(57)【要約】スライドリングシールアセンブリは、少なくとも一対の相互に作用するスライドリング（４、５）を含み、その一方が固定部分に取り付けられるように設けられ、他方が回転部分と共に回転するように設けられており、その一方が軸方向に可動するように取り付けられ、スプリングベローズアセンブリ（１１）により他方のスライドリングに対する所定の軸方向プレテンション力で軸方向にプレテンションされる。このスプリングベローズアセンブリは、各スライドリングに一端が、各部分に対して軸方向に可動するように取り付けられた環状分割要素（１２）に他端が支持された第一スプリングベローズ（１３）を含み、また前記分割要素上で一端が、各部分上で他端が支持された第２スプリングベローズ（１４）を含む。分割要素（１２）は、各部分に対して、少なくとも所定の最大作用起振力と等しい軸方向摩擦力に抗して可動することができる。振動は第２スプリングベローズに伝わることが防止され、そのため、第１スプリングベローズだけが振動負荷にさらされる。
2006509164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の協働するシールリング（４、５）を含むスライドリングシールアセンブリであって、前記シールリングの一方が固定構成要素上に取り付けられ、他方が回転構成要素と共に回転するように設けられ、前記シールリングの一方が軸方向に可動であり、スプリングベローズアセンブリ（１１）により他方のシールリングに対する所定の軸方向バイアス力下で軸方向にバイアスされ、前記スプリングベローズアセンブリは、連動するシールリング上で一端が、関係する構成要素に対して軸方向に可動であるように配置された環状分割要素（１２）上で他端が支持された第一スプリングベローズ（１３）と、分割要素に一端が、前記関係する構成要素に他端が支持された第２スプリングベローズ（１４）とを含み、これにより、操作時に軸方向に作用する起振力が、所定の軸方向バイアス力に付加され、前記分割要素（１２）は、前記関係する構成要素に対して、少なくとも所定の最大作用起振力と実質的に等しい軸方向摩擦力に抗して可動することができるスライドリングシールアセンブリ。
【請求項２】
前記最大作用起振力が、±０．５ｍｍ、好ましくは±０．４ｍｍ、最も好ましくは±０．３ｍｍの第１スプリングベローズ（１３）の軸方向の偏りと一致することを特徴とする請求項１に記載のスライドリングシールアセンブリ。
【請求項３】
第２スプリングベローズ（１４）が第１スプリングベローズ（１３）よりも大きな軸長を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスライドリングシールアセンブリ。
【請求項４】
最大作用起振力と、分割要素及び前記関係する構成要素の間の静的摩擦係数との関係と少なくとも実質的に等しい半径方向力により、分割要素（１２）が前記関係する構成要素に対して附勢されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のスライドリングシールアセンブリ。
【請求項５】
半径方向に撓み性を有する摩擦要素（１７）が分割要素（１２）の周囲に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のスライドリングシールアセンブリ。
【請求項６】
摩擦要素（１７）がスプリングワッシャーであることを特徴とする請求項５に記載のスライドリングシールアセンブリ。
【請求項７】
摩擦要素（１７）が弾性材料のリングであることを特徴とする請求項５に記載のスライドリングシールアセンブリ。
【請求項８】
スプリングベローズアセンブリ（１１）が固定シールリング（４）と連動していることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のスライドリングシールアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載のスライドリングシールアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、とりわけ金属材料のスプリングベローズ形状のバイアス第２シール手段を含むスライドリングシールアセンブリに関する。スプリングベローズは相当の振動及び熱応力にさらされることがあり、そのことがスプリングベローズ自体の損傷（亀裂）に到る可能性があり、そしてシールリングの相互配列に対して、ならびにシールリングの協働するシール面間の領域の状態に対して悪い影響を与える。蒸気により稼動する機械設備、たとえば蒸気タービンにおいては、熱膨張を補償する適度な撓み性を与え、さらに不正確な取付に容易に対処できるため、比較的大きな軸長を有するスプリングベローズを使用することが望ましい。そのような利用の際にシャフトの回転により生じるスプリングベローズの振動を減衰する目的のために、例えば、ベローズ間に配置された金属片構造及びスライドリングシールアセンブリの構成要素の周囲表面からなるダンパーについての提案が既になされている。この振動減衰手段は、ベローズの表面に対して望ましくない損傷を引き起こす。さらに、相当の軸長を有するスプリングベローの場合には、ベローズが反り返る危険性に対処するために、中間位置に軸方向に自由な可動案内要素を供することも知られている。
【０００３】
本発明の目的は、一対のシールリングの運転動作及びスプリングベローズアセンブリ自体の寿命に対する振動の悪影響を完全に除去あるいは少なくともできるだけ除去するスプリングベローズ形状の附勢第二シール手段を含む上述の型式のスライドリングシールアセンブリを提供することである。とりわけ、蒸気により稼動する機械設備において使用するための、拡大した軸長を有するスプリングベローズアセンブリを含む、改良されたスライドリングシールアセンブリが、本発明により提供される。
【発明の開示】
【０００４】
本発明によると、この目的は、一方が固定構成要素に取り付けられるように意図され、他方が回転構成要素と共に回転するように意図されており、また一方が軸方向に可動であり、スプリングベローズアセンブリにより所定の軸方向附勢力の下で他方のシールリングに対して軸方向に附勢される、少なくとも一対の協働するシールリングを含むスライドリングシールアセンブリにより得られる。スプリングベローズアセンブリは、関係するシールリングに一端が、関係する構成要素に対して軸方向に可動であるように配置された環状分割要素に他端が支持された第１スプリングベローズと、分割要素に一端が、関係する構成要素に他端が支持された第２スプリングベローズとを含んでいる。これにより、操作時に軸方向に作用する起振力が、所定の軸方向附勢力に付加される。本発明によると、分割要素は、関係する構成要素に対して、所定の最大作用起振力と少なくとも実質的に等しい軸方向摩擦力に抗して可動する。このことは、本発明の好ましい実施形態に従って、第１スプリングベローズの所定の軸方向の偏りにより規定される。
【０００５】
本発明の方法は、第１スプリングベローズだけが振動負荷にさらされるように、振動が第２スプリングベローズに伝わることを防ぐ。とりわけ第１スプリングベローズ及びそれと協働するシールリングからなる振動機構の共振振動数の性質は、有害な共振の発生を防止するように調整できる点で、大きな長さを有するベローズにおいてよりも、このスプリングベローズアセンブリの第１部分においてより容易に振動の悪影響を処理することができる。同時に、熱膨張の補償及び不正確な取付の補償についての長いスプリングベローズの利点は、そのまま保持される。さらに、その防振特性に加えて、分割要素は、スプリングベローズの反り返りを効果的に防止することができる点で、安定化手段として有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明を、以下において、実施形態例及び図を用いてより説明する。図は、本発明の実施形態例に係る部分概略縦断面図の形態でスライドリングシールアセンブリを表示する。
【０００７】
本発明は、好ましくは、高い熱応力及び高回転速度が同時に存在する環境下で蒸気を含む気体媒体のシールについての利点を提供するが、本発明はそれに制限されない。本発明はまた、特に非気体媒体と関連して利用することが可能なことも利点である。
【０００８】
本発明のスライドリングシールアセンブリは、例えばパッキン押さえのなどの固定構成要素１を含んでおり、この助けによりスライドリングシールアセンブリが、例えばタービンなどの装置のハウジング（図示せず）の穿孔に取り付けられる。しかし、固定構成要素１は、装置のハウジングにもなる。例えば、タービンシャフトなどの回転構成要素２は、固定構成要素１の穿孔を通される。さらに、スライドリングシールアセンブリは、一対の協働するシールリング４、５を含んでおり、そのうちの一方、すなわちシールリング４は非回転であるが軸方向に可動するように固定構成要素１に取り付けられている。とりわけ、この目的において、ピン９を固定構成要素１から軸方向に突出させ、シールリング４内に相互に整列した軸溝１０に係合させることができ、その結果、一方でシールリング４が固定構成要素１に対して回転することが防止され、他方で軸方向に動くことが可能となる。他方のシールリング５は回転構成要素２と共に回転することが意図され、トルクを伝えるように回転構成要素２に接続される。
【０００９】
協働するシールリング４、５は、各々相対するシール面６、７を有しており、その両面の間に操作中にシールギャップが形成され、シールリング４、５の内周側の空間に対して、その外周側の空間をシールする。８で表示されているように、ポンプ構造をシール面６、７の一方、好ましくは回転シールリング５のシール面に形成することができ、この構造は外周側空間に対して開いており、その中にある気体媒体をシール面６、７間の領域に送り込み、シールギャップが形成されるのを助ける。送り込まれた媒体が一対のシールリングの内周上にあるのであれば、ポンプ構造の排気口は関係するシールリングの内周上にあることは自明である。適切なポンプ構造に関しては、BURGMANN, Gasgeschmierte Gleitringdichtungen (Gas-lubricated axial face seals), self published, 1997, １６頁以降を参照することができる。
【００１０】
全体参照番号１１を有するスプリングベローズアセンブリは、固定シールリング４を、適切な附勢力の下で回転シールリング５に対して押圧させる目的で供せられ、その結果、シールギャップが形成されなかったり、形成されたギャップが不適当なものである場合には、シール面６、７は互いにシール接触状態で維持される。さらに、スプリングベローズアセンブリ１１は、第２シールを形成して、固定構成要素１に対してシールリング４をシールする。その他の型のスプリングベローズをスプリングベローズアセンブリ１１として利用することが可能であるが、BURGMANN, Lexikon der Gleitringdichtung, self published, 1988, page 153（参照可能）にさらに詳細に記載されている金属ベローズから形成することが好ましい。
【００１１】
スプリングベローズアセンブリ１１は、拡大した軸長を有しているため、スライドリングシールアセンブリの操作中に発生することがあるような大きな熱膨張に応じて適応するのに好適である。本発明では、スプリングベローズアセンブリ１１は、分割リング１２により、第１スプリングベローズ１３及び第２スプリングベローズ１４に軸方向に分割される。第１スプリングベローズ１３は、その一方の軸端がシールリング４に、その他方の軸端が分割リング１２にシールするように支持されるのに対して、第２スプリングベローズ１４は、その一方の軸端が分割リング１２にシールするように支持され、その他方の軸端が、好適な方法、例えば１６で示されるようなボルト接続によって固定構成要素１に取り付けられている取付リング１５に支持される。第２スプリングベローズ１４は、直接固定構成要素１に支持されることも可能である。その端で支持される構成部品に対するスプリングベローズ１３、１４のシール接続は、溶接又はその他の好適な接続技術によっても達成することができる。
【００１２】
分割リング１２は、安定したディスク状の構成を有し、その外周に環状摩擦要素１７の保持手段である環状溝を含んでいる。環状摩擦要素１７は、スプリングワッシャー又は例えばＯリングなどの弾性材料のリングとすることができる。スプリングワッシャーの好ましい形状は、スプリングコイルが、スプリングの動きが長手方向だけではなく半径方向においても生まれるように配置される形状である。そのようなスプリングワッシャーは、ドイツ国RadolfzellのPlasticell Vertriebs GmbHのBAL SEAL-FEDERNという名称で指定することにより入手することができる。
【００１３】
摩擦要素１７の機能として、所定の半径方向力によって固定構成要素１の隣接周囲表面１８と接触係合状態で摩擦要素１７を保持し、分割リング１２を摩擦要素１７と周囲表面１８の間で軸方向にずらす場合、分割リング１２の軸方向の移動に抗う摩擦力が増大することは重要である。摩擦要素１７が無ければ、分割リング１２は、スプリングベローズ１３、１４が軸方向に附勢される可能性がある間は、シャフト２に沿って前後に自由に動きかねない。したがって、シールリング４から第１スプリングベローズ１３に伝わる軸方向の振動は、妨げられずに分割リング１２を通して第２スプリングベローズ１４に伝わる。スプリングベローズアセンブリ１１に要求される長さのため、制御不能な動的な動作系が続いて起こり、それがシールリング４、５の「開口」、すなわちスプリングベローズアセンブリ１１の損傷につながりかねない。他方、スプリングベローズアセンブリ１１は、操作中に生じる熱膨張に対する適応を可能にするために、十分な長さを有する必要がある。
【００１４】
周囲表面１８に対して摩擦要素１７を附勢する半径方向の力は、軸方向摩擦力が増大するように選択され、この摩擦力は、通常の操作状態では非常に大きいために、分割リング１２はある軸方向位置にとどまることとなり、この位置への分割リング１２の移動は、スプリングベローズアセンブリ１１の熱膨張、あるいは第１、第２スプリングベローズ１３、１４の一部に加えられた軸方向附勢力に基づいたその他の巨視的運動による。とりわけ、操作中に発生し、ベローズが回転構成要素２の回転により励起されてそれに到る、第１スプリングベローズ１３内の微視的振動運動にもかかわらず、この摩擦力は分割リング１２を動かさずにとどまらせている。それにより、これらの微視的な運動が、第２スプリングベローズ１４に伝わることが防止される。これらの微視的振動運動は、第１スプリングベローズ１３において、そのスプリング定数に応じた軸方向に働く起振力を引き起こし、この起振力は、スプリングベローズアセンブリ１１により加えられる所定の静附勢力に対して付加される。
【００１５】
本発明に関連して実施された実験は、その軸位置において分割リング１２が維持されている摩擦力が、±０．５ｍｍ、好ましくは±０．４ｍｍ、最も好ましくは±０．３ｍｍ未満の第１スプリングベローズ１３の最大軸方向偏倚を有する微視的振動運動により引き起こされる作用起振力に対応するように選択されるべきであることを示している。偏倚がこれらの制限未満にとどまる場合は、第１スプリングベローズ１３の一部に当接している分割リング１２にはそのような軸方向の力は加わらず、それにより摩擦要素１７と周囲表面１８の間の摩擦力が克服されうる。したがって、分割リング１２は、起振力の影響下で静止した状態のままとどまり、そうして振動が第１スプリングベローズ１３から第２スプリングベローズ１４に伝わることを確実に防止する。
【００１６】
第１スプリングベローズ１３及び第２スプリングベローズ１４は、等しいか、あるいは、異なった軸方向寸法を有することができる。ある適用分野においては、第１スプリングベローズ１３の軸方向寸法は、第２スプリングベローズ１４の軸方向寸法よりも小さくなることが好ましい。第１スプリングベローズ１３及び連動するシールリング４は、ある一定の固有振動数を有する振動機構を表している。シールリング４の質量及びそれに加えられる可能性のあるスラストリング（図示せず）の質量、並びに第１スプリングベローズ１３のスプリング定数は、回転構成要素の推定最高動作速度に適応させることが望ましく、その結果生じる励起振動数は常に、振動系の固有振動数未満にとどまる。
【００１７】
上述の本発明の実施例においては、スプリングベローズアセンブリは非回転シールリングと連動する。しかし、もし望むのであれば、回転シールリングと連動させることも可能である。この場合、分割リングの摩擦要素が回転周囲表面、たとえば回転構成要素の表面と協働しうるための手段を取らねばならない。ただ一対のシールリングのみを有するスライドリングシールアセンブリの代わりに、縦列ないし二対のシールリングも提供可能である。代替案としては、別個の摩擦要素を有する分割リングを摩擦学的に有効で好適な材料から形成される分割リングと取り替えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のスライドリングシールアセンブリの実施形態例を示す部分概略縦断面図
【図１】
2006509164.tif 000003
【国際調査報告】
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2006509164.tif 000005
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