KR19980042028A - 개선된 압력감응식 일차 링을 갖는 비접촉식의 기계적인 단부면시일 - Google Patents

개선된 압력감응식 일차 링을 갖는 비접촉식의 기계적인 단부면시일 Download PDF

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라이웨이-탕
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Abstract

비접촉식 기계적인 단부면 시일은, 백 부분, 시일 면 부분, 및 상기 시일 면 부분과 상기 백 부분 사이의 중간 부분을 갖는, 일차 시일 링을 포함하고; 각 일차 링 부분은, 상기 각각의 부분의 최외측 반경과 최내측 반경의 차이로서 정의되는, 반경방향 크기를 가지며; 상기 백 부분의 반경방향 크기는, 상기 중간 부분의 반경방향 크기에 대하여, 약 1.5 내지 3.1, 바람직하게는 약 1.9 내지 2.5, 그리고 가장 바람직하게는 2.0 내지 2.3의 비율을 갖는다. 부가적으로, 짝맞춤 시일 링은 하나의 시일 링 원주로부터 다른 하나의 시일 링 원주를 향하여 연장되면서 반경 Rg에 배설되는 댐에 근접하여 종결되며; 홈들 사이에 경계부를 형성하는 것이 유리하게 되고; 상기 댐은 중간 부분의 외측 반경보다, 약 10%의 범위내에서, 약간 크거나 약간 작은 반경 Rg를 갖는다.

Description

개선된 압력감응식 일차 링을 갖는 비접촉식의 기계적인 단부면 시일
본 발명은 1996. 11. 1자로 출원되어 함께 계류중인 미합중국 특허출원 제 08/743,012 호의 일부계속출원이다.
본 발명은 일반적으로 비접촉식 단부면 시일에 관한 것이고, 특히 시일의 외경부 및 내경부 사이의 높은 압력차를 수용할 수 있는 시일에 관한 것이다.
비접촉식의 기계적인 단부면 시일은 다양한 산업분야에서 널리 사용될 수 있는 고정밀도 아이템이 되었다. 이러한 형태의 시일을 설계할 때에는, 그 구성 부품들의 재료, 형상, 크기 및 공차에 대해 큰 주의를 기울여야 한다. 세부항목들에 대한 이러한 고려는, 비접촉식 시일의 효율 또는 작동에 영향을 미치기 쉬운, 다수의 특성을 수용하기 위해 필요하다. 시일, 그 구성품 또는 그 시일링 환경을 지배하는 약 10 가지에 달하는 물리적 특성들중의 어느 하나가 미소한 정도로 변화되거나 변경되기만 하여도, 대부분의 경우, 시일 특성, 시일링 성능, 마모, 내구성 및/또는 일체성(integrity)에 있어서의 변화를 초래할 수 있다. 대부분의 경우에 있어서, 이러한 형태의 시일들은 수년에 달하는 긴 시간동안 고장이 없이 그리고 보수를 필요로 하지 않으면서 작동되는 것이 바람직하다. 상기 시일들은, 예컨대 대규모 화학 플랜트 또는 정유공장의 작동 및 효율을 심각하게 손상시키지 않으면서 오랫동안 정지상태로 유지될 수 없는 기계류에 사용된다.
이러한 형태의 시일들은 때때로 이원화된 시일 또는 이중 시일에 사용될 수 있으며, 두 개의 시일들은 하우징내의 개구부를 통과하는 샤프트를 따라 축방향으로 서로 거리를 두고 설치된다. 이중 시일들은 일반적으로, 하우징내에 형성되고 두 개의 시일들에 의해 봉입되는 중간 격실내에 제공되는 버퍼 유체(buffer fluid)도 포함한다. 이중 시일의 다양한 배열체들이, 본 출원인에 의해 공통적으로 소유되는 미합중국 특허 제 4,290,611 호 및 5,375,853 호에 기재되어 있으며, 상기 특허들의 내용은 본 명세서에 참고문헌으로서 통합된다.
미합중국 특허 제 5,375,853 호는 특히, 하우징내에 시일링된 액체의 압력을 초과하는 높은 압력에서 작용하는 버퍼 유체로서, 질소와 같은 비교적 불활성인 개스를 갖는 이중 비접촉식 시일을 도시 및 설명하고 있다.
상기 미합중국 특허 제 5,375,853 호에 도시 및 설명된 형태의 시일들은 대부분의 조건들에서 양호하게 작동하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 상기 미합중국 특허 제 5,375,853 호에 따라 제조되는 시일 배열체들은 특정 압력조건하에서 정상적으로 작동하도록 개발되었기 때문에, 프로세스 유체 또는 버퍼 개스 압력이 시일의 정격 규정 압력을 초과하여 증가되는 경우에는, 그 한계를 드러내게 된다. 다른 인자들을 동일하게 유지한 상태에서, 시일이, 시일 링들의 내경부 및 외경부 사이에서, 200 psi를 초과하는 압력차에 처하여지게 되면, 시일링 성능에 영향을 미치는 복잡한 문제들이 발생된다. 200 내지 250 psi를 초과하는 압력차에서는, 횡단면도에서 관찰할 때, 시일 링들이 도심이라고 알려진 점을 중심으로 현저한 정도로 각회전된다. 상기 각회전이 사실 시일 링의 형태가 원통형 형상으로부터 원추형 형상으로 변경된다는 것 이상의 것이기는 하지만, 상기 현상은 시일 링들이 횡단면도에 도시되는 경우 더욱 용이하게 분석되며, 이 경우 링 횡단면은 실제로는 그 도심을 중심으로 회전되는 것으로 도시된다. 이러한 규약은 도시 및 설명을 용이하게 하기 위해, 본 명세서의 이하 부분에도 그대로 적용된다.
불균일한 가열은 시일 링의 열 비틀림을 유발할 수 있고 시일 링의 내경부와 외경부 사이의 높은 압력차는 압력 비틀림을 유발할 수 있는 것으로 인식되었다. 상기 비틀림들은, 링들의 정상적으로 평탄하면서 대향하여 짝맞춤되는 시일 면들로 하여금 그들 사이의 정상적인 시일링 맞춤으로부터 어긋나도록 하기 때문에, 바람직하지 않다. 비접촉식 시일에 있어서, 시일 링들의 비틀림은 정상적으로는, 각 시일 링 면의 외경부로 하여금 도심을 중심으로 시일 링의 중심선을 향하여 회전되도록 하여, 시일 간극이 시일 링 인터페이스의 내경부에서 넓어지도록 하고 외경부에서 좁아지도록 한다. 상기 비틀림 및 시일 링 간극의 축방향 깊이에 있어서의 변화는, 댐이 대향하여 짝맞춤되는 시일 면에 근접되지 않는 경우, 댐에 대하여 개스를 펌핑하는 스파이럴 홈들의 효과가 소산되기 때문에, 시일링 성능에 도움이 되지 않는다. 외경부에서 간극이 좁아지는 것은 비접촉식 시일에 있어서 바람직하지 않은데, 그 이유는 간극이 작을수록 시일 면들이 바람직하지 않게 접촉될 가능성이 많아져서 시일 면들의 조기 마모를 초래할 수 있기 때문이다.
비접촉식 시일의 주요한 장점중의 하나는, 이상적으로는 샤프트 회전의 시작 또는 정지중에만 시일 링 마모가 발생되어, 시일 링 마모가 최소한으로 유지된다는 데에 있다. 접촉으로부터 발생되는 마찰 열은 시일 링들내의 불균일한 열 분포를 유발하고 그에 따라 링들의 열 비틀림을 유발하기 때문에, 상기 접촉은 바람직하지 않다. 시일 인터페이스의 외경부에서의 과도한 접촉을 피하기 위해, 미합중국 특허 제 5,375,853 호에 따라 제조되는 시일들의 일차 시일 링은 외경부에서 쇼울더(shoulder)를 포함할 수 있다. 시일 외경부에서의 시일 접촉을 피하기 위한 다른 방법은 공통적으로 양도된 미합중국 특허 제 3,499,653 호에 기재되어 있고, 상기 미합중국 특허는 일차 시일 링의 볼록 면을 사용한다.
공통적으로 양도된 미합중국 특허 제 4,407,512 호에는, 종횡비(aspect ratio), 시일 면의 반경방향 외부 부분에서의 반원형의 얕은 요부(하이드로패드), 및 시일이 작동될 때의 도심을 중심으로한 정미 부 모우먼트(net negative moment)와 같은 시일의 특정 파라미터들이 시일의 외경부에서 높은 압력을 수용하기 위해 사용되는 시일 구조를 기재하고 있다. 그러나, 상기 미합중국 특허에 기재된 시일은 접촉식 시일이기 때문에, 시일 면들의 마찰 접촉에 의해 발생되는 열이 열 비틀림을 유발하게 된다. 상기 시일은, 이러한 열 비틀림이 시일 면을 가로질러 발생되는 높은 차등 압력으로부터 발생되는 비틀림을 어느 정도 보상하도록 설계된다.
비접촉식 시일과 관련해서, 공통적으로 양도된 미합중국 특허 제 3,804,424 호는 열 및 압력 비틀림 보상기능을 갖는 개스 시일을 기재하고 있다. 시일은, 압력차가 떨어지지 않도록, 링들 중의 하나를 관통하여 통과하는 다수의 오리피스들에 의존하여 시일 인터페이스내의 압력을 증가시키며; 상기 오리피스들은, 시일의 외경부에서 시일링되는 고압 유체와 일차 링의 내경부 댐 및 외경부 댐 사이에 형성되는 격실을 연통시키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 극복할 수 있는 시일을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일차 링을 갖는 단일 시일을 나타내는 단면도.
도 2는, 도 1의 단면 라인 2-2를 따라 취한, 일차 링 시일 면을 나타내는 부분절제도.
도 3은, 시일이 고압을 받을 때 도심을 중심으로 회전되는 상태를 개략적으로 확대해서 나타내는, 통상적인 시일 링 쌍에 대한 단면도.
도 4는, 시일 링들의 비틀림을 확대해서 나타내는, 본 발명에 따른 일차 링을 갖는 시일 링 쌍에 대한 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 일차 링의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 일차 링의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 시일의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도.
도 8은 각 시일의 일차 시일 링들이 본 발명의 특징을 반영하고 있는, 이중 비접촉식 기계적 시일 배열체에 대한 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 일차 링들을 포함하면서 상하방향으로 배열되는, 이중 비접촉식 기계적 시일을 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 시일 배열체 11: 격실
12: 하우징 14: 개구부
16: 샤프트 18: 짝맞춤 링
20: 글랜드 플레이트 22: 핀
24: 볼트 26,28: O-링
30,44: 시일 면 32: 스파이럴 홈
34: 댐 38: 일차 링
40: 슬리이브/리테이너 어셈블리 42: 스프링
46: 시일 면 부분 48,54: 반경방향 연장 표면
50: 백 부분 52: 백 면
56: 중간 부분 58: 도심
본 발명에 따라 시일이 제공되고, 상기 시일은, 회전 샤프트를 둘러싸는 하우징의 내부에서 회전가능한 회전 샤프트, 상기 하우징내에 포함되어 압력을 받는 프로세스 유체에 대한 유밀 시일을 제공하기 위해 상기 하우징을 시일링하는 수단, 및 상기 샤프트를 중심으로 환형으로 배설되면서 상기 샤프트 또는 상기 하우징 중의 하나에 유밀관계로 고정되기에 적합하도록 되어 있고, 반경방향 제 1 시일 면을 포함하는 시일 면 부분과 축방향으로 상기 시일 면에 대향되는 백 면을 포함하는 백 부분과 상기 시일 면 부분을 상기 백 부분에 결합시키는 중간 부분을 갖는, 축방향으로 이동가능한, 제 1 시일 링을 구비하며; 상기 시일이, 샤프트를 중심으로 환형으로 배설되면서 상기 샤프트 또는 상기 하우징의 어느 하나에 유밀관계로 고정되기에 적합하게 되어 있으며, 상기 제 1 시일 면과 대향관계를 이루는 반경방향 제 2 시일 면을 포함하는 제 2 시일 링을 추가로 구비하고; 상기 시일 면들의 서로 마주보며 짝맞춤되는 부분들이 시일 인터페이스를 형성하며; 상기 제 2 시일 면은 상기 시일 인터페이스를 가로질러 유체를 펌핑하기 위한 수단을 포함하고; 상기 시일은, 상기 링 시일 면들이 서로에 대하여 대향하여 짝을 이루는 관계를 이루도록, 상기 링 시일 면들을 압압하기 위한 수단을 추가로 구비하며; 상기 중간 부분은, 상기 백 부분의 반경방향 크기에 대한 비율이 약 1.5 내지 3.1의 범위, 더욱 바람직하게는 1.9 내지 2.5의 범위, 그리고 가장 바람직하게는 2.0 내지 2.3의 범위에 있는, 반경방향 크기를 가지며, 각 부분의 상기 반경방향 크기는 상기 각 부분들의 최외측 반경 및 최내측 반경의 차이로서 정의되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하며, 도면 전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
본 발명의 특징은 단일 시일 배열체 또는 이중 시일 배열체에 사용될 수 있다. 대체로, 단일 시일이 사용되는가 또는 이중 시일이 사용되는가에 관계없이, 시일 배열체의 다른 요소들은 전기한 바 있는 미합중국 특허 제 4,212,475 호 및 5,375,853 호에 기재되고 청구된 통상적인 시일의 요소들과 유사하며, 상기 미합중국 특허들의 내용은 본 명세서에서 참고자료로 통합된다. 따라서, 다른 시일 요소들이 상세하게 설명되지는 않을 것이다. 상기 시일 배열체들과 이하에 기재하는 실시예들의 실질적인 차이점만이 상세하게 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시일 실시예는 단일 시일 배열체(10)내에 도시되어 있다. 상기 시일 배열체(10)는, 본 명세서에 설명되는 다른 모든 실시예들과 마찬가지로, 시일 링의 외경부로부터 내경부를 향하여 개스 또는 액체인 유체를 도시한 바와 같이 펌핑하기 위한 특정의 수단을 갖는 비접촉식 시일 배열체에 있어서, 시일을 가로질러 형성되는 높은 압력차에서 유체를 시일하기 위한 것이다. 미합중국 특허 제 4,212,475 호 및 5,375,853 호에 기재된 바와 같이, 상기 펌핑수단은 짝맞춤 링내의 스파이럴 홈들을 구비하지만, T 슬로트 또는 스파이럴형으로 형성되지는 않는 홈들과 같은 다른 수단도 사용될 수 있다.
대부분의 기계적인 시일에 있어서, 시일 배열체(10)는 하우징(12)에 의해 형성되는 격실(11)내에서 유체를 시일하기 위한 것이다. 하우징(12)은 개구부(14)를 가지며, 개구부(14)를 관통하여 샤프트(16)가 연장된다. 샤프트(16)가 하우징(12)에 관하여 상대적으로 회전되기 때문에, 격실(11)내 프로세스 유체의 누설을 방지하거나 또는 억제하기 위한 수단이 제공되어야만 한다.
기계적인 면 시일 배열체(10)는 핀(22)에 의해 글랜드 플레이트(20)에 상대적으로 회전가능하게 고정되는 짝맞춤 링(18)을 포함한다. 상기 글랜드 플레이트(20)는 볼트(24)에 의해 하우징(12)에 부착되며, O-링(26)에 의해 하우징(12)에 시일된다.
제 2 O-링(28)은 시일 링(18)을 글랜드 플레이트(20)에 시일하므로써, 이러한 연결부들을 통하여 어떠한 누설도 발생되지 않도록 한다. 짝맞춤 링으로서도 불려지는 상기 시일 링(18)은 시일 면(30)을 포함한다. 도 2를 참조하면, 상기 시일 면(30)은, 도 1의 시일 면(30)에 가상선으로 도시한, 다수의 스파이럴 홈(32)들을 포함한다. 시일 면(30)의 연부로부터 연장되는 홈(32)들은 격실(11)로부터 상기 시일 배열체(10)의 외부에 있는 대기 또는 주위공간(E)을 향하여 유체를 펌핑하게 된다. 상기 시일 링 면(30)은 또한, 댐(34)으로서 언급되는, 홈이 형성되지 않은 구역을 포함하며; 상기 구역은 홈(32)들의 종료지점과 시일 면(30)의 외측 연부 사이에 배설된다. 홈(32)들의 종료지점과 댐(34)사이의 경계부는 각 홈들에 대해 동일하며, Rg로서 언급되는 특정 반경에 형성된다. 다른 링의 대향되는 시일 면들에 근접한 각 시일 면(30)들의 구역은, 시일 인터페이스 구역 또는 간단하게 시일 인터페이스로서 언급된다.
축방향에서 이동가능한 일차 링(38)은 슬리이브 및 리테이너 어셈블리(40)내에 유지되고, 다수의 동일하게 격설되는 스프링들과 같은 압압수단에 의해 축방향에서 압압된다. 도 1에는 하나의 스프링(42)만을 도시한다. 상기 압압수단은, 일차 링(38)의 시일 면(44)이 짝맞춤 링(18)의 시일 면(30)과 접촉되도록 하는 방향으로, 상기 일차 링(38)을 상기 짝맞춤 링(18)을 향하여 압압한다.
당 업계에 공지된 바와 같이, 샤프트(16)의 회전에 따라 개시되는 스파이럴 홈(32)들의 펌핑작용에 의해, 상기 시일 면들(30,44) 사이에는 유체 압력이 형성되어, 상기 시일 면들(30,44) 사이의 인터페이스 구역에 작은 간극을 형성한다.
반경(Rg)으로서 정의된, 홈(32)들이 종료되는 지점은 상기 구성에 있어서 매우 중요한 지점이다. 홈(32)들은 시일 인터페이스의 하나의 연부에서 격실(11) 내부압력을 받는 프로세스 유체에 노출된다. 하우징(12)의 개구부(14)내에서 상기 샤프트(16)가 회전됨에 따라, 홈(32)들은 격실(11)로부터 상기 인터페이스를 향하여 유체를 펌핑하여, 시일 면들(30,44) 사이의 유체 압력을 증가시킨다. 펌핑작용의 결과로, 유체압력은 홈(32)들이 종료되는 반경(Rg) 지점까지 증가되어 상기 반경(Rg) 지점에서 또는 상기 반경(Rg) 지점에 근접한 부분에서 압력 피크에 도달된다. 물론, 유체가 개스인 경우, 이러한 효과는 개스가 압축가능하기 때문에 훨씬 더 커지게 된다. 그러나, 액체 프로세스 유체를 펌핑하는 경우에도 압력이 증가되기 때문에, 홈(32)들의 형상 및 깊이를 적당하게 설계하는데 주의를 기울여야 한다.
시일 인터페이스에서의 압력형성 및 반경(Rg)에서의 압력피크 형성은, 시일 면들(30,44) 사이의 간극을 비교적 일정하게 유지하는 압축 스프링 력을 제공하는 것으로 설명될 수 있다. 업셋 조건이 형성되고 시일 인터페이스내 하나의 지점에서 압력이 감소되면, 상기 시일 면들(30,44)은 서로 접근되어 그 지점에서 개스를 더욱 압축시킨다. 상기 압축은 분리력을 증가시키고, 결과적으로 간극의 증가를 초래한다. 반대로, 특정 지점에서 간극이 너무 넓어지면, 압축력 및 압력이 감소되며, 시일 면들(30,44) 사이의 분리력이 감소되고, 그 지점에서 시일 면들(30,44)이 더욱 근접된다.
그러므로, 압력 분리력들 사이에 평형이 이루어지게 되어 일정한 간극을 유지하게 된다. 또한, 미합중국 특허 제 4,212,475 호에 기재된 바와 같이, 시일이 자기보정 간극 분리를 제공하여 시일 면들(30,44) 사이의 접촉을 방지하면서 동시에 시일 간극을 최소화할 수 있도록, 특정한 시일 파라미터들의 적당한 범위가 선택될 수 있다.
그러나, 높은 압력에서, 상기 시일 링들은 비틀리고 회전되는 경향이 있게 된다. 외경부에서 압축되는 시일들에 대해, 회전은 각 시일 면의 외경부로부터 샤프트(16)의 중심선(CL)을 향하여 내측으로 일어난다. 도 3을 참조하면, 프로세스 유체 압력에 의해 유발되는 상기 회전(화살표로 도시함)은 통상적인 시일 링 쌍(30,18C,38C)의 시일 면들의 외경 연부들로 하여금 서로 접근되도록 하고 내경 연부들에서 시일 면들이 분리되도록 한다. 이러한 회전은 도 3에 있어서 확대된 상태로 도시하였지만, 그럼에도 불구하고 상기 비틀림은 상기 간극 형성에 악영향을 미치고 시일 면들(30,44)이 바람직한 평행 방위로부터 이탈되도록 한다. 평행하지 않은 시일 면들에 의해 창출되는 간극은, 반경(Rg)에서 시일 면들(30,44) 사이의 분리정도가 증가되어 프로세스 유체 압축에 의해 제공되는 분리력의 감소를 초래하기 때문에, 바람직하지 않다. 이로 인해, 외경부에서의 간극이 좁혀지게 되므로써, 시일 인터페이스 구역에 프로세스 유체를 펌핑하기 위해 스파이럴 홈(32C)들로 유입될 수 있는 프로세스 유체의 양이 줄어들게 되어, 상기 간극 분리를 유지하는 기능을 하는 압축력의 감소를 초래하게 된다. 부가적으로, 외경부에서의 간극 분리량의 감소는 또한, 작은 정도의 업셋 조건이라도 각각의 시일 면들의 외경부에서 시일 면들 사이의 접촉을 유발하여 시일 링들을 더욱 비틀리게 할 수 있는 초과적인 마찰 열 및 마모 열을 발생시킬 수 있기 때문에, 바람직하지 않다.
도 1을 다시 참조하면, 상기 일차 시일 링(38)은, 고압에 의해 유발되는 시일 링 비틀림을 보상하고 극복하도록 산출된 시일 특성을 제공하여 시일 링 면들 사이의 평행도를 유지시키는, 특징을 포함한다. 이러한 목적을 위해, 상기 일차 시일 링은 세 개의 부분들을 구비한다. 제 1 부분 또는 시일 면 부분(46)은 상기 시일 면(44) 및 반경방향으로 연장되는 표면(48)을 형성하도록 돌출되는 일차 링(38)의 축방향 부분을 포함한다. 제 2 부분 또는 백 부분(back section)(50)은, 상기 시일 면(44)으로부터 축방향으로 이격되면서 백 면(back face)(52)으로부터 반경방향으로 연장되는 표면(54)까지 연장되는 일차 링(38)의 부분을 포함한다.
제 3 부분 또는 중간 부분(56)은 상기 시일 면 부분(46)을 상기 백 부분(50)에 결합시키는 일차 링(38)의 부분을 포함한다. 상기 중간 부분(56)은 또한 상기 반경방향으로 연장되는 표면들(48,54) 사이의 축방향 길이에 의해 정의되며, 하나 이상의 부분에서 상기 백 부분(50)의 외경 또는 상기 백 부분(50) 및 상기 시일 면 부분(46) 모두의 외경보다 훨씬 작은 외경 또는 반경을 갖는다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 일차 링(38)의 상기한 바와 같은 형상은, 시일 면(44)으로 하여금 대응되는 짝맞춤 링(18)의 비틀림을 보상하기 위해 그 반경방향 방위를 변경할 수 있도록 하는 특성을 제공한다. 이상적으로는, 상기 중간 부분(56)은, 그 외경부 및 내경부 사이의 차에 해당하는, 백 부분(50) 및 시일 면 부분(46)의 대응되는 반경방향 크기보다 훨씬 작은 반경방향 크기를 갖는다.
상기 일차 링의 형상은, 일차 링으로 하여금 프로세스 압력에 더욱 유연하게 응답할 수 있도록 하는, 커다란 정도의 가요성을 제공한다. 작은 정도의 반경방향 크기를 갖는 중간 부분(56)은, 도심(58)을 중심으로한 상기 백 부분(50)의 회전을 유발하는 시일 링의 특정의 비틀림이 상기 도심(58)을 중심으로한 시일 면 부분(46)의 회전을 유발하지는 않게 되도록, 상기 시일 링에 커다란 정도의 가요성을 제공한다. 중간 부분(56)은, 중간 부분(56) 및 시일 면 부분(46)이 도 4에 도시한 각각의 화살표의 방향에서 변위되도록 하여 상기 시일 면들(44,30)로 하여금 본래의 평행한 방위에 위치되도록 하는, 부가적인 비틀림에 처하여진다. 이러한 부가적인 비틀림은, 상기 반경방향으로 연장되는 표면(48)에 대향되는 시일 면(44)상에 대한 홈(32)들의 펌핑작용에 의해 유발되는 시일 인터페이스내의 압력형성에 의해 발생되며; 이 경우 압력이 상기 시일 면 부분(46)상에 축방향으로 인가된다.
프로세스 유체 압력이 증가되면, 상기 짝맞춤 링 및 일차 링의 각도는 비틀리게 된다. 또한, 각 시일 링내의 시일 면 편향이 동시에 발생되어, 상기 시일 면들로 하여금 매우 큰 압력 범위, 특히 300 psi 내지 600 psi의 높은 압력 범위에 걸쳐서 요구되는 상대 각(relative angle)을 유지하도록 한다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 다른 실시예, 또는 본 발명의 특징을 사용하는 다른 일차 링을 도시한다. 도 5에 도시한 일차 링(60)은 시일 면(62)으로부터 백 면(64)까지 매우 짧은 축방향 길이를 갖게 된다. 이러한 특별한 실시예는, 시일 면 부분(70)의 반경방향으로 연장되는 벽(68) 및 백 부분(74)의 반경방향으로 연장되는 벽(72) 사이에 짧은 중간 부분(66)이 형성되는 것으로 설명할 수 있다.
반대로, 도 6에 도시한 실시예의 일차 링(80)은 도 5의 일차 링(60)보다 훨씬 긴 축방향 크기를 갖는다. 상기 일차 링들의 축방향 크기는 특정 용도 또는 격실(11)내의 공간에 따라 변화될 수 있다.
상기 일차 링(80)은 또한 중간 부분(86)을 포함하며, 중간 부분(86)은 링(80)의 축방향 길이에 대한 그 상대적인 축방향 크기가 링(60)의 경우에 비해 훨씬 작게 된다. 전방 부분(90)을 형성하기 위해 반경방향으로 연장되는 벽(88) 및 백 부분(94)을 형성하기 위해 반경방향으로 연장되는 벽(92)은 시일 면(82) 및 백 면(84) 사이의 축방향 크기에 비해 상대적으로 서로 더욱 근접된다. 그러나, 각 일차 링 실시예(60,80)에서의 실제 거리는 벽들(68,72) 사이 및 벽들(88,92) 사이에서 측정될 때 서로 동일하게 된다.
이미 설명한 일차 링(38,60,80)들 중의 어느 하나건 또는 도 7 및 도 9에 관하여 이하에 상술되는 일차 링들중의 어느 하나건 간에, 일차 링의 각 실시예에 포함된 본 발명의 중요한 특징은, 다른 부분들에 비한 중간 부분(56,66,86)의, 반경방향 두께로서 간주될 수 있는, 상대적인 반경방향 크기에 있다. 특히, 일차 링의 반경방향 두께를 외부 반경(RO)-내부 반경(RI)이라 할 때, 식 (ROB-RI)/(ROM-RI)로서 정의되는 백 부분들(56,66,86)의 반경방향 두께비는 특정 용도에 따라 1.5 내지 3.1의 범위, 바람직하게는 1.9 내지 2.5의 범위, 가장 바람직하게는 2.3 내지 2.5의 범위에 있게 된다. 본 출원의 모출원이 출원된 후에 실시된 최근의 시험에서, 상기와 같이 확대된 범위의 반경방향 크기가 특정 시일링 용도에 적당하고 높은 압력에서의 시일 능력을 더욱 효과적으로 제공하게 된다는 것이 밝혀졌다.
예컨대, 일차 링(160)(도 5 참조)은, 도시한 바와 같이, 백 부분(174), 중간 부분(166) 및 시일 면 부분(170)을 형성하는 각 환형 표면들에 대해 특정 반경을 갖는다. 백 부분(174)의 반경방향 크기(두께)는 대체로 0.877 인치이고 중간 부분(166)의 반경방향 크기(두께)는 대체로 0.290 인치로 되어, 대체로 3.02의 종횡비를 제공한다. 일차 시일 링(160)은 상기 종횡비 범위의 상한에 근접되고, 실제로는 상기 종횡비 범위의 상한을 약간 초과한다. 이것은, 시일 면 부분(170) 및 특히 시일 면(162)의 정확한 방위를 제공하기 위하여 중간 부분(166)을 비틀기 위해서는 특정 정도의 가요성이 요구된다는 점에서, 일차 링(160)의 짧은 축방향 크기에 기인한 결과이다. 이러한 배열체는 높은 압력차를 갖는 용도에 적당하다.
시일 링 일체성 및 가요성의 요구되는 특성을 제공하여 극한의 압력차를 수용할 수 있도록 하기 위해 일차 링을 설계할 때 고려되어야 하는, 최적 범위의 종횡비가 있게 된다. 중간 부분이 백 부분에 비해 상대적으로 너무 두껍게 제조되는 경우에는, 중간 부분에 있어서의 단지 최소 정도의 가요성만으로는 일차 링의 압력차에 대한 응답이 불충분하게 되어, 대응되는 짝맞춤 링이 비틀리게 되며 일차 링은 비틀리지 않게 된다. 높은 압력에서의 시일 배열체들에 대한 시험결과, 본출원의 모출원인 미합중국 특허출원 제 08/743,012 호에 기재된 범위를 벗어나는 최적범위에서 일차 링의 유효 컴플라이언스(effective compliance)가 입증되었다. 반대로, 중간 부분이 너무 얇게 즉, 3.1 보다 큰 종횡비로 제조되는 경우에는, 백 부분 및 시일 면 부분 사이에서의 구조적인 지지가 취약하게 되어 결과적으로 중간 부분상에서 발생되는 인장응력이 증가된다. 중간 부분이 불충분한 두께로 제조되는 경우에는, 특히, 예컨대 시일이 설치되는 펌프, 컴프레서 등의 장치가 사용 주기 및 비사용 주기를 통하여 사이클링될 때와 같이 프로세스 유체압력이 광범위하게 변동되는 시일 용도에서는, 초과적인 인장응력 작용으로 인하여, 상기 중간 부분에서 링이 파단될 수 있게 된다. 상기와 같은 경우에는, 일차 링의 중간 부분이 연속적으로 굽은 상태로 유지됨으로써 파단이 발생될 때까지 일차 시일 링의 일체성에 부정적인 영향을 미치게 된다. 일차 링의 가요성은 또한 그 제조를 위해 적당한 재료를 선택하는 데에 고려될 수 있다. 고압 시일의 설계 및 제조에 있어서의 통상적인 사고방식은 인성이 있고 강한 재료를 사용한다는 데에 있다. 비접촉식 시일 형상체의 짝맞춤 링으로서 사용되는 표준 재료는 일반적으로 텅스텐 카바이드(tungsten carbide)이다. 도 3에 도시한 것과 같은 통상적인 일차 시일 링은 실리콘 카바이드(silicon carbide)와 같은 경성 재료로 제조되며, 이러한 경성 재료는 프로세스 유체의 높은 압력에 견딜 수 있고 샤프트 회전이 시작될 때 또는 장치의 작동이 정지될 때 정상적으로 발생되는 접촉중의 시일 면들의 지나친 마모를 방지할 수 있게 된다. 상기와 같은 기간중에는 시일 링들은 서로에 관하여 상대적으로 회전되지 않게 되어, 시일 면들을 부상(lift-off)시키기 위한 홈들의 충분한 펌핑작용을 보장하게 된다. 그러나, 실리콘 카바이드 대 텅스텐 카바이드와 같은 두 개의 경성 재료를 사용하는 것은, 정상적인 작동중 높은 회전속도에서 접촉이 발생되는 경우, 시일 링들의 파국적인 고장을 초래할 수 있게 된다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 구조를 사용하므로써 제공되는 가요성으로 인하여, 통상적인 시일들 즉, 지나치게 높은 압력에서는 사용되지 않는 시일들을 위해 일반적으로 채택되는 일차 시일 링 재료인 표준 카본 그래파이트로 제조되는 일차 링을 사용할 수 있게 된다. 일차 링이 높은 압력을 수용할 수 있고 대개는 높은 회전속도에서의 시일 면 접촉을 피할 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 일차 링 형상이 카본 그래파이트 재료의 사용을 허용하게 된다는 것은 본 발명의 부가적인 특징이 될 수 있다. 카본 그래파이트가 높은 압력차를 견디도록 제조될 수 있는 경우 카본 그래파이트의 사용도 바람직한데, 그 이유는 높은 회전속도에서 시일 링들 사이의 시일 면 접촉이 발생되는 경우, 그 심각성을 카본 그래파이트가 어느 정도 경감시킬 수 있기 때문이다. 실리콘 카아바이드 일차 링을 사용하는 경우에 발생될 수 있는 시일 링의 파단 및 분해를 대신하여, 카본 그래파이트 링을 사용하는 경우에는 단순히 특정 량의 카본이 마모되어 소실될 뿐이며 그 일체성은 유지된다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 샤프트(16)가 관통하여 통과하는 개구부(14)를 갖는 하우징(12)을, 프로세스 유체의 누설이 최소화되도록, 시일링하기 위한 단일 시일 배열체(110)가 도시되어 있다. 회전되는 부품들 및 고정되는 부품들이 전위(transposition)된다는 점을 제외하고는, 시일 배열체(110)의 요소들의 대부분은 시일 배열체(10)(도 1 참조)의 요소들과 동일하게 된다. 시일 링들의 상기와 같은 전위는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 공지된 것이며 시일 용도에 따라 적당하게 될 수 있다.
예컨대, 시일 배열체(110)는 회전되는 짝맞춤 링(118) 및 상대적으로 고정되는 일차 링(138)을 포함한다. 글랜드 플레이트(120)는 적당한 개구부(122)를 갖고, 개구부(122)는 상기 일차 링(138) 및 스프링을 유지시키는 기능을 하며, 스프링은 일차 링(138)의 시일 면(1144)이 짝맞춤 링(118)의 대향되는 짝맞춤 시일 면(130)에 접촉되어 짝맞춤 시일 면(130)을 압압할 수 있는 방향에서 상기 일차 링(138)에 축방향 압압력을 제공하게 된다. 이러한 형상에 있어서, 상기 짝맞춤 링(118)은 슬리이브/리테이너 조합체(140)에 의해 지지되고 상기 슬리이브/리테이너 조합체(140)에 시일되어 샤프트(16)와 함께 회전된다.
일차 링(138)의 구성에 있어서의 하나의 차이점은 시일 면 부분(146)의 반경방향 크기에 있다. 넓은 시일 면 면적을 갖는 시일에 대한 바람직한 용도는, 높은 압력을 받고 비교적 낮은 회전속도를 초과하는 속도에서 작동되지는 않으며 시일 면들의 마모량이 감소되고 더욱 중요하게는 시일 면들의 부상을 제공하여 간극을 유지할 수 있도록 하기에 충분한 압력형성을 위해 대향되는 짝맞춤 시일 면들(130,144) 사이에 큰 시일 인터페이스 구역이 필요한, 시일이다.
그러나, 확대된 시일 면 면적에도 불구하고, 중간 부분(156)의 일차 링의 반경방향 크기에 대한 백 부분(150)의 일차 링의 반경방향 크기의 관계는 유지된다. 일차 시일 링(138)에 대해 산출된 종횡비는 1.9이며, 이 수치는 상기한 바 있는 두께비의 최적 범위의 주변값에 가까운 것이다. 시일 면 부분(146)의 반경이 증가되는 경우에는 시일 인터페이스에 형성되는 압력이 더욱 긴 지레(lever)를 갖기 때문에, 비교적 큰 두께를 갖는 중간 부분(156)이 사용될 수 있게 되며, 이 경우 비교적 두꺼운 두께를 갖는 중간 부분(156)이 압력에 의해 비틀리게 된다.
도 7에 도시한 본 발명에 따른 실시예의 또 다른 특징은 대응되는 짝맞춤 링(118)의 홈(132)들에 의해 형성되는 압력에 있다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 정상적으로 알 수 있는 바와 같이, 도 2에 도시한 형상과 유사한 형상을 갖는 홈(132)들은, 개스가 외경부로부터 시일 면(130)의 댐(134)을 향하여 펌핑됨에 따라, 증가된 압력을 제공하게 된다. 압력에 있어서의 피크점은 홈들의 종료지점 및 댐 사이의 경계부에서 또는 상기 경계부에 근접한 지점에서 형성되어 시일 배열체(110)의 외부에 형성되는 주위공간(E)을 지배하는 주위 압력으로 감소된다. 상기 주위공간(E)의 압력은 대기압일 수도 있고 이하에 상술되는 바와 같이 이중 시일 배열체가 사용되는 경우 특정의 다른 압력일 수 있다.
홈들 및 댐(134) 사이의 경계부는 반경(Rg)에 위치되는 것으로 도 7에 도시된다. 중간 부분(156)의 외경과 경계부 반경(Rg) 사이에 상대적으로 고정된 관계가 설정되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따라 제조되는 모든 시일들에 대해, 상기 관계는, 중간 부분 반경(ROM)이 반경(Rg)과 대체로 동일하게 된다는 데에 있다. 상기 반경(Rg)은, 시일 인터페이스 두께의 10% 범위내에서 즉, 시일 인터페이스의 내경보다 크거나 또는 작은 외경의 10% 범위내에서, 반경(ROM)보다 약간 크거나 또는 약간 작게 될 수 있다. 바람직하게는, 본 명세서에 기재된 대부분의 실시예들에 도시된 바와 같이, Rg는 ROM보다 약간 작으며, 이 것은 각 면 부분들(46,70,90,146)의 외경부상에 가장 큰 축방향 힘이 작용한다는 것을 나타낸다. 반경(Rg)에 또는 반경(Rg)의 둘레에 인가되는 압력은, 각각의 중간 부분을 순조롭게 비틀어서 시일 면들의 평행도를 달성하도록, 일차 링에 축방향 힘을 제공하는 데 있어서 가장 바람직하게 된다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 전기한 바 있는 미합중국 특허 제 5,375,853 호에 기재된 것과 같은 시일들을 위한 두 개의 이중 시일 배열체를 도시한다. 이러한 형상에 있어서, 두 개의 시일들은 그들 사이에 중간 격실을 형성하고, 상기 중간 격실은 압력을 받는 버퍼 개스 공급원과 연통된다. 상기 미합중국 특허 제 5,375,853 호에 있어서, 버퍼 개스는 작동중 프로세스 유체의 예상되는 압력보다 높은 압력으로 유지되지만, 이러한 사항은 본 발명의 특징을 사용하기 위한 일반적인 필요조건은 아니다. 본 발명의 특징은 물론, 이중 시일 배열체의 시일을 가로질러 시일들 모두에 높은 압력차가 형성되는 배열체에 최적의 양상으로 적용된다.
도 8을 참조하면, 하우징(12)내의 개구부(14)를 관통하여 연장되는 샤프트(16)를 따라 축방향으로 격설되는 제 1 내부 시일(212) 및 제 2 외부 시일(214)을 갖는 이중 시일 배열체(210)를 도시한다. 하우징(12)은, 그 일부가 도 8에 도시되는 격실(211)을 봉입하며, 상기 격실(211)은 압력을 받는 프로세스 유체를 포함한다. 대부분의 경우에 있어서, 도시한 바와 같이, 각 시일(212,214)의 짝맞춤 링들이 회전되고 일차 링이 볼트에 의하여 서로에 대해 그리고 하우징에 대해 부착되는 일련의 글랜드들(216,218,220)에 의해 고정적으로 유지된다는 점을 제외하고는, 시일 배열체(210)는 상기 미합중국 특허 5,375,853 호에 기재된 시일 배열체와 유사하게 된다. 글랜드들(218,220)을 관통하여 형성되는 통로(222)는, 시일들(212,214)에 의해 형성되는 중간 격실(211)내에 압력을 받는 상태로 포함되는, 질소와 같은, 압축 불활성 버퍼 개스 공급원에의 연통을 제공하게 된다.
본 발명의 어떠한 특징적인 기재사항도 상기 미합중국 특허 제 5,375,853 호에 기재되어 있지 않다는 점을 제외하고는, 상기 미합중국 특허에 일반적으로 기재된 배열체의 개요는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있게 된다. 이러한 이유로, 이차 시일 O-링, 압압 스프링 등과 같은 다른 요소들을 본 명세서에서 상세하게 설명하지는 않기로 한다.
내부 시일(212)의 일차 링(238) 및 외부 시일(214)의 일차 시일 링(250)은, 비록 시일(212)을 가로질러 발생되는 압력차가 시일(214)을 가로질러 발생되는 압력차보다 훨씬 작게 되기는 하지만, 그 축방향 방위를 제외하고는 서로 동일하게 될 수 있다. 중간 시일 격실(211)내의 버퍼 개스는 프로세스의 최대 예상 압력을 초과하는 약 20 내지 30 psi의 압력으로 유지된다. 그러나, 프로세스 유체의 압력은 상기 미합중국 특허 제 5,375,853 호에 따른, 용도가 의도된, 시일 배열체들에 대해 예상되는 압력보다 높을 수 있게 된다. 이러한 경우에, 버퍼 개스 압력은 상기 시일 배열체에 대한 정격압력을 초과할 수 있으며, 이 때에는 외부 시일(214)의 최소한 일차 링(250)을 본 발명에서 설명한 기법에 따라 개조하는 것이 필요하게 된다.
전기한 바와 같이, 최소한 일차 링(250)의 중간 부분(256)의 외경부는, 시일 면들로 하여금 높은 압력차에도 불구하고 평행도를 유지하도록 하기 위해, 본 발명의 특징을 포함하여야 한다. Rg및 ROM의 상대적인 반경방향 크기도 도 8에 도시한 바와 같이 유지된다.
도 8의 이중 시일 실시예에는 또한, 프로세스 또는 버퍼 개스 압력에 있어서의 큰 변동을 통한 시일 링 비틀림에 기인하여 시일 면 방위를 조절하기 위한, 상기 일차 링(238)의 다양한 압력 상황에의 적용 가능성을 예시한다. 일차 링 및 짝맞춤 링 모두의 비틀림 량은 시일 인터페이스를 가로질러 발생되는 압력차에 따르기 때문에, 프로세스 또는 버퍼 유체 압력에 있어서의 특정의 급작스런 변동은 두 시일 링 모두에 동시에 영향을 미치게 되어, 상기 압력 변동에도 불구하고 시일 면들의 평행한 방위는 유지된다. 이러한 조절가능한 방위에 의해, 내부 시일(212)을 가로질러 발생되는 압력차와 같이 압력차가 매우 작은 경우에는, 시일 링들의 비틀림은 발생되지 않고, 이 경우 시일 면들은 그들의 통상적인 제조방식의 영향을 받아 평행하게 유지된다.
도 9를 참조하면, 시중 시일 배열체(310)는, 축방향으로 격설되는 시일들의 삽입을 위한 격실(311)내의 축방향 공간이 작은 경우에 사용하기 위한 것으로 도시된다. 시일 배열체(310)에 있어서, 내부 시일(312)은 외부 시일(314)의 반경방향 외측에 배설되며, 내부 시일(312)과 외부 시일(314) 사이의 반경방향 공간에는 중간 격실(311)이 형성된다. 이러한 배열체는, 도시한 바와 같이, 최소한 시일(312)의 시일 링들(330,332)이 시일(314)의 시일 링들(350,352)보다 작은 축방향 크기를 가질 것을 필요로 할 수 있다. 그러므로, 도 5에 도시한 일차 링(60)과 유사한 일차 링이 시일(312)에 사용되어 시일의 축방향 크기를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 두 개의 시일들(312,314)은, 전기한 바와 같이, 1.5 내지 3.1의 범위에 있는, 중간 부분(336,356)의 반경방향 크기에 대한 백 부분(340,360)의 반경방향 크기의 비로서 표시되는 종횡비를 갖는, 본 발명에 따른 특징들을 반영하고 있는, 일차 링(330,350)을 포함한다. 각 짝맞춤 링(332,352)의 반경(Rg)은 또한 중간 부분의 대응되는 외부 반경(ROM)보다 약간 작은 것으로 도시되지만, Rg가 ROM보다 약간 클 수도 있기 때문에 이러한 사항이 필요조건인 것은 아니다.
시일 파리미터들의 다른 개조 및 변경이 일차 링들에 가하여질 수 있으며, 이 경우에도 상기 개조 및 변경은 본 발명의 범주에 포함될 수 있다. 예컨대, 벽들(68,72,88,92)은 중심선으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 것으로 도시된다. 그러나, 상기 벽들이 반드시 반경방향으로 연장될 필요는 없고, 가로지르는 반경방향 평면에 관하여 상대적으로 확계되는 각으로 연장될 수도 있다. 마찬가지로, 각각의 중간 부분의 외경부가 동일한 반경으로 균일하게 형성되는 것으로 도시되었지만, 이 것도 필요조건은 아니다. 중간 부분의 외경부는, 일차 링의 비틀림을 정확하게 배치하거나 또는 비틀림이 발생되는 위치를 조절하기 위해, 오목하게 되거나 또는 중심선(CL)에 관하여 각도를 이룰 수 있다.
본 발명은 또한, 시일 링들의 내경부에 높은 압력이 작용하는 압축 시일에도 적용될 수 있다. 이러한 개조는 펌핑 홈들이 그들의 내경부에서 각각의 격실내의 유체에 노출될 것을 필요로 할 수도 있지만, 일차 링 중간 부분의 반경방향 크기에 있어서의 감소는 특정 용도에 따라 링의 내경부 또는 링의 외경부에서 있을 수 있다. 선택적으로, 본 발명에 따른 특징은, 적당한 다른 개조가 필요하게 될 수 있다는 것을 이해하는 전제하에서, 펌핑 홈들이 프로세스 또는 버퍼 유체의 낮은 압력에 노출되는, 본 출원의 출원인에 의해 공통적으로 소유되는, 미합중국 특허 제 4,290,611 호에 따라 제조되는 시일에서와 같이, 홈들이 낮은 압력 유체에 노출되는 시일 배열체에도 적용될 수 있다.
본 발명을 완전히 이해한 상태에서 다른 변경 및 개조도 가능하게 된다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 알 수 있다. 이러한 이유로, 상기 실시예들은 예시적인 것으로서 간주되어야 하고 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 범주는 이하의 특허청구범위에 의해서만 한정되는 것으로 이해될 수 있다.

Claims (6)

  1. 시일에 있어서,
    회전 샤프트를 둘러싸는 하우징의 내부에서 회전가능한 회전 샤프트,
    상기 하우징내에 포함되어 압력을 받는 프로세스 유체에 대한 유밀 시일을 제공하기 위해 상기 하우징을 시일링하는 수단, 및
    상기 샤프트를 중심으로 환형으로 배설되면서 상기 샤프트 또는 상기 하우징 중의 하나에 유밀관계로 고정되기에 적합하도록 되어 있고, 반경방향 제 1 시일 면을 포함하는 시일 면 부분과 축방향으로 상기 시일 면에 대향되는 백 면을 포함하는 백 부분과 상기 시일 면 부분을 상기 백 부분에 결합시키는 중간 부분을 갖는, 축방향으로 이동가능한 제 1 시일 링을 구비하며;
    상기 시일이, 샤프트를 중심으로 환형으로 배설되면서 상기 샤프트 또는 상기 하우징의 다른 하나에 유밀관계로 고정되기에 적합하게 되어 있으며, 상기 제 1 시일 면과 대향관계를 이루는 반경방향 제 2 시일 면을 포함하는 제 2 시일 링을 추가로 구비하고;
    상기 시일 면들의 서로 마주보며 짝맞춤되는 부분들이 시일 인터페이스를 형성하며, 상기 제 2 시일 면은 상기 시일 인터페이스를 가로질러 유체를 펌핑하기 위한 수단을 포함하고;
    상기 시일은, 상기 링 시일 면들이 서로에 대하여 대향하여 짝을 이루는 관계를 이루면서 상기 링 시일 면들을 압압하기 위한 수단을 추가로 구비하며;
    상기 중간 부분은, 상기 백 부분의 반경방향 크기에 대한 비율이 약 1.5 내지 3.1의 범위에 있는 반경방향 크기를 가지며, 각 부분의 상기 반경방향 크기는 상기 각각의 부분들의 최외측 반경 및 최내측 반경의 차이로서 정의되는 것을 특징으로 하는 시일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 부분의 반경방향 크기에 대한 상기 백 부분의 반경방향 크기의 상기 비율이 1.9 내지 2.5의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 시일.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 부분의 반경방향 크기에 대한 상기 백 부분의 반경방향 크기의 상기 비율이 2.0 내지 2.3의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 시일.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 시일 면 홈들이 상기 제 2 시일 면의 댐 부분에서 종결되고; 상기 댐 부분 및 상기 홈들은 반경 Rg에 배설되는 경계부를 형성하며; 상기 반경 Rg는 상기 중간 부분의 최외측 반경과 대체로 동일한 것을 특징으로 하는 시일.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 시일 면 홈들이 상기 제 2 시일 면의 댐 부분에서 종결되고; 상기 댐 부분 및 상기 홈들은 반경 Rg에 배설되는 경계부를 형성하며; 상기 반경 Rg는 상기 중간 부분의 최외측 반경보다 약간 작게 되는 것을 특징으로 하는 시일.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 시일 면 홈들이 상기 제 2 시일 면의 댐 부분에서 종결되고; 상기 댐 부분 및 상기 홈들은 반경 Rg에 배설되는 경계부를 형성하며; 상기 반경 Rg는 상기 중간 부분의 최외측 반경보다 약간 크게 되는 것을 특징으로 하는 시일.
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