(57)【要約】  プロセスガスが回転機械から排出することを抑制するよう構成される、メカニカルシールシステム。環状プランジャが、内寄り閉位置と外寄り開位置との間で軸線方向に摺動可能で、それによって、プランジャが閉位置にあるとき、プランジャは、入口通路とシール境界面との間のシール流体の流れを抑制し、プランジャが閉位置にあるとき、プランジャは入口通路とシール境界面との間のシール流体の流れを可能にする。付勢機構およびソレノイドは、プランジャに開閉する力をもたらす。常態では開かれている構成、および常態では閉じられている構成が提供される。
2019518185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械内から加圧ガスの排出を抑制するために、前記機械の回転シャフト周りに同軸に配置される、メカニカルシールアセンブリであって、
第１の環状シール面を提供する回転リング、および前記第１の環状シール面に対して並列で反対に方向付けられた第２の環状シール面を提供する固定リングを含む、メカニカルシールであって、前記第１および第２の環状シール面は、前記第１の環状シール面と前記第２の環状シール面との間を通過するシール流体の流れによって、少なくとも一部は互いに対して軸線方向に移動可能である、メカニカルシールと、
前記メカニカルシールを少なくとも部分的に囲む、環状のプランジャとを含み、前記プランジャは、閉位置および開位置の間で軸線方向に摺動可能であり、
前記開位置は、前記プランジャの内寄り端部が、プランジャ座部から軸線方向に離隔され、それによってシール流体が、前記プランジャの内寄り端部と前記プランジャ座部との間に画定された通路を通って前記メカニカルシールに流れることができ、
前記閉位置は、前記プランジャの内寄り端部が前記プランジャ座部に当接し、それによって前記シール流体が前記通路を通って前記メカニカルシールに流れることを抑制する、メカニカルシールアセンブリ。
【請求項２】
付勢力をもたらして前記プランジャを軸線方向に推進するよう構成される、プランジャ付勢機構と、
前記付勢機構に対抗する始動力を選択的にもたらして、前記プランジャを前記付勢力の反対方向に推進するよう構成される、始動機構と
をさらに備える、請求項１に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項３】
前記始動機構は環状ソレノイドを備え、前記プランジャの少なくとも一部分は強磁性材料を備え、それによって前記始動力は、前記ソレノイドによって生成された磁気力を備える、請求項２に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項４】
前記ソレノイドは、環状コイルおよびケーシングを備え、前記ケーシングは、
強磁性の径方向外側壁と、
強磁性の軸線方向内寄り壁と、
強磁性の軸線方向外寄り壁と、
非磁性スペーサを含む、部分的に強磁性の径方向内側壁と
を備える、請求項３に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項５】
前記ソレノイドと電気通信する制御器と、回転速度センサとをさらに備え、前記制御器は、前記シャフトの回転速度に基づいて前記ソレノイドにエネルギーを与えるよう構成される、請求項３に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項６】
前記メカニカルシールおよび前記プランジャの径方向外側に配置された、環状の保持器をさらに備え、前記保持器は環状ソレノイドの溝を画定し、前記ソレノイドは前記保持器の前記ソレノイドの溝内に配置される、請求項３に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項７】
前記保持器は非磁性材料で構成される、請求項６に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項８】
前記付勢機構が、前記プランジャを軸線方向内寄りに推進するよう構成され、それによって、前記始動機構が始動力を提供していないときに、前記プランジャを前記閉位置にあるようにし、前記始動機構が始動力を提供しているときに、前記プランジャを前記開位置に向けて推進する、請求項２に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項９】
前記付勢機構が、前記プランジャを軸線方向外寄りに推進するよう構成され、それによって、前記始動機構が始動力を提供していないときに、前記プランジャを前記開位置にあるようにし、前記始動機構が始動力を提供しているときに、前記プランジャを前記閉位置に向けて推進する、請求項２に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項１０】
前記付勢機構は、１つまたは複数のばねを備える、請求項２に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項１１】
前記プランジャの内寄り部分は、軸線方向内寄りに向けられた環状の溝を備え、
前記溝内に固定して配置された、環状エラストマーのシール要素をさらに備える、請求項１に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項１２】
前記シール流体は、調整されたプロセスガスである、請求項１に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項１３】
第２の固定リング、および第２の回転リングをさらに備える、請求項１に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項１４】
機械内から加圧ガスの排出を抑制するために、前記機械の回転シャフト周りに同軸で配置される、メカニカルシールアセンブリであって、
第１の環状シール面を提供する回転リング、および前記第１の環状シール面に対して並列で反対に方向付けられた第２の環状シール面を提供する固定リングを含む、メカニカルシールであって、前記第１および第２の環状シール面は、前記第１の環状シール面と前記第２の環状シール面との間を通過するシール流体の流れによって、少なくとも一部は互いに対して軸線方向に移動可能である、メカニカルシールと、
前記メカニカルシールを少なくとも部分的に囲む、環状のプランジャであって、前記プランジャは、閉位置および開位置の間で軸線方向に摺動可能であり、
前記開位置は、前記プランジャの内寄り端部が、プランジャ座部から軸線方向に離隔され、それによってシール流体が、前記プランジャの内寄り端部と前記プランジャ座部との間に画定された通路を通って前記メカニカルシールに流れることができ、
前記開位置は、前記プランジャの内寄り端部が前記プランジャ座部に当接し、それによって前記シール流体が前記通路を通って前記メカニカルシールに流れることを抑制する、
プランジャと、
付勢力をもたらして前記プランジャを前記閉位置に推進するよう構成される、プランジャ付勢機構と、
前記付勢機構に対抗する始動力を選択的にもたらして、前記プランジャを前記開位置に推進するよう構成される、始動機構とを備える、メカニカルシールアセンブリ。
【請求項１５】
前記始動機構は環状ソレノイドを備え、前記プランジャの少なくとも外寄り部分は強磁性材料を備え、それによって前記始動力は前記ソレノイドによって生成された磁気力を備える、請求項１４に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【請求項１６】
機械内から加圧ガスの排出を抑制するために、前記機械の回転シャフト周りに同軸に配置される、メカニカルシールアセンブリであって、
第１の環状シール面を提供する回転リング、および前記第１の環状シール面に対して並列で反対に方向付けられた第２の環状シール面を提供する固定リングを含む、メカニカルシールであって、前記第１および第２の環状シール面は、前記第１の環状シール面と前記第２の環状シール面との間を通過するシール流体の流れによって、少なくとも一部は互いに対して軸線方向に移動可能である、メカニカルシールと、
前記メカニカルシールを少なくとも部分的に囲む、環状のプランジャであって、前記プランジャは、開位置および閉位置の間で軸線方向に摺動可能であり、
前記閉位置は、前記プランジャの内寄り端部が、プランジャ座部から軸線方向に離隔され、それによってシール流体が、前記プランジャの内寄り端部と前記プランジャ座部との間に画定された通路を通って前記メカニカルシールに流れることができ、
前記開位置は、前記プランジャの内寄り端部が前記プランジャ座部に当接し、それによって前記シール流体が前記通路を通って前記メカニカルシールに流れることを抑制する、
プランジャと
付勢力をもたらして前記プランジャを前記開位置に推進するよう構成される、プランジャ付勢機構と、
前記付勢機構に対抗する始動力を選択的にもたらして、前記プランジャを前記閉位置に推進するよう構成される、始動機構とを備える、メカニカルシールアセンブリ。
【請求項１７】
前記始動機構は環状ソレノイドを備え、前記プランジャの少なくとも外寄り部分は強磁性材料を備え、それによって前記始動力は前記ソレノイドによって生成された磁気力を備える、請求項１６に記載のメカニカルシールアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その内容が参照として組み込まれる、２０１６年６月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／３４８，５６５号の利益を主張する。
【０００２】
本開示はメカニカルシールに関し、より詳細には、圧縮機が待機モードにあるときに、圧縮機からの漏洩を排除または軽減するよう構成された、軸線方向に摺動可能な環状のシールプランジャを含む、非接触のガス潤滑によるドライシールに関する。
【背景技術】
【０００３】
米国特許第５，４９６，０４７号明細書、および同８，６５１，８０１号明細書（これらの開示は参照として本明細書に組み込まれる）に記載されているような、ガス潤滑によるメカニカル面シールは、潤滑をもたらしてシール面同士の接触を抑制するために、シール面同士の間に構築したシールガスのクッションに依存する。多くの用途において、この潤滑ガスは、回転シャフトによって伝達される機械的エネルギーで圧縮または処理される、プロセスガスまたは製品ガスである。
【０００４】
ガス潤滑によるメカニカル面シール（「ドライシール」、または「ドライガスシール」としても知られる）の１つの用途は、圧縮機のプロセスチャンバと外部環境との間のシールをもたらすものである。例えば石油化学産業において、遠心圧縮機を、処理のためのガス圧を高めるため、輸送パイプラインに沿ったフロー損失の影響を阻止するため、および、ガスを全体的に目的地に向けて移動させ続けるため、天然ガスのパイプラインに沿って所々に位置させてよい。これらの圧縮機は、石油化学プロセスにおいて、上流（探鉱および製造の間）、中流（処理、貯蔵、および運搬の間）、または下流（天然ガス／および石油化学製品の精製、輸送、および供給の間）で使用され得る。これらの遠心圧縮機を使用して、他の流体を運搬することもできる。
【０００５】
天然ガスまたは他の流体を移動させるために、遠心圧縮機は、形成したハウジング内の回転ディスクまたはインペラを使用し、ガスをインペラのリムに押しやることによってガスの速度を上げる。ディフューザ（分岐ダクト）は、速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する。
【０００６】
ドライガスシールを使用して、遠心分離したガスまたは処理ガスの漏洩を防止しながら、回転構成要素の摩耗を軽減し得る。処理ガスが大気に漏洩することをさらに抑制するために、いくつかの遠心圧縮機は、タンデム型で機能する一対のドライガスシールを含むことができる。
【０００７】
高圧の用途において使用する場合、シールガス（「潤滑ガス」としても知られる）などは、シール面が互いに対して回転しない静止（または「待機」）条件において、漏洩することがある。
【０００８】
図１は、当技術分野で公知のタンデム型ドライシールアセンブリ１０の、典型的な配置の断面を示す。このタイプのシールでは一般的であるように、シールアセンブリ１０は、回転機械のシャフト１２をシールすることができ、それによってシールアセンブリ１０は、プロセスチャンバ１４とシャフト軸受けキャビティ１６との間にシールをもたらすことができる。シールアセンブリ１０は、軸線方向内寄り端部におけるプロセスチャンバと、軸線方向外寄り端部における軸受けチャンバとによって画定され、かつ、ハウジング１８に対して径方向外側に延びた、概ね円筒形の内腔（または「シールチャンバ」）に取り付けることができる。
【０００９】
シールアセンブリ１０は、シャフト１２と動作可能に連結される回転構成要素と、ハウジング１８と動作可能に連結される固定構成要素とを備える。
【００１０】
環状スリーブ２０は、シャフト１２と共に回転するようシャフト１２と動作可能に連結され得る、軸線方向に延びるシャフト部分２２を備える。スリーブ２０は、プロセスチャンバ１４に近接して配置されるよう、シールアセンブリ１０の内寄り端部において径方向外側に延びるフランジ部分２６を含むことができる。図１に示すように、シャフト部分２２は、フランジ部分２６の軸線方向外寄りに延びるが、図１１に示すように、シャフト部分２２は、様々なシールアセンブリにおいてフランジ部分２６の軸線方向内寄りに延びることができる。
【００１１】
環状回転シールリング（または「接合リング」）３０は、フランジ部分２６の外寄り面に隣接して取り付けられる。軸線方向に固定された環状部材３４は、回転シールリング３０に当接して、シャフト部分２２の外径に取り付けることができ、それによって回転シールリング３０が、フランジ部分２６から外寄りに軸線方向に移動することを抑制する。
【００１２】
環状固定シールリング（または「主リング」）３６は、環状部材３４と、ハウジング１８に固定された環状保持器４０との間に摺動可能で位置された、環状キャリア３８に取り付けられる。示したシールでは、径方向に離隔された複数の圧縮ばね４６が、保持器４０とキャリアリング３８との間でキャリア付勢部材として機能して、第２の固定シールリング３６を回転シールリング３０に向けて推進する。当技術分野で公知の他のシールにおいて、蛇腹などの他のキャリア付勢機構が使用される。
【００１３】
シール境界面５４は、回転シールリング３０の外寄りに面した回転シール面５０、および固定シールリング３６の内寄りに面した固定シール面５２によって画定される。回転シール面５０は溝付き領域を備えることができ、それによってシャフト１２の回転が、シールリング３０の面５０と、シールリング３６の面５２との間に、シールガスをポンプで送られることになり、ばね４６によって加えられた負荷に対抗する負荷を発生させて、シール面を潤滑させ、かつシールをもたらすための流体クッションを作り出す。
【００１４】
シールアセンブリ１０は、本明細書では説明しない第３および第４のシール面部材を含む、第２の段階のシールも含むことができる。さらなる段階のシールおよびシール面部材も、提供され得る。
【００１５】
シールガスが高圧でシールの中に漏洩する場合、圧力の低下によってシールガスが液化し、それがシール自体に有害となり得る。したがって、多くの用途において、大きくて高価なガス調整ユニットが、ガスがシールに導入される前に、汚染物を取り除くため、かつ全ての流体をガス状態に戻すために必要とされる。さらに、漏洩したガスを大気に放出させなければならないことが多く、それが、望ましくないか、または許容できない環境影響をもたらし得る。
【００１６】
米国特許第６，９０５，１２３号明細書（本明細書に参照として組み込まれる）で記載されているように、待機条件における漏洩を防止するための１つのアプローチは、ガス圧によってスリーブ部材とシール係合、およびシール係合解除する、ピストンの形態の静止シールを提供する。この装置は、アキュムレータなどの、圧力を受けたガス源を必要とする。さらに、圧縮機のシールチャンバは、加圧ガスをピストンチャンバに出し入れできる通路を提供しなければならない。このような追加の要件は望ましくない。なぜなら、それらは複雑性および費用を、メカニカルシールシステムおよび圧縮機に追加するからである。さらに、ピストンガスの通路を提供するために後付けするのに適合しない、多くのシールが、既存の圧縮機のハウジングに設置される。
【００１７】
メカニカルシールからの静的漏洩を抑制するための装置が、シールのための追加のガス源を必要とせず、または圧縮機のハウジングの他の改変を必要とせず、明白な利点を提供し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本開示の実施形態は、圧縮機のハウジングに対するシール、または他の改変のための追加のガス源を必要とすることなく、メカニカルシールからの静的漏洩を抑制するための装置の要件を満たす。本開示は、例えばシールが、加圧されているが作動していない圧縮機に設置されるときなど、シールが静止しているときに、弁が遮断され得るよう電気制御される遮断弁を伴う、ドライガスシールに関する。弁は、直接電磁制御されるので、追加のガス入口は必要ない。さらに、開示する弁機構は、主シールのスリーブの内寄りに追加の構成要素を必要とせず、現存のシールアセンブリに組み込むことができる。
【００１９】
実施形態において、機械内から加圧ガスの排出を抑制するために、機械の回転シャフト周りに同軸に配置されるメカニカルシールアセンブリは、第１の環状シール面を提供する回転リングと、第１の環状シール面に対して並列で反対に方向付けられた第２の環状シール面を提供する固定リングとを含む、メカニカルシールを備える。第１の環状シール面および第２の環状シール面は、第１の環状シール面と第２の環状シール面との間を通過するシール流体の流れによって、少なくとも一部は互いに対して軸線方向に移動可能である。メカニカルシールアセンブリは、メカニカルシールを少なくとも部分的に囲み、開位置と閉位置との間を軸線方向に摺動可能な環状プランジャを、さらに含む。
【００２０】
開位置において、プランジャの内寄り端部は、プランジャ座部から軸線方向に離隔され、それによってシール流体は、プランジャの内寄り端部とプランジャ座部との間に画定された通路を通って、メカニカルシールに流れることができる。閉位置において、プランジャの内寄り端部はプランジャ座部と当接し、それによって、シール流体が通路を通ってメカニカルシールに流れることを抑制する。
【００２１】
実施形態において、メカニカルシールアセンブリは、プランジャを軸線方向に推進する付勢力をもたらすよう構成されるプランジャの付勢機構と、付勢力の反対方向にプランジャを推進する、付勢機構に対抗する始動力を選択的にもたらすよう構成される始動機構と、をさらに備える。
【００２２】
実施形態において、始動機構は環状のソレノイドを備え、始動力がソレノイドによって生成された磁気力を備えるよう、プランジャの少なくとも一部分は強磁性材料を備える。実施形態において、ソレノイドは、環状コイル、および強磁性の径方向外側壁と、強磁性の軸線方向内寄りの壁と、強磁性の軸線方向外寄りの壁と、非磁性スペーサを含む部分的に強磁性の径方向内側の壁とを有するケーシングを、備えることができる。
【００２３】
実施形態において、制御器がソレノイドと電気通信することができ、ソレノイドに選択的にエネルギーを与える。実施形態において、制御器は、回転速度センサと通信して、シャフトの回転速度に基づいてソレノイドにエネルギーを与えるよう構成され得る。
【００２４】
実施形態において、メカニカルシールアセンブリは、環状の保持器をさらに備えることができ、保持器は、メカニカルシールおよびプランジャの径方向外側に配置される。この保持器は環状ソレノイドの溝を画定し、ソレノイドは保持器のソレノイドの溝内に配置される。実施形態において、保持器は非磁性材料で作ることができる。
【００２５】
実施形態において、メカニカルシールアセンブリは、「常態では閉じられている」構成を有することができ、この構成では付勢機構が、プランジャを軸線方向内寄りに推進するよう構成され、それによって、始動機構が始動力を提供していないときに、プランジャを閉位置にあるようにし、始動機構が始動力を提供しているときに、プランジャを開位置に向けて推進する。
【００２６】
実施形態において、メカニカルシールアセンブリは、「常態では開かれている」構成を有することができ、この構成では付勢機構が、プランジャを軸線方向外寄りに推進するよう構成され、それによって、始動機構が始動力を提供していないときに、プランジャを開位置にあるようにし、始動機構が始動力を提供しているときに、プランジャを閉位置に向けて推進する。
【００２７】
実施形態において、付勢機構は、１つまたは複数のばねを備える。
【００２８】
実施形態において、プランジャの内寄り部分は、環状で軸線方向内寄りに向けられた溝を備え、環状のエラストマーのシール要素が、この溝内に固定して配置され得る。
【００２９】
実施形態において、シール流体は調整されたプロセスガスであってよい。
【００３０】
実施形態において、メカニカルシールアセンブリは、第２の固定リング、および第２の回転リングを含むことができる。
【００３１】
開示した実施形態の利点は、圧縮機のケーシング設計に影響を与えず、圧縮機が待機状態にあるときに、シールガスの排出を軽減したドライガスシールを提供すること、および現存の圧縮機のキャビティに適応させることを含む。
【００３２】
上記の発明の概要は、各例示の実施形態、または本明細書の主題の全ての実装形態を説明することを意図しない。以下の図面および発明を実施するための形態で、様々な実施形態をより詳細に例示する。
【００３３】
本明細書の主題は、添付の図面と共に、以下の様々な実施形態の詳細な説明を考察することで、より完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】シールアセンブリの典型的な配置の断面を示す平面図である。
【図２Ａ】一実施形態による、開位置にある、常態では閉じられている遮断弁を伴うシールアセンブリの部分的断面を示す平面図である。
【図２Ｂ】一実施形態による、閉位置にある図２Ａのシールアセンブリの、部分的断面を示す平面図である。
【図３Ａ】一実施形態による、ソレノイドの断面を示す平面図である。
【図３Ｂ】一実施形態による、ボビンを示す平面図である。
【図３Ｃ】一実施形態による、図３ＢのボビンのＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３Ｄ】一実施形態による、図３Ｃのボビンの詳細Ｂを示す図である。
【図４】一実施形態による、図３のソレノイドの磁束密度を示す図である。
【図５】一実施形態による、シールアセンブリの部分的断面を示す斜視図である。
【図６Ａ】一実施形態による、保持器の部分的断面を示す図である。
【図６Ｂ】一実施形態による、従来の保持器の部分的断面を示す図である。
【図７Ａ】一実施形態による、閉位置にある、常態では開かれている遮断弁を伴うシールアセンブリの、部分的断面を示す図である。
【図７Ｂ】一実施形態による、開位置にある図７Ａのシールアセンブリの、断面を示す図である。
【図８】一実施形態による、プランジャの部分的断面を示す斜視図である。
【図９】一実施形態による、プランジャの部分的断面を示す斜視図である。
【図１０】一実施形態による、開位置にある、常態では閉じられている遮断弁を伴うシールアセンブリの、部分的断面を示す斜視図である。
【図１１】図１０のシールアセンブリの、部分的断面を示す斜視図である。
【図１２】一実施形態による、遮断弁を制御す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】
【００３５】
様々な実施形態が、様々な改変および代替の形状に変更可能であるが、それらの特性は、図面で例として示され、詳細に説明される。しかし、請求する発明を、説明する特定の実施形態に限定することは意図されないことを、理解されたい。その反対に、全ての改変、同等物、および代替が、特許請求の範囲で定義される主題の趣旨および範囲内にあることが、意図される。
【００３６】
本開示の実施形態は、電子制御可能な遮断弁を含むシールアセンブリを備える。図２Ａおよび図２Ｂは、シールガス１１０（矢印で示す）がシール境界面５４に流れることを選択的に抑制することができる、直線的に始動されるプランジャ２００を備えるシールアセンブリ１００の、開位置および閉位置をそれぞれ示す。
【００３７】
プランジャ２００は、内寄りの溝２０２から外寄り端部２０４まで、軸線方向外寄りに延びる。内寄りの溝２０２は、環状プランジャのシール要素２０６を保持するよう構成することができ、それによって、プランジャ２００が図２Ｂに示すように閉位置にあるときに、プランジャのシール要素２０６は、スリーブ２０のフランジ部分２６の外寄りに向いた面の部分を備えるプランジャ座部と、シール接触する。プランジャのシール要素２０６は、主にＶ型もしくはＵ型の断面であってよく、または、固形Ｏリングを備えるか、もしくはシール係合をもたらすのに好適な任意の他の構成とすることができる。プランジャのシール要素２０６は、ゴム、シリコーン、もしくは他のポリマー、または他の好適な弾力性材料で構成され得る。
【００３８】
プランジャ２００は、固定シールリング３６に対して軸線方向に摺動可能である。実施形態において、プランジャ２００の径方向内側における環状面の少なくとも一部分は、固定シールリング３６の径方向外側における環状面の一部分と接触して、固定シールリング３６の回転を摩擦で抑制する。実施形態において、プランジャ２００は、径方向に離隔されて径方向内側に向けられた、１つまたは複数の回転止め突起部２０８（図８に示す）をさらに備えることができ、それらは、固定シールリング３６の回転をさらに抑制するために、固定シールリング３６に提供された回転止め溝（図示せず）に受け入れられてよい。実施形態において、プランジャ２００の少なくとも一部分は、強磁性材料で構成される。
【００３９】
プランジャ２００の軸線方向の始動は、環状ソレノイド４００によって提供され得る。ソレノイド４００は、コイル、または、プランジャ２００を軸線方向内寄りまたは外寄りに移動させることが可能な磁界に電流を転換するのに好適な、他の構成を備えることができる。非強磁性のボビン、およびケーシングを備える環状ソレノイドが使用できる一方で、図３Ａに示すようなソレノイド４００は、所与の断面領域に、より大きい軸線方向の始動力を提供することができ、シールアセンブリ１００の空間要件を低減させる。
【００４０】
図３Ａは、ソレノイド４００の実施形態の断面図を示す。ソレノイド４００は、銅芯またはアルミニウム芯のマグネット線など、導電性で、かつ絶縁された線の、複数の巻き線を有するコイル４０２を備える。実施形態において、コイル４０２は、銅ＣＡ２００または径（絶縁部を含む）が約０．５４４ｍｍの同等物から構成され得る。実施形態において、コイル４０２は約１４０巻きで構成することができる。組み立てられると、コイル４０２は環状ケーシング４０４内に配置される。ケーシング４０４は、ボビン４０６および外側部分４０８を備えることができる。従来のソレノイドのボビンおよびケーシングと異なり、ケーシング４０４は磁気回路の一部を提供して、始動力を生成する。
【００４１】
ボビン４０６は、径方向内側に面する側の一部分で、非磁性スペーサ４１０を備えることができる。実施形態において、スペーサ４１０は、電流が増加してプランジャが動いているときに、磁気材料を累進的に飽和状態にするよう構成される断面形状を提供することができる。例えばスペーサ４１０は、始動力が意図される方向に細長い、全体的に三角である部分４１２を備えることができる。例えば、図２Ａに示すソレノイド４００は、プランジャ２００を開位置に引張るために、外寄りに向けられた始動力を提供するよう配置される。スペーサ４１０の構成は、プランジャの位置が変化する際の、始動力の強さの変化を抑制する。図４は、ソレノイド４００の断面にわたる磁束密度、および、プランジャ２００のばね受け入れ部２１０部分の磁束密度を示す（ばね受け入れ部２１０を、図７Ａおよび図７Ｂ、ならびに関連する以下の記載でさらに示し、かつ説明する）。図３Ｂ〜図３Ｄは、一実施形態による、ボビン４０６の平面図、断面図、および詳細図である。
【００４２】
図３Ａに戻ると、実施形態において、ボビン４０６は３つの部品から構築され得る。スペーサ４１０は、非磁性ステンレス鋼または他の非磁性材料から構成することができる。概してＬ型の側部分４１４および４１６は磁性体であり、ケーシング４０４の径方向内側面がスペーサ４０６の一部分を提供するよう、スペーサ４０６を受け入れるように構成することができる。ボビン４０６の構成要素は、レーザーシーム溶接または他の方法など、シールアセンブリ１００内で想定される力（例えば約３００バールまでの圧力）に耐えることができる方法を介して、固定してもよい。
【００４３】
コイル４０２は、従来のソレノイドコイルを巻くための当技術分野で公知の方法を介して、ボビン４０６に巻き付けてよい。外側部分４０８は磁性材料で構成することができ、側部分４１４および４１６に固定して、コイル４０２を包んでよい。
【００４４】
ソレノイド４００は、電気接続部４２０を備えることができる。実施形態において、電気接続部４２０は電線で構成することができるが、誘導などのワイヤレス送電を実施形態に用いてもよい。実施形態において、電気接続部４２０は、始動力を提供するため、必要に応じてソレノイド４００にエネルギーを与えるよう構成される、制御器（図示せず）で終端してよい。実施形態において、制御器は、回転速度センサまたは変調器とデータ通信することができる。
【００４５】
図５は、保持器３００およびスリーブ２０に関するソレノイド４００およびプランジャ２００を示す、シールアセンブリ１００の一部分の断面を示す斜視図である。従来の保持器４０（図１および図６Ｂに示す）とは反対に、保持器３００は、実施形態における組み立てを容易にするために、複数の部品で構築することができる。保持器３００は、環状の内寄り部分３０２および環状の外寄り部分３０４を備える。内寄り部分３０２および外寄り部分３０４の各々は、径方向に離隔されて軸線方向に延びる、設定された複数のねじ穴３０６の一部分をそれぞれ画定し、それによって設定されたねじ（または他の締め具）を使用して、内寄り部分３０２と外寄り部分３０４との固定をもたらすことができる。内寄り部分３０４および外寄り部分３０２の各々は、環状ソレノイドのシール要素３１０を配置し得る、環状ソレノイドの少なくとも１つのシール溝３０８を、さらに画定する。
【００４６】
内寄り部分３０２は、環状保持器のシール要素３１４が内寄り部分３０２とプランジャ２００との間に配置し得る、環状保持器のシール溝３１２を、さらに備えることができる。ソレノイドのシール要素３１０および保持器のシール要素３１４は、主にＶ型、Ｕ型の断面を呈してよく、または、固形Ｏリングを備えるか、もしくはシール係合をもたらすのに好適な任意の他の構成であってよい。ソレノイドのシール要素３１０および保持器のシール要素３１４は、ゴム、シリコーン、もしくは他のポリマー、または他の好適な弾力性材料で構成され得る。
【００４７】
ソレノイド４００は、保持器３００内に受け入れられ得る。図６Ａおよび図６Ｂは、従来の保持機４０、および本開示の実施形態による複数部品の保持器３００の断面図を示す。
【００４８】
シールアセンブリ１００は、径方向に離隔されたプランジャの複数の付勢部材５００を、さらに備えてよい。プランジャ２００、ソレノイド４００、およびプランジャの付勢部材５００の配置構成は、図２Ａおよび図２Ｂに示すような、常態では閉じられている構成、または図７Ａおよび図７Ｂに示すような、常態では開かれている構成を提供することができる。常態では閉じられている実施形態において、プランジャの付勢部材５００は、ソレノイド４００が始動力を提供していないときに、プランジャ２００をプランジャ座部２０８にシール接触するよう推進するための十分なばね力を有する圧縮ばねを備えてよい。実施形態において、径方向に離隔された２４個の圧縮ばねが提供され得る。常態では閉じられている構成において、ソレノイド４００は、スペーサ４０８の三角部分が外寄り軸線方向に延びるように構成される。ソレノイド４００が始動すると、生成された磁気力がプランジャ２００を軸線方向外寄りに推進する。そのため常態では閉じられている状態は、ソレノイドにエネルギーが与えられない限り、シールガス１１０がシール境界面５２に流れることを抑制する。この構成によって、故意もしくは不注意によるソレノイド４００へのパワー損失時、またはソレノイド４００の故障時の漏洩を抑制できる。
【００４９】
代替の用途において、シールガスの流れが、ソレノイド４００へのパワー損失時またはソレノイド４００の故障時に妨げられない、常態では開かれている構成を利用することが望ましいことがある。図７Ａおよび図７Ｂに示すように、常態では開かれている構成において、プランジャの付勢部材５００は、プランジャ２００をプランジャ座部２０８から外寄りに推進するよう配置され、ソレノイド４００は、エネルギーを与えられたときに、シールガス１１０の流れを抑制するため、プランジャ２００を軸線方向内寄りに推進するよう配置される。常態では閉じられている実施形態において、プランジャの付勢部材５００は、プランジャ２００を軸線方向内寄りに推進するための十分なばね力を有する、引張りばねを含むことができる。代替の、常態では閉じられている実施形態において、プランジャの付勢部材５００は、ばね受け入れ穴内、または、環状プランジャのばね受け入れ部２１０および保持器３００の他の特徴部内に受け入れ可能な、圧縮ばねを備えてもよい。
【００５０】
図８および図９は、一実施形態による、プランジャ２００およびばね受け入れ部２１０の部分的斜視図を示す。実施形態において、プランジャ２００およびばね受け入れ部２１０は、一体型で構成されてもよい。他の実施形態において、ばね受け入れ部２１０は、当技術分野で公知の様々な方法を介して、プランジャ２００に動作可能に連結され得る、別個のリングを備えてもよい。１つの例において、ばね受け入れ部２１０は、プランジャ２００の外寄り部分２０４の外径よりも僅かに小さい内径を有するリングを備えてもよい。ばね受け入れ部２１０は、組み立て中にプランジャ２００の周りで、プレス嵌めしてもよい。実施形態において、プランジャ２００の外寄り部分２０４は、組み立てを容易にするために、面取り部２１４を提供し得る。
【００５１】
本開示の実施形態は、本明細書で示し、かつ説明したもの以外の様々なシール設計に組み込むことができる。例えば、図１０および図１１は、図２Ａおよび図２Ｂに示すものと反対に、常態では閉じられている構成を備える単一段階のガスシールの断面図を示す。実施形態において、複数のシール段階（図１に示すタンデム型シールなど）に関連する、複数のプランジャ要素が提供され得る。これらの複数のプランジャは、単一のソレノイド４００から、または必要とされる複数のソレノイドから駆動され得る。
【００５２】
操作において、制御器は、プランジャ２００を開位置と閉位置との間で動かすよう、ソレノイド４００に選択的にエネルギーを与えることができる。実施形態において、ソレノイド４００に送達されるエネルギー量は、パワーレベルを上下させるためにプランジャ位置を変える際に、変化し得る。他の実施形態において、パワーレベルは、固定された最低値と最高値（ＯＮまたはＯＦＦ）の間で交互になる。
【００５３】
実施形態において、制御は、シャフト１２の実際の回転速度に基づくことができる。図１２は、一実施形態によるソレノイド４００の操作の方法１２００を示すフローチャートである。１２０２において、シャフト１２の動作速度が決定され得る。１２０４において動作速度がゼロよりも大きい場合、１２０６においてソレノイドは、プランジャ２００を開位置に動かすよう制御され得る。次に制御は１２０２に戻り得る。シャフト１２が静止している場合、１２０８においてソレノイド４００は、プランジャを閉位置に動かすことによって制御され得る。次に制御は１２０２に戻り得る。より大きい、より小さい、または交互のセンサデータの動向が得られた場合、交互のセンサデータ分析、およびソレノイド制御タスクが、実施形態によって実行され得る。
【００５４】
操作において、エネルギーを与えられたソレノイド４００に対するシャフト１２の回転は、ソレノイド４００に望ましくない電流を誘発するか、またはシャフト１２自体の磁化を発生させることがある。さらに、プランジャ２００およびばね受け入れ部２１０（存在する場合）の磁性部分は、保持器３００、スリーブ２０、またはシールアセンブリ１００の他の磁性構成要素と、磁気的に連結され得る。したがって実施形態は、非磁性ステンレス鋼などの非磁性材料で構成される、保持器３００、スリーブ２０、およびキャリア３８を有利に備えることができる。実施形態において、プランジャ２００の、ソレノイド４００とは接触しない部分も、非磁性材料で構成され得る。例えば、磁性ばね受け入れ部２１０が存在する場合、プランジャ２００の他の部分は磁性材料を含まなくてよい。
【００５５】
当業者は、本開示の実施形態が、従来のデバイス対して多くの改善を提供することを理解するであろう。一態様において、シールアセンブリ１００の実施形態は、シールチャンバを広げる必要なく、または追加のガスアクセスポートもしくは処理機器を提供する必要なく、現存の圧縮機または他の回転機械に後付けすることができる。
【００５６】
システム、デバイス、および方法の様々な実施形態を、本明細書で説明した。これらの実施形態は、例としてのみ与えられ、請求する発明の範囲を制限するよう意図されない。さらに、説明した実施形態の様々な特徴は、様々な方法で組み合わせて、多くのさらなる実施形態が生成され得ることを理解されたい。さらに、様々な材料、寸法、形状、構成、および箇所などが、開示した実施形態と共に使用するために記載されたが、開示した以外のものが、請求する発明の範囲を超えることなく利用され得る。
【００５７】
当業者は、本明細書の主題が、上述した任意の個々の実施形態に例示されたものよりも少ない特徴を備え得ることを、理解するであろう。本明細書で説明した実施形態は、本明細書の主題の様々な特徴を組み合わせることができる方法の、包括的な提示を意味しない。したがって実施形態は、相互排他的な特徴の組み合わせではなく、むしろ、当業者に理解されるように、様々な実施形態が、異なる個々の実施形態から選択された異なる個々の特徴の組み合わせを備えることができる。さらに、一実施形態に関して説明した要素は、たとえ説明がなくても別途記載しない限り、他の実施形態で実装され得る。
【００５８】
特許請求の範囲で、従属請求項が、１つまたは複数の他の請求項との特定の組み合わせに言及しても、他の実施形態もまた、従属請求項と他の従属請求項の各々の主題との組み合わせ、または１つまたは複数の特徴と他の従属請求項または独立請求項との組み合わせを含むことができる。特定の組み合わせを意図しない旨記述されない限り、このような組み合わせは本明細書で提案される。
【００５９】
上記の書類の参照による任意の組み込みは、本明細書の明白な開示とは反対の主題が組み込まれないように制限される。上記の書類の参照による任意の組み込みは、書類に含まれた請求項が本明細書に参照によって組み込まれないように、さらに制限される。上記の書類の参照による任意の組み込みは、書類に提供された任意の定義が、本明細書に明示的に含まれない限り、本明細書に参照として組み込まれないよう、さらに制限される。
【００６０】
特許請求の範囲を解釈する目的で、「〜のための手段」、または「〜のためのステップ」という特定の用語が請求項に記載されない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）の規定が発動されないことが、明示的に意図される。
【符号の説明】
【００６１】
１０  シールアセンブリ
１２  シャフト
１４  プロセスチャンバ
１６  シャフト軸受けキャビティ
１８  ハウジング
２０  スリーブ
２２  シャフト部分
２６  フランジ部分
３０  シールリング
３４  環状部材
３６  固定シールリング
３８  環状キャリア、キャリアリング、キャリア
４０  保持器
４６  圧縮ばね、ばね
５０  回転シール面
５２  固定シール面
５４  シール境界面、境界面
１００  シールアセンブリ
１１０  シールガス
２００  プランジャ
２０２  内寄りの溝
２０４  外寄り端部、外寄り部分
２０６  プランジャのシール要素
２０８  回転止め突起部
２１０  ばね受け入れ部
２１４  面取り部
３００  保持器
３０２  内寄り部分
３０４  外寄り部分
３０６  ねじ穴
３０８  ソレノイドのシール溝
３１０  ソレノイドのシール要素
３１２  保持器のシール溝
３１４  保持器のシール要素
４００  ソレノイド
４０２  コイル
４０４  ケーシング
４０６  ボビン
４０８  外側部分
４１０  スペーサ
４１２  三角部分
４１４  側部分
４１６  側部分
４２０  電気接続部
５００  プランジャの付勢部材
１２００  操作の方法
【図１】
2019518185.tif 000003
【図２Ａ】
2019518185.tif 000004
【図２Ｂ】
2019518185.tif 000005
【図３Ａ】
2019518185.tif 000006
【図３Ｂ】
2019518185.tif 000007
【図３Ｃ】
2019518185.tif 000008
【図３Ｄ】
2019518185.tif 000009
【図４】
2019518185.tif 000010
【図５】
2019518185.tif 000011
【図６Ａ】
2019518185.tif 000012
【図６Ｂ】
2019518185.tif 000013
【図７Ａ】
2019518185.tif 000014
【図７Ｂ】
2019518185.tif 000015
【図８】
2019518185.tif 000016
【図９】
2019518185.tif 000017
【図１０】
2019518185.tif 000018
【図１１】
2019518185.tif 000019
【図１２】
2019518185.tif 000020
【国際調査報告】
2019518185.tif 000021
2019518185.tif 000022
2019518185.tif 000023