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JP2022502611A - 軸シール組立体 - Google Patents

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Abstract

軸シール組立体の例示的な実施形態は、概して、第1のステータと、第2のステータと、スロットル部材とを含む。1つの例示的な実施形態では、第2のステータは、第1のステータの一部分に対して径方向内側に配置される主要本体及びアクセス板と共に形成することができる。第1のステータ及び第2のステータは、半球形境界面回りに互いに係合することができ、半球形境界面は、第2のステータ上の凸面及び第1のステータ上の凹面から構成される。第2のステータは、スロットル部材を配置し得る内部通路を含むことができ、スロットル部材の径方向内面は、軸に隣接して配置することができる。【選択図】図20B

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年9月28日出願の米国仮特許出願第62/738,797号による優先権を主張する。
本発明は、多数の実施形態を有する軸シール組立体に関する。いくつかの実施形態では、軸シール組立体は、製品容器と中の軸との間の製品シールとして使用することができる。
米国特許第7,090,403号
本明細書中に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、実施形態を示し、本明細書と共に、装置及び方法の原理を説明する役割を果たす。これらの図面は、典型的な実施形態のみを示し、したがって、本発明の範囲に対する限定とみなされず、装置及び方法を、添付の図面の使用を通じて更なる特定及び詳細と共に記載、説明する。
軸シール組立体の外側斜視図である。 軸要素が調心された状態の軸シール組立体の外側端面図である。 筐体に組み付けた、図2に示す軸シール組立体の第1の実施形態の断面図である。 軸が角度方向及び径方向に調心されている間の、第1の表面シール−軸一体化の図である。 軸が角度方向及び径方向に調心されている間の、第2の表面シール−軸一体化の図である。 軸の調心不良を伴う外側端面図である。 図3に示す第1の実施形態の断面図であり、軸の角度方向及び径方向の両方に調心不良が加わっている。 軸が角度方向及び径方向の両方が調心不良である間、連動によって可能になる第1のシール−軸一体化の図である。 軸が角度方向及び径方向の両方が調心不良である間、連動によって可能になる第2のシール−軸一体化の図である。 図2に示す軸シール組立体の第2の実施形態の断面図である。 図2に示す第3の実施形態の断面図である。 容器壁に組み付けられた第4の実施形態の斜視図である。 圧力が平衡化され、筐体に組み付けられた軸シール組立体の第1の実施形態の断面図であり、軸は調心状態にある。 圧力が平衡化され、通気口に隣接する軸シール組立体の第1の実施形態の部分の詳細図であり、軸は調心状態にある。 圧力が平衡化され、流体帰路に隣接する軸シール組立体の第1の実施形態の部分の詳細図であり、軸は調心状態にある。 軸の調心不良の間に示される、圧力が平衡化された軸シール組立体の第1の実施形態の断面図である。 圧力が平衡化され、通気口に隣接する軸シール組立体の第1の実施形態の部分の詳細図であり、軸は調心不良の状態にある。 圧力が平衡化され、流体帰路に隣接する軸シール組立体の第1の実施形態の部分の詳細図であり、軸は調心不良の状態にある。 圧力が均衡化された軸シール組立体の第2の実施形態の断面図であり、軸は調心状態にある。 圧力が均衡化された軸シール組立体の第3の実施形態の断面図であり、軸は調心状態にある。 ロータと共に構成した軸受隔離体(又は軸シール組立体)の別の実施形態の断面図である。 ロータと共に構成した軸受隔離体(又は軸シール組立体)のまた別の実施形態の一部分の断面図である。 図14に示す軸受隔離体の実施形態の部分の断面図であり、軸は調心不良の状態にある及び/又は径方向に変位している。 図13に示す軸受隔離体の実施形態の部分断面図であり、軸は調心不良の状態にある及び/又は径方向に変位している。 図15に示す軸受隔離体実施形態の一部分の詳細図である。 多穴軸シール組立体の例示的実施形態の外面図であり、いくつかの隠れた表面は、破線で示される。 図16Aに示す、線A−Aに沿った多穴軸シール組立体の実施形態の断面図である。 封止部材の一実施形態の外面図であり、封止部材は、多穴軸シール組立体の様々な実施形態と共に使用し得る。 図17Aに示す、線K−Kに沿った封止部材の実施形態の断面図である。 軸シール組立体の別の例示的実施形態の平面正面図である。 線A−Aに沿った図18の軸シール組立体の例示的実施形態の断面図である。 線B−Bに沿った図18の軸シール組立体の例示的実施形態の断面図である。 線C−Cに沿った図18の軸シール組立体の例示的実施形態の断面図である。 図18〜図18Cに示す軸シール組立体の斜視図である。 図18〜図19に示す軸シール組立体の斜視断面図である。 図18〜図19Aに示す軸シール組立体の側部分解図である。 図18〜図19Bに示す軸シール組立体の斜視分解図であり、内側が最前面にある。 図18〜図19Cに示す軸シール組立体の別の斜視分解図であり、外側が最前面にある。 図示する軸シール組立体の別の例示的実施形態の平面正面図である。 図20Aに示す軸シール組立体の例示的実施形態の斜視図である。 軸シール組立体の別の例示的実施形態の斜視分解図であり、外側が最前面にある。 軸の長手方向軸に沿った図21Aに示す軸シール組立体の例示的実施形態の断面図であり、軸は、軸シール組立体と係合している。
本方法及び装置を開示、説明する前に、本方法及び装置は、特定の方法、特定の構成要素又は特定の実装形態に限定されない。本明細書で使用する用語は、特定の実施形態/態様を説明する目的にすぎず、限定を意図しない。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される単数形「1つの(a、an及びthe)」は、文脈が別段に明確に規定しない限り、複数の指示対象を含む。本明細書では、範囲は、「おおよその」ある特定値から、及び/又は「おおよその」別の特定値までとして表すことができる。そのような範囲を表す場合、別の実施形態は、ある特定値から、及び/又は他の特定値までを含む。同様に、値を近似値として表す場合、先行する「約」の使用によって、特定値が別の実施形態を形成する。範囲のそれぞれの終了点は、他の終了点と関連して有意である、及び他の終了点とは無関係である。
「任意」又は「任意に」は、次に説明する事象又は状況が生じても、生じなくてもよく、説明が、該事象又は状況が生じた場合、及び該事象又は状況が生じない場合を含むことを意味する。
「態様」は、方法、装置及び/又は装置の構成要素に言及する際、一態様として言及される限定、機能、構成要素等が必要であることを意味するのではなく、この態様は、特定の例示的開示の一部であり、以下の特許請求の範囲でそのように指摘されない限り、当該方法、装置及び/又は装置の構成要素の範囲を限定するものではない。
本明細書の説明及び特許請求の範囲全体にわたって、用語「comprise(含む)」、並びに「comprising」及び「comprises」等の用語「comprise」の変形体は、「限定はしないが、〜を含む」ことを意味し、例えば、他の構成要素、整数又はステップを除外することを意図しない。「例示的」は、「〜の一例」を意味し、好ましい又は理想的な実施形態の表示を伝えることを意図しない。「〜等」は、制限的な意味で使用するのではなく、説明の目的で使用される。
開示するのは、開示する方法及び装置を実施するのに使用し得る構成要素である。これら及び他の構成要素が本明細書で開示される際、これらの構成要素の組合せ、サブセット、相互作用、群等が開示される一方で、それぞれの各個の様々な集合的な組合せ及びこれらの並べ替えに対する特定の言及は、明示的に開示しない可能性があるが、それぞれ、全ての方法及び装置に対して具体的に企図され、本明細書に記載される。このことは、限定はしないが、開示する方法のステップを含む、本出願の全ての態様に適用される。したがって、実施し得る様々な更なるステップがある場合、これらの更なるステップのそれぞれを、開示する方法のあらゆる特定の実施形態又は実施形態の組合せと共に実施し得る。
本方法及び装置は、本明細書に含まれる好ましい態様及び例に対する以下の詳細な説明、図面、以前の説明及び以下の説明を参照することによって、より容易に理解することができる。構成及び/又は対応する構成要素、態様、特徴、機能、方法及び/又は構築物の材料等の一般性に言及する際、対応する用語は、互換的に使用することができる。
開示は、その適用例において、以下の説明に示すか又は図面に示される構築物の詳細及び構成要素の構成に限定されない。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な様式で実施又は実行することができる。また、デバイス又は要素の向きに関する本明細書で使用する語法及び用語(例えば、「前」、「後」、「上」、「下」、「頂点」、「底」のような用語等)は、説明を単純化するために使用するにすぎず、言及されるデバイス又は要素が特定の向きのみを有さなければならないことを示す又は暗示するものではない。更に、「第1の」、「第2の」及び「第3の」等の用語は、本明細書及び添付の特許請求の範囲において、説明の目的で使用され、相対的な重要性又は有意性を示すか又は暗示することを意図しない。更に、本発明で列挙するか又は読み上げたあらゆる寸法は、例示的な目的にすぎず、特許請求の範囲内でそのように列挙されない限り、本開示の範囲の限定を決して意味するものではない。
図1〜図5は、軸シール組立体25の第1の例示的実施形態の様々な図を提供し、軸シール組立体25は、軸受筐体30内の様々な潤滑液の封止、及び/又は軸受筐体として構成し得る筐体30への汚染物の進入の防止を可能にする。図6及び図7は、封止流体が中で使用される軸シール組立体25の代替例示的実施形態を提供する。本出願人は、封止流体が少なくとも液体及び蒸気の両方を含むことを規定する。本出願人は、空気、窒素、水及び水蒸気、並びにあらゆる他の流体を本開示の趣旨内にあると考え、あらゆる他の流体は、提案する軸シール組立体と共に働き、本開示の範囲内で開示される任意及び全ての実施形態に対して加圧流体障壁をもたらすことができる。選択するガス又は流体は、被封止製品とのプロセス適合性に少なくとも基づくことができる。
図1は、軸シール組立体25の第1の例示的実施形態の外側斜視図であり、軸シール組立体25は、軸1と共に配置され、軸1と係合され、軸1は、軸シール組立体25の固定ステータ2を通じて挿入される。図2は、軸シール組立体の外側端面図であり、軸1の位置は、軸シール組立体25内で合わされている。
図3は、図2に示す軸シール組立体25の第1の実施形態の断面図であり、軸シール組立体25をラビリンス・シールとして構成し、潤滑液を筐体30の軸受空洞32内に保持する、及び/又は筐体30への汚染物の進入を防止し得ることを示す。図3に示す軸1は、固定ステータ2又は固定ステータ2の一部分に対して、径方向、角度方向又は軸方向の移動を多数回受けることがある。軸シール組立体25の固定ステータ2は、あらゆる適切な方法、及び/又は限定はしないが、フランジの取り付け又は圧入を含む構造を介して筐体30と係合することができる。軸シール組立体25は、回転筐体及び静止軸を伴う適用例で使用することもできる(図示せず)。軸1及び/又は軸シール組立体25の特定の適用例が要求する場合、軸1は、軸シール組立体25に対して軸方向で自由に移動可能であってよい。
内面を有するラビリンス・シール3は、軸1に隣接して位置することができる。画定される隙間6は、該ラビリンス・シール3の内面と軸1との間に存在し得る。丸みを帯びた表面3aは、表面3aがラビリンス・シール3の内面に対向するように構成し得る。ラビリンス・シール3の丸みを帯びた面3a及び浮動ステータ4の内部は、球形境界面11を形成するように構成し得る。Oリング通路15及びOリング7は、球形境界面11を維持しながら、ラビリンス・シール3の丸みを帯びた表面3aと協働し、係合したラビリンス・シール3及び浮動ステータ4を通じて、これらの間で、これらに沿って、流体が移動するのを封止する(又は閉じ込める)ように配設することができる。この球形境界面11は、ラビリンス・シール3と浮動ステータ4との間の相対的な回転運動(連動)の制限を可能にし得る。
図示するOリング通路15は、浮動ステータ4内に機械加工し、ラビリンス・シール3と共に球形境界面11に配置することができる。Oリング通路15は、環状で、ラビリンス・シール3に対して連続するように構成することができる。Oリング通路15及びOリング7は、球形境界面11に隣接するラビリンス・シール3内に置くこともできる。いくつかの実施形態では、Oリング7は、被封止製品及び好ましい封止流体の両方に適合する材料から構成し得る。しかし、Oリング通路15及びOリング7は、軸シール組立体25内で様々な部分を封止するのに使用し得る構造の1つの可能な組合せである。軸シール組立体25の特定の実施形態に対するあらゆる他の構造及び/又は方法を限定せずに使用し得る。
有利に置かれた回転防止ピン(複数可)12は、回転防止溝10に挿入し、ラビリンス・シール3と浮動ステータ4との間の相対的な回転運動を制限するように働くことができる。複数の回転防止溝10及びピン12は、軸1の半径の回りに置くことができる。軸シール組立体25を封止流体と組み合わせて使用する場合、有利な回転防止ピン12を除くことができ、対応する回転防止溝10が、通気口9及び潤滑剤帰路5を通る流路として働くのを可能にし、この1つの例示的実施形態は、図7に示される。更に、回転防止ピン12と回転防止溝10との直径の関係はそれぞれ、軸1の多少の角度方向の調心不良を許容するように選択し得る。例えば、比較的小さな直径の回転防止ピン12と、大きな直径の回転防止溝10と共に使用すると、軸1の角度方向の調心不良に応じて、浮動ステータ4に対するラビリンス・シール3のより大きな相対運動を可能にする。ラビリンス・シール3は、軸シール組立体25内で軸1に隣接して使用し得る封止構造体の1つの可能な実施形態である。しかし、他の構造体及び/又は方法を使用し、限定せずに同様の機能を達成することができる。
環状通路は、固定ステータ2内に形成され、該浮動ステータ4の外部と軸シール組立体25の固定ステータ2の内部との間に与えられる隙間20及び21によって画定することができる。固定ステータ2の環状通路は、図2でA−A’として強調される。固定ステータ2の環状通路は、該軸1に実質的に直交するように構成した内面と共に形成することができる。固定ステータ2の環状通路内に実質的に包含され得る浮動ステータ4の外面は、固定ステータ2の第1の直交内面及び第2の直交内面と協働係合することができる。内側境界面は、固定ステータ2の第1の(軸シール組立体25の内側)直交環状通路面によって形成することができ、第1の直交環状通路面は、浮動ステータ4の第1の(内側)直交面と係合する。外側境界面は、固定ステータ2の第2の(軸シール組立体25の外側)直交環状通路面によって形成することができ、第2の直交環状通路面は、浮動ステータ4の第2の(外側)直交面と係合する。Oリング通路19及びOリング13は、軸1に対して直交する浮動ステータ4の表面内に配設し、浮動ステータ4の表面と協働することができる。これらのOリング13は、係合する浮動ステータ4と固定ステータ2との間で、これらに沿って、流体が移動するのを封止(又は閉じ込める)ように機能し得る一方で、浮動ステータ4と固定ステータ2との間の相対的な回転運動を制限することを可能にする。浮動ステータ4及び固定ステータ2は、軸シール組立体25の協働係合部分の1つの可能な実施形態であり、協働係合部分は、少なくとも1つの寸法で協働係合部分の間の相対的な運動を可能にするように構成し、軸シール組立体25内でラビリンス・シール3と組み合わせて使用することができる。しかし、限定はしないが、他の構造体及び/又は方法を使用し、同様の機能を達成することができる。
Oリング通路19は、環状で、軸1に対して連続するように構成し得る。図示しない一実施形態では、Oリング通路19及びOリング13は、固定ステータ2ではなく、浮動ステータ4の本体内に置くことができる。多くの適用例では、これらのOリング通路19及び対応するOリング13を同様の近接関係で置くことが最適であり得ることが企図される。いくつかの実施形態では、Oリング7は、被封止製品及び好ましい封止流体の両方に適合する材料から構成し得る。しかし、Oリング通路15及びOリング7は、軸シール組立体25内で様々な部分を封止するのに使用し得る構造の1つの可能な組合せである。軸シール組立体25の特定の実施形態に適したあらゆる他の構造及び/又は方法を限定せずに使用し得る。
有利に置いた回転防止ピン(複数可)8は、回転防止溝16に挿入し、浮動ステータ4と固定ステータ2の内側との間の相対的な径方向運動及び回転運動の両方を制限するように働くことができる。複数の回転防止溝16及びピン8は、軸1の半径の周囲に置くことができる。回転防止ピン8と回転防止溝16との直径の関係も、軸1の角度方向の多少の調心不良を許容するように選択し得る。例えば、小さな直径の回転防止ピン8、及び大きな直径の固定ステータの回転防止溝は、軸1の角度方向の調心不良に応じて、ラビリンス・シール3のより大きな相対運動を可能にし得る。
ラビリンス・パターン・シール溝14は、1つ又は複数の通気口9を通じて通気することによって、圧力を均等化することができる。望ましい場合、通気口9に、加圧封止流体を供給することができ、封止流体がラビリンス領域14及び軸シール隙間6を過圧し、軸シール組立体25の効率を増大させる。ラビリンス・シール3と浮動ステータ4との間の球形境界面11は、軸1と固定ステータ2との間の角度方向の調心不良を許容するように構成し得る。Oリング通路19は、軸1に対して環状であり、図示のように、固定ステータ2に機械加工し、固定ステータ2と浮動ステータ4との間の境界面に配置することができる。Oリング通路19は、浮動ステータ4内に置くこともでき、Oリング13と係合することができ、Oリング13は、固定ステータ2との封止接触をもたらすように構成し得る。
図3Aは、軸1が角度方向及び径方向に調心している間の、シール−軸一体化の図を示す。この図は、ラビリンス・シール3の軸面17と浮動ステータ4の軸面18との調心を強調する。特に、球形境界面11における、浮動ステータ4とラビリンス3との間の軸面17、18の調心に焦点を当てる。図3Bは、図3Aに示すのとは反対の面における、軸1が角度方向及び径方向で調心する間の軸−シール一体化を示す。この図は、図3Aに示す軸シール組立体25の反対部分に関する、ラビリンス・シール3の軸面17と浮動ステータ4の軸面18との調心をそれぞれ強調する。当業者は、軸1及び軸シール組立体25の例示的実施形態が、円形形状であるため、当然、表面が軸1周りに360度を示すことを了解するであろう。やはり、球形境界面11における、ラビリンス・シール3と浮動ステータ4との間の軸面17、18の調心に特定の焦点を当てる。図3A及び図3Bは、浮動ステータ4と固定ステータ2との間の第1の画定隙間20、及び第1の画定隙間20に対向する、浮動ステータ4と固定ステータ2との間の第2の画定隙間21も示す。
図2、図3、図3A及び図3Bにおいて、軸1は、筐体30に対して径方向、角度方向又は軸方向の移動を受けない。したがって、例示的な実施形態では、実質的に等しくてよい、この幅の画定隙間20及び21は、浮動ステータ4上で移動又は調心不良を示すことがほとんどない。
図4は、回転可能軸1の調心不良の軸シール組立体25の外側端面図である。図5は、図3に示す軸シール組立体25の第1の実施形態の断面図であり、軸1の角度方向及び径方向の両方に調心不良が加わっている。図5に示す軸1も、軸シール組立体25の固定ステータ2(及び/又は筐体30)に対して、径方向、角度方向又は軸方向の移動を受ける可能性のある種類のものである。
図5に示すように、軸1に対して画定したラビリンス・シール3の径方向隙間6は、軸の調心不良角度31が変化しているにもかかわらず、維持することができる。軸1は、依然として、軸の調心不良角度31が変化しているにもかかわらず、軸方向で自由に移動可能であり得る。軸シール組立体25の構成は、該軸1に径方向の移動が導入されると、ラビリンス・シール3を浮動ステータ4と共に移動させることを可能にし得る。
ラビリンス・シール3及び浮動ステータ4は、1つ若しくは複数の圧縮Oリング7、又はあらゆる他の適切な構造及び/若しくは方法によって、一緒に固着し得る。浮動ステータ4内のラビリンス・シール3の回転は、回転防止部材によって防止することができ、回転防止部材は、限定はしないが、ねじ、回転防止ピン8、又は回転を阻止する同様のデバイスを含み得る。図3、図3A、図3B、図5、図6及び図7に示すピンは、ラビリンス・シール3及び浮動ステータ4の回転を防止する一構造である。しかし、同様の結果を達成するため、あらゆる他の適切な構造及び/又は方法を限定せずに使用することができる。
潤滑剤、封止流体又は他の媒体は、一連の1つ若しくは複数の任意の排出口又は潤滑剤帰路5を通じて収集し、排出することができる。ラビリンス・シール3は、1つ又は複数の通気口9を通じて通気することによって、圧力を均等化することができる。望ましい場合、通気口9に、加圧空気又は他のガス又は流体媒体を供給し、ラビリンス・シール3を過圧して、封止効率を増大させることができる。軸シール組立体25の協働係合する機械部分の間の緊密な許容誤差と、加圧封止流体との組合せにより、製品及び汚染物の両方が軸シール組立体25の内部と接触しないようにすることができる。ラビリンス・シール3と浮動ステータ4との間の球形境界面11は、軸1と固定ステータ2との間の角度方向の調心不良を許容するように構成し得る。Oリング通路19及びOリング通路19内に配設し得るOリング13は、浮動ステータ4の対向面で協働することができ、浮動ステータ4の対向面は、軸1の回転軸に対して実質的に直交するように構成し得る。このようにして、Oリング13は、浮動ステータ4と協働し、浮動ステータ4とラビリンス・シール3との間で、これらに沿って、流体が移動するのを封止する(又は閉じ込める)得る一方で、ステータ4と固定ステータ2との間の相対的な径方向運動を可能にする。
図5Aは、軸1の角度方向及び径方向の調心不良の間、軸シール組立体25によって可能になるシール−軸の一体化を示す。この図は、ラビリンス・シール3の軸面17の相殺又は連動が、軸シール組立体25の第1の部分の浮動ステータ4の軸面18に関係があり得ることを強調する。球形境界面11における、ラビリンス・シール3と浮動ステータ4との間の軸面17、18の相殺に特に焦点を当てる。
図5Bは、軸の角度方向及び径方向の調心不良の間の、図5Aに示す第1の表面の反対側の第2の表面に対するシール−軸の一体化を示す。この図は、軸1の調心不良の間、ラビリンス・シール3の軸面17及び浮動ステータ4の軸面18をそれぞれ調心するのではなく、互いに対して移動(連動)させることを強調する。軸−シールの隙間6は、軸1の調心不良に応じて維持することができ、全体的な封止完全性は、損なわれることがない。というのは、固定ステータ2に対する浮動ステータ4の封止完全性、並びにラビリンス・シール3に対する浮動ステータ4の封止完全性は、軸1の調心不良の間、維持することができるためである。当業者は、軸1及び軸シール組立体25が、円形形状であるため、当然、表面が軸1周りに360度を示すことを了解するであろう。図5A及び図5Bは、軸1と筐体30との間の(回転以外の)相対的な移動の間の、浮動ステータ4と固定ステータ20との間の第1の隙間又は空隙20、及び第1の隙間又は空隙20に対向する、浮動ステータ4と固定ステータ2との間の第2の隙間又は空隙21も示す。
図4、図5、図5A及び図5Bにおいて、軸1が回転する間、軸1は、径方向、角度方向又は軸方向の移動を受けており、空隙又は隙間20、21の幅は、図3、図3A及び図3Bに示す空隙又は隙間20、21と比較すると、移動に応じて変更するものとして示される。隙間20、21の寸法の変化は、浮動ステータ4が、軸1の移動又は角度方向の調心不良に応じて移動し得ることを示す。軸シール組立体25は、軸面17、18の間の連動、球形境界面11の維持、並びに第1の隙間20及び第2の隙間21それぞれにおける径方向の移動を可能にし得る一方で、軸シール隙間6を維持する。
図6は、図2に示す軸シール組立体25の、代替ラビリンス・シール・パターン溝14で過圧する第2の実施形態の断面図である。本実施形態では、ラビリンス・シール・パターン溝14は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の摩擦低減物質から構成することができ、摩擦低減物質は、軸1に近接した隙間を形成するように構成し得る。PTFEは、デュポン社が製造、販売するテフロン(登録商標)と呼ばれることもある。PTFEは、高い耐化学性、低温及び高温での性能、耐候性、低摩擦性、絶縁性、断熱性、並びに高い潤滑性を有するプラスチックである。カーボン又は限定しないあらゆる他の材料をPTFEと取り替え、必要な封止の質及び潤滑の質をラビリンス・シール・パターン溝14にもたらすことができる。
図6に示すように、加圧封止流体を供給し、潤滑ラビリンス・パターン26を過圧することができる。加圧封止流体は、1つ又は複数の入口を通じてスロットル26の環状溝23に導入することができる。スロットル26は、当業者が「調心スケート(alignment skate)」と呼ぶこともある。スロットル26は、ラビリンス・シール3が、軸1の調心不良によって生じた軸1の移動に応じることを可能にし得る。加圧封止流体は、軸1と、スロットル26を有するラビリンス・シール3との間に形成した近接隙間を通過することができる。スロットル26が軸1にかなり近接していることにより、軸1にわたる封止流体の流れに抵抗をもたらし、環状溝23の内部に圧力を構築させることもできる。浮動環状溝27と環状溝23との協働、接続により、過剰な封止流体の出口をもたらし、軸シール組立体25から流し、動作中、軸シール組立体25上で圧力を均等化するか又は連続的な流体の放出を維持することもできる。軸シール組立体25のこの態様によりもたらされる利点は、「定置洗浄(clean−in place)」での製品−シールの汚染除去処置が好ましい、又はこれを必要とする適用例である。例は、食品等級の適用例を含む。
図7は、軸シール組立体25を示し、回転防止ピン12は、入口が良く見えるように取り除かれている。これらの入口は、典型的には、限定はしないが、軸シール組立体25の外周回りの一連のポート、入口又は通路から構成される。図7は、ラビリンス・シール3の形状及びパターンが軸シール組立体25の一実施形態から次の実施形態に変化し得ることも示す。スロットル26の形状は、円形型26に加えて、スロットルの溝22によって示される正方形外形が示すように変化させることもできる。軸1との直接接触が望ましくない場合、軸シール組立体25は、可変手段によって軸1に取り付けられる個別のスリーブ24と組み合わせて使用し得ることにも留意されたい。
図8は、軸シール組立体25が容器壁34に固着されている軸シール組立体25の別の実施形態を示す。軸シール組立体25は、固着部材(例えば、限定はしないが組み付けボルト33を含む)を通じて容器壁34に固着し、軸1が角度方向の調心不良を受ける際の封止の向上を保証することができる。軸シール組立体25の外側に通る組み付けボルト33及び細穴(符号なし)は、軸シール組立体25を筐体30に組み付ける1つの構造及び方法である。しかし、あらゆる適切な構造及び/又は方法を限定せずに使用することができる。
特定の適用例、特に、軸シール組立体25の作業側(一般に、図3〜3B及び図5〜7に示す軸シール組立体25の左に対する領域)の圧力が増大する適用例では、軸シール組立体25は、軸方向で軸シール組立体25が受ける圧力を均衡化させるように構成されることが望ましい。(軸方向で)圧力を均衡化する圧力均衡化軸シール組立体40を図9〜図12に示し、製品は、ラビリンス・シール内面42及び浮動ステータ内面44に当てられる。
図9〜図10Bに示す圧力均衡化軸シール組立体の第1の実施形態では、軸シール部材(即ち、浮動ステータ4と組み合わせたラビリンス・シール3)は、圧力均衡化環状通路46を含む。圧力均衡化通路46以外、圧力均衡化軸シール組立体40は、概して、上記で詳述した図1〜図8に示す軸シール組立体25と同じように動作させることができる。即ち、浮動ステータ4は、固定ステータ環状溝48内に配置することができる。図示の実施形態では浮動ステータ径方向外面45と環状溝径方向内面48aとの間にあり得る浮動ステータ/固定ステータの間の第1の隙間20(図9A及び図9Bに示す)は、少なくとも、筐体30に対する軸1の径方向の乱れを考慮することができる。浮動ステータ4とラビリンス・シール3との間の球形境界面11は、少なくとも、筐体30に対する軸1の角度方向の乱れを考慮することができる。
圧力均衡化環状通路46は、第1の実施形態の図9〜図10に示すように、浮動ステータ4と固定ステータ2との間の第1の径方向境界面47aに隣接して、浮動ステータ4内に形成することができる。本明細書で図示する様々な実施形態に示すように、浮動ステータ4と固定ステータ2との間の第1の径方向境界面47aは、回転防止デバイス16の空洞で作製した固定ステータ2の部分に隣接することができる。即ち、浮動ステータ4の軸面は、固定ステータ2内に配置され、圧力均衡化軸シール組立体40の作業側から最も遠い。第1の径方向境界面47aと実質的に平行とし得る、浮動ステータ4と固定ステータ2との間の第2の径方向境界面47bは、第1の径方向境界面47aと比較して、圧力均衡化軸シール組立体40の作業側により近接して配置することができる。
多くの適用例では、圧力均衡化環状通路46の最適な径方向寸法は、浮動ステータ内面44の径方向寸法と実質的に同様とすることができ、製品が作用する浮動ステータ4の面積及び封止流体が作用する浮動ステータ4の面積は、比較的等しい表面積を有することができる。そのような構成において、製品及び封止流体をほぼ同じ値まで加圧した場合、軸方向の力を全体的に均衡化することができる。したがって、圧力均衡化環状通路46の最適な径方向寸法は、システム全体の設計特性に応じて決定することができ、圧力均衡化環状通路46の径方向寸法は、浮動ステータ内面44の径方向寸法よりも大きいか、小さいかにかかわらず、特定の適用例に対して任意の適切な量とすることができる。圧力均衡化環状通路46の軸方向寸法も、システム全体の設計特性に応じて変更することができ、設計特性は、限定はしないが、使用する特定の封止流体、製品の圧力、及び封止流体の圧力を含む。いくつかの適用例では、圧力均衡化環状通路46の最適な寸法は、0.005インチであるが、他の実施形態では、より大きくても、また他の実施形態では、より小さくてもよい。
圧力均衡化環状通路46は、封止流体が、浮動ステータ/固定ステータ20との間の第1の隙間(第1の隙間から、封止流体が圧力均衡化環状通路46に入ることができる)に導入され、軸方向で浮動ステータ4に作用するのを可能にし得る。典型的には、圧力均衡化軸シール組立体40の作業側(全般的に、図9〜図12に示す、圧力均衡化軸シール組立体40の左に対する領域)は、ラビリンス・シール内面42および浮動ステータ内面44に作用する、処理流体からの力を受ける。こうした力は、ほとんど、軸1を結合する回転機器が生成する圧力によることが多い。例えば、軸1を70ポンド/平方インチ(psi)の上部圧力を生成する流体ポンプに結合すると、圧力均衡化軸シール組立体40の作業側において約70psiまで加圧されることがある。この加圧流体は、ラビリンス・シール内面42及び浮動ステータ内面44に作用し、したがって、ラビリンス・シール3及び浮動ステータ4を、圧力均衡化軸シール組立体40の作業側から離して軸方向に推進させる(即ち、概して、図9〜図12に示す図面の右側に推進させる)ことができる。対照的に、封止流体システムの設計に応じて、圧力均衡化環状通路46内に位置する封止流体は、ラビリンス・シール3及び浮動ステータ4を、圧力均衡化軸シール組立体40の作業側に向かって軸方向に推進させることができ、製品が圧力均衡化軸シール組立体40に及ぼす軸方向の力を実質的に相殺することができる。
図11及び図12は、圧力均衡化軸シール組立体40の第2の実施形態及び第3の実施形態のそれぞれを示す。圧力均衡化軸シール組立体40の第2の実施形態及び第3の実施形態は、概して、図7及び図8に示し、上記で詳述した軸シール組立体25の第2の実施形態及び第3の実施形態に対応する。しかし、図9〜図10Bに示す圧力均衡化軸シール組立体40の第1の実施形態の場合と同様に、第2の実施形態及び第3の実施形態は、圧力均衡化環状通路46を含む。
本明細書で図示、説明する圧力均衡化軸シール組立体40の様々な実施形態は、2つの異なる部分から構成し得る固定ステータ2及び浮動ステータ4と共に形成することができる。これらの実施形態は、圧力均衡化軸シール組立体40の組み立てを容易にすることができる。というのは、本明細書で図示する実施形態では、浮動ステータ4の大部分を固定ステータ2内に配置し得るためである。第1の実施形態による(図9〜図10Bに示す)圧力均衡化軸シール組立体40を設置すると、固定ステータ2の第1の位置(即ち、圧力均衡化軸シール組立体40の作業側に隣接する部分)を筐体30に固着することができる。次に、浮動ステータ4及びラビリンス・シール3は、軸1と固定ステータ2の第1の部分との間で単一組立て部品として配置することができる(球形境界面11を形成する構成要素は、事前に組み立ててある)。浮動ステータ4及びラビリンス・シール3を固定ステータ3内に配置すると、固定ステータ2と浮動ステータ4との間に第2の軸方向境界面47bを形成することができる。最後に、固定ステータ2の第2の部分(即ち、圧力均衡化軸シール組立体40の作業側から最も離れた部分は、固定ステータ2の第1の部分に隣接して配置、固着することができる。次に、固定ステータ2の第2の部分の配置により、固定ステータ2と浮動ステータ4との間に第1の径方向境界面47aを形成することができる。
代替的に、浮動ステータ4及びラビリンス・シール3は、固定ステータ環状溝48内に個別に配置することができる。例えば、固定ステータ2の第1の部分を筐体30に固着した後、浮動ステータ4の第1の部分を固定ステータ環状溝48内に配置することができる。浮動ステータ4の第1の部分を固定ステータ環状溝48内に配置すると、固定ステータ2と浮動ステータ4との間に第2の軸方向境界面47bを形成することができる。次に、ラビリンス・シール3は、軸3に隣接して配置することができ、ラビリンス・シール3の配置により、浮動ステータ4とラビリンス・シール3との間に球形境界面11の一部分を形成することができる。次に、浮動ステータ4の第2の部分は、浮動ステータ4の第1の部分に隣接して配置し、複数の回転防止ピン8によりこの第1の部分に固着することができ、これにより、球形境界面11を浮動ステータ4とラビリンス・シール3との間に完成することができる。最後に、固定ステータ2の第2の部分は、限定はしないが、複数のボルト、リベット又は他の締結具により固定ステータ2の第1の部分に固着することができ、第2の部分の配置により、浮動ステータ4と固定ステータ2との間に第1の軸方向境界面47aを形成することができる。軸シール組立体25又は圧力均衡化軸シール組立体40のあらゆる実施形態において、限定せずに、当業者に公知であるあらゆる適切な固着部材を使用し、浮動ステータ4の第1の部分及び第2の部分に互いに固着するか、又は固定ステータ2の第1の部分及び第2の部分を互いに固着することができる。
図13は、軸10に隣接して組み付けられた軸受隔離体18(又は軸シール組立体)の別の実施形態を示す。軸10は、軸受隔離体18及び/又は筐体19を通じて延在することができる。限定はしないが、水、ガス、水蒸気及び/又は潤滑剤を含み得るガス又は流体の供給源100は、導管99を介して軸受隔離体18と連通することもできる。ロータ20は、1つ又は複数のOリングとして構成し得る摩擦シール60により軸10に固着することができる。ロータ20は、シール60の摩擦係合のために、軸10の回転運動に追従するように構成し得る。通路40及び40aは、図示のように構成し得るが、本明細書では詳細に説明しない。というのは、そのような説明は当業者に既に理解されているためである。
一対の対応する球形面50及び51は、使用前、使用中、及び使用後、ロータ20とステータ30との間を自己調心する径方向隙間52をもたらすために使用することができる。この隙間52は、軸10が使用中に調心不良になった場合でさえ、一定値で維持することができる。軸10の中心線と筐体19との間の様々な量及び方向の調心不良を図15〜図17に示す。ステータ30と固定ステータ31との間の環状凹部102は、軸受隔離体18が所定量の径方向軸変位に適応することを可能にし得る。
本明細書で示す実施形態では、球形面50、51は、ロータ20及びステータ30それぞれの両方の軸面から同一である中心点を有することができる。しかし、球形面50、51は、径方向に、及び/又は図示のように垂直に離間することができる。これらの球形面50、51は、軸受隔離体18の他の構成要素の径方向配置に応じて、及び/又はこれらの構成要素に関連して、及び/又はこれらの構成要素と協働して、径方向に移動することができる。典型的には、軸10が筐体19に対して調心不良になった場合、ロータ20が筐体19に対して調心不良になり、次に、固定ステータ31の環状凹部内で径方向に移動する球形面50、51及び/又はステータ30は、この調心不良を補償することができる。
図15及び図15Aは、軸受隔離体18の一実施形態では、軸10が筐体19に対して調心不良になった際、ロータ20は、球形面50と51との間の相互作用を通じて、ステータ30、31に対して移動し得ることを示す。ロータ20及びステータ30の中心点と筐体19の固定点との間の距離の保証を助ける、そのような相対的な移動は、使用中、一定又は比較的一定である。
図14及び図14Aに示す軸受隔離体18の実施形態では、球形面50、51は、ロータ20及びステータ30上ではなく、固定ステータ31及びステータ31a上にそれぞれ配置することができる。図14及び図14Aを更に参照すると、この設計は、ロータ20及びステータ31aが固定ステータ31、フランジ形ユニット61a及び/又は筐体19に対して移動することを可能にし得る。ロータ20、ステータ31a及び固定ステータ31は、図14Aに最良に示すように、フランジ形ユニット61aに対して(したがって筐体19に対して)径方向に移動することができる。この軸受隔離体18の実施形態では、球形面50と51との間の相対的な回転はかなり最小の量とすることができる。
図14及び図14Aに示す軸受隔離体18の実施形態は、フランジ形ユニット61aに対する固定ステータ31、ステータ31a及び/又はロータ20の径方向移動の制御をもたらすことができ、フランジ形ユニット61aは、筐体19と係合することができる。フランジ形ユニット61aに対する固定ステータ30の回転運動は、回転防止ピン101によって防止することができる。固定ステータ31は、摩擦シール61を使用してフランジ形ユニット61aに摩擦により固着することができ、摩擦シール61は、あらゆる材料から作製することができ、この材料は、フランジ形ユニット61aに対して固定径方向位置で固定ステータ31を保持するのに十分な弾性及び摩擦特性を有するが、軸10が調心不良の状態にある場合、依然として径方向の力に応答するものである。固定ステータ31、ステータ31a及び/又はロータ20の径方向位置の変化、並びにこれらにもたらされる位置(並びに固定ステータ31とステータ31aとの間の境界面にもたらされる位置)は、径方向の力が完全に適応するまで、又は軸受隔離体18の最大径方向変位に到達するまで、生じ得る。
次に、図15及び図15Aを参照すると、動作時、ロータ20は、軸10が筐体19に対して調心不良であると、径方向に移動することがある。ステータ31aと固定ステータ31との間の球形面50、51の径方向移動は、この圧力から生じることがある。図15は、軸10が調心不良の状態にある際、中心点80に対しもたらされる径方向移動の可能性を示す。通常動作の間、軸10は、典型的には、線Aによって表されるように、図15に示す向きに対して水平である。軸10が線Bによって表されるように調心不良であると、中心点80は、線A’’に沿った点まで移動することができる。軸10が線B’によって表されるように調心不良であると、中心点80は、線A’に沿った点まで移動することができる。しかし、他の軸10の調心不良において、ロータ20、ステータ30及び/又は固定ステータ31の径方向位置は、一定であり、球形面50、51は、軸10の調心不良を補償することができる。上述の説明から、軸受隔離体18が、軸10の周囲に一定の封止をもたらすことができることは明らかである。というのは、球形面50と51との間の距離は、通常の調心不良であれ、設計上の性質の調心不良であれ、軸10の調心不良に関わらず、一定に維持し得るためである。
球形面50及び51の物理的な寸法は、軸受隔離体18の特定の用途に応じて、線形値及び中心点80からの距離を変化することができる。これらの変形形態は、異なるサイズの軸及びシール並びに異なる量の調心不良に適応するために利用され、したがって、本明細書で開示する軸受隔離体18の範囲を決して限定するものではない。更に、様々な要素の間を互いに回転係合、固定係合、又は様々な自由運動度で係合する適切な構造及び/又は方法を、限定せずに軸シール組立体18と共に使用することができ、これらの構造及び/又は方法には、限定はしないが、ねじ、ボルト、ピン、化学接着剤、締りばめ及び/又はそれらの組合せを含む。
軸シール組立体10の別の実施形態は、図16A及び図16Bに示す。この実施形態は、図1〜図12に示す上記軸シール組立体25の実施形態と同様である。軸シール組立体10は、図示のように、固定ステータ20と、浮動ステータ30と、封止部材40とを含むことができる。図示の実施形態では、封止部材40は、軸シール組立体10及び/又は筐体に対して回転可能である軸12に隣接して配置することができる。したがって、回転境界面は、軸12に隣接して配置される封止部材40の径方向内面46と、軸12の外側部分との間に存在し得る。ここでは図示しない軸シール組立体10の他の実施形態では、封止部材40は、封止部材40が軸12と共に回転するように、軸12と係合することができる(例えば、軸シール組立体10は、ロータと共に構成し得る)。そのような実施形態では、回転境界面は、浮動ステータ30の凹面38と封止部材40の凸面48との間に存在し得る。したがって、本明細書で開示する軸シール組立体10の範囲は、封止部材40が軸12と共に回転する又は軸12と共に回転しない軸シール組立体10まで拡張する。
図16A及び図16Bに示す軸シール組立体10の実施形態は、固定ステータ20を含むことができ、固定ステータ20は、あらゆる適切な方法及び/又は構造によって筐体(図16A及び図16Bには示さない)に確実に組み付けることができる。固定ステータ20は、主要本体21と面板22とを含むことができ、主要本体21及び面板22は、1つ又は複数の締結具14を介して互いに係合することができる。主要本体21及び面板22と共に形成される固定ステータ20は、特定の適用例では、軸シール組立体10の設置を容易にし得ることが企図される。そのような適用例では、主要本体21は、筐体に固着することができ、封止部材40及び浮動ステータ30は、適切に配置することができ、次に、面板22は、主要本体21に固着することができる。しかし、本開示の範囲は、軸シール組立体10の特定の組み付け及び/又は設置方法に決して限定されない。
固定ステータ20は、環状凹部26と共に形成することができ、浮動ステータ30及び/又は封止部材40の一部分は、環状凹部26内に配置することができる。浮動ステータ30の径方向外面32(及び浮動ステータ30の軸方向外面)と、環状凹部26の内面との間の所定の隙間は、固定ステータ20と浮動ステータ30との間の所定量の相対的な径方向及び/又は軸方向運動を可能にするように選択し得る。少なくとも1つのピン34(図16A及び図16Bに示す実施形態のように径方向に向けることができる)は、第2のピン凹部35で浮動ステータ30と係合することができ、ピン34の一部分は、封止部材40内に形成した凹部42に延在することができる。更に、他のピン(図示しないが、軸方向に向けることができる)も、第1のピン凹部33回りで浮動ステータと係合することができ、このピンの一部分は、面板ピン凹部22aに延在することができる。図16A及び図16Bに示す例示的な実施形態では、ピン35は、浮動ステータ30と封止部材40との間の相対的な回転を軽減することができる。軸方向に向けられたピン(図示せず)は、浮動ステータ30と固定ステータ20との間の相対的な回転を軽減することができる。浮動ステータ30と固定ステータ20との間の軸方向境界面は、シール28により封止することができ、シール28は、固定ステータシール溝20a及び/又は面板シール溝22b内に配置することができる。シール28は、Oリングとして構成することができるが、軸シール組立体10の他の実施形態では、限定せず、別様に構成してもよい。
浮動ステータ30は、その径方向内側部分内で凹面38と共に形成することもできる。この凹面38は、対応する凸面48と共に半球形境界面を形成することができ、凸面48は、封止部材40の径方向外側部分内に形成される。したがって、図16A及び図16Bに示す軸シール組立体10は、図1〜図12に示す軸シール組立体25に対して既に説明したものと同一及び/又は同様の様式で、軸シール組立体10及び/又は機器筐体に対する軸12の調心不良、軸12の径方向移動、及び軸12の軸方向移動に適応することができる。
軸シール組立体10の例示的な実施形態は、封止流体を軸シール組立体10に加える様々な流体導管も含むことができる。固定ステータ20は、封止流体を軸シール組立体10に導入する1つ又は複数の入口24と共に形成することができる。入口24は、固定ステータ20内に形成される環状凹部26と流体連通することができ、環状凹部26は、1つ又は複数の径方向通路(図示せず)と流体連通することができ、1つ又は複数の径方向通路は、浮動ステータ30内に形成され、浮動ステータ30の径方向外面32から凹面38に延在する。1つ又は複数の径方向通路への代替又は追加として、浮動ステータ30内に形成される第2のピン凹部35は、第2のピン凹部35の長さ部を径方向内方向で横断する特定量の流体の封止を可能にするように構成し得る。第2のピン凹部35の径方向内側末端は、第2のピン凹部拡大部分35aと共に形成することができる。代替的に、浮動ステータ30は、浮動ステータ環状溝37の凹面38上で浮動ステータ環状溝37と共に形成することができる。これらの径方向通路、第2のピン凹部35、第2のピン凹部拡大部分35a、及び/又は浮動ステータ環状溝37は、固定ステータ20の環状凹部26から封止部材40の凸面48まで流体を封止する導管として働くことができる。したがって、軸シール組立体10の範囲は、本明細書で開示する流体導管の特定の組合せによって限定されず、封止流体を封止部材40に供給し得る流体導管の全ての構成まで拡張する。
固定ステータ20、及び/又は固定ステータ20と浮動ステータ30との間のシール28は、入口24に導入される封止流体の大部分が、(上記で説明したあらゆる流体導管構成によって)径方向内側方向で浮動ステータ30を通過するように構成することができる。浮動ステータ30の凹面38と封止部材40の凸面48との間の半球形境界面は、シール28により封止することができ、シール28は、浮動ステータシール溝30a及び/又は封止部材シール溝(図示せず)内に配置することができる。シール28は、Oリングとして構成し得るが、あらゆる適切な構造及び/又は方法を限定せずに使用することができる。浮動ステータ30、封止部材40、及び/又は浮動ステータ30と封止部材40との間のシール28は、浮動ステータ30を出る封止流体の大部分が、封止部材40の凸面48から径方向内面46への方向で、複数の径方向穴44を通じて封止部材40を通過するように構成することができる(即ち、封止流体が、ほぼ径方向内側方向で、軸12に隣接する軸シール組立体10を出るように構成することができる)。
固定ステータ20、浮動ステータ30及び/又は封止部材40は、中に形成した流体導管により、封止流体の大部分が封止部材40と軸12との間の領域から、所与の動作パラメータ・セット(例えば、封止流体粘度、圧力及び/又は体積流量、軸10のrpm等)のための所定の速度で軸シール組立体10を出ることを可能にするように構成することができる。軸シール組立体10の例示的な実施形態は、封止部材40内の32個の径方向穴44と共に形成することができ、径方向穴44は、図17A及び図17Bに最良に示すように、対応する対が、封止部材の外周回りに等しく離間する。各径方向穴44は、凸面48に隣接する径方向穴入口44a、及び径方向内面46に隣接する径方向穴出口44bと共に形成することができる。しかし、本明細書では図示しない封止部材40の他の実施形態では、封止部材40は、限定せずに、異なって構成した径方向穴44、異なる数の径方向穴44、及び/又は異なる相対位置の径方向穴44と共に形成することができる。
図17A及び図17Bに示す封止部材40の実施形態で示す径方向穴44の構成は、従来技術と比較した際、所与のセットの動作パラメータのために、必要とし得る体積流量の封止流体がより少ないという点で、他の構成よりも効率的であり得ることが企図される。更に、径方向内面46の平滑で全体が円筒形の構成により、軸12と封止部材40との間に、これらの境界面で加圧流体障壁(例えば、「垂直(lift−off)シール」をもたらすことができる。このことにより、ほぼ摩擦のない軸シール組立体10をもたらすことができ、動作中、軸12と封止部材40との間の接触がない及び/又は最小である。しかし、他の実施形態では、本明細書で開示し、請求する軸シール組立体10の趣旨及び範囲から逸脱することなく、異なる個数、間隔及び/又は構成の流体導管を、固定ステータ20、浮動ステータ30及び/又は封止部材40内で使用することができる。
本開示に照らすと、本明細書で開示する流体導管の構成は、例えば、米国特許第7,090,403号(特許文献1)で開示される連動シール等、2つの要素が互いに対して回転する任意の境界面の間で加圧される流体障壁の生成に適合し得ることは当業者に明らかであろう。米国特許第7,090,403号(特許文献1)は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、ロータと浮動ステータとの間に球形回転境界面を有する軸シール組立体の実施形態(図13、図15、図15Aに示すもの等)、及びステータの2つの部分の間に全体が非回転球形境界面を有する軸シール組立体の実施形態(図14及び図14Aに示すもの等)を開示している。したがって、本明細書で開示する軸シール組立体10の範囲は、軸シール組立体10を収容するように構成される回転境界面の場所及び/又は種類に限定されない。
例えば、図示しない一実施形態では、図13、図15及び図15Aに示すものと同様の一実施形態のステータ30は、1つ又は複数の全体が細い直径の径方向穴と共に構成することができる(穴は、図17A及び図17Bの実施形態に示すものとほぼ同様であってよい)。こうした径方向穴は、(通路40と流体連通し得る)外部供給源からの流体を、ステータ部分31、31a上の球形面の間の境界面にもたらすように構成することができる(境界面は、ステータ31上の凹面、及びステータ31a上の凸面として構成し得る)。代替的に、ステータ31は、(通路40と流体連通し得る)外部供給源からの流体を、ステータ31aとロータ20との間の境界面にもたらすように働く径方向穴と共に構成することができ、この境界面は、ラビリンス・シール・パターン及び/又は1つ又は複数のシール(Oリングとして構成し得る)を中に有する回転境界面とすることができる。
軸シール組立体の更なる実施形態
次に、図18〜図21Bを参照し、中心穴を有する、全体がリング形状のシール組立体100の様々な例示的実施形態における他の特徴及び構成要素をここで示す。概して、シール組立体100の例示的な実施形態は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、図18〜図21Bに示す軸シール組立体100に固有の1つ又は複数の利点に加えて、本明細書で開示する軸シール組立体10及び軸受隔離体18の様々な利点の全て又は一部をもたらすことができる。概して、シール組立体100は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、第1のステータ110と第2のステータ120との間の半球形境界面を介して、筐体(図示せず)及び/又はシール組立体100に対する軸12の調心不良に適応し、径方向寸法における第1のステータ110及び第2のステータ120に対するスロットル部材130の移動を介して、筐体並びに/又は第1のステータ110及び第2のステータ120に対する径方向寸法における軸12の移動に適応し、並びに/又はスロットル部材130の内面と軸12の外面との間の周方向隙間及び空隙を介して、軸方向寸法における筐体及び/又はシール組立体100に対する軸12の移動に適応することができる。
図18〜図21Bに示すシール組立体100は、機器筐体(図示せず)と係合することができ、軸12は、機器筐体から延在し、機器筐体に対して回転することができる。シール組立体100は、1つ又は複数の機械的締結具14を介して機器筐体と係合することができるが、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、あらゆる適切な方法及び/又は装置(例えば、溶接、化学接着剤、締りばめ等)を使用し、シール組立体100を機器筐体と十分に係合させることができる。
シール組立体100は、第1の固定ステータ110と、第2のステータ120と、スロットル部材130とを含むことができる。図18に示す様々な線に沿ったシール組立体100の断面図を提供する図18A〜図18Cを具体的に参照すると、シール組立体100は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、シール組立体100の内側(又は製品側)が全体に図18A及び図18Cの右側にあり、全体に図18Bの左側にあり、シール組立体100の外側が全体に図18A及び図18Cの左側にあり、全体に図18Bの右側にあるように構成し得ることが企図される。図19及び図19Aに示すシール組立体100の軸方向面は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、全体に内側である一方で、図19Bの右側は、全体に内側であり、図19Bの左側は、全体に外側である。図19C及び図19Dに示すシール組立体100の分解斜視図は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、シール組立体100の反対側から示しており、図19Cは、全体に内側から示す一方で、図19Dは、全体に外側から示す。
第1のステータ110は、封止流体を供給し得る入口114aと共に形成することができる。第2のステータ120に隣接する入口114aの末端は、以下で更に詳細に説明するように、第1のステータ110の凹面112において棚部112aとして形成するか又は棚部112aに隣接して配置ことができる。更に、第1のステータ110は、第1のステータ110の内側面上で環状凹部111と共に形成することができ、環状凹部111内にOリング102を配置することができる。Oリング102は、機器筐体に対して第1のステータ110の内側を十分に封止し、機器筐体に隣接する製品に向かう物質の進入、及びシール組立体110と機器筐体との境界面における製品の脱出を軽減又は防止する得ることが企図される。しかし、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、あらゆる適切な構造及び/又は方法を使用し、シール組立体100と機器筐体(例えば、他の機械的封止デバイス、化学的シール、それらの組合せ等)との間に所望のシールを達成することができる。
多くの適用例では、他の軸シール組立体10及び/又は軸受隔離体18に対して上記で既に説明した様式で封止流体を加圧することが有利であり得ることが企図される。封止流体は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、液体、蒸気、ガス及び/又はそれらの組合せを含むことができる。最適な封止流体及び封止流体の圧力は、シール組立体100の1つの適用例から次の適用例まで様々であり、封止流体と、限定はしないがシール組立体100が係合する機器筐体に隣接する製品を含む他のシステム構成要素との適合性に少なくとも依存する。特定の適用例の場合、空気、窒素、水及び/又は蒸気を適切な封止流体とし得ることが企図される。したがって、封止流体の位相、化学組成、特性、構成等は、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。
第1のステータ110は、1つ又は複数のピン凹部116aと共に形成することができ、ピン108をピン凹部116aに挿入することができる。ピン108の径方向内側末端は、以下で更に詳細に説明するように、第2のステータのピン凹部123内に延在し、第1のステータ110と第2のステータ120との間の角度方向の調心不良の度合いを制限するように働くことができる。
第1のステータ110は、その一部分上で凹面112と共に構成し得る。第1のステータ110は、凹面112上で1つ又は複数の環状凹部111と共に構成することができ、Oリング102は、第1のステータ110の凹面112と第2のステータ120の凸面122aとの境界面における第1のステータ110と第2のステータ120との間の領域を通じた物質の脱出及び/又は進入を適切に軽減又は防止するように各環状凹部111内に配置することができる(第2のステータは、以下で更に詳細に説明する)。
第2のステータ120は、1つ又は複数の締結具104を介して互いに選択的に係合し得る主要本体122及びアクセス板128と共に形成することができ、締結具104は、中に形成される1つ又は複数の軸方向穴128bを介してアクセス板128の部分を通過することができる。しかし、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、あらゆる適切な方法及び/又は装置(例えば、溶接、化学接着剤等)を使用し、主要本体122をアクセス板128と十分に係合することができる。主要本体122は、1つ又は複数の第2のステータ入口124と共に形成することができ、第2のステータ入口124は、第1のステータ110内に形成される入口114aと流体連通することができる。概して、第2のステータ入口124は、第1のステータ110から第2のステータ120の径方向内側面に移動する(次に、以下で更に詳細に説明するスロットル部材130を通る)流体を封止する通路として働くことができる。主要本体122は、その外側で凸面122aと共に形成することができ、凸面122aは、第1のステータ110の径方向内側部分上の凹面112に対応し、第1のステータ110と第2のステータ120との間に半球形境界面を生成することができる。特定の適用例の場合、(少なくとも図19Cに示すように)第2のステータ120の外周の周囲に配置される複数の第2のステータ入口124を有する第2のステータ120を構成することが有益であり得ることが企図されるが、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、そのように限定されない。
図18A〜図18Cに示すように、凸面122aは、もっぱら、主要本体122に閉じ込めることができ、アクセス板128の表面が凸面122aの部分を一切構成しないようにする。しかし、他の実施形態では、凸面122aの部分は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、アクセス板128に延在することができる。凸面122aは、凸面棚部122bと共に形成することができ、凸面棚部122bは、第1のステータ110の凹面112内に形成される棚部112aに隣接して配置することができる。凸面棚部122bは、軸方向寸法においてほぼ線形であるように構成することができる。凸面棚部122bは、第1のステータ110内の棚部112aに関連して、第1のステータ110と第2のステータ120との間の境界面内で特定量の封止流体を供給するように働くことができる。したがって、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、棚部112a及び/又は凸面棚部122bの最適な構成(例えば、寸法、形状等)は、シール組立体100の一適用例から次の適用例まで様々であり得る。
凸面122a及び/又は凸面棚部122bの一部分は、第2のステータのピン凹部123と共に形成することができ、ピン凹部123は、上記で簡単に説明し、少なくとも図21Bで図示するように、ピン108の遠位端を受け入れることができる。第2のステータのピン凹部123及びピン108は、第2のステータのピン凹部123とピン108との間の相互作用により、動作中、第1のステータ110と第2のステータ120との間の角度方向の調心不良の量を制限するように構成することができる。ピン108と第2のステータのピン凹部123との間の相互作用は、第1のステータ110と第2のステータ120との間の適切な軸方向の調心不良及び/又は相対的な回転の量を保証するようにも働くことができる。シール組立体100の一実施形態では、2つのピン108を採用することができ、少なくとも図21Bに示すように、一方の第2のステータのピン凹部123と関連する第1のピン108は、12時の位置に配置され、もう一方の第2のステータのピン凹部123と関連する第2のピン108は、6時の位置に配置される。しかし、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、任意の数及び/又は構成のピン108並びに関連する第2のステータのピン凹部123をシール組立体100と共に使用することができる。例えば、他の実施形態では、ピン108は、異なる回転軸で配置されるように構成することができる。
主要本体122及びアクセス板128は、軸シール組立体100が機器筐体と係合した際、アクセス板128にアクセス可能であるように構成することができる。更に、第2のステータ120は、シール組立体100全体を機器筐体から取り外さずに、アクセス板128を主要本体122から選択的に取り外し、ユーザがスロットル部材130及び/又はシール組立体100の他の内部構成要素にアクセスし得るように構成することができる。そのような構成は、ユーザが、従来技術と比較すると、比較的容易に、スロットル部材130及び/又はシール組立体100の他の内部構成要素を取り替えることを可能にすることが企図される(例えば、シール組立体100の取り外し及び/又は機器筐体からの分離を必要としない)。
主要本体122は、主要本体棚部126と共に形成することができ、主要本体棚部126の径方向内面は、軸方向寸法でほぼ線形とすることができ、主要本体棚部126は、軸シール組立体の外側に向かって軸方向に延在することができる。アクセス板128の径方向外側部分は、主要本体棚部126で主要本体122と係合することができ、主要本体122の外側軸方向制限は、アクセス板128の外側軸方向制限に等しいか又はほぼ等しい。しかし、他の実施形態では、主要本体122の外側軸方向制限は、アクセス板128の外側軸方向制限よりも大きくてよく、また他の実施形態では、アクセス板128の外側軸方向制限は、主要本体122の外側軸方向制限よりも大きくてよい。したがって、本開示の範囲は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、こうした様々な構成の全て及びその他まで拡張する。アクセス板128は、肩部128aと共に形成することができ、肩部128aは、主要本体122に向かって軸方向内側に延在することができ、肩部128aは、既に上記で説明したように形成される1つ又は複数の軸方向穴128bを有することができる。
主要本体122及びアクセス板128は、協働し、第2のステータ120の径方向内面上に内部通路125を形成することができる。主要本体122の内側上の軸方向壁は、内部通路125に第1の軸方向制限をもたらすことができ、アクセス板128の内側軸方向面は、内部通路125に第2の軸方向制限をもたらすことができる。内部通路125は、少なくとも図18Aに示すように、内部通路125の径方向寸法が軸方向で変化するように構成することができ、中間部分133及びスロットル部材130の第2の壁134に隣接する内部通路125の径方向寸法は、スロットル部材130の第1の壁132に隣接する径方向寸法よりも大きい。しかし、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、他の構成の径方向寸法の内部通路125をシール組立体100と共に使用することができる。
スロットル部材130の第1の壁132又は第2の壁134のいずれかをスロットル部材環状凹部131と共に形成することができ、少なくとも図18A〜図19Dの例示的実施形態で示すように、スロットル部材環状凹部131内にOリングを配置することができる。代替又は追加として、主要本体122の軸方向壁又はアクセス板128の内側軸方向面は、第2のステータ環状凹部121を含むことができ、図21A及び図21Bの例示的実施形態で示すように、第2のステータ環状凹部121内にOリング102を配置することができる。主要本体122内に形成される第2のステータ環状凹部121内に配置されるOリング102、及び/又は第2の壁134内に形成されるスロットル部材環状凹部131内に配置されるOリングは、主要本体122とスロットル部材130との間の境界面を十分に封止し得ることが企図される。アクセス板128内に形成される第2のステータ環状凹部121内に配置されるOリング102、及び/又は第1の壁132内に形成されるスロットル部材環状凹部131内に配置されるOリング102は、アクセス板128とスロットル部材130との間の境界面を十分に封止し、こうした境界面での物質の進入及び/又は封止流体の脱出の軽減又は防止し得ることが更に企図される。しかし、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、あらゆる適切な構造及び/又は方法を使用し、主要本体122とスロットル部材130との間、及び/又はアクセス板128とスロットル部材130(例えば、他の機械的封止デバイス、化学的シール、それらの組合せ等)との間に所望のシールを達成することができる。
図18A〜図18C、図19A及び図21Bに少なくとも示すように、内部通路125は、様々な外径及び/又は表面を内部通路125上に有することができる。例えば、主要本体122内に形成される内部通路125の一部分は、平滑である及び/又は丸みを帯びている、軸方向面から径方向面への移行面と共に構成することができる。対照的に、アクセス板128内に形成される内部通路125の別の部分は、軸方向面から径方向面への直角な移行面と共に構成することができる。内部通路125の最適な構成(例えば、実際の体積、相対的な体積、形状、軸方向寸法、径方向寸法等)は、シール組立体100の一適用例から次の適用例まで様々とすることができ、したがって、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。
スロットル部材130は、第2のステータ120内の内部空洞125の一部分内に配置することができる。概して、スロットル部材130は、内側軸方向面及び外側軸方向面と共に構成することができ、内側軸方向面は、第2のステータ120の主要本体122の一部分と係合する及び/又は主要本体122の一部分に隣接して配置することができ、外側軸方向面は、アクセス板128の一部分と係合する及び/又はアクセス板128の一部分に隣接して配置することができる。スロットル部材130の径方向内面は、軸12に隣接して配置することができる。スロットル部材130は、アクセス板128に隣接する第1の壁132、第2のステータ120の主要本体122に隣接する第2の壁134、及び第1の壁132と第2の壁134との間に配置し得る中間部分133と共に構成することができる。第1の壁132及び第2の壁134の両方は、径方向外側に延在することができ、スロットル部材通路136が第1の壁132と第2の壁134との間に存在するようにする。
第1の壁132は、図18Bに少なくとも示すように、第1の壁132から延在する1つ又は複数の第1の壁軸方向突起132aと共に形成することができ、1つ又は複数の第1の壁軸方向突起132aは、アクセス板128内に形成した1つ又は複数の軸方向凹部127に対応することができる。追加又は代替として、第2の壁134は、第2の壁134から延在する1つ又は複数の軸方向突起134aと共に形成することができ、1つ又は複数の軸方向突起134aは、第2のステータ120の主要本体122内に形成した1つ又は複数の軸方向凹部127に対応する。軸方向突起132a、134aは、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、スロットル部材130の一部分と一体に形成するか、又は個別に形成し、後にスロットル部材130の一部分と係合することができる(軸方向突起132a、134aは、一種のピン又は合わせくぎとして働くことができる)。軸方向突起132a、134aの一部分は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、第2のステータ120の主要本体122内に形成した軸方向凹部127、及び/又はアクセス板128内に形成した軸方向凹部127に延在することができ、スロットル部材130と第2のステータ120との間の相対的な回転運動を防止及び/若しくは軽減する、並びに/又はこれらの間の相対的な径方向移動量を制限するようにする。代替的に又は追加として、スロットル部材130と第2のステータ120との間の相対的な径方向移動の量は、第1の壁132、第2の壁134、主要本体122の径方向内面及び/又はアクセス板128の径方向内面の構成によって制限することができる。具体的には、これらの構成要素の径方向寸法は、スロットル部材130の特定量の径方向移動が、内部通路125内で第2のステータ120の一部分に接触する第1の壁132又は第2の壁134のいずれかの末端に先立って生じ得るように調節することができる。図18Aに示すように、第1の壁132の末端及び第2のステータ120の径方向内面及び/又はキャップ128の構成は、環状空間129を画定するようにし、環状空間129内では、スロットル部材130は、第2のステータ120に対して(したがって、シール組立体100の他の構成要素に対して)径方向寸法で移動することができる。しかし、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、そのように限定されない。
スロットル部材通路136は、内部通路125の全て又は一部分に交差するように構成することができ、スロットル部材通路136及び内部通路125は、協働し、環状空洞をシール組立体100内に形成することができる。特定の適用例では、スロットル部材130は、内部空洞125内の封止流体が、スロットル部材内に形成した径方向通路133a、及び/又はスロットル部材130と主要本体122との間及び/又はスロットル部材130とアクセス板128との間の1つ又は複数の径方向境界面に向かって優先的に誘導し得るように構成し得ることが企図されるが、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、そのように限定されない。
スロットル部材130の中間部分133は、1つ又は複数の径方向通路133aと共に中に形成することができ、1つ又は複数の径方向通路133aは、第2のステータ120の内部通路125からスロットル部材130を通じて、スロットル部材130(例えば、軸12)に対して径方向内部の領域に封止流体を供給することができる。スロットル部材130内の径方向通路133aは、スロットル部材130の周囲に環状に配置する対として構成し得ることが企図される。しかし、径方向通路133aの最適な数及び構成(例えば、サイズ、位置等)は、シール組立体100の一適用例から次の適用例まで様々とすることができ、したがって、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。追加又は代替として、第1の壁132及び/又は第2の壁134は、軸方向通路と共に構成し、第2のステータ120の内部通路125からスロットル部材130の軸方向通路を通じてスロットル部材130と主要本体122との間の境界面及び/又はスロットル部材130とアクセス板128との間の境界面まで封止流体を誘導することができる。そのような構成は、特定の適用例では、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、スロットル部材130及び/又はシール組立体100にわたり、圧力を軸方向に均衡を取る役割を果たし得ることが企図される。
第2のステータ120の内部通路125に関して上記で説明したように、スロットル部材130及びその構成要素(例えば、第1の壁132及びその構成、径方向通路133a及びその構成、中間部分133及びその構成、第2の壁134及びその構成、スロットル部材通路136、壁132、134のいずれかに形成される軸方向通路等)の最適な構成(例えば、実際の体積、相対的な体積、形状、軸方向寸法、径方向寸法等)は、シール組立体100の一適用例から次の適用例まで様々とすることができ、したがって、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。
概して、シール組立体100は、シール組立体10の中心穴内に配置される軸12と、シール組立体100が係合するシール組立体100及び/又は機器筐体との間の相対的な径方向移動が、第2のステータ120の内部通路125内でのスロットル部材130と第2のステータ120との間の相対的な径方向移動を介して適応し得るように構成することができる。更に、シール組立体100は、シール組立体100の中心穴内に配置される軸12と、シール組立体100が係合するシール組立体100及び/又は機器筐体との間の相対的な軸方向移動は、スロットル部材130の径方向内面と軸12の径方向外面との間の境界面を介して適応し得るように構成することができる。多くの適用例で、前述のように、スロットル部材130内に形成した1つ又は複数の径方向通路133aを介して封止流体をこの境界面に供給し得ることが企図される。スロットル部材130と軸12との間の境界面の最適な隙間は、シール組立体100の一適用例から次の適用例まで様々とすることができ、したがって、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。しかし、少なくともいくつかの適用例では、この隙間は、0.001インチから0.5インチの間とすることができ、隙間により封止流体の流れの特性に影響を与え得ることが企図される(例えば、より大きな隙間により、それ以外の場合では等しい条件及び構成下、比較的高い体積流量の封止流体をもたらし得る)。
概して、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、シール組立体100の様々な例示的実施形態では、スロットル部材130は、限定はしないが、ポリマー(例えば、ポリエーテルエーテルケトン、graphalloy(登録商標)、nyloil(登録商標)、カーボン等)及び/又はあらゆる他の潤滑材料を含むあらゆる適切な材料から構築することができる。
次に、図20A及び図20Bを詳細に参照すると、本開示によるシール組立体100の別の例示的実施形態が示される。概して、この例示的実施形態は、既に説明し、図18〜図19Dに示すのと同じ要素、同様の要素又は相関する要素と共に構成することができ、同じ利益、同様の利益又は相関する利益をもたらすことができる。しかし、図20A及び図20Bに示すシール組立体100は、第1のステータ110が、水平を向く平面に沿って分岐し得るように構成することができ、この平面は、シール組立体100が周りに配置される軸12の長手方向軸を通過する。第1のステータ110の2つの部分を上側部分110a及び下側部分110bと呼ぶことができる。軸12の長手方向軸が垂直に向けられる、又は水平と垂直との間の何らかの角度として向けられる適用例においてシール組立体100を設置し得る場合、用語「上側」及び「下側」並びに水平に向けられた平面という記述は、シール組立体100の範囲を限定するものではなく、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、上側部分110a及び下側部分110bの相対的な位置をもたらすことを意味する。
上側部分110a及び下側部分110bは、1つ又は複数の締結具104、対応する受け105及び対応する開口106を介して互いに選択的に係合することができる。更に、調心ピン及び/又は合わせくぎを利用し、上側部分110aと下側部分110bとの間の適切な調心を保証することができる。例示的実施形態では、締結具104は、機械的締結具(例えば、ボルト、ねじ等)として構成することができ、各締結具104は、上側部分110a内に形成された第1の開口106を通過し、その遠位端は、下側部分105内に形成された受け105を係合し、受け105は、締結具104上に形成されたねじ山に対応して螺合することができる。しかし、上側部分110aを下側部分110bと選択的に係合するあらゆる適切な構造及び/又は方法(例えば、他の種類の機械的締結具、締め具、接着剤等)は、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、使用することができる。
特定の適用例では、上側部分110a及び下側部分110bから構成される第1のステータ110の使用が有益であり得る。そのような構成は、第1のステータ110の外側に更なる軸方向空間をもたらすことができ、内側部材114及び外側部材116を有する同様のサイズの軸シール組立体110と比較して、入口114aのサイズを増大することができるようにする。そのような構成は、1つ又は複数のOリング102とコードの在庫との比較的容易な交換を可能にする、及び/又はシール組立体100が係合する機器の分解を必要としない。他の適用例では、上側部分110a及び下側部分110bにより構成した第1のステータ110は、締結具104の数が低減するため、内側部材114及び外側部材116を有するシール組立体100よりも容易な設置を可能にし得る。最後に、上側部分110a及び下側部分110bから構成される第1のステータ110は、製造上の利益をもたらすことができる。というのは、内側部材114及び外側部材116を有する同様のサイズの軸シール組立体110と比較して、凹面112で構成するのに必要な要素がより少ないためである。上側部分110a及び/又は下側部分110bのいずれかは、1つ又は複数の細穴113と共に構成し、ユーザが上側部分110aを下側部分110bから分離する、並びに/又はシール組立体100を関連する軸12及び/若しくは他の機器から解放するのを支援することができる。
第1のステータ110が、シール組立体100が周りに配置される軸12の長手方向軸が通過する水平向き平面に沿って分岐するのに加えて、第2のステータ120、スロットル部材130及び/又はアクセス板128もそのように分岐させることができる。そのような構成は、軸12に関連する多くの機器又は機器のいずれかを分解する必要なしに、軸12の周囲にシール組立体100の設置を可能にすることによって、シール組立体100の設置に関連する労力及び/又は時間を低減することができることが企図される。そのような構成において、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、あらゆる分割構成要素の2つの半部(例えば、第1のステータ110、第2のステータ120、スロットル部材130、アクセス板128等)は、第1のステータ110、上側部分110a及び下側部分110bに関して上記したあらゆる適切な構造及び/又は方法を介して互いに選択的に係合することができる。
次に、図21A及び図21Bを詳細に参照すると、本開示によるシール組立体100の別の例示的実施形態が示される。概して、この例示的実施形態は、既に説明し、図18〜図19Dに示すのと同じ要素、同様の要素又は相関する要素と共に構成することができ、同じ利益、同様の利益又は相関する利益をもたらすことができる。しかし、図21A及び図21Bに示すシール組立体100は、第1のステータ110が内側部材114と外側部材116とを含み得るように構成することができ、内側部材114及び外側部材116は、互いに係合することができる。
第1のステータ110の内側部材114は、封止流体を供給し得る入口114aと共に形成することができる。更に、内側部材114は、第1のステータ110の内側面上で環状凹部111と共に形成することができ、環状凹部111内にOリング102を配置することができる。Oリング102は、機器筐体に対して第1のステータ110の内側を十分に封止し、機器筐体に隣接する製品に向かう物質の進入、及びシール組立体110と機器筐体との境界面における製品の脱出を軽減又は防止する得ることが企図される。しかし、限定はしないが、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、あらゆる適切な構造及び/又は方法を使用し、シール組立体100と機器筐体(例えば、他の機械的封止デバイス、化学的シール、それらの組合せ等)との間に所望のシールを達成することができる。
外側部材116は、1つ又は複数のピン凹部116aと共に形成することができ、ピン108をピン凹部116aに挿入することができる。ピン108の径方向内側末端は、以下で更に詳細に説明するように、第2のステータのピン凹部123内に延在し、第1のステータ110と第2のステータ120との間の角度方向の調心不良の度合いを制限するように働くことができる。
内側部材114及び外側部材116は、凹面112をこれらの一部分上にもたらすように協働することができ、凹面112の第1の部分は、内側部材114上に構成することができ、凹面112の第2の部分は、外側部材116上に構成することができる。棚部112aは、凹面112の第1の部分と第2の部分との間に配置することができ、棚部112aは、少なくとも図18B及び図18Cに示すように、軸方向寸法でほぼ線形とすることができる。最後に、内側部材114及び外側部材116の両方は、凹面112上で環状凹部111と共に構成することができ、Oリング102は、第1のステータ110の凹面112と第2のステータ120の凸面122aとの境界面における第1のステータ110と第2のステータ120との間の領域を通じた物質の脱出及び/又は進入を十分に軽減又は防止するように各環状凹部111内に配置することができる(第2のステータは、以下で更に詳細に説明する)。
図18〜図21Bに示すシール組立体100は、従来技術に勝るいくつかの利点を享受することができる。1つの利点は、径方向軸12の移動に適応するように物理的に移動するシール組立体100の要素の質量は、従来技術のこうした要素の質量よりも少ないということである。というのは、物理的な移動のためにスロットル部材130のみを必要とし、これにより、より迅速な反応を可能にし、シール組立体100に対し比較的良好な封止及び比較的長い寿命をもたらすためである。別の利点は、主要本体122に対するアクセス板128の相対的な軸方向部分が、アクセス板128の外径をねじ山と共に構成することによって調節し得ることであり、このねじ山は、第2のステータ120の内径上のねじ山に対応し(このねじ山は、主要本体棚部126の径方向内面上に形成することができる)、これにより、ユーザがスロットル部材130に隣接する1つ又は複数のOリング102の圧縮量を調節することが可能になる。このことにより、ユーザが、第2のステータ120に対してスロットル部材130を径方向寸法で移動するのに必要な力の量を調節することが可能になり得る。アクセス板128の軸方向穴128b内に配置される締結具104は、第2のステータ120に対してアクセス板128を回転させる把持点の形態をもたらすことができる、及び/又は係止機構(例えば、一種の止めねじとして)をもたらし、第2のステータ120に対してアクセス板128の位置を固着することができる(この位置は、通常の場合は、外力、振動等のために変化する可能性がある)。
固定ステータ20、浮動ステータ30及び/又は封止部材40の様々な特徴の特定の構成、数及び/又は物理的な寸法(例えば、環状凹部26の径方向寸法、凹面38及び/又は凸面48の表面積、径方向穴44の直径、長さ並びに向き等)は、軸シール組立体10の特定の適用例に応じて様々とすることができる。更に、第1のステータ110及び/又はこの構成要素(例えば、内側部材114、外側部材116等)、第2のステータ120及び/又はこの構成要素(例えば、主要本体122、凸面棚部122b、内部通路125、アクセス板128等)、並びに/又はスロットル部材130及び/若しくはその構成要素(例えば、第1の壁132、中間部分133、第2の壁134、スロットル部材通路136等)の様々な特徴の最適な構成、数、及び/又は物理的な寸法は、シール組立体100の特定の適用例に応じて様々とすることができる。これらの変形形態を利用すると、様々なサイズの軸12及び/又は軸シール組立体100、並びに様々な量及び/若しくは種類の軸12とシール組立体100との間の相対的な移動に適応させることができる。
本明細書で開示する装置及び/又は装置の構成要素を構成するのに使用される材料は、特定の適用例に応じて様々であるが、ポリマー、合成材料、金属、金属合金(例えば、青銅、真鍮、ステンレス鋼又は他の金属及び/又は金属合金及び/又はそれらの組合せ)並びに/又はそれらの組合せをいくつかの適用例特に有用とし得ることが企図される。したがって、上記で言及した要素は、当業者に公知であるか又は後に開発されるあらゆる材料から構成することができ、この材料は、以下の特許請求の範囲内でそのように示されない限り、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本開示の特定の適用例に適している。
様々な装置及び方法の好ましい態様、これらの他の特徴に対して説明することによって、疑問の余地なく、本明細書で示す実施形態及び/又は態様における多くの修正形態及び改変形態として、当業者は考え付くであろう。これらの全ては、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、達成することができる。したがって、本明細書で図示、説明する装置及び方法の実施形態は、説明のためにすぎず、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本開示の範囲は、様々な利益及び/又は本開示の特徴をもたらす全ての工程、装置、及び/又は構造に及ぶ(この利益は、限定はしないが、調心不良が角度方向、径方向及び/又は軸方向であるかにかかわらず、筐体及び/又は軸シール組立体に対する軸(複数可)の調心不良に適応すること、及び/又は軸シール組立体を構成し、回転要素と非回転要素との間に加圧流体障壁を生成することを含み得る)。
装置及び方法は、本明細書では、好ましい態様及び特定の例に関して説明してきたが、示した実施形態及び/又は態様に範囲を制限することを意図しない。というのは、本明細書では、実施形態及び/又は態様は、全ての点で、限定的ではなく、例示的であることを意図するためである。したがって、本明細書で図示、説明する装置及び方法は、以下の特許請求の範囲でそのように述べない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。
いくつかの図面は、正確な尺度で描かれているが、本明細書で与えるあらゆる寸法は、説明の目的にすぎず、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。装置及び方法は、本明細書で図示、説明する特定の実施形態に限定するのではなく、本開示による発明的な特徴の範囲は、特許請求の範囲によって本明細書で規定されることを留意されたい。説明した実施形態からの修正形態及び改変形態は、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者には思い付くであろう。
装置及び方法の様々な特徴、構成要素、機能、利点、態様、構成、方法ステップ等は、こうした特徴、構成要素、機能、利点、態様、構成、方法ステップ等の適合性に応じて単独、又は互いに組み合わせて使用することができる。したがって、ほぼ無限の数の本開示の変形形態が存在する。別のものに対する1つの特徴、構成要素、機能、態様、構成、方法ステップ等の修正形態及び/又は代替形態は、以下の特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本開示の範囲を決して限定するものではない。
本開示は、文脈及び/又は図面から明らかであり、本質的に開示される上述の1つ又は複数の個々の特徴の全ての代替形態の組合せに拡張される。これら様々な組合せの全ては、本開示及び/又はその構成要素の様々な代替形態の態様を構成する。本明細書で説明する実施形態は、本明細書で開示する装置、方法、及び/又は構成要素を実行する、既知の最良のモードを説明しており、当業者がこの最良のモードを利用することを可能にする。特許請求の範囲は、従来技術によって許容される程度まで、代替実施形態を含む。
特許請求の範囲で別段に規定されていない限り、本明細書で示すあらゆる工程又は方法が、当該ステップを特定の順序で実施する必要があると解釈することを決して意図しない。したがって、方法クレームが実際にある順序の後に当該ステップを列挙していない場合、又は特許請求の範囲若しくは明細書内で、ステップを特定の順序に限定すべきということを別様に具体的に述べていない場合、順序が推測されることをあらゆる点で決して意図するものではない。このことは、限定はしないが、ステップ又は動作フローの構成に対する論理事項を含む、あらゆる可能な非明示的基礎、文法的構成又は句読法から導出される平易な意味、本明細書で説明される実施形態の数又は種類にも当てはまる。
図1〜図12での符号:
1 軸
2 固定ステータ
2a 固定ステータ(部分線)
3 ラビリンス・シール
3a 丸みを帯びた面
4 浮動ステータ
5 流体帰路
6 軸シール隙間
7 第1のOリング
8 回転防止ピン
9 通気口
10 回転防止溝(浮動ステータ)
11 球形境界面
12 回転防止ピン
13 第2のOリング
14 ラビリンス・シール・パターン溝
15 第1のOリング通路
16 回転防止デバイス(固定ステータ)のための空洞
17 ラビリンス・シールの軸面
18 浮動ステータの軸面
19 第2のOリング通路
20 浮動ステータ/固定ステータ間の第1の隙間
21 浮動ステータ/固定ステータ間の第2の隙間
22 スロットル溝
23 ラビリンス・パターン角度方向溝
24 スリーブ
25 軸シール組立体
26 スロットル(調心スケート)
27 浮動ステータ環状溝
28 ラビリンス・シール通路
29 浮動ステータ通路
30 筐体
31 調心不良角度
32 軸受及び軸受空洞
33 組み付けボルト
34 容器壁
40 圧力が均衡化された軸シール組立体
42 ラビリンス・シール内面
44 浮動ステータ内面
46 圧力が均衡化された環状通路
47a 第1の径方向境界面
47b 第2の径方向境界面
48 固定ステータ環状溝
48a 環状溝の径方向内面
図13〜図15Aでの符号:
10 軸
18 軸受隔離体
19 筐体
20 ロータ
30 ステータ
31a ステータ
31 固定ステータ
40 通路
40a 通路
50 球形面
51 球形面
52 隙間
60 摩擦シール
61a フランジ形ユニット
80 中心点
99 導管
100 流体
101 ピン
102 環状凹部
図16〜図21Bでの符号:
10 軸シール組立体
12 軸
14 締結具
20 固定ステータ
20a 固定ステータシール溝
21 主要本体
22 面板
22a 面板ピン凹部
22b 面板シール溝
24 入口
26 環状凹部
28 シール
30 浮動ステータ
30a 浮動ステータシール溝
32 径方向外面
33 第1のピン凹部
34 ピン
35 第2のピン凹部
35a 第2のピン凹部拡大部分
37 浮動ステータ角度溝
38 凹面
40 封止部材
42 凹部
44 径方向穴
44a 径方向穴入口
44b 径方向穴出口
46 径方向内面
48 凸面
100 シール組立体
102 Oリング
104 締結具
105 受け
106 開口
108 ピン
110 第1のステータ
110a 上側部分
110b 下側部分
111 環状凹部
112 凹面
112a 棚部
113 細穴
114 内側部材
114a 入口
116 外側部材
116a 第1のステータ凹部
120 第2のステータ
121 第2のステータ環状凹部
122 主要本体
122a 凸面
122b 凸面棚部
123 第2のステータ凹部
124 第2のステータ入口
125 内部通路
126 主要本体棚部
127 軸方向凹部
128 アクセス板
128a 肩部
128b 軸方向穴
129 環状空間
130 スロットル部材
131 スロットル部材環状凹部
132 第1の壁
132a 第1の壁軸方向突起
133 中間部分
133a 径方向通路
134 第2の壁
134a 軸方向突起
136 スロットル部材通路

Claims (31)

  1. 環状シール組立体であって、前記環状シール組立体は、
    a.径方向内側部分上に形成された凹面を有する第1のステータと、
    b.前記第1のステータ内に配置される第2のステータであって、前記第2のステータは、径方向外側部分上に凸面と共に形成され、前記第1のステータの前記凹面及び前記第2のステータの前記凸面は、前記第1のステータと前記第2のステータとの間に半球形境界面を形成し、前記第2のステータは、径方向内面上に内部通路と共に形成される、第2のステータと、
    c.前記第2のステータの前記内部通路内に配置されるスロットル部材と、
    を備え、前記スロットル部材は、第1の壁と第2の壁との間の中間部分と共に形成され、前記中間部分の外周は、前記第1の壁の外周及び前記第2の壁の外周よりもよりも小さい
    ことを特徴とする環状シール組立体。
  2. 前記第2のステータの軸方向に向けた面と選択的に係合可能なアクセス板を更に備え、前記アクセス板及び前記第2のステータは、前記内部通路の一部分を形成するように協働する
    請求項1に記載の環状シール組立体。
  3. 前記第1のステータは、前記第1のステータの径方向外面から前記凹面まで延在する入口を更に備える
    請求項2に記載の環状シール組立体。
  4. 前記第2のステータは、前記第2のステータの径方向外面から前記内側通路まで延在する第2のステータ入口を更に備える
    請求項3に記載の環状シール組立体。
  5. 前記スロットル部材は、前記中間部分内に径方向通路を更に備え、前記径方向通路は、前記中間部分の径方向外面から前記中間部分の径方向内面まで延在する
    請求項4に記載の環状シール組立体。
  6. 前記スロットル部材は、前記中間部分内に複数の径方向通路を更に備え、前記複数の径方向通路は、前記中間部分の外周の周囲に等しく分散される
    請求項5に記載の環状シール組立体。
  7. 前記凹面は、中に形成される棚部を更に備える
    請求項2に記載の環状シール組立体。
  8. 前記凸面は、凸面棚部を更に備える
    請求項2に記載の環状シール組立体。
  9. 前記第2のステータは、
    a.主要本体であって、前記内部通路は、前記主要本体の一部分内に形成される、主要本体と、
    b.前記主要本体から軸方向外側に延在する主要本体棚部と
    を更に備え、前記アクセス板は、前記主要本体棚部の径方向内面に隣接して配置される
    請求項2に記載の環状シール組立体。
  10. 前記第1のステータは、上側部分及び下側部分から構成されるものとして更に規定される
    請求項1に記載の環状シール組立体。
  11. 前記環状シール組立体は、前記環状シール組立体の直径に沿って分岐するものとして更に規定される
    請求項1に記載の環状シール組立体。
  12. 前記スロットル部材は、前記第2の壁の軸方向外面に形成されるスロットル部材環状凹部を更に備え、Oリングは、前記スロットル部材環状凹部内に配置される
    請求項1に記載の環状シール組立体。
  13. 前記凹面は、中に形成される環状凹部を更に備え、Oリングは、前記環状凹部内に配置される
    請求項1に記載の環状シール組立体。
  14. 前記第2のステータの長手方向軸が、前記第1のステータの長手方向軸に対して調心不良であってよいように、前記第2のステータは、前記半球形境界面回りで前記第1のステータに対して移動可能である
    請求項1に記載の環状シール組立体。
  15. 前記アクセス板は、前記第2のステータと選択的に螺入係合可能であるものとして更に規定される
    請求項1に記載の環状シール組立体。
  16. 環状シール組立体であって、前記環状シール組立体は、
    a.径方向内側部分上に形成された凹面を有する環状ステータと、
    b.前記第1のステータ内に配置される第2のステータであって、前記第2のステータは、径方向外側部分上に凸面と共に形成され、前記第1のステータの前記凹面及び前記第2のステータの前記凸面は、前記第1のステータと前記第2のステータとの間に半球形境界面を形成する、第2のステータと、
    c.前記第2のステータと選択的に係合可能であるアクセス板であって、前記アクセス板及び前記第2のステータは、前記アクセス板及び前記第2のステータの径方向内面上に内部通路を形成するように協働する、アクセス板と、
    d.前記内部通路内に配置されるスロットル部材と、
    を備え、前記スロットル部材は、第1の壁と第2の壁との間の中間部分と共に形成され、前記第1の壁及び前記第2の壁は、前記中間部分を越えて径方向に延在する
    ことを特徴とする環状シール組立体。
  17. 前記第1のステータは、前記第1のステータの径方向外面から前記凹面まで延在する入口を更に備える
    請求項16に記載の環状シール組立体。
  18. 前記第2のステータは、前記第2のステータの径方向外面から前記内側通路まで延在する第2のステータ入口を更に備える
    請求項17に記載の環状シール組立体。
  19. 前記スロットル部材は、前記中間部分内に径方向通路を更に備え、前記径方向通路は、前記中間部分の径方向外面から前記中間部分の径方向内面まで延在する
    請求項18に記載の環状シール組立体。
  20. 前記スロットル部材は、前記中間部分内に複数の径方向通路を更に備え、前記複数の径方向通路は、前記中間部分の外周の周囲に等しく分散される
    請求項19に記載の環状シール組立体。
  21. 前記凹面は、中に形成される棚部を更に備える
    請求項16に記載の環状シール組立体。
  22. 前記凸面は、凸面棚部を更に備える
    請求項16に記載の環状シール組立体。
  23. 環状シール組立体であって、前記環状シール組立体は、
    a.径方向内面上に形成された凹面を有する第1のステータであって、前記第1のステータは、軸を有する筐体と選択的に係合可能であるように構成され、前記軸は、前記筐体から延在し、前記筐体に対して回転可能であり、前記第1のステータは、前記軸の外周にわたり配置されるように構成される、第1のステータと、
    b.前記第1のステータ内に、前記軸の前記外周にわたり配置される第2のステータであって、前記第2のステータは、径方向外側部分上に凸面と共に形成され、前記第1のステータの前記凹面及び前記第2のステータの前記凸面は、前記第1のステータと前記第2のステータとの間に半球形境界面を形成し、前記第2のステータは、径方向内面上に内部通路と共に形成される、第2のステータと、
    c.前記第2のステータの前記内部通路内に配置され、前記軸の前記外周に隣接するスロットル部材と、
    を備え、前記スロットル部材は、第1の壁と第2の壁との間の中間部分と共に形成され、前記第1の壁及び前記第2の壁は、前記中間部分を越えて径方向に延在し、前記スロットル部材は、前記第1のステータ及び前記第2のステータに対して少なくとも径方向の寸法で移動可能である
    ことを特徴とする環状シール組立体。
  24. 前記第2のステータの軸方向に向けた面と選択的に係合可能なアクセス板を更に備え、前記アクセス板及び前記第2のステータは、前記内部通路の一部分を形成するように協働する
    請求項23に記載の環状シール組立体。
  25. 前記第1のステータは、前記第1のステータの径方向外面から前記凹面まで延在する入口を更に備える
    請求項24に記載の環状シール組立体。
  26. 前記第2のステータは、前記第2のステータの径方向外面から前記内側通路まで延在する第2のステータ入口を更に備える
    請求項25に記載の環状シール組立体。
  27. 前記スロットル部材は、前記中間部分内に径方向通路を更に備え、前記径方向通路は、前記中間部分の径方向外面から前記中間部分の径方向内面まで延在する
    請求項26に記載の環状シール組立体。
  28. 前記スロットル部材は、前記中間部分内に複数の径方向通路を更に備え、前記複数の径方向通路は、前記中間部分の外周の周囲に等しく分散される
    請求項27に記載の環状シール組立体。
  29. 前記凹面は、中に形成される棚部を更に備える
    請求項24に記載の環状シール組立体。
  30. 前記凸面は、凸面棚部を更に備える
    請求項24に記載の環状シール組立体。
  31. 筐体と前記筐体から延在する軸との間の領域を封止する方法であって、前記方法は、
    a.第1のステータを前記筐体と係合するステップであって、前記第1のステータは、径方向内側部分上に形成される凹面と共に形成され、第2のステータは、前記第1のステータ内に配置され、前記第2のステータは、径方向外側部分上に凸面と共に形成され、前記第1のステータの前記凹面及び前記第2のステータの前記凸面は、前記第1のステータと前記第2のステータとの間に半球形境界面を形成し、前記第2のステータは、径方向内面上に内部通路と共に形成される、ステップと、
    b.前記第2のステータを前記第1のステータに対して前記半球形境界面回りに移動可能にするステップと、
    c.前記第2のステータの前記内部通路内に配置されるスロットル部材を配置するステップであって、前記スロットル部材は、第1の壁と第2の壁との間で中間部分と共に形成され、前記中間部分の外周は、前記第1の壁の外周及び前記第2の壁の外周よりも小さい、ステップと、
    d.前記第1のステータ及び前記第2のステータに対して、前記内部通路内で前記スロットル部材を径方向に所定量移動可能にするステップと、
    e.前記スロットル部材並びに前記第1のステータ及び前記第2のステータに対して、前記スロットル部材の内面と前記軸の外面との間の円周隙間を介して前記軸を軸方向に移動可能にするステップとを含む
    ことを特徴とする方法。
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