KR101488180B1 - 유체 활성화 샤프트 시일 - Google Patents

유체 활성화 샤프트 시일 Download PDF

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마르티누스 반 스쿠어
크리스토퍼 씨. 루들로우
스티븐 에이. 클리퍼
앤드류 엠. 커틀러
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미드 테크놀로지 코오포레이션
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Abstract

유체 활성화 샤프트 시일 시스템은 격벽에 대해 그리고 격벽 및 환형 캐리어를 통해 연장하는 샤프트 둘레에 고정된 환형 캐리어를 포함한다. 환형 캐리어는 한 쌍의 립 시일을 지지하고, 각각의 립 시일은 외향 지향 포켓 및 샤프트로부터 이격된 립 부분 및 캐리어에 접하는 부분을 형성한다. 발포체가 각각의 립 시일의 포켓 내에 배치된다. 각각의 발포체는 유체의 존재시에 팽창하여 립 시일의 립 부분을 샤프트와 접촉하게 압박하여 샤프트에 대해 환형 캐리어를 밀봉하도록 구성된 겔 재료를 포함한다. 환형 리테이너가 각각의 립 시일의 포켓 내에 발포체를 보유하기 위해 환형 캐리어의 각각의 측면에 정합된다.

Description

유체 활성화 샤프트 시일 {FLUID ACTIVATED SHAFT SEAL}
관련 출원
본 출원은 본 명세서에 참조로서 인용되어 있는 35 U.S.C. §119, 120, 363, 365 및 37 C.F.R. §1.55 및 §1.78 하에서 2004년 11월 22일 출원된 미국 가출원 제60/629,911호의 이득 및 우선권을 청구하는 2005년 11월 22일 출원된 미국 특허 출원 제 11/286,680호의 일부 계속 출원인 2008년 6월 6일 출원된 미국 특허 출원 제 12/134,848호의 일부 계속 출원인 2010년 7월 28일 출원된 미국 특허 출원 제 12/804,737호의 이득 및 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 시일(seal)에 관한 것으로서, 특히 겔 재료를 구비하는 유체 활성화(fluid-activated) 샤프트 시일(shaft seal)에 관한 것이다.
다수의 산업적 용례는 구조체의 일 영역으로부터 벽을 통해 구조체의 다른 영역으로 샤프트가 통과하는 것을 필요로 한다. 샤프트는 일반적으로 벽 내의 개구를 통해 통과하고 벽의 위치에 대해 이동한다. 예를 들어, 샤프트는 표면을 통해 샤프트의 축 둘레로 병진 이동하고, 회전하거나, 또는 병진 및 회전의 소정의 조합(예를 들어, 비틀림, 굽힘 또는 신장)으로 이동할 수 있다. 공간 간극(clearance)이 일반적으로 이 이동을 용이하게 하기 위해 샤프트와 벽 내의 개구 사이에 존재한다.
이동 샤프트를 수반하는 몇몇 용례는 구조체의 개별 영역들 사이의 유체 격리를 필요로 하여 구조체의 일 영역 내의 누설 또는 오염이 샤프트와 벽 내의 개구 사이의 간극을 경유하여 구조체의 인접 영역으로 이주하거나 유동하지 않게 된다. 예를 들어, 선박의 선체(hull)의 길이를 따라 연장하는 추진 샤프트는 선박의 상이한 격실을 분리하는 다수의 격벽(bulkhead)을 통해 통과한다. 일 격실 내의 누수가 격벽을 지나 샤프트를 따라 다음의 격실 내로 진행하는 것을 방지하는 것은 선체가 물로 가득 차서 선박이 침몰하는 것을 방지하는데 있어 중요하다. 샤프트 시일은 통상적으로 예를 들어 선박 구조체의 샤프트 개구에 대한 샤프트의 회전 중에 일 격실로부터 다음의 격실로 유체의 유동을 제한하는데 사용된다.
샤프트가 샤프트 작동 중에 회전함에 따라 회전하도록 설계된 통상의 샤프트 시일의 예는 미국 워싱턴주 포울스보 소재의 워트실라-립스 인크(Wartsila-Lips, Inc.)에 의해 시판되는 ND-형 샤프트 시일이다. ND-형 시일은 고무 몰딩-샤프트 인터페이스에 위치된 O-링을 포함하여, 샤프트가 스핀함에 따라 몰딩과 O-링의 모두가 스핀하게 된다. 격벽의 일 측면 상의 불균일한 압력량에 의해 생성된 O-링을 가로지르는 압력차는 고무 몰딩이 변형되어 개구 둘레에 위치된 하우징에 대해 가압하게 한다. 몰딩의 회전은 몰딩이 하우징에 대해 가압할 때 방해된다. 고정 몰딩은 하우징에 대한 시일을 생성하고 O-링을 샤프트와 접촉하게 가압한다. O-링은 또한 스핀을 정지하고 샤프트에 대해 유체 시일을 생성한다.
ND-형 샤프트 시일의 일 결점은 밀봉 부품이 건조 상태에 있는 동안 밀봉 부품과 샤프트 사이의 접촉이 O-링 및 고무 몰딩 상의 연관된 마찰 유도된 마모에 의해 유발된 밀봉 부품의 조기 고장을 유도한다는 것이다. 현재의 조선(shipbuidling) 사양은 일반적으로 시일이 샤프트에 결합되기 전에 약 1/3 psig(평방인치 게이지당 파운드 또는 약 234.1 kg/m2) 또는 대략 8 내지 9 인치(약 203 내지 229 mm)의 물의 밀봉 부품들의 대향 표면들 사이의 압력차를 필요로 한다. 물의 존재는 샤프트와 밀봉 부품(예를 들어, 몰딩 및 O-링) 사이에 방수 인터페이스를 생성하는 것을 지원한다. ND-형 시일은 0.6 내지 0.9 인치(약 15.2 내지 22.9 mm)의 물 정도의 존재시에 활성화되어 있다(예를 들어, 샤프트와 접촉됨). 밀봉 부품은 밀봉 부품이 비교적 건조한 동안에 샤프트에 접촉하여 조기 마모를 유도한다. 부가적으로, 밀봉 부품이 비교적 소량의 물의 존재시에 활성화될 때 유체 기밀 시일을 생성하는데 불충분한 압력차가 대향하는 밀봉 부품들 사이에 발생한다. 유체 기밀 시일이 발생하지 않을 때, 샤프트 및 밀봉 부품과 연관된 누설 유량이 조선소 사양을 초과할 수 있다.
예를 들어, 조선소 사양은 일반적으로 0.5 U.S. pint/hour(약 0.065 ml/s)의 최대 누설 유량을 갖는 자기 활성화(self-activating) 격벽 샤프트 시일을 필요로 하나. 자기 활성화 샤프트 시일은 일반적으로 샤프트에 대한 설치 후에 그리고 누설 중에 인간 조작(예를 들어, 시일의 조정)을 필요로 하지 않는다. DDG-형 구축함에서, 조선소 사양 하에서 허용된 최대 누설 유량은 1 U.S. pint/minute(약 0.1314 ml/s)이다. 비교적 낮은 압력차의 존재시에 시일의 활성화(예를 들어, 전술된 비교적 낮은 물 레벨에 의해 발생된 조기 활성화)는 밀봉 부품의 가속화된 마모를 야기한다. 시일의 가속화된 마모는 시일의 조기 고장 및 조선소 사양과의 불일치를 유도한다.
따라서, 비교적 소량의 유체의 존재시에 조기에 활성화되지 않는 자기 활성화 샤프트 시일을 위한 요구가 존재한다. 조기 마모에 저항하도록 설계된 샤프트 시일에 대한 요구가 또한 존재한다. 그 디자인이 다양한 직경의 샤프트를 효과적으로 밀봉하도록 스케일링될 수 있는 샤프트 시일에 대한 요구가 또한 존재한다. 예를 들어, 그 양자 모두가 구축함 또는 상선(commercial ship), 다양한 산업 용례에서 발견될 수 있는 비교적 소직경 샤프트 및 비교적 대직경 샤프트를 위한 샤프트 시일 디자인에 대한 요구가 존재한다.
본 명세서에 설명된 개념은 유체에 노출될 때 팽창하는 겔 재료와 시일을 연관시킴으로써 현재의 샤프트 시일 디자인과 연관된 상기 및 다른 문제점들을 처리한다. 일 실시예에서, 이러한 재료를 이용하는 시일 디자인은 유체의 부재(absence)시에 이동 샤프트와 접촉하지 않는다. 시일과 샤프트 사이의 분리는 유체의 부재시에 시일 상의 마찰의 효과를 감소시킴으로써 시일의 수명을 연장한다. 겔 재료가 팽창할 때, 시일은 변형되어 샤프트와 접촉하게 압박된다. 이러한 시일과 연관된 다양한 특징 및 장점이 이하에 설명된다.
본 발명을 일 양태에서 시스템에 관한 것이다. 시스템은 격벽 구조체에 결합하기 위한 인터페이스를 포함하는 외부면을 형성하는 지지 부품을 포함한다. 시스템은 지지 부품의 외부면에 슬라이드식으로 결합하기 위한 내부면을 갖는 캐리어 부품을 또한 포함한다. 시스템은 캐리어 부품에 대해 배치된 시일을 포함한다. 시일은 립 부분(lip portion) 및 유체 응답성 겔 재료를 포함한다. 겔 재료는 유체에 노출될 때 팽창하여 립 부분을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하고 유체의 부재시에 수축하여 샤프트와 립 부분 사이에 갭을 형성하거나 갭의 크기를 증가시킨다.
본 발명은 다른 양태에서, 제 1 격실 내의 유체를 제 2 격실로부터 격리하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 여기서 샤프트가 제 1 격실로부터 제 2 격실로 통과한다. 시스템은 샤프트에 대해 배치된 시일을 포함한다. 시일은 립 부분 및 유체 노출될 때 팽창하여 립 부분을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하는 유체 응답성 겔 재료를 포함한다. 겔 재료는 유체의 부재시에 수축하여 샤프트와 립 부분 사이에 갭을 형성하거나 갭의 크기를 증가시킨다.
다른 양태에서, 본 발명은 격벽에 의해 제 1 격실 내의 유체를 제 2 격실로부터 격리하기 위한 지지 부품에 관한 것으로서, 여기서 샤프트가 제 1 격실로부터 제 2 격실로 통과하고, 유체가 립 부분 및 유체 응답성 겔 재료를 포함하는 시일에 의해 격리된다. 겔 재료는 유체에 노출될 때 팽창하여 립 부분을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하고 유체의 부재시에 수축하여 샤프트와 립 부분 사이에 갭을 형성하거나 갭의 크기를 증가시킨다. 지지 부품은 지지 부품이 격벽에 장착될 때 격벽에 결합하기 위한 인터페이스 표면을 형성하는 환형 구조체를 포함한다. 환형 구조체는 인터페이스 표면에 대해 배치된 외부면을 포함한다. 외부면은 지지 부품에 대해 시일을 위치 설정하는 캐리어 부품의 대응 내부면과 슬라이드식 결합을 위한 것이다.
본 발명은 다른 양태에서, 립 부분 및 유체 응답성 겔 재료를 포함하는 시일을 위치 설정하기 위한 캐리어 부품에 관한 것이다. 겔 재료는 유체에 노출될 때 팽창하여 립 부분을 격벽을 통해 통과하는 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하고 유체의 부재시에 수축하여 샤프트와 립 부분 사이에 갭을 형성하거나 갭의 크기를 증가시킨다. 캐리어 부품은 샤프트의 이동에 응답하여 격벽에 장착된 지지 부품의 대응 외부면에 슬라이드식으로 결합하기 위한 본체의 외주부를 따른 채널을 형성하는 환형 본체를 포함한다. 환형 본체는 시일에 결합하여 위치 설정하기 위한 본체의 내부면을 따른 연장부를 형성한다.
다른 양태에서, 본 발명은 격벽 구조체에 의해 분리된 인접 부품을 밀봉하는 방법에 관한 것이다. 방법은 외부면을 형성하는 지지 부품의 인터페이스를 격벽 구조체의 대응 인터페이스에 고정하는 단계를 포함한다. 방법은 지지 부품의 외부면과 슬라이드식 결합하여 캐리어 부품의 내부면을 위치 설정하는 단계를 또한 포함한다. 방법은 캐리어 부품에 대해 시일을 결합하는 단계를 포함한다. 시일은 립 부분 및 유체에 노출될 때 팽창하여 립 부분을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하고 유체의 부재시에 수축하여 샤프트와 립 부분 사이에 갭을 형성하거나 갭의 크기를 증가시키는 유체 응답성 겔 재료를 포함한다.
본 발명은 다른 양태에서 시스템에 관한 것이다. 시스템은 격벽 구조체의 대응 인터페이스에 지지 수단을 결합하기 위한 인터페이스를 포함한다. 시스템은 밀봉 수단의 부분과 격벽 구조체를 통해 통과하는 샤프트 사이의 유동 경로의 크기를 조절하기 위해 유체로의 노출 또는 유체의 부재에 응답하여 체적을 가역적으로 변화시키는 유체 응답성 겔 재료를 포함하는 밀봉 수단을 포함한다. 시스템은 지지 수단에 대해 밀봉 수단을 위치 설정하기 위한 캐리어 수단을 또한 포함한다. 캐리어 수단은 지지 수단의 외부면에 슬라이드식 결합을 위한 내부면을 형성한다.
본 발명은 다른 양태에서, 제 1 격실 내의 유체를 제 2 격실로부터 격리하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 샤프트가 제 1 격실로부터 제 2 격실로 통과하고, 유체는 립 부분 및 유체 응답성 겔 재료를 포함하는 시일에 의해 격리된다. 겔 재료는 유체에 노출될 때 팽창하여 립 부분을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하고 유체의 부재시에 수축하여 샤프트와 립 부분 사이에 갭을 형성하거나 갭의 크기를 증가시킨다. 시스템은 제 1 격실 내의 제 1 표면, 제 2 격실 내의 제 2 표면 및 제 1 격실로부터 제 2 격실로 통과하는 개구를 형성하는 격벽 구조체를 포함한다. 제 1 표면은 제 1 환형 영역을 형성하고, 제 2 표면은 제 2 환형 영역을 형성한다. 제 1 및 제 2 환형 영역은 개구에 인접하고, 격벽 구조체에 대해 시일을 위치 설정하는 캐리어 부품의 대응 내부면과 슬라이드식 결합을 위한 것이다.
다른 예 및 실시예에서, 상기 양태의 임의의 하나는 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템 또는 부품은 캐리어 부품에 대해 시일을 위치 설정하고 결합하기 위한 보유 부품을 포함한다. 보유 부품은 보유 부품을 겔 재료에 결합하는 플레이트부를 포함할 수 있다. 겔 재료의 팽창은 플레이트부를 압박하여 시일의 립 부분을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 대응적으로 압박한다. 플레이트부는 또한 겔 재료의 팽창에 응답하여 립 부분이 이동하는 거리를 증가시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, O-링의 세트가 지지 부품의 외부면과 캐리어 부품의 내부면 사이에 배치된다. O-링의 세트는 격벽 또는 격벽 구조체에 의해 분리된 제 1 격실로부터 제 2 격실로의 유동 경로를 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 격벽 구조체는 하우징부를 포함하고, 지지 부품의 인터페이스는 하우징부에 결합된다.
몇몇 실시예는 샤프트에 대해 시일을 위치 설정하기 위해 캐리어 부품에 대해 위치 설정된 정렬 링을 특징으로 한다. 정렬 링은 샤프트에 대한 캐리어 부품의 연장부에 대해 위치 설정될 수 있다. 정렬 링은 저마찰 또는 저마모 재료(또는 양자 모두)를 포함할 수 있다. 정렬 링은 저부식 재료를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 정렬 링은 저마모, 저마찰 및/또는 저부식 재료로부터 형성되거나 코팅될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시일의 립 부분은 저마찰 또는 저마모 재료(또는 양자 모두)를 포함할 수 있다. 시일의 립 부분은 저부식 재료를 또한 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시일의 립 부분은 저마모, 저마찰 및/또는 저부식 재료로부터 형성되거나 코팅된다. 저마모 재료는 정렬 링, 시일의 립 부분, 샤프트 또는 모든 3개의 조합 상의 마모를 감소시킬 수 있다. 저마찰 재료는 정렬 링과 샤프트 사이 또는 시일의 립 부분과 샤프트 사이의 마찰을 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 샤프트는 복합 샤프트이다. 샤프트는 또한 금속 또는 금속 합금으로부터 제조될 수 있다.
베어링의 세트가 캐리어 부품의 부분 내에 배치되고 샤프트에 대해 위치 설정될 수 있다. 베어링의 세트 내의 각각의 베어링은 샤프트에 의한 접촉 및/또는 회전에 응답하여 회전 가능하다. 베어링의 세트는 샤프트에 대해 시일을 중심 설정할 수 있다. 베어링의 세트에 대응하는 부싱의 세트가 베어링의 세트를 캐리어 부품에 고정하는데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 베어링은 그 표면 상에 배치된 코팅을 포함한다. 몇몇 실시예는 회전 샤프트를 특징으로 한다. 캐리어 부품의 연장부는 리세스 형성된 영역을 포함할 수 있다. 베어링의 세트는 샤프트에 회전 가능하게 결합하기 위해 리세스 형성된 영역 내에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 베어링의 세트에 대응하는 부싱의 세트가 베어링의 세트를 캐리어 부품에 고정한다. 각각의 부싱은 캐리어 부품의 연장부의 외부면과 실질적으로 동일 평면에 있는 부싱 표면을 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 시일은 유체 투과성 경성 개방 셀 발포체 또는 유체 투과성 연성 개방 셀 발포체를 포함한다. 겔 재료는 경성 또는 연성 개방 셀 발포체 내에 매립될 수 있다. 겔 재료의 팽창 또는 수축은 가역적인 효과이다. 예를 들어, 가역적인 효과는 겔 재료의 상 전이 온도 미만으로 저하하는 겔의 온도에 응답하여 팽창하는 겔 재료를 포함한다. 가역적인 효과는 또한 겔 재료가 겔 재료의 상 전이 온도를 초과하는 겔의 온도에 응답하여 수축하는 것을 수반할 수 있다.
샤프트와의 접촉은 립 부분, 정렬 링, 세트 베어링 또는 이들의 조합에 의한 것을 포함하는 샤프트와의 공칭 접촉 또는 샤프트와의 결합을 칭할 수 있다. 샤프트와 립 부분 사이에 갭을 형성하는 것은 립 부분이 샤프트와의 접촉으로부터 벗어나서 이동하는 것을 수반한다. 샤프트와 립 부분 사이의 갭의 크기를 증가시키는 것은 립 부분이 샤프트로부터 이격하여 이동하는 것을 수반한다.
몇몇 실시예에서, 지지 부품의 외부면은 2개의 실질적으로 평행한 표면을 형성한다. 실질적으로 평행한 표면은 실질적으로 대향하여 지향한다(예를 들어, 일 표면은 제 1 격실을 향해 지향할 수 있고, 다른 표면은 격벽 구조체에 의해 분리된 제 2 표면을 향해 지향할 수 있음). 격벽 구조체의 제 1 및 제 2 표면은 또한 실질적으로 평행한 대향 지향면일 수 있다.
본 발명은 다른 양태에서 시스템에 관한 것이다. 시스템은 가요성 본체의 외경을 따른 내부면을 형성하는 가요성 본체를 포함한다. 시스템은 본체의 내경을 따라 배치된 밀봉 구조체를 또한 포함한다. 밀봉 구조체는 립 부분 및 유체에 노출될 때 팽창하여 립 부분을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하는 갭 재료를 포함한다. 겔 재료는 유체의 부재시에 수축하여 샤프트와 립 부분 사이에 갭을 형성하거나 갭의 크기를 증가시킨다.
몇몇 실시예에서, 시스템은 캐리어 부품 또는 지지 부품에 내부면을 결합하기 위해 가요성 본체에(예를 들어, 가요성 본체의 외경에) 제거 가능하게 고정될 수 있는 환형 구조체를 포함한다. 가요성 본체는 몇몇 예에서, 가요성 본체의 내경을 따라 배치된 연장부를 특징으로 한다. 링은 연장부에 결합될 수 있다. 링은 저마찰, 저마모 또는 저부식 재료(또는 이러한 재료의 조합)로부터 제조되거나 코팅될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 밀봉 구조체는 백업 시일이다. 밀봉 구조체는 가요성 본체와 일체로 형성될 수 있고, 또는 밀봉 구조체는 가요성 본체로부터 개별적으로 형성되거나 그에 결합될 수 있다(예를 들어, 접합에 의해).
본 발명은 일 양태에서, 하우징 및 하우징에 대해 배치된 시일을 포함하는 시스템을 특징으로 한다. 시일은 하우징과 샤프트 사이의 갭 또는 갭을 통한 유체의 유동을 감소시키기 위해 유체에 노출될 때 팽창하는 겔 재료를 포함한다. 시일은 립 부분을 포함하고, 겔 재료의 팽창은 립 부분을 샤프트와 접촉하게 압박한다.
몇몇 실시예에서, 시일은 하우징과 샤프트 사이의 갭과 연관된 유동 영역을 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 시일은 겔 재료의 팽창에 의해 샤프트와 접촉하게 압박되고 실질적으로 유동 영역을 배제한다(예를 들어, 갭을 폐쇄함으로써). 몇몇 실시예에서, 겔 재료는 시일과 샤프트 사이에 갭을 형성하거나 증가시키는 것 중 적어도 하나를 위해 유체의 부재시에 수축하도록 적용된다. 일 실시예에서, 유체가 격실로부터 제거된 후에, 겔 재료는 건조되고 수축되어 시일이 유체에 노출되기 전에 차지한 시일의 원래 형상으로 재차 변형할 수 있게 한다. 몇몇 실시예에서, 겔 재료의 팽창은 가역적인 프로세스 또는 효과이다. 몇몇 실시예에서, 샤프트는 격벽을 통해 통과한다(예를 들어, 선박의 선체를 통해 통과하는 프로펠러 샤프트). 몇몇 실시예에서, 겔 재료는 개방 셀 발포체 내로 겔 입자를 매립함으로써 형성된다. 몇몇 실시예에서, 개방 셀 발포체는 경성 개방 셀 발포체 또는 연성 개방 셀 발포체이다. 몇몇 실시예에서, 개방 셀 발포체는 시일의 포켓 내에 끼워맞춤되도록 성형된다.
몇몇 실시예에서, 시일은 립 시일을 포함한다. 시일 또는 립 시일은 탄성 중합 재료, 천연 고무 재료 또는 합성 고무 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시일은 시일과 샤프트 사이의 마모를 감소시키기 위한 저마모 재료 또는 시일과 샤프트 사이의 마찰을 감소시키기 위한 저마찰 재료를 포함한다. 저마모 재료는 예를 들어 시일에 성형되고, 접합되고, 코팅되거나 다른 방식으로 고정되거나 부착된 테플론(Teflon)
Figure 112013017696502-pct00001
재료일 수 있다. 저마모 재료는 샤프트와 시일 사이의 장기간 접촉 중에 발생할 수 있는 샤프트와 시일 사이의 마모를 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 하우징, 샤프트 또는 양자 모두에 대해 시일을 정렬하도록 적용된 정렬 링을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 정렬 링은 샤프트에 대한 접촉면 및 저마모 재료를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 저마모 재료는 테플론
Figure 112013017696502-pct00002
재료를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 저마모 재료는 접합, 착좌(seating), 끼워맞춤, 커플링 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나에 의해 시일에 대해 고정된다. 몇몇 실시예에서, 시일은 예를 들어 홈, 포켓, 간섭 끼워맞춤(예를 들어, 직경 간섭 끼워맞춤) 또는 마찰 끼워맞춤을 통해 저마모 재료를 포획한다. 정렬 링은 예를 들어 테플론
Figure 112013017696502-pct00003
재료와 같은 저마모 또는 저마찰 재료로부터 형성될 수 있다. 정렬 링은 또한 저마모 또는 저마찰 재료로 코팅될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 시스템은 유체에 노출될 때 팽창하여 하우징과 샤프트 사이의 갭을 통한 유체의 유동을 감소시키는 제 2 겔 재료를 포함하는 제 2 시일을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 시일은 제 1 방향을 따른 하우징과 샤프트 사이의 갭을 통한 유체의 유동을 감소시키고, 제 2 시일은 제 2 방향을 따른 하우징과 샤프트 사이의 제 2 유동을 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 제 2 방향은 제 1 방향에 실질적으로 대향한다.
몇몇 실시예에서, 시일은 백업 시일이다. 시일은 하우징에 대한 샤프트의 운동(예를 들어, 회전, 병진 이동 또는 이들의 임의의 조합) 중에 하우징과 샤프트 사이의 유체의 유동을 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시일이 유체에 노출될 때 압력차가 시일을 가로질러 유지된다. 압력차는 예를 들어 겔 재료와 상호 작용하고 겔 재료를 팽창하게 함으로써 시일의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 다른 양태에서, 샤프트와 하우징 사이의 유체의 유동을 감소시키기 위한 방법을 특징으로 한다. 방법은 샤프트에 대해 개구 내에 하우징을 설치하는 단계를 포함한다. 방법은 하우징에 대해 시일을 위치 설정하는 단계를 또한 포함한다. 시일은 유체에 노출될 때 팽창하여 하우징과 샤프트 사이의 갭을 통한 유체의 유동을 감소시키는 겔 재료를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 방법은 하우징, 샤프트 또는 양자 모두에 대해 시일을 정렬하도록 적용된 적어도 하나의 정렬 링을 설치하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 방법은 시일에 대해 하우징을 정렬하기 위해 시일에 정렬 링을 결합하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 방법은 유체에 노출될 때 팽창하여 하우징과 샤프트 사이의 갭을 통한 유체의 제 2 유동을 감소시키는 제 2 겔 재료를 포함하는 제 2 시일을 설치하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 방법은 하우징, 샤프트 또는 양자 모두에 대해 시일을 정렬하도록 적용된 제 2 정렬 링을 설치하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 방법은 시일에 대해 저마모 재료를 고정하는 단계를 포함하고, 고정은 접합, 착좌, 끼워맞춤, 커플링 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 고정은 시일이 예를 들어 홈, 포켓, 간섭 끼워맞춤(예를 들어, 직경 간섭 끼워맞춤) 또는 마찰 끼워맞춤을 통해 저마모 재료를 포획하는 것을 포함한다.
본 발명은 다른 양태에서, 샤프트에 대해 배치된 하우징과, 유체로의 노출에 응답하여 하우징과 샤프트 사이의 갭을 감소시키기 위한 수단을 포함하는 시스템을 특징으로 한다. 갭을 감소시키기 위한 수단은 유체 응답성 겔 재료를 포함한다.
본 발명은 다른 양태에서 하우징 및 하우징에 대해 배치된 시일을 포함하는 시스템을 특징으로 한다. 시일은 하우징과 구조체 사이의 갭을 통한 유체의 유동을 감소시키기 위해 유체에 노출될 때 팽창하는 겔 재료를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 시일의 부분은 유체의 부재시에 구조체와 접촉하지 않아, 예를 들어 시일과 같은 시스템의 부품 상의 마찰과 연관된 마모를 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 시일의 부분은 시일이 유체에 노출될 때 구조체에 접촉한다. 몇몇 실시예에서, 시일은 립 부분을 포함하고, 겔 재료의 팽창은 구조체와 접촉하게 립 부분을 압박한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 양태들 중 임의의 하나는 상기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 상기 특징 및 장점의 모두를 제공할 수 있다.
이들 및 다른 특징은 예시적이고 반드시 실제 축적대로 도시되어 있지는 않은 도면 및 이하의 상세한 설명을 참조하여 더 완전히 이해될 수 있을 것이다.
그러나, 본 발명은 다른 실시예에서 모든 이들 목적을 성취할 필요는 없으며, 그 청구범위는 이들 목적을 성취하는 것이 가능한 구조체 또는 방법에 한정되어서는 안된다.
본 발명에 따른 일 유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템은 격벽에 대해 그리고 격벽 및 환형 캐리어를 통해 연장하는 샤프트 둘레에 고정된 환형 캐리어를 특징으로 한다. 환형 캐리어는 샤프트 둘레에 샤프트로부터 이격된 내향 링 부분을 포함한다. 환형 캐리어는 링 부분의 각각의 측면에 하나씩 한 쌍의 립 시일을 지지한다. 각각의 립 시일은 샤프트로부터 이격된 립 부분과 내향 링 부분에 접하는 부분 사이에 외향 지향 포켓을 형성한다. 발포체가 각각의 립 시일의 포켓 내에 배치된다. 각각의 발포체는 유체의 존재시에 팽창하여 립 시일의 립 부분을 샤프트와 접촉하게 압박하여 샤프트에 대해 환형 캐리어를 밀봉하도록 구성된 겔 재료를 포함한다. 환형 리테이너는 각각의 립 시일의 포켓 내에 발포체를 보유하기 위해 환형 캐리어의 각각의 측면에 정합된다. 환형 리테이너는 바람직하게는 겔 재료를 활성화하기 위한 그를 통한 복수의 유체 오리피스를 포함한다. 내향 링 부분 및 환형 리테이너는 통상적으로 각각의 립 시일의 립 부분으로부터 내향으로 이격된다. 일 실시예에서, 립 시일의 립 부분은 겔 재료가 팽창할 때 샤프트에 대해 밀봉하는 하향 현수 말단 단부를 포함한다. 각각의 립 부분의 하향 현수 말단 단부는 통상적으로 립 부분의 나머지보다 얇고 덜 강성이다.
본 발명은 또한 격벽에 대해 그리고 격벽 및 환형 하우징을 통해 연장하는 샤프트 둘레에 고정된 환형 캐리어를 포함하는 유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템을 특징으로 한다. 환형 캐리어는 한 쌍의 립 시일을 지지하고, 각각의 립 시일은 샤프트로부터 이격된 립 부분과 환형 캐리어에 접하는 부분 사이에 외향 지향 포켓을 형성한다. 각각의 립 부분은 하향 현수 말단 단부를 포함한다. 각각의 립 시일의 포켓 내의 재료는 유체의 존재시에 팽창하여 하향 현수 말단 단부 립 부분을 샤프트와 접촉하게 압박하여 환형 캐리어를 샤프트에 대해 밀봉하도록 구성된다. 환형 리테이너가 각각의 립 시일의 포켓 내에 재료를 보유하기 위해 환형 캐리어의 각각의 측면에 정합된다. 바람직하게는, 재료는 발포체 내의 겔 재료이다.
다른 목적, 특징 및 장점이 이하의 바람직한 실시예의 설명 및 첨부 도면으로부터 당 기술 분야의 숙련자들에게 발생할 것이다.
도 1은 본 발명을 구체화하는 샤프트와 하우징 사이의 유체의 유동을 감소시키는 시스템의 부분의 단면도이며,
도 2는 본 발명을 구체화하는 샤프트와 하우징 사이의 유체의 유동을 감소시키는 시스템의 분해 사시도이며,
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 겔 재료를 포함하도록 설계된 포켓을 포함하는 립 시일의 단면 사시도이며,
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시스템의 단면도이며,
도 5는 도 4의 시스템에 사용을 위한 백투백(back-to-back) 립 시일의 단면 사시도이며,
도 6은 본 발명을 구체화하는 시스템에 대한 누설 유량 데이터의 도식도이며,
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시일의 단면 사시도이며,
도 8a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시스템의 부분의 단면도이며,
도 8b는 도 8a의 시스템의 부분의 부분 단면 사시도이며,
도 8c는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 대안적인 캐리어 부품을 포함하는 시스템의 부분의 단면도이며,
도 9a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 지지 부품의 부분의 사시도이며,
도 9b는 조립된 지지 구조체의 평면도이며,
도 9c는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 격벽 구조체의 평면도이며,
도 9d는 도 9c의 격벽 구조체의 단면도이며,
도 10a는 본 발명의 실시예를 예시하는 유체의 부재시에 또는 비활성화 상태에서 도시되어 있는 보유 부품 및 플레이트부를 포함하는 밀봉 시스템의 단면도이며,
도 10b는 유체의 존재시에 또는 활성화 상태에서 도시되어 있는 도 10a의 밀봉 시스템의 단면도이며,
도 11a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 베어링의 사시도이며,
도 11b는 도 11a의 복수의 베어링이 그 내부에 설치되어 있는 캐리어 부품을 포함하는 시스템의 부분 단면 사시도이며,
도 11c는 본 발명의 실시예를 예시하는 캐리어 부품에 설치된 베어링을 포함하는 밀봉 시스템의 부분 단면 사시도이며,
도 12a는 본 발명의 실시예를 예시하는 시스템의 단면도이며,
도 12b는 도 12a의 시스템의 부분의 입면도이며,
도 12c는 본 발명의 양태를 구체화하는 파편 가드의 단면도이며,
도 12d는 클램핑 구조체를 포함하는 시스템의 입면도이며,
도 13은 본 발명에 따른 다른 유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템의 개략 정면도이며,
도 14는 도 13의 라인 14-14를 따라 취한 단면도이며,
도 15는 도 14에 도시되어 있는 시일 시스템의 부분의 개략 단면 상세도이다.
이하에 개시되는 바람직한 실시예 또는 실시예들 외에, 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하의 상세한 설명에 설명되거나 도면에 도시되어 있는 구성의 상세 및 부품의 배열에 그 용례가 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 단지 하나의 실시예가 본 명세서에 설명되는 경우에, 본 발명의 청구범위는 그 실시예에 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 본 발명의 청구범위는 특정 포함, 한정 또는 포기를 명시하는 명확하고 확실한 증거가 존재하지 않으면 한정적으로 해석되어서는 안된다.
도 1은 본 발명을 구체화하는 샤프트와 하우징 사이의 유체의 유동을 감소시키는 시스템(100)의 단면도이다. 시스템(100)은 종축(A)을 규정하는 샤프트(102)와 함께 설치 및 사용을 위해 설계된다. 시스템(100)은 하나 이상의 관통 구멍(108)을 형성하는 연장부(106)에 결합된 하우징(104)을 포함한다. 시스템(100)은 예를 들어 관통 구멍(108)을 통해 지지면 또는 격벽(도시 생략) 상의 대응 구멍(도시 생략)으로 하나 이상의 볼트를 통과시킴으로써 샤프트(102)에 대해 견고하게 고정되거나 장착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 볼트는 대응 구멍 내로 직접 나사 결합된다. 몇몇 실시예에서, 대응 구멍은 대신에 관통 구멍이고, 시스템(100)은 지지면 또는 격벽(예를 들어, 구조체의 상이한 영역에서)의 대향 측면 상의 하나 이상의 너트에 볼트를 견고하게 나사 조임함으로써 고정된다.
시스템(100)은 하우징(104) 내에 배치된 2개의 연결 플레이트(110a, 110b)를 특징으로 한다. 연결 플레이트(110a, 110b)는 2개의 표면(112a, 112b)을 형성한다. 연결 플레이트(110a)의 표면(112a)은 하우징(104)의 내부면(114b)에 대면한다. 연결 플레이트(110b)의 표면(112b)은 하우징(104)의 내부면(114a)에 대면한다. 시스템(100)은 정렬 링(116)을 포함한다. 정렬 링(116)은 연결 플레이트(110a, 110b)의 표면(112a, 112b) 사이에 상대적으로 끼워맞춤되도록 설계된다. 연결 플레이트(110a, 110b)와 정렬 링(116)의 조합은 하우징(104)의 표면(114a, 114b) 사이에 비교적 느슨하게 끼워맞춤되도록 설계된다. 연결 플레이트(110a, 110b)는 환형 홈(117)을 형성한다. 정렬 링(116)은 하나 이상의 O-링(118)을 수용하기 위한 대응 환형 홈(도시 생략)을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 정렬 링(116)의 환형 홈은 연결 플레이트(110a, 110b)의 환형 홈(117)과 협동하여 O-링(118)을 착좌하기 위한 실질적으로 연속적인 환형 홈을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 정렬 링(116)은 예를 들어 테플론
Figure 112013017696502-pct00004
재료와 같은 저마모 또는 저마찰 재료로부터 제조되거나 코팅된다.
연결 플레이트(110a, 110b)와 정렬 링(116)의 조합 두께는 하우징(104)의 거리(119a)[즉, 표면(114a, 114b) 사이의 X-축을 따른 거리]보다 약간 작다. 약간의 간극(119b)이 하우징(104)과 정렬 링(116)과 연결 플레이트(110a, 110b)의 조합 사이에 존재한다. O-링(118)은 연결 플레이트(110a, 110b)와 정렬 링(116)의 조합과 하우징(104) 사이에 시일을 제공하여 하우징(104)의 내부 영역(114c)에 유체가 진입하는 것을 방해한다. 부가적으로, O-링(118)은 연결 플레이트(110a, 110b)와 정렬 링(116)이 샤프트(102)에 대해 굴곡되거나 이동할 수 있게 하여, 예를 들어 하우징(104)[예를 들어, 연장부(106), 관통 구멍(108) 또는 하우징(104)이 고정되는 표면]에 과응력을 가하지 않고 Y-축을 따른 샤프트(102)의 병진 이동을 수용한다. 몇몇 실시예에서, 샤프트(102)는 하우징(104)(예를 들어, 선박 상의 프로펠러 샤프트)에 대해 이동한다. 샤프트(102)는 하우징(104)에 대한 병진 이동 또는 회전 또는 병진 이동과 회전의 몇몇 조합(예를 들어, 비틀림)에 의해 이동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 샤프트(102)는 하우징(104)에 대해 고정된다. 고정 샤프트의 예는 도관, 파이프, 전기 케이블 및 표면을 통해 통과하는 다른 구조체를 포함한다.
시스템(100)은 또한 샤프트(102)에 대해 위치된 2개의 시일(120a, 120b)을 특징으로 한다. 시일(120a, 120b)은 연결 플레이트(110a, 110b) 및 정렬 링(116)과 접촉 관계로 위치된다. 몇몇 실시예에서, 시일(120a, 120b)은 예를 들어 시일(120a, 120b)을 정렬 링(116)에 접합함으로써 정렬 링(116)에 결합된다. 몇몇 실시예에서, 시일(120a, 120b) 및 정렬 링(116)은 동일한 재료로부터 형성된 단일형 구조체이다. 링(122)이 샤프트(112)와 정렬 링(116)의 저부면(124) 사이에 배치된다.
몇몇 실시예에서, 링(122)은 테플론
Figure 112013017696502-pct00005
재료 또는 다른 저마모 또는 저마찰 재료로부터 제조되거나 코팅된다. 조립 중에 그리고 작동시에, 링(122)은 하우징(104) 및 샤프트(102)에 대해 정렬 링(116) 및 연결 플레이트(110a, 110b)를 정렬할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 링(122)은 시스템(100) 내에 포함되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 링(122)은 샤프트(102)에 결합되어 샤프트(102)가 이동함에 따라 링(122)이 이동하게 된다(예를 들어, 회전 또는 병진 이동함). 몇몇 실시예에서, 링(122)과 샤프트(102) 사이의 갭은 갭을 통한 공기 또는 유체 유동을 감소시키기 위해 충분히 작다. 몇몇 실시예에서, 링(122) 또는 다른 저마모 또는 저마찰 재료가 예를 들어, 접합, 착좌, 끼워맞춤, 커플링 또는 이들의 몇몇 조합에 의해 시일(120a, 120b)에 대해 고정된다. 몇몇 실시예에서, 시일(120a, 120b)은 저마모 또는 저마찰 재료로부터 형성되거나 코팅될 수 있다. 링(122) 또는 다른 저마모 재료는 예를 들어 홈(도시 생략), 포켓(도시 생략) 또는 직경 간섭 끼워맞춤 또는 마찰 끼워맞춤과 같은 다른 유형의 끼워맞춤에 의해 시일(120a, 120b)에 의해 포획될 수 있다.
이 실시예에서, 링(122)은 샤프트(102)에 대한 시일(120a, 120b)의 각각의 립(126a, 126b) 사이의 반경방향 간극(130)에 대략적으로 동일한 약 0.1 mm의 두께(Y-축을 따른)를 갖는다. 몇몇 실시예는 링(122)의 두께보다 큰 샤프트(102)와 립(126a, 126b) 사이의 반경방향 간극(130)을 특징으로 한다. 몇몇 실시예에서, 시일(120a, 120b)의 립(126a, 126b)의 샤프트 지향면과 시일(120a, 120b)의 연결 플레이트 지향면 사이의 간극(132)은 약 25 mm이다. 몇몇 실시예에서, 간극(132)은 대략 12.7 mm이다. 대안적인 기하학적 형상 및 치수가 고려되고 본 발명의 범주 내에 있다.
시일(120a, 120b)은 각각의 포켓(128a, 128b)을 각각 형성한다. 포켓(128a, 128b)은 겔 재료(본 명세서에 또한 겔이라 칭함)로 충전된다. 몇몇 실시예에서, 겔 재료는 하이드로겔, 아크릴아미드 겔(예를 들어, "스마트" 겔) 또는 유체의 존재시에 팽창하는 다른 겔이다. 몇몇 실시예에서, 시일(120a, 120b)은 유연한 또는 굽힘 가능한 재료, 예를 들어 탄성 중합 재료, 천연 고무 재료 또는 합성 고무 재료를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 시일은 대략 쇼어 A60의 경도를 갖는 재료를 포함한다. 일반적으로, 겔 재료는 유체에 노출될 때 팽창하고 포켓(128a, 128b)의 내부면에 대해 반작용한다. 시일(120a, 120b)은 유연하기 때문에, 겔 재료가 팽창함에 따라 시일(120a, 120b)의 립(126a, 126b)이 샤프트(102)와 접촉하게 압박되어 밀봉 장치를 형성한다. 이 방식으로, 립(126a, 126b)은 립(126a, 126b)과 샤프트(102) 사이의 간극(130)과 연관된 유동 영역을 감소시키거나 배제한다. 몇몇 실시예에서, 시일(120a, 120b)은 시일(120a, 120b)과 샤프트(102) 사이의 마모 또는 마찰을 감소시키기 위한 예를 들어 테플론
Figure 112013017696502-pct00006
재료와 같은 저마모 또는 저마찰 재료를 포함한다. 예를 들어, 저마모 재료는 립(126a, 126b)에 고정되거나 부착될 수 있다(예를 들어, 성형되고, 접합되거나 표면 코팅됨).
시험은 일 실시예에서 겔 재료가 샤프트(102)와 접촉하게 립(126a, 126b)을 가압할 때에 립(126a, 126b)에 대해 약 37 psi(약 26,010 kg/m2) 초과의 압력을 생성할 수 있다는 것을 보여주고 있다.
이 실시예에서, 시스템(100)은 일반적으로 서로 유체 연통하지 않는 제 1 격실(I) 및 제 2 격실(II)을 형성한다. 격실(I)은 예를 들어 하우징(104)에 결합된 표면(예를 들어, 선박의 격벽)에 의해 격실(II)로부터 분리된다. 시스템(100)의 예시적인 작동은 유체 누설이 제 1 격실(I)에서 발생할 때 발생한다. 압력차가 제 1 격실(I)과 제 2 격실(II) 사이에서 발생한다. 유체는 시일(120a, 120b)과 샤프트(102) 사이의 간극(130)을 경유하여 제 1 격실(I)로부터 제 2 격실(II)로 이주하는 경향이 있다.
몇몇 실시예에서, 유체는 포켓(128b) 내에 배치된 겔 재료에 접촉하여(예를 들어, 스플래시 또는 범람에 의해), 겔 재료가 팽창하게 하고 포켓(128b)의 내부면에 대해 반작용하게 하여 립(126b)을 샤프트(102)와 접촉하게 압박한다. 몇몇 실시예에서, 겔 재료는 팽창하여 유체로의 겔 재료의 노출 후에 수초 이내에 립(126b)을 샤프트(102)와 접촉하게 압박한다. 시스템(100)은 예를 들어, 신선수, 염수, 산, 알칼리성 유체, 혈액 또는 다른 생물학적 유체 및 오일과 같은 다양한 천연 발생 또는 합성 유체와 함께 사용될 수 있다. 일반적으로, 존재하는 유체의 유형은 시스템(100) 내에 사용된 겔 재료의 선택에 영향을 미친다. 겔 재료는 부분적으로는 유체의 특성에 기초하여 응답(예를 들어, 팽창 및 수축)할 수 있다.
일반적으로, 시일(120b)은 겔 재료가 유체의 부재시에 팽창하지 않기 때문에 유체가 존재할 때까지 활성화되지 않는다[즉, 립(126)은 샤프트(102)를 향해 이동하지 않음]. 립(126b)이 샤프트(102)와 접촉할 때, 립(126b)과 샤프트(102) 사이의 간극(130) 또는 갭이 감소되고, 이는 이주하는 유체가 통과하는 유동 영역을 감소시킨다. 제 1 격실(I)과 제 2 격실(II) 사이의 압력차는 립(126b)이 샤프트(102)에 접근하거나 접촉하게 됨에 따라 증가된다. 몇몇 실시예에서, 간극(130)을 통한 유동을 감소시키기 위한 립(126b)의 능력은 제 1 격실(I)과 제 2 격실(II) 사이의 압력차가 증가함에 따라 증가한다. O-링(118)은 하우징(104)의 내부면(114a, 114b)에 대해 정렬 링(116)과 연결 플레이트(110a, 110b)의 조합을 밀봉함으로써 제 1 격실(I)로부터 하우징(104)을 통해 제 2 격실(II)로 유체가 이주하는 것을 방해한다.
몇몇 실시예에서, 립(126b)이 샤프트(102)에 결합할 때 발생하는 압력차는 또한 제 2 격실(II)에 대면하는 시일(120a)의 포켓(128a) 내에 배치된 겔 재료 상에 작동한다. 압력차는 포켓(128a) 내의 겔 재료가 팽창하게 하고, 립(126a)이 또한 샤프트(102)에 결합하도록 가압한다. 몇몇 실시예에서, 시일(120a)의 립(126a)은 제 1 격실(I)에 대면하는 시일(120b)[예를 들어, 립(126b)]이 고장나면(예를 들어, 마모에 기인하여) 유체가 제 2 격실(II)에 진입하는 것을 방해하기 위한 백업 시일을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 일부 유체는 제 1 격실(I)로부터 제 2 격실(II)로 이주하고, 포켓(128a) 내에 배치된 겔 재료에 접촉하거나 습윤한다. 포켓(128a) 내의 겔 재료가 유체에 노출될 때, 시일(120a)의 립(126a)은 샤프트(102)를 향해 그리고/또는 샤프트와 접촉하게 이동한다. 이 방식으로, 제 2 격실(II) 내의 유체는 시일(120a)의 작동에 의해 제 1 격실(I)로 재차 이주하는 것이 방해된다.
시일(120a, 120b)이 유체로의 노출에 의해 활성화된 후에, 립(126a, 126b)은 유체가 제거되고 시일(120a, 120b)이 건조(예를 들어, 열의 인가에 의해)될 때까지 샤프트(102)와 접촉하여 유지된다. 몇몇 실시예에서, 시일(120a, 120b)은 공기로의 노출에 의해 건조된다. 겔 재료는 예를 들어 겔 재료가 건조될 때 유체의 부재시에 수축한다. 겔 재료가 수축함에 따라, 시일(120a, 120b)은 시일(120a, 120b)이 유체로의 노출에 앞서(예를 들어, 누설에 앞서) 점유하고 있던 원래 형상으로 재차 변형된다. 시스템(100)은 겔 재료의 팽창이 가역적인 효과(예를 들어, 겔 재료의 수축에 의한)이기 때문에 교체되지 않고 다수의 누설에 대해 사용될 수 있다.
일반적으로, 겔은 분산 입자가 분산 매체에 결합하여 반고체 재료를 형성하는 콜로이드 재료이다. 겔은 종종 겔과 연관된 분산 매체에 따라 분류된다. 예를 들어, 하이드로겔을 위한 분산 매체는 물이고, 아크릴아미드 겔을 위한 분산 매체는 아세톤이다.
본 발명의 몇몇 실시예에서 사용된 겔 재료는 용액(예를 들어, 물 또는 아세톤) 내에 폴리머 스트랜드(예를 들어, 겔 입자)를 침지함으로써 생성된다. 몇몇 실시예에서, 겔 입자는 분산 매체 내에 현탁된다. 몇몇 실시예에서, 겔은 겔이 노출되는 환경에 응답하여 체적이 변화한다(예를 들어, 팽창하거나 수축함). 겔 재료의 체적의 변화는 삼투압이라 알려진 겔 재료의 특성에 직접 비례한다. 삼투압은 예를 들어 온도, 분산 매체의 이온화, 용액(예를 들어, 아세톤)의 농도 또는 겔 재료에 작용하는 외력(예를 들어, 압력)과 같은 다양한 팩터에 의존한다. 일반적으로, 겔은 최저 열역학 에너지(예를 들어, 최저 삼투압)를 갖는 상태를 점유하려고 추구한다. 외력의 부재시에(예를 들어, 0 N/m2의 삼투압), 겔은 자체로 붕괴한다. 예를 들어, 몇몇 아크릴아미드 겔(또한 "스마트 겔"이라 칭함)은 스마트 겔 내의 위상 변화를 야기하기에 충분한 적절한 외부 조건에 노출될 때 약 1,000의 팩터만큼 체적이 감소할 수 있다.
일반적으로, 환경은 겔이 가역적 체적 변화를 경험하게 함으로써 겔 재료에 영향을 미친다. 이러한 환경 변화는 온도의 변화, 유체의 pH, 유체의 이온 강도, 광 및 겔의 존재 하의 전자기장을 포함한다. 환경 변화는 일반적으로 겔 재료의 체적이 환경의 변화에 응답하여 팽창하거나 수축하게 한다. 그 초과에서 겔 재료가 체적 변화를 경험하는 환경값의 범위는 겔의 환경 체적 상 전이 영역이라 칭할 수 있고 겔 재료의 유형에 따라 변경된다. 예로서, 특정 겔은 겔 또는 겔과 접촉하는 유체의 온도가 증가함에 따라 수축할 수도 있다. 유사하게, 겔은 겔 또는 겔과 접촉하는 유체의 온도가 증가함에 따라 팽창할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 겔 재료는 "불연속적인" 체적 변화를 경험하는 겔의 능력에 기초하여 시스템(100)에 사용을 위해 선택된다. 불연속적인 체적 변화는 팽창 상태로부터 수축(또는 붕괴) 상태 및 재차 팽창 상태로의 겔 재료에 의한 가역적인 전이를 수반한다. 몇몇 실시예에서, 체적 변화는 환경 조건의 비교적 작은 변화에 응답하는 상당한 체적 변화이다. 몇몇 실시예에서, 약 0.1℃ 미만의 온도 변화는 불연속적인 체적 변화를 초래한다. 이러한 겔 재료는 "상 전이 겔"이라 칭할 수도 있다. 환경 조건은 겔이 상 전이 온도에서 또는 대략 상 전이 온도에서 체적 변화를 경험하기 때문에 "상 전이 온도"라 칭할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 온도가 상 전이 온도 미만으로 저하될 때, 겔 재료는 팽창하여 립(126a, 126b)을 샤프트(102)와 접촉하게 압박한다. 몇몇 실시예에서, 유체의 부재 또는 상 전이 온도를 초과하여 온도가 상승하는 것은 겔 재료를 수축하게 하여 립(126a, 126b)이 샤프트(102)로부터 이격하여 변경하는 것을 허용한다.
몇몇 실시예에서, 겔 재료(예를 들어, 겔 재료의 펠릿 또는 패킷)는 발포 재료 내에 매립된다. 몇몇 실시예에서, 발포 재료는 개방 셀 발포 재료이다. 몇몇 실시예에서, 개방 셀 발포 재료는 연성 개방 셀 발포 재료이다. 적합한 개방 셀 발포 재료의 예는 예를 들어, 미국 메인주 부스베이 소재의 라이넬 인크(Rynel, Inc.)에 의해 시판되는 우레탄 발포체 또는 저밀도 우레탄 발포체를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 발포 재료가 사용될 때에는 적은 겔 재료가 사용되는데, 이는 발포 재료가 포켓(128a, 128b) 내의 공간을 점유하기 때문이다. 발포 재료는 겔 재료(예를 들어, 개별 겔 입자 또는 폴리머 스트랜드)를 위한 봉입 매개체로서 사용되고, 겔 재료의 이주를 방지할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 발포체 내의 겔 재료는 유체에 노출될 때 팽창한다. 겔의 팽창은 발포체를 팽창하게 한다. 팽창 발포체는 시일(120a, 120b)의 포켓(128a, 128b)에 대해 반작용하여 시일(120a, 120b)을 변형시키고 립(126a, 126b)을 샤프트(102)와 접촉하게 압박한다.
몇몇 실시예에서, 겔 재료는 액체 투과성 슬리브 또는 튜브(도시 생략) 내에 배치된다. 슬리브는 시일(120a, 120b)의 포켓(128a, 128b) 내에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 슬리브는 슬리브 내외로 물이 투과하게 허용하지만 슬리브 외부로 겔 재료가 투과하는 것은 방지하는 메시 재료로부터 제조된다. 겔 재료를 포함하는 슬리브는 슬리브 및 겔 재료가 시일 또는 시일의 포켓의 형상을 차지할 수 있기 때문에 다양한 기하학적 형상을 갖고 제조되어 시일 내에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다른 방식으로 발포 재료 내에 매립될 수 있는 것보다 더 많은 양의 겔 재료가 슬리브 내에 포함될 수 있다.
도 2는 샤프트(102)와 하우징 사이의 유체의 유동을 감소시키는 시스템(200)의 분해 사시도이다. 시스템(200)은 샤프트(102) 둘레에 원주방향으로 배치된 단일 하우징을 형성하도록 협동하는 2개의 하우징부(202a, 202b)(집합적으로, 202)를 포함한다. 샤프트(102)는 길이방향 축(A)을 형성한다. 각각의 하우징부(202a, 202b)는 하우징부(202a, 202b)를 샤프트(102)가 통과하는 표면 또는 격벽(도시 생략)에 고정하기 위한 복수의 관통 구멍(108)을 형성한다. 각각의 하우징부(202a, 202b)는 샤프트(102)의 대략 절반에 각각 외접하는 1/2 링형 구조체이다. 하우징(202)을 샤프트(102) 둘레에 배치하기 위한, 하우징부를 위한 다른 구성이 가능하다(예를 들어, 1/4원 또는 1/3원).
시스템(200)은 하우징(202) 내에 샤프트(102) 둘레에 원주방향으로 배치된 단일 정렬 링을 형성하도록 협동하는 2개의 정렬 링(206a, 206b)을 포함한다. 정렬 링(206a, 206b)은 연결부(208a, 208b)에 의해 서로에 대해 고정된다. 연결부(208a)는 2개의 연결 플레이트(210a, 210b)를 특징으로 한다. 동일한 세트의 연결 플레이트가 연결부(208b)(사시도에서는 가려져 있음)를 위해 사용된다. 복수의 커넥터(212)(예를 들어, 볼트, 나사, 리벳 또는 체결구)가 제 1 연결 플레이트(210a), 정렬 링(206a, 206b) 중 하나 또는 모두의 부분 및 제 2 연결 플레이트(210b)를 통해 통과하고, 부품들 사이의 기밀 끼워맞춤을 형성하도록 축방향으로 고정된다. 몇몇 실시예에서, 정렬 링(206a, 206b)은 정렬 링을 형성하도록 함께 기밀하게 끼워맞춤된다(예를 들어, 마찰 끼워맞춤에 의해).
정렬 링(206a, 206b) 및 연결 플레이트(210a)의 각각은 O-링(118)을 수용하기 위한 환형 홈(117)[예를 들어, 도 1의 환형 홈(117)]을 형성한다. 유사하게, 정렬 링(206a, 206b) 및 연결 플레이트(210b)의 각각은 정렬 링(206a, 206b) 및 연결 플레이트(210b)의 축(A)을 따른 대향면 상에 O-링(118)(사시도에서는 가려져 있음)을 수용하기 위한 환형 홈(117)(사시도에서는 가려져 있음)을 형성한다. O-링(118)은 환형 홈(117) 내의 샤프트(102) 둘레로 원주방향으로 연속적이다. 몇몇 실시예에서, O-링(118)은 샤프트(102)의 길이에 걸쳐(예를 들어, 샤프트 중간 위치) O-링(118)을 슬라이드하지 않고 샤프트(102) 둘레의 위치 설정을 가능하게 하기 위해 원주방향으로 연속적이지 않다(예를 들어, 이들은 분할 O-링임).
시스템(200)은 샤프트(102) 둘레에 원주방향으로 배치된 링(122) 및 시일(120a) 및 시일(120b)을 또한 포함한다. 도시의 명료화의 목적으로, 시일(120a)은 도시되어 있지 않다. 링(122) 및 시일(120b)은 샤프트(102) 둘레에 원주방향으로 연속적이다. 몇몇 실시예에서, 정렬 링(122) 또한 시일(120b)의 어느 것도 분할 O-링과 유사하게 샤프트 중간에서 샤프트(102) 둘레의 위치 설정을 가능하게 하도록 원주방향으로 연속적이지 않다.
도 3은 본 발명을 구체화하는 겔 재료를 포함하도록 설계된 포켓(308)을 포함하는 립 시일(300)의 단면 사시도이다. 시일(300)은 종축(A)[예를 들어, 도 1 및 도 2의 샤프트(102)의 종축(A)]을 따라 샤프트(도시 생략) 둘레에 배치를 위한 반원으로서 도시되어 있다. 몇몇 실시예에서, 시일(300)은 탄성 중합체 또는 고무 재료로 형성된다. 몇몇 실시예에서, 시일(300)은 단일형 구조체이고 샤프트 둘레에 배치를 위한 실질적으로 연속적인 링을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 시일(300)은 실질적으로 연속적인 링을 형성하도록 협동하는 하나 이상의 부품으로 형성될 수도 있다.
시일(300)은 외부 부품[예를 들어, 도 1의 정렬 링(116), 연결 플레이트(110, 하우징(104) 또는 이들 부품의 조합]에 대해 반작용하기 위해 샤프트 및 제 2 표면(306)에 인접하여 배치를 위한 제 1 표면(304)을 포함한다. 시일(300)은 유체의 존재시에 팽창하는 겔 재료(도시 생략)를 수용하거나 포함하도록 설계된 포켓(308)을 형성한다. 유체가 존재할 때, 겔 재료는 팽창하여 포켓(308)의 내부에 대해 반작용한다.
몇몇 실시예에서, 시일(300)은 유체의 부재시에 제 1 표면(304)이 샤프트에 결합하는 것을 방지하기 위해 충분히 강성인 재료로 형성된다. 재료는 유체의 존재시에 겔 재료의 팽창이 시일(300)을 변형하게 하여 제 1 표면(304)이 샤프트에 결합하도록 하기에 충분히 유연하다. 예를 들어, 시일은 탄성 중합체 재료 또는 고무 재료(예를 들어, 천연 또는 합성 고무)로 형성될 수 있다. 제 2 표면(306)은 비교적 고정된 외부 부품[예를 들어, 도 2의 하우징(202) 또는 정렬 링(206a, 206b)]에 대해 반작용하기 때문에, 제 1 표면(304)은 축(A)과 정렬된 샤프트를 향해 실질적으로 반경방향으로 팽창한다.
일 실시예에서, 시험은 유체의 부재시에, 거리(310a)가 약 12.7 mm이고, 거리(310b)는 약 14.6 mm여서, 시일로부터 약 1 mm의 샤프트에 대한 간극 또는 갭을 제공한다는 것을 보여준다. 유체가 존재할 때, 포켓(308) 내의 겔 재료는 시일(300)을 변형시켰다. 거리(310a)는 대략적으로 동일하게 유지되었다(즉, 약 12.7 mm). 거리(310b)는 시일(300)과 샤프트 사이에 약 1 mm 간극의 갭을 극복하는데 충분한 약 16.5 mm로 팽창되었다. 이 실시예에서, 거리(310b)의 팽창은 외부 부품[예를 들어, 도 2의 하우징(202) 또는 정렬 링(206a, 206b)]이 제 2 표면(306)과 접촉할 때 약 16.5 mm를 초과하였다. 더 큰 팽창은 시일(300)과 샤프트 사이에 더 강한(예를 들어, 보강된) 그리고 더 강인한 밀봉 인터페이스를 제공한다.
도 4는 본 발명을 구체화하는 시스템(400)의 단면도이다. 시스템(400)은 정렬 링(404)에 대해 배치된 하우징(402)을 포함한다. 하우징(402)은 시스템(400)을 샤프트(410)가 종축(A)을 따라 통과하는 벽 또는 표면(또는 격벽)에 고정하기 위한 하나 이상의 관통 구멍(408)을 갖는 연장부(406)에 결합된다. 하우징(402)은 내부면(412)을 형성한다. 내부면(412)은 정렬 링(404)에 대해 배치된 하나 이상의 O-링(414)에 대해 반작용함으로써 정렬 링(404)에 대해 시일을 생성할 수 있다. 정렬 링(404) 내의 환형 홈(416)은 O-링(414)을 수용한다.
시스템(400)은 샤프트(410)에 인접하여 배치되도록 구성된 정렬 링(404)의 부분(422) 내의 캐비티(420)에 대해 배치된 시일(418)을 포함한다. 시일(418)은 유체가 포켓(424) 내에 배치된 겔 재료(도시 생략)와 상호 작용하는 것을 허용하기 위한 포켓(424) 및 개구(426)를 형성한다. 몇몇 실시예에서, 시일(418)은 겔 재료가 유체의 존재시에 팽창할 때 겔 재료가 포켓(424)의 대향면(428)에 대해 반작용하여 시일(418)의 저부면(430)[예를 들어, 2개의 대향 배향된 축방향 립(432a, 432b)]을 샤프트(410)를 향해 반경방향으로 가압하기 때문에 "백투백" 시일이라 칭한다. 시스템(400)은 샤프트(410)와 시스템(400) 사이에 배치된 2개의 링(434)을 또한 포함한다. 일반적으로, 각각의 링(434)은 도 1과 관련하여 전술된 링(122)과 유사하다.
몇몇 실시예에서, 시일(418)은 예를 들어 마찰 끼워맞춤에 의해 정렬 링(404)[예를 들어, 캐비티(420)]에 대해 위치 설정되거나 고정된다. 몇몇 실시예에서, 시일(418)은 예를 들어 시일(418)을 봉입체(envelope)(420)에 접합함으로써 또는 시일(418)을 환형 링(404)과 동일한 재료로부터 형성함으로써 정렬 링(404)에 결합된다. 제 1 격실(I)로부터의 유체가 갭(436)을 통해 또는 제 2 격실(II)을 향해 정렬 링(404)과 샤프트(410) 사이의 반경방향 거리로 이주함에 따라, 유체는 시일(418)의 개구(426)에 진입한다. 개구(426)에 진입하는 유체는 포켓(424) 내부에 배치된 겔 재료와 상호 작용하고, 접촉하거나, 습윤한다. 겔 재료는 팽창하여 립(432a, 432b)을 샤프트(410)와 접촉하게 가압하여 샤프트(410)에 대해 유체 기밀 시일을 생성한다. 포켓 내의 겔 재료의 팽창은 시일(418)이 샤프트(410)에 결합하도록 가압한다. 시스템(400)은 시일(418)이 유체의 부재시에 샤프트(410)에 접촉하지 않거나 최소로 접촉하기 때문에 마찰력과 연관된 시일(418) 상의 조기 마모를 저지한다. 일반적으로, 겔 재료는 본 명세서에 설명된 실시예에 관하여 설명된 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 시스템에 사용을 위한 백투백 립 시일(500)[예를 들어, 도 4의 시일(418)과 같은]의 단면 사시도이다. 몇몇 실시예에서, 시일(500)은 탄성 중합체 또는 고무 재료로 형성된다. 몇몇 실시예에서, 시일(500)은 단일형 구조체이고 종축(A)을 형성하는 샤프트(도시 생략) 둘레에 배치를 위한 실질적으로 연속적인 링을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 시일(500)은 실질적으로 연속적인 링을 형성하도록 협동하는 하나 이상의 부품으로 형성될 수도 있다.
시일(500)은 외부 부품[도 4의 정렬 링(404), 하우징(402) 또는 이들 부품의 모두]에 대해 반작용하기 위해 샤프트 및 제 2 표면(506)에 인접하여 배치를 위한 제 1 부분(504)을 포함한다. 제 1 부분(504)은 개구(426)가 립(508a, 508b) 사이에 배치되어 있는 2개의 대향 지향하는 립(508a, 508b)을 포함한다. 개구(426)는 제 1 부분(504)을 따라 유동하는 유체가 시일(500)의 포켓(424) 내에 배치된 겔 재료(도시 생략)에 접촉하거나 습윤하는 것을 허용한다. 겔 재료는 유체의 존재시에 팽창하고 포켓(424)의 내부에 대해 반작용한다. 겔 재료가 팽창함에 따라, 립(508a, 508b) 중 하나 또는 모두는 변형되고 샤프트를 향해 이동되어 샤프트와 접촉을 설정하여 유체 밀봉 인터페이스를 생성한다. 립(508a, 508b)과 샤프트 사이의 접촉은 샤프트와 시일(500) 사이의 유체의 유동을 감소시킨다. 겔 재료는 압력차가 구조체의 격실 사이[예를 들어, 도 4의 격실(I)과 격실(II) 사이]에서 증가함에 따라 샤프트에 대해 시일(500)을 보강하거나 강화하기 위해 팽창력을 계속 제공한다.
몇몇 실시예에서, 시일(500)은 제 1 부분(504) 또는 립(508a, 508b)이 유체의 부재시에 샤프트에 결합하는 것을 방지하기 위해 충분히 강성인 재료로 형성된다. 시일(500)은 립(508a, 508b)을 샤프트를 향해 이동시키기 위해 유체의 존재시에 겔 재료의 팽창에 의해 립(508a, 508b)의 변형을 허용하도록 충분히 유연한 재료로 형성된다. 제 2 표면(506)은 비교적 고정된 외부 부품에 대해 반작용하기 때문에, 팽창은 실질적으로 샤프트를 향한다. 도 3 및 도 5의 시일(300, 500)은 반원으로서 각각 도시되어 있지만, 다른 기하학적 형상(예를 들어, 직사각형 기하학적 형상 또는 다른 곡선 기하학적 형상 또는 이들의 조합)을 갖는 시일이 본 발명의 범주 내에 있다.
도 6은 본 발명을 구체화하는 시스템에 대한 누설 유량 데이터의 도식도이다. 데이터는 견본(prototype) 시스템의 성능의 관찰로부터 얻어졌다. 견본 시스템은 DDG-형 구축함의 프로펠러 샤프트 상에 사용될 수 있는 시스템의 대략적으로 1/8 스케일 모델로서 설계되었다. 시스템은 도 1의 요소를 구비하였다. 예를 들어, 견본 샤프트의 직경은 약 63.5 mm였다. DDG-형 구축함 프로펠러 상의 풀-스케일 샤프트의 직경은 약 508 mm이다. 조선소 규정에 의해 허용되는 풀 스케일 샤프트에 대한 최대 분당 회전수(RPM)는 약 168 RPM이다. 1/8 스케일 견본은 샤프트 직경의 차이를 고려하기 위해 약 1,344 RPM에서 시험되었다. 테스트 셋업은 주위 압력 환경에서 제 1 격실 및 압축 환경에서(예를 들어, 물의 존재시에) 제 2 격실을 포함하였다. 제 1 격실과 제 2 격실 사이의 압력 강하는 물이 저압 제 1 격실을 향해 이주하려고 추구하게 하였다. 제 1 격실에 진입하는 물의 누설 유량은 실험 중에 측정되었다.
그래프(600)는 견본 시스템으로 얻어진 누설 유량의 제 1 곡선(602)을 포함한다. 제 1 곡선(602)은 수평축(606) 상의 시간(분)에 대한 수직축(604)의 U.S. pints/hour의 누설 유량값에 대응한다. 그래프(600)는 수평축(606) 상에 시간(분)에 대한 수직축(610)의 U.S. pints/hour 단위의 누설 유량을 맵핑하는 제 2 곡선(608)을 또한 포함한다. 곡선(608)은 제 1 곡선(602)에 기초하여 예측된 데이터를 도시하고 있는 DDG-형 구축함용 풀 스케일 시스템에 사용을 위해 설계된 시스템의 예측된 성능을 표현하고 있다. 제 2 곡선(608)에 의해 표현된 데이터는 제 1 곡선(602)에 의해 표현된 데이터의 선형 외삽이다(1/8 스케일의 견본을 보상하기 위해 8의 팩터만큼 스케일링됨).
곡선(602)과 연관된 데이터는 대략 A60의 쇼어 듀로미터의 경도를 갖는 시일[예를 들어, 시일(120a, 120b)]을 반영한다. 다른 경도의 시일이 또한 성공적으로 시험되었다. 대략 A20의 쇼어 듀로미터 내지 대략 A60의 쇼어 듀로미터의 범위의 경도를 갖는 시일이 또한 사용되었다. 몇몇 실시예에서, 특정 시일을 위해 선택된 경도값은 시일과 연관된 사용량 파라미터, 예를 들어 시일이 활성일 수 있는 시간량에 의존한다. 시험 중에, 시일 내에(예를 들어, 시일의 포켓 내에) 배치된 겔 재료는 유체로의 수초의 노출 이내에, 유체, 이 경우에 물의 존재에 응답하였다. 제 1 곡선(602)은 제 1 격실(I)로부터 제 2 격실(II)로의 누출 유량이 약 10분 후에 약 1.5 U.S. pints/hour(약 0.197 ml/s)로 감소하는 것을 도시하고 있다. 또한, 누설 유량은 약 1시간 후에 0.1 U.S. pints/hour(약 0.0131 ml/s) 미만이다.
제 2 곡선(608)은 누설 유량이 약 10분 후에 약 9 U.S. pints/hour(약 1.183 ml/s)이고 1시간 후에 약 0.5 U.S. pints/hour(약 0.065 ml/s)이도록 예측되는 것을 도시하고 있다. 부가적으로, 약 7.5 psid(평방 인치당 파운드 차이)(약 5,273 kg/m2) 및 15.0 psid(약 10,550 kg/m2)의 예시적인 압력차 하에서 관찰된 누설 유량은 압력차의 증가가 시일의 밀봉 능력을 증가시키기 때문에 제 1 곡선(602) 또는 제 2 곡선(608)의 것보다 낮았다. 몇몇 실시예에서, 1/8 스케일 샤프트가 약 720 및 1440 RPM(풀 스케일 샤프트에 대해 약 90 및 180 RPM에 대응함)에서 스피닝할 때 한계적으로 더 높은 누설 유량이 얻어졌다.
도 7은 본 발명을 구체화하는 시일(700)의 단면 사시도이다. 시일(700)은 립 부분(702) 및 상부 부분(704)을 포함한다. 포켓(706)이 립 부분(702) 및 상부 부분(704)에 의해 형성된다. 몇몇 실시예에서, 겔 재료(도시 생략)가 포켓(706) 내에 배치된다. 시일(700)은 립 부분(702)으로부터 Y-축을 따라 상부 부분(704)을 향해 연장하는 2개의 커넥터부(708a, 708b)(전체적으로, 708)를 포함한다. 상부 부분(704)은 커넥터부(708a, 708b)와 정합하기 위해 구성된 대응 표면(710a, 710b)(전체적으로, 710)을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 시일(700)은 탄성 중합체 재료 또는 고무 재료(예를 들어, 천연 또는 합성 고무)로부터 제조된다.
몇몇 실시예에서, 커넥터부(708a, 708b)는 립 부분(702)이 예를 들어 립 부분(702) 상의 겔 재료의 중량으로부터 또는 중력의 영향 하에서 상부 부분(704)으로부터 이격하여 이동하는 것을(예를 들어, Y-축을 따라) 방지한다. 유체의 존재시에, 포켓(708) 내의 겔 재료는 팽창하여 상부 부분(704)으로부터 이격하여 립 부분(702)을 압박한다. 커넥터부(708a, 708b)는 립 부분(702)의 이동에 저항하기 위해 상부 부분(704)의 대응 표면(710a, 710b)에 대해 반작용한다. 겔 재료는 이 저항을 극복하고 대응 표면(710a, 710b)으로부터 커넥터부(708a, 708b)를 제거하는데 충분한 팽창력을 제공한다. 커넥터부(708a, 708b)가 제거된 후에, 겔 재료는 상부 부분(704)으로부터 립 부분(702)을 이동시킬 수 있다. 커넥터부(708) 및 대응 표면(710)의 대안적인 기하학적 형상, 양 및 구성이 본 발명의 대안 실시예에서 고려된다.
도 8a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시스템(800)의 부분의 단면도이다. 시스템(800)은 지지 부품(804) 및 캐리어 부품(808)을 포함한다. 시스템(800)은 밀봉 시스템(812)을 또한 포함한다. 밀봉 시스템(812)은 제 1 립 부분(816a)을 포함하는 제 1 립 시일(814a) 및 제 2 립 부분(816b)을 포함하는 제 2 립 시일(814b) 뿐만 아니라 제 1 겔 재료(820a) 및 제 2 겔 재료(820b)(전체적으로, 820)를 포함한다. 겔 재료(820a, 820b)는 경성 개방 셀 발포체 또는 연성 개방 셀 발포체 내에 매립될 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 겔 재료(820)는 개방 셀 발포체 내에 매립된다. 개방 셀 발포체는 유체를 부분적으로 흡수하고 유체가 겔 재료(820a, 820b)와 상호 작용할 수 있게 하여, 겔 재료(820a, 820b)의 팽창을 초래하는 유체 투과성 재료이다. 밀봉 시스템(812)은 유체로의 노출에 응답하여 시일(120a, 120b)과 유사하게 거동한다.
제 1 보유 부품(824a)은 제 1 립 시일(814a) 및 제 1 겔 재료(820a)를 캐리어 부품(808)에 결합한다. 제 2 보유 부품(824b)은 제 2 립 시일(814b) 및 제 2 겔 재료(820b)를 캐리어 부품(808)에 결합한다. 제 1 보유 부품(824a) 및 제 2 보유 부품(824b)은 립 시일(814a, 814b)(전체적으로, 814) 및 겔 재료(820)를 캐리어 부품(808)에 결합한다. 립 시일(814) 및 겔 재료(820)는 간섭 끼워맞춤(예를 들어, 직경 간섭 끼워맞춤), 기계적 끼워맞춤[예를 들어, 보유 부품(824a, 824b)(전체적으로, 824)을 캐리어 부품(808)에 체결하기 위해 나사 또는 볼트와 같은 기계적 체결구를 사용하여], 접착제 끼워맞춤(예를 들어, 접합에 의해) 또는 이들 끼워맞춤 기술의 조합을 통해 캐리어 부품에 결합될 수 있다. 립 시일(814) 및 겔 재료(820)를 캐리어 부품(808)에 결합하기 위한 다른 기술이 사용될 수 있다.
캐리어 부품(808)은 외부면(828) 및 내부면(823)을 형성한다. 내부면(832)은 채널(836) 또는 개방 공간을 형성한다. 캐리어 부품(808)은 또한 2개의 홈(840a, 840b)을 형성한다. O-링(844a, 844b)(전체적으로, 844)이 홈(840a, 840b) 내에 배치되어 캐리어 부품(808)의 내부면(832)과 지지 부품(804)에 의해 형성된 외부면(848) 사이에 시일을 생성한다. O-링(844a, 844b)은 유체가 유동하게 하기 위해 격실(I)로부터 격실(II)로(및 그 반대로)[예를 들어, 지지 부품(804)의 외부면(848)과 캐리어 부품(808)의 내부면(832) 사이 및/또는 채널(836)을 경유하여] 잠재적인 경로의 크기를 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 지지 부품(804), 캐리어 부품(808), 밀봉 시스템(812)[예를 들어, 립 시일(814)], 보유 부품(824), O-링(844) 또는 이들 요소의 조합이 낮은 물 또는 유체 흡수도를 갖는 재료로부터 제조된다. 낮은 흡수도 재료는 예를 들어, 유체를 흡수하고 팽창할 수 있는 겔 재료(820) 이외의 시스템(800)의 부품의 팽윤(swelling)을 감소하거나 방지하는데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 팽윤은 샤프트(852)에 대한 시스템(800)의 부품의 바인딩을 야기할 수 있고, 이는 마찰 및/또는 시스템(800)의 고장을 유도할 수 있다. 낮은 물 흡수도 재료의 예는 예를 들어 미국 캘리포니아주 풀러톤 소재의 프로페셔널 플라스틱스(Professional Plastics)에 의해 시판되는 Garolite G-10/FR4 재료이다.
시스템(800)은 샤프트(852)를 또한 포함한다. 정상 작동 조건 중에, 샤프트(852)는 캐리어 부품(808)의 연장부(860)에 의해 형성된 표면(856)으로부터 이격 관계로 위치된다. 몇몇 실시예에서, 정렬 링, 예를 들어 도 1의 정렬 링(116)은 샤프트(852)와 표면(856) 사이에 위치된다[예를 들어, 샤프트(852)와 이격 관계로 표면(856)에 접합되거나 부착됨]. 정렬 링은 저마찰 또는 저마모 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 정렬 링은 테플론
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재료를 포함한다. 샤프트(852)는 또한 립 시일(814)[예를 들어, 립 부분(816a, 816b)(전체적으로, 816)]로부터 이격 관계에 있다. 샤프트(852)와 표면(856)과 립 시일(814) 사이의 이격 관계는 갭(864)을 형성한다. 정상 작동 중에, 갭(864)은 샤프트(852)가 립 시일(814) 또는 표면(856)과 접촉하지 않고 회전하는 것을 허용하는데, 이는 샤프트(852)와 립 시일(814) 및/또는 표면(856) 사이의 마찰을 감소시킨다. 갭(864)은 격실(I)과 격실(II) 사이의 잠재적인 유체 경로이다.
샤프트(852)는 x-축에 평행한 방향을 따라 또는 y-축에 평행한 방향을 따라, 또는 양 방향의 소정의 조합을 따라 이동할 수 있다. 샤프트(852)는 y-축을 따른 샤프트(852)의 이동에 응답하여 표면(8556)과 접촉하게 될 수 있다. 샤프트(852)가 캐리어 부품(808)의 표면(856)에 접촉할 때, 캐리어 부품은 y-축에 평행한 방향으로 또한 이동할 수 있다. 캐리어 부품(808)의 내부면(832)은 샤프트(852)에 의한 대응 이동에 응답하여 지지 부품(804)의 외부면(848)에 슬라이드식으로 결합한다. 그 결과, 캐리어 부품(808)은 립 시일(814)[또는 립 부분(816)]이 샤프트(852)와 결합하거나 접촉하는지에 무관하게 샤프트(852)에 의한 이동에 응답하여 이동할 수 있다. 채널(836)과 지지 부품(804) 사이의 y-축을 따른 거리는 시스템(800)의 샤프트(852)가 시스템(800)의 부품[예를 들어, 지지 부품(804), 캐리어 부품(808) 또는 밀봉 시스템(812)]의 작동을 손상시키거나 영향을 미치지 않고 견딜 수 있는 이동의 양에 관련된다.
내부면(832)의 홈(840a, 840b) 내에 배치된 O-링(844a, 844b)은 또한 y-축을 따른 샤프트(852)의 이동에 응답하여 지지 부품(804)에 대한 캐리어 부품(808)의 슬라이드식 이동(예를 들어, y-축을 따른)을 용이하게 하면서 지지 부품(808)과 캐리어 부품(808) 사이에 유체 기밀 시일을 제공한다.
밀봉 시스템(812) 내의 겔 재료(820a)가 유체에 노출될 때, 겔 재료(820a)는 팽창하여, 립 시일(814a)의 립 부분(816a)을 샤프트(852)를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박한다. 립 부분(816a)이 샤프트(852)를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박될 때, 갭(864)의 크기[예를 들어, y-축을 따라 측정되거나 샤프트(852)와 시스템(800) 사이의 영역으로서 측정됨]가 감소된다. 이 실시예에서, 유체는 립 시일(814a) 및/또는 립 부분(816a)과 보유 부품(824a) 사이의 간극(866)을 통해 통과함으로써 겔 재료(820a)와 상호 작용한다.
몇몇 실시예에서, 립 부분(816a)은 겔 재료(820a)가 유체에 노출될 때 샤프트(852)에 접촉하지 않지만, 갭(864)의 크기는 샤프트(852)를 향한 립 부분(816a)의 이동에 의해 감소된다. 몇몇 실시예에서, 립 부분(816a)은 샤프트(852)와의 공칭 접촉으로 압박된다. 공칭 접촉은 립 부분(816a)이 샤프트에 물리적으로 접촉하는 것을 수반하지만, 립 부분(816a)은 샤프트(852) 상에 실질적인 압력을 인가하지 않는다. 공칭 접촉은 샤프트(852)와 립 부분(816a) 사이의 상당한 양의 마찰을 수반한다. 몇몇 실시예에서, 공칭 접촉은 샤프트(852)에 의한 립 부분(816a) 상의 힘의 수직 성분이 실질적이지 않은 상황을 칭한다. 몇몇 실시예에서, 공칭 접촉은 갭(864)을 통한 유체의 유동을 제한하거나 제어하기 위한 벤츄리 효과(Venturi effect)를 생성한다.
몇몇 실시예에서, 립 부분(816a)은 샤프트(852)와 결합하게 압박된다. 샤프트(852)와의 결합은 압력이 그 사이에 인가되는 상태로 샤프트(852)와 립 부분(816a) 사이에 물리적 접촉을 수반한다. 부가적으로, 립 부분(816a)이 샤프트(852)와 결합될 때, 마찰은 립 부분(816a)과 샤프트(852) 사이에 발생한다[예를 들어, 립 부분(816a)과 샤프트(852) 사이의 마찰력의 수직 성분은 공칭 접촉 중에 큼]. 몇몇 구현예는 그렇지 않으면 시스템(800)과 샤프트(852) 사이에 진입할 수 있는 파편의 양을 감소시키기 위해 시스템(800) 둘레에 배치된 파편(예를 들어, 오물 또는 먼지) 가드(도시 생략)를 특징으로 한다. 파편 가드의 예는 지지 부품(804), 캐리어 부품(808) 또는 격벽 구조체(B)에 장착된 고무 먼지 부트이다. 파편 가드는 격실(I) 및/또는 격실(II)로부터 갭(864)에 진입하는 파편을 감소시키거나 배제한다. 몇몇 실시예에서, 파편 가드는 밀봉 구조체(812)를 위한 백업 시일로서 작용하는 밀봉 구조체를 포함한다. 이는 예를 들어 도 12a 내지 도 12c와 관련하여 이하에 더 상세히 설명된다.
겔 재료(820a)의 팽창은 가역적인 효과이다. 예를 들어, 겔 재료(820a)는 겔 재료(820a)가 유체에 노출될 때 팽창한다. 겔 재료(820a)는 유체의 부재시에[예를 들어, 겔 재료(820a) 또는 개방 셀 발포체 재료가 건조할 때] 수축한다. 겔 재료(820a)의 수축은 립 부분(816a)이 원래 형상으로 복귀하게 하거나 허용하고 그리고/또는 갭(864)의 크기를 증가시킨다. 립 부분(816a)이 샤프트와 공칭 접촉 상태일 때, 겔 재료(820a)의 수축은 립 부분(816a)이 샤프트(852)와 공칭 접촉으로부터 벗어나서 이동하게 함으로써 갭(864)을 형성할 수 있다[따라서, 갭(864)을 형성함]. 립 부분(816a)이 샤프트(852)와 결합 상태일 때, 겔 재료(820a)의 수축은 샤프트(852)와 립 부분(816a)의 공칭 접촉을 야기할 수 있고 또는 립 부분(816a)이 샤프트(852)와의 접촉으로부터 벗어나게 할 수 있다[따라서, 갭(864)을 형성함].
몇몇 실시예에서, 겔 재료(820a)와 연관된 가역적인 효과는 겔 재료(820a)의 온도 의존성을 수반한다. 예를 들어, 겔 재료(820a)의 팽창 및/또는 수축은 특정 유형의 선택된 겔 재료의 상 전이 온도에 의존할 수 있다. 겔 재료(820a)는 특정 유형의 선택된 겔 재료의 상 전이 온도 미만으로 저하하는 겔 재료(820a)의 온도에 응답하여 팽창할 수 있다[겔 재료(820a)는 이어서 상 전이 온도를 초과하는 겔 재료(820a)의 온도에 응답하여 수축함]. 더욱이, 다른 실시예에서, 겔 재료(820a)는 특정 유형의 선택된 겔 재료의 상 전이 온도를 초과하는 겔 재료(820a)의 온도에 응답하여 수축할 수 있다[겔 재료(820a)는 이어서 상 전이 온도 미만으로 저하하는 겔 재료(820a)의 온도에 응답하여 수축함].
가역적인 효과는 온도 이외의 또는 온도에 추가하여 자극과 연관될 수 있다. 이러한 자극의 예는 단독으로 또는 조합하여, 유체의 pH(예를 들어, 총 스케일, 자유 스케일 또는 해수 스케일 단위를 사용하여 측정됨), 유체의 염도, 유체의 농도 또는 순도, 유체의 화학 조성, 유체의 밀도 또는 점도(예를 들어, 역학적 또는 동점도) 중 임의의 하나를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 외부 자극에 대한 겔 재료(820)의 응답성은 시스템(800)이 노출되는 작동 조건에 기초하여 어떻게 겔 재료(820)가 팽창하거나 수축할 수 있는지를 규정하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 겔 재료(820)의 응답성(예를 들어, 체적 팽창 또는 수축의 속도 및/또는 양)은 격실(I)로부터 격실(II)로 그리고 그 반대로 유체의 유동을 방지하거나 감소시키는 밀봉 시스템(812)의 능력에 영향을 미칠 수 있다.
몇몇 실시예에서, 지지 부품(804)은 격벽 구조체(B)에 장착되거나 고정될 수 있는 환형 본체이다. 몇몇 실시예에서, 지지 부품(804)은 격벽 구조체(예를 들어 도 9c에 도시되어 있음)의 부분을 형성한다. 예를 들어, 격벽 구조체(B)의 외부면(848)은 캐리어 부품(808)의 내부면(832)과의 슬라이드식 결합을 용이하게 하는 비교적 평활한 부분을 갖도록 성형(예를 들어, 가공 또는 마무리됨)될 수 있다. 이러한 실시예는 일반적으로 지지 부품(804)이 격벽 구조체에 장착되거나 고저오디는 실시예보다 큰 외경(R)을 갖는 캐리어 부품(808)을 수반한다.
몇몇 실시예에서, 격실(II) 내의 유체는 제 1 겔 재료(820a)에 노출되거나 상호 작용하여, 제 1 겔 재료(820a)가 팽창하여 립 부분(816a)을 샤프트(852)를 향해 또는 접촉하게 압박한다. 이러한 실시예에서, 격실(II) 내의 유체는 제 2 겔 재료(820b)가 팽창하게 할 필요는 없다[예를 들어, 제 2 갤 재료(820b)가 또한 유체에 노출되지 않으면]. 예를 들어, 격실(II) 내의 유체는 샤프트(852)를 향한 또는 접촉하게 하는 제 1 립 부분(816a)의 팽창에 의해 제 2 겔 재료(820b)로부터 격리된다. 다른 실시예에서, 격실(II) 내의 유체는 제 2 겔 재료(820b)에 노출될 수 있어(예를 들어, 스플래시에 의해), 이에 의해 제 2 겔 재료(820b)가 팽창하여 제 2 립 부분(816b)을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박한다. 따라서, 겔 재료(820a)의 팽창은 격실(II)로부터 격실(I)로의[예를 들어, 갭(864)을 경유하는] 유동 경로의 크기를 감소시키거나 배제한다. 유체가 또한 격실(I) 내에 존재하고 제 2 겔 재료(820b)가 유체에 노출될 때, 제 2 겔 재료(820b)가 팽창하여 립 부분(816a)을 샤프트(852)를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박한다. 그 결과, 유체가 양 격실(I) 및 격실(II) 내에 존재할 때, 립 부분(816a, 816b) 및 겔 재료(820a, 820b)는 격실(I)로부터 격실(II)로 및 격실(II)로부터 격실(I)로의 유동 경로를 감소시키거나 배제한다. 따라서, 립 부분(816b)이 격실(I)로부터 격실(II)로의 유동 경로를 배제하지 않으면[예를 들어, 립 부분(816b)이 샤프트(852)와 공칭 접촉 또는 결합 접촉 상태가 아니면], 제 1 립 부분(816a) 및 제 1 겔 재료(820a)는 격실(I)로부터 격실(II)로의 유동 경로의 크기를 감소시키거나 배제하기 위한 백업 시일로서 작용한다. 유사하게, 립 부분(816a)이 격실(II)로부터 격실(I)로의 유동 경로를 배제하지 않으면, 제 2 립 부분(816b) 및 제 2 겔 재료(820b)는 격실(II)로부터 격실(I)로의 유동 경로의 크기를 감소시키거나 배제하기 위한 백업 시일로서 작용한다.
몇몇 실시예에서, 캐리어 부품(808)은 도 4에 도시되어 있는 구성에 유사하게, 샤프트(852)에 대해 도 5의 시일(500)을 위치 설정하는 것을 용이하게 하도록 구성되거나 성형된다. 예를 들어, 샤프트(852)에 근접한 캐리어 부품(808)의 영역(868)은 도 4의 정렬 링(404)의 부분(422)과 유사하도록 제조될 수 있다.
도 8b는 도 8a의 시스템(800)의 부분 단면 사시도이다. 도 8b에 도시되어 있는 지지 부품(804)은 격벽 구조체(도시 생략) 내의 구멍(도시 생략)에 대응하는 복수의 관통 구멍(876)을 형성하는 인터페이스 영역(872)을 포함한다. 시스템(800)은 격벽 구조체 내의 관통 구멍(876) 및 대응 구멍을 통해 체결구(예를 들어, 캐리지 볼트 또는 래그 나사)를 통과시킴으로써 격벽 구조체에 장착될 수 있다. 시스템(800)이 격벽 구조체(B)에 장착될 때, 인터페이스 영역(872)은 도 8a의 격벽 구조체(B) 또는 그 표면(892)에 물리적으로 접촉할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 관통 구멍(876)은 격벽 구조체에 미리 고정된 하우징(도시 생략)에 시스템(800)을 장착하는데 사용된다. 예를 들어, 도 1의 하우징(104)에 유사한 하우징을 구비하는 시스템에서, 지지 부품(804)은 격벽 구조체에 직접보다는 하우징 구조체 자체의 부분에 장착될 수 있다. 이러한 구성은 시스템(800)이 현존하는 하우징 구조체로 시스템(800)을 개장하기에 편리하게 한다.
지지 부품(804)은 도시되어 있는 바와 같이, 반원형 환형 구조체이다. 지지 부품(804)은 제 2 반원형 지지 부품(도시 생략)의 대응 플랜지(도시 생략)와 정합하여 샤프트(도시 생략)를 에워싸고 밀봉 시스템(812)을 샤프트에 대해 위치 설정하는 커플링 플랜지(880)를 포함한다. 따라서, 시스템(800)을 격벽 구조체에 장착하기 위해, 도시되어 있는 지지 부품(804)은 도 8a의 격벽 구조체(B)에 고정되고, 커플링 플랜지(880)를 경유하여 제 2 지지 부품에 고정된다. 커플링 플랜지(880)는 제 2 지지 부품의 대응 커플링 플랜지 내의 관통 구멍(도시 생략)에 대응하는 복수의 관통 구멍(884)을 포함한다. 지지 부품(804)을 위한 대안적인 구성이 또한 사용될 수 있다(예를 들어, 도 9a 내지 도 9c에 도시된 구성).
일반적으로, 지지 부품(804), 캐리어 부품(808), 립 시일(814), 겔 재료(820), 보유 부품(824) 또는 O-링(844)은 반원형 또는 반환형 형상일 수 있다. 반원형 또는 반환형 형상은 지지 부품(804), 캐리어 부품(808), 립 시일(814), 겔 재료(820), 보유 부품(824) 또는 O-링(844) 중 어느 하나가 함께 결합된(예를 들어, 마찰, 볼트, 나사, 페그, 자석 또는 리벳과 같이 기계적으로 또는 예를 들어 화학 접착제 또는 접합제와 같이 접착식으로) 2개의 단편으로 샤프트(852) 상에 장착되거나 설치[예를 들어, 샤프트(852)의 원주 또는 주위 둘레에 배치됨]될 수 있게 한다. 예를 들어, 캐리어 부품(808)의 2개의 반원형 또는 반환형 반부(도시 생략)는 샤프트(852)에 대해 외접 관계로 위치될 수 있다. 반원형 또는 반환형 반부는 이어서 샤프트(852)의 원주 또는 주위 둘레에 배치된 하나의 또는 단일형 캐리어 부품(808) 구조체를 형성하도록 함께 고정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 지지 부품(804)은 제 2 지지 부품에 고정되기 전에 격벽 구조체에 고정된다. 다른 실시예에서, 지지 부품(804)은 조립된 지지 부품이 격벽 구조체에 장착되거나 고정되기 전에 먼저 제 2 지지 부품에 고정된다. 지지 부품(804)은 커플링 플랜지(880)가 인터페이스 영역(872)에 대해 위치되도록 성형된다. 커플링 플랜지(880)의 위치는 지지 부품(804)이 격벽 구조체에 의해 형성된 개구(도시 생략) 내에 끼워지는 것을 허용한다.
도 8b의 보유 부품(824a)은 유체가 그를 통해 통과하고 겔 재료(820a)와 상호 작용하게 하는 복수의 슬롯(888)을 포함한다. 슬롯(888)의 치수 설정 및 위치 설정은 겔 재료(820a)와 상호 작용하는 유체의 양을 제어하도록 조작되거나 제어될 수 있다. 예를 들어, 슬롯(888)의 수 또는 크기를 증가시키는 것은 겔 재료(820a)가 팽창하여 립 부분(816a)을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하게 하기 위해 요구되는 유체의 양을 감소시킬 수 있다[예를 들어, 더 많은 슬롯(888)은 더 많은 유체가 겔 재료(820a)와 상호 작용하게 함]. 역으로, 슬롯(888)의 수 또는 크기를 감소시키기는 것은 겔 재료(820a)가 팽창하여 립 부분(816a)을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박하게 하기 위해 요구되는 유체의 양을 증가시킬 수 있다.
도 8b에 도시되어 있는 시스템(800)의 장점은 지지 부품(804)이 샤프트에 대해 캐리어 부품(808) 또는 밀봉 시스템(812)을 위치 설정하기 위한 다른 메커니즘과 비교하여 비교적 경량이라는 것이다. 지지 부품(804)은 청동 알루미늄과 같은 재료로부터 제조될 수 있다. 지지 부품(804)의 일반적으로 평면형의 환형 형상은, 지지 부품(804)이 샤프트에 대해 캐리어 부품(808) 또는 밀봉 시스템(812)을 위치 설정하는데 사용된 다른 부품과 비교하여 비교적 경량인 하나의 이유이다. 예를 들어, 도 1 및 도 3의 하우징은 하우징이 정렬 링을 둘러싸기 때문에(예를 들어, 하우징의 내부면이 정렬 링의 외부면에 결합함) 더 많은 재료를 필요로 한다. 대조적으로, 도 8a 내지 도 8b의 실시예에서, 캐리어 부품(808)의 내부면(832)은 지지 부품(804)의 외부면(848)에 결합하여, 지지 부품(804)이 더 적은 재료로 제조(예를 들어, 주조)될 수 있게 한다.
부가의 장점으로서, 지지 부품(804)이 지정된 중량을 초과하지 않는 경우에, 시스템(800)은 삭구 장비자(rigger)의 지원 없이 설치될 수 있다. 비교적 경량인 것에 부가하여, 지지 부품(804)은 다른 형상을 갖는 지지 부품에 비교하여 금속 내에서 가공하거나 주조하는 것이 비교적 용이하다. 부가적으로, 캐리어 부품(808)은 또한 예를 들어 Garolite G-10/FR4 재료와 같은 비교적 경량 재료로 제조될 수 있다. 이러한 재료는 충분히 경량이고 강성이다.
부가의 장점이 명백할 것이다. 예를 들어, 캐리어 부품(808)의 폭(Wc)은 도 8a에 도시되어 있는 지지 부품의 폭(Ws)에 독립적이다. 그 결과, 캐리어 부품(808)은 도 11b 내지 도 11c와 관련하여 이하에 설명되는 바와 같이, 지지 부품(804)의 폭(Ws)에 독립적으로 베어링의 포함을 용이하게 하기 위해 x-축을 따라 확장될 수 있다.
도 8c는 대안 캐리어 부품(808')을 포함하는 시스템(800')의 부분의 단면도이다. 캐리어 부품(808')은 제 1 단편(890)에 탈착식으로 장착 가능하거나 고정 가능한 제 1 단편(890) 및 제 2 단편(892)을 포함한다. 제 2 단편(892)은 제 1 단편에 기계적으로(예를 들어, 볼트, 나사 또는 간섭 끼워맞춤을 사용하여), 접착식으로(예를 들어, 접합에 의해) 또는 기계적 및 접착식의 소정 조합에 의해 장착될 수 있다. 제 2 단편(892)은 O-링(896)을 수용하기 위한 홈(894)을 형성한다. 제 2 단편(892)이 제 1 단편(890)에 장착될 때, O-링(896)은 그 사이에 유체 기밀 밀봉을 용이하게 하여, 예를 들어 제 1 단편(890)과 제 2 단편(892) 사이의[및 채널(836)을 경유하는] 제 1 격실(I)로부터 제 2 격실(II)로의 유동 경로를 감소시키거나 배제한다.
몇몇 실시예에서, 제 2 단편(892)보다는 제 1 단편(890)이 유체 기밀 시일을 용이하게 하기 위해 O-링(896)을 착좌하기 위한 홈(도시 생략)을 형성할 수 있다. 도 8c의 캐리어 부품(808')의 장점은 시스템(800')이 비교적 작은 공간에 설치될 수 있게 하는 것을 포함한다[예를 들어, y-축을 따른 지지 부품(804)과 샤프트(852) 사이의 간극(C)이 지지 부품(808')의 외경 표면(898)과 채널(836) 사이의 거리(h1)보다 작은 경우에]. 이러한 구성은 시스템(800')의 작은 크기를 보유하면서 샤프트에 의해 y-축을 따른 비교적 큰 이동[예를 들어, 채널(836)과 지지 부품(804) 사이의 거리(d)]을 허용한다.
도 9a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 지지 부품(900)의 부분의 사시도이다. 지지 부품(900)은 반원형 형상을 형성하고, 외경 표면(904) 및 내경 표면(908)을 형성한다. 지지 부품(900)은 또한 인터페이스부(916)를 포함하는 환형 표면(912)을 형성한다. 지지 부품(900)은 환형 표면(912)에 실질적으로 평행하고 그로부터 대향 지향하는 제 2 환형 표면(918)을 또한 포함한다. 환형 표면(912) 및 제 2 환형 표면(918)은 대안 배열로(예를 들어, 비평행) 배치될 수 있다. 인터페이스부(916)는 지지 부품(900)을 통해 연장하는[예를 들어, 환형 표면(912)으로부터 제 2 환형 표면(918)으로] 복수의 관통 구멍(920)을 형성한다. 복수의 관통 구멍(920)은 지지 부품(900)을 격벽 구조체에 장착하는 것[예를 들어, 인터페이스부(916)를 격벽 구조체의 대응 표면(도시 생략)과 물리적으로 접촉하여 배치하는 것]을 용이하게 한다. 지지 부품(900)은 제 1 커플링 영역(924a) 및 제 2 커플링 영역(924b)을 포함한다. 커플링 영역(924a, 924b)은 제 2 반원형 지지 부품(도시 생략)의 대응 커플링 영역(도시 생략)에 결합된다. 커플링 영역(924a, 924b)은 도 8b의 지지 부품(804)의 커플링 플랜지(880)에 대한 대안이다.
도 9b는 조립된 지지 구조체(940)의 평면도이다. 지지 구조체(940)는 도 9a의 지지 부품(900) 및 대칭 지지 부품(900')을 포함한다. 지지 부품(900)의 제 1 결합 영역(924a)은 지지 부품(900')의 대응 결합 영역(924a')에 고정된다. 유사하게, 지지 부품(900)의 제 2 결합 영역(924b)은 지지 부품(900')의 대응 결합 영역(924b')에 고정된다. 지지 구조체(940)는 샤프트(예를 들어, 회전 샤프트)가 통과할 수 있는 개구(944)를 형성하는 환형 또는 링형 구조체이다. 지지 구조체(940)는 격벽 구조체(도시 생략)의 대응 표면에 결합을 위한 인터페이스 표면(948)을 형성한다. 인터페이스 표면(948)은 지지 구조체(940)의 외경(D)을 따라 배치된다. 지지 구조체(940)는 지지 구조체(940)의 내경(d)을 따라 배치된 표면(952)을 또한 포함한다. 표면(952)은 캐리어 부품[예를 들어, 도 8a의 캐리어 부품(808)]의 대응 내부면[예를 들어, 도 8a의 표면(832)]과의 슬라이드식 결합을 용이하게 한다.
몇몇 실시예에서, 지지 구조체(940)는 격벽 구조체에 장착 가능하기보다는, 격벽 구조체 자체의 부분으로부터 형성된다. 이러한 실시예의 예는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 격벽 구조체(960)의 평면도인 도 9c에 도시되어 있다. 도 9d는 도 9c의 격벽 구조체(960)의 단면도이다. 도 9c 내지 도 9d의 실시예에서, 캐리어 부품[예를 들어, 도 8c의 캐리어 부품(808)]은 격벽 구조체(960)에 장착 가능한 개별 지지 구조체[예를 들어, 도 9b의 지지 구조체(940)]를 필요로 하지 않고 격벽 구조체(960)에 결합한다.
격벽 구조체(960)는 격실(I) 내의 제 1 표면(964)과 격실(II) 내의 제 2 표면(968)을 형성한다. 격벽 구조체는 격실(I) 내의 제 1 표면(964)으로부터 격실(II) 내의 제 2 표면(968)으로 통과하는 개구(944')를 형성한다. 제 1 표면(964)은 개구(944')에 인접한 제 1 환형 영역(972)을 형성하고, 제 2 표면(968)은 개구(944')에 인접한 제 2 환형 영역(976)을 형성한다. 환형 영역(972, 976)은 캐리어 부품의 대응 내부 표면과의 슬라이드식 결합을 위한 표면을 형성한다[예를 들어, 도 8a의 캐리어 부품(808) 또는 도 8c의 캐리어 부품(808') 내의 채널(832)과 구조 및 작동이 유사함]. 이 방식으로, 환형 영역(972, 976)은 캐리어 부품과의 슬라이드식 결합을 용이하게 하는 도 9a의 환형 영역(912, 918) 또는 도 9b의 지지 구조체(940)의 표면(952)에 유사하다.
도 10a는 본 발명의 실시예를 도시하고 있는 유체의 부재시에 또는 비활성화 상태에서 도시되어 있는 보유 부품(1004)과 플레이트부(1008)를 포함하는 밀봉 시스템(1000)의 단면도이다. 밀봉 시스템(1000)은 립 시일(1012) 및 겔 재료(1016)를 포함한다. 겔 재료(1016)가 건조하거나 유체의 부재 상태이면, 시스템(1000)은 "비활성화" 상태이다. 겔 재료(1016)는 유체 투과성 경질 또는 개방 셀 발포체(도시 생략) 내에 배치될 수 있다. 비활성화 상태에서, 겔 및 발포 재료는 원래 형상에 있다. 유사하게, 립 시일(1012)의 립 부분(1020)은 원래의 변형되지 않은 형상에 있다. 도 10a는 샤프트부(1024)를 또한 도시하고 있다. 갭(G)이 립 시일(1012)의 립 부분(1020)을 샤프트부(1024)로부터 분리한다.
플레이트부(1008)는 플레이트부(1008)가 회전하는 피벗(1028)을 포함한다. 플레이트부(1008)는 립 시일(1012)에 겔 재료(1016)를 결합한다. 개구(1032)가 보유 부품(1004) 및 플레이트부(1008)에 의해 형성된다. 개구(1032)는 유체가 시스템(1000)에 진입하여 겔 재료(1016)에 접촉하게 함으로써 유체와 겔 재료(1016) 사이의 상호 작용을 용이하게 한다. 유체로의 노출은 겔 재료(1016)가 팽창하게 한다.
도 10b는 활성 상태에서 또는 유체의 존재시에 도시되어 있는 도 10a의 밀봉 시스템의 단면도이다. 겔 재료(1016)가 팽창함에 따라, 겔 재료(1016)는 플레이트부(1008)에 대해 반작용하여 피벗(1028) 둘레에서 이동하도록 플레이트부(1008)를 압박한다. 플레이트부(1008)가 피벗(1028) 둘레에서 회전함에 따라, 플레이트부(1008)는 립 시일(1012)의 립 부분(1020)에 대해 반작용하고, 샤프트부(1024)를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 립 부분(1020)을 압박한다. 몇몇 실시예에서, 립 부분(1020)의 이동은 도 10a의 갭(G)을 배제한다. 립 부분(1020)은 또한 겔 재료(1016)에 의한 팽창에 응답하여 갭(G)[예를 들어, 샤프트부(1024)와 립 부분(1020) 사이의 x-축을 따른 거리]의 크기를 감소시킬 수 있다.
플레이트부(1008)는 겔 재료(1016)의 팽창 계수를 증폭한다. 예를 들어, 플레이트부(1008)를 포함하지 않는 밀봉 시스템에서, 고정된 양만큼의 겔 재료(1016)의 팽창은 겔 재료(1016)의 팽창량에 비례하여 립 부분(1020)을 이동시킨다. 도 10a 내지 도 10b의 밀봉 시스템(1000)에서, 립 부분(1020)은 겔 재료(1016)의 동일한 팽창량에 응답하여 큰 거리 이동한다. 예를 들어, 플레이트부(1008)에 대한 겔 재료(1016)의 팽창은 립 부분(1020)에 대해 레버로서 작용하는 플레이트부(1008)를 압박하여, 따라서 립 부분(1020)이 겔 재료(1016)의 팽창에 응답하여 이동하는 거리를 증가시킨다.
도 10a 내지 도 10b의 시스템(1000)의 장점은, 겔 재료가 유체에 노출될 때 크기를 여전히 적절하게 감소시키거나 갭(G)을 배제하면서, 밀봉 시스템(1000)이 샤프트부(1024)로부터 더 멀리 이격하여 이동될 수 있다는 것이다[예를 들어, 플레이트부(1008)가 없는 시스템보다 큰 갭(G)을 형성함]. 더 큰 갭(G)의 크기는 립 시일(1012)의 립 부분(1020) 상의 마모를 감소시키는데, 이는 x-축을 따른 샤프트부(1024)의 더 큰 이동이 샤프트부(1024)가 립 부분(1020)에 접촉하기 전에 요구되기 때문이다. 샤프트부(1024)와 립 부분(1020) 사이의 우발적인 접촉의 감소는 립 부분 상의 마모를 감소시킨다.
도 11a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 베어링(1100)의 사시도이다. 베어링(1100)은 외경 표면(1104) 및 원형 표면(1108)을 형성한다. 부싱(1112)이 베어링(1100)을 통해 통과하고, 원형 표면(1108)으로부터 축(A)을 따라 외향으로 연장한다. 베어링(1100)은 일반적으로 원 대칭이고, 원형 표면(1108)의 중심을 통해 연장하는 축(A) 둘레에서 회전 가능하다. 베어링(1100)은 샤프트(도시 생략)와의 접촉에 응답하여 축(A) 둘레로 회전할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 베어링(1100)은 베어링(1100)의 외경 표면(1104)과 샤프트에 의한 접촉에 응답하여 정지 상태로 유지되는 부싱(1112) 둘레로 회전한다. 부싱(1112)은 베어링(1100)의 회전 또는 샤프트로부터의 접촉에 응답하여 베어링(1100) 상의 마찰을 감소시키기 위해 베어링(1100)으로부터 다른 베어링(도시 생략)으로 소정량의 힘 또는 부하를 전달한다. 베어링(1100)은 또한 축(A)에 수직인 평면(P)에 대해 대칭이다. 부싱(1112)은 부싱 표면(1116)을 형성한다. 베어링(1100)이 밀봉 시스템 내에 설치될 때, 부싱 표면(1116)은 바람직하게는 캐리어 부품(도시 생략)의 표면(도시 생략)과 공동 평면에 있다. 이는 도 11b 내지 도 11c와 관련하여 이하에 예시되어 있다.
몇몇 실시예에서, 코팅(도시 생략)이 베어링(1100)의 외경 표면(1104) 상에 배치된다. 코팅은 저마모 재료, 저마찰 재료 또는 저부식 재료로부터 제조되거나 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 코팅은 저마찰, 저마모 및 저부식 재료로부터 제조되거나 포함한다. 몇몇 실시예에서, 코팅 재료는 그 내마찰성, 내마모성, 내부식성 또는 이들의 몇몇 조합에 기초하여 선택된다.
도 11b는 도 11a의 복수의 베어링(1100)이 그 내부에 설치되어 있는 캐리어 부품(1124)을 포함하는 시스템(1120)의 부분 단면 사시도이다. 캐리어 부품(1124)은 복수의 리세스(1132)를 형성하는 내경부(1128)를 포함한다. 내경부(1128)는 또한 샤프트 지향면(1136)을 형성한다. 샤프트 지향면(1136)은 도 8a의 캐리어 부품(808)의 표면(856)과 유사하다. 내경부(1128) 내의 리세스(1132)는 복수의 베어링(1100)을 수용한다. 복수의 베어링(1100)의 각각은, 각각의 베어링(1100)이 샤프트(도시 생략)와의 접촉에 응답하여 회전할 수 있는 축(A)을 포함한다. 캐리어 부품(1124) 내의 리세스(1132)는 복수의 베어링(1100)이 회전할 수 있게 하도록 치수 설정된다. 이 실시예에서, 리세스(1132)는 직사각형 형상이지만, 다른 기하학적 형상이 또한 가능하다.
복수의 베어링(1100)이 설치될 때, 베어링(1100)은 캐리어 부품(1124)의 샤프트 지향면(1136)을 지나 시스템(1120)의 중심(C)을 향해 연장한다. 그 결과, 캐리어 부품(1124)을 향한 샤프트에 의한 이동에 응답하여, 샤프트는 캐리어 부품(1124)에 접촉하기 전에 먼저 베어링(1100) 중 하나 이상에 접촉한다. 샤프트와 접촉하는 베어링은 시스템(1120) 내의 다른 베어링을 회전시키고, 부하를 전달하거나 분배하고, 그리고/또는 샤프트의 충돌로부터 충격을 흡수하여, 따라서 캐리어 부품(1124) 및 립 시일(1140) 상에 마찰을 감소시킨다. 베어링(1100)은 샤프트에 대해 시스템(1120)을 중심 설정하고 그리고/또는 위치 설정할 수 있다(예를 들어, 샤프트와의 접촉을 경유하여). 예를 들어, 베어링(1100)은 샤프트의 원주 둘레에 일반적으로 균일한 거리로 립 시일(1140)을 정렬하거나 위치 설정할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 베어링(1100)은 시스템(1120)의 설치시에 샤프트와 접촉하고 샤프트의 작동 또는 회전 중에 샤프트와 접촉하여 유지된다.
도 11b의 시스템(1120)의 장점은 베어링(1100)이 시스템(1120)과 샤프트 사이의 마찰을 감소시킨다는 것이다. 구체적으로, 복수의 베어링(1100)을 사용하여 관찰된 마찰 계수는 외접 부품[예를 들어, 도 1의 외접 부품(122)]을 사용하여 관찰된 마찰 계수보다 작다. 예를 들어, 청동으로 충전된 중공 링을 형성하는 폴리플루오로테트라에틸렌("PTFE") 재료로 구성된 외접 부품은 약 0.12 내지 0.16 kg/cm2의 동적 마찰 계수를 나타냈다. 도 11b의 시스템(1120)의 요소를 구체화하는 견본 시스템은 대략 0.0015 kg/cm2의 동적 마찰 계수를 나타냈다. 시스템(1120)의 동적 마찰 계수는 저마찰 재료로 베어링(1100)을 코팅함으로써 더욱 더 감소될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 감소된 마찰은 작동 중에 베어링(1100)과 샤프트 사이에 단지 주기적인 접촉만이 존재한다는 사실로부터 발생한다[예를 들어, 샤프트가 캐리어 부품(1124)을 향해 이동하지 않으면 베어링이 샤프트로부터 이격되는 경우에]. 베어링(1100)이 샤프트에 의해 부여된 부하를 전달하는 실시예에서, 개별 베어링 상의 감소된 마찰은 전달된 부하가 다른 베어링에 분배되는 것으로부터 발생한다. 베어링이 실질적으로 샤프트와 일정하게 접촉하고 있는 실시예에서, 샤프트의 주위에 외접하고 따라서 샤프트의 원주 둘레에서 샤프트와 일정하게 접촉하고 있을 수 있는 부품(도시 생략)에 대조적으로, 샤프트와 시스템(1120) 사이의 접촉점만이 베어링을 경유하여 발생하기 때문에 감소된 마찰이 발생한다.
그러나, 이러한 외접 부품[도 1의 환형 링(122)]은 다른 이유로(예를 들어, 비용, 제조 또는 설치의 용이성, 중량 또는 다른 팩터) 유리할 수도 있다. 더욱이, 외접 부품으로부터 발생하는 마찰은 다른 방식으로(예를 들어, 저마모, 저마찰, 저부식 또는 이들 특성의 몇몇 조합을 나타내는 재료를 선택함으로써) 감소될 수 있다. 그 결과, 복수의 베어링(1100)을 수용하도록 구성된 외접 부품 또는 캐리어 부품(1124)은 특정 밀봉 용례에 따라 사용될 수 있다.
캐리어 부품(1124)은 제 1 캐리어 단편(1124a) 및 제 2 캐리어 단편(1124b)을 포함한다. 제 1 캐리어 단편(1124a)은 관통 구멍(1144a, 1148a)을 포함하고, 제 2 캐리어 단편(1124b)은 관통 구멍(1144b, 1148b)을 포함한다. 제 1 캐리어 단편은 연결부(1144b') 및 연결부(1148b')를 포함한다. 제 2 캐리어 단편은 연결부(1144a') 및 연결부(1148a')를 포함한다. 연결부(1144a', 1144b', 1148a', 1148b')는 나사 결합될 수 있다. 시스템(1120)의 중심(C)을 통해 통과하는 샤프트 둘레에 캐리어 부품(1124)을 설치하기 위해, 체결구는 관통 구멍(1144a, 1144b, 1148a, 1148b)을 통해 통과되고 연결부(1144a', 1144b', 1148a', 1148b')에 연결되어 제 1 캐리어 단편(1124a)을 제 2 캐리어 단편(1124b)에 고정한다. 도 11b에 도시되어 있는 바와 같이, 캐리어 부품(1124)은 채널을 형성하는 내부면[예를 들어, 도 8a의 채널(836)을 형성하는 내부면(832)과 유사한]을 도시하고 있지 않지만, 도 11b의 캐리어 부품(1124)은 지지 부품 또는 격벽 구조체의 대응 표면과 슬라이드식 결합을 위한 내부면 및 채널을 포함할 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
도 11c는 본 발명의 실시예를 도시하고 있는 캐리어 부품(1124) 내에 설치된 베어링(1100)을 포함하는 밀봉 시스템(1150)의 부분 단면 사시도이다. 캐리어 부품(1124)은 환형 본체(1154)를 형성한다. 환형 본체(1154)는 외주부(1158)를 따른 채널(도시 생략)을 형성할 수 있다. 채널은 환형 본체(1154) 내에 형성된다[도 8a에 도시되어 있는 채널(836)과 유사함]. 대안적으로, 환형 본체(1154)는 하우징[예를 들어, 도 1의 하우징(104)] 내에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 환형 본체(1154)는 채널을 형성할 필요가 없다. 환형 본체(1154)는 환형 본체(1154)의 내부면(1166)을 따른 연장부(1162)를 형성한다.
환형 본체(1154)의 연장부(1162)는 리세스 형성된 영역(1132)을 포함한다. 리세스 형성된 영역(1132)은 베어링(1100)을 수용하고 베어링(1100)의 회전을 용이하게 한다. 연장부(1162)는 환형 본체(1154)의 부분인 외부면(1170)을 또한 형성한다. 시스템(1150)은 수직 부품(1176) 및 립 부분(1178)을 포함하는 립 시일(1174)을 포함한다. 립 시일(1174)의 수직 부품(1176)은 립 시일(1174)이 시스템(1150) 내에 설치될 때 연장부(1162)의 외부면(1170)을 따라 위치된다.
베어링(1100)은 부싱(1112)으로 캐리어 부품(1124)에 고정된다. 더 구체적으로, 베어링(1100)은 환형 본체(1154)의 연장부(1162)의 리세스 형성된 영역(1132) 내에 고정된다. 부싱(1112)은 제 1 부싱 단편(1180a) 및 제 2 부싱 단편(1180b)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 제 1 부싱 단편(1180a)의 수형부(1182a)는 제 2 부싱 단편(1180b)의 암형부(1182b)에 나사식으로 결합하여 제 1 부싱 단편(1180a)을 제 2 부싱 단편(1180b)에 고정한다. 부싱(1112)은 환형 본체(1154)의 리세스 형성된 영역(1132)에 대해 베어링(1100)을 위치 설정한다. 제 2 부싱 단편(1180b)은 베어링(1100)이 샤프트(도시 생략)와의 접촉에 응답하여 회전하는 외주부(1184)를 형성한다.
제 2 부싱 단편(1180b)은 부싱 표면(1186)[예를 들어, 도 11a의 부싱 표면(1116)과 유사함]을 형성한다. 베어링(1100)이 캐리어 부품(1124) 내에 설치될 때, 부싱 표면(1186)은 연장부(1162)의 외부면(1170)을 따라 위치하고 일반적으로 이 연장부의 외부면과 동일 평면에 있어, 이에 의해 립 시일(1174)의 수직 부품(1176)이 연장부(1162)에 대해 위치 설정되게 한다. 연장부(1162)는 외부면(1170)에 대해 평행하고 대향 지향하는 제 2 외부면(1188)을 또한 형성한다. 제 1 부싱 단편(1180a)은 연장부(1162)의 평행한 대향 지향 외부면(1188)과 일반적으로 동일 평면에 있어 립 시일(1194)의 수직 부품(1192)이 연장부(1162)에 대해 위치 설정되게 하는 부싱 표면(1190)을 형성한다. 외부면(1170, 1188)은 연장부(1162)의 외부면을 형성할 수 있다.
시스템(1150)은 캐리어 부품(1124)에 대해 립 시일(1174)을 결합하고 위치 설정하기 위한 보유 부품(1196)을 또한 포함한다. 시스템(1150)은 겔 재료(1198)를 또한 포함한다. 겔 재료(1198)가 유체에 노출될 때, 겔 재료(1198)는 팽창하여 립 부분(1178)을 샤프트를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박한다. 겔 재료(1198)는 유체의 부재시에 수축하여 샤프트와 립 부분(1178) 사이에 갭(도시 생략)을 형성하거나 크기를 증가시킨다.
도 12a는 본 발명의 실시예를 도시하고 있는 시스템(1200)의 단면도이다. 시스템(1200)은 제 1 단편(1202a) 및 제 2 단편(1202b)을 포함하는 캐리어 부품(1202)을 포함한다. 시스템(1200)은 제 1 립 부분(1206a) 및 제 1 겔 재료(1208a)를 갖는 제 1 시일(1204a)을 포함한다. 시스템(1200)은 제 2 립 부분(1206b) 및 제 2 겔 재료(1208b)를 갖는 제 2 시일(1204b)[제 1 시일(1204a)과 함께 집합적으로, 1204]을 포함한다. 시스템(1200)은 시스템(1200)에 대해 이동할 수 있는(예를 들어, 병진 이동, 회전 또는 이들의 조합을 경유하여) 샤프트(1210) 둘레에 배치된다.
시스템(1200)은 제 1 파편 가드(1212a) 및 제 2 파편 가드(1212b)(집합적으로, 1212)를 포함한다. 제 1 파편 가드(1212a)는 제 1 격실(I)에 배치되고, 제 2 파편 가드(1212b)는 제 2 격실(II)에 배치된다(예를 들어, 격실들은 격벽 또는 다른 구조체에 의해 배 또는 선박 상에서 분리됨). 도 12로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 제 1 파편 가드(1212a) 및 제 2 파편 가드(1212b)는 실질적으로 동일하다. 제 1 파편 가드(1212a)는 제 1 파편 가드(1212a)가 설치될 때[예를 들어, 캐리어 부품(1202)에 고정됨] 샤프트(1210) 둘레에 배치된 가요성 본체(1214a)를 형성한다. 몇몇 실시예에서, 가요성 본체(1214a)는 탄성 중합 재료(예를 들어, 플루오로 탄성 중합 재료)로부터 제조된다. 가요성 본체(1214a)는 또한 천 재료 또는 예를 들어 금속 보닝(boning) 또는 리브와 같은 지지 구조체(도시 생략)로 보강된 천 재료로부터 제조될 수 있다. 파편 가드(1212a)의 기능은 제 1 격실(I) 내의 먼지, 오물 또는 파편과 같은 소정량의 재료 또는 오염물(도시 생략)이 제 1 시일(1204a) 또는 제 2 시일(1204b)과 접촉하게 되는 것 또는 제 2 격실(II)로 통과하는 것을 방지하거나 감소시키는 것이다.
제 1 파편 가드(1212a)는 외경부(1216a) 및 내경부(1218a)를 포함한다. 외경부(1216a)는 캐리어 부품(1202)의 제 1 단편(1202a)에 의해 형성된 대응 표면(1222)과 인터페이스하기 위한 표면(1220a)을 형성한다. 제 1 파편 가드(1212a)는 구조체(1224)로 캐리어 부품(1202)의 제 1 단편(1202a)에 고정된다. 구조체(1224)는 외경부(1216a)에 대해 위치 설정 가능한 환형 링일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 구조체(1224) 및 파편 가드(1212a)는 구조체(1224) 및 외경부(1216a)를 통해 캐리어 부품(1202) 내의 대응 보어(1228) 내로 통과하는 하나 이상의 고정 부품(1226)에 의해 캐리어 부품(1202)의 제 1 단편(1202a)에 고정된다. 고정 부품(1226)은 예를 들어 나사, 볼트 또는 리벳일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 구조체(1224)는 다른 기술, 예를 들어 자기 인력을 사용하여 제 1 단편(1202a)에 결합된다. 몇몇 실시예는 구조체(1224)를 이용하지 않고 제 1 단편(1202)의 표면(1222)과 인터페이스 표면(1220a) 사이에 접착제를 배치함으로써 외경부(1216a)를 제 1 단편(1202)에 결합한다. 이들 기술의 조합은 또한 파편 가드(1212a)를 캐리어 부품(1202)에 위치 설정하고 그리고/또는 고정하는데 사용될 수 있다. 캐리어 부품(1202)은 도 8a의 시스템 또는 도 9c 내지 도 9d와 관련하여 설명된 격벽 구조체(960)의 작동과 유사한 격벽(도시 생략) 또는 지지 부품(도시 생략)의 대응 구조체(도시 생략)에 인터페이스하는 채널(1229)을 포함한다.
파편 가드(1212a)는 내경부(1218a)에 대해 위치 설정된 밀봉부(1230)를 포함한다. 밀봉부(1230)는 포켓(1232), 립 부분(1234) 및 개구(1236)를 포함한다. 겔 재료(1238)는 포켓(1232) 내에 배치된다. 겔 재료(1238)가 유체(도시 생략), 예를 들어 개구(1236)를 통해 통과하는 유체에 노출될 때, 겔 재료는 팽창하여 립 부분(1234)을 샤프트(1210)를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 압박한다. 몇몇 실시예에서, 립 부분(1234)은 저마모, 저마찰 및/또는 저부식 재료로부터 형성되거나 코팅된다. 몇몇 실시예에서, 밀봉부(1230)는 백업 시일[예를 들어, 제 1 시일(1204a) 또는 제 2 시일(1204b)에 대한 제 2 시일로서 작용함]이다.
파편 가드(1212a)는 내경부(1218a)를 따른 연장부(1240a)를 포함한다. 시스템(1200)은 파편 가드(1212a)의 연장부(1240a)에 결합하고 샤프트(1210)에 외접하는 링(1242a)을 포함한다. 연장부(1240a)는 샤프트(1210) 및/또는 시일(1204)에 대해 링(1242a)을 정렬하고 그리고/또는 위치 설정한다. 몇몇 실시예에서, 링(1242a)과 샤프트(1210) 사이에 작은 간극이 존재한다. 링(1242a)은 또한 예를 들어, 링이 예를 들어 테플론
Figure 112013017696502-pct00008
재료와 같은 경량 재료로부터 제조될 때 과도한 마모 없이 샤프트(120)에 접촉할 수 있다.
시스템(1200)은 캐리어 부품(1202)[예를 들어, 제 2 단편(1202b)]의 내부면과 샤프트(1210) 사이에 배치된 정렬 링(1244)을 포함한다. 정렬 링(1244)은 예를 들어, 테플론
Figure 112013017696502-pct00009
재료와 같은 저마모, 저마찰 및/또는 저부식 재료로부터 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템(1200)은 정렬 링(1244) 이외의 베어링의 세트(도시 생략)를 포함한다. 예를 들어, 도 11a 내지 도 11b의 복수의 베어링(1100)이 시스템(1200)과 함께 사용될 수 있다[예를 들어, 도 11b 내지 도 11c와 관련하여 전술된 바와 같이, 캐리어 부품(1202)의 적절한 수정시에].
몇몇 실시예에서, 시스템(1200)은 제 1 시일(1204a) 및 제 2 시일(1204b)을 포함하지 않는다. 이러한 실시예에서, 제 1 파편 가드(1212a) 및 제 2 파편 가드(1212b)는 제 1 격실(I)로부터 제 2 격실(II)로 통과하는 및 그 반대로 통과하는 유체의 양을 방지하거나 감소시킨다. 이러한 실시예는 예를 들어 밀봉 구조체[예를 들어, 밀봉부(1230a)]를 가로질러 유지된 압력차가 비교적 작은 경우에 사용될 수 있다.
도 12b는 도 12a의 시스템(1200)의 부분의 입면도이다. 도 12b는 제 1 반원형 구조체(1250a) 및 제 2 반원형 구조체(1250b)(집합적으로, 1250)를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 구조체(1250)는 도 12a의 고정 구조체(1224)이다. 구조체(1250)는 예를 들어, 볼트, 나사, 리벳, 페그 또는 관통 구멍(1252)을 통해 캐리어 부품 또는 지지 부품 내의 대응 보어(도시 생략) 내로 통과하는 다른 기계적 체결구를 경유하여 캐리어 부품(도시 생략) 또는 지지 부품(도시 생략)에 시스템(1200)을 고정하기 위한 복수의 관통 구멍(1252)을 포함한다. 제 1 구조체(1250a) 및 제 2 구조체(1250b)는 파편 가드(1212) 및 링(1242a)에 의해 형성된 개구(1254)를 통해 통과하는 샤프트(도시 생략) 둘레에 장착을 용이하게 하기 위해 반원형이다.
도 12c는 본 발명의 양태를 구체화하는 파편 가드(1260)의 단면도이다. 파편 가드(1260)는 파편 가드(1212)를 장착하고 캐리어 부품(도시 생략) 또는 지지 부품(도시 생략)의 대응 표면(도시 생략)에 인터페이스 표면(1266)을 결합하는 것을 용이하게 하기 위한 관통 구멍(1264)을 형성하는 외경부(1262)를 포함한다. 파편 가드(1260)는 파편 가드(1260)의 내경부(1270)에 대해 위치 설정된 밀봉 구조체(1268)에 결합된다. 밀봉 구조체(168)는 밀봉 구조체(1268)의 포켓(1276) 내에 배치된 립 부분(1272) 및 겔 재료(1274)를 포함한다. 밀봉 구조체(1268) 및/또는 립 부분(1272)은 탄성 중합 재료로부터 제조될 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 밀봉 구조체(1268)는 파편 가드(1260)의 본체(1278)와는 상이한 재료로부터 형성된다. 몇몇 실시예에서(예를 들어, 도 12a에 도시되어 있는 실시예), 파편 가드(1212a) 및 밀봉부(1230)는 일체로 형성될 수 있다(예를 들어, 탄성 중합 재료와 같은 동일한 재료로부터).
겔 재료(1274)가 유체에 노출될 때, 겔 재료(1274)는 팽창하여, 샤프트(도시 생략)를 향해 또는 샤프트와 접촉하게 립 부분(1272)을 압박한다. 유체의 부재시에(예를 들어, 건조시에), 겔 재료(1274)는 수축하여, 립 부분(1272)이 원래 또는 비변형된 위치로 복귀하게 한다. 립 부분(1272)은 겔 재료(1274)에 의해 팽창시에 샤프트에 결합하거나 샤프트에 공칭적으로 접촉할 수 있다.
파편 가드(1260)는 내경부(1270)에 대해 배치된 연장부(1280)를 또한 포함한다. 연장부(1280)는 링(1284)의 대응적으로 성형된 포켓(1282) 내에 끼워맞춤되도록 성형된다. 연장부(1280)는 샤프트에 대해 링(1284)을 정렬하고 그리고/또는 위치 설정한다.
도 12d는 클램핑 구조체(1288)를 포함하는 시스템(1286)의 입면도이다. 시스템(1286)은 샤프트(1210)에 외접하는 파편 가드(1212') 및 링(1290)을 포함한다. 파편 가드(1212')는 도 12a의 파편 가드(1212) 또는 도 12c의 파편 가드(1260)일 수 있다. 링은 도 12a의 링(1242a) 또는 도 12c의 링(1284)일 수 있다. 링(1290)은 저마모, 저마찰 및/또는 저부식 재료(예를 들어, 테플론
Figure 112013017696502-pct00010
재료)로부터 제조될 수 있다. 클램핑 구조체(1288)는 파편 가드(1212') 또는 링(1290)과 일체로 형성될 수 있다. 클램핑 구조체(1288)는 이들 사이에 공간(1294)을 갖는 제 1 클램핑 섹션(1292a) 및 제 2 클램핑 섹션(1292b)(집합적으로 1292)을 포함한다. 클램핑 섹션(1292)은 조정 가능한 커넥터 시스템(1296)에 의해 함께 결합된다. 도시되어 있는 바와 같이, 커넥터 시스템(1296)은 제 1 클램핑 섹션(1292a) 및 제 2 클램핑 섹션(1292b)을 통해 통과하는 볼트(1296a)를 포함한다. 너트(1296b)가 볼트(1296a)에 고정된다.
시스템(1286)은 사고 제어를 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 도시되어 있지 않은 다른 밀봉 부품의 파멸적인 고장의 경우에 추가의 유체 누설을 제어하거나 제한하기 위해). 이러한 상황에서, 샤프트(1210)는 샤프트가 이동하면 정지되고, 너트(1296b) 및/또는 볼트(1296a)가 조여져서, 이들 사이의 거리(d)를 감소시키고, 이는 대응적으로 클램핑 섹션(1292) 사이의 거리(g)를 감소시킨다. 너트(1296b) 및/또는 볼트(1296a)는 시스템(1286)이 샤프트(1210)에 접촉할 때까지[예를 들어, 링(1290) 또는 파편 가드(1212')의 내경(1298)이 샤프트(1210)에 접촉할 때까지] 조여진다.
상선에서, 샤프트 이동을 수용하기 위한 요구는 군선에 비교할 때 낮아진다.
따라서, 일 실시예에서, 도 13 내지 도 15의 유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템(2000)은 격벽 및 환형 하우징을 통해 연장하는 샤프트 둘레에서 격벽에 고정된(예를 들어, 볼트 조임된) 환형 캐리어(2001)를 포함한다. 개스킷(2003)이 사용될 수 있다.
환형 캐리어(2001)는 샤프트 둘레에서 그로부터 이격된 내향 링(2002)을 포함한다. 캐리어(2001)는 링(2002)의 대향 측면들 상에서 한 쌍의 립 시일(2004a, 2004b)을 지지한다. 각각의 립 시일은 회전 샤프트로부터 이격된 립 부분(2006a, 2006b)과 내향 링(2002)에 접하는 부분(2008a, 2008b) 사이에 외향 지향 포켓을 형성한다. 발포체(2010a, 2010b)가 각각의 포켓(2008a, 2008b) 내에 배치된다.
환형 리테이너(2012a, 2012b)는 이들의 각각의 립 시일 포켓 내에 발포체를 지지하는 캐리어(2001)의 각각의 측면에 정합된다(예를 들어, 볼트 조임됨)
각각의 발포체는 유체(예를 들어, 물)의 존재시에 팽창하여 립 부분(2006a, 2006b)이 회전 샤프트와 접촉하도록 압박되어 밀봉 구조체(2001)를 회전 샤프트에 대해 밀봉하도록 구성된 겔 재료를 포함한다.
도 13에 2014로 도시되어 있는 이격된 유체 오리피스는 하나의 용기 격실이 범람할 때 겔 재료를 작동시키도록 각각의 환형 리테이너를 통해 배치된다.
바람직하게는, 내향 링(2002) 및 환형 리테이너(2012a, 2012b)가 각각의 립 시일의 립 부분(2006a, 2006b)으로부터 내향으로 이격된다. 또한, 도시되어 있는 예에서, 각각의 립 시일(2004a, 2004b)은 겔 재료가 유체의 존재시에 팽창될 때 샤프트에 대해 밀봉하도록 설계된 하향 현수 말단 단부(2016a, 2016b)에서 종료하는 립 부분(2006a, 2006b)을 포함한다. 또한, 하향 현수 말단 단부(2016a, 2016b)는 립 부분(2006a, 2006b)의 나머지보다 얇고 따라서 덜 강성이이서, 겔 재료가 팽창하고 말단 단부(2016a, 2016b)가 캐리어(2001)가 부착되는 격벽에 대해 이를 밀봉하도록 회전 샤프트에 접촉할 때 립 부분이 일 유형의 힌지로서 작용하는 것이 바람직하다. 물이 존재하지 않으면, 립 시일(2004a, 2004b)은 샤프트에 접촉하지 않는다.
본 발명의 특정 특징이 몇몇 도면에 도시되어 있고 다른 도면에는 도시되어 있지 않지만, 각각의 특징이 본 발명에 따른 임의의 또는 모든 다른 특징과 조합될 수도 있기 때문에 이는 단지 편의적인 것이다. 용어 "구비하는", "포함하는", "갖는" 또는 "가지는"은 본 명세서에 사용될 때 광범위하게 포괄적으로 해석되어야 하고 임의의 물리적 상호 연결에 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 본 출원에 개시된 임의의 실시예는 유일하게 가능한 실시예로서 취해져서는 안된다.
게다가, 이 특허의 특허 출원의 심사 중에 제시된 임의의 보정은 출원된 상태의 출원에 제시된 임의의 청구항 요소의 포기는 아니고, 당 기술 분야의 숙련자들은 모든 가능한 등가물을 글자뜻대로 포함할 수 있는 청구항을 초안 작성하도록 적당하게 예측되지 않을 수 있고, 다수의 등가물은 보정시에 예측 불가능할 수 있으며 포기되는 것(존재하는 경우)의 정당한 해석을 능가하고, 보정에 기초하는 이론적 근거는 다수의 등가물에 단지 아무런 관련성이 없을 수도 있고 그리고/또는 출원인이 보정된 임의의 청구항 요소에 대한 특정의 비실질적인 대체물을 설명하도록 예측되지 않을 수 있는 다수의 다른 이유가 존재한다.
다른 실시예가 당 기술 분야의 숙련자들에게 발생할 것이고 이하의 청구범위 내에 있다.

Claims (12)

  1. 유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템에 있어서,
    격벽에 대해 그리고 상기 격벽 및 환형 캐리어를 통해 연장하는 샤프트 둘레에 대해 고정된 환형 캐리어로서,
    상기 환형 캐리어는 상기 샤프트 둘레에서 상기 샤프트로부터 이격된 내향 링 부분을 포함하고,
    상기 환형 캐리어는 상기 링 부분의 각각의 측면 상에 하나씩, 한 쌍의 립 시일을 지지하고, 각각의 립 시일은 상기 샤프트로부터 이격된 립 부분과 상기 내향 링 부분에 접하는 부분 사이에 외향 지향 포켓을 형성하는, 환형 캐리어와,
    각각의 립 시일의 포켓 내의 발포체로서,
    각각의 상기 발포체는, 유체의 존재시에 팽창하여 상기 립 시일의 립 부분을 샤프트와 접촉하게 압박함에 따라 샤프트에 대해 환형 캐리어를 밀봉하도록 구성된 겔 재료를 포함하는, 발포체와,
    상기 환형 캐리어의 각각의 측면에 하나씩 정합된 환형 리테이너로서, 각각의 리테이너는 각각의 립 시일의 포켓 내에 상기 발포체를 보유하는, 환형 리테이너를 포함하는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 환형 리테이너는 상기 겔 재료를 활성화하기 위한 복수의 유체 오리피스를 포함하는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내향 링 부분 및 환형 리테이너는 각각의 립 시일의 립 부분으로부터 내향으로 이격되는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 립 시일의 립 부분은 겔 재료가 팽창할 때 샤프트에 대해 밀봉하는 하향 현수 말단 단부를 포함하는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 립 부분의 하향 현수 말단 단부는 상기 립 부분의 나머지보다 얇고 덜 강성인,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  6. 유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템에 있어서,
    격벽에 대해 그리고 상기 격벽 및 환형 캐리어를 통해 연장하는 샤프트 둘레에 대해 고정된 환형 캐리어로서,
    상기 환형 캐리어는 한 쌍의 립 시일을 지지하고, 각각의 립 시일은 상기 샤프트로부터 이격된 립 부분과 상기 환형 캐리어에 접하는 부분 사이에 외향 지향 포켓을 형성하고, 각각의 립 부분은 하향 현수 말단 단부를 포함하는, 환형 캐리어와,
    유체의 존재시에 팽창하여 상기 립 부분의 하향 현수 말단 단부를 샤프트와 접촉하게 압박함에 따라 샤프트에 대해 환형 캐리어를 밀봉하도록 구성된, 각각의 립 시일의 포켓 내의 겔 재료와,
    상기 환형 캐리어의 각각의 측면에 하나씩 정합된 환형 리테이너로서, 각각의 환형 리테이너는 각각의 립 시일의 포켓 내에 상기 겔 재료를 보유하는, 환형 리테이너를 포함하는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 겔 재료는 발포체 내에 있는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 환형 리테이너는 상기 겔 재료를 활성화하기 위한 복수의 유체 오리피스를 포함하는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 환형 캐리어 및 환형 리테이너는 각각의 립 시일의 립 부분으로부터 내향으로 이격되는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    각각의 립 부분의 하향 현수 말단 단부는 립 부분의 나머지보다 얇고 덜 강성인,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 립 시일은 유체의 부존재시 상기 샤프트로부터 이격되고 상기 샤프트와의 접촉으로부터 벗어나는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 립 시일은 유체의 부존재시 상기 샤프트로부터 이격되고 상기 샤프트와의 접촉으로부터 벗어나는,
    유체 활성화 샤프트 격벽 시일 시스템.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8608172B2 (en) * 2010-04-13 2013-12-17 Mide Technology Corporation Bulkhead seal
JP5760265B2 (ja) * 2011-05-25 2015-08-05 株式会社アドヴィックス 環状シール部材
US9169929B2 (en) * 2013-03-15 2015-10-27 Little Engine, LLC Conformal wear-resistant seal
JP6352792B2 (ja) * 2014-12-12 2018-07-04 トヨタ自動車株式会社 バルブのシール構造、バルブ、液体吐出装置、及び液体塗工装置
US10174842B2 (en) * 2016-05-16 2019-01-08 Shaffer Manufacturing Corporation Agitator shaft seal assembly for industrial mixers
DE102016210725A1 (de) * 2016-06-16 2017-12-21 Zf Friedrichshafen Ag Korrosionsschutzeinrichtung für eine Schwingungsdämpferanordnung eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Schwingungsdämpferanordnung mit der Korrosionsschutzeinrichtung
CN108591469A (zh) * 2018-06-13 2018-09-28 南通朴和新材料科技有限公司 一种基于流体激活的轴密封件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0478148U (ko) * 1990-11-15 1992-07-08
DE4121193A1 (de) * 1991-06-27 1993-01-14 Dynamit Nobel Ag Dichtungsvorrichtung
JP2002295696A (ja) 2001-03-29 2002-10-09 Kitamura Valve Seizo Kk トラニオン型ボールバルブ
JP2003083456A (ja) 2001-09-10 2003-03-19 Kawasaki Steel Corp 軸受密封装置

Family Cites Families (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2185790A (en) * 1937-08-07 1940-01-02 Victor Mfg & Gasket Co Double wipe fluid seal
US2565923A (en) * 1945-12-12 1951-08-28 Hydraulic Equipment Company Wiper ring assembly
US2866670A (en) * 1955-06-16 1958-12-30 Transall Inc Seal for anti-friction bearings and the like
US2849070A (en) * 1956-04-02 1958-08-26 Union Oil Co Well packer
US2937039A (en) * 1957-05-29 1960-05-17 Chicago Rawhide Mfg Co Controlled gap seal
US3413008A (en) * 1965-01-26 1968-11-26 Sealol Shaft seal
NL6610389A (ko) 1965-07-26 1967-01-27
JPS4828981Y1 (ko) * 1970-01-20 1973-09-03
US3726531A (en) * 1970-12-07 1973-04-10 American Metal Bearing Co Stern tube seal
JPS526756Y2 (ko) * 1971-02-02 1977-02-12
GB1414778A (en) * 1972-01-13 1975-11-19 Herbert C W Rotational drive shaft arrangements
US3945650A (en) * 1974-09-18 1976-03-23 Innovatex Corporation Lip seal assembly
US3934952A (en) * 1975-01-24 1976-01-27 Waukesha Bearings Corporation Leakproof seal for bearings
US3948531A (en) * 1975-04-24 1976-04-06 Crane Packing Company Bulkhead seal
US4188039A (en) * 1975-07-30 1980-02-12 Fmc Corporation Bulkhead shaft seal
JPS5325666A (en) * 1976-08-23 1978-03-09 Kasei Co C I Self swelling waterstopping material production method
US4182518A (en) * 1978-02-03 1980-01-08 Pilgrim Engineering Developments Limited Sealing arrangements
US4189157A (en) * 1978-09-12 1980-02-19 Mahan Dudley E End face shaft seal
US4323287A (en) 1979-10-03 1982-04-06 The Torrington Company Bearing seal
GB2072278B (en) * 1980-03-18 1983-10-05 Angus George Co Ltd Rotary fluid seals
US4366284A (en) * 1980-10-17 1982-12-28 Hayakawa Rubber Company Limited Aqueously-swelling water stopper and a process of stopping water thereby
DE3106318C1 (de) * 1981-02-20 1982-09-30 Howaldtswerke-Deutsche Werft Ag Hamburg Und Kiel, 2300 Kiel Abdichtungsanordnung mit Kuehleinrichtung
ES517523A0 (es) * 1981-11-21 1983-11-16 Crane Packing Ltd Sistema para producir un cierre hermetico en el paso de un elemento rotatorio a traves de un tabique divisorio.
US4449719A (en) * 1982-04-01 1984-05-22 John Crane Houdaille, Inc. Emergency seal
DE3231171C1 (de) * 1982-08-21 1983-05-19 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 4200 Oberhausen Sperrfluessigkeitsdichtung
JPS60192167A (ja) 1984-03-12 1985-09-30 Nichirin Gomme Kogyo Kk 水用構造物のパツキン
DE3409981A1 (de) * 1984-03-19 1985-09-26 Fa. Carl Freudenberg, 6940 Weinheim Dichtung
US4643439A (en) * 1985-10-02 1987-02-17 Ingersoll-Rand Company Seal for relatively rotatable parts
AU582901B2 (en) * 1985-10-07 1987-04-09 C.I. Kasei Co., Ltd. A waterstop
JPS6387309A (ja) 1986-09-30 1988-04-18 Kinugawa Rubber Ind Co Ltd グラスランウエザ−ストリツプ
US5277915A (en) * 1987-10-30 1994-01-11 Fmc Corporation Gel-in-matrix containing a fractured hydrogel
DE3831719B4 (de) * 1988-09-17 2011-06-01 Zf Sachs Ag Dichtung für eine axial beweglich in einem Behälter geführte Kolbenstange
US4954084A (en) * 1989-09-06 1990-09-04 Marine Hardware, Inc. Shaft-grounding stuffing box cover
US5176677A (en) * 1989-11-17 1993-01-05 Sonokinetics Group Endoscopic ultrasonic rotary electro-cauterizing aspirator
US5024450A (en) * 1989-12-05 1991-06-18 Rexnord Corporation Seal cartridge assembly
US5216840A (en) * 1991-01-30 1993-06-08 Andrews Zenas B Resilient fluid tight seal
US5125502A (en) * 1991-04-08 1992-06-30 Foster Raymond K Drive mechanism for a reciprocating floor conveyor
US5096356A (en) * 1991-04-08 1992-03-17 Foster Raymond K Reciprocating floor conveyor in a receptacle for a liquid laden material
DE4222564C2 (de) * 1992-07-09 2001-12-13 Blohm & Voss Ind Gmbh Abdichtungsanordnung von Propellerantrieben für Schiffe mit zwei konzentrischen gegenläufigen Propellerwellen
JPH0635661A (ja) 1992-07-15 1994-02-10 Ricoh Co Ltd 画像と音声の同期再生方式
JP2589033Y2 (ja) * 1992-10-16 1999-01-20 光洋精工株式会社 転がり軸受の密封装置
DE4434247B4 (de) * 1994-09-24 2004-07-15 B + V Industrietechnik Gmbh Sicherheitsvorrichtung an Abdichtungsanordnungen für Propellerwellen von Schiffen
US5639098A (en) * 1994-10-03 1997-06-17 Duramax, Inc. Adjustable seal for propeller drive shaft
US6130304A (en) * 1996-05-14 2000-10-10 Sanyo Chemical Industries, Ltd. Water-absorbent or water-retention material and production method thereof
JPH1073188A (ja) 1996-08-30 1998-03-17 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 推進管の継手構造
DE19736431C2 (de) * 1997-08-21 2003-01-02 Bruss Dichtungstechnik Statische Dichtungsanordnung
JP3707929B2 (ja) 1998-05-21 2005-10-19 タイガースポリマー株式会社 窓枠シール方法
US6375901B1 (en) * 1998-06-29 2002-04-23 Agilent Technologies, Inc. Chemico-mechanical microvalve and devices comprising the same
US6173964B1 (en) * 1998-07-07 2001-01-16 Greene, Tweed Of Delaware, Inc. Seal assembly with backup elements having coil springs positioned therein
US6240321B1 (en) * 1998-08-12 2001-05-29 Cardiac Pacemakers, Inc. Expandable seal for use with medical device and system
US6605294B2 (en) * 1998-08-14 2003-08-12 Incept Llc Methods of using in situ hydration of hydrogel articles for sealing or augmentation of tissue or vessels
US6254102B1 (en) * 1998-11-06 2001-07-03 Mcnish Corporation Seal device having a flexible finger seal member
US6234910B1 (en) * 1999-10-20 2001-05-22 Ovako Couplings Ab Shaft coupling arrangement
DE10043192C1 (de) * 2000-09-01 2002-03-14 Hilti Ag Vorrichtung zum Abdichten des Raums zwischen einer in einem Bauelement vorhandenen Durchführung und wenigstens einem die Durchführung durchragenden Gegenstand
JP2002295690A (ja) 2001-04-02 2002-10-09 Nok Corp 密封装置
US6698510B2 (en) * 2001-04-24 2004-03-02 Mide Technology Corporation Article and method for temperature regulation using a thermosensitive reactive hydrogel material
DE10135533B4 (de) * 2001-07-20 2007-04-12 Mosmatic Ag Drehgelenk für Hochdruckvorrichtungen für die Verbindung eines nicht drehenden Teiles mit einem drehenden Teil
US6524151B1 (en) * 2001-08-03 2003-02-25 Decio Carlos Clemente Shaft seal system
DE10149952C2 (de) * 2001-10-10 2003-10-09 Univ Dresden Tech Zwischenlage zur Verbesserung des Tragekomforts eines am oder im Körper getragenen Gebrauchsgegenstandes
US6702300B1 (en) * 2002-01-11 2004-03-09 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High temperature seal for large structural movements
GB2417993A (en) 2004-09-10 2006-03-15 Boc Group Plc A shaft seal for sealing between a rotary shaft and a housing
US7313829B1 (en) * 2004-10-29 2008-01-01 Payload Systems, Inc. Sealing device for body suit and sealing method using hydrogels
US7828299B2 (en) * 2004-11-22 2010-11-09 Mide Technology Corporation Fluid-activated shaft seal
ATE552451T1 (de) * 2004-11-22 2012-04-15 Mide Technology Corp Flüssigkeitsaktivierte wellendichtung
DE102006023157B3 (de) * 2006-05-16 2008-01-24 Trelleborg Sealing Solutions Germany Gmbh Dichtungsanordnung zur Druckentlastung
DE102006055298A1 (de) * 2006-11-23 2008-06-05 Elringklinger Ag Dichtungsanordnung
US7887062B2 (en) * 2007-04-18 2011-02-15 Freudenberg-Nok General Partnership Radial shaft seal with large radial offset accommodation
US8608172B2 (en) * 2010-04-13 2013-12-17 Mide Technology Corporation Bulkhead seal

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0478148U (ko) * 1990-11-15 1992-07-08
DE4121193A1 (de) * 1991-06-27 1993-01-14 Dynamit Nobel Ag Dichtungsvorrichtung
JP2002295696A (ja) 2001-03-29 2002-10-09 Kitamura Valve Seizo Kk トラニオン型ボールバルブ
JP2003083456A (ja) 2001-09-10 2003-03-19 Kawasaki Steel Corp 軸受密封装置

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