(57)【要約】  ガスシール（１０）の静止リング（１６）のシール面と回転リング（１４）のシール面との間の軸方向隔離距離を能動的に制御するための方法およびシステムが開示される。各シール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知する。少なくとも１つの検知装置（３０）を用いて、シール面の間の軸方向離隔の特徴を検知する。少なくとも１つの磁気装置（２４）の正味磁力は、特性および／または特徴に基づいて調整する。正味磁力を調整することにより、シール面の間の軸方向隔離距離が調整される。ガス流または他の流体流は、シール面の間にバッファガスを使用することなく、シール面の間で軸方向隔離距離を調整することによって制御される。【選択図】図１
2019525095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールの静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離を能動的に制御する方法であって、
ａ）前記静止リングの前記シール面及び前記回転リングの前記シール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知するステップと、
ｂ）少なくとも１つの検知装置を用いて、
ｉｉｉ  前記静止リングの前記シール面と前記回転リングの前記シール面との間の軸方向隔離距離、および
ｉｖ  前記軸方向隔離距離の時間変化率
の少なくとも一方を検知するステップと、
ｃ）前記少なくとも１つの特性と、前記検知された軸方向隔離距離および前記検知された隔離距離の時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整するステップと、
を含み、
前記少なくとも１つの磁気装置の前記正味磁力の調整により前記静止リングの前記シール面と前記回転リングの前記シール面との間の前記軸方向隔離距離を調整し、
前記シール面の間にバッファガスを使用することなく、前記軸方向隔離距離を調整することによって前記シール面の間のガス流または他の流体流を制御することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ガスまたは流体の前記少なくとも１つの特性は、
前記ガスまたは他の流体の圧力、および
前記静止リングおよび前記回転リングの少なくとも一方の温度、
から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シール面の少なくとも１つの前記状態は、前記シール面の間のガスの圧力である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記シール面の少なくとも一方の状態は、前記シール面の少なくとも一方の温度である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記シール面の少なくとも一方の状態は、前記シール面の少なくとも一方の劣化である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記シール面の少なくとも一方は表面特徴をもたない、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記シール面の少なくとも一方は、ガスが前記シール面の間を通過する蛇行経路を形成するように設計された表面特徴を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記表面特徴は、テーパー、面取り、隅肉および斜面の少なくとも１つを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記表面特徴は、球形、切頭球形、円錐、円錐台形、ラビリンス、歯付きおよび凹凸付き幾何形状の少なくとも１つである、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記シール面は互いに相補的な形状である、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの電磁石であり、前記正味磁力を調整するステップは、前記少なくとも１つの電磁石の磁場強度を調整するステップを含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの電磁石に、外部電源からまたは電力を発生する環境発電システムから給電するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの磁気装置は、第１、第２および第３の独立制御可能な電磁装置を備え、本方法は前記第１、第２および第３の磁気装置を回転要素の円周回りに配置するステップをさらに含み、前記正味磁力を調整するステップは、前記第１、第２および第３の磁気装置の少なくとも１つを独立的に調整して、前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間の軸方向離隔距離を２以上の角度位置で制御するステップを含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの受動磁気装置を備える、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの磁気装置は、第１の配列の受動磁気装置と、前記第１の配列の受動磁気装置に対して軸方向に移動可能な第２の配列の受動磁気装置とを備え、前記正味磁力を調整するステップは、前記第２の配列の前記受動磁気装置を移動させて、前記第１の配列および前記第２の配列における前記受動磁気装置の極性が相互作用して前記第１の配列および前記第２の配列の前記正味磁力を変化させるステップを含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記正味磁力を調整するステップは、前記正味磁力を周期的振動様式で調整するステップ含み、前記回転リングの前記シール面と前記静止リングの前記シール面との間の前記軸方向隔離距離がシール要素の円周回りで可変となっている、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスシールはドライガスシールである、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
ガスシールシステムであって、
シール面を有する静止リングと、
前記静止リングの前記シール面に隣接して位置決めされたシール面を有する回転リングであって、前記静止リングに対して軸線の周りで回転するように構成され、前記静止リングおよび前記回転リングの少なくとも一方は、互いに対して軸方向に移動するように構成されている回転リングと、
前記静止リングの前記シール面及び前記回転リングの前記シール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知するように構成された第１のセンサと、
ｉｉｉ  前記静止リングの前記シール面と前記回転リングの前記シール面との間の軸方向隔離距離、および
ｉｖ  前記軸方向隔離距離の時間変化率、
の少なくとも一方を検知するように構成された第２のセンサと、
前記少なくとも１つの特性と、前記検知された軸方向隔離距離および前記隔離の前記検知された時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、前記少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整するように構成された制御装置と、
を備え、
前記正味磁力の調整により前記軸方向隔離距離を調整して、バッファガスを使用することなく、そこを通るガス流または他の流体流を制御することを特徴とする、ガスシールシステム。
【請求項１９】
前記ガスまたは流体の前記少なくとも１つの特性は、
前記ガスまたは他の流体の圧力、および
前記静止リングおよび前記回転リングの少なくとも一方の温度、
から選択される、請求項１８に記載のガスシールシステム。
【請求項２０】
前記静止リングの前記シール面および前記回転リングの前記シール面の少なくとも一方の前記状態は、
前記静止リングの前記シール面と前記回転リングの前記シール面との間のガスの圧力、
前記静止リングの前記シール面および前記回転リングの前記シール面の少なくとも一方の温度、および
前記静止リングの前記シール面および前記回転リングの前記シール面の少なくとも一方の劣化、
のうちの１つである、請求項１８または１９に記載のガスシールシステム。
【請求項２１】
前記静止リングの前記シール面および前記回転リングの前記シール面の少なくとも一方は、表面特徴をもたない、請求項１８〜２０のいずれかに記載のガスシールシステム。
【請求項２２】
前記静止リングの前記シール面および前記回転リングの前記シール面の少なくとも一方は、ガスが前記シール面の間を通過する蛇行経路を形成するように設計された表面特徴を有する、請求項１８〜２１のいずれかに記載のガスシールシステム。
【請求項２３】
前記表面特徴は、テーパー、面取り、隅肉および斜面の少なくとも１つを備える、請求項２２に記載のガスシールシステム。
【請求項２４】
前記表面特徴は、球形、切頭球形、円錐、円錐台形、ラビリンス、歯付きおよび凹凸付き幾何形状の少なくとも１つである、請求項２２または２３に記載のガスシールシステム。
【請求項２５】
前記シール面は互いに相補的な形状である、請求項２１〜２４のいずれかに記載のガスシールシステム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの電磁石であり、前記正味磁力を調整することにより、前記少なくとも１つの電磁石の磁場強度を調整する、請求項１８〜２５のいずれかに記載のガスシールシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの電磁石に給電するように構成された環境発電システムをさらに備える、請求項２６に記載のガスシールシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの磁気装置は、回転装置の回転素子の円周回りに配置された第１、第２および第３の独立制御可能な電磁装置を含み、前記正味磁力は、前記第１、第２および第３の磁気装置の少なくとも１つを独立的に調整することによって調整され、前記静止リングの前記シール面と前記回転リングの前記シール面との間の軸方向隔離距離を２つ以上の角度位置で制御するようになっている、請求項１８〜２７のいずれかに記載のガスシールシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの受動磁気装置を備える、請求項１８〜２８のいずれかに記載のガスシールシステム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの磁気装置は、第１の配列の受動磁気装置と、前記第１の配列の受動磁気装置に対して軸方向に移動可能な第２の配列の受動磁気装置とを備え、前記制御装置は、前記第２の配列の受動磁気装置を移動させることによって前記正味磁力を調整して、前記第１の配列および前記第２の配列における前記受動磁気装置の極性が相互作用して前記第１の配列および前記第２の配列の前記正味磁力を変化させるようになっている、請求項１８〜２９のいずれかに記載のガスシールシステム。
【請求項３１】
前記ガスシールはドライガスシールである、請求項１８〜３０のいずれかに記載のガスシールシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１６年８月５日出願の米国特許出願第１５／２２９，７０４号「回転機器シールを制御するための装置および方法」の優先権を主張し、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、２０１６年８月５日出願の米国特許公開第２０１７／００４５１４４号「磁気的に制御されたドライガスシールのための装置および方法」に関連し、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
（技術分野）
本発明は回転機械に関し、より詳細には回転機械に使用されるシールの故障の発生を低減することに関する。
【背景技術】
【０００４】
このセクションは、本開示に関連し得る当技術分野の様々な態様を紹介することを意図している。この説明は、本開示の具体的な態様をより良く理解するのを容易にする構想を提示することを意図している。従って、このセクションは、この観点で読む必要があり、必ずしも先行技術の自認ではないことを理解されたい。
【０００５】
オイル＆ガス産業、精製産業、石油化学産業およびその他の産業の圧縮機にドライガスシール（ＤＧＳ）などのシールを使用することは広く普及しているが、何十年にもわたる経験と技術の進歩にもかかわらず、これらの装置の故障は続いている。一部の故障は、確かに上昇する圧力要求、より難しいガス組成および機能的要求の結果である。ＤＧＳの故障の最大の原因は、バッファガスの供給システムの動作上の問題であり、これによりバッファガスが液体、水および／または固体で汚染される可能性がある。他の故障は、ＤＧＳ技術における漏れ率を減少させることを目的とする変更に起因する場合があり、この変更は、同時に汚染に対するＤＧＳの感度を高めることになる。加えて、バッファガスまたはベントシステムにより、ＤＧＳシステム内が逆加圧状態または他の不均衡状態になる場合がある。これらの汚染物質および不均衡は、各シール面の間の膜を妨害して面同士を接触させる場合があり、この接触は、摩擦による急速な加熱、および故障モードの二重性による結果的な材料破損を引き起こすことがある。動作上の原因の例には、フィルタの満杯、バッファガスヒータの故障または欠如による結露、システム性能をガス状態の変化に応じて調整する際の誤動作、失敗などが含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ドライガスシールの故障の主な原因の一つは、回転シール面と静止シール面との間の動的ガス膜の破損である。この動的ガス膜は、一般的なＤＧＳが正しく動作するには不可欠であり、回転面と静止面との間の動的な膜圧力を特徴とする。この膜は、さらに各面の適切な隔離距離を保ち、膜内のガス流は、過剰な熱および汚染物質を除去することができる。膜の破損は、液体の形成および／またはシールガス中への侵入によって、あるいはシールガスの逆加圧によって起こり得る。ＤＧＳの故障が発生すると、機械動作中にシール面同士が接触することがあり、温度の上昇により回転リングおよび／または静止リングが摩耗しおよび／または破損することがある。
【０００７】
ＤＧＳの静止シール面と回転シール面との間の最小間隙または隔離距離を動的膜圧力とは無関係に保つ能力があれば、機械の動作中に動的ガス膜が失われている場合にシールの働きがもたらされる。この間隙がなければ、シール面同士が接触してシールが故障することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、ガスシールの静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離を能動的に制御するための方法が提供される。静止リングのシール面および回転リングのシール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知する。少なくとも１つの検知装置を用いて、（ｉ）静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離、および（ｉｉ）軸方向隔離距離の時間変化率の少なくとも一方を検知する。少なくとも１つの特性と、検知された軸方向隔離距離および隔離の検知された時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整する。少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整することにより、静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離が調整される。シール面の間のガス流または他の流体流は、シール面の間にバッファガスを使用することなく、軸方向隔離距離を調整することによって制御される。
【０００９】
別の態様では、シール面を有する静止リングと、静止リングのシール面に隣接して位置決めされたシール面を有する回転リングとを含むガスシールシステムが提供される。回転リングは、静止リングに対して軸線の周りに回転するように構成されている。静止リングおよび／または回転リングは、互いに対して軸方向に移動するように構成されている。第１のセンサは、静止リングのシール面および回転リングのシール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知するように構成されている。第２のセンサは、（ｉ）静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離、および（ｉｉ）軸方向隔離距離の時間変化率、の少なくとも一方を検知するように構成されている。制御装置は、少なくとも１つの特性と、検知された軸方向隔離距離および隔離の検知された時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整する。正味磁力を調整することにより、軸方向隔離距離が調整されて、バッファガスを使用することなく、そこを通るガス流または他の流体流が制御される。
【００１０】
本開示の上記および他の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付した特許請求の範囲および添付の図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シール組立体のシール面の間の隙間を制御するための能動磁石およびセンサの追加を示す本開示の一態様の概略図である。
【図２】本開示の別の態様によるシール組立体の概略図である。
【図３】本開示の別の態様によるシール組立体の概略図である。
【図４】本開示のさらに別の態様によるシール組立体の概略図である。
【図５】開示された態様による方法を示すフローチャートである。
【図６】開示された態様による方法を示すフローチャートである。
【図７Ａ】本開示のさらに別の態様によるシール組立体の概略図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示した磁石の構成を示す。
【図７Ｃ】図７Ａに示した磁石の構成を示す。
【図７Ｄ】図７Ａに示した磁石の構成を示す。
【図８】開示された態様によって実装できるシール面形状の側面図である。
【図９】開示された態様によって実装できるシール面形状の側面図である。
【図１０】開示された態様によって実装できるシール面形状の側面図である。
【図１１】開示された態様によって実装できるシール面形状の側面図である。
【図１２】開示された態様によるシール組立体の概略図である。
【図１３】シール軸用のバッファガスシステム内の構成要素を示す概略図である。
【図１４】開示された態様による方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の様々な具体的な実施形態および変形形態が説明され、本明細書で採用される好ましい実施形態および定義を含む。以下の詳細な説明は具体的な好ましい実施形態を与えるが、当業者であれば、これらの実施形態は単なる例示であり、本発明は他の方法で実施可能であることを理解できる。「発明」に言及するとき、何れの場合も、特許請求の範囲によって定まる実施形態の１または２以上を指すことがあるが、必ずしもすべての実施形態を指すとは限らない。表題は、便宜上の目的のためだけに使用しており、本発明の範囲を限定するものではない。明瞭化および簡潔化のために、複数の図中の類似の参照番号は、類似の要素、ステップまたは構造を表し、すべての図で詳細に説明されるとは限らない。
【００１３】
本開示の原理の理解を容易にするために、以下で図面に示した特徴に言及し、この特徴は、具体的な用語を用いて説明される。それにもかかわらず、本開示の範囲は、具体的な用語によって限定されないことが意図されることを理解されたい。本明細書に説明した開示の原理の任意の変更およびさらなる修正、ならびに任意のさらなる応用は、本開示が関連する当業者であれば普通に想起すると考えられる。明確化のために、本開示に関連しないいくつかの特徴は図面に示さない場合がある。
【００１４】
最初に、参照を容易にするために、本出願で使用する特定の用語および本明細書で使用するそれらの意味を明記する。本明細書で使用する用語が以下に定義されない限り、用語には、当業者が少なくとも１つの刊行物または発行された特許を考慮してその用語に与える最も広い定義を与える必要がある。さらに、本技術は以下に示す用語の使用によって限定されず、その理由は、同一または類似の目的を果たすすべての均等物、同義語、新しい開発および用語または技術は、本特許請求の範囲内にあるとみなされるためである。
【００１５】
当業者であれば理解できるように、同じ特徴または構成要素を、異なる人が異なる名称で呼ぶことがある。本明細書は、名称だけが異なる構成要素または機能を区別することを意図していない。図は必ずしも縮尺通りではない。本明細書における特定の特徴および構成要素は、縮尺が誇張されてまたは概略図で示される場合があり、従来の要素の一部の詳細は、明瞭化および簡潔化のために示されない場合がある。本明細書に説明された図を参照するとき、簡単化のために、同じ参照番号を複数の図で参照する場合がある。以下の説明および特許請求の範囲において、「含む」および「備える」という用語は、非制限的に使用され、従って、「含むが、それに限定されない」という意味に解釈する必要がある。
【００１６】
単数の名詞は、必ずしも１つのみを意味するとは限らず、むしろ随意的に複数のそのような要素を含むように包括的かつ非制限的である。
【００１７】
本明細書で用いる場合、「およそ」、「約」、「実質的に」という用語、および同様の用語は、本主題が関連する分野の当業者によって一般に認められている用法と調和して広い意味を有することを意図している。本開示を検討する当業者であれば、これらの用語は、説明されかつ請求されている特定の特徴を、提示された正確な数値範囲に限定することなくこれらの特徴の範囲を説明できるようにすることを意図していることを理解すべきである。従って、これらの用語は、記載されかつ本開示の範囲内にあるとみなされる主題の僅かなまたは重要でない修正または変更を示すと解釈する必要があり、
【００１８】
本開示の態様では、ドライガスシールのようなシールを制御するための手段として磁石が使用される。１又は２以上のセンサは、回転軸または他の回転機械の円周回りに配置できる。制御装置／コンピュータはセンサに接続することができ、様々な検知特性を表す信号を提供する。１又は２以上の電力増幅器は、制御装置／コンピュータの出力に接続することができる。１又は２以上の電磁石は、何らかのドライガスシール構成に関する軸の周囲回りに配置でき、ドライガスシールリングとすることができるシールリングを操作する。電磁石は、制御装置／コンピュータからの１又は２以上の増幅器によって増幅された信号によって制御することができ、従って、シールの静止リングと回転リングとの間の間隙または隙間を調整するよう制御できる。上記に記載の装置は、外部から給電すること、または環境発電解手法を使用して電力を引き出すまたは生成することができる。この態様では、従来の主リングリテーナ組立体（主ＤＧＳリテーナ組立体のような）に使用したばねを除去することができる。制御装置／コンピュータは、他の入力を受け取ってリングに影響を与えることができる。制御装置／コンピュータは、監視／制御に有益な信号を出力することができる。
【００１９】
ドライガスシールのようなシールを制御するために磁石が使用できる別の態様では、１又は２以上の受動磁石は、何らかのシール構成に関してシールリングの位置を自己調整して、シール組立体の静止リングと回転リングとの間の間隙を保つことができる。この記載された装置は、従来の主リングリテーナ組立体で使用したばねを除去するために使用できる。
【００２０】
ドライガスシールのようなシールを制御する手段として磁石が使用できる別の態様では、１又は２以上の受動磁石は固定され、それによって何らかのシール構成に関してシールリングの静止リングと回転リングとの間に最小の間隙を保つようになっている。
【００２１】
本明細書に開示したさらなる態様によれば、シール故障に関連する問題は、動作の全段階中に、静止シール面と回転シール面との間の軸方向距離を能動的に制御して、両シール面が接触するのを防ぐことによって解決できる。これにより、汚染物質が存在しても、シールが機能的性能を満たす能力が向上する。開示した態様によれば、バッファガスの供給は削除することができ、ガス供給入口ポートは塞ぐことができ、シールは、圧縮機のガス環境内で動作することができる。静止シール面および回転シール面間の軸方向距離は、必要に応じて、起動時および停止時に調整することができ、圧縮機からプロセスラビリンスを横切ってシールチャンバ内に移動できる限定的な汚染物質（通常は固体）による影響を最小限に抑える。能動制御されるこの形式のシールは、シール面間に稼働膜を形成するために差分供給（differential supply）を保つ必要はなく、あるいはスパイラル溝、Ｔ溝、または当技術分野で現在公知である他の空気力学的特徴を有する必要はない。
【００２２】
図１は、本開示の一態様によるドライガスシール（ＤＧＳ）システム１０の概略図である。軸１２のような機械要素は、線Ａ−Ａと同一直線上にあるまたは線Ａ−Ａと平行な回転軸線の周りに回転する。機械要素は、タービン、ポンプなどの一部とすることができる。回転リング１４は、軸１２と共に回転するように構成されている。主リング１６は凹部１８内に配置することができ、回転リング１４と向かい合って、２つのリング間に隙間Ｇが保たれるように構成できる。主リングは、強磁性材料または他の磁性材料で作ること、またはそれを含むリングマウント２０に取り付けることができる。主リング１６およびリングマウント２０は、回転軸線の周りに回転しないように構成されているが、回転軸線と実質的に平行な方向に移動可能であり、結果として隙間Ｇの大きさは、本明細書に開示した原理に従って変更することができる。
【００２３】
主リング１６の軸方向位置は、ばね２２と、図１に軸２２の円周回りに配置された電磁石２４によって示した１又は２以上の制御可能な磁石との組み合わせによって制御することができる。凹部１８とリングマウント２０との間に配置されたばね２２は、主リング１６を回転リング１４に向かって付勢して隙間Ｇを低減する。電磁石２４は、磁性リングマウント２０および主リング１６を回転リング１４から遠ざかる方向に付勢して隙間Ｇを増大させる磁界２６を発生する。磁界は、図１にセンサ３０として表わす１又は２以上のセンサからの信号に応答する制御装置２８を用いて変化させることができる。温度センサは、個別にまたは記載した態様と組み合わせて使用できるセンサの例である。他の形式のセンサは、ＤＧＳシステムに関連するガスまたは他の流体の他の特性を検知できるセンサを含むことができる。そのような特性は、圧力、組成、粘度、密度、流体速度および流体気化分率を含むことができる。これらの検知された特性は、隙間Ｇ内のガス膜または流体膜（図示しない）の剛性（stiffness）を推定するために使用できる。隙間Ｇの大きさは、検知された温度、推定膜剛性および必要な冷却量に基づいて制御することができる。別の形式のセンサは、位置センサ、間隙センサまたは隙間センサであり、このセンサにより、回転リング１４と主リング１６との間に必要な最小の間隙量に基づいて、隙間Ｇの間隙の大きさを制御することが可能になる。さらに別の形式のセンサは、位置、間隙または隙間の時間変化率を検出するセンサである。この形式のセンサにより、隙間Ｇの制御に減衰を追加することが可能になり、減衰は、ＤＧＳシステム１０の要素の速度または相対速度に関連する力である。時間変化率の測定値を得る１つの方法は、位置センサ、間隙センサまたは隙間センサの信号の時間導関数を取ることを含み得る。別の方法は、ＤＧＳシステム１０の構成要素の速度または相対速度に対して直接精度が高いセンサを使用することとすることができる。さらに別の方法は、ＤＧＳシステム１０の１又は２以上の構成要素に取り付けられた加速度検知センサ（たとえば加速度計）の信号を積分することとすることができる。制御装置２８は、ＤＧＳシステム１０に影響を与えるために他の入力を受け取ることができ、および／または監視／制御に有益であり得る監視信号などの信号を出力することができる。これらの入力および出力は、図１に、それぞれ参照番号３２および３４で表されている。
【００２４】
１又は２以上のセンサ３０から（および随意的に入力３２から）受け取った信号に基づいて、制御装置２８は、電力増幅器３８を用いて増幅された制御信号３６を送って、電磁石２４によって発生した磁場２６を変化させる。磁界２６がばね２２の付勢力に等しい力を発生するとき、主リング１６は、回転リング１４に対して軸方向に移動しない。磁界２６がばね２２の付勢力よりも小さいまたは大きい力を発生すると、主リング１６は、回転リング１４に向かってまたは回転リング１４から離れる方向に軸方向に移動する。回転リングに対する主リングの相対位置を制御することによって、隙間Ｇの大きさは、要望通りに制御することができる。
【００２５】
電磁石２４は可逆磁場２６を発生させることができ、可逆磁場２６は、主リング１６を選択的に移動させて、回転リング１４に近付けまたは遠ざけるのに十分なほど強い。そのような状況では、ばね２２の付勢力は、必ずしも主リングを回転リングに向かって移動させるのに必要ではなく、従って、ばねは、ＤＧＳシステム１０から除去することができる。図２は、本開示の別の態様によるＤＧＳシステム４０の概略図であり、ＤＧＳシステム４０は、図１に開示した態様と実質的に同じであり、類似の参照番号は同様の要素を示す。ＤＧＳシステム４０は、ＤＧＳシステム１０と比べて、ＤＧＳシステム１０のばね２２が除去されている点で異なる。電磁石４２は、可逆磁場４４を発生して主リング１６の双方向の軸方向移動を実現するように構成できる。あるいは、電磁石は、１又は２以上の電磁要素を備えることができ、その場合、一部の電磁要素の極性は、他の電磁要素の極性とは反対である。制御装置２８は、主リング１６が移動する方向に応じて、複数電磁要素のうち選択されたもの作動させる。
【００２６】
制御装置２８、電力増幅器３８、１又は２以上のセンサ３０および／または電磁石２４に給電するために必要な電力の一部または全部は、環境発電方法または装置を用いて生成することができる。環境発電は、軸１２または他の回転機械要素の回転運動、リングまたは他の軸方向移動要素の軸方向移動、あるいは機械類またはＤＧＳシステムの一部または複数の要素の回転運動と軸方向運動との組み合わせを利用することによって実現できる。さらに、環境発電は、機械またはＤＧＳシステムの１又は２以上の要素の熱変動、圧力変動、流れ変動および／または電磁束変動を利用して実現することができる。
【００２７】
図３は、本開示の別の態様によるＤＧＳシステム５０の概略図である。ＤＧＳシステム５０は、前記の図に示したように、回転リング５２、非回転の主リング５４、凹部５６およびリングマウント５８を含む。しかしながら、ＤＧＳシステム５０の磁力は、１又は２以上の制御可能な電磁石によって付与されず、代わりに、軸６２または他の回転要素の円周回りに配置された１又は２以上の受動磁石または永久磁石６０によって付与される。受動磁石は、一定の磁場６４を付与してばね６６の反対方向の付勢力を打ち消す。一般に、２つの物体間の磁力は、２つの物体間の距離の２乗の逆数に比例するが、ばね力は距離に対して直線性を有する。ばね６６の力を受動磁石の磁力と平衡させることにより３次方程式が得られ、３次方程式を解いてリングマウント５８と受動磁石６０との間の特徴的な距離、ひいては隙間Ｇの大きさを求めることができる。このように、回転リング５２と主リング５４との間の隙間Ｇの自動調整を持続するために、受動磁石６０の数および／または磁気強度とばね６６とを選択することが可能である。受動磁石は制御されないように設計されているので、図３に示す態様は、制御装置、センサ、または電力増幅器を含まない。可能性がある減衰源としては、摩擦減衰、隙間Ｇまたは他の容積（例えば、凹部５６とリングマウント５８との間の容積）内のガス膜のスクイーズ膜減衰などが挙げられる。さらに、回転リング５２の表面と主リング５４の表面との間のガス膜の剛性は、隙間Ｇの大きさを決定するためにばね６６の剛性と組み合わる必要がある。ガス膜の剛性は、シール面の形状に応じて変化する場合があり、正の剛性または負の剛性とすることができる。
【００２８】
図４は、本開示のさらに別の態様による、図３に示したＤＧＳシステムと類似するＤＧＳシステム７０の概略図である。しかしながら、ＤＧＳシステム７０では、図３のばね６６は除去されている。隙間Ｇは受動磁石６０によってのみ制御される。各受動磁石は、一部の受動磁石が逆極性となるような向きにすることができる。この態様では、一部の受動磁石の磁界は、リングマウント５８および主リング５４を、線Ａ−Ａと実質的に平行な方向で回転リング５２から遠ざかるように移動させ、残りの受動磁石の磁界は、リングマウント５８が受動磁石に接近しすぎるのを防止する。そのような配置により、隙間Ｇは所望通りに維持される。
【００２９】
図４の受動磁石の配置の代替の実施形態が、図７ＡのＤＧＳシステム８０に示されている。システム８０では、第１の配列の複数受動磁石８２が凹部５６上に配置され、第２の配列の複数受動磁石８４がリングマウント５８上に配置されている。図７Ｂに示すように、第１の配列および第２の配列８２、８４の各々は、反対の極性で交互に配置された受動磁石を有する。換言すると、第１の配列８２の受動磁石は、Ｎ極を表す「Ｎ」が付された第１の組の磁石８２ｎと、Ｓ極を表す「Ｓ」が付された第２の組の磁石８２ｓとを含む。同様に、第２の配列８４の受動磁石は、Ｎ極を表す「Ｎ」が付された第１の組の磁石８４ｎと、Ｓ極を表す「Ｓ」が付された第２の組の磁石８４ｓとを含む。受動磁石８２、８４の少なくとも一方の配列には、他方の配列８４、８２に対して、軸線Ａ−Ａと同一線上のまたはこれと平行な軸線の周りに回転するシステムが設けられる。図７Ａにおいて、第１の配列８２は第２の配列８４に対して移動可能である。システム８０は、第２の配列８４内の受動磁石に対して第１の配列８２内の受動磁石を正確かつ反復可能に位置決めするアクチュエータ８６を含み、結果として、凹部５６とリングマウント５８との間で軸方向に加わる磁力を使用して、回転リング５２のシール面と主リング５４のシール面との間の隙間Ｇを能動的に制御することができる。具体的には、第１の配列および第２の配列８２、８４の受動磁石の間の相対角度位置を変化させることにより、磁力は、強い反発力から強い吸着力へと連続的に変化する。例えば、図７Ｂに示すように、第１の配列および第２の配列８２、８４における受動磁石の隣接位置は１つの極性の磁石を有し、磁石は、正味の力がほぼゼロになるように互いに反対極性の磁石の間に均等に配置されている。図７Ｃでは、移動可能な配列（この例では第１の配列８２）が回転して、反対極性の磁石同士（例えば８２ｎと８４ｓ、８２ｓと８４ｎ）が、同じ極性の磁石同士よりも大きく相互作用するようになっている。図７Ｃに示す磁石の位置により、第１の配列８２と第２の配列８４との間に吸着力が生じて、隙間Ｇを閉じるようにすることができる。図７Ｄでは、移動可能な配列（この例では第１の配列８２）が回転して、同じ極性の磁石同士（すなわち８２ｎと８４ｎ、８２ｓと８４ｓ）が、反対極性の磁石同士よりも大きく相互作用するようになっている。図７Ｄに示す磁石の位置により、第１の配列８２と第２の配列８４との間に反発力が生じて、隙間Ｇを開くようにすることができる。アクチュエータ８６を前述の制御装置２８の制御下で調整することによって、シール隙間を能動的に制御することができる。図７Ａ〜図７Ｄにおける第１の配列および第２の配列８２、８４の配置、ならびに関連する磁石の数および形状は、例示のみを目的としていることに留意されたい。シール隙間制御システム全体の性能を向上させるために、配列には任意の数の磁石を含めることができ、多くの形状を考慮することができる。
【００３０】
ドライガスシール内のリング間の隙間または間隙を制御するために１又は２以上の磁石を使用すると、ドライガスシールのデザインおよび動作の改善のための他の機会が得られる。例えば、開示したＤＧＳシステムは、例えば機械の始動前に、ＤＧＳを制御された状況で作動／往復運動／脈動させるために使用することができる。開示したＤＧＳシステムは、関連する機械が停止し減圧された後に、ＤＧＳを開いたままにしておくために使用できる。開示したＤＧＳシステムは、必要に応じて、ＤＧＳの動的シール要素の「動作停止」を解放するために使用することができる。開示したＤＧＳシステムは、ＤＧＳシール面が汚染物質をとらえたとき、ＤＧＳシール面をきれいにするために使用することができる。開示したＤＧＳシステムは、各要素の平行性を最適化してデザインまたは組立公差を補償するために使用できる。さらに、開示したＤＧＳシステムは、各リングが単独でまたは一緒に軸方向の「跳ね返り（swash）」／位置合わせ不良となる場合、各シール要素が回転ごとに軸方向に移動するのを回避する（すなわち、リングの表面を軸に対して垂直に保つ）ために使用することができる。また、開示したＤＧＳシステムは、シール面の隙間の間隙を不均一なやり方で修正して、液体溜まりまたは他の汚染物質の影響（すなわち、シール面が互いに平行ではない）を補償するために使用できる。さらに、開示したＤＧＳシステムは、隙間に振動変化を引き起こして、静止リングと回転リングとの間にポンプ作用を生み出すために使用できる。
【００３１】
図５は、ドライガスシールの回転リングと静止リングとの間の軸方向隔離距離を制御する方法のフローチャート５００であり、ドライガスシールは、開示した態様に従って回転装置への又は回転装置からのガス又は他の流体の漏れを制限する。ブロック５０２において、ガスまたは他の流体の少なくとも一方の特性を検知する。ブロック５０４において、（ｉ）回転リングと静止リングとの間の軸方向隔離距離、および（ｉｉ）軸方向隔離距離の時間変化率の少なくとも一方を測定する。ブロック５０６において、回転リングと静止リングとの間にある膜の剛性を推定する。膜はガスまたは他の流体を含む。ブロック５０８において、少なくとも１つの磁気装置の磁界強度を、検知された軸方向隔離距離、検知された軸方向隔離距離の時間変化率、および推定された膜の剛性の少なくとも２つに基づいて調整する。少なくとも１つの磁気装置の磁場強度を調整することにより、回転リングと静止リングとの間の軸方向隔離距離を調整および制御する。
【００３２】
図６は、ドライガスシールの回転リングと静止リングとの間の軸方向隔離距離を制御する方法のフローチャート６００であり、ドライガスシールは、開示した態様に従って回転装置へのまたは回転装置からのガス又は他の流体の漏れを制限する。ブロック６０２において、少なくとも１つの検知装置を使用して、（ｉ）回転リングと静止リングとの間の軸方向隔離距離、および（ｉｉ）軸方向隔離距離の時間変化率を検知する。ブロック６０４において、検知された軸方向隔離距離および軸方向隔離距離の時間変化率を用いて、少なくとも１つの磁気装置の磁界強度を調整する。少なくとも１つの磁気装置の磁場強度を調整することにより、回転リングと静止リングとの間の軸方向隔離距離を調整および制御する。
【００３３】
前述したように、シール故障に関連する問題は、全ての動作段階中に静止シール面と回転シール面との間の軸方向距離を能動的に制御して、両シール面が接触するのを防止することによって解決できる。これにより、汚染物質が存在しても、シールが機能的性能を満たす能力が向上する。開示した態様によれば、バッファガスの供給は削除することができ、ガス供給入口ポートは塞ぐことができ、シールは圧縮機のガス環境内で動作することができる。静止シール面と回転シール面との間の軸方向距離は、必要に応じて起動時および停止時に調節して、圧縮機からプロセスラビリンスを横切ってシールチャンバ内に移動する、何らかの限定的な汚染物質（通常は固体）による影響を最小限に抑えることができる。この形式の能動制御を有するシールは、シール面間に稼働膜を形成するために差分供給を保つ必要はなく、あるいはスパイラル溝、Ｔ溝、または当技術分野で現在公知の他の空気力学的特徴を有する必要はない。さらに、圧力検知装置は、回転するシール面間の隙間を制御するために必要な唯一のセンサとすることができる。そのような圧力検知装置により、測定されたシール隙間または同等のオリフィスからの漏れ、吸引圧力、および／またはシールを横切る圧力損失であるベント圧力の計算が可能になる。
【００３４】
開示した一態様では、シール隙間は、圧力のようなシールチャンバの検知パラメータに基づいて能動的に制御することができる。代わりに、シール隙間は、シールリングの温度に基づいて能動的に制御することができる。圧力または温度の何れかは、密封状態の指標となることができ、および／または汚染物質の存在を示すことができる。一態様では、汚染物質は、圧力信号または温度信号に基づいて検知または予測され、各シール面は、シール面が冷却されように、および／または汚染物質がシールを通過できるようにシール隙間を増大させるように制御され、次いでシール隙間は通常の動作に戻る。
【００３５】
一態様では、シール面は平坦であり、それ自体は、シール面間でガス膜の圧力上昇を発生できる表面特徴を有さないが、ガス膜は、依然として局在的または平均的な膜厚さの変動に対して膜剛性を有することができる。図８〜１２に示した別の態様では、シール面は、ガスがその間を通過する蛇行経路を形成する、様々な幾何形状をもつことができる。当該幾何形状は、互いに平行または非平行、または軸と垂直または非垂直とすることができる。シール面の幾何形状は、嵌合する、換言すれば互いにほぼ相補的な形状として説明できる。一態様では、シール面の幾何形状は、テーパー、面取り、隅肉および／または斜面を含むことができる。別の態様では、シール面の幾何形状は、球形または円錐球形の輪郭（図１２の９８ａ、９８ｂに示すように）、あるいは円錐または円錐台形の輪郭（図９の９２ａ、９２ｂに示すように）のような相補的輪郭を含むことができる。別の態様では、シール面の幾何形状は、ラビリンスデザインのような嵌合または相補的な複雑な幾何形状を含むことができる。さらに別の態様では、シール面の幾何形状は、図１１の９６ａ、９６ｂに示すように、歯付きまたは凹凸付き（embattled）とすることができる。図８および図１０は、それぞれ９０ａ、９０ｂおよび９４ａ、９４ｂにシール面の追加の相補的形状を示す。本明細書に開示したシール面のデザインは非限定的である。
【００３６】
シール面間の隔離距離を能動的に制御すると、シール面が耐高温性であることは必要でないので、現在大部分のシールリングの表面で行われている、セラミックまたはセラミック由来材料で作る必要でない。代わりに、シールリングの表面は、普通の金属、ポリマー、セラミックなどの様々な材料の何れかで作ることができる。好ましい態様では、当該表面は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような、表面に塗布された低摩擦被覆を有することができる。
【００３７】
静止シール面と回転シール面との間の最小間隙（一般的に約０．００２インチまたはそれ未満）を能動的に制御することによって、シールは、機械の動作の間に、動的ガス膜が失われる状態下で動作することができる。この間隙がなければ、シール面同士が接触して故障することになる。
【００３８】
ジュールトムソン（ＪＴ）効果によりシール内に液体が形成される場合があるが、各表面の間にある液体による故障の可能性は、表面が能動的に制御される場合は大幅に減少する。各表面の間の液体による故障が関連し得る特定の用途では、負圧側シールは、わずかに広い隙間で制御することができる。
【００３９】
一般に、バッファシステムを除去すると、シールは、圧縮機の流れから来るより多くの汚染物質（上流のシステムからの酸化鉄、埃、小さな固体など）にさらされることになる。これらの汚染物質は、プロセスラビリンスを横切ってシール面内に移動する場合がある。シール面上にこのような汚染物質が堆積すると、持ち上がりが起きて回転面と静止面との間の適切な隔離を保つための様々なシール面の特徴（らせん溝、Ｔ溝、流れダムなど）の能力が制限される。前述したように、これは表面接触、過熱または他の故障メカニズムにつながる可能性がある。本明細書に説明した様々な方法によるシール面の間隙の能動的制御によれば、シール面に汚染物質があっても、この表面接触、過熱または他の故障メカニズムを回避するための適正なシール面の間隙を保つ手段が得られる。一部のオペレータは、バッファシステムを閉じるがＤＧＳ間隙を積極的に制御することなく、ドライガスシールをうまく稼働させる経験をもっている。Ｃ３または他の閉ループシステムのような特定の処理点検は、堆積点検による大型（severe duty）圧縮機よりも長い動作時間を要することがある。しかしながら、これらは限られた場合であり、信頼できない動作及び設備の故障という適切でない副次的リスクなしにバッファシステムを除去する手段を提供しない。
【００４０】
図１３は、本開示の態様によるガスバッファシステムを除去する利点の概略図である。左側にはガスバッファシステムを動作させるのに必要な回転軸用シール１３００を備える構成要素が示され、構成要素は、分離器１３０２、ヒータ１３０４、合体フィルタ１３０６および制御弁１３０８を含む。重複する構成要素、様々なバルブ、機器、熱トレーシング、およびガスバッファシステムの一部とすることができる他の構成要素は示されていない。対照的に、シール面間の隙間を能動的に監視して制御すると、図１３の右側に示すように、これらの構成要素の全てが除去され、シールシステムに関する複雑性、費用および保守要件が低減するする。
【００４１】
バッファシステムを除去すると、汚染物質および後続のドライガスシールの故障の原因の大部分が除去される。バッファガスの有用性は、各シール面が接触しないように能動的に制御すると大幅に低下する。換言すると、シール面の間の軸方向の隙間または膜厚は、もはやバッファガスの圧力、バッファガスの組成、または空気力にも依存しない。
【００４２】
加えて、バッファの供給システムを除去することは、通常プロセスラビリンスを通って機械の中に漏れるバッファガス量を圧縮するのに必要な仕事を除去することによって、圧縮機システムの効率を改善する。バッファガス流量は、毎分約２００〜４０００リットルの範囲とすることができるので、バッファガスシステムを除去すれば、圧縮機システムは、所要電力を大幅に低減できる。
【００４３】
典型的なドライガスシールの最大軸方向変位は、＋／−２．５ｍｍから＋／−４〜５ｍｍの範囲とすることができる。
【００４４】
この方法および装置は、例えば単一シール、二重シール、段間ラビリンスを有するタンデムシール、段間ラビリンスを有しないタンデムシールのような様々なドライガスシール構成、双方向または単方向に回転するリング、およびドライガスシールを使用する能力を有する何らかの機械などに適用可能である。さらに、開示した方法および装置は、他の形式のシール構成に適用することもできる。
【００４５】
別の態様では、一方のシールは、最大サイズの隙間で動作するように本明細書に開示した方法によって能動的に制御され、他方のシールが劣化していることが分かっている場合にのみ、より小さいサイズの隙間を生成するよう制御される。この態様は、定期的な計画的保守管理の間の時間が延びて保守費用が削減される動作方法をもたらす。
【００４６】
図１４は、ガスシールの静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離を能動的に制御する方法１４００のフローチャートである。ブロック１４０２において、静止リングのシール面および回転リングのシール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知する。ブロック１４０４において、少なくとも１つの検知装置を用いて、（ｉ）静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離、および（ｉｉ）軸方向隔離距離の時間変化率の少なくとも一方を検知する。ブロック１４０６において、少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を、少なくとも１つの特性と、検知された軸方向隔離距離および検知された軸方向隔離距離の時間変化率の少なくとも一方とに基づいて調整し、ここで、少なくとも１つの磁気装置の正味磁力の調整は、静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離を調整する。シール面の間にバッファガスを使用することなく、シール面の間のガス流または他の流体流は、軸方向隔離距離を調整することによって制御される。
【００４７】
図５、図６および図１４に示したステップは、単に例示目的で提示され、開示した方法を実行するために特定のステップは不要な場合がある。さらに、図５、図６および図１４は、実行し得るすべてのステップを例示するとは限らない。特許請求の範囲のみが開示したシステムおよび方法を定義する。例えば、測定された隙間または間隙は、シールを横切るガスまたは流体の流れを計算するための手段として使用することができる。この概念は、バッファまたはベント機器および／またはハードウェアを除去し、ＤＧＳの制御を最適化して、圧縮機効率を向上させ（それによりガスの消費量が減少する）、および／またはバリアシールのための隙間または間隙を制御して、バリア流体の消費量を最適化する。
【００４８】
発明の実施形態は、以下の番号を付した条項に示される方法およびシステムの何らかの組み合わせを含むことができる。上記説明から任意の数の変形形態を想起することができるので、これはすべての可能な実施形態の完全な列挙とみなすべきではない。
【００４９】
１．ガスシールの静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離を能動的に制御する方法であって、
ａ）上記静止リングの上記シール面及び上記回転リングの上記シール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知するステップと、
ｂ）少なくとも１つの検知装置を用いて、
ｉｉｉ  上記静止リングの上記シール面と上記回転リングの上記シール面との間の軸方向隔離距離、および
ｉｖ  上記軸方向隔離距離の時間変化率
の少なくとも一方を検知するステップと、
ｃ）上記少なくとも１つの特性と、上記検知された軸方向隔離距離および上記検知された隔離距離の時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整するステップと、
を含み、
上記少なくとも１つの磁気装置の上記正味磁力の調整により上記静止リングの上記シール面と上記回転リングの上記シール面との間の上記軸方向隔離距離を調整し、
上記シール面の間にバッファガスを使用することなく、上記軸方向隔離距離を調整することによって上記シール面の間のガス流または他の流体流を制御することを特徴とする方法。
２．上記ガスまたは流体の上記少なくとも１つの特性は、
上記ガスまたは他の流体の圧力、および
上記静止リングおよび上記回転リングの少なくとも一方の温度、
から選択される、条項１に記載の方法。
３．上記シール面の少なくとも１つの上記状態は、上記シール面の間のガスの圧力である、条項１または２に記載の方法。
４．上記シール面の少なくとも一方の状態は、上記シール面の少なくとも一方の温度である、条項１または２に記載の方法。
５．上記シール面の少なくとも一方の状態は、上記シール面の少なくとも一方の劣化である、条項１または２に記載の方法。
６．上記シール面の少なくとも一方は表面特徴をもたない、条項１〜５のいずれかに記載の方法。
７．上記シール面の少なくとも一方は、ガスが上記シール面の間を通過する蛇行経路を形成するように設計された表面特徴を有する、条項１〜６のいずれかに記載の方法。
８．上記表面特徴は、テーパー、面取り、隅肉および斜面の少なくとも１つを備える、条項７に記載の方法。
９．上記表面特徴は、球形、切頭球形、円錐、円錐台形、ラビリンス、歯付きおよび凹凸付き幾何形状の少なくとも１つである、条項７に記載の方法。
１０．上記シール面は互いに相補的な形状である、条項７に記載の方法。
１１．上記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの電磁石であり、上記正味磁力を調整するステップは、上記少なくとも１つの電磁石の磁場強度を調整するステップを含む、条項１〜１０のいずれかに記載の方法。
１２．上記少なくとも１つの電磁石に、外部電源からまたは電力を発生する環境発電システムから給電するステップをさらに含む、条項１１に記載の方法。
１３．上記少なくとも１つの磁気装置は、第１、第２および第３の独立制御可能な電磁装置を備え、本方法は上記第１、第２および第３の磁気装置を回転要素の円周回りに配置するステップをさらに含み、上記正味磁力を調整するステップは、上記第１、第２および第３の磁気装置の少なくとも１つを独立的に調整して、上記静止リングのシール面と上記回転リングのシール面との間の軸方向離隔距離を２以上の角度位置で制御するステップを含む、条項１〜１０のいずれかに記載の方法。
１４．上記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの受動磁気装置を備える、条項１〜１３のいずれかに記載の方法。
１５．上記少なくとも１つの磁気装置は、第１の配列の受動磁気装置と、上記第１の配列の受動磁気装置に対して軸方向に移動可能な第２の配列の受動磁気装置とを備え、上記正味磁力を調整するステップは、上記第２の配列の上記受動磁気装置を移動させて、上記第１の配列および上記第２の配列における上記受動磁気装置の極性が相互作用して上記第１の配列および上記第２の配列の上記正味磁力を変化させるステップを含む、条項１〜１３のいずれかに記載の方法。
１６．上記正味磁力を調整するステップは、上記正味磁力を周期的振動様式で調整するステップ含み、上記回転リングの上記シール面と上記静止リングの上記シール面との間の上記軸方向隔離距離がシール要素の円周回りで可変となっている、条項１〜１５のいずれかに記載の方法。
１７．上記ガスシールはドライガスシールである、条項１〜１６のいずれかに記載の方法。
１８．ガスシールシステムであって、
シール面を有する静止リングと、
上記静止リングの上記シール面に隣接して位置決めされたシール面を有する回転リングであって、上記静止リングに対して軸線の周りで回転するように構成され、上記静止リングおよび上記回転リングの少なくとも一方は、互いに対して軸方向に移動するように構成されている回転リングと、
上記静止リングの上記シール面及び上記回転リングの上記シール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知するように構成された第１のセンサと、
ｉｉｉ  上記静止リングの上記シール面と上記回転リングの上記シール面との間の軸方向隔離距離、および
ｉｖ  上記軸方向隔離距離の時間変化率、
の少なくとも一方を検知するように構成された第２のセンサと、
上記少なくとも１つの特性と、上記検知された軸方向隔離距離および上記隔離の上記検知された時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、上記少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整するように構成された制御装置と、
を備え、
上記正味磁力の調整により上記軸方向隔離距離を調整して、バッファガスを使用することなく、そこを通るガス流または他の流体流を制御することを特徴とする、ガスシールシステム。
１９．上記ガスまたは流体の上記少なくとも１つの特性は、
上記ガスまたは他の流体の圧力、および
上記静止リングおよび上記回転リングの少なくとも一方の温度、
から選択される、条項１８に記載のガスシールシステム。
２０．上記静止リングの上記シール面および上記回転リングの上記シール面の少なくとも一方の上記状態は、
上記静止リングの上記シール面と上記回転リングの上記シール面との間のガスの圧力、
上記静止リングの上記シール面および上記回転リングの上記シール面の少なくとも一方の温度、および
上記静止リングの上記シール面および上記回転リングの上記シール面の少なくとも一方の劣化、
のうちの１つである、条項１８または１９に記載のガスシールシステム。
２１．上記静止リングの上記シール面および上記回転リングの上記シール面の少なくとも一方は、表面特徴をもたない、条項１８〜２０のいずれかに記載のガスシールシステム。
２２．上記静止リングの上記シール面および上記回転リングの上記シール面の少なくとも一方は、ガスが上記シール面の間を通過する蛇行経路を形成するように設計された表面特徴を有する、条項１８〜２１のいずれかに記載のガスシールシステム。
２３．上記表面特徴は、テーパー、面取り、隅肉および斜面の少なくとも１つを備える、条項２２に記載のガスシールシステム。
２４．上記表面特徴は、球形、切頭球形、円錐、円錐台形、ラビリンス、歯付きおよび凹凸付き幾何形状の少なくとも１つである、条項２２または２３に記載のガスシールシステム。
２５．上記シール面は互いに相補的な形状である、条項２１〜２４のいずれかに記載のガスシールシステム。
２６．上記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの電磁石であり、上記正味磁力を調整することにより、上記少なくとも１つの電磁石の磁場強度を調整する、条項１８〜２５のいずれかに記載のガスシールシステム。
２７．上記少なくとも１つの電磁石に給電するように構成された環境発電システムをさらに備える、条項２６に記載のガスシールシステム。
２８．上記少なくとも１つの磁気装置は、回転装置の回転素子の円周回りに配置された第１、第２および第３の独立制御可能な電磁装置を含み、上記正味磁力は、上記第１、第２および第３の磁気装置の少なくとも１つを独立的に調整することによって調整され、上記静止リングの上記シール面と上記回転リングの上記シール面との間の軸方向隔離距離を２つ以上の角度位置で制御するようになっている、条項１８〜２７のいずれかに記載のガスシールシステム。
２９．上記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの受動磁気装置を備える、条項１８〜２８のいずれかに記載のガスシールシステム。
３０．上記少なくとも１つの磁気装置は、第１の配列の受動磁気装置と、上記第１の配列の受動磁気装置に対して軸方向に移動可能な第２の配列の受動磁気装置とを備え、上記制御装置は、上記第２の配列の受動磁気装置を移動させることによって上記正味磁力を調整して、上記第１の配列および上記第２の配列における上記受動磁気装置の極性が相互作用して上記第１の配列および上記第２の配列の上記正味磁力を変化させるようになっている、条項１８〜２９のいずれかに記載のガスシールシステム。
３１．上記ガスシールはドライガスシールである、条項１８〜３０のいずれかに記載のガスシールシステム。
【００５０】
本開示の範囲から逸脱することなく前述の開示に対する多くの更、修正および代替が可能であることを理解されたい。従って、前述の説明は、本開示の範囲を限定することを意味しない。むしろ、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によってのみ決定されるべきである。実施例における構造および機能は、変更、再配置、置換、削除、複製、結合または互いに追加することができると想定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019525095.tif 000018
【図１４】
2019525095.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月2日(2019.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールの静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離を能動的に制御する方法であって、
ａ）前記静止リングのシール面及び前記回転リングのシール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知するステップと、
ｂ）少なくとも１つの検知装置を用いて、
前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離、および
前記軸方向隔離距離の時間変化率
の少なくとも一方を検知するステップと、
ｃ）前記少なくとも１つの特性と、前記検知された軸方向隔離距離および前記検知された隔離距離の時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整するステップと、
を含み、
前記少なくとも１つの磁気装置の前記正味磁力の調整により前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間の前記軸方向隔離距離を調整し、
ｄ）前記シール面の間にバッファガスを使用することなく、前記軸方向隔離距離を調整することによって前記シール面の間のガス流または他の流体流を制御する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ガスまたは流体の前記少なくとも１つの特性は、
前記ガスまたは他の流体の圧力、および
前記静止リングおよび前記回転リングの少なくとも一方の温度、
から選択される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シール面の少なくとも１つの前記状態は、前記シール面の間のガスの圧力である、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シール面の少なくとも一方の状態は、前記シール面の少なくとも一方の温度である、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シール面の少なくとも一方の状態は、前記シール面の少なくとも一方の劣化である、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記シール面の少なくとも一方は表面特徴をもたない、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記シール面の少なくとも一方は、ガスが前記シール面の間を通過する蛇行経路を形成するように設計された表面特徴を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記表面特徴は、テーパー、面取り、隅肉および斜面の少なくとも１つを備える、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記表面特徴は、球形、切頭球形、円錐、円錐台形、ラビリンス、歯付きおよび凹凸付き幾何形状の少なくとも１つである、
請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記シール面は互いに相補的な形状である、
請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの電磁石であり、前記正味磁力を調整するステップは、前記少なくとも１つの電磁石の磁場強度を調整するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの電磁石に、外部電源からまたは電力を発生する環境発電システムから給電するステップをさらに含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの磁気装置は、第１、第２および第３の独立制御可能な電磁装置を備え、本方法は前記第１、第２および第３の磁気装置を回転要素の円周回りに配置するステップをさらに含み、前記正味磁力を調整するステップは、前記第１、第２および第３の磁気装置の少なくとも１つを独立的に調整して、前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間の軸方向離隔距離を２以上の角度位置で制御するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの受動磁気装置を備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの磁気装置は、第１の配列の受動磁気装置と、前記第１の配列の受動磁気装置に対して軸方向に移動可能な第２の配列の受動磁気装置とを備え、前記正味磁力を調整するステップは、前記第２の配列の前記受動磁気装置を移動させて、前記第１の配列および前記第２の配列における前記受動磁気装置の極性が相互作用して前記第１の配列および前記第２の配列の前記正味磁力を変化させるステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスシールはドライガスシールである、
請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記検知されたガス又は他の流体の圧力と、軸方向離間距離または同等のオリフィス領域とを使用して、前記シール面の間のガスまたは他の流体の洩れを計算するステップを備えている、
請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
ガスシールの静止リングのシール面と回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離を能動的に制御する方法であって、
ａ）前記静止リングのシール面及び前記回転リングのシール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知するステップと、
ｂ）少なくとも１つの検知装置を用いて、
i  前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離、および
ii 前記軸方向隔離距離の時間変化率
の少なくとも一方を検知するステップと、
ｃ）前記少なくとも１つの特性と、前記検知された軸方向隔離距離および前記検知された隔離距離の時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整するステップと、を含み、
前記少なくとも１つの磁気装置の正味磁力の調整するステップが、前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間の前記軸方向隔離距離を調整し、
前記正味磁力を調整するステップは、前記正味磁力を周期的振動様式で調整するステップ含み、前記回転リングのシール面と前記静止リングのシール面との間の前記軸方向隔離距離がシール要素の円周回りで可変となっており、さらに、
ｄ）前記シール面の間にバッファガスを使用することなく、前記軸方向隔離距離を調整することによって前記シール面の間のガス流または他の流体流を制御するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
ガスシールシステムであって、
シール面を有する静止リングと、
前記静止リングのシール面に隣接して位置決めされたシール面を有する回転リングであって、前記静止リングに対して軸線の周りで回転するように構成され、前記静止リングおよび前記回転リングの少なくとも一方は、互いに対して軸方向に移動するように構成されている回転リングと、
前記静止リングのシール面及び前記回転リングのシール面の少なくとも一方の状態を示す少なくとも１つの特性を検知するように構成された第１のセンサと、
ｉ  前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離、および
ｉｉ  前記軸方向隔離距離の時間変化率、
の少なくとも一方を検知するように構成された第２のセンサと、
前記少なくとも１つの特性と、前記検知された軸方向隔離距離および前記隔離の前記検知された時間変化率の少なくとも一方とに基づいて、前記少なくとも１つの磁気装置の正味磁力を調整するように構成された制御装置と、
を備え、
前記正味磁力の調整により前記軸方向隔離距離を調整して、バッファガスを使用することなく、そこを通るガス流または他の流体流を制御すること、
を特徴とするガスシールシステム。
【請求項２０】
前記ガスまたは流体の前記少なくとも１つの特性は、
前記ガスまたは他の流体の圧力、および
前記静止リングおよび前記回転リングの少なくとも一方の温度、から選択される、
請求項１９に記載のガスシールシステム。
【請求項２１】
前記静止リングのシール面および前記回転リングのシール面の少なくとも一方の前記状態は、
前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間のガスの圧力、
前記静止リングのシール面および前記回転リングのシール面の少なくとも一方の温度、および
前記静止リングのシール面および前記回転リングのシール面の少なくとも一方の劣化、のうちの１つである、
請求項１９に記載のガスシールシステム。
【請求項２２】
前記静止リングのシール面および前記回転リングのシール面の少なくとも一方は、表面特徴をもたない、
請求項１９に記載のガスシールシステム。
【請求項２３】
前記シール面が、互いに相補的な形状を備えている、
請求項２２に記載のガイドシールシステム。
【請求項２４】
前記静止リングのシール面および前記回転リングのシール面の少なくとも一方は、ガスが前記シール面の間を通過する蛇行経路を形成するように設計された表面特徴を有する、
請求項１９に記載のガスシールシステム。
【請求項２５】
前記表面特徴は、テーパー、面取り、隅肉および斜面の少なくとも１つを備える、
請求項２４に記載のガスシールシステム。
【請求項２６】
前記表面特徴は、球形、切頭球形、円錐、円錐台形、ラビリンス、歯付きおよび凹凸付き幾何形状の少なくとも１つである、
請求項２４に記載のガスシールシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの電磁石であり、前記正味磁力を調整することにより、前記少なくとも１つの電磁石の磁場強度を調整する、
請求項２７に記載のガスシールシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの電磁石に給電するように構成された環境発電システムをさらに備える、
請求項２７に記載のガスシールシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの磁気装置は、回転装置の回転素子の円周回りに配置された第１、第２および第３の独立制御可能な電磁装置を含み、前記正味磁力は、前記第１、第２および第３の磁気装置の少なくとも１つを独立的に調整することによって調整され、前記静止リングのシール面と前記回転リングのシール面との間の軸方向隔離距離を２つ以上の角度位置で制御するようになっている、
請求項１９に記載のガスシールシステム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの磁気装置は、少なくとも１つの受動磁気装置を備える、
請求項１９に記載のガスシールシステム。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの磁気装置は、第１の配列の受動磁気装置と、前記第１の配列の受動磁気装置に対して軸方向に移動可能な第２の配列の受動磁気装置とを備え、前記制御装置は、前記第２の配列の受動磁気装置を移動させることによって前記正味磁力を調整して、前記第１の配列および前記第２の配列における前記受動磁気装置の極性が相互作用して前記第１の配列および前記第２の配列の前記正味磁力を変化させるように構成されている、
請求項１９に記載のガスシールシステム。
【請求項３２】
前記ガスシールはドライガスシールである、
請求項１９に記載のガスシールシステム。
【国際調査報告】
2019525095.tif 000020
2019525095.tif 000021
2019525095.tif 000022