(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体能動化シャフトバルクヘッドシールシステムであって、
環状キャリアであって、バルクヘッドに対して、かつ、前記バルクヘッドおよび前記環状キャリアを貫通して延在するシャフトの周囲に固定され、
前記環状キャリアは、前記シャフトの周囲であって、かつ、前記シャフトから離間した内側リング部分を含み、
前記環状キャリアは一対のリップシールを支持し、このリップシールは前記内側リング部分の各側に一つずつ存在し、各リップシールは、前記シャフトから離間したリップ部分と、前記内側リング部分に当接する部分との間に外側に面するポケットを有している環状キャリアと、
各リップシールの前記ポケット内のフォーム体であって、
各フォーム体は、流体の存在する状況で膨張し、前記シャフトに対して前記環状キャリアをシールするために前記リップシールの前記リップ部分を前記シャフトと接触するように押しやるよう構成されたゲル物質を含むフォーム体と、
一方の環状リテーナーであって、前記環状キャリアの一方側に係合する一方の環状リテーナー、および、他方の環状リテーナーであって、前記環状キャリアの他方側に係合する他方の環状リテーナーと、を具備し、
各環状リテーナーは、各リップシールの前記ポケット内で前記フォーム体を保持することを特徴とするシステム。
【請求項２】
各環状リテーナーは、前記ゲル物質を機能させるために、それを貫通する複数のオリフィスを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記内側リング部および前記環状リテーナーは、各リップシールの前記リップ部から内向きに離間されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
各リップシールの前記リップ部は、前記ゲル物質が膨張したとき、前記シャフトに対して密着する垂下遠位端部を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各リップ部分の前記垂下遠位端部は、前記リップ部の残部よりも厚みが小さくかつ剛性が低いことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
流体能動化シャフトバルクヘッドシールシステムであって、
環状キャリアであって、バルクヘッドに対して、かつ、前記バルクヘッドおよび前記環状キャリアを貫通して延在するシャフトの周囲に固定され、
前記環状キャリアは一対のリップシールを支持し、各リップシールは、前記シャフトから離間したリップ部分と、前記環状キャリアに当接する部分との間に外側に面するポケットを有し、各リップ部分は垂下遠位端部を含んでいる環状キャリアと、
各リップシールの前記ポケット内の物質であって、流体の存在する状況で膨張し、前記シャフトに対して前記環状キャリアをシールするために前記垂下遠位端部リップ部分を前記シャフトと接触するように押しやるよう構成された物質と、
一方の環状リテーナーであって、前記環状キャリアの一方側に係合する一方の環状リテーナー、および、他方の環状リテーナーであって、前記環状キャリアの他方側に係合する他方の環状リテーナーと、を具備し、
各環状リテーナーは、各リップシールの前記ポケット内で前記物質を保持することを特徴とするシステム。
【請求項７】
前記物質はフォーム体中のゲル物質であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記環状リテーナーは、前記物質を機能させるために、それを貫通する複数の流体オリフィスを備えることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記環状キャリアおよび前記環状リテーナーは、各リップシールの前記リップ部から内向きに離間されていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
各リップ部分の前記垂下遠位端部は、前記リップ部分の残部よりも厚みが小さくかつ剛性が低いことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記リップシールの対は、流体の存在しない状況では、前記シャフトから離間させられ、かつ、前記シャフトと接触しないことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記リップシールの対は、流体の存在しない状況では、前記シャフトから離間させられ、かつ、前記シャフトと接触しないことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してシールに関し、特に、ゲル物質を含む流体能動化(activated)シャフトシールに関する。
【０００２】
本願は、2010年7月28日に提出された米国特許出願番号第12/804,737号の利益ならびにそれに対する優先権を主張するが、これは2008年6月6日に提出された米国特許出願番号第12/124,848の一部継続であり、これは2005年11月22日に提出された米国特許出願番号第11/286,680の一部継続であり、これは35U.S.C.§§119,120,363,365および37C.F.R.§1.55および§1.78のもと、この引用によって本明細書中に組み込まれる2004年11月22日に提出された米国仮出願番号第60/629,911の利益およびそれに対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
多くの産業用途においては、シャフトが、ある構造体の一方の領域から壁を貫通して当該構造体の別な領域へと延びる必要がある。シャフトは、概して、壁の孔を貫通し、壁のポジションに対して運動する。たとえば、シャフトは、表面を貫通するシャフトの軸線を中心として、並進移動し、回転し、あるいは並進移動および回転の何らかの組み合わせ動作(たとえば捩れ、撓みあるいは延伸)することができる。一般に、空間的なクリアランスが、この動きを容易にするために、シャフトと開口との間に存在する。
【０００４】
動作するシャフトを擁するある用途は、構造体の一方の領域の漏れあるいは汚染が、シャフトと壁の開口との間のクリアランスを経て構造体の隣接領域に移動あるいは流動しないように、構造体の別個の領域間の流体分離を必要とする。たとえば、船舶の船体の長さに沿って延びる推進シャフトは船舶のさまざまなコンパートメントを分離する複数のバルクヘッドを貫通する。一方のコンパートメント内の水漏れがシャフトに沿って隣接コンパートメント内にバルクヘッドを経て移動するのを回避することは、船体が水で満たされそして船舶が沈没するのを阻止する上で重要である。通常は、シャフトシールが、たとえば船舶構造体におけるシャフト開口に対するシャフトの回転の間、あるコンパートメントから次のものへの流体の流動を制限するために使用される。
【０００５】
シャフト動作中にシャフトが回転するとき回転するよう設計された既存のシャフトシールの一例は、ワシントン州、PoulsboのWartsila-Lips, Inc.によって販売されているＮＤタイプシャフトシールである。このＮＤタイプシャフトシールは、モールディングおよびＯリングの両方がシャフトが回転するときに回転するように、ラバーモールディングシャフトインターフェースに配置されたＯリングを含む。バルクヘッドの各側の不均一な大きさの圧力によって生じるＯリングを横断する圧力差によってラバーモールディングは変形させられ、かつ、ハウジング(これは開口の周囲に配置される)に対して押し付けられる。モールディングの回転は、モールディングがハウジングに対して押し付けられるときに妨害される。静止モールディングはハウジングに対するシールを形成し、Ｏリングをシャフトと接触させる。Ｏリングはまた、回転を停止させ、そしてシャフトに対する流体シールを形成する。
【０００６】
ＮＤタイプのシャフトシールの一つの欠点は、シールコンポーネントが乾燥している間のシーリングコンポーネント間の接触はＯリングおよびゴムモールディングの関連する摩擦誘発磨耗によって引き起こされるシーリングコンポーネントの早期の破損につながることである。現在の造船規格は、一般に、シールがシャフトと係合する前に、約１/３psig(ポンド毎平方インチゲージすなわち約２３４.１kg/ｍ２)のシーリングコンポーネントの対向面間の圧力差あるいは約８〜９インチ(約２０３〜２２９ｍｍ)の水を要求している。水の存在は、シャフトとシーリングコンポーネント(たとえばモールディングおよびＯリング)との間の水密インターフェースの形成を助ける。ＮＤタイプシールは０.６〜０.９インチ(約１５.２〜２２.９ｍｍ)程度の水が存在する状況で機能する(たとえばシャフトに接触する)。シーリングコンポーネントが相対的に乾燥している間にシーリングコンポーネントはシャフトに接触し、早期の磨耗を生じる。さらに、液密シールを生み出すのに不十分な圧力差が、シーリングコンポーネントが相対的に少量の水の存在下で機能させられるとき、対向するシーリングコンポーネント間に生じる。液密シールが生じないとき、シャフトおよびシーリングコンポーネントに関連付けられた漏れ率は造船業者規格を超過してしまうことがある。
【０００７】
たとえば、造船業者規格は、一般に、０.５Ｕ.Ｓ.パイント/時(約０.０６５ml/s)の最大漏れ率を有する自己能動化バルクヘッドシールを要求している。自己能動化シャフトシールは、一般に、シャフトに対する設置の後および漏れの間、人的作用(たとえばシールの調整)を必要としない。ＤＤＧタイプ駆逐艦に関して、造船業者規格のもとで許される最大漏れ率は１Ｕ.Ｓ.パイント/時(約０.１３１４ml/s)である。相対的に小さな圧力差が存在する状況でのシールの作動(たとえば、上記の相対的に低い水レベルによって生じる早発的作動)はシールコンポーネントの短時間での損壊を生じる。シールの短時間での磨耗はシールの早期損壊に、そして造船業者規格との不適合につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、比較的少量の流体が存在する状況では早発的に作用することがない自己能動化シャフトシールが求められている。さらに、早期磨耗に抗するよう設計されたシャフトシールが求められている。さらに、さまざまな直径のシャフトを効果的にシールするためにその形状を拡縮できるシャフトシールが求められている。たとえば、相対的に小さな直径のシャフトおよび相対的に大きな直径のシャフト(そのいずれもが、駆逐艦あるいは商業船舶、さまざまな産業用途において見出すことができる)のためのシャフトシール設計が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書で説明するコンセプトは、流体にさらされたときに膨張するゲル物質とシールを関連付けることによって、現在のシャフトシール設計に関連する上記およびそれ以外の問題を解決することである。ある実施形態では、そうした物質を採用するシール設計は、概して、流体が存在しない状況では、動くシャフトと接触しない。シールとシャフトとの分離は、流体が存在しない状況でのシールへの摩擦の影響を低減することによって、シールの寿命を増大させる。ゲル物質が膨張するとき、シールは変形させられ、そしてシャフトと接触状態となるように押しやられる。そうしたシールと関連付けられた、さまざまな特徴および利点について以下で説明する。
【００１０】
本発明は、ある態様では、あるシステムに関する。当該システムは、バルクヘッド構造体に結合するためのインターフェースを含む外面を有するサポートコンポーネントを含む。本システムはまた、サポートコンポーネントの外面とスライド可能に係合するための内面を有するキャリアコンポーネントを含む。本システムは、キャリアコンポーネントに対して配置されたシールを含む。このシールは、リップ部分および流体反応性ゲル物質を含む。このゲル物質は、リップ部分をシャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるように押しやるために流体にさらされた際に膨張し、そして、シャフトとリップ部分との間にギャップを形成するか、あるいはそのサイズを増大させるために流体が存在しない状況では収縮する。
【００１１】
本発明は、別な態様では、シャフトが第１のコンパートメントから第２のコンパートメントへと延在する場合に第２のコンパートメントから第１のコンパートメント内の流体を分離させるためのシステムに関する。当該システムはシャフトに対して配置されたシールを含む。シールは、リップ部分およびリップ部分をシャフトに向けてあるいはそれと接触するように押しやるために流体にさらされた際に膨張する流体反応性ゲル物質を含む。ゲル物質は、シャフトとリップ部分との間のギャップを形成するか、あるいはそのサイズを増大させるために、流体が存在しない状況では収縮する。
【００１２】
ある態様では、本発明は、シャフトが第１のコンパートメントから第２のコンパートメントへと延在しかつ流体がリップ部分および流体応答性ゲル物質を含むシールによって分離される場合に、バルクヘッドによって第２のコンパートメントから分離された第１のコンパートメント内の流体を隔離するためのサポートコンポーネントに関する。ゲル物質は、リップ部分をシャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるように押しやるために流体にさらされたときに膨張し、かつ、シャフトとリップ部分との間にギャップを形成するか、そのサイズを増大させるために流体が存在しない状況では収縮する。サポートコンポーネントは、このサポートコンポーネントがインターフェース面に搭載されたとき、バルクヘッドに結合するためのインターフェース面を形成する環状コンパートメントを含む。環状構造体は、インターフェース面に対して配置された外面を含む。この外面は、サポートコンポーネントに対してシールを位置決めするキャリアコンポーネントの対応する内面とのスライド可能な係合のためのものである。
【００１３】
本発明は、別な態様では、リップ部分および流体応答性ゲル物質を含むシールを位置決めするためのキャリアコンポーネントに関する。ゲル物質は、リップ部分をバルクヘッドを貫通するシャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるように押しやるために流体にさらされたときに膨張し、かつ、シャフトとリップ部分との間にギャップを形成するか、そのサイズを増大させるために流体が存在しない状況では収縮する。キャリアコンポーネントは、シャフトの動作に応答してバルクヘッドに対して設置されたサポートコンポーネントの対応する外面とスライド可能に係合するための、その本体の外周に沿ってチャネルを形成する環状体を含む。この管状体は、シールに結合しかつそれを位置決めするボディの内面に沿って延在部分を有する。
【００１４】
別の態様では、本発明は、バルクヘッド構造体によって分離された隣接コンパートメントをシールする方法に関する。当該方法は、バルクヘッド構造体の対応するインターフェースに対して、外面を有するサポートコンポーネントのインターフェースを固定することを含む。本方法はさらに、サポートコンポーネントの外面とスライド可能な係合状態でキャリアコンポーネントの内面を位置決めすることを含む。本方法はキャリアコンポーネントに対してシールを結合することを含む。シールは、リップ部分と、このリップ部分をシャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるように押しやるために流体にさらされたときに膨張し、かつ、シャフトとリップ部分との間にギャップを形成するか、そのサイズを増大させるために流体が存在しない状況では収縮する流体応答性ゲル物質とを含む。
【００１５】
本発明は、別な態様では、あるシステムに関する。当該システムは、バルクヘッド構造体の対応する内面に対してサポート手段を結合するためのインターフェースを含む。サポート手段は外面を有する。本システムは、シーリング手段の一部とバルクヘッド構造体を貫通するシャフトとの間の流動経路のサイズを調整するために流体との接触あるいは流体の不在に応答して体積を可逆的に変化させる流体応答性ゲル物質を含む。本システムはまた、サポート手段に対してシーリング手段を位置決めするためのキャリア手段を含む。キャリア手段は、サポート手段の外面とスライド可能に係合するための内面を有する。
【００１６】
本発明は、別な態様では、流体がリップ部分および流体応答性ゲル物質を含むシールによって分離される場合に、シャフトが第１のコンパートメントから第２のコンパートメントへと延在する第２のコンパートメントから第１のコンパートメント内の流体を隔離するためのシステムに関する。ゲル物質は、リップ部分をシャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるように押しやるために流体にさらされたときに膨張し、かつ、シャフトとリップ部分との間にギャップを形成するか、そのサイズを増大させるために流体が存在しない状況では収縮する。本システムは、第１のコンパートメントの第１の面と、第２のコンパートメントの第２の面と、第１のコンパートメントから第２のコンパートメントに至る開口を有するバルクヘッド構造体を含む。第１の面は第１の環状領域を形成し、かつ、第２の面は第２の環状領域を形成する。第１および第２の環状領域は開口に隣接しており、かつ、バルクヘッド構造体に対してシールを位置決めするキャリアコンポーネントの対応する内面とのスライド可能な係合のためのものである。
【００１７】
別な例および実施形態では、上記態様のいずれかは、以下の特徴の一つ以上を含み得る。ある実施形態では、システムあるいはコンポーネントは、キャリアコンポーネントに対してシールを位置決めしかつ結合するための保持コンポーネントを含む。この保持コンポーネントは、ゲル物質に対して保持コンポーネントを結合するプレート部分を含み得る。ゲル物質の膨張は、シャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるようにシールのリップ部分を相応に押しやるためにプレート部分を押しやる。プレート部分はまた、ゲル物質の膨張に応答してリップ部分が移動する距離を増大させることができる。
【００１８】
ある実施形態では、Ｏリングのセットが、サポートコンポーネントの外面とキャリアコンポーネントの内面との間に配置される。このＯリングのセットはバルクヘッドあるいはバルクヘッド構造体によって分離させられた第１のコンパートメントから第２のコンパートメントへの流動経路を減少させる。ある実施形態では、バルクヘッド構造体はハウジング部分を含み、かつ、サポートコンポーネントの内面はこのハウジング部分に結合する。
【００１９】
ある実施形態は、シャフトに対してシールを位置決めするためにキャリアコンポーネントに対して位置決めされたアライメントリングを特徴とする。このアライメントリングは、シャフトに対してキャリアコンポーネントの延在部分に対して位置決めされることができる。アライメントリングは低摩擦あるいは低摩耗素材(あるいは両方)を含み得る。アライメントリングはまた低腐食素材を含み得る。たとえば、アライメントリングは、低摩耗、低摩擦および／または低腐食素材から形成されても、あるいはそれを用いてコートされてもよい。ある実施形態では、シールのリップ部分はまた低摩擦あるいは低摩耗素材(あるいは両方)を含み得る。シールのリップ部分はまた低腐食素材を含み得る。ある実施形態では、シールのリップ部分は、低摩耗、低摩擦および／または低腐食素材から形成されても、あるいはそれを用いてコートされてもよい。低摩耗素材は、アライメントリング、シールのリップ部分、シャフトあるいはこれら三つの組み合わせの磨耗を低減できる。低摩擦素材は、アライメントリングとシャフトとの間のあるいはシールのリップ部分とシャフトとの間の摩擦を低減できる。ある実施形態では、シャフトは複合シャフトである。シャフトは金属あるいは合金から形成できる。
【００２０】
ベアリングのセットは、キャリアコンポーネントの一部内に配置でき、そしてシャフトに対して位置決めできる。ベアリングのセット内の各ベアリングはシャフトによる接触および／または回転に応じて回転できる。ベアリングのセットはシャフトに対してシールを心出しできる。ベアリングのセットに対応するブッシュのセットが、キャリアコンポーネントに対してベアリングのセットを固定するために使用できる。ある実施形態では、ベアリングのそれぞれは、その表面上に配置されたコーティングを含む。ある実施形態は回転シャフトを特徴とする。キャリアコンポーネントの延在部分は凹状領域を含むことができる。ベアリングのセットはシャフトと回転可能に係合するために凹状領域内に配置できる。ある実施形態では、ベアリングのセットに対応するブッシュのセットは、キャリアコンポーネントに対してベアリングのセットを固定する。ブッシュのそれぞれは、キャリアコンポーネントの延在部分の外面と実質的に面一であるブッシュ面を形成できる。
【００２１】
ある実施形態では、シールは流体透過性硬質開放気泡フォームあるいは流体透過性軟質開放気泡フォームを含む。ゲル物質は硬質あるいは軟質開放機構フォーム内に埋め込むことができる。ゲル物質の膨張あるいは収縮は可逆作用である。たとえば、この可逆作用は、ゲル物質の相転移温度を下回るゲルの温度に応答して膨張するゲル物質を含む。この可逆作用はまた、ゲル物質の相転移温度を上回るゲルの温度に応答して収縮するゲル物質を含み得る。
【００２２】
シャフトとの接触は、リップ部分、アライメントリング、ベアリングセットあるいはその組み合わせによることを含む、シャフトとの軽微な接触あるいはシャフトとの係合を意味し得る。シャフトとリップ部分との間にギャップを形成することは、リップ部分がシャフトとの接触を脱するように移動することを含む。シャフトとリップ部分との間のギャップサイズを増大することは、リップ部分がシャフトから離れるように移動することを含む。
【００２３】
ある実施形態では、サポートコンポーネントの外面は二つの実質的に平行な面を有する。この実質的に平行な面は、実質的に対向することができる(たとえば、一方の面は第１のコンパートメントに面することができ、そして他方の面はバルクヘッド構造体によって分離された第２のコンパートメントに面することができる)。バルクヘッド構造体の第１および第２の面はまた、実質的に平行な対向する面であってもよい。
【００２４】
本発明は、別な態様では、あるシステムに関する。当該システムは、フレキシブル体の外径に沿って内面を形成するフレキシブル体を含む。本システムはまた、このフレキシブル体の内径に沿って配置されたシーリング構造体を含む。シーリング構造体は、リップ部分と、流体にさらされたときにリップ部分をシャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるように押しやるゲル物質とを含む。ゲル物質は、シャフトとリップ部分との間にギャップを形成するかあるいはそのサイズを増大させるために流体の存在しない状況では収縮する。
【００２５】
ある実施形態では、上記システムは、キャリアコンポーネントあるいはサポートコンポーネントに対してインターフェース面を結合するためにフレキシブル体に対して(たとえばフレキシブル体の外径に対して)取り外し可能に固定可能な環状構造体を含む。フレキシブル体は、ある例では、フレキシブル体の内径に沿って配置された延在部分を特徴とする。リングは延在部分に対して結合させることができる。リングは、低摩擦、低摩耗、あるいは低腐食素材(あるいはそうした素材の組み合わせ)を用いて形成されるか、あるいはそれによってコートされてもよい。ある実施形態では、シーリング構造体はバックアップシールである。シーリング構造体はフレキシブル体と一体的に形成されてもよく、あるいはシーリング体はフレキシブル体と別個に形成され、それに対して(たとえば接着によって)結合されてもよい。
【００２６】
本発明は、ある態様では、ハウジングと、このハウジングに対して配置されたシールとを含むシステムを特徴とする。シールはゲル物質を含むが、これは、ハウジングとギャップとの間のギャップあるいはクリアランスを通る流体の流れを低減するために流体にさらされた際に膨張する。シールはリップ部分を含み、かつ、ゲル物質の膨張はシャフトと接触状態となるようにリップ部分を押しやる。
【００２７】
ある実施形態では、シールは、ハウジングとシャフトとの間のギャップと関連付けられた流動面積を減少させる。ある実施形態では、シールは、ゲル物質の膨張によってシャフトと接触状態となるように付勢され、そして(たとえばギャップを閉鎖することによって)実質的に流動面積を排除する。ある実施形態では、ゲル物質は、シールとシャフトとの間にギャップを形成することあるいはそれを増大させることの少なくとも一方のために流体の存在しない状況では収縮するよう構成される。ある実施形態では、コンパートメントから流体が除去された後、ゲル物質は乾燥し、そして、シールが流体との接触前にとっていた本来の形状に戻るようにシールが変形することを可能とするよう収縮する。ある実施形態では、ゲル物質の膨張は可逆プロセスあるいは作用である。ある実施形態では、シャフトはバルクヘッドを貫通する(たとえば船舶の船体を貫通するプロペラシャフト)。ある実施形態では、ゲル物質は開放気泡フォーム内にゲル粒子を埋め込むことで形成される。ある実施形態では、開放気泡フォームは硬質開放気泡フォームあるいは軟質開放気泡フォームである。ある実施形態では、開放気泡フォームは、シールのポケット内に嵌るように成形される。
【００２８】
ある実施形態では、シールはリップシールを含む。シールあるいはリップシールは、弾性素材、天然ゴム素材、あるいは合成ゴム素材を含むことができる。ある実施形態では、シールは、シールとシャフトとの間の摩擦を低減するための低摩耗素材を、あるいはシールとシャフトとの間の摩擦を低減するための低摩擦素材を含む。低摩耗素材は、たとえば、シールに対してモールドされるか、接着されるか、コートされるか、あるいはその他の方法で固定あるいは付加されたTeflon(登録商標)素材であってもよい。低摩耗素材は、シャフトとシールとの間の長期接触の間に生じ得るシャフトとシールとの間の磨耗を低減する。ある実施形態では、本システムは、ハウジング、シャフトあるいは両方に対してシールを整列させるよう構成されたアライメントリングを含む。ある実施形態では、アライメントリングは、シャフトに対する接触面および低摩耗素材を含む。ある実施形態では、低摩耗素材はTeflon(登録商標)素材からなる。ある実施形態では、低摩耗素材は、接着、着座、嵌合、結合、あるいはこれらの組み合わせの少なくとも一つによって、シールに対して固定される。ある実施形態では、シールは、たとえば、溝、ポケット、締り嵌め(たとえば直径締り嵌め)、あるいは摩擦嵌合によって、低摩耗素材を捕らえる。アライメントリングは、低摩耗あるいは低摩擦素材、たとえばTeflon(登録商標)素材から形成されてもよい。アライメントリングはまた低摩耗あるいは低摩擦素材でコートされてもよい。
【００２９】
ある実施形態では、システムは第２のシールを含むが、これは、流体と接触した際に膨張し、そしてハウジングとシャフトとの間のギャップを通る流体の流れを低減する第２のゲル物質を備える。ある実施形態では、シールは、第１の方向に沿ったハウジングとシールとの間のギャップを通る流体の流れを低減し、そして第２のシールは、第２の方向に沿ったハウジングとシャフトとの間の第２の流れを低減する。ある実施形態では、第２の方向は第１の方向と実質的に逆向きである。
【００３０】
ある実施形態では、シールはバックアップシールである。このシールは、ハウジングに対するシャフトの動作(たとえば回転、並進移動、あるいはその組み合わせ)の間、ハウジングとシャフトとの間の流体の流れを低減できる。ある実施形態では、シールが流体にさらされるとき、圧力差がシールを横切って維持される。この圧力差は、たとえばゲル物質と相互作用しゲル物質を膨張させることによって、シールの性能を改善できる。
【００３１】
本発明は、別の態様では、シャフトとハウジングとの間の流体の流れを低減するための方法を特徴とする。本方法は、シャフトに対して開口内にハウジングを設置することを含む。本方法はまた、ハウジングに対してシールを配置することを含む。このシールは、流体にさらされたときに膨張すると共にハウジングとシャフトとの間のギャップを通過する流体の流れを低減するゲル物質を含む。
【００３２】
ある実施形態では、本方法は、ハウジング、シャフト、あるいは両方に対してシールを整列させるよう構成された少なくとも一つのアライメントリングを設置することを含む。ある実施形態では、本方法は、シールに対してハウジングを整列させるためにシールに対してアライメントリングを結合することを含む。ある実施形態では、本方法は、流体にさらされたときに膨張してハウジングとシャフトとの間のギャップを通過する流体の第２の流れを低減するゲル物質を含む第２のシールを設置することを含む。ある実施形態では、本方法は、ハウジング、シャフト、あるいは両方に対してシールを整列させるよう構成された第２のアライメントリングを設置することを含む。ある実施形態では、本方法は、シールに対して低摩耗素材を固定することを含み、固定は、接着、着座、嵌合、結合、あるいはこれらの組み合わせの少なくとも一つを含む。ある実施形態では、固定は、シールが、たとえば溝、ポケット、締り嵌め(たとえば直径締り嵌め)、あるいは摩擦嵌合によって、低摩耗素材を捕らえることを含む。
【００３３】
本発明は、別の態様では、シャフトに対して配置されたハウジングと、流体との接触に応答してハウジングとシャフトとの間のギャップを低減させるための手段とを含むシステムを特徴とする。ギャップを低減させるための手段は、流体反応性ゲル物質を含む。
【００３４】
本発明は、別な態様では、ハウジングと、ハウジングに対して配置されたシールとを含むシステムを特徴とする。シールは、ハウジングと構造体との間のギャップを通過する流体の流れを低減するために流体にさらされたときに膨張するゲル物質を含む。
【００３５】
ある実施形態では、シールの一部は、たとえば、シールなどのシステムのコンポーネントへの摩擦と関連付けられた磨耗を低減するために、流体が存在しない状況では、構造体と非接触状態である。ある実施形態では、シールの一部は、シールが液体にさらされたときに構造体と接触する。ある実施形態では、シールはリップ部分を含み、かつ、ゲル物質の膨張はリップ部分を構造体と接触するように押しやる。
【００３６】
本発明のある実施形態では、上記態様のいずれかは上記特徴の一つ以上を含むことができる。本発明のある実施形態は、上記特徴および利点の全てを提供できる。
【００３７】
上記およびその他の利点は以下の説明ならびに図面からさらに完全に理解されるが、図面は例証であり、必ずしも一定の率で縮尺ではない。
【００３８】
だが、本発明は、別な実施形態では、全ての上記目的を達成する必要はなく、その権利範囲は、これらの目的を達成できる構造体あるいは方法に限定されるべきではない。
【００３９】
本発明に基づくある流体能動化シャフトバルクヘッドシールシステムは、バルクヘッドに関して、かつ、バルクヘッドおよび環状キャリアを貫通して延在するシャフトの周囲に固定された環状キャリアを有する。環状キャリアは、シャフトの周囲でかつそれから離間された内側リング部位を含んでいてもよい。環状キャリアはリング部分の各側に一つずつ一対のリップシールを支持する。各リップシールは、シャフトから離間したリップ部分と、内側リング部分に当接する部分との間に外側に面するポケットを有する。フォーム体が各リップシールのポケット内に配置される。ゲル物質を含む各フォーム体は、流体の存在する状況で膨張し、シャフトに対して環状キャリアをシールするためにリップシールのリップ部分をシャフトと接触するように押しやる。環状リテーナーは、各リップシールのポケット内でフォーム体を保持するために環状キャリアの各面に係合する。環状リテーナーは、好ましくは、ゲル物質を機能させるためにそれを貫通する複数の流体オリフィスを含む。内側リング部分および環状リテーナーは、通常、各リップシールのリップ部分から内側に離間されている。ある実施形態では、リップシールのリップ部分は、ゲル物質が膨張したとき、シャフトに対して密着する垂下遠位端部を含む。各リップシール部分の垂下遠位端部は、通常、リップ部分の残部よりも厚みが小さくかつ剛性が低い。
【００４０】
本発明はまた、バルクヘッドに対して、かつ、バルクヘッドおよび環状キャリアを貫通して延在するシャフトの周囲に固定され環状キャリアを備える流体能動化シャフトバルクヘッドシールシステムを特徴とする。環状キャリアは一対のリップシールを支持し、各リップシールは、シャフトから離間したリップ部分と、内側リング部分に当接する部分との間に外側に面するポケットを有する。各リップ部分は垂下遠位端部を含んでいる。各リップシールのポケット内は、流体の存在する状況で膨張し、シャフトに対して環状キャリアをシールするために垂下遠位端部リップ部分をシャフトと接触するように押しやるよう構成される。環状リテーナーは、各リップシールのポケット内で物質を保持するために、環状キャリアの各側に係合させられる。好ましくは、上記物質はフォーム体中のゲル物質である。
【００４１】
その他の目的、特徴および利点は、好ましい実施形態に関する以下の説明ならびに図面から当業者にとっては明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を体現する、シャフトとハウジングとの間の流体の流れを低減するシステムの一部の断面図である。
【図２】本発明を体現する、シャフトとハウジングとの間の流体の流れを低減するシステムの一部の拡大斜視図である。
【図３】本発明の例証的実施形態に基づく、ゲル物質を収容するよう設計されたポケットを含むリップシールの破断斜視図である。
【図４】本発明の例証的実施形態に基づくシステムの断面図である。
【図５】図４のシステムにおいて使用するためのバックツーバックリップシールの断面斜視図である。
【図６】本発明を体現するシステムに関する漏れ率データのグラフである。
【図７】本発明の例証的実施形態に基づくシールの断面斜視図である。
【図８Ａ】本発明の例証的実施形態に基づくシステムの一部の断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａのシステムの一部の部分的断面斜視図である。
【図８Ｃ】本発明の例証的実施形態に基づく、代替的キャリアコンポーネントを含むシステムの一部の断面図である。
【図９Ａ】本発明の例証的実施形態に基づく、サポートコンポーネントの一部の斜視図である。
【図９Ｂ】組み立てられたサポート構造体の平面図である。
【図９Ｃ】本発明の例証的実施形態に基づく、バルクヘッド構造体の平面図である。
【図９Ｄ】図９Ｃのバルクヘッド構造体の断面図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態を示す、非能動化状態あるいは流体が存在しない状態で示された保持コンポーネントおよびプレート部分を含むシーリングシステムの断面図である。
【図１０Ｂ】能動化状態あるいは流体が存在する状態で示された図１０Ａのシーリングシステムの断面図である。
【図１１Ａ】本発明の例証的実施形態に基づく、ベアリングの斜視図である。
【図１１Ｂ】その中に設置された図１１Ａの複数のベアリングを有するキャリアコンポーネントを含むシステムの一部断面斜視図である。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態を示す、キャリアコンポーネントに組み込まれたベアリングを含むシーリングシステムの一部断面斜視図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態を示すシステムの断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａのシステムの一部の正面面図である。
【図１２Ｃ】本発明の態様を具現化するデブリガードの断面図である。
【図１２Ｄ】クランプ構造体を含むシステムの正面図である。
【図１３】本発明に基づく別な流体能動化シャフトバルクヘッドシールシステムの概略正面図である。
【図１４】図１３の線１４‐１４に沿って取った断面図である。
【図１５】図１４に示すシールシステムの一部の概略断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下で説明する好ましい実施形態あるいは実施形態群に加えて、本発明は別な実施形態が可能であり、かつ、さまざまな様式で実施あるいは実現することができる。したがって、本発明は、その適用に関して、以下の説明において言及するか図面に示した構造の細部およびコンポーネントの配置に限定されない。ただ一つの実施形態が本明細書中で説明されている場合、その権利範囲は当該実施形態には限定されない。さらに、その権利範囲は、確かな除外、制限、あるいは放棄を明示する明確かつもっともな証拠が存在しない限り、制限的に解釈すべきではない。
【００４４】
図１は、本発明を体現する、シャフトとハウジングとの間の流体の流れを低減するシステム１００の断面図である。システム１００は、組み込みのために、そして、長手方向軸線Ａを有するシャフト１０２と共に使用するために設計されている。システム１００は、一つ以上の貫通孔１０８を有する延在部１０６に結合されたハウジング１０４を含む。システム１００は、たとえば、貫通孔１０８を経てサポート面あるいはバルクヘッド(図示せず)上の対応する孔(図示せず)へと一つ以上のボルトを通すことによって、シャフト１０２に対して固定的に取り付けることがあるいはマウントすることができる。ある実施形態では、ボルトは対応する孔に直にねじ込まれる。ある実施形態では、対応する孔は、その代わりに貫通孔であり、システム１００は、(たとえば、構造体の異なる領域における)サポート面あるいはバルクヘッドの反対側の一つ以上のナットに対してボルトを確実にねじ込むことによって取り付けられる。
【００４５】
システム１００は、ハウジング１０４内に配置された二つの接続プレート１１０ａおよび１１０ｂを備える。接続プレート１１０ａおよび１１０ｂは、二つの面１１２ａおよび１１２ｂを備える。接続プレート１１０ａの面１１２ａはハウジング１０４の内面１１４ｂに面している。接続プレート１１０ｂの面１１２ｂはハウジング１０４の内面１１４ａに面している。システム１００は、アライメントリング１１６を含む。アライメントリング１１６は、接続プレート１１０ａおよび１１０ｂの面１１２ａおよび１１２ｂ間に相対的に嵌るよう設計されている。接続プレート１１０ａおよび１１０ｂとアライメントリング１１６との組み合わせは、ハウジング１０４の面１１４ａおよび１１４ｂ間に相対的に緩く嵌るよう設計されている。接続プレート１１０ａおよび１１０ｂは環状溝１１７を有する。アライメントリング１１６は、一つ以上のＯリング１１８を収容するための対応する環状に溝(図示せず)を有する。ある実施形態では、アライメントリング１１６の環状溝は、Ｏリング１１８を着座させるための実質的に連続した環状溝を形成するために、接続プレート１１０ａおよび１１０ｂの環状溝１１７と協働する。ある実施形態では、アライメントリング１１６は、低摩耗あるいは低摩擦素材、たとえばTeflon(登録商標)材料から製造されるか、あるいはそれを用いて被覆される。
【００４６】
接続プレート１１０ａおよび１１０ｂならびにアライメントリング１１６の組み合わされた厚みは、ハウジング１０４の距離１１９ａ(すなわち、面１１４ａおよび１１４ｂ間のＸ軸に沿った距離)よりも僅かに小さい。僅かなクリアランス１１９ｂが、ハウジング１１４ａと、アライメントリング１１６ならびに接続プレート１１０ａおよび１１０ｂの結合物との間に存在する。Ｏリング１１８は、ハウジング１０４の内部領域１１４ｃに流体が流入するのを防止するために、接続プレート１１０ａおよび１１０ｂならびにアライメントリング１１６の結合物と、ハウジング１０４との間にシールを提供する。さらに、Ｏリング１１８は、たとえば、ハウジング１０４(たとえば、延在部１０６、貫通孔１０８、あるいはそれに対してハウジング１０４が取り付けられる表面)を過度に加圧することなくＹ軸に沿ってシャフト１０２の並進移動を許容するために、接続プレート１１０ａおよび１１０ｂならびにアライメントリング１１６がシャフト１０２に対して撓むかあるいは移動することを可能とする。ある実施形態では、シャフト１０２はハウジング１０４に対して動作する(たとえば船舶のプロペラシャフト)。シャフト１０２は、ハウジング１０４に対して、並進移動あるいは回転あるいは並進移動および回転の何らかの組み合わせ(たとえば捩れ)によって動くことができる。ある実施形態では、シャフト１０２はハウジング１０４に対して静止状態である。静止シャフトの例としては、管路、パイプ、電気ケーブルあるいは表面を貫通するその他の構造体が挙げられる。
【００４７】
システム１００はまた、シャフト１０２に対して配置された二つのシール１２０ａおよび１２０ｂを有する。シール１２０ａおよび１２０ｂは、接続プレート１１０ａおよび１１０ｂならびにアライメントリング１１６に対して当接関係で配置される。ある実施形態では、シール１２０ａおよび１２０ｂは、たとえば、アライメントリング１１６に対してシール１２０ａおよび１２０ｂを接着することによって、アライメントリング１１６に対して結合される。ある実施形態では、シール１２０ａおよび１２０ｂならびにアライメントリング１１６は、同じ材料から形成された単一構造体である。リング１２２が、アライメントリング１１６のシャフト１０２と底面１２４との間に配置される。
【００４８】
ある実施形態では、リング１２２は、Teflon(登録商標)素材あるいはその他の低摩耗あるいは低摩擦素材から形成されるかあるいはそれで被覆される。組み立て中、そして作動中、リング１２２はシステム１００のさまざまなコンポーネントを整列させるために使用できる。たとえば、リング１２２は、ハウジング１０４およびシャフト１０２に対して、アライメントリング１１６ならびに接続プレート１１０ａおよび１１０ｂを整列させることができる。ある実施形態では、リング１２２はシステム１００に含まれない。ある実施形態では、リング１２２は、シャフト１０２が動くときリング１２２が動作する(たとえば回転あるいは並進する)ようにシャフト１０２に対して結合される。ある実施形態では、リング１２２とシャフト１０２との間のギャップは、ギャップを通る空気あるいは流体の流れを低減するのに十分なほど小さなものである。ある実施形態では、リング１２２あるいはその他の低摩耗あるいは低摩擦素材は、たとえば、接着、着座、嵌め込み、結合、あるいはその何らかの組み合わせによって、シール１２０ａおよび１２０ｂに対して取り付けられる。ある実施形態では、シール１２０ａおよび１２０ｂは、低摩耗あるいは低摩擦素材から形成でき、あるいはそれを用いて被覆できる。リング１２２あるいはその他の低摩耗素材は、たとえば、溝(図示せず)、ポケット(図示せず)、あるいは直径締り嵌めあるいは摩擦嵌合といったその他のタイプの嵌合によって、シール１２０ａおよび１２０ｂによって捕らえることができる。
【００４９】
この実施形態では、リング１２２は(Ｙ軸に沿った)約０.１ｍｍの厚みを有するが、これは、シャフト１０２に対する、シール１２０ａおよび１２０ｂのそれぞれのリップ１２６ａおよび１２６ｂ間の半径方向クリアランス１３０に概ね等しい。ある実施形態は、リング１２２の厚みよりも大きな、リップ１２６ａおよび１２６ｂとシャフト１０２との間の半径方向クリアランス１３０を有する。ある実施形態では、シール１２０ａおよび１２０ｂのリップ１２６ａおよび１２６ｂのシャフト対向面と、シール１２０ａおよび１２０ｂの接続プレート対向面との間のクリアランス１３２は約２５ｍｍである。ある実施形態では、クリアランス１３２は１２.７ｍｍである。代替ジオメトリーおよび寸法が考えられ、それは本発明の範囲内のものである。
【００５０】
シール１２０ａおよび１２０ｂは、それぞれポケット１２８ａおよび１２８ｂを有している。ポケット１２８ａおよび１２８ｂは、ゲル物質(本明細書ではゲルとも呼ぶ)で満たされている。ある実施形態では、ゲル物質は、ヒドロゲル、アクリルアミドゲル(たとえば「スマート」ゲル)、あるいは流体が存在する状況で膨張するその他のゲルである。ある実施形態では、シール１２０ａおよび１２０ｂは、柔軟な、すなわち曲がることができる素材、たとえば、高分子素材、天然ゴム素材、あるいは合成ゴム素材からなる。
【００５１】
ある実施形態では、シールは、約Shore Ａ６０の硬度を有する素材からなる。概して、ゲル物質は、流体に触れたときに膨張し、ポケット１２８ａおよび１２８ｂの内面に対して力を加える。シール１２０ａおよび１２０ｂは柔軟であるので、ゲル物質が膨張するとき、シール１２０ａおよび１２０ｂのリップ１２６ａおよび１２６ｂは、シーリング機構を形成するために、シャフト１０２と接触状態となるように押しやられる。このようにして、リップ１２６ａおよび１２６ｂは、リップ１２６ａおよび１２６ｂとシャフト１０２との間のクリアランス１３０に関連付けられた流動面積を低減するか排除する。ある実施形態では、シール１２０ａおよび１２０ｂは、シャフト１０２のシール１２０ａおよび１２０ｂ間の磨耗あるいは摩擦を低減するために、低摩耗あるいは低摩擦素材、たとえばTeflon(登録商標)素材を含む。たとえば、低摩耗あるいは低摩擦素材を、リップ１２６ａおよび１２６ｂに対して固定すること、あるいはそれに対して付加(たとえばモールド、接着、あるいは表面コート)することが可能である。
【００５２】
試験は、ある実施形態において、ゲル物質が、シャフト１０２と接触状態となるようにリップ１２６ａおよび１２６ｂを押しやるためにリップ１２６ａおよび１２６ｂに対する約３７psi(約26,010kg/ｍ２)超の圧力を生み出すことができることを示した。
【００５３】
この実施形態では、システム１００は、概して互いに流体連通状態にない第１のコンパートメントＩおよび第２のコンパートメントIIを有する。コンパートメントＩは、たとえば、ハウジング１０４に対して結合された面(たとえば、船舶のバルクヘッド)によってコンパートメントIIから分離させられている。システム１００の代表的な作用は、第１のコンパートメントＩ内で流体の漏れが生じたときに生じる。圧力差が第１のコンパートメントＩと第２のコンパートメントIIとの間で増大する。流体は、シール１２０ａおよび１２０ｂとシャフト１０２との間のクリアランス１３０を経て、第１のコンパートメントＩから第２のコンパートメントIIへと移動しようとする。
【００５４】
ある実施形態では、流体は(たとえば、跳ね出しあるいは溢れ出しによって)ポケット１２８ａ内に配置されたゲル物質と接触し、ゲル物質を膨張させて、そしてリップ１２６ｂをシャフト１０２と接触させるためにポケット１２８ｂの内面に対して力が加えられるようにする。ある実施形態では、ゲル物質は、このゲル物質が流体に接触した後、数秒以内に膨張し、リップ１２６ｂをシャフト１０２と接触状態とする。システム１００は、さまざまな天然あるいは合成流体、たとえば、淡水、塩水、酸、アルカリ流体、血液、あるいはその他の生物学的流体、およびオイルと共に使用できる。概して、存在する流体の種類は、システム１００において使用されるゲル物質の選択に影響を与える。ゲル物質は、部分的に、流体の特性に基づいて、反応(たとえば膨張および収縮)できる。
【００５５】
概して、シール１２０ｂは流体が存在するまで能動化されない(すなわち、リップ１２６ｂはシャフト１０２に向かって移動しない)。なぜなら、ゲル物質は流体が存在しない状況では膨張しないからである。リップ１２６ｂがシャフト１０２と接触するとき、リップ１２６ｂとシャフト１０２との間のクリアランス１３０すなわちギャップは減少させられるが、これは、移動する流体がそこを通過する流動面積を減少させる。リップ１２６ｂがシャフト１０２に接近するか、あるいはそれと接触状態となるとき、第１のコンパートメントＩと第２のコンパートメントIIとの間の圧力差は増大させられる。ある実施形態では、第１のコンパートメントＩと第２のコンパートメントIIとの間の圧力差が増大するとき、クリアランス１３０を通る流れを減少させるためのリップ１２６ｂの能力は増大する。Ｏリング１１８は、アライメントリング１１６と接続プレート１１０ａおよび１１０ｂとの結合物をハウジング１０４の内面１１４ａおよび１４ｂに対してシールすることによって、流体が、ハウジング１０４を経て、第１のコンパートメントＩから第２のコンパートメントIIへと移動するのを妨げる。
【００５６】
ある実施形態では、リップ１２６ｂがシャフト１０２と係合するときに生じる圧力差はまた、第２のコンパートメントIIに面するシール１２０aのポケット１２８ａ内に配置されたゲル物質に作用する。この圧力差は、ポケット１２８ａ内のゲル物質を膨張させ、そしてやはりリップ１２６ａをシャフト１２０と係合させる。ある実施形態では、シール１２０ａのリップ１２６ａは、第１のコンパートメントＩに面するシール１２０ｂ(たとえばリップ１２６ｂ)が(たとえば磨耗によって)損傷した場合に、流体が第２のコンパートメントIIに流入するのを妨げるためのバックアップシールを形成する。ある実施形態では、多少の流体が第１のコンパートメントＩから第２のコンパートメントIIへと移動し、そしてポケット１２８ａ内に配置されたゲル物質と接触し、あるいはそれを湿らせる。ポケット１２８ａ内のゲル物質が流体にさらされるとき、シール１２０ａのリップ１２６ａはシャフト１０２に向かってかつ／またはそれと接触するように移動する。このようにして、第２のコンパートメントII内の流体は、シール１２０ａの働きによって、第１のコンパートメントＩへと戻るよう移動するのが妨げられる。
【００５７】
シール１２０ａおよび１２０ｂが流体にさらされることによって能動化された後、流体が除去され、そしてシール１２０ａおよび１２０ｂが(たとえば熱を加えることによって)乾燥するまで、リップ１２６ａおよび１２６ｂはシャフト１０２と接触した状態のままである。ある実施形態では、リップ１２６ａおよび１２６ｂは空気にさらすことによって乾燥させられる。ゲル物質は、流体が存在しない状況で、たとえば、ゲル物質が乾燥させられたとき収縮する。ゲル物質が収縮するとき、シール１２０ａおよび１２０ｂは変形して、流体にさらされる前に(たとえば漏れ出し前に)シール１２０ａおよび１２０ｂが取っていた本来の形状に戻る。システム１００は、交換することなく、複数回の漏れ出しのために使用できる。なぜなら、ゲル物質の膨張は(たとえば、ゲル物質の収縮によって)可逆作用であるからである。
【００５８】
概して、ゲルは、分散粒子が半固体物質を形成するように分散媒に結び付いたコロイド物質である。ゲルは、しばしば、ゲルと関連付けられた分散媒に基づいて分類される。たとえば、ヒドロゲル用の分散媒は水であり、そしてアクリルアミドゲル用の分散媒はアセトンである。
【００５９】
本発明のある実施形態において使用されるゲル物質は、ポリマーストランド(たとえばゲル粒子)を液(たとえば水あるいはアセトン)に漬けることによって生成される。ある実施形態では、ゲル粒子は分散媒中で浮遊させられる。ある実施形態では、ゲルは、それに対してゲルがさらされる環境に応じて体積を変える(たとえば膨張あるいは縮小する)。ゲル物質の体積の変化は、浸透圧として知られるゲル物質の特性に直に比例する。浸透圧は、さまざまなファクター、たとえば温度、分散媒の電離、液の(たとえばアセトンの)濃度、あるいはゲル物質に作用する外力(たとえば圧力)に依存する。概して、ゲルは、最も低い熱力学的エネルギー(たとえば、最低の浸透圧)を持つ状態になろうとする。外力がない状態では(たとえば、０Ｎ/ｍ２の浸透圧)、ゲルはそれ自体まで潰れる。たとえば、あるアクリルアミドゲル(「スマートゲル」とも呼ばれる)は、スマートゲルの相変化を引き起こすのに十分な適当な外的条件にさらされたとき約１,０００のファクターだけ体積を減らすことができる。
【００６０】
概して、環境変化は、ゲルに可逆体積変化を強いることによってゲル物質に影響を与える。そうした環境変化としては、温度、流体のｐＨ、流体のイオン強度、光、そしてゲルの存在下での電磁界の変化が挙げられる。環境変化は、概して、ゲル物質の体積を環境の変化に応じて拡大あるいは縮小させる。ゲル物質が体積変化を生じる環境値の範囲は、ゲルの環境体積相転位範囲と呼ぶことができ、これは、ゲル物質の種類に依存して変化する。例として、特定のゲルは、ゲルあるいはゲルと接触状態の流体の温度が増大するとき収縮するであろう。同様に、ゲルは、ゲルあるいはゲルと接触状態の流体の温度が低下するとき膨張するであろう。
【００６１】
ある実施形態では、ゲル物質は、「不連続」体積変化を成し遂げるゲルの能力に基づいてシステム１００内での使用のために選択される。不連続な体積変化は、膨張状態から収縮(すなわち潰れた)状態への、そして再び元に戻るゲル物質による可逆転移を伴う。ある実施形態では、体積変化は環境条件の相対的に小さな変化に応じたかなりの体積変化である。ある実施形態では、約０.１℃未満の温度変化が不連続な体積変化を生じる。そうしたゲル物質は、「相転移ゲル」と呼ばれる。環境条件は、「相転移温度」と呼ぶことができるが、これは、相転移温度あるいはその付近でゲルは体積変化を成し遂げるからである。ある実施形態では、温度が相転移温度以下に低下するとき、ゲル物質は膨張し、そしてリップ１２６ａおよび１２６ｂをシャフト１０２と接触させる。ある実施形態では、流体が存在しないか、温度が相転移温度を上回って上昇するとき、ゲル物質は収縮させられ、そしてリップ１２６ａおよび１２６ｂがシャフト１０２から離れるように変形することが可能となる。
【００６２】
ある実施形態では、ゲル物質(たとえば、ゲル物質のペレットあるいはパケット)はフォーム物質内に埋め込まれる。ある実施形態では、フォーム物質はオープンセル(開放気泡)フォーム物質である。ある実施形態では、オープンセルフォーム物質は、ソフトオープンセルフォーム物質である。好適なオープンセルフォーム物質の例としては、たとえばメイン州、BoothbayのRynel,Inc.から入手可能なウレタンフォームすなわち低密度ポリウレタンフォームが挙げられる。
【００６３】
ある実施形態では、フォーム物質が使用されるとき、より少ないゲル物質が使用される。というのは、フォーム物質はポケット１２８ａおよび１２８ｂ内のスペースを占有するからである。フォーム物質はゲル物質(たとえば別個のゲル粒子あるいはポリマーストランド)用の保持媒体として使用され、そしてゲル物質の移動を阻止できる。ある実施形態では、フォーム内のゲル物質は流体に触れたときに膨張する。ゲルの膨張はフォームを膨張させる。膨張するフォームはシール１２０ａおよび１２０ｂのポケット１２８ａおよび１２８ｂに対して力を加え、シール１２０ａおよび１２０ｂを変形させ、そしてリップ１２６ａおよび１２６ｂをシャフト１０２と接触状態となるように押しやる。
【００６４】
ある実施形態では、ゲル物質は液体透過性スリーブあるいはチューブ(図示せず)内に配置される。このスリーブは、シール１２０ａおよび１２０ｂのポケット１２８ａおよび１２８ｂ内に配置できる。ある実施形態では、スリーブは、水がスリーブ内に浸透しかつそこから出て行くことを可能とするがゲル物質がスリーブから出て行くのを阻止するメッシュ材から形成される。ゲル物質を収容するスリーブを製造でき、そしてさまざまなジオメトリーを有するシール内で使用できる。なぜなら、スリーブおよびゲル物質はシールの、あるいはシールのポケットの形状を呈することができるからである。ある実施形態では、さもなければフォーム物質内に埋め込むことができるよりも、より大量のゲル物質を、スリーブ内に収容できる。
【００６５】
図２は、シャフト１０２とハウジングとの間の流体の流れを減少させるシステム２００の拡大斜視図である。システム２００は、単一のハウジングを形成するように協働する二つのハウジング部分２０２ａおよび２０２ｂを含む(総じて２０２)。シャフト１０２は長手方向軸線Ａを有する。ハウジング部分２０２ａおよび２０２ｂのそれぞれは、ハウジング部分２０２ａおよび２０２ｂを、それをシャフト１０２が貫通する表面あるいはバルクヘッド(図示せず)に対して固定するための複数の貫通孔１０８を有する。ハウジング部分２０２ａおよび２０２ｂのそれぞれは、１/２リング状構造体であり、それぞれシャフト１０２の約１/２に外接する。シャフト１０２の周囲にハウジング２０２を配置するためのハウジング部分のその他の形態(たとえば１/３円あるいは１/４円)も可能である。
【００６６】
システム２００は、ハウジング２０２内でかつシャフト１０２の周りに周方向に配置される単一のアライメントリングを形成するように協働する二つのアライメントリング２０６ａおよび２０６ｂを含む。アライメントリング２０６ａおよび２０６ｂは、接合部２０８ａおよび２０８ｂによって互いに固定される。接続部２０８ａは二つの接続プレート２１０ａおよび２１０ｂを有する。接続プレートの同一のセットが接続部２０８ｂ(斜視図では見えない)のために使用される。複数のコネクター２１２(たとえば、ボルト、スクリュー、リベット、あるいはファスナー)が、第１の接続プレート２１０ａ、アライメントリング２０６ａおよび２０６のいずれかあるいは両方の一部分、そして第２の接続プレート２１０ｂを貫通し、そしてコンポーネント間で緊密な嵌合状態を形成するために軸方向に固定される。ある実施形態では、アライメントリング２０６ａおよび２０６ｂはアライメントリングを形成するために(たとえば摩擦嵌合を伴って)互いに緊密に結合される。
【００６７】
アライメントリング２０６ａおよび２０６ｂおよび接続プレート２１０ａのそれぞれはＯリング１１８を収容するための環状溝１１７(たとえば図１の環状溝１１７)を有する。同様に、アライメントリング２０６ａおよび２０６ｂおよび接続プレート２１０ｂのそれぞれは、アライメントリング２０６ａおよび２０６ｂおよび接続プレート２１０ｂの軸線Ａに沿った対向面上にＯリング１１８(斜視図では見えない)を収容するための環状溝１１７(斜視図では見えない)を有する。Ｏリング１１８は、環状溝１１７内でシャフト１０２の周囲で周方向に連続している。ある実施形態では、Ｏリング１１８は、シャフト１０２の長さにわたる(たとえば、シャフト中間位置への)Ｏリングのスライドを伴わずにシャフト１０２の周囲に配置することを可能とするために、周方向に連続していない(たとえば、それらは分割Ｏリングである)。
【００６８】
システム２００はまた、リング１２２と、シャフト１０２を中心として周方向に配置されたシール１２０ａおよびシール１２０ｂとを含む。説明を分かりやすくするためにシール１２０ａは示していない。リング１２２およびシール１２０ｂはシャフト１０２を中心として周方向に連続している。ある実施形態では、アライメントリング１２２もシール１２０ｂも、分割Ｏリングと同様、シャフト中央でシャフト１０２の周囲に配置することを可能とするために周方向に連続していない。
【００６９】
図３は、本発明を体現する、ゲル物質を収容するよう設計されたポケット３０８を含むシールリップ３００の破断斜視図である。シール３００は、長手方向軸線Ａ(たとえば図１および図２のシャフト１０２の長手方向軸線Ａ)に沿ったシャフト(図示せず)の周囲に配置するための半円として示されている。ある実施形態では、シール３００はエラストマーあるいはゴム素材から形成される。ある実施形態では、シール３００は単一構造体であり、かつ、シャフトの周囲に配置するための実質的に連続したリングを形成する。ある実施形態では、シール３００は、実質的に連続したリングを形成するために協働する一つ以上のコンポーネントから形成されてもよい。
【００７０】
シール３００は、シャフトに隣接して配置するための第１の面３０４と、外部コンポーネント(たとえば、アライメントリング１１６、接続プレート１１０、ハウジング１０４あるいは図１のこれらコンポーネントの結合物)に対して力を加えるための第２の面３０６とを含む。シール３００は、流体が存在する状況で膨張するゲル物質(図示せず)を収容あるいは包含するよう設計されたポケット３０８を有する。流体が存在する場合、ゲル物質は膨張し、ポケット３０８の内部に力を加える。
【００７１】
ある実施形態では、シール３００は、流体が存在しない状況で第１の面３０４がシャフトと係合するのを阻止するのに十分なほど剛性の高い素材からなる。素材は、第１の面３０４がシャフトと係合するように流体が存在する状況でシール２００を変形させるためにゲル物質の膨張を可能とするのに十分なほど柔軟である。たとえば、シールはエラストマー素材あるいはゴム素材(たとえば天然あるいは合成ゴム)から形成されてもよい。第２の面３０６は相対的に固定された外部コンポーネント(たとえば、図２のハウジング２０２あるいはアライメントリング２０６ａおよび２０６ｂ)に対して力を加えるので、第１の面３０４は、軸線Ａと整列させられたシャフトに向かって実質的に半径方向に広がる。
【００７２】
ある実施形態では、試験は、流体の存在しない状況で、距離３１０ａは約１２.７ｍｍであり、かつ、距離３１０ｂは約１４.６ｍｍであり、シールから約１ｍｍのシャフトに対するクリアランスすなわちギャップを提供することを示した。流体が存在した場合、ポケット３０８内のゲル物質はシール３００を変形させた。距離３１０ａは概ね同じままであった(すなわち、約１２.７ｍｍ)。距離３１０ｂは約１６.５ｍｍまで広がったが、これは、シール３００とシャフトとの間の約１ｍｍクリアランスのギャップを越えるのに十分なものである。この実施形態では、距離３１０ｂの拡大は、外部コンポーネント(たとえば、図２のハウジング２０２あるいはアライメントリング２０６ａおよび２０６ｂ)が第２の面３０６と接触状態にあったとき、約１６.５ｍｍを上回った。より大きな拡大は、シール３００とシャフトとの間の、より強く(たとえば強化された)かつより堅剛なシーリングインターフェースを提供する。
【００７３】
図４は、本発明を体現するシステム４００の断面図である。システム４００は、アライメントリング４０４に対して配置されたハウジング４０２を含む。ハウジング４０２は、長手方向軸線Ａに沿ってシャフト４１０がそれを貫通する壁あるいは面(たとえばバルクヘッド)に対してシステム４００を固定するための一つ以上の貫通孔４０８を有する延在部４０６に対して結合される。ハウジング４０２は内面４１２を有する。内面４１２は、アライメントリング４０４に対しては位置された一つ以上のＯリング４１４に対して力を加えることによってアライメントリング４０４に対してシールを形成することができる。アライメントリング４０４内の環状溝４１６はアライメントリングＯリング４１４を収容する。
【００７４】
システム４００は、シャフト４１０に隣接して配置されるよう構成されたアライメントリング４０４の部分４２２のキャビティ４２０に対して配置されたシール４１８を含む。シール４１８は、ポケット４２４と、流体が、このポケット４２４内に配置されたゲル物質(図示せず)と相互作用することを可能にするための開口４２６とを有する。ある実施形態では、シール４１８は「バックツーバック」シールと呼ばれる。なぜなら、ゲル物質が流体の存在する状況で膨張するとき、ゲル物質は、シャフト４１０に向かって半径方向にシール４１８の底部４３０(たとえば、二つの対向配置された軸方向リップ４３２ａおよび４３２ｂ)を押しやるために、ポケット４２４の対向する面４２８に対して力を加えるからである。システム４００はまた、シャフト４１０とシステム４００との間に配置された二つのリング４３４を含む。概して、リング４３４は、図１に関して先に説明したリング１２２と類似している。
【００７５】
ある実施形態では、シール４１８は、たとえば、摩擦嵌合によって、アライメントリング４０４(たとえばキャビティ４２０)に対して配置すなわち固定される。ある実施形態では、シール４１８は、たとえば、このシール４１８をエンベロープ４２０に対して接着することによって、あるいはシール４１８をアライメントリング４０４と同じ素材から形成することによって、アライメントリング４０４に対して結合される。第１のコンパートメントＩからの流体がギャップ４３６すなわちアライメントリング４０４とシャフト４１０との間の半径方向距離を経て第２のコンパートメントIIに向かって移動するとき、流体はシール４１８の開口４２６に流入する。開口４２６に流入する流体は、ポケット４２４内に配置されたゲル物質と相互作用し、接触し、あるいはそれを湿らせる。ゲル物質は、膨張し、そしてシャフト４１０に対する液密シールを形成するようリップ４３２ａおよび４３２ｂをシャフト４１０と接触させる。ポケット内でのゲル物質の膨張はシール４１８をシャフト４１０と係合させる。シャフト４００は、摩擦力に関連したシール４１８の早期の磨耗に抗する。なぜなら、シール４１８は、流体が存在しない状況においてシャフト４１０と接触しないか、あるいは最小限しか接触しないからである。概して、ゲル物質は、本明細書中で説明する実施形態に関して述べた特徴の一つ以上を含んでいてもよい。
【００７６】
図５は、図４のシステムにおいて使用するためのバックツーバックリップシール５００(たとえば、図４のシール４１８のような)の破断斜視図である。ある実施形態では、シール５００はエラストマーあるいはゴム素材から形成される。ある実施形態では、シール５００は単一構造体であり、かつ、長手方向軸線Ａを有するシャフト(図示せず)の周囲に配置するための実質的に連続したリングを形成する。ある実施形態では、シール５００は、実質的に連続したリングを形成するために協働する一つ以上のコンポーネントから形成されてもよい。
【００７７】
シール５００は、シャフトに隣接して配置するための第１の部分５０４と、外部コンポーネント(たとえば、図４のアライメントリング４０４、ハウジング４０２、あるいはこれらコンポーネントの両方)に対して力を加えるための第２の面５０６とを含む。第１の部分５０４は、リップ５０８ａおよび５０８ｂ間に配置された開口４２６を備えた二つの対向するように向き合うリップ５０８ａおよび５０８ｂを含む。開口４２６は、第１の部分５０４に沿って流れる流体が、シール５００のポケット４２４内に配置されたゲル物質(図示せず)と接触するかあるいはそれを湿らせることを可能とする。ゲル物質は流体の存在する状況で膨張し、そしてポケット４２４の内面に対して力を加える。ゲル物質が膨張するとき、リップ５０８ａおよび５０８ｂの一方あるいは両方は変形させられ、かつ、流体シーリングインターフェースを形成するためにシャフトとの接触を確立するようにシャフトに向かって移動させられる。リップ５０８ａおよび５０８ｂとシャフトとの間の接触は、シャフトとシール５００との間の流体の流れを低減する。ゲル物質は、圧力差が構造体のコンポーネント間で(たとえば、図４のコンパートメントＩとコンパートメントIIとの間で)増大するとき、シャフトに対するシール５００を補強あるいは強化するために膨張力を提供し続ける。
【００７８】
ある実施形態では、シール５００は、流体が存在しない状況で第１の部分５０４すなわちリップ５０８ａおよび５０８ｂがシャフトと係合するのを阻止するのに十分なほど剛性の高い素材からなる。シール５００は、シャフトに向かってリップ５０８ａおよび５０８ｂを移動させるために流体が存在する状況でのゲル物質の膨張によってリップ５０８ａおよび５０８ｂの変形を可能とするのに十分なほど柔軟な素材から形成される。第２の面５０６は相対的に固定された外部コンポーネントに対して力を加えるので、膨張は実質的にシャフトに向かう。図３および図５のシール３００および５００はそれぞれ半円として示されているが、その他のジオメトリー(たとえば直線ジオメトリーあるいはその他の曲線ジオメトリーあるいはその組み合わせ)を有するシールも本発明の範疇に包含される。
【００７９】
図６は、本発明を体現するシステム用の漏れ率データのグラフである。このデータは、プロトタイプシステムの性能の観察から得たものである。このプロトタイプシステムは、ＤＤＧタイプ駆逐艦のプロペラシャフトにおいて使用可能であるシステムの約１/８スケールモデルとして設計された。システムは図１の要素を含んでいる。たとえば、プロペラシャフトの直径は約６３.５ｍｍである。ＤＤＧタイプ駆逐艦プロペラのフルスケールシャフトの直径は約５０８ｍｍである。造船会社規定によって許容されるフルスケールシャフトに関する単位時間当たりの最大回転数(ＲＰＭ)は約１６８ＲＰＭである。１/８スケールプロトタイプは、シャフト直径の差を考慮するために約１,３４４ＲＰＭで試験された。設定された試験は、大気圧環境内の第１のコンパートメントと、(たとえば水の存在する状況での)加圧環境内の第２のコンパートメントを含んでいた。第１のコンパートメントと第２のコンパートメントとの間の圧力降下は、水を低圧の第１のコンパートメントに向かって移動させようとした。第１のコンパートメントに流入する水の漏れ率が、試験の間測定された。
【００８０】
グラフ６００は、プロトタイプシステムを用いて得られた漏れ率の第１の曲線６０２を含む。第１の曲線６０２は、水平軸６０６上の時間(分)に対する垂直軸６０４のＵ.Ｓ.パイント/時での漏れ率値に対応する。グラフ６００はまた、水平軸６０６上の時間(分)に対する垂直軸６１０のＵ.Ｓ.パイント/時での漏れ率を描いた第２の曲線６０８を含む。曲線６０８は、第１のプロット６０２に基づく予期データを示す、ＤＤＧタイプ駆逐艦用のフルスケールシステムにおいて使用するために設計されたシステムの想定性能を示している。第２の曲線６０８によって示されたデータは、第１の曲線６０２によって示されたデータの線形補外である(プロトタイプの１/８スケールを補償するために８のファクターだけ拡大されている)。
【００８１】
プロット６０２と関連付けられたデータは、約Ａ６０のShoreデュロメーターの硬度を有するシール(たとえばシール１２０ａおよび１２０ｂ)を反映している。その他の硬度のシールもまた首尾よく試験された。約Ａ２０のShoreディロメーターから約Ａ６０のShoreディロメーターまでの範囲内の硬度を有するシールもまた使用された。ある実施形態では、特定のシールのために選択された硬度値は、シールと関連付けられた使用パラメーター、たとえばシールが作用状態となる時間の程度に依存する。試験の間、シール内に(たとえばシールのポケット内に)配置されたゲル物質は、流体に接触してから数秒以内に、流体(この例では水)の存在に反応した。第１の曲線６０２は、第１のコンパートメントＩから第２のコンパートメントIIへの漏れ率が、約１０分後、約１.５Ｕ.Ｓ.パイント/時(約０.１９７ml/s)まで減少することを示している。さらに、漏れ率は、約１時間後、０.１Ｕ.Ｓ.パイント/時(約０.０１３１ml/s)未満である。
【００８２】
第２の曲線６０８は、漏れ率が約１０分後に約９Ｕ.Ｓ.パイント/時(約１.１８３ml/s)であり、１時間後には約０.５Ｕ.Ｓ.パイント/時(約０.０６５ml/s)未満であると予測されることを示している。さらに、約７.５psid(ポンド毎平方インチ差)(約５,２７３kg/ｍ２)および約１５.０psid(約１０,５５０kg/ｍ２) の代表的な圧力差のもとで観察された漏れ率は、第１の曲線６０２あるいは第２の曲線６０８のそれよりも低い値であった。なぜなら、差圧の増大はシールのシーリング能力を増大させるからである。ある実施形態では、限界的に高い漏れ率が、約７２０および１４４０ＲＰＭ(フルスケールシャフトにとっての約９０および１８０ＲＰＭに対応する)で１/８スケールシャフトが回転しているときに得られた。
【００８３】
図７は、本発明を体現するシール７００の斜視断面図である。シール７００はリップ部分７０２および上側部分７０４を含む。ポケット７０６は、リップ部分７０２および上側部分７０４によって形成される。ある実施形態では、ゲル物質(図示せず)がポケット７０６内に配置される。シール７００は、Ｙ軸に沿ってリップ部分７０２から上側部分７０４に向かって延在する二つのコネクター部分７０８ａおよび７０８ｂ(総じて７０８)を含む。上側部分７０４は、コネクター部分７０８ａおよび７０８ｂと係合するよう構成された対応する面７１０ａおよび７１０ｂ(総じて７１０)を有する。ある実施形態では、シール７００はエラストマー素材あるいはゴム素材(たとえば天然あるいは合成ゴム)から形成される。
【００８４】
ある実施形態では、コネクター部分７０８ａおよび７０８ｂは、たとえば、重力の、あるいはリップ部分７０２へのゲル物質の重量からの影響のものと、(たとえばＹ軸に沿って)リップ部分７０２が上側部分７０４から離れるように移動するのを阻止する。流体が存在する状況において、ポケット７０８内のゲル物質は膨張し、上側部分７０４から離れるようにリップ部分７０２を押しやる。コネクター部分７０８ａおよび７０８ｂは、リップ部分７０２の移動に抗するために、上側部分７０４の対応する面７１０ａおよび７１０ｂに対して力を加える。ゲル物質は、この抵抗に打ち勝ち、そして対応する面７１０ａおよび７１０ｂからコネクター部分７０８ａおよび７０８ｂを移動させるのに十分な膨張力を提供する。コネクター部分７０８ａおよび７０８ｂが移動させられた後、ゲル物質は上側部分７０４から離れるようにリップ部分７０２を移動させることができる。コネクター部分７０８および対応する面７１０の代替的ジオメトリー、数、および形態が本発明の代替実施形態において考えられる。
【００８５】
図８Ａは、本発明の例証的実施形態に基づく、システム８００の一部の断面図である。システム８００は、サポートコンポーネント８０４と、キャリアコンポーネント８０８とを含む。システム８００はまたシーリングシステム８１２を含む。シーリングシステム８１２は、第１のリップ部分８１６ａを含む第１のリップシール８１４ａと、第２のリップ部分８１６ｂを含む第２のリップシール８１４ｂと、第１のゲル物質８２０ａおよび第２のゲル物質８２０ｂ(総じて８２０)とを含む。ゲル物質８２０ａおよび８２０ｂは、硬質開放気泡フォームあるいは軟質開放気泡フォーム内に埋め込むことができる。図示するように、ゲル物質８２０は開放気泡フォーム内に埋め込まれる。開放気泡フォームは流体透過性素材であり、これは、部分的に流体を吸収すると共に、流体がゲル物質８２０ａ−８２０ｂと相互作用することを可能とし、ゲル物質８２０ａ−８２０ｂの膨張を引きこす。シーリングシステム８１２は、流体との接触に応答して、シール１２０ａ−１２０ｂと同様に振舞う。
【００８６】
第１の保持コンポーネント８２４ａが、第１のリップシール８１４ａおよび第１のゲル物質８２０ａをキャリアコンポーネント８０８に対して結合する。第２の保持コンポーネント８２４ｂが、第２のリップシール８１４および第２のゲル物質８２０ｂをキャリアコンポーネント８０８に対して結合する。第１の保持コンポーネント８２４ａおよび第２の保持コンポーネント８２４ｂは、リップシール８１４ａ−８１４ｂ(総じて８１４)およびゲル物質８２０をキャリアコンポーネント８０８に結合する。リップシール８１４およびゲル物質８２０は、締り嵌め(たとえば直径締り嵌め)、機械的取り付け(たとえばキャリアコンポーネント８０８に対して保持コンポーネント８２４ａ−８２４ｂ(総じて８２４)を固定するためにスクリューあるいはボルトなどの機械的ファスナーを使用する)、接着取り付け(たとえば接着による)、あるいはこれら取り付け技術の組み合わせによって、キャリアコンポーネントに対して結合できる。リップシール８１４およびゲル物質８２０をキャリアコンポーネント８０８に対して結合するためのそれ以外の技術を利用することもできる。
【００８７】
キャリアコンポーネント８０８は外面８２８および内面８３２を有する。内面８３２はチャネル８３６すなわち開放スペースを形成する。キャリアコンポーネント８０８はまた、二つの溝８４０ａ−８４０ｂを有する。Ｏリング８４４ａ−８４４ｂ(総じて８４４)が、キャリアコンポーネント８０８の内面８３２と、サポートコンポーネント８０４によって形成される外面８４８との間にシールを形成するために、溝８４０ａ−８４０ｂ内に配置される。Ｏリング８４４ａ−８４４ｂは、(たとえばサポートコンポーネント８０４の外面８４８とキャリアコンポーネント８０８の内面８３２との間のかつ／またはチャネル８３６を介した)コンパートメントＩからコンパートメントIIへの(あるいはその逆の)流体が流動する潜在的な経路のサイズを低減する。ある実施形態では、サポートコンポーネント８０４、キャリアコンポーネント８０８、シーリングシステム８１２(たとえばリップシール８１４)、保持コンポーネント８２４、Ｏリング８４４、あるいはこれら要素の組み合わせは、水あるいは流体吸収性が低い素材から形成される。たとえば、システム８００のコンポーネントの膨潤を低減あるいは阻止するために、ゲル物質８２０(これは流体を吸収して膨張できる)以外の低吸収性素材を使用することができる。ある実施形態では、膨潤はシャフト８５２に対するシステム８００のコンポーネントの固着を生じ得るが、これはシステム８００の摩擦および／または故障につながることがある。低水吸収性素材の例は、たとえば、カリフォルニア州、FullertonのProfessional Plasticsによって販売されているGarolite G-10/FR4素材である。その他のフェノールプラスチック素材もまた使用可能である。
【００８８】
システム８００はまた、シャフト８５２を含む。通常の作動状況の間、シャフト８５２は、キャリアコンポーネント８０８の延在部分８６０によって形成される表面８５６から離間した関係で配置される。ある実施形態では、アライメントリング、たとえば、図１のアライメントリング１１６が、シャフト８５２と面８５６との間に配置される(たとえばシャフト８５２と離間した関係で面８５６に対して結合されるか取り付けられる)。アライメントリングは、低摩擦あるいは低摩耗素材から形成できる。ある実施形態では、アライメントリングはTeflon(登録商標)素材を含む。シャフト８５２もまた、リップシール８１４(たとえば、そしてリップ部分８１６ａ−８１６ｂ(総じて８１６))から離間した関係にある。シャフト８５２と面８５６とリップシール８１４との間の離間関係はギャップ８６４を形成する。通常作動中、ギャップ８６４は、リップシール８１４あるいは面８５６との接触を伴わずにシャフト８５２が回転することを可能とするが、これは、シャフト８５２とリップシール８１４および／または面８５６との間の摩擦を低減する。ギャップ８６４はコンパートメントＩからコンパートメントIIへの潜在的な流体経路である。
【００８９】
シャフト８５２は、Ｘ軸と平行な方向に沿って、あるいはＹ軸と平行な方向に沿って、あるいは両方向の何らかの組み合わせで動くことができる。シャフト８５２は、Ｙ軸に沿ったシャフト８５２の移動に応答して面８５６と接触状態となることができる。シャフト８５２がキャリアコンポーネント８０８の面８５６と接触するとき、キャリアコンポーネントはまたＹ軸と平行な方向に移動することができる。キャリアコンポーネント８０８の内面８３２は、シャフト８５２による対応する動きに応答して、サポートコンポーネント８０４の外面８４８とスライド可能に係合する。この結果、キャリアコンポーネント８０８は、リップシール８１４(あるいはリップ部分８１６)がシャフト８５２と係合しているかあるいは接触しているかに関係なく、シャフト８５２による動きに応答して移動することができる。チャネル８３６とサポートコンポーネント８０４との間のＹ軸に沿った距離は移動量と関連付けれ、システム８００のシャフト８５２は、システム８００のコンポーネント(たとえば、サポートコンポーネント８０４、キャリアコンポーネント８０８、あるいはシーリングシステム８１２)の働きを損なったり、あるいはそれに影響を与えることなく耐えることができる。
【００９０】
内面８３２の溝８４０ａ−８４０ｂ内に配置されたＯリング８４４ａ−８４４ｂは、Ｙ軸に沿ったシャフト８５２の移動に応答してサポートコンポーネント８０４に対する(たとえばＹ軸に沿った)キャリアコンポーネント８０８のスライド可能な動作を容易にしながら、サポートコンポーネント８０８とキャリアコンポーネント８０８との間に液密シールを提供する。
【００９１】
シーリングシステム８１２のゲル物質８２０ａが流体にさらされるとき、ゲル物質８２０ａは膨張し、リップシール８１４ａのリップ部分８１６ａをシャフト８５１に向かってあるいはそれと接触するように押しやる。リップ部分８１６ａがシャフト８５１に向かってあるいはそれと接触するように押しやられるとき、(たとえばＹ軸に沿って測定されるかあるいはシャフト８５２とシステム８００との間の面積として測定された)ギャップ８６４のサイズは減じられる。この実施形態では、流体は、リップシール８１４ａおよび／またはリップシール８１６ａと保持コンポーネント８２４ａとの間のギャップ８６６を通過することによって、ゲル物質８０２ａと相互作用する。
【００９２】
ある実施形態では、ゲル物質８２０ａが流体にさらされるとき、リップ部分８１６ａはシャフト８５２と接触しないが、ギャップ８６４のサイズは、シャフト８５２に向かうリップ部分８１６ａの移動によって低減される。ある実施形態では、リップ部分８１６ａはシャフト８５２と軽微な接触状態となるように押しやられる。軽微な接触は、リップ部分８１６ａがシャフトと物理的に接触することを伴うが、リップ部分８１６ａはシャフト８５２に実体的な圧力を加えない。軽微な接触は、シャフト９５２とリップ部分８１６ａとの間にかなりの大きさの摩擦を伴わない。ある実施形態では、軽微な接触は、シャフト８５２によるリップ部分８１６ａへの力の垂直成分が十分ではない状況を指している。ある実施形態では、軽微な接触は、ギャップ８６４を通る流体の流れを制限あるいは制御するためのベンチュリ効果を生み出す。
【００９３】
ある実施形態では、リップ部分８１６ａはシャフト８５２と係合状態となるように押しやられる。シャフト８５２との係合は、その間に加えられる圧力を伴うシャフト８５２とリップ部分８１６ａとの間の物理的接触を含む。さらに、リップ部分８１６ａがシャフト８５２と係合させられたとき、リップ部分８１６ａとシャフト８５２との間に摩擦が生じる(たとえば、リップ部分８１６ａとシャフト８５２との間の摩擦力の垂直成分は軽微な接触中よりも大きなものである)。ある実施形態は、システム８００とシャフト８５２との間にさもなければ侵入するであろうデブリの量を低減するために、システム８００の周囲に配置されたデブリ(たとえば塵やダスト)ガード(図示せず)を有する。デブリガードの例は、ラバーダストブーツであり、これは、サポートコンポーネント８０４、キャリアコンポーネント８０８あるいはバルクヘッド構造体Ｂに対して設けられる。デブリガードは、コンパートメントＩおよび／またはコンパートメントIIからギャップ８６４に侵入するデブリを減少させあるいは排除する。ある実施形態では、デブリガードは、シーリング構造体８１２用のバックアップシールとして機能するシーリング構造体を含む。これについては、以下、たとえば図１２Ａ〜１２Ｃを参照して、さらに詳しく説明する。
【００９４】
ゲル物質８２０ａの膨張は可逆作用である。たとえば、ゲル物質８２０ａは、ゲル物質８０２ａが流体にさらされたときに膨張する。ゲル物質８２０ａは、流体が存在しない状況(たとえばゲル物質８２０ａあるいは開放気泡フォーム物質が乾いたとき)では収縮する。ゲル物質８２０ａの収縮はリップ部分８１６ａが本来の形状に復帰することを可能とし、あるいは復帰させ、かつ／またはギャップ８６４のサイズを増大させる。リップ部分８１６ａがシャフトと共に軽微な接触状態にあるとき、ゲル物質８２０ａの収縮は、リップ部分８１６ａがシャフト８５２との軽微な接触状態を脱するように移動する(したがってギャップ８６４を形成する)ことを可能とすることによって、ギャップ８６４を形成できる。リップ８１６ａがシャフト８５２と係合状態にあるとき、ゲル物質８２０ａの収縮は、シャフト８５２とリップ部分８１６ａの軽微な接触を実現することができ、あるいは、シャフト８５２との接触状態を脱するようなリップ部分８１６ａの動き(したがってギャップ８６４の形成)を実現することができる。
【００９５】
ある実施形態では、ゲル物質８２０ａと関連付けられた可逆作用はゲル物質８２０ａの温度依存性を伴う。たとえば、ゲル物質８２０ａの膨張および／または収縮は、選択された特定のタイプのゲル物質の相転移温度に依存し得る。ゲル物質８２０ａは、選択された特定のタイプのゲル物質の相転移温度以下に降下するゲル物質８２０ａの温度に応答して膨張できる(ゲル物質８２０ａは続いて相転移温度を上回るゲル物質８０２ａの温度に応答して収縮する)。さらに、別な実施形態では、ゲル物質８２０ａは、選択された特定のタイプのゲル物質の相転移温度を上回るゲル物質８２０ａの温度に応答して収縮し得る(ゲル物質８２０ａは続いて相転移温度以下に降下するゲル物質８２０ａの温度に応答して収縮する)。
【００９６】
可逆作用は、温度以外の刺激と、あるいはそれに加えて刺激と関連付けることができる。そうした刺激の例としては、(たとえばトータルスケール、フリースケールあるいは海水スケール単位で測定した)流体のｐＨ、流体の塩分濃度、流体の濃度あるいは純度、流体の化学的組成、密度、あるいは流体の粘度(たとえば運動粘度あるいは動粘度) の一つあるいはその組み合わせが挙げられる。ある実施形態では、外部刺激に対するゲル物質８２０の応答性は、システム８００がさらされる作動条件に基づいて、どのようにゲル物質８２０が膨張あるいは収縮するかを指定するために選択可能である。たとえば、ゲル物質８２０の応答性(たとえば体積膨張あるいは収縮の速度および／または量)は、コンパートメントＩからコンパートメントIIへの(そして逆の)流体の流動を阻止あるいは低減するために、シーリングシステム８１２の能力に作用し得る。
【００９７】
ある実施形態では、サポートコンポーネント８０４はバルクヘッド構造体Ｂに対して搭載あるいは取り付け可能な環状体である。ある実施形態では、サポートコンポーネント８０４は(たとえば図９Ｃに示す)バルクヘッド構造体の一部を形成する。たとえば、バルクヘッド構造体Ｂの外面８４８は、キャリアコンポーネント８０８の内面８３２とのスライド可能な係合を容易にする相対的に滑らかな部分を有するような形状とすることが(たとえば機械加工あるいは仕上げ加工することが)できる。そうした実施形態は、概して、サポートコンポーネント８０４がバルクヘッド構造体に対して搭載されるかあるいは取り付けられる実施形態よりも大きな外径Ｒを備えたキャリアコンポーネント８０８を伴う。
【００９８】
ある実施形態では、コンパートメントII内の流体は第１のゲル物質８２０aにさらされるかあるいはそれと相互作用し、第１のゲル物質８２０ａを膨張させ、リップ部分８１６ａをシャフト８５２に向かってあるいはそれと接触するように押しやる。そうした実施形態では、コンパートメントII内の流体は、(たとえば、第２のゲル物質８２０ｂがまた流体にさらされる場合を除いて)必ずしも、第２のゲル物質８２０ｂを膨張させない。たとえば、コンパートメントII内の流体は、シャフト８５２に向かうかあるいはそれと接触状態となる第１のリップ部分８１６ａの膨張によって第２のゲル物質８２０ｂから分離させられる。別な実施形態では、コンパートメントII内の流体を(たとえば跳ね掛けによって)第２のゲル物質８２０ｂにさらすことができ、これによって第２のゲル物質８２０ｂは膨張させられ、第２のリップ部分８１６ｂをシャフト８５２に向かってあるいはそれと接触となるように押しやる。したがって、ゲル物質８２０ａのｂの膨張は、(たとえば、ギャップ８６４を介して)コンパートメントIIからコンパートメントＩへの流動経路のサイズを低減しあるいはそれを排除する。流体がまたコンパートメントＩ内に存在し、そして第２のゲル物質８２０ｂが流体にさらされるとき、第２のゲル物質８２０ｂは膨張し、リップ部分８１６ｂをシャフト８５２に向かってあるいはそれと接触状態となるように押しやる。この結果、流体がコンパートメントＩおよびコンパートメントIIの両方に存在するとき、リップ部分８１６ａ‐８１６ｂおよびゲル物質８２０ａ−８２０ｂは、コンパートメントＩからコンパートメントIIへの、そしてコンパートメントIIからコンパートメントＩへの流動経路を減じるかあるいは排除する。したがって、第１のリップ部分８１６ａおよび第１のゲル物質８２０ａは、リップ部分８１６ｂがコンパートメントＩからコンパートメントIIへの流動経路を排除しない場合(たとえばリップ部分８１６ｂがシャフト８５２と軽微なあるいは係合接触状態にない場合)、コンパートメントＩからコンパートメントIIへの流動経路のサイズを減じるかあるいはそれを排除するためにバックアップシールとして機能する。同様に、第２のリップ部分８１６ｂおよび第２のゲル物質８２０ｂは、リップ部分８１６ａがコンパートメントIIからコンパートメントＩへの流動経路を排除しない場合、コンパートメントIIからコンパートメントＩへの流動経路のサイズを減じるかあるいはそれを排除するためのバックアップシールとして機能する。
【００９９】
ある実施形態では、キャリアコンポーネント８０８は、図４に示す形態と同様に、シャフト８５２に対して図５のシール５００を配置するのを容易にするような構造あるいは形状とされる。たとえば、シャフト８５２に近接したキャリアコンポーネント８０８の領域８６８は、図４のアライメントリング４０４の部分４２２に似るように製造可能である。
【０１００】
図８Ｂは、図８Ａのシステム８００の一部破断斜視図である。図８Ｂに示すサポートコンポーネント８０４は、バルクヘッド構造体(図示せず)の孔(図示せず)に対応する複数の貫通孔８７６を有するインターフェース領域８７２を含む。システム８００は、貫通孔８７６およびバルクヘッド構造体の対応する孔にファスナー(たとえばキャリッジボルトあるいはラグスクリュー)を通すことによって、バルクヘッド構造体に対して搭載可能である。システム８００がバルクヘッド構造体Ｂに対して搭載されるとき、インターフェース領域８７２は図８Ａのバルクヘッド構造体Ｂあるいはその面８９２に対して物理的に接触できる。
【０１０１】
ある実施形態では、システムをバルクヘッド構造体に対して既に固定されたハウジング(図示せず)に対して搭載するために貫通孔８７６が使用される。たとえば、図１のハウジング１０４と類似のハウジングを含むシステムにおいては、サポートコンポーネント８０４は、バルクヘッド構造体に対して直接ではなく、ハウジング構造体自体の一部に対して搭載することができる。そうした形態は、既存のハウジング構造体を用いてシステム８００を改良するために好都合であるシステム８００を実現する。
【０１０２】
サポートコンポーネント８０４は、図示のとおり、半円形環状構造体である。サポートコンポーネント８０４は、シャフト(図示せず)を取り囲みかつシャフトの周囲でシーリングシステム８１２を位置決めするために、第２の半円形サポートコンポーネント(図示せず)の対応するフランジ(図示せず)と係合する結合フランジ８８０を含む。したがって、システム８００をバルクヘッド構造体に搭載するために、図示するサポートコンポーネント８０４が図８Ａのバルクヘッド構造体Ｂに対して固定され、かつ、結合フランジ８８０を介して第２のサポートコンポーネントに対して固定される。結合フランジ８８０は、第２のサポートコンポーネントの対応する結合フランジにおける貫通孔(図示せず)に対応する複数の貫通孔８８４を含む。サポートコンポーネント８０４に関する代替形態もまた利用可能である(たとえば図９Ａ〜９Ｃに示す形態)。
【０１０３】
概して、サポートコンポーネント８０４、キャリアコンポーネント８０８、リップシール８１４、ゲル物質８２０、保持コンポーネント８２４、あるいはＯリング８４４のいずれかは半円あるいは半環形状であってもよい。半円あるいは半環形状は、サポートコンポーネント８０４、キャリアコンポーネント８０８、リップシール８１４、ゲル物質８２０、保持コンポーネント８２４、あるいはＯリング８４４のいずれかが、(たとえば、摩擦、ボルト、スクリュー、ペグ、磁石を用いて機械方式で、あるいはたとえば化学接着剤あるいは接着剤を用いて接着方式で)互いに結合される２部品でシャフト８５２の上に搭載あるいは設置されることを(たとえばシャフト８５２の周面あるいは周囲に配置されることを)可能とする。たとえば、キャリアコンポーネント８０８の二つの半円形あるいは半環状半体(図示せず)は、シャフト８５２に対して外接関係で配置できる。半円形あるいは半環状半体は、この場合、シャフト８５２の周面あるいは周囲に配置される単一のあるいは単体のキャリアコンポーネント８０８構造体を形成するために互いに固定できる。
【０１０４】
ある実施形態では、サポートコンポーネント８０４は、第２のサポートコンポーネントに対して固定される前に、バルクヘッド構造体に対して固定される。別な実施形態では、サポートコンポーネント８０４は、組み合わされたサポートコンポーネントがバルクヘッド構造体に対して搭載されるか固定される前に、まず第２のサポートコンポーネントに対して固定される。サポートコンポーネント８０４は、結合フランジ８８０がインターフェース領域８７２に対して位置決めされるような形状とされる。結合フランジ８８０のポジションによって、サポートコンポーネント８０４をバルクヘッド構造体によって形成される開口(図示せず)内に嵌めることが可能となる。
【０１０５】
図８Ｂの保持コンポーネント８２４は、流体がそれを通過してゲル物質８２０ａと相互作用することを可能とする複数のスロット８８８を含む。スロット８８８のサイズあるいは位置は、ゲル物質８２０ａと相互作用する流体の量を制御するために操作すなわち制御することができる。たとえば、スロット８８８の数あるいはサイズを増大させることで、ゲル物質８２０ａを膨張させ、シャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるようにリップ部分８１６ａを押しやるのに必要な流体の量を減じることができる(たとえば、さらに多くのスロット８８８は、さらに多くの流体がゲル物質８２０ａと相互作用することを可能とする)。逆に、スロット８８８の数あるいはサイズを減少させることで、ゲル物質８２０ａを膨張させ、シャフトに向かってあるいはシャフトと接触状態となるようにリップ部分８１６ａを押しやるのに必要な流体の量を増大させることができる。
【０１０６】
図８Ｂに示すシステム８００の利点は、サポートコンポーネント８０４が、シャフトに対してキャリアコンポーネント８０８あるいはシーリングシステム８１２を位置決めするためのその他の機構に比べて相対的に軽量であることである。サポートコンポーネント８０４は、青銅アルミニウムなどの素材から形成することができる。サポート８０４の概して平坦な環形状は、シャフトに対してキャリアコンポーネント８０８あるいはシーリングシステム８１２を位置決めするために使用されるその他のコンポーネントに比べて、サポートコンポーネント８０４が相対的に軽量である一つの理由である。たとえば、図１および図３のハウジングはより多くの素材を必要とする。なぜなら、ハウジングはアライメントリングを取り囲んでいるからである(たとえば、ハウジングの内面はアライメントリングの外面と係合する)。対照的に、図８Ａ−８Ｂの実施形態では、キャリアコンポーネント８０８の内面８３２はサポートコンポーネント８０４の外面８４８と係合し、サポートコンポーネント８０４を、より少ない素材で製造(たとえば鋳造)することが可能となる。
【０１０７】
付加的な利点として、サポートコンポーネント８０４が特定の重量を超えない場合、システム８００はリガーの助けを伴わずに設置することができる。相対的に軽量であることに加えて、サポートコンポーネント８０４は、その他の形状を有するサポートコンポーネントに比べて、相対的に容易に機械加工あるいは金属鋳造できる。さらに、キャリアコンポーネント８０８はまた、たとえば、Garolite G-10/FR４素材といった相対的に軽量な素材から形成できる。そうした素材は十分に軽量でありかつ剛性が高い。
【０１０８】
さらなる利点は明白である。たとえば、キャリアコンポーネント８０８の幅Ｗｃは、図８Ａに示すサポートコンポーネントの幅Ｗｓには依存しない。この結果、キャリアコンポーネント８０８は、サポートコンポーネント８０４の幅Ｗｓに関係なく、図１１Ｂ−１１Ｃに関して以下で説明するように、ベアリングの組み込みを容易にするために、Ｘ軸に沿って拡幅することができる。
【０１０９】
図８Ｃは、代替キャリアコンポーネント８０８'を含むシステム８００'の一部の断面図である。キャリアコンポーネント８０８'は第１の部材８９０と、第１の部材８９０に対して取り外し可能に取り付け可能あるいは固定可能な第２の部材８９２とを含む。第２の部材８９２は、第１の部材に対して、(たとえば、ボルト、スクリューあるいは締り嵌めを用いて)機械方式で、接着方式で(たとえば接着で)、あるいは機械方式および接着方式の何らかの組み合わせによって、取り付けることができる。第２の部材８９２はＯリング８９６を収容するための溝８９４を有する。第２の部材８９２が第１の部材８９０に取り付けられるとき、Ｏリング８９６は、両者間の液密シールを促進し、第１のコンパートメントＩから第２のコンパートメントIIへの、たとえば第１の部材８９０と第２の部材８９２との間の(そしてチャネル８３６を介した)流動経路を減じあるいは排除する。
【０１１０】
ある実施形態では、第２の部材８９２ではなく第１の部材８９０は、液密シールを促進するためにＯリング８９６を収容するための溝(図示せず)を有することができる。図８Ｃのキャリアコンポーネント８０８'に対する利点は、相対的に小さなスペース内にシステム８００'を設置することが可能になることを含む(たとえば、Ｙ軸に沿ったサポートコンポーネント８０４とシャフト８５２との間のクリアランスＣがチャネル８３６とサポートコンポーネント８０８'の外径面８９８との間の距離ｈ１よりも小さい場合)。そうした形態は、システム８００'の小さなサイズを維持しながら、シャフトによるＹ軸に沿った相対的に大きな移動を可能とする(たとえばチャネル８３６とサポートコンポーネント８０４との間の距離ｄ)。
【０１１１】
図９Ａは、本発明の例証的実施形態に基づくサポートコンポーネント９００の一部の斜視図である。サポートコンポーネント９００は、半円形状を有し、かつ、外径面９０４および内径面９０８を有する。サポートコンポーネント９００はまた、インターフェース部分９１６を含む環状面９１２を有する。サポートコンポーネント９００はまた、環状面９１２と実質的に平行でかつそれとは反対側を向く第２の環状面９１８を含む。環状面９１２および第２の環状面９１８は、代替配置状態(たとえば非平行)で設けることが可能である。インターフェース部分９１６は、(たとえば、環状面９１２から第２の環状面９１８へと)サポートコンポーネント９００を貫通して延在する複数の貫通孔９２０を有する。複数の貫通孔９２０は、サポートコンポーネント９００をバルクヘッド構造体に設置することを(たとえば、インターフェース部分９１６をバルクヘッド構造体の対応する面(図示せず)と物理的な接触状態に置くことを)容易にする。サポートコンポーネント９００は第１の結合領域９２４ａおよび第２の結合領域９２４ｂを含む。結合領域９２４ａ−９２４ｂは第２の半円サポートコンパートメント(図示せず)の対応する結合領域(図示せず)に結合する。結合領域９２４ａ−９２４ｂは、図８Ｂのサポートコンポーネント８０４の結合フランジ８８０の代替物である。
【０１１２】
図９Ｂは組み立てられたサポート構造体９４０の平面図である。サポート構造体９４０は図９Ａのサポートコンポーネントと対称サポートコンポーネント９００'とを含む。サポートコンポーネント９００の第１の結合領域９２４ａは、サポートコンポーネント９００'の対応する結合領域９２４ａ'に固定される。同様に、サポートコンポーネント９００の第２の結合領域９２４ｂは、サポートコンポーネント９００'の対応する結合領域９２４ｂ'に固定される。サポート構造体９４０は、それを経てシャフト(たとえば回転シャフト)が突出できる開口を有する環状あるいはリング状構造体である。サポート構造体９４０は、バルクヘッド構造体(図示せず)の対応する面に対して結合するためのインターフェース面９４８を有する。インターフェース面９４８はサポート構造体９４０の外径Ｄに沿って配置される。サポート構造体９４０はまた、サポート構造体９４０の内径ｄに沿って配置された面９５２を含む。面９５２は、キャリアコンポーネント(たとえば図８Ａのキャリアコンポーネント８０８)の対応する内面(たとえば図８Ａの面８３２)とのスライド可能な係合を容易にする。
【０１１３】
ある実施形態では、サポート構造体９４０は、バルクヘッド構造体に対して設置可能であるというよりは、バルクヘッド構造体自体の一部から形成される。そうした実施形態の一例は図９Ｃに示されているが、これは、本発明の例証的実施形態に基づく、バルクヘッド構造体９６０の平面図である。図９Ｄは、図９Ｃのバルクヘッド構造体９６０の断面図である。図９Ｃ−９Ｄの実施形態において、キャリアコンポーネント(たとえば図８Ｃのキャリアコンポーネント８０８)は、バルクヘッド構造体９６０に対して搭載可能な別体サポート構造体(たとえば図９Ｂのサポート構造体９４０)を要さずに、バルクヘッド構造体９６０と係合する。
【０１１４】
バルクヘッド構造体９６０はコンパートメントＩの第１の面９６４と、コンパートメントIIの第２の面９６８とを有する。バルクヘッド構造体は、コンパートメントＩの第１の面９６４から、コンパートメントIIの第２の面９６８に至る開口９４４'を有する。第１の面９６４は、開口９４４'に隣接する第１の環状領域９７２を有し、かつ、第２の面９６８は開口９４４'に隣接する第２の環状領域９７６を有する。環状領域９７２,９７６は、(たとえば、図８Ａのキャリアコンポーネント８０８あるいは図８Ｃのキャリアコンポーネント８０８'のチャネル８３２と構造および機能の点で類似の)キャリアコンポーネントの対応する内面とのスライド可能な係合のための面を有する。このように、環状構造体９７２,９７６は図９Ａの環状領域９１２,９１８あるいは図９Ｂのサポート構造体９４０の面９５２と類似しているが、これはキャリアコンポーネントとのスライド係合を容易にする。
【０１１５】
図１０Ａは、本発明の実施形態を示す、非能動化状態すなわち流体が存在しない状況で描かれた保持コンポーネント１００４およびプレート部分１００８を含むシーリングシステム１０００の断面図である。シーリングシステム１０００は、リップシール１０１２およびゲル物質１０１６を含む。ゲル物質１０１６が乾燥しているとき、あるいは流体が存在しない状況では、システム１０００は「非作動」状態である。ゲル物質１０１６は、流体透過性の硬質なあるいは開放気泡フォーム(図示せず)内に配置できる。非作動状態では、ゲルおよびフォーム物質は本来の形状である。同様に、リップシール１０１２のリップ部分１０２０は、本来の非変形形状である。図１０Ａはまた、シャフト部分１０２４を示している。ギャップＧは、リップシール１０１２のリップ部分１０２０をシャフト部分１０２４から分離させる。
【０１１６】
プレート部分１００８は、それを中心としてプレート部分１００８が回転するピボットピン１０２８を含む。プレート部分１００８はゲル物質１０１６をリップシール１０１２に結合する。開口１０３２は、保持コンポーネント１００４およびプレート部分１００８によって形成される。開口１０３２は、ゲル物質１０１６と接触するようにシステム１０００に流体が流入することを可能とすることによって、流体とゲル物質１０１６との相互作用を促進する。流体との接触によって、ゲル物質は膨張させられる。
【０１１７】
図１０Ｂは、作動状態あるいは流体が存在する状態で示す、図１０Ａのシーリングシステム１０００の断面図である。ゲル物質１０１６が膨張するとき、ゲル物質１０１６はプレート部分１００８に力を加え、そしてピボット１０２８を中心としてプレート部分１００８を回動させる。プレート部分１００８がピボット１０２８を中心として回動するとき、プレート部分１００８は、プレート部分１００８はリップシール１０１２のリップ部分１０２０に対して力を加え、そしてリップ部分１０２０をシャフト部分１０２４に向かってすなわちそれと接触状態となるように押しやる。ある実施形態では、リップ部分１０２０の動作は図１０ＡのギャップＧを排除する。リップ部分１０２０はまた、ゲル物質１０１６による膨張に応答して、ギャップＧのサイズ(たとえば、シャフト部分１０２４とリップ部分１０２０との間のＸ軸に沿った距離)を低減できる。
【０１１８】
プレート部分１００８はゲル物質１０１６の膨張の作用を増幅する。たとえば、プレート部分１００８を含まないシーリングシステムにおいては、固定量だけのゲル物質１０１６の膨張は、ゲル物質１０１６の膨張の量に比例してリップ部分１０２０を移動させる。図１０Ａ−１０Ｂにシーリングシステム１０００においては、リップ部分１０２０は、ゲル物質１０１６の同じ膨張量に応答して、より大きな距離だけ移動する。たとえば、プレート部分１００８に対するゲル物質１０１６の膨張はプレート部分１００８を押しやるが、これはリップ部分１０２０に対するレバーとして機能し、これによって、ゲル物質１０１６の膨張に応答してリップ部分１０２０が移動する距離を増大させる。
【０１１９】
図１０Ａ−１０Ｂのシステム１０００の利点は、ゲル物質が流体さらされたときに依然として適切にサイズを低減するかギャップＧを排除しながら、シーリングシステム１０００がシャフト部分１０２４からさらに離れるように移動できることである(たとえば、プレート部分１００８を持たないシステムよりも大きなギャップＧを形成する)。ギャップＧのより大きなサイズはリップシール１０１２のリップ部分１０２０の磨耗を低減する。なぜなら、Ｘ軸に沿ったシャフト部分１０２４のより大きな移動が、シャフト部分１０２４がリップ部分１０２０に接触する前に必要になるからである。シャフト部分１０２４とリップ部分１０２０との間の偶発的な接触の減少は、リップ部分の磨耗を低減する。
【０１２０】
図１１Ａは、本発明の例証的実施形態に基づく、ベアリング１１００の斜視図である。ベアリング１１００は外径面１１０４と円形面１１０８とを有する。ブッシュ１１１２がベアリング１１００を貫通し、軸線Ａに沿って円形面１１０８から外側に延在している。ベアリング１１００は、概して、回転対称であり、かつ、円形面１１０８中心を通って延在する軸線Ａを中心として回転可能である。ベアリング１１００は、シャフト(図示せず)との接触に応答して、軸線Ａを中心として回転できる。ある実施形態では、ベアリング１１００はブッシュ１１１２を中心として回転するが、これは、ベアリング１１００の外径面１１０４とのシャフトによる接触に応答して静止状態のままである。ブッシュ１１１２は、ベアリング１１００の回転あるいはシャフトからの接触に応答してベアリング１１００への摩擦を低減するために、ベアリング１１００から別なベアリング(図示せず)へとある大きさの力あるいは荷重を伝達する。ベアリング１１００はまた平面Ｐに関して対称であるが、これは軸線Ａに対して垂直である。ブッシュ１１１２はブッシュ面１１１６を有する。ブッシュ１１００がシーリングシステムに設置されたとき、ブッシュ面１１１６は、好ましくは、キャリアコンポーネント(図示せず)の面(図示せず)と面一である。これは、図１１Ｂ−１１Ｃに関して、以下で説明する。
【０１２１】
ある実施形態では、コーティング(図示せず)がベアリング１１００の外径面１１０４上に配される。このコーティングは、低摩耗素材、低摩擦素材、あるいは低腐食素材から形成でき、あるいはそれらを含むことができる。ある実施形態では、コーティングは、低摩耗、低摩擦、そして低腐食素材から形成され、あるいはそれらを含む。ある実施形態では、コーティング素材は、摩擦、磨耗、腐食、あるいはその組み合わせに対するその抵抗力に基づいて選択される。
【０１２２】
図１１Ｂは、その中に設置された図１１Ａの複数のベアリング１１００を有するキャリアコンポーネント１１２４を含むシステム１１２０の一部断面斜視図である。キャリアコンポーネント１１２４は、複数のリセス１１３２を有する内径部分１１２８を含む。内径部分１１２８はまた、シャフト対向面１１３６を有する。シャフト対向面１１３６は、図８Ａのキャリアコンポーネント８０８の面８５６に類似している。内径部分１１２８のリセス１１３２は、複数のベアリング１１００を収容する。複数のベアリング１１００のそれぞれは、シャフト(図示せず)との接触に応答して各ベアリング１１００がそれを中心として回転できる軸線Ａを含む。キャリアコンポーネント１１２４のリセス１１３２は複数のベアリング１１００が回転することを可能とするサイズとされている。この実施形態では、リセス１１３２は形状が矩形であるが、その他のジオメトリーも可能である。
【０１２３】
複数のベアリング１１００が設置される場合、ベアリング１１００は、システム１１２０の中心Ｃに向かってキャリアコンポーネント１１２４のシャフト対向面１１３６を越えて延在する。この結果、キャリアコンポーネント１１２４に向かうシャフトによる動作に応答して、シャフトはまず、キャリアコンポーネント１１２４に接触する前にベアリング１１００の一つ以上に接触する。シャフトと接触状態のベアリングは、システム１１２０の他のベアリングに荷重を伝達あるいは配分し、かつ／または、シャフトの衝撃からのショックを吸収し、これによってキャリアコンポーネント１１２４およびリップシール１１４０への摩擦を軽減する。ベアリング１１００は、(たとえばシャフトとの接触によって)シャフトに対してシステム１１２０を心出ししかつ／または位置決めできる。たとえば、ベアリング１１００は、シャフトの周面の周りで概して均一な距離で、リップシール１１４０を整列させることがあるいは位置決めすることができる。ある実施形態では、ベアリング１１００は、システム１１２０の設置の際にシャフトと接触状態であり、かつ、シャフトの動作あるいは回転の間、シャフトと接触状態のままである。
【０１２４】
図１１Ｂのシステム１１２０に対する利点は、ベアリング１１００がシステム１１２０とシャフトとの間の摩擦を低減することである。特に、複数のベアリング１１００を用いて観察される摩擦係数は、外接コンポーネント(たとえば図１の外接コンポーネント１２２)を用いて観察される摩擦係数よりも小さなものである。たとえば、青銅が充填された中空リングを形成するポリフルオロテトラエチレン(「ＰＴＦＥ」)素材からなる外接コンポーネントは約０.１２〜０.１６kg/cm２の動摩擦係数を示した。図１１Ｂのシステム１１２０の要素を体現するプロトタイプシステムは、約０.００１５kg/cm２の動摩擦係数を示した。システム１１２０の動摩擦係数は、低摩擦素材でベアリング１１００をコートすることでさらに低減できる。
【０１２５】
ある実施形態では、低減される摩擦は、作動中、ベアリング１１００とシャフトとの間には周期的な接触しか存在しないという事実に由来する(たとえば、シャフトがキャリアコンポーネント１１２４に向かって移動しない限り、ベアリングがシャフトから離間しない場合)。ベアリングがシャフトによって加えられる荷重を伝達する実施形態では、個々のベアリングの低減された摩擦は、伝達される荷重が他のベアリングに配分されることに起因する。ベアリングが実質的にシャフトと常時接触状態にある実施形態においては、摩擦の低減が生じる。なぜなら、シャフトの周面に外接するコンポーネント(図示せず)とは対照的にシャフトとシステム１２０との間の唯一の接点がベアリングを介して生じ、したがって、それはシャフトの周面の周りでシャフトと常時接触状態であるである。
【０１２６】
そうした外接コンポーネント(たとえば図１のアライメントリング１２２)は、しかしながら、別な理由(たとえば、コスト、製造あるいは設置の容易性、重量あるいは他の要因)から有利であろう。だが、外接コンポーネントに由来する摩擦は別な方法で(低摩耗、低摩擦、低腐食、あるいはこれらの特性の組み合わせを示す素材の選択によって)低減できる。この結果、複数のベアリング１００を収容するよう構成された外接コンポーネントあるいはキャリアコンポーネント１１２４のいずれかを、特定のシーリング用途に応じて使用できる。
【０１２７】
キャリアコンポーネント１１２４は、第１のキャリア部材１１２４ａおよび第２のキャリア部材１１２４ｂとを含む。第１のキャリア部材１１２４ａは貫通孔１１４４ａ,１１４４ｂを含み、かつ、第２のキャリア部材１１２４ａは貫通孔１１４８ａ,１１４８ｂを含む。第１のキャリア部材は、接続部分１１４４ｂ'および接続部分１１４８ｂ'を含む。第２のキャリア部材は接続部分１１４４ａ'および接続部分１１４８ａ'を含む。接続部分１１４４ａ',１１４４ｂ',１１４８ａ'および１１４８ｂ'はネジ留め可能である。システム１１２０の中心Ｃを貫通するシャフト１１２４の周囲にキャリアコンポーネント１１２４を設置するために、ファスナーが貫通孔１１４４ａ,１１４４ｂ,１１４８ａおよび１１４８ｂを経て突出させられ、そして、第１のキャリア部材１１２４ａを第２のキャリア部材１１２４ｂに固定するために接続部分１１４４ａ',１１４４ｂ',１１４８ａ'および１１４８ｂ'に対して接続される。図１１Ｂに示すように、キャリアコンポーネント１１２４は(たとえば図８Ａのチャネル８３６を形成する内面８３２と類似した)チャネルを形成する内面を表現していない。だが、図１１Ｂのキャリアコンポーネント１１２４は、サポートコンポーネントあるいはバルクヘッド構造体の対応する面とスライド可能に係合するための内面およびチャネルを含んでいてもよいことは明らかである。
【０１２８】
図１１Ｃは、本発明の実施形態を示す、キャリアコンポーネント１１２４内に設置されたベアリング１１００を含むシーリングシステム１１５０の一部破断斜視図である。キャリアコンポーネント１１２４は環状体１１５４を有する。環状体１１５４は、外周１１５８に沿ってチャネル(図示せず)を持つことができる。このチャネルは環状体１１５４内に形成される(図８Ａに示すチャネル８３６と同様)。これに代えて、環状体１１５４はハウジング(たとえば図１のハウジング１０４)内で使用できる。そうした実施形態では、環状体１１５４はチャネルを有する必要はない。環状体１１５４は、この環状体１１５４の内面に１１６６に沿って延在部分１１６２を有する。
【０１２９】
環状体１１５４の延在部分１１６２は凹状領域１１３２を含む。凹状領域１１３２はベアリング１０００を収容し、かつ、ハウジング１０００の回転を容易にする。延在部分１１６２はまた、環状体１１５４の一部である外面１１７０を有する。システム１１５０は、垂直コンポーネント１１７６およびリップ部分１１７８を含むリップシール１１７４を含む。リップシール１１７４の垂直コンポーネント１１７６は、リップシール１１７４がシステム１１５０内に設置された際に、延在部分１１６２の外面１１７０に沿って配置される。
【０１３０】
ベアリング１１００は、ブッシュ１１１２を用いてキャリアコンポーネント１１２４に対して固定される。さらに詳しく言うと、ベアリング１１００は、環状体１１５４の延在部分１１６２の凹状領域１１３２内で固定される。ブッシュ１１１２は第１のブッシュ部材１１８０ａおよび第２のブッシュ部材１１８０ｂを含む。ある実施形態では、第１のブッシュ部材１１８０ａの雄型部分１１８２ａは、第１のブッシュ部材１１８０ａを第２のブッシュ部材１１８０ｂに対して固定するために、第２のブッシュ部材１１８０ｂの雌型部分１１８２ｂとネジ方式で係合する。ブッシュ１１１２は、環状体１１５４の凹状領域１１３２に対してベアリング１１００を位置決めする。第２のブッシュ部材１１８０ｂは、シャフト(図示せず)との接触に応答して、その周囲をベアリング１１００が回転する外周１１８４を形成する。
【０１３１】
第２のブッシュ部材１１８０ｂは(たとえば図１１Ａのブッシュ面１１１６と類似の)ブッシュ面１１８６を有する。ベアリング１１００がキャリアコンポーネント１１２４内に設置されるとき、ブッシュ面１１８６は延在部分１１６２の外面１１７０に沿って存在しかつ概してそれと面一であり、これによってリップシール１１７４の垂直コンポーネント１１７６を延在部分１１６２に対して位置決めすることが可能となる。延在部分１１６２はまた、外面１１７０と平行でかつそれに対向する第２の外面１１８８を有する。第１のブッシュ部材１１８０ａは、リップシール１１９４の垂直コンポーネント１１９２を延在部分１１６２に対して位置決めすることを可能とするために延在部分１１６２の平行な対向する外面１１８８と概ね面一であるブッシュ面１１９０を有する。外面１１７０,１１８８は延在部分１１６２の外面を形成できる。
【０１３２】
システム１１５０はまた、キャリアコンポーネント１１２４に対してリップシール１１７４を結合しかつ位置決めするための保持コンポーネント１１９６を含む。システム１１５０はまたゲル物質１１９８を含む。ゲル物質１１９８が流体にさらされるとき、ゲル物質１１９８は膨張し、リップ部分１１７８をシャフトに向かってあるいはそれと接触状態となるように押しやる。ゲル物質１１９８は、シャフトとリップ部分１１７８との間にギャップ(図示せず)を形成するか、あるいはそのサイズを増大させるために、流体が存在しない状況では収縮する。
【０１３３】
図１２Ａは、本発明の実施形態を示す、システム１２００の断面図である。システム１２００は、第１の部材１２０２ａおよび１２０２ｂを含むキャリアコンポーネント１２０２を含む。システム１２００は、第１のリップ部分１２０６ａを有する第１のシール１２０４ａと、第１のゲル物質１２０８ａとを含む。システム１２００は、第２のリップ部分１２０６ｂを有する第２のシール１２０４ｂ(第１のシールと組み合わせで１２０４)および第２のゲル物質１２０８ｂを含む。システム１２００はシャフト１２１０の周囲に配置されるが、これは(たとえば、並進移動、回転、あるいはその組み合わせによって)システム１２００に対して動くことができる。
【０１３４】
システム１２００は、第１のデブリガード１２１２ａおよび第２のデブリガード１２１２ｂを含む(総じて１２１２)。第１のデブリガード１２１２ａは第１のコンパートメントＩ内に配置され、かつ、第２のデブリガード１２１２ｂは第２のコンパートメントII内に配置される(たとえば、バルクヘッドあるいはその他の構造体によって分離された船舶あるいは艦船上のコンパートメント)。図１２Ａから分かるように、第１のデブリガード１２１２ａおよび第２のデブリガード１２１２ｂは、実質的に同一である。第１のデブリガード１２１２ａは、この第１のデブリガード１２１２ａが設置された(たとえばキャリアコンポーネント１２０２に対して固定された)際に、シャフト１２１０の周囲に配置されるフレキシブルボディ１２１４ａを有する。ある実施形態では、フレキシブルボディ１２１４ａは弾性素材(たとえばフルオロエラストマー素材)から形成される。フレキシブルボディ１２１４ａはまた、布材、あるいは、たとえば金属ボンディングあるいはリブなどのサポート構造体(図示せず)を用いて補強された布材から形成することができる。デブリガード２１２ａの機能は、第１のコンパートメントＩ内のダスト、埃、あるいはデブリといった、ある量の物質あるいは汚染物質(図示せず)が第１のシール１２０４ａあるいは第２のシール１２０４ｂと接触するのを、あるいは第２のコンパートメントIIに侵入するのを阻止あるいは軽減することである。
【０１３５】
第１のデブリガード１２１２ａは外径部分１２１６ａおよび内径部分１２１８ａを含む。外径部分１２１６ａは、キャリアコンポーネント１２０２の第１の部材１２０２ａによって形成された対応する面１２２と連係するための面１２２０ａを有する。第１のデブリガード１２１２ａは、構造体１２２４を用いて、キャリアコンポーネント１２０２の第１の部材１２０２ａに対して固定される。構造体１２２４は、外径部分１２１６ａに対して位置調整可能な環状リングであってもよい。ある実施形態では、構造体１２２４およびデブリガード１２１２ａは、構造体１２２４および外径部分１２１６ａを貫通してキャリアコンポーネント１２０２の対応する孔１２２８内へと至る一つ以上の固定コンポーネント１２２６によって、キャリアコンポーネント１２０２の第１のブザイ１２０２ａに対して固定される。固定コンポーネント１２２６は、たとえば、スクリュー、ボルト、あるいはリベットであってもよい。ある実施形態では、構造体１２２４は、第１の部材１２０２ａに対して、その他の技術、たとえば磁気的吸引力を用いて結合される。ある実施形態は構造体１２２４を利用せず、内面１２２０ａと第１の部材１２０２の面１２２２との間に接着剤を配することによって外径部分１２１６ａを第１の部材１２０２に対して結合する。こうした技術の組み合わせもまた、デブリガード１２１２ａをキャリアコンポーネント１２０２に対して位置決めしかつ／または固定するために利用できる。キャリアコンポーネント１２０２は、図８Ａのシステム８００あるいは図９Ｃ−９Ｄに関して説明したバルクヘッド構造体９６０の作用と同様、バルクヘッド(図示せず)あるいはサポートコンポーネント(図示せず)の対応する面(図示せず)につながるチャネル１２２９を含む。
【０１３６】
デブリガード１２１２ａは、内径部分１２１８ａに対して位置決めされたシーリング部分１２３０を含む。シーリング部分１２３０は、ポケット１２３２、リップ部分１２３４および開口１２３６を含む。ゲル物質１２３８はポケット１２３２内に配置される。ゲル物質１２３８が流体(図示せず)、たとえば、開口１２３６を通過する流体にさらされたとき、ゲル物質は膨張し、そしてリップ部分１２３４をシャフト１２１０に向かってあるいはそれと接触状態となるように押しやる。ある実施形態では、リップ部分１２３４は、低摩耗、低摩擦、および／または低腐食素材から形成される。ある実施形態では、シーリング部分１２３０は(たとえば、第１のシール１２０４ａあるいは第２のシール１２０４ｂに対して第２のシールとして作用する)バックアップシールである。
【０１３７】
デブリガード１２１２ａは内径部分１２１８ａに沿って延在部分１２４０ａを含む。システム１２００は、デブリガード１２１２ａの延在部分１２４０ａにつながりかつシャフト１２１０に外接するリング１２４２ａを含む。延在部分１２４０ａは、シャフト１２１０および／またはシール１２０４に対してリング１２４２ａを整列させかつ／またはそれを位置決めする。ある実施形態では、リング１２４２ａとシャフト１２１０との間に小さなクリアランスが存在する。リング１２４２ａはまた、リングがたとえばTEFLON(登録商標)素材などの軽量素材から形成される場合、過剰な、たとえば磨耗を生じることなく、シャフト１２１０と接触できる。
【０１３８】
システム１２００は、キャリアコンポーネント１２０２(たとえば第２の部材１２０２ｂ)の内面１２４６とシャフト１２１０との間に配置されたアライメントリング１２４４を含む。アライメントリング１２４４は、低摩耗、低摩擦、および／または低腐食素材、たとえばTEFLON(登録商標)素材から形成できる。ある実施形態では、システム１２００は、アライメントリング１２４４ではなく一組のベアリング(図示せず)を含む。たとえば、図１１Ａ−１１Ｂの複数のベアリング１１００は、(たとえば図１１Ｂ−１１Ｃに関して先に説明したように、キャリアコンポーネント１２０２の適当な変更の際に)システム１２００と共に使用できる。
【０１３９】
ある実施形態では、システム１２００は第１のシール１２０４ａおよび第２のシール１２０４ｂを含まない。そうした実施形態では、第１のデブリガード１２１２ａおよび第２のデブリガード１２１２ｂは、ある量の流体が第１のコンパートメントＩから第２のコンパートメントIIへと、あるいは逆向きに通過するのを阻止するかあるいは低減させる。そうした実施形態は、たとえば、シーリング構造体(たとえばシーリング部分１２３０ａ)を横断して維持される圧力差が相対的に小さい場合に使用可能である。
【０１４０】
図１２Ｂは、図１２Ａのシステム１２００の一部の正面図である。図１２Ｂは、第１の半円形構造体１２５０ａおよび第２の半円形構造体１２５０ｂ(総じて１２５０)を示している。ある実施形態では、構造体１２５０は図１２Ａの固定構造体１２２４である。構造体１２５０は、たとえば、貫通孔１２５２を貫通してキャリアコンポーネントあるいはサポートコンポーネントの対応する孔(図示せず)内に至るボルト、スクリュー、リベット、ペグあるいはその他の機械的ファスナーを介して、システム１２００をキャリアコンポーネント(図示せず)あるいはサポートコンポーネント(図示せず)に対して固定するための複数の貫通孔１２５２を含む。第１の構造体１２５０ａおよび第２の構造体１２５０ｂは、デブリガード１２１２およびリング１２４２ａによって形成される開口１２５４を貫通するシャフト(図示せず)の周囲に設置するのを容易にするために半円形である。
【０１４１】
図１２Ｃは、本発明の態様を体現するデブリガード１２６０の断面図である。デブリガード１２６０は、デブリガード１２１２を設置すると共に、キャリアコンポーネント(図示せず)あるいはサポートコンポーネント(図示せず)の対応する面(図示せず)に対してインターフェース面１２６６を結合するのを容易にするための貫通孔１２６４を有する外径部分１２６２を含む。デブリガード１２６０は、デブリガード１２６０の内径部分１２７０に対して位置決めされるシーリング構造体１２６８に結合される。シーリング構造体１２６８は、リップ部分１２７２と、シーリング構造体１２６８のポケット１２７６内に配置されたゲル物質１２７４とを含む。シーリング構造体１２６８および／またはリップ部分１２７２は弾性素材から形成できる。図示するように、シーリング構造体１２６８は、デブリガード１２６０のボディ１２７８とは異なる素材から形成される。ある実施形態(たとえば図１２Ａに示す実施形態)では、デブリガード１２１２ａおよびシーリング部分１２３０は(たとえば、弾性素材などの同一の素材から)一体的に形成できる。
【０１４２】
ゲル物質１２７４が流体にさらされるとき、ゲル物質１２７４は膨張し、そしてリップ部分１２７２をシャフト(図示せず)に向かってあるいはそれと接触状態となるように押しやる。流体が存在しない状況(たとえば乾燥時)においては、ゲル物質１２７４は収縮し、リップ部分１２７２が本来のすなわち非変形ポジションに戻ることを可能とする。リップ部分１２７２は、ゲル物質１２７４による拡張の際に、シャフトと係合するか、あるいは表面的にシャフトに接触できる。
【０１４３】
デブリガード１２６０はまた、内径部分１２７０に対して配置された延在部分１２８０を含む。延在部分１２８０は、リング１２８４の対応する形状とされたポケット１２８２内に嵌るような形状とされる。延在部分１２８０はシャフトに対してリング１２８４を整列させかつ／またはそれを位置決めする。
【０１４４】
図１２Ｄは、クランプ構造体１２８８を含むシステム１２８６の正面図である。システム１２８６は、デブリガード１２１２'およびシャフト１２１０に外接するリング１２９０を含む。デブリガード１２１２'は、図１２Ａのデブリガード１２１２あるは図１２Ｃのデブリガード１２６０であってもよい。リングは図１２Ａのリング１２４２ａあるいは図１２Ｃのリング１２８４であってもよい。リング１２９０は、低摩耗、低摩擦、および／または低腐食素材、たとえばTEFLON(登録商標)素材から形成できる。クランプ構造体１２８８は、デブリガード１２１２'あるいはリング１２９０と一体的に形成できる。クランプ構造体１２８８は、両者間にスペース１２９４を伴って、第１のクランプセクション１２９２ａおよび第２のクランプセクション１２９２ｂ(総じて１２９２)を含む。クランプセクション１２９２は調整可能なコネクターシステム１２９６によって互いに結合される。図示するように、コネクターシステム１２９６は第１のクランプセクション１２９２ａおよび第２のクランプセクション１２９２ｂを貫通するボルト１２９６ａを含む。ナット１２９６ｂはボルト１２９６ａに対して固定される。
【０１４５】
システム１２８６は損害抑制のために(たとえば、図示していない別なシーリングコンポーネントの損壊の場合に、さらなる流体の漏れ出しを抑制あるいは制限するために)使用できる。そうした状況では、シャフトが動いている場合、シャフト１２１０は停止させられ、そして、ナット１２９６ｂおよび／またはボルト１２９６ａは締め込まれ、その間の距離ｄが低減されるが、これは、クランプセクション１２９２間の距離ｇを相応に低減する。ナット１２９６ｂおよび／またはボルト１２９６ａは、システム１２８６がシャフト１２１０に接するまで(たとえば、リング１２９０の内径１２９８あるいはデブリガード１２１２'がシャフト１２１０と接触するまで)締め込まれる。
【０１４６】
商業船舶に関しては、シャフトの動きに対応する必要性は、軍用船舶に比べて低い。
【０１４７】
したがって、ある実施形態では、流体能動化シャフトバルクヘッドシールシステム２０００(図１３−１５)は、バルクヘッドに対して、そしてバルクヘッドおよび環状ハウジングを貫通して延在するシャフトの周囲に固定(たとえばボルト留め)された環状キャリア２００１を含む。ガスケット２００３が使用されてもよい。
【０１４８】
環状キャリア２００１は、シャフトの周囲であってかつシャフトから離間した内側リング２００２を含む。キャリア２００１は、リング２００２の反対側で一対のリップシール２００４ａおよび２００４ｂを支持する。各リップシールは、回転シャフトから離間したリップ部分２００６ａ,２００６ｂと、内側リング２００２に当接する部分２００８ａ,２００８ｂとの間に、外側に面するポケットを有する。フォーム体２０１０ａ,２０１０ｂが各ポケット２００８ａ,２００８ｂ内に配置される。
【０１４９】
環状リテーナー２０１２ａ,２０１２ｂが、そのそれぞれのリップシールポケット内でフォーム体を支持するキャリア２００１の各側に対して結合(たとえばボルト留め)される。
【０１５０】
各フォーム体は、流体(たとえば水)の存在下で膨張し、回転シャフトに対してシール構造体２００１をシールするためにリップ部分２００６ａ,２００６ｂを回転シャフトと接触するように押しやるようになされたゲル物質を含む。
【０１５１】
図１３に２０１４で示す離間した流体オリフィスが、ある船舶コンパートメントが浸水したときに、ゲル物質を機能させるために各環状リテーナーを経て配置される。
【０１５２】
好ましくは、内側リング２００２および環状リテーナー２０１２ａ,２０１２ｂは、各リップシールのリップ部分２００６ａ,２００６ｂから内向きに離間される。さらに、図示する例では、各リップシール２００４ａ,２００４ｂは、ゲル物質が流体の存在下で膨張したときに、シャフトに対して密着するよう設計された垂下遠位端部２０１６ａ,２０１６ｂで終端をなしているリップ部分２００６ａ,２００６ｂを含む。さらに、垂下遠位端部２０１６ａ,２０１６ｂは、それに対してキャリア２００１が固定されるバルクヘッドに対して、それをシールするためにゲル物質が膨張しかつ遠位端部２０１６ａ,２０１６ｂが回転シャフトに接触するときリップ部分がある種のヒンジとして機能するように、リップ部分２００６ａ,２００６ｂの残部よりも薄く、したがって剛性が低いことが好ましい。水が存在しない場合、リップシール２００４ａおよび２００４ｂはシャフトと接触しない。
【０１５３】
本発明の特定の特徴をある図面には示し、別のものには示していないが、これは便宜的なものである。なぜなら、各特徴は、本発明に基づくその他の特徴のいずれか、あるいは全てと組み合わせることが可能であるからである。本明細書中で使用している「含む」、「備える」、「有する」および「と共に」といった用語は、広範にかつ包括的に解釈すべきであり、いかなる物理的相互連結にも限定されない。さらに、本明細書に開示した実施形態は、唯一可能な実施形態と解釈すべきではない。
【０１５４】
さらに、本件に関する特許出願手続の間になされた補正は出願当初に示された特許請求の範囲に記載の要素を否認するものではなく、当業者が全ての可能な等価物を文字どおり包含するであろう請求の範囲を想起することは合理的には期待できず、さまざまな等価物は補正の時点では予測できないであろうし、しかもそれは(どちらかと言えば)譲渡されるものの適正な解釈を超え、補正の根拠はさまざまな等価物とほとんど無関係であってもよく、かつ／または補正された請求の範囲に記載の要素に関する、ある想像上の代替物を出願人が開示することを期待できない、数多くのそれ以外の理由が存在する。
【０１５５】
その他の実施形態は当業者には自明であり、特許請求の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１５６】
１００  システム
１０２  シャフト
１０４  ハウジング
１０６  延在部
１０８  貫通孔
１１０ａ,１１０ｂ  接続プレート
１１２ａ,１１２ｂ  面
１１４ａ,１１４ｂ  内面
１１４ｃ  内部領域
１１６  アライメントリング
１１７  環状溝
１１８  Ｏリング
１１９ｂ  クリアランス
１２０ａ,１２０ｂ  シール
１２２  リング
１２４  底面
１２６ａ,１２６ｂ  リップ
１２８ａ,１２８ｂ  ポケット
１３０  クリアランス
【図１】
0005640148.tif 000002
【図２】
0005640148.tif 000003
【図３】
0005640148.tif 000004
【図４】
0005640148.tif 000005
【図５】
0005640148.tif 000006
【図７】
0005640148.tif 000007
【図８Ｂ】
0005640148.tif 000008
【図８Ｃ】
0005640148.tif 000009
【図９Ａ】
0005640148.tif 000010
【図９Ｂ】
0005640148.tif 000011
【図９Ｃ】
0005640148.tif 000012
【図９Ｄ】
0005640148.tif 000013
【図１０Ａ】
0005640148.tif 000014
【図１０Ｂ】
0005640148.tif 000015
【図１１Ａ】
0005640148.tif 000016
【図１１Ｂ】
0005640148.tif 000017
【図１１Ｃ】
0005640148.tif 000018
【図１２Ａ】
0005640148.tif 000019
【図１２Ｂ】
0005640148.tif 000020
【図１２Ｃ】
0005640148.tif 000021
【図１２Ｄ】
0005640148.tif 000022
【図１３】
0005640148.tif 000023
【図１４】
0005640148.tif 000024
【図１５】
0005640148.tif 000025
【図６】
0005640148.tif 000026
【図８Ａ】
0005640148.tif 000027