(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
編組された２面圧縮パッキンシールであって、長手方向軸が、前記圧縮パッキンシールの中心を通って前記圧縮パッキンシールの長さに沿って延伸し、
内部コアと、
少なくとも第１材料と前記第１材料とは異なる第２材料とを含んだ外部ジャケットとを含み、前記第１材料が前記第２材料と編組されて前記外部ジャケットを形成し、前記圧縮パッキンシールが、断面において、前記長手方向軸に実質的に直交し且つ前記圧縮パッキンシールの一側面に実質的に直交する第１軸に対して非対称の構成を備えるように、前記第１材料及び前記第２材料が互いに対して配置され、
前記編組の結果として、前記圧縮パッキンシールが互いに対向する第１及び第２外側面と、第１及び第２外側面の中間で互いに対向する第３及び第４側面とを含み、前記第１外側面が実質的に前記第１材料から構成され、前記第２外側面が実質的に前記第２材料から構成され、前記第１材料が前記第１乃至第４側面を含む外部ジャケットの表面積全体の実質的に半分を形成し、前記第２材料が前記外部ジャケットの表面積全体の実質的に残り半分を形成する、圧縮パッキンシール。
【請求項２】
前記内部コアが、アクリル、レーヨン、ガラス繊維、炭素、又はグラファイトを含む、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項３】
前記圧縮パッキンシールは複数の側面を備え、前記圧縮パッキンシールは、前記側面に直交する平面で見ると非対称の構成を呈する、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項４】
前記圧縮パッキンシールが、断面において、前記第１軸に直交する第２軸に対して対称の構成を備えるように、前記第１材料及び前記第２材料が互いに対してさらに配置されている、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項５】
前記第１材料が、前記外部ジャケット前記第１外側面に実質的に完全に沿って配置されている請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項６】
前記第１材料は、炭素、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パラアラミド合成繊維、ポリベンズイミダゾール繊維（ＰＢＩ）、又は９５％を上回る炭素を含む、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項７】
前記第２材料が、アクリル、レーヨン、ガラス繊維、炭素、又はグラファイトを含む、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項８】
前記第１材料及び前記第２材料が異なる特性を備えている、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項９】
前記第１材料は、前記第２材料より高い潤滑性、前記第２材料より高いシール性能、前記第２材料とは異なる構造、前記第２材料より高いはみ出し抵抗、又は前記第２材料より高い熱伝導率のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項１０】
前記第２材料は、前記第１材料より低コスト、前記第１材料より高い展性、前記第１材料より高い弾性率、又は前記第１材料より低いＰＴＦＥ含有率のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項１１】
前記コアは角編み、四角インターブレード、又は押出コアである、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項１２】
前記コアは断面で見ると正方形状である、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項１３】
前記コアは断面で見ると円形状である、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項１４】
前記コアは断面で見ると多角形状である、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項１５】
前記第１及び第２材料の１つ又は複数は、断面で見ると、前記コアの周りに丸編み形状で織編みされている、請求項１に記載の圧縮パッキンシール。
【請求項１６】
シャフトを実質的に囲んでシーリングシステムを形成するスタフィングボックスを充填する方法であって、
請求項１による圧縮パッキンシールを準備する段階と、
前記圧縮パッキンシールを前記スタフィングボックス内に配置する段階とを含む、方法。
【請求項１７】
前記第１材料が前記シャフトに面し、前記第２材料が前記スタフィングボックスの半径方向内側壁に接して外側を向くように、前記圧縮パッキンシールが前記スタフィングボックス内に配置される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１材料が、前記シーリングシステムの以下の複数の特性：シール対象となる流体の種類、使用時の前記シャフトの予想速度、前記シャフト又は前記スタフィングボックスと組み合わせてシールされる研磨剤の種類、又は使用時に当該パッキン材料に掛かる予想圧力の１つに基づいて選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１材料が、以下の複数の特性：前記第２材料より高い潤滑性、前記第２材料より高いシール性能、前記第２材料より高いはみ出し抵抗、又は前記第２材料より高い熱伝導率のうちの少なくとも１つを発揮する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２材料が、以下の複数の特性：前記第１材料より低コスト、前記第１材料より高い展性、前記第１材料より高い弾性率、又は前記第１材料より低いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）含有率のうちの少なくとも１つを発揮する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記スタフィングボックスがランタンリングをさらに含み、前記圧縮パッキンシールが、前記ランタンリングとシール対象の流体との間に設けられた第１圧縮パッキンシールであって、
請求項１による第２圧縮パッキンシールを、前記ランタンリングの前記第１圧縮パッキンシールとは反対側に設ける段階をさらに含み、
前記第２圧縮パッキンシールが、以下の複数の特性：前記第１圧縮パッキンシールより高い潤滑性、前記第１圧縮パッキンシールより高い熱伝導性、又は前記第１圧縮パッキンシールより高いシール性能のうちの少なくとも１つを発揮するか、又は、
前記第１圧縮パッキンシールが、以下の複数の特性：前記第２圧縮パッキンシールより高い強度又は前記第２圧縮パッキンシールより高い摩耗抵抗のうちの少なくとも１つを発揮する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記スタフィングボックスがランタンリングをさらに含み、前記圧縮パッキンシールが、前記ランタンリングとシール対象の流体との間に設けられた第１圧縮パッキンシールであって、
請求項１による第２圧縮パッキンシールを、前記ランタンリングの前記第１圧縮パッキンシールとは反対側に設ける段階をさらに含み、
前記第１圧縮パッキンシールが、前記第２圧縮パッキンシールと実質的に同じ構造を有し、前記第２圧縮パッキンシールとは異なる構成で前記スタフィングボックス内に設けられている、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記圧縮パッキンシールが第１圧縮パッキンシールであって、
請求項１による第２圧縮パッキンシールを準備する段階をさらに含み、
前記第１圧縮パッキンシールは、前記スタフィングボックスの少なくとも１つの長手方向端部に設けられ、前記第１圧縮パッキンシールは、以下の複数の特性：前記第２圧縮パッキンシールより高い強度、前記第２圧縮パッキンシールより高いシール表面速度能力、又は前記第２圧縮パッキンシールより高いシール性能のうちの少なくとも１つを発揮する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記圧縮パッキンシールが、前記シャフトの周りの複数の層で設けられ、前記スタフィングボックス内の長手方向外側位置に最も近い層が、前記スタフィングボックス内の長手方向内側位置にある層とは異なる構成で設けられている、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
編組された２面圧縮パッキンシールを製造する方法であって、長手方向軸が、前記圧縮パッキンシールの中心を通って前記圧縮パッキンシールの長さに沿って延伸し、
内部コアを準備する段階と、
前記内部コアの周りに外部ジャケットを編組する段階とを含み、前記編組する段階が、第１材料と前記第１材料とは異なる第２材料とを準備する段階と、前記圧縮パッキンシールが、断面において、前記長手方向軸に実質的に直交し且つ前記圧縮パッキンシールの一側面に実質的に直交する第１軸に対して非対称の構成を備えるように、前記第１材料及び前記第２材料が互いに対して配置されるような様態で、前記第１材料と前記第２材料とを編組して前記外部ジャケットを形成する段階とを含み、
前記外部ジャケットを形成する段階において、前記圧縮パッキンシールが互いに対向する第１及び第２外側面と、第１及び第２外側面の中間で互いに対向する第３及び第４側面とを備え、前記第１外側面が実質的に前記第１材料から構成され、前記第２外側面が実質的に前記第２材料から構成され、前記第１材料が前記第１乃至第４側面を含む外部ジャケットの表面積全体の実質的に半分を形成し、前記第２材料が前記外部ジャケットの表面積全体の実質的に残り半分を形成するように前記第１材料が前記第２材料に編組される、方法。
【請求項２６】
前記圧縮パッキンシールが、断面において、前記第１軸に直交する第２軸に対して対称の構成を備えるように、前記第１材料及び前記第２材料が互いに対してさらに編組されている、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１材料が、前記圧縮パッキンシールの前記第１外側面に実質的に完全に沿って配置されるように、前記第１材料と前記第２材料とが編組される、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
幾つかの機械分野では、複数の機器の間にシールを設ける必要がある。例えば、シーリング技術の1つの一般的な用途は、図1Aに示した回転シャフト10のような回転シャフトに対してシールを形成することに関わる。図1Bに示したように、シャフト10の一方の側に存在する流体15がシャフト10の周りから漏れることを防止するために、シャフト10の周りにシールを形成する必要が生じる場合がある。
【０００２】
従って、シャフト10の周りにはスタフィングボックス20を配置できる。スタフィングボックス20は、本明細書では圧縮パッキンシール30と呼ぶパッキング材料を含むことができ、この材料は、回転シャフトの周りに巻き付けられると共に回転シャフト10とスタフィングボックス20との間で境界/シール表面をなす。よって、流体15は、圧縮パッキンシール30を通過して大気に漏れることが防止される。
【０００３】
幾つかの状況では、ランタンリング40をスタフィングボックス20内のシャフトと連通させてもよい。ランタンリング40は、潤滑油のような流体をチャンネルから回転シャフト10に送出するための孔を含むことができる。
【０００４】
圧縮パッキンシール30は編組材料としてよく、断面で見ると通常は正方形又は円形状である(ただし、圧縮パッキンシール30は様々な断面形状とすることができる)。圧縮パッキンシール30は適切なサイズに切断し、シャフト10の周りに巻き付けて環状とすることができる。シャフト10の周りにシールを設けるため、圧縮パッキンシール30の多数のリングをシャフト10の全長に沿って設けてもよい。パッキン押さえ50を用いて1つ又は複数の圧縮パッキンシール30をスタフィングボックス20内部に確実に収容し、1つ又は複数の圧縮パッキンシール30をシャフト10の周りで圧縮できる。
【０００５】
典型的には、圧縮パッキンシール30を形成するには、1つ又は複数の材料が、四角形パターン又は角部を補強したパターンなどの任意の編組パターンで互いに編組される。これら編組パターンは、2つ以上の材料をx-y平面内の一連の材料経路に沿って移動させ、これによりz平面内でサイズが増大する編組構造を構築することで実現される。図2A〜2Dは、従来の圧縮パッキンシールで用いられる通常の編組パターン(x-y平面内の)を示す。
【０００６】
例えば、図2Aは、2つの材料を、2軌道で一組の材料経路60に沿って編組することで形成された角編みと呼ばれる編組を示す。この結果、図2Bに側面図で示した、2つの材料が正方形の各角部で交互配置される編組構造70が得られる。
【０００７】
図2Cは、3つの材料が、3軌道で一組の材料経路80に沿って編組された3軌道インターブレード(interbraided )四角形構造を示す。この結果、図2Dに側面図で示した、3つの材料が四角形の各側面で交互配置される編組構造90が得られる。図2Eは、図2Dの編組構造90の3次元側面透視図を示す。
【０００８】
同様に、図2Fは、1つから4つまでの材料が4軌道で一組の材料経路100に沿って編組された4軌道インターブレード四角形構造を示す(1つの材料が4つの経路すべてに使用されることが最も多い)。この結果、図2Gに示した、1つから4つまでの材料が四角形の各側面で交互配置される編組構造110が得られる。
【０００９】
図2Hは、図2Fの4軌道インターブレード四角形構造の特別の場合を示す。図2Hでは、4軌道で一組の材料経路120が設けられている。この例では、2つの材料が4軌道の材料経路で用いられている。すなわち、同じ材料が2つの「内側」材料経路で反復され、これと異なる１つの材料が「外側」材料経路で反復される。従って、図2Iに示したように、第1の材料はこの圧縮パッキンシールの側面に沿って存在する一方、第2の材料はこの圧縮パッキンシールの角部に存在している。
【００１０】
こうした構造体は、例えば、圧縮パッキンシールの角部が側面よりも摩耗を受けると考えられる場合は有用となりうる。従って、より頑丈な材料を角部の補強のために用いる一方、より安価な又はより潤滑性が高い材料を用いて側面を充填してよい。
【００１１】
図2Jは袋編みパターンの一例を示す。具体的には、図2Jの編組は、コアの周りに2つの対称形状の上編組(overbraid)を巻き付けることにより形成される。
【００１２】
図2Kは、はみ出し防止目的で有用な組み合わせ「端環」を示す。例えば、この端環は、外側編組環(例えば編組された炭素繊維から形成される)及び一連の内側環を含む。内側環は、例えば成形グラファイトでよい。図2Kでは、内側環は異なる材料から作製されているが、常にそうである必要はない。外側環は、そのはみ出し防止特性のゆえに有用であり、内側環はシール面となる。
【００１３】
様々な種類の材料を用いて圧縮パッキンシールを形成することができ、スタフィングボックス/シャフト/流体システムの特性がパッキンシールの要件と、従ってそのパッキンシールで使用される材料の要件とに影響を与えることがある。
【００１４】
しかし、スタフィングボックス/シャフト/流体システムの特性は、システム全体にわたって質的又は量的に均等に分布していないことがある。例えば、シャフトに面したパッキンシールの側面は、シャフトの回転による大きな摩耗に曝されることがあるが、反対側(スタフィングボックスに面する)に掛かる応力はかなり小さくなることがある。さらに、シールされている流体に最も近いスタフィングボックスの角部のシール面ははみ出し抵抗を大きくする必要が生じることがあるが、それは、この位置では、シールがスタフィングボックスの底部とシャフトとの間の隙間をシールしなければならないからである。シールの中間リングについては、そうした隙間をシールする必要はないので、はみ出しに関する懸念は存在しない。
【００１５】
上述した従来の編組パターンはそれぞれ上記の問題に対処する上で欠点がある。より具体的には、これら編組構造体を構成する異なる材料は、編組構造全体にわたって均等に分布している傾向がある。例えば、図2Cの4軌道構造体100に示したように、この4軌道インターブレード四角形構造体の各側面にはすべての材料が露出している。よって、特定の材料だけが特定の状態に露出するようにこの4軌道インターブレード構造体を配置することは困難である。例えば、この4軌道インターブレード四角形構造体は、耐久性の高さから選択された1つの材料をシャフト10に面する側面に配置し、別のより安価な材料をスタフィングボックス20に面する側面に配置することは不可能である。その代わり、4つの材料すべてが各方向を向くように配置されている。
【発明の概要】
【００１６】
本願は、機器/シーリングシステム全体における、上述した応力の不均等な分布に関する既存の圧縮パッキンシールの欠点に対処するものである。
【００１７】
例示的な実施形態では、2面編組ジャケットと内部コアとを有する圧縮パッキンシールが提供される。前記ジャケットが、少なくとも第1材料と前記第１材料とは異なる第2材料とからなる。前記第1材料が前記第2材料と編組されて、前記ジャケットが前記コアの周りに形成される。前記ジャケットが、断面において、前記長手方向軸に実質的に直交し且つ前記圧縮パッキンシールの一側面に実質的に直交する第１軸に対して非対称の構成を備えるように、前記第１材料及び前記第2材料が互いに対して配置される。
【００１８】
例示的な実施形態が、前記圧縮パッキンシールを製造するための方法も提供する。少なくとも第1材料及び第2材料を、2つの異なる位置で絡み合う2つの半円状材料経路を辿る複数のキャリアに供給できる。前記圧縮パッキンシールが、断面において、前記長手方向軸に実質的に直交する第1軸に対して非対称の構成を備えるように、前記第1材料及び前記第2材料が互いに対して配置されるような態様で前記絡み合いを行うことができる。前記第1及び第2材料は前記内部コアの周りに編組できる。
【００１９】
例示的な実施形態は、網組みされた2面ジャケットと内部コアとを含む圧縮パッキンシールを製造するための装置を提供する。前記装置は、前記第1材料を移動するための第1組のホーンギヤと、前記第2材料を移動するための第2組のホーンギヤとを含むことができる。前記第1組のホーンギヤ及び前記第2組のホーンギヤは、異なる2つの位置で当接して第1及び第2の半円状材料経路を形成できる。前記装置は、前記第1材料を前記第1組のホーンギヤ間で移しかえ、前記第2組の材料を前記第2組のホーンギヤ間で移しかえるための1つ又は複数のキャリアをさらに含むことができる。前記キャリアは、前記第1及び第2材料を前記異なる2つの位置で編組して前記第1及び第2材料を内部コアの周りで編組できる。前記装置は、前記編組された第1及び第2材料内で前記内部コアを動かすための機構をさらに含むことができる。前記材料経路は、前記キャリアが前記材料を搬送し且つ編組する際に互いに衝突しないように画定できる。
【００２０】
幾つかの実施形態では、前記圧縮パッキンシールは、当該圧縮パッキンシールをスタフィングボックス内に配置することで使用できる。前記シールはシャフトの周りに設けることができる。多くの種類の圧縮パッキンシールを単一のスタフィングボックスと組み合わせて使用してもよいし、同一種類の圧縮パッキンシールを同一又は異なった構成で反復して使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図1Aは、回転シャフトに対して固定するのに使用される例示的な従来のスタフィングボックス及び圧縮パッキンシールを示す。  図1Bは、図1Aのスタフィングボックス及び回転シャフトの断面図である。
【図２】図2Aは、従来の2軌道角編み用の編組パターンの一例を示す。  図2Bは、図2Aに示したパターンに従って編組された角編みの一側面の一例を示す。  図2Aは、従来の3軌道四角インターブレード用の編組パターンの一例を示す。  図2Dは、図2Cに示したパターンに従って編組された角編みの一側面の一例を二次元透視図で示す。  図2Eは、図2Cに示したパターンに従って編組された角編みの一側面の一例を三次元透視図で示す。  図2Fは、従来の4軌道四角インターブレード用の編組パターンの一例を示す。  図2Gは、図2Fに示したパターンに従って編組されたインターブレードの一側面の一例を示す。  図2Hは、従来の4軌道の角部を補強した四角インターブレード用の編組パターンの一例を示す。  図2Iは、図2Hに示したパターンに従って編組された角部を補強した四角インターブレードの二側面の一例を三次元透視図で示す。  図2Jは、従来の袋編みパターンの一例を示す。  図2Kは、組み合わせ「端環」を示す。
【図３】図3は、本発明の例示的な実施形態による内部コアと編組2面ジャケットとを含む圧縮パッキンの側面図を示す。
【図４】図4Aは、スタフィングボックス内の例示的な圧縮パッキンシールの第1の例示的な構成を示す。  図4Bは、スタフィングボックス内の例示的な圧縮パッキンシールの第2の例示的な構成を示す。  図4Cは、スタフィングボックス内の例示的な圧縮パッキンシールの第3の例示的な構成を示す。  図4Dは、スタフィングボックス内の例示的な圧縮パッキンシールの第4の例示的な構成を示す。
【図５】図5Aは、圧縮パッキンシールのジャケットを製造するための、本発明の例示的な実施形態で使用するのに適した編組装置のクロスオーバー区間における例示的な編組経路レイアウトを示す。  図5Bは、図5Aのクロスオーバー区間を使用する実現する編組機の例示的なホーンギヤ構成を示す。
【図６】図6Aは、材料経路が当接し且つ相互接続する図5Aの編組経路レイアウトの部分を実現するのに適した編組装置の例示的な一部分を示す。  図6Bは、図6Aの部分を含む例示的な編組装置の材料経路を示す。  図6Cは、編組2面ジャケットを製造するための図5Bに示した編組経路レイアウトを実現するのに適した例示的な編組装置であって、内部コアを編組2面ジャケット内で移動させる機構を含む編組装置を示す。  図6Dは、図6Cの構成における装置のプレート202をより詳細に示す。
【図７】図7Aは、編組2面ジャケットを製造するための例示的な方法を説明するフローチャートである。  図7Bは、編組2面ジャケットの第1及び第2材料を編組する一実施形態を説明するフローチャートである。
【図８】図8は、例示的な編組2面ジャケットをスタフィングボックス内で使用するための例示的な方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
既存の圧縮パッキンシールは、機械設備に関する応力の不均等な分布及び他の要因に対して不適当である。従来の編組技法は、異なる種類の材料を併用できるが、典型的には対称の編組パターンのみが可能である。従って、従来の編組技法を用いると、(例えば)第1材料が実質的に完全に一側面(例えば、シールの表面領域の連続した概ね約50%)に配置され、第2材料が異なる側面(例えば、第1側面に対向するシールの表面領域の連続した概ね約50%)に実質的に完全に配置された編組圧縮パッキンシールを製造することができない。
【００２３】
1つの可能な解決策は、2つの異なる圧縮パッキンシールを別々に編組した後、それらを一緒に固定する(例えば、接着剤を用いて)ことである。しかし、こうした解決策は幾つかの理由で問題がある。例えば、この解決策は、2つの編組構造体の作製を必要とする。よって、これら材料の編組に要する時間及び編組装置の摩耗は、編組が単一材料からなる場合の二倍となってしまう。さらに、異なるパッキンシールは接着剤によって固定されているにすぎないので、得られるパッキン材料は、構成材料が編組されたパッキンほどの強度がない。
【００２４】
「編組された2面圧縮パッキンシールを製造するための方法および装置ならびにその使用方法(Methods and Apparatuses for Producing a Braided Dual-Sided Compression Packing Seal and Methods of Using the Same)」と題され、2012年9月26日に出願された米国特許出願第13/627,373号(その内容を引用して本明細書に援用する)に記載されている別の解決策は、複数の構成材料が互いに編組された非対称特性を備えた編組圧縮パッキンシールを製造するものである。この'373号出願に記載されている技法は、例えば、このシールが単一の編組装置で単一のパス(pass)を用いて製造できるので有利である。
【００２５】
2面圧縮パッキンシールが役立つ幾つかの状況では、この圧縮パッキンシールの2面編組部分を、図3に示したように、内部コアの周りに編組される編組2面ジャケットの形態とするとさらに有用となることがある。
例えば、低コストの材料の内部コアを提供することで、この圧縮パッキンシールの全体的なコストをさらに引き下げ可能である。代替的には、所望の構造的な特性を実現する内部コア(例えば、三角形状又は多角形状などの特定の形状を圧縮パッキンシール全体に与える)を使用できるので、これら所望の構造的な特性をこの圧縮パッキンシールに付与できる。
【００２６】
図3に示したように、代表的な実施形態は、2面圧縮パッキンシール130を提供する。この2面圧縮パッキンシールは、内部コア132と編組2面ジャケット134とを含む。
【００２７】
長手方向軸「L」は、圧縮パッキンシール130の長さに沿ってこの圧縮パッキンシールの中心を通って延伸している。第1軸「A1」は、長手方向軸Lに対して実質的に直交し且つ圧縮パッキンシール130の一側面に対して実質的に直交する。なお内部コア132及びジャケット134は、圧縮パッキンシール130の全長に沿って延伸しているため、上述の軸及び次元は、圧縮パッキンシール130全体に当てはまるのと同様に内部コア132及びジャケット134にも当てはまる。
【００２８】
本願のジャケット134は第1材料140及び第2材料150からなり、これら材料は、断面で見ると、ジャケット134が第1軸A1に対して非対称の構成となるように編組されている。すなわち、第1材料140は、圧縮パッキンシール130の1つの外側面に実質的に完全に沿って配置されており(図3の圧縮パッキンシール130の底部)、第2材料150は、圧縮パッキンシール130の反対側の外側面(図3の上部)に実質的に完全に沿って配置されている。
【００２９】
対向する側面の間のジャケット134の中間面(例えば、図3の読者に向いている側面、及び図3の読者から反対を向いている図示されていない側面)には、第1材料140及び第2材料150が両方とも配置され、図3に示したように、好適にはそれぞれが中間面の連続領域に存在し、それぞれが対向する外側面から中間面の全長の実質的に3分の1まで延伸している。中間面の全長の中央の3分の1において、第1材料140と第2材料150とが図3に示した態様で交互配置できる。
【００３０】
よって、ジャケット134の表面積全体において、第1材料140及び第2材料150のそれぞれは表面積の概ね50%を占め、第1材料140は実質的に底部33%全体を占め(断面で見た場合)、第2材料150は実質的に上部33%全体)を占める(断面で見た場合)。
【００３１】
さらに、第1軸A1に直交する第2軸A2をとることができ、断面において、ジャケット134は第2軸A2に対して対称の構成となるようにとることができる。
【００３２】
言い換えれば、圧縮パッキンシール130のジャケット134は複数の側面を備えることができ、ジャケット134(ひいては圧縮パッキンシール130も)は、これら側面に直交する平面で見ると非対称の構成を呈する。例えば、図3では、ジャケット134は、軸A1で折り返すと上部から底部までを考慮すれば非対称である。
【００３３】
第1材料140と第2材料150は、任意複数の異なる特性を理由として選択してよい。第1材料140に関する幾つかの例示的な考慮点は、次を含むがそれらに限定されない。第1材料140は、第2材料140より潤滑性が高くなるように選択してよい。第1材料140は、第2材料150よりシール性能が高くなるように選択してよい。第1材料140は、第2材料150とは構造が異なるように選択してよい(連続繊維構造に対するスフ構造など)。第1材料140は、第2材料150よりはみ出し抵抗が高くなるように選択してよい。第1材料140は、第2材料150より熱伝導率が高くなるように選択してよい。第1材料140は、例えば、炭素、PTFE、パラアラミド合成繊維、ポリベンズイミダゾール繊維(PBI)、又は95%+炭素アッセイからなるものとしてよい。
【００３４】
同様に、第2材料150は、第1材料140より低コストとなるよう、第1材料140より展性が高くなるよう、第1材料140より弾性率が高くなるよう、又は第1材料140よりPTFE含有率が低くなるように選択してよい。第2材料150は、例えば、アクリル、レーヨン、炭素、グラファイト、又はガラス繊維からなるものとしてよい。
【００３５】
第1及び第2材料140、150は、圧縮パッキンシール130の様々な用途に基づいて選択且つ配置してよい。有利なことに、第1及び第2材料140、150の特性は、単一装置における単一工程で編み組可能な単一の一体圧縮パッキンシール130において活用できる。
【００３６】
一例では、第1材料140は、スタフィングボックス20の内壁に当接して配置できる。第2材料150は回転シャフト10に当接して配置できる。よって、第2材料としては第1材料140よりも高価な強い材料を選択するのが好ましいことがある。第1材料140は、その構成において第2材料に比べて摩耗度合いが少ないことがあるので、圧縮パッキンシール130全体のコストを低減するためには第1材料140にはより安価な材料を用いるのが望ましいことがある。
【００３７】
例えば、こうした材料の組み合わせは、図4Aに示したものに類似した構成で使用できる。図4Aに示したように、第1材料140は、第2材料150より低コストのものを選択できる。それに加えて又は代替的に、第1材料140は、(非回転)スタフィングボックス20に対するより優れた静止用シールを実現するため第2材料より大きな展性を備えていてもよい。第1材料140は、圧縮制御のため比較的高い弾性率を備えるように選択したり、又は、最小限のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を備えるように選択して圧縮パッキンシール130の全体構成におけるPTFE含有率を低くしてもよい。
【００３８】
圧縮パッキンシール130の第2材料は、圧縮パッキンシール130のシャフト10に面する側面に設けてよい。第2材料150は、この場合、第1材料140より高い潤滑性及び/又は高い熱伝導率を備えるように選択してよい。
【００３９】
図4Bに示した別の例では、異なる材料を選択でき、この圧縮パッキンシールが使用されるランタンリング40の側に基づいて、この圧縮パッキンシールは異なる構成で配置してよい。圧縮パッキンシール130は、第2材料150より高い潤滑性、高い熱伝導率、及び/又は高いシール性能により選択された第1材料140を含むことができる。一方、第2材料150は、第1材料140より高い強度又は高い摩耗抵抗を備えるように選択してよい。ランタンリング40における流体15に最も近い側では、摩耗性を備えることがある流体15に対してより高い強度の材料を設けるために、第2材料150がシャフト10に面するようにしてよい。ランタンリング40におけるパッキン押さえ50に最も近い側では、高いシール性能を提供すると共に流体15が大気に漏れるのを防止するため、第1材料140がシャフトに面するようにしてよい。
【００４０】
さらなる例が図4C及び4Dに示されている。図4Cでは、第1材料150はスタフィングボックス20の端部でシャフトに面しており、はみ出しを防止するためより高い強度の材料を角部の隙間に設けている。第2材料140は、より高いシール特性を備えるように選択でき、よってはみ出しが大きな要因とならない各箇所において強いシール表面を実現する。図4Dは、回転シャフトの両端における圧縮パッキンシール130が、他の圧縮パッキンシール130から90度回転している類似のはみ出し防止構成を示す。こうすることで、第1材料140のはみ出し防止特性は、正にこうした特性が最も有用な箇所で活用できる一方で、こうした圧縮パッキンシール130の第2材料150のシール特性の幾つかをなお利用できる。
【００４１】
通常の技能を備えた当業者であれば、上記の特性、材料、及び構成は例示目的のみであって、他種類の特性、材料、及び構成を具体的な用途に基づいて選択してよいことは理解するはずである。
【００４２】
図5Aは、圧縮パッキンシールのジャケット132の第1及び第2材料140、150を編組するために使用可能な材料経路を示す。図5Aの材料経路は、これら材料経路を画定するため使用可能なホーンギヤに重ね合わされている。よって、通常の技能を備えた当業者であれば、図5Aに示した材料経路は、図6A及び6Bに示した装置のような編組装置と共に使用される材料軌道により画定できることを理解するはずである。後に詳述するように、第1及び第2材料140、150を互いに編組するため、1つ又は複数のキャリアが、第1及び第2材料140、150を軌道を用いて材料経路に沿って搬送できる。
【００４３】
図5Aの材料経路を用いて編組されると、圧縮パッキンシール130が、断面において、長手方向軸Lに実質的に直交し且つ圧縮パッキンシールの一側面に実質的に直交する第1軸A1に対して非対称の構成を備えるように、ジャケットが、互いに対して配置された第1材料140及び第2材料150を含むことができる。
【００４４】
これら材料経路は、実質的に半円状の第1材料経路160と、実質的に半円状の第2材料経路170とを備えることができる。圧縮パッキンシール130のジャケット132を形成するため、第1材料140及び第2材料150は、材料経路が当接又は相互接続する2つ以上の地点(例えば、位置165)で編組又は絡み合わせる(interlock)ことができる。
【００４５】
材料経路160、170は編組装置の軌道により画定でき、この編組装置において、キャリア190は一組のホーンギヤ180により軌道に沿って移動される。ホーンギヤ180の位置は図6Bでは破線で示した。
【００４６】
ホーンギヤ180は、第1材料を移動するための第1組のホーンギヤと、第2材料を移動するための第2組のホーンギヤとを含むことができる。第1組のホーンギヤは第1材料経路160を画定するホーンギヤに一致でき、第2組のホーンギヤは第2材料経路170を画定するホーンギヤに一致できる。第1組のホーンギヤ及び第2組のホーンギヤは、異なる2つの位置165で当接して第1及び第2の半円状材料経路を形成する。
【００４７】
それぞれのホーンギヤ180は、上述のキャリア190を受け取るための1つ又は複数のスロット182を含むことができる(キャリア190は図5Bではスロット182上の円として示した)。スロット182は、キャリア190を受け取るように寸法決め且つ構成できる。さらに、ホーンギヤ180もスロット182も、第1及び第2材料140、150を編組して内部コア134の周りにジャケット132を形成するために編組装置がキャリア190を移動させる際に、キャリア190同士の衝突を防止するよう寸法決め且つ構成できる。例えば、切換領域における各ホーンギヤ180は、キャリアを受け取るための5つのスロット182を含むことができ、これが幾つかの実施形態(例えば図6Bに示した実施形態)では、キャリア同士の衝突を防止する。
【００４８】
例えば、図6Aは、第1及び第2材料140、150を編組してジャケット132を形成するための装置の一部200を示す。この部分200は、具体的には、材料経路160、170が互いに当接し且つ相互接続して第1材料140と第2材料150とを編組する位置におけるホーンギヤ180を表している。
【００４９】
図6Bは、部分200を含む装置の上部プレートをより詳細に示す。プレート202はホーンギヤ180を覆うことができ、材料経路140、150はプレート202の切り欠きとして画定できる。
【００５０】
さらに、図6Cに示したように、ジャケット132を形成する編組された第1及び第2材料140、150内で内部コア134を移動させるための機構220を設けることもできる。機構220は、例えば、ジャケット132がコア134の周りで編組される際に、内部コア134を編組されたジャケット132内で引っ張る(又は押す)伝導ホイール(takeoff wheel)でよい。機構220は、装置210が第1及び第2材料140、150を編組してジャケット132を形成する速度に基づけばよい所定の速度で、内部コア134をジャケット132内で移動させればよい。例えば、機構220は、機構220を所定の速度で動かす歯車機構230を介してその速度を制御するようにすればよい。歯車機構230は、ジャケット132を編組するホーンギヤ180の1つ又は複数に接続できる。こうすることで、ジャケット132の編組を行うホーンギヤ180の速度を用いて機構220の速度を制御する歯車機構230の速度を制御できる。
【００５１】
図6Dは、図6Cに示した装置のプレート202をより詳細に示す。図6Dでは、第1材料経路140は実質的にプレートの上側50%に設けられており、第2材料経路150は実質的にプレートの下側50%に設けられている。これら2つの材料経路は、図6Dの左側及び右側で交差し且つ相互接続する。
【００５２】
図6Dのプレート202の下には図5Bに示された構成の一組のホーンギヤを配置できる。
【００５３】
図5A〜6Dに示した装置210及び材料経路160、170を用いることで、編組された2面圧縮パッキン130が実現できる。
【００５４】
なお図5A〜6Dは、それぞれが半円状パターンを辿って2つの位置で絡み合う2つの材料経路を利用する例を示していることは注目すべきである。しかし、この装置は、2つの材料経路に限定されないことは容易に理解できるはずである。例えば、第1及び第2材料経路と絡み合って三角形パターンを形成する第3材料経路を追加することも可能である。こうした修正に必要となるのは、図5A〜6Bに既に示した構成に実質的に対応する絡み合い領域を含んだ別のギヤの組の追加のみである。この修正によって、それぞれが実質的に50%を覆う2つの側面を備える編組ジャケットでなく、それぞれがジャケットの実質的に33%を覆う3つの側面を備えた編組ジャケットが可能となる。従って、3つの異なる材料を用いて編組ジャケットを形成してもよいし、或いは、第1材料がジャケットの実質的に33%を覆い、第2材料がジャケットの実質的に66%を覆うように2つの材料を用いることも可能である。これら修正は、4面ジャケット、5面ジャケット、又は任意数の面を備えたジャケットを提供するように容易に拡張できる。
【００５５】
さらに、本願の図面は四角形状の内部コアを示している。しかし、任意のコア形状を採用してよいことは注目すべきである。例えば、上述の3面三角形ジャケットとの組み合わせでは三角形コアを用いてもよい。これによって、コアの形状によって画定される特定の形状が圧縮パッキンシール全体に付与される。
【００５６】
例示的な実施形態による編組2面ジャケットを製造するための例示的な方法を図7A〜7Bに示す。
【００５７】
図7Aのフローチャートに示したように、ステップ310において内部コアを準備できる。内部コアは、例えば、低コスト材料(外部ジャケットの第1材料及び/又は第2材料に比べ)でよい。代替的には、内部コアは、1つ又は複数の所望の構造的な特性に基づいて選択された材料又は形状(例えば、三角形状又は多角形状などの特定の形状を圧縮パッキンシール全体に与える)としてよい。例えば、内部コアは、アクリル、レーヨン、ガラス繊維、炭素、又はグラファイトのうち1つ又は複数からなるものとしてよい
【００５８】
内部コアは、当該内部コアを、圧縮パッキンシールの編組外部ジャケットを形成する装置を通過させる機構に供給してよい。例えば、この機構は、ジャケットが内部コアの周りに編組される際に、内部コアをジャケット内で引っ張る伝導ホイールでよい。
【００５９】
ステップ320では、外部ジャケットを内部コアの周りに編組する。例えば、第1材料及び第2材料(第1材料とは異なる)を編組装置に供給でき、この編組装置は、第1材料と第2材料とを編組して外部ジャケットを形成できる。
【００６０】
第1材料は、シーリングシステムの以下の複数の特性：シール対象となる流体の種類、使用時のシャフトの予想速度、シャフト又はスタフィングボックスと組み合わせてシールされる研磨剤の種類、又は使用時にパッキン材料に掛かる予想圧力の1つに基づいて選択すればよい。
【００６１】
代替的又は付加的には、第1材料は、以下の複数の特性：第2材料より高い潤滑性、第2材料より高いシール性能、第2材料より高いはみ出し抵抗、又は第2材料より高い熱伝導率のうちの少なくとも1つを発揮するものとしてよい。
【００６２】
代替的又は付加的には、第2材料は、以下の複数の特性：第1材料より低コスト、第1材料より高い展性、第1材料より高い弾性率、又は第1材料より低いポリテトラフルオロエチレン(PTFE)含有率のうちの少なくとも1つを発揮するものとしてよい。
【００６３】
圧縮パッキンシールが、断面において、長手方向軸に実質的に直交し且つ圧縮パッキンシールの一側面に実質的に直交する第1軸に対して非対称の構成を備えるように、第1材料及び第2材料が互いに対して配置されるような態様でこの編組を行うことができる。
【００６４】
さらに、第1材料及び第2材料は、断面において圧縮パッキンシールが第1軸に直交する第2軸に対して対称構成となるように、互いに編組できる。例えば、第1材料は、圧縮パッキンシールの一側面に実質的に完全に沿って配置できる。第1材料は、圧縮パッキンシールの外部ジャケットの表面の実質的に半分を形成できる。
【００６５】
一実施形態では、この編組の結果、圧縮パッキンシールが互いに対向した第1及び第2外側面を備えるパターンが得られ、第1外側面が実質的に第1材料から構成され、第2外側面が実質的に第2材料から構成されるように第1材料が第2材料に編組される。
【００６６】
ステップ320の編組動作の一実施形態の一例は、図7Bに示した。
【００６７】
ステップ322では、少なくとも第1材料及び第2材料を複数のキャリアに供給できる。これらキャリアは、第1又は第2材料を当該キャリアに取り付けるボビンなどを用いて、例えば第1材料又は第2材料を捕捉し且つ搬送するよう構成できる。キャリアにおけるこの捕捉要素からの対向端部では、キャリアは一連のホーンギヤのスロットに保持されそれらスロット間を移動できるよう寸法決め且つ構成してよい。
【００６８】
これらキャリアは、装置内に2つ以上の軌道を設けることにより、ステップ324で画定できる少なくとも2つの材料経路を辿るように設計できる。これらキャリアは、ホーンギヤによって軌道を通って移動できる。
【００６９】
第1材料経路及び第2材料経路は、実質的に半円形状でよい。第1材料経路は第1材料を運搬でき、第2材料経路は第2材料を運搬できる。これら材料経路は圧縮パッキンシールの外側表面領域を画定でき、圧縮パッキンシールは第1材料からなる第1外側面と第2材料からなる第2外側面を露出する。
【００７０】
ステップ326において、コアを第1及び第2材料経路の中心を介して送り込むことができる。例えば、コアは伝導ホイールに取り付けることができ、この伝導ホイールはコアを第1及び第2材料経路を介して動かすことができる。
【００７１】
ステップ328で、ホーンギヤは、キャリアをコアの周りで第1及び第2材料経路に沿って移動させることができる。ホーンギヤは、キャリアが材料経路に沿って移動する際にキャリア同士が衝突しないように寸法決定且つ構成できる。結果的に、キャリアは第1材料を、上記少なくとも2つの材料経路に沿って内部コアの周りで第2材料に絡み合わせて圧縮パッキンシールを形成できる。
【００７２】
圧縮パッキンシールが作製されると、多くの状況で使用できる。図8は、この圧縮パッキンシールをスタフィングボックス内で使用するための例示的な方法を説明するフローチャートを示す。
【００７３】
ステップ330では、圧縮パッキンシールを準備できる。この圧縮パッキンシールは、例えば図7A及び7Bに示した方法に従って作製できる。
【００７４】
ステップ340では、圧縮パッキンシール材の第1層をスタフィングボックス内に配置できる。スタフィングボックスはシャフトの周りに設ければよく、圧縮パッキンシールの第1層はシャフトの周りに巻き付けることができ、スタフィングボックスは(最終的に)圧縮パッキンシールを覆って固定される。圧縮パッキンシールの第1層は、互いに編組された第1材料と第2材料とを含むことができ、第1材料はシャフトに面するように位置決めしてよく、第2材料はスタフィングボックスの半径方向内側壁に接して外側を向くよう位置決めしてよい。
【００７５】
オプションで、ステップ350において、圧縮パッキンシールの付加的な層を、第1層とは異なる構成でスタフィングボックス内に配置できる(例えば、第1材料及び第2材料それぞれの半分がシャフトと、スタフィングボックスの半径方向内側壁とに面するように、第1材料がスタフィングボックスの半径方向内側壁に面し且つ第2材料がシャフトに面するか或いは90度回転している)。代替的又は付加的には、これら付加的な層は、第1及び第2材料とは別の第3及び第4材料などの第1層とは異なる種類の材料を使用してもよい、
【００７６】
幾つかの実施形態では、スタフィングボックスにはランタンリングを設けてもよい。ステップ340で配置される圧縮パッキンシールの層は、ランタンリングとシール対象の流体との間に設けられた第1圧縮パッキンシールでよい。ステップ350で配置される圧縮パッキンシールの第2層は、ランタンリングの、第1圧縮パッキンシールとは反対側に配置できる。こうした実施形態では、圧縮パッキンシールの第1層は、以下の複数の特性：第2圧縮パッキンシールより高い潤滑性、第2圧縮パッキンシールより高い熱伝導率、又は第2圧縮パッキンシールより高いシール性能のうちの少なくとも1つを発揮するものとしてよい。代替的又は付加的には、圧縮パッキンシールの第2層は、以下の複数の特性：第1圧縮パッキンシールより高い強度又は第1圧縮パッキンシールより高い摩耗抵抗のうちの少なくとも1つを発揮するものとしてよい。幾つかの実施形態では、圧縮パッキンシールの第1層は、圧縮パッキンシールの第2層と実質的に同一の構造を備えていてもよく且つ圧縮パッキンシールの第2層とは異なる構成でスタフィングボックス内に設けられていてもよい。
【００７７】
さらに別の実施形態では、ステップ340で配置された圧縮パッキンシールの第1層は、スタフィングボックスの少なくとも1つの長手方向端部に設けることができ、圧縮パッキンシールの第1層は、以下の複数の特性：第2圧縮パッキンシールより高い強度、第2圧縮パッキンシールより高いシール表面速度能力、又は第2圧縮パッキンシールより高いシール性能のうちの少なくとも1つを発揮するものとしてよい。別の例では、スタフィングボックス内の長手方向外側位置に最も近い層は、スタフィングボックス内の長手方向内側位置における層とは異なる構成で設けられていてもよい。
【００７８】
上記に鑑みて、本発明は、これまでの記載から明らかとなった目的に含まれる、上述の目的を効率的に達成することが分かるはずである。本発明の範囲を逸脱することなく上記の構成に対して一定の変更を施すことが可能であるから、この説明に含まれ或いは添付の図面に示された事項全ては、例示的なものとして解釈すべきであり、限定的な意味で解釈すべきではないことが意図されている。
【００７９】
さらに、次の特許請求の範囲は、ここに説明された本発明のすべての一般的特徴と具体的特徴とを網羅するものであり、また本発明の範囲に関するすべての言明をも網羅するものと理解すべきである。
【図１Ａ】
0006378684.tif 000002
【図１Ｂ】
0006378684.tif 000003
【図２Ａ】
0006378684.tif 000004
【図２Ｂ】
0006378684.tif 000005
【図２Ｃ】
0006378684.tif 000006
【図２Ｄ】
0006378684.tif 000007
【図２Ｅ】
0006378684.tif 000008
【図２Ｆ】
0006378684.tif 000009
【図２Ｇ】
0006378684.tif 000010
【図２Ｈ】
0006378684.tif 000011
【図２Ｉ】
0006378684.tif 000012
【図２Ｊ】
0006378684.tif 000013
【図２Ｋ】
0006378684.tif 000014
【図３】
0006378684.tif 000015
【図４Ａ】
0006378684.tif 000016
【図４Ｂ】
0006378684.tif 000017
【図４Ｃ】
0006378684.tif 000018
【図４Ｄ】
0006378684.tif 000019
【図５Ａ】
0006378684.tif 000020
【図５Ｂ】
0006378684.tif 000021
【図６Ａ】
0006378684.tif 000022
【図６Ｂ】
0006378684.tif 000023
【図６Ｃ】
0006378684.tif 000024
【図６Ｄ】
0006378684.tif 000025
【図７Ａ】
0006378684.tif 000026
【図７Ｂ】
0006378684.tif 000027
【図８】
0006378684.tif 000028