(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向内側に向いたチャネルを画定するシールケーシング（４２２、６２２、１４２２、１５２２、１６２２）と、
第１のシールリング（４１２Ｈ、６１２Ｈ、８１２Ｈ、１４１２Ｈ、１５１２Ｈ、１６１２Ｈ）及び第２のシールリング（４１２Ａ、６１２Ａ、８１２Ａ、１４１２Ａ、１５１２Ａ、１６１２Ａ）であって、前記第１のシールリングが前記第２のシールリングから軸方向に配置され、前記第１のシールリングが、前記第２のシールリングの第２の軸方向面（４１４、６１４、８１４、１４１４、１５１４、１６１４）に対向する第１の軸方向面（４１３、６１３、８１３、１４１３、１５１３、１６１３）を有し、半径方向オイルチャネル（４０５、６０５、１４０５、１５０５、１６０５）が前記第１の軸方向面と前記第２の軸方向面との間に画定され、前記第１のシールリング及び前記第２のシールリングの両方は、スプリング（４４０、６４０、１４４０、１５４０、１６４０）に接触するように構成されたテーパ面（４１７、４１８、６１７、６１８）を含み、前記スプリングが、前記テーパ面を介して前記第２のシールリングから離れるように前記第１のシールリングを付勢するように構成され、前記第１のシールリング及び前記第２のシールリングが、前記半径方向内側に向いたチャネルに配置される、第１のシールリング及び第２のシールリングと
を含むシールリング組立体（４００）であって、
前記第１のシールリング又は前記第２のシールリングの少なくとも一方は、前記第１の軸方向面又は前記第２の軸方向面を越えて延在する複数の突起（４６０、６６０、８６０、９６０、１１６０、１２６０、１７６０）を含み、
前記複数の突起は、オイル（１４０１、１５０１、１６０１）を流すことができる通路であって、前記第１の軸方向面と前記第２の軸方向面との間の静止摩擦を減少させることによって前記第１のシールリング又は前記第２のシールリングの少なくとも一方が所望の位置へ移動できるようにする通路を形成するように構成され、
前記複数の突起の各々は、軸方向面（９６６、１１６６、１２６６）によって分離された２つの傾斜面（９６２、９６４、１１６２、１１６４、１２６２、１２６４）を有する、シールリング組立体（４００）。
【請求項２】
前記複数の突起は、前記半径方向オイルチャネル内にその長さの約１／３〜約１／２だけ延在する、請求項１に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項３】
前記半径方向オイルチャネルの軸方向長さは、約０．１２５インチであり、前記複数の突起の軸方向長さは、約０．０４インチ〜約０．０６インチである、請求項２に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項４】
前記複数の突起は、前記第１の軸方向面又は前記第２の軸方向面の少なくとも一方に沿って実質的に等間隔で配置される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項５】
前記複数の突起は、前記第１の軸方向面に配置される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項６】
前記複数の突起は、前記第１の軸方向面に沿って約６０度間隔で配置される、請求項５に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項７】
前記複数の突起は、前記第２の軸方向面に配置される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項８】
前記複数の突起は、前記第２の軸方向面（４１４、６１４）に沿って約６０度間隔で配置される、請求項７に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項９】
前記複数の突起は、前記第１の軸方向面及び前記第２の軸方向面の両方に沿って実質的に等間隔で配置される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項１０】
前記複数の突起の各突起は、前記第１の軸方向面及び前記第２の軸方向面に沿って約１２０度間隔で配置され、前記第１の軸方向面上の突起は、前記第２の軸方向面上の突起（８６０）から約６０度オフセットしている、請求項９に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項１１】
前記複数の突起の各々は、ほぼ楕円形のフットプリントを有する、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項１２】
前記軸方向面（１２６６）は、波形又はリブ（１２６７）付き表面によって形成される、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項１３】
半径方向内側に向いたチャネルを画定するシールケーシング（４２２、６２２、１４２２、１５２２、１６２２）と、
第１のシールリング（４１２Ｈ、６１２Ｈ、８１２Ｈ、１４１２Ｈ、１５１２Ｈ、１６１２Ｈ）及び第２のシールリング（４１２Ａ、６１２Ａ、８１２Ａ、１４１２Ａ、１５１２Ａ、１６１２Ａ）であって、前記第１のシールリングが前記第２のシールリングから軸方向に配置され、前記第１のシールリングが、前記第２のシールリングの第２の軸方向面（４１４、６１４、８１４、１４１４、１５１４、１６１４）に対向する第１の軸方向面（４１３、６１３、８１３、１４１３、１５１３、１６１３）を有し、半径方向オイルチャネル（４０５、６０５、１４０５、１５０５、１６０５）が前記第１の軸方向面と前記第２の軸方向面との間に画定され、前記第１のシールリング及び前記第２のシールリングの両方は、スプリング（４４０、６４０、１４４０、１５４０、１６４０）に接触するように構成されたテーパ面（４１７、４１８、６１７、６１８）を含み、前記スプリングが、前記テーパ面を介して前記第２のシールリングから離れるように前記第１のシールリングを付勢するように構成され、前記第１のシールリング及び前記第２のシールリングが、前記半径方向内側に向いたチャネルに配置される、第１のシールリング及び第２のシールリングと
を含むシールリング組立体（４００）であって、
前記第１のシールリング又は前記第２のシールリングの少なくとも一方は、前記第１の軸方向面又は前記第２の軸方向面を越えて延在する複数の突起（４６０、６６０、８６０、９６０、１１６０、１２６０、１７６０）を含み、
前記複数の突起は、オイル（１４０１、１５０１、１６０１）を流すことができる通路であって、前記第１の軸方向面と前記第２の軸方向面との間の静止摩擦を減少させることによって前記第１のシールリング又は前記第２のシールリングの少なくとも一方が所望の位置へ移動できるようにする通路を形成するように構成され、
前記複数の突起は、前記半径方向オイルチャネル内にその長さの約１／３〜約１／２だけ延在し、
前記第１のシールリング及び前記第２のシールリングの両方は、その半径方向内側位置にある装着可能な材料（６１５）を含み、前記装着可能な材料（６１５）は、ロータシャフト上の摩耗を低減するように構成され、
前記複数の突起の各々は、軸方向面（９６６、１１６６、１２６６）によって分離された２つの傾斜面（９６２、９６４、１１６２、１１６４、１２６２、１２６４）を有する、シールリング組立体（４００）。
【請求項１４】
前記複数の突起は、前記第１の軸方向面又は前記第２の軸方向面の少なくとも一方に沿って実質的に等間隔で配置される、請求項１３に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項１５】
前記複数の突起は、前記第１の軸方向面に配置され、前記第１の軸方向面に沿って互いに約６０度離間されている、請求項１４に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項１６】
前記複数の突起は、前記第１の軸方向面及び前記第２の軸方向面の両方に沿って実質的に等間隔で配置される、請求項１３に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項１７】
前記複数の突起の各々は、ほぼ楕円形のフットプリントを有する、請求項１３乃至請求項１６のいずれか１項に記載のシールリング組立体（４００）。
【請求項１８】
前記軸方向面（１２６６）は、波形又はリブ（１２６７）付き表面によって形成される、請求項１３乃至請求項１７のいずれか１項に記載のシールリング組立体（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素シールリングに関し、より具体的には、水素冷却式発電機においてシールリングセグメントとシール構造体との間の周方向の隙間を通るオイル漏れを低減することによって、オイル圧力の低下およびその後の回復時に自動的にリセットするためのシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、水素シールリングに関し、より具体的には、水素冷却式発電機においてシールリングセグメントとシール構造体との間の周方向の隙間を通るオイル漏れを低減することによって、オイル圧力の低下およびその後の回復時に自動的にリセットするためのシール構造に関する。
【０００３】
水素は、様々な回転発電電動機械の冷却剤として広く使用されているが、それは低い密度および高い比熱を含むその望ましい熱物理学的性質によるものである。しかし、水素を使用することの主な欠点は、水素の純度をその爆発限界（空気中の水素７４％）より高く維持しなければならないことである。したがって、ターボ発電機などの、水素冷却式回転機械の安全な動作を確保するために第１に考慮することは、そのための信頼性が高くて効率の良い水素シールシステムを設計することである。
【０００４】
水素冷却式発電機では、水素シールは、回転軸の界面で高圧水素を封止すること、および空気がケーシングに入って水素とともに爆発性混合気を生成することを防止すること、の両方のために用いられる。１９８０年代始めより前には、水素シールシステムは、シールケーシング内に配置された１対の４つにセグメント化された青銅リングからなっていた。図１に示すように、より新しいバビット鋼シールリング１０は、各々２つの１８０°セグメント１２、１４で作られている。図２に、典型的な水素シールシステムを概略的に示す。本図では、環状のシールケーシングを部分的に示し、それはロータ／軸１６と取り囲み封止する関係にある発電機端シールド（図示せず）に装着されるように適合される。ケーシングは、２つの主要部分で形成されており、以下ハーフケーシング呼ばれるが、それぞれが軸の周りに１８０°延在する。説明を容易にするために、上部ハーフケーシング１８およびその内部に配置されたシールリングセグメント１２を示し、詳細に説明する。しかし、例示的な実施形態では、下部ハーフケーシングが対応する構成を有することを理解されたい。上部ハーフケーシング１８は、２つの部分で構成され、シールケーシング本体２０とシールケーシングキャップセグメント２２とを含む。シールケーシングキャップセグメントは、ほぼｈ字状の断面を有し、次に軸に係合する半径方向内向きに突出するシールリング１２を収容するための、軸１６に向かって半径方向内向きに開口する半径方向内側に向いたチャンバ２４を形成する。
【０００５】
各シールケーシングキャップセグメント２２は、上部半径方向フランジ部２８を接続する軸部２６と、下部の内径部３０および外径部３２と、で形成されている。軸部２６は、チャンバ２４の基部を画定し、内径部３０および外径部３２は、チャンバ２４の２つの軸方向に離間した平行な側面を形成する。軸方向に対向する肩部３４、３６は、回転軸１６に面する開口部を画定する。シールケーシングキャップセグメント２２は、キャップの半径方向フランジ部２８の孔を貫通して、本体２０に螺合されるボルト３８の半環状アレイによって、シールケーシング本体２０に固定することができる。
【０００６】
チャンバ２４内には、１対の並置シールリングセグメント１２が設けられ、各々はハーフケーシング１８の周りに約１８０°に延在する。リング１０は、共に半径方向に、かつ、２つのコイルスプリング４０により軸方向に離れて保持され（そのうちの１つだけを図２に示す）、各々がチャンバ２４内に実質的に１８０°延在する。スプリングは、各リングセグメント１２にテーパ面４２によって形成された領域内に設けられる。スプリングの反対側の端部は、その各端部に形成されたフックなど（図示せず）を介して、軸方向に延在するピン（図示せず）に固定される。従来と同様に、ピンは、ケーシングキャップセグメントの半径方向壁部の位置合わせされた穴内に配置される。ピンはまた、ラビリンス型オイルシール４６を位置合わせして保持するためにも使用される。スプリングは、シールリングセグメント１２を半径方向内向きに、かつ軸方向の反対方向に付勢して、チャンバ２４の内径および外径壁部３０、３２の対向面に押し付ける。
【０００７】
使用時には、シールオイルは、シールリング１２の後方または半径方向外側のチャンバ２４のキャビティ内に、ケーシング内の水素圧力よりも高い圧力で導入される。それから、高圧シールオイルは、回転軸１６に向かってシールリング１２間を半径方向に流れ、シールオイルの流れは、分かれて、軸とシールリングとの間の隙間をもって軸方向に流れる。シールリングの水素側４８では、オイルは、それらの界面においてシールリングの全周にわたって軸と内側シールリングとの間に均一に流れ、したがって、水素が漏れるのを防止し、シールリングを軸を中心として保持する。同様に、オイルは、シールの空気側５０において軸１６と外側シールリングとの間に均一に分散される。
【０００８】
図１に示すように、水素シールリング１０は、通常、水平接合部で分割されたセグメント１２、１４で構成される。２つのセグメントは、水平接合部において互いにボルト止めされるか、あるいはケーシングに適切に取り付けられた２つのコイルスプリングによって保持されてもよい。上述したように、水素シールスプリング４０の目的は、２つのシールリングを分離して、リングの側面をケーシングに押し付けておくことである。通常動作時には、これらのリングは、均一な隙間を維持し、リングセグメント接合部におけるオイル漏れを生じさせない。これらのリングは、半径方向には自由に延びるが、スプリングが取り付けられたピンまたは抗回転装置によって回転が阻止される。このように、リングは、シールケーシングキャップ２２に対して自由に浮動することができる。
【０００９】
しかし、特定の状況下では、シールリング１２が互いに付着して、オイルがシールリング間を流れなくなることがあり得る。考えられる１つの原因は、シールオイル圧力の低下である。シールオイル圧力が望ましくないほど低いレベルに低下すると、内側シールオイルリングは、軸方向面が接触するまで外側シールリングの方に移動するおそれがある。これはオイルチャネルを遮断し、シールリングは、２つの軸方向面の間の静止摩擦による分離に対して抵抗する可能性がある。別の問題は、両方のシールリングがこのように互いに接触した場合に、肩部３４とシールリング１２の対向面との間に大きいチャネルが開口するということである。このチャネルは、望ましくない量のオイルが発電機に流入することを可能にし、発電機の強制停止をもたらすおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１２７４５８号明細書
【発明の概要】
【００１１】
本発明の一態様では、シールリング組立体は、半径方向内側に向いたチャネルを画定するシールケーシングを含む。第１のシールリングは、第２のシールリングから軸方向に配置される。第１のシールリングは、第２のシールリングの第２の軸方向面に対向する第１の軸方向面を有する。半径方向オイルチャネルは、第１の軸方向面と第２の軸方向面との間に画定される。第１のシールリングおよび第２のシールリングの両方は、スプリングに接触するように構成されたテーパ面を有し、このスプリングは、テーパ面を介して第２のシールリングから離れるように第１のシールリングを付勢するように構成される。第１のシールリングおよび第２のシールリングは、半径方向内側に向いたチャネルに配置される。第１のシールリングまたは第２のシールリングの少なくとも一方は、第１の軸方向面または第２の軸方向面を越えて延在する複数の突起を有する。複数の突起は、オイルが通路を流れることができて、第１の軸方向面と第２の軸方向面との間の静止摩擦を減少させることによって第１のシールリングまたは第２のシールリングの少なくとも一方が所望の位置へ移動することができるように、通路を形成するように構成される。
【００１２】
本発明の別の態様では、シールリング組立体は、半径方向内側に向いたチャネルを画定するシールケーシングと、第２のシールリングから軸方向に配置された第１のシールリングと、を含む。第１のシールリングは、第２のシールリングの第２の軸方向面に対向する第１の軸方向面を有する。半径方向オイルチャネルは、第１の軸方向面と第２の軸方向面との間に画定される。第１のシールリングおよび第２のシールリングの両方は、スプリングに接触するように構成されたテーパ面を有し、スプリングは、テーパ面を介して第２のシールリングから離れるように第１のシールリングを付勢するように構成される。第１のシールリングおよび第２のシールリングは、半径方向内側に向いたチャネルに配置される。第１のシールリングまたは第２のシールリングの少なくとも一方は、第１の軸方向面または第２の軸方向面を越えて延在する複数の突起を有する。複数の突起は、オイルが通路を流れることができて、第１の軸方向面と第２の軸方向面との間の静止摩擦を減少させることによって第１のシールリングまたは第２のシールリングの少なくとも一方が所望の位置へ移動することができるように、通路を形成するように構成される。複数の突起は、半径方向オイルチャネルの中にその長さの約１／３〜約１／２だけ延在する。第１のシールリングおよび第２のシールリングの両方は、その半径方向内側位置にある装着可能な材料を含み、装着可能な材料は、ロータシャフト上の摩耗を低減するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】１つの公知のシールリングの斜視図である。
【図２】公知のシール組立体の部分断面図である。
【図３】水素冷却式発電機内へのオイル流入をもたらす事象のシーケンスを示す図である。
【図４】本発明の一態様によるシールリング組立体を示す図である。
【図５】本発明の一態様による、図４に示す水素側シールリングの軸方向の端面図である。
【図６】本発明の一態様によるシールリング組立体を示す図である。
【図７】本発明の一態様による、図６に示す空気側シールリングの軸方向の端面図である。
【図８】本発明の一態様による、水素側シールリングおよび空気側シールリングの両方の軸方向の端面図である。
【図９】本発明の一態様による単一の突起の側面図である。
【図１０】図９に示す突起の正面図である。
【図１１】本発明の一態様による単一の突起の正面図である。
【図１２】本発明の一態様による単一の突起の側面図である。
【図１３】図１２に示す突起の正面図である。
【図１４】本発明の一態様によるシール組立体の部分図である。
【図１５】本発明の一態様によるシール組立体の部分図である。
【図１６】本発明の一態様によるシール組立体の部分図である。
【図１７】本発明の一態様による、シールリングおよび突起の部分斜視図である。
【図１８】本発明の一態様による、図１７に示すシールリングおよび突起の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下で、本発明の１つまたは複数の具体的な態様／実施形態を説明する。これらの態様／実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、たとえば機械に関連したおよびシステムに関連した制約条件への対応などの、実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施毎に異なる可能性があることが理解されるべきである。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。
【００１５】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合に、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「前記（ｔｈｅ）」は１つまたは複数の要素があることを意味するものである。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味している。動作パラメータおよび／または環境条件のいずれかの実施例は、開示する実施形態の他のパラメータ／条件を除外するものではない。さらに、本発明の「一実施形態」、「一態様」または「実施形態」または「態様」への言及は、記載した特徴を同様に組み込む追加の実施形態または態様の存在を排除するものとして解釈されることを意図しないことを理解されたい。
【００１６】
図３は、水素冷却式発電機内へのオイル流入をもたらす事象のシーケンスを示す図である。図３の左上部分は、通常の望ましい動作状態におけるシール組立体を示している。シールケーシング３２２は、オイル３０１が充填されているチャンバ３２４を有し、このオイルは、スプリング３４０を通って半径方向オイルチャネル３０５に（すなわち、シールリングの軸方向面３１３、３１４の間に）入る。次に、オイル３０１は、回転軸３１６とシールリング３１２Ｈおよび３１２Ａとの間を移動する。シールリング３１２Ｈはシール組立体の水素側３４８にあり、シールリング３１２Ａはシール組立体の空気側３５０にある。たとえば、水素側３４８は、水素冷却式発電機の内部にあり、外部空気側３５０に比べて高い圧力下にある。
【００１７】
オイル圧の低下を経験する可能性があり、図３の右上部分はこの発生を示している。オイル圧の低下は、２つのシールリング３１２Ｈ、３１２Ａにかかる力の正味の低下となり、このために、２つのシールリングは、軸方向面３１３、３１４に沿って互いに接触する。前述の通常動作モードでは、軸方向面３１３、３１４の間を通過するオイルが作用して、軸方向面を互いに離間しておくのを助ける。オイルの圧力低下の事象では、この反発力が失われ、スプリングの力は軸方向面３１３、３１４の分離を維持するためには十分ではない。発電機内の水素ガスのより高い圧力がスプリング３４０に打ち勝って、軸方向面３１３が軸方向面３１４に接触するまで、水素側シールリング３１２Ｈを押し付ける。ここで、半径方向オイルチャネル３０５が存在しなくなる。さらに、水素ガスは、チャンバ３２４にも流入し、外部の空気側３５０にも流入する。２つの軸方向面３１３、３１４が互いに接触すると、これらは静止摩擦力（またはスティクション）のために分離が困難である。スプリング３４０の力は、シールリング３１２Ｈおよび／または３１２Ａを所望の位置に戻すには不十分である。
【００１８】
図３の中央下部分は、シールオイル圧力が回復した場合を示している。シールオイル圧力が回復されると、オイル３０１がチャンバ３２４を再充填するが、半径方向オイルチャネル３０５は、２つのしっかりと結合した軸方向面３１３、３１４により完全に遮断される。この事例では、オイル３０１は、シールリング３１２Ｈとシールケーシング３２２の肩部３３４との間の比較的大きな隙間を通って流れる。これは、発電機内の大量のオイルフラッディングをもたらし、その後に、強制的／自動的な停止をもたらす。ここで遭遇する問題は、シールリング３１２Ｈ、３１２Ａが、オイル圧力低下およびそれに続くオイル圧力回復の事象中に、それらの望ましい位置に自動的にリセットできないことである。
【００１９】
図４は、本発明の一態様によるシールリング組立体４００を示す。シールリング組立体は、圧力下のオイルを収容するチャンバ４２４を有するシールケーシング４２２を含む。オイル（明確には図示せず）は、スプリング４４０および半径方向オイルチャネル４０５を通って流れる。半径方向オイルチャネル４０５は、水素側シールリング４１２Ｈの軸方向面４１３と空気側シールリング４１２Ａの軸方向面４１４との間の空間によって画定される。シールリング４１２Ｈおよび４１２Ａの各々は、スプリング４４０に接触するように構成されたテーパ面４１７、４１８を含む。テーパ面４１７、４１８は、スプリング４４０と協働してシールリング４１２Ｈ、４１２Ａに軸方向および半径方向の両方の力を与える。装着可能な材料４１５は、両方のシールリングの内径部に配置され、回転軸４１６への損傷を低減するためにシールリングよりも相対的に柔らかい材料で作られている。たとえば、装着可能な材料４１５は、バビット合金、青銅、または他の任意の適切な材料で作ることができる。図４では、シールの水素側４４８は左側に位置し、空気側４５０は右側に位置する。
【００２０】
シールリング４１２Ｈは、軸方向面４１３を越えて延在する複数の突起４６０を含む。たとえば、約６個の突起４６０は、各突起が隣接する突起から約６０度離間するように、軸方向面４１３の周りに円周方向に分散されてもよい。本実施例では、突起４６０は、チャネル４０５の中にその長さの約１／３〜約１／２だけ延在するように構成される。オイル圧が低下し、軸方向面４１３が軸方向面４１４に向かって移動した場合でも、これによって、２つの軸方向面４１３、４１４の間に良好なチャネル４０５が存在することができる。１つの具体的な実施例として、半径方向オイルチャネル４０５の軸方向長さは約０．１２５インチであってもよく、突起の軸方向長さは、約０．０４インチ〜約０．０６インチであってもよい。突起が軸方向面４１４に接触した場合であっても、チャネル４０５は、約０．０６〜０．０８インチの軸方向長さを依然として有する。これらの寸法は一例であって、寸法の任意の適切な組み合わせを用いてもよいことを理解されたい。突起の軸方向長さは、チャネルの長さの１／３より短くてもよいし、あるいはチャネルの長さの１／２より長くてもよい。たとえば、突起の長さは、チャネルの軸方向長さから軸方向熱膨張分の少量を差し引いた長さまで及ぶことができる。この距離は、通常動作モードでは、チャネル４０５に沿ったオイルの流れを維持するために十分過ぎるものであり、分離するオイル圧およびシールリングの軸方向面４１３、４１４への流れを迅速に回復させ、ならびに、オイル圧の低下に続く静止摩擦（スティクション）による問題を大幅に最少にするか、あるいは低減する。突起の円周方向の幅は約０．２５インチとすることができ、半径方向の長さは約０．７５インチとすることができる。これによって、シールリング４１２Ａの軸方向面４１４の表面積と比較して、突起の軸方向面４６１を含む非常に小さい表面積が得られる。実際、静止摩擦力が非常に小さいので、スプリング４４０とチャネル４０５を通るオイルの流れとの組み合わせは、水素冷却式発電機の内部に望ましくないオイル漏れを起こさずに、シールリング４１２Ｈ、４１２Ａを通常の動作位置に戻すために十分過ぎるものである。
【００２１】
図５は、本発明の一態様による、図４に示す水素側シールリング４１２Ｈの軸方向の端面図である。シールリング４１２Ｈは、２分割され、上半分と下半分とから構成されている。上半分は突起４６０Ａ、４６０Ｂ、および４６０Ｃを含み、これらの各々は、隣接する突起から約６０度の間隔を置いて配置される。シールリングの下半分は、突起４６０Ｄ、４６０Ｅ、および４６０Ｆを含み、これらの各々は、隣接する突起から約６０度の間隔を置いて配置される。本実施例では、６つの突起がシールリング４１２Ｈの軸方向面４１３の周りにほぼ等間隔に配置されている。しかし、６よりも多いまたは少ない突起４６０が使用されてもよいことを理解されたい。軸方向面４１３および４１４の表面積に比べて、突起４６０の軸方向面４６１の面積が非常に小さいことは明らかであろう。この「縮小されたフットプリント」が２つのシールリング４１２Ｈ、４１２Ａの間の静止摩擦を大きく減少させ、シールリングがオイル圧低下／回復シナリオにおいて自動的にリセットすることを可能にする。
【００２２】
図６は、本発明の一態様によるシールリング組立体を示す図である。突起６６０は、空気側シールリング６１２Ａに配置される。シールリング組立体は、圧力下のオイルを収容するチャンバ６２４を有するシールケーシング６２２を含む。オイルは、スプリング６４０および半径方向オイルチャネル６０５を通って流れる。半径方向オイルチャネル６０５は、水素側シールリング６１２Ｈの軸方向面６１３と空気側シールリング６１２Ａの軸方向面６１４との間の空間によって画定される。シールリング６１２Ｈおよび６１２Ａの各々は、スプリング６４０に接触するように構成されたテーパ面６１７、６１８を含む。装着可能な材料６１５は、両方のシールリングの内径部に配置され、回転軸６１６への損傷を低減するためにシールリングよりも相対的に柔らかい材料で作製されている。図６では、シールの水素側６４８は左側に位置し、空気側６５０は右側に位置する。
【００２３】
図７は、本発明の一態様による、図６に示す空気側シールリング６１２Ａの軸方向の端面図である。シールリング６１２Ａは、２分割され、上半分と下半分とから構成されている。上半分は突起６６０Ａ、６６０Ｂ、および６６０Ｃを含み、これらの各々は、隣接する突起から約６０度の間隔を置いて配置される。シールリングの下半分は、突起６６０Ｄ、６６０Ｅ、および６６０Ｆを含み、これらの各々は、隣接する突起から約６０度の間隔を置いて配置される。本実施例では、６つの突起がシールリング６１２Ａの軸方向面６１４の周りにほぼ等間隔に配置されている。しかし、６よりも多いまたは少ない突起が使用されてもよいことを理解されたい。
【００２４】
図８は、本発明の一態様による、水素側シールリング８１２Ｈおよび空気側シールリング８１２Ａの両方の軸方向の端面図である。水素側シールリング８１２Ｈは、突起８６０Ａ、８６０Ｂ、および８６０Ｃを含み、これらの各々は、同一シールリング上の隣接する突起から約１２０度離れて配置される。空気側シールリング８１２Ａは、突起８６０Ｄ、８６０Ｅ、および８６０Ｆを含み、これらの各々は、隣接する突起から約１２０度離れて配置される。本実施例では、３つの突起がシールリング８１２Ｈの軸方向面８１３およびシールリング８１２Ａの軸方向面８１４の周りにほぼ等間隔に配置されている。水素側シールリング８１２Ｈの突起は、空気側シールリング８１２Ａの突起からオフセットされている。他の例として、各リングは１８０度の間隔を置いた２つの突起、または９０度の間隔を置いた４つの突起を有してもよい。しかし、特定の用途で要求されるように、６よりも多いまたは少ない突起を用いてもよいことを理解されたい。２つの軸方向面８１３および８１４が互いに対向するように並列配置された場合には、突起は互いに約６０度離間される。
【００２５】
図９は、本発明の一態様による単一の突起９６０の側面図である。突起９６０は、シールリングと一体に形成されてもよく、あるいはシールリングに取り付けられてもよい。突起は、半径方向オイルチャネルの始端部および終端部の近傍に配置された２つの傾斜面９６２、９６４を含む。傾斜面９６２は半径方向外側の位置に配置され、傾斜面９６４は半径方向内側の位置に配置されている。傾斜面は、通常動作（すなわち、オイル圧力の低下のない事象）中に突起を通過するオイルの流れを容易にする。突起の軸方向面９６６は、傾斜面９６２、９６４が存在することにより、縮小された表面積を有する。
【００２６】
図１０は、図９に示す突起９６０の正面図である。この図は、図９に対して９０度回転されている。図示するように、突起９６０はほぼ矩形のフットプリントを有する。他のシールリングの対向する軸方向面に接触することができる軸方向面９６６は、傾斜面９６２、９６４によって縮小された接触／表面積を有する。
【００２７】
図１１は、本発明の一態様による単一の突起１１６０の正面図である。突起１１６０は、オイルの流れをさらに向上させるためにほぼ楕円形のフットプリントを有する。突起１１６０は、半径方向オイルチャネルの始端部および終端部の近傍に配置された２つの傾斜面１１６２、１１６４を含む。傾斜面１１６２は半径方向外側の位置に配置され、傾斜面１１６４は半径方向内側の位置に配置されている。傾斜面およびテーパ面は、通常動作（すなわち、オイル圧力の低下のない事象）中に突起を通過するオイルの流れを容易にする。突起の軸方向面１１６６は、突起の楕円形状により、さらに縮小された表面積を有する。
【００２８】
図１２は、本発明の一態様による単一の突起１２６０の側面図である。図１３は、突起１２６０の正面図（図１２に対して９０度回転された）を示す。突起１２６０は、半径方向オイルチャネルの始端部および終端部の近傍に配置された２つの傾斜面１２６２、１２６４を含む。傾斜面１２６２は半径方向外側の位置に配置され、傾斜面１２６４は半径方向内側の位置に配置されている。突起の軸方向面１２６６は、複数の波形部（またはリブ）１２６７を含み、これらは軸方向面１２６６の表面積をさらに縮小させる。波形部（またはリブ）のパターンは異なる向き（たとえば、３０度、４５度などの角度）を有してもよく、あるいは、軸方向面１２６６は、ディンプル表面、複数の突起（たとえば、半球状突起）のある表面、またはシールリング間の静止摩擦を減少させる、および／もしくは半径方向オイルチャネルを通過するオイルの乱流を増大させる任意の形状の要素を有してもよいことを理解されたい。
【００２９】
図１４は、本発明の一態様によるシール組立体１４００の部分図である。シールケーシング１４２２は、オイル１４０１が充填されているチャンバ１４２４を有し、このオイルは、スプリング１４４０を通って半径方向オイルチャネル１４０５に（すなわち、シールリングの軸方向面１４１３、１４１４の間に）入る。次に、オイル１４０１は、回転軸１４１６とシールリング１４１２Ｈおよび１４１２Ａとの間を移動する。シールリング１４１２Ｈはシール組立体の水素側１４４８にあり、シールリング１４１２Ａはシール組立体の空気側１４５０にある。複数のシールリングスプリング１４７０は、シールリング１４１２Ｈ、Ａの一方または両方に設けてもよい。シールリングスプリング１４７０は、軸方向面１４１４から離れる方向に軸方向面１４１３を押す力を加えるように構成され、完全に圧縮された場合に、オイル圧低下事象に続いてオイルの流れを回復させ得るのに十分な長さのフローチャネル１４０５の軸方向隙間を保持する。スプリング１４７０は、コイルスプリング、板スプリング、または他の適切なスプリングで構成することができる。前述した突起と同様に、スプリング１４７０は、ほぼ等しい円周方向の間隔でシールリング（単数または複数）の周りに分散することができる。
【００３０】
図１５は、本発明の一態様によるシール組立体１５００の部分図である。シールケーシング１５２２は、オイル１５０１が充填されているチャンバ１５２４を有し、このオイルは、スプリング１５４０を通って半径方向オイルチャネル１５０５に（すなわち、シールリングの軸方向面１５１３、１５１４の間に）入る。次に、オイル１５０１は、回転軸１５１６とシールリング１５１２Ｈおよび１５１２Ａとの間を移動する。シールリング１５１２Ｈはシール組立体の水素側１５４８にあり、シールリング１５１２Ａはシール組立体の空気側１５５０にある。距離セパレータ１５７０は、シールケーシング１５２２から半径方向オイルチャネル１５０５内に半径方向内向きに延在する。距離セパレータ１５７０は、２つの軸方向面１５１３、１５１４が互いに接触することを防止する。距離セパレータ１５７０は、ステンレス鋼、合金、または他の任意の適切な材料で構成することができる。前述した突起と同様に、距離セパレータ１５７０は、ほぼ等しい円周方向の間隔でケーシング１５２２の周りおよびシールリング間に分散することができる。
【００３１】
図１６は、本発明の一態様によるシール組立体１６００の部分図である。シールケーシング１６２２は、オイル１６０１が充填されているチャンバ１６２４を有し、このオイルは、スプリング１６４０を通って半径方向オイルチャネル１６０５に（すなわち、シールリングの軸方向面１６１３、１６１４の間に）入る。次に、オイル１６０１は、回転軸１６１６とシールリング１６１２Ｈおよび１６１２Ａとの間を移動する。シールリング１６１２Ｈはシール組立体の水素側１６４８にあり、シールリング１６１２Ａはシール組立体の空気側１６５０にある。距離セパレータ１６７０は、スプリング１６４０から半径方向オイルチャネル１６０５内に半径方向内向きに延在し、スプリング１６４０と一体に形成されてもよいし、あるいは任意の適切な方法（たとえば、溶接、機械的締結具、接着剤など）でそれに取り付けられてもよい。距離セパレータ１６７０は、２つの軸方向面１６１３、１６１４が互いに接触することを防止する。距離セパレータ１６７０は、ステンレス鋼、合金、または他の任意の適切な材料で構成することができる。前述した突起と同様に、距離セパレータ１６７０は、ほぼ等しい円周方向の間隔でスプリング１６４０の周りおよびシールリング間に分散することができる。
【００３２】
図１７は、シールリング１７１２および突起１７６０の部分斜視図を示す。図１８は、シールリング１７１２および突起１７６０の断面図を示す。シールリング１７１２は、複数の円柱状の突起１７６０（すなわち、実質的に円形の断面形状を有する）を含むことができる。突起１７６０は、シールリング１７１２の軸方向面１７１３に孔１８７０をドリル加工することによって、軸方向面１７１３に挿入または取り付けることができる。突起１７６０は、孔１８７０に挿入され、締まり嵌め、接着剤、溶接、または他の任意の適切な締結システムもしくは処理によって所定の位置に保持することができる。追加の実施例として、孔１８７０は、内側にねじ切りすることができ、突起１７６０の一部は、外側にねじ切りすることができ、このようにして突起を孔１８７０に螺合し、それによって保持することができる。突起１７６０は、長方形、三角形、多角形、円形、または楕円形の断面を含むが、これらに限定されない任意の適切な形状に形成することができる。円形／円柱状の突起１７６０の利点は、それらが半径方向チャネルを流れるオイルに対して小さな動作上問題にならない障害物を提示すること、および、最小の軸方向領域を有し、それによってシールリングの軸方向面の間の静止摩擦（スティクション）を減少させることである。
【００３３】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の文字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００３４】
１０  シールリング
１２  シールリングセグメント、シールリング
１４  シールリングセグメント
１６  回転軸、軸
１８  上部ハーフケーシング
２０  シールケーシング本体
２２  シールケーシングキャップセグメント、シールケーシングキャップ
２４  チャンバ
２６  軸部
２８  上部半径方向フランジ部
３０  内径部
３２  外径部
３４  肩部
３６  肩部
３８  ボルト
４０  コイルスプリング、水素シールスプリング
４２  テーパ面
４６  ラビリンス型オイルシール
４８  水素側
５０  空気側
３０１  オイル
３０５  半径方向オイルチャネル
３１２Ｈ  水素側シールリング
３１２Ａ  空気側シールリング
３１３  軸方向面
３１４  軸方向面
３１６  回転軸
３２２  シールケーシング
３２４  チャンバ
３３４  肩部
３４０  スプリング
３４８  水素側
３５０  空気側
４００  シールリング組立体
４０５  半径方向オイルチャネル
４１２Ｈ  水素側シールリング
４１２Ａ  空気側シールリング
４１３  軸方向面
４１４  軸方向面
４１５  装着可能な材料
４１６  回転軸
４１７  テーパ面
４１８  テーパ面
４２２  シールケーシング
４２４  チャンバ
４４０  スプリング
４４８  水素側
４５０  空気側
４６０  突起
４６０Ａ  突起
４６０Ｂ  突起
４６０Ｃ  突起
４６０Ｄ  突起
４６０Ｅ  突起
４６０Ｆ  突起
４６１  軸方向面
６０５  半径方向オイルチャネル
６１２Ｈ  水素側シールリング
６１２Ａ  空気側シールリング
６１３  軸方向面
６１４  軸方向面
６１５  装着可能な材料
６１６  回転軸
６１７  テーパ面
６１８  テーパ面
６２２  シールケーシング
６２４  チャンバ
６４０  スプリング
６４８  水素側
６５０  空気側
６６０  突起
６６０Ａ  突起
６６０Ｂ  突起
６６０Ｃ  突起
６６０Ｄ  突起
６６０Ｅ  突起
６６０Ｆ  突起
８１２Ｈ  水素側シールリング
８１２Ａ  空気側シールリング
８１３  軸方向面
８１４  軸方向面
８６０Ａ  突起
８６０Ｂ  突起
８６０Ｃ  突起
８６０Ｄ  突起
８６０Ｅ  突起
８６０Ｆ  突起
９６０  突起
９６２  傾斜面
９６４  傾斜面
９６６  軸方向面
１１６０  突起
１１６２  傾斜面
１１６４  傾斜面
１１６６  軸方向面
１２６０  突起
１２６２  傾斜面
１２６４  傾斜面
１２６６  軸方向面
１２６７  波形部、リブ
１４００  シール組立体
１４０１  オイル
１４０５  半径方向フローチャネル、半径方向オイルチャネル
１４１２Ｈ  水素側シールリング
１４１２Ａ  空気側シールリング
１４１３  軸方向面
１４１４  軸方向面
１４１６  回転軸
１４２２  シールケーシング
１４２４  チャンバ
１４４０  スプリング
１４４８  水素側
１４５０  空気側
１４７０  シールリングスプリング
１５００  シール組立体
１５０１  オイル
１５０５  半径方向フローチャネル
１５１２Ｈ  水素側シールリング
１５１２Ａ  空気側シールリング
１５１３  軸方向面
１５１４  軸方向面
１５１６  回転軸
１５２２  シールケーシング
１５２４  チャンバ
１５４０  スプリング
１５４８  水素側
１５５０  空気側
１５７０  距離セパレータ
１６００  シール組立体
１６０１  オイル
１６０５  半径方向オイルチャネル
１６１２Ｈ  水素側シールリング
１６１２Ａ  空気側シールリング
１６１３  軸方向面
１６１４  軸方向面
１６１６  回転軸
１６２２  シールケーシング
１６２４  チャンバ
１６４０  スプリング
１６４８  水素側
１６５０  空気側
１６７０  距離セパレータ
１７１２  シールリング
１７１３  軸方向面
１７６０  突起
１８７０  孔
【図１】
0006702726.tif 000002
【図２】
0006702726.tif 000003
【図３】
0006702726.tif 000004
【図４】
0006702726.tif 000005
【図５】
0006702726.tif 000006
【図６】
0006702726.tif 000007
【図７】
0006702726.tif 000008
【図８】
0006702726.tif 000009
【図９】
0006702726.tif 000010
【図１０】
0006702726.tif 000011
【図１１】
0006702726.tif 000012
【図１２】
0006702726.tif 000013
【図１３】
0006702726.tif 000014
【図１４】
0006702726.tif 000015
【図１５】
0006702726.tif 000016
【図１６】
0006702726.tif 000017
【図１７】
0006702726.tif 000018
【図１８】
0006702726.tif 000019