２はそのスイベルジヨイン
ト内部で垂直にその中の各独水準の一つへのびている。

代表的には、これらの通路はガス、油、空気、水、ある
いは他の流体をそのスイベルジヨイントへまであるいは
それから下方へ、６０ＱＯｐｓｉ（４１３７０ｋＰａ）
までの範囲の圧力において運ぶ。この流体スイベルジヨ
イントの吊上水準はその他の水準の模範例であシ、相対
的に静止している内側ジヨイントリング１４と回転可能
の外側ジヨイントリング１６とを含む。内外のジヨイン
トリング１４と１ｌｔ（−カ。

らの間で環状流体マニホールド”１８を規定している。

流体通路の一つ１２はカップリング１９によってリング
１４の内壁から環状流体マニホールド１８へ接合され、
そして同様にカップリング２゜（この流体スイベルジヨ
イントの下部水準のいくつかについて示されている）は
外側ジヨイントリング１６の外壁から通ずる。この装置
は流体通路はカップリング２０から流体マニホールド町
８を通って垂直流体通路１２の一つへ設定され、一方ま
た、静止の内側ジヨイントリングＩ４と流体通路または
タイプ１２と相対的なカップリング２゜および外側ジヨ
イントリング１６の回転を可能にするような装置である
。内外のジヨイントリング１４と１６は共通の同心縦軸
２１をもち、外側リング１６の回転けまたこの共通軸の
まわりでおこる。

内外のジヨイントリング１４と１６はそれらの間で上方
および下方の小さい環状の空隙ギャップ２２を規定して
相対回転運動を可能にしている。

第１図は放射状タイプのスイベルジヨイントを解説する
ものであって、その中で間隙ギャップ２２は一般的に円
筒状である形状を形成している。複数量の環状シール２
４がこの間隙ギャップ内に設けられていてこの流体マニ
ホールドをシールし、一方また相対的な回転運動を提供
する。

当業において知られている流体スイベルジヨイントはま
た面タイプのシール形態をもつ第二のタイプの流体スイ
ベルジヨイントを利用してもよく、その構造は一般的に
は破線で、第１図に描く流体スイベルジヨイントの二番
目の高さの水準の右側において示されている。このタイ
プのシールにおいては、各々の流体マニホールドは上部
ジヨイントリングと下部ジヨイントリングとによって規
定され、かつそれらの間の間隙ギャップ２６は共通の中
央縦軸２１のまわりで対称的にひろがる放射方向に平ら
な形状のギャップである。面タイプのクールをもつ流体
スイベルジヨイントにおいては、上部と下部のジョイン
）　１１ングは普通は相互に相対的に回転できる別々の
一体部品として構成される。複数個の環状シール２８は
放射方向に平らなギャップ２６の中に設けられ、これら
のシールは前述の環状７−ル２４と同様に機能する。

第１図に示すタイプの既知の７−ルは一般的には、内外
のジヨイントリングが同心的のままであるかぎり、放射
状・／−ルをもつ流体スイベルジヨイント中で満足な成
績を示す。しかし、内外リングの相互に関する何らかの
偏心（はしばしばプラスチックの押出防止リングが破壊
されるかあるいは有効でなくなる点捷で変形される結果
をもたらす。

金属の押出防止リングは内外リングが偏心的になるとそ
れらのシール表面を容易に損傷することができる。その
上、偏心はしばしばシールの不均一な放射方向負荷をも
たらし、それは７−ルの保全性に悪い影響を及ぼしある
いは不均一のシール摩耗をひきおこし、従って早期シー
ル破壊を伴なう。

第２図を参照すると、その中で示されるスイベルジヨイ
ントは外側ジヨイントリング３０．３２おおける偏心を
すべて補償しかつリング間に規定される放射方向の間隙
ギャップ３４の中へのシールの望ましくない押出を防ぐ
ように設計されている。

シール保持リング３６は複数個のボルト３８によって固
定され、０−ＩＪング７−ル４０は二つの構成成分を相
互に対して相対的にシールする。シール保持リング３６
と外側リング３３とは一緒に間隙ギャップ３４に隣接す
る環状７−ルノ・ウジフグ溝４２を規定する。環状シー
ルは、ギャップ３４と通ずるＶ形スロツｉｔ−もちかつ
Ｌ形押出防止すノグ４６の脚の間に位置する第一の環状
の柔軟７一ル部材４４を含む。押出し防止リング４６の
下面はＯ−リング５０をかこうだめの環状溝４８を規定
して押出し防止リング４６とシール保持リング３６との
間にゾールを提供する。押出−し−防止リング４６は自
由浮遊状であシはじめは内側ジヨイントリング３０から
比較的小さいシール押出ギャップだけずらされている。

操作に際しては、内圧は間隙ギャップ３４を通ってかつ
放射状シール４４および押出防止リング４６の上方で押
出防止リングの外側面へ伝達され、シールを横切る差圧
がこの押出防止リングをシール部材４４の外径へ向けて
かつ内側リング３０の外側表面へ向けて圧しつけるよう
になる。その上、一つの間隙が、押出防止リング４６の
外径とシールハウジング溝４２の内径との間に設けられ
て、７−ル要素４４の放射方向負荷のいずｒ＋、　ｖｃ
も悪い影響を及ぼすことなしに内側リング３０と相対的
な外側リング３２の限定はれた偏心的水平運動を可能に
する。

押出防止リング４６の外側直径上に作用する内圧はこの
リングを内側ジヨイントリング３０の方へ内向きにずら
せ、それによってシール押出ギャップを小さくする。そ
の結果、増加する内圧はシール押出ギャップを減らしそ
れによってシール押出の問題を軽減する。

低圧で作動する油注入系はシールを冷却しかつ／−ルリ
ソプ領域からシール摩耗屑を除くのに用いられ、次のと
おり作動する。

油をまシール構造の中へ、内側ジヨイントリング；３０
の中の取り入れ通路６２ｆ、通って注入され、シール部
拐４４中の環状溝５６の中へ流れかつその中で循還し、
ソール部材と押出防止リング４６の中のくほみ咬たは溝
５８ｆ、通って下向きに流れ、そして保持リング３６と
内側ジヨイントリング３０との間の環状空間６０の中へ
押出し防止リング１１Ｇと内側シフインドリング３０と
の間の界面上に油皮膜を形成させたのちに入る。空間６
０中の７一ル部拐５４は油が大気へ洩ハるのを妨げ、内
１１！Ｉジヨイントリング３０中の油取シ出し通路６４
を通して油を強制循環させる。シール部拐４４と押出し
防止リング４６との内側ジヨイントリング３００表面へ
向けての摩擦によって発生される熱は注入された循環油
へ伝達される。取り出し通路６４紫出たのち、油は濾過
され適当な循環ポンプ（図示せず）によってシール装置
中に循環される前に冷却されてよい。

このように、油注入系は主として熱とシール摩耗屑を除
く目的に役立つものであるが、捷た相対する構成成分へ
わずかにいくらかの潤滑性も与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射タイプのシール形態をなかにもつ流体スイ
はルジョイントの既知のタイプの正面断面図であシ、第
２図は本発明の一つの実施例による放射タイプの流体ス
イベルジョイン）ｋ貫通する拡大規模の断面図である。 ％許ｆｆ１ｍ人　モービル−オイル９コーポレーシヨン
（外５名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ａ）共通の中央縦軸の周シで互いに相対的に回転可
   能である第一および第二の隣接するジヨイント・リング
   であって、かつ、それらの間に環状の間隙ギャップ全規
   定してその第一および第二のジヨイントリングの間で上
   記の相対的回転運動を可能にし、環状のシール・ハウジ
   ング溝が上記第一ジヨイントリングの中で形成されて上
   記間隙ギャップと連通ずる、第一および第二の隣接ジヨ
   イントリング； ｈ）上記の第一ジヨイントリングと上記の第二ジヨイン
   トリングとの間でシールを提供する上記環状シール部・
   ウジング溝中に位置する環状シールであって、この環状
   シールは環状の柔軟シール部材とこの柔軟シール部材が
   上記環状シールを横切って存在する流体差圧によって上
   記間隙ギヤ化り／グとを含み、この流体差圧が上記環状
   シール部材を上記第二ジョイン）　ＩＪング上の隣接シ
   ール面へかたよらせてそれらの間に有効な流体シールを
   提供する、環状ゾール；並びに、 Ｃ）上記環状シール部材と上記第二ジヨイントリング上
   の隣接シール面の間で油の循環流を提供して上記シール
   部材と第二ジヨイントリングの間から発生熱とシール磨
   耗屑とを除去するようにした油注入手段； から成る、シールされた流体スイにルジョイント。 ２）上記間隙ギャップが上記回転運動軸に対して垂直の
   方向に間隔をもった上記第一および粛二リングの両面の
   間で規定される、特許請求の範囲第１項に記載のシール
   された流体スイベルジヨイント。 ３）上記環状シールを横断して存在する上記差圧が、上
   記押出し防止リングを上記環状シール部材へ向けて圧し
   て片よらせて、環状シール部材を上記第二ジヨイントリ
   ング上のシール面へ押す、ａｌｌ！Ｆ槽重の節ＦＩＩ４
   笛１頂寸介Ｈ埴２頂に紀齢のシ−ルきれた流体スイベル
   ジヨイント。 ４）上記第二ジョイン）　ＩＪング土の隣接シール表面
   と接触する上記環状シール部劇の表面において形成され
   た環状溝；該環状シール部材と上記押出し防止リングの
   中で形成されて上記環状溝と連通ずる円周状空間のくほ
   み；上記第二ジヨイントリング中の上記環状溝と連通ず
   る油取入れ通路と、上記〈はみと連通しかつ上記環状溝
   から間隔をもった油取出し通路手段であってこの通路手
   段、上記環状溝および上記くぼみを通って油循環流を可
   能にする油取出し通路手段； を含む、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
   に記載のシールされた流体スイベルジヨイント。 ５）上記第一および第二のジヨイントリングの間で上記
   押出防止リング中の上記油循環くほみの排出端の近くの
   第二環状シール部材を含み、上記油の大気への漏洩を防
   ぐようにする、特許請求の範囲第４項に記載の７−ルさ
   れた流体スイベルジヨイント。