(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の流体を移送するための回転継手機構であって、
高圧流体源に結合した第１の端部を有すると共に、上記第１の端部に対して反対側の端部を有する非回転型の筒部材と；
上記反対側の端部に保持され且つ上記第１の端部と整合してなるシール案内部材と；
上記シール案内部材はその内部を高圧の流体が流れるようにした筒状のウオッシュパイプ延長部を備えており、
上記筒状ウオッシュパイプ延長部の周囲を囲繞するとともに軸方向に移動自在に装着され、且つ、両者の間に、上記筒状ウオッシュパイプ延長部の内部から流入する上記高圧の流体が外部に漏出することを防止するシールリングを備えたシール室を形成してなる筒状浮遊シール部材と；
上記筒状浮遊シール部材は延端部を有すると共に、付勢部材によって上記非回転型の筒部材に調整可能に保持されており、
上記延端部において上記筒状浮遊シール部材に保持且つ整合された第１のシールリング部材と；
上記筒状の浮遊シール部材の上記延端部に対して整合された近端部を備えた回転する筒部材と；更に
上記回転する筒部材の上記近端部に保持された第２のシールリング部材とを有し、
上記第１と第２のシールリング部材は、高圧流体が移送されるときに上記付勢部材によってシール力を形成することを特徴とした回転継手機構。
【請求項２】
上記第１及び第２のシールリング部材は、セラミック材より成り、ほぼ矩形の断面形状を有し、上記第１及び第２のシールリング部材の少なくとも一方は、他方のシールリング部材のシール面とシール結合可能な第１および第２のシール摩擦面を有している、請求項１に記載の回転継手機構。
【請求項３】
上記第１及び第２のシールリング部材は、鋼製のリングホルダ部材内にて外径の周囲に保持されて上記摩擦面のための対称の構成を維持していると共に、上記摩擦面のための平坦部を備えている請求項２に記載の回転継手機構。
【請求項４】
上記第１及び第２のシールリング部材は、上記対応するシールリング部材の周囲に上記鋼製リングホルダを熱収縮させることによって、上記鋼製リングホルダ部材内に装着されている請求項３に記載の回転継手機構。
【請求項５】
上記第１と第２のシールリング部材の少なくとも一方は、上記第１または第２のシール摩擦面と上記他方のシールリング部材のシール面とがシール結合できるように取り出して反転が可能としてなる、請求項２に記載の回転継手機構。
【請求項６】
上記第１と第２のシールリング部材はその断面がほぼ矩形であり、上記第１のシールリング部材はその一側から突出した環状突起を有して上記回転する第２のシールリングと接触する平板状の面を形成し、これによって、上記第１と第２のシールリング部材とが非同心状の整合状態にある間は、上記第１と第２のシールリング部材間のシールを形成してなる、請求項１に記載の回転継手機構。
【請求項７】
上記シール室には、上記筒状浮遊シール部材と上記ウオッシュパイプ延長部との間にエラストマーシール部材を配置して機構本体から高圧流体が流出するのを防止するようにして成る請求項１に記載の回転継手機構。
【請求項８】
上記エラストマーシール部材はＯリング、Ｕ字カップ型リング、スリッパシールより選択されてなる請求項７に記載の回転継手機構。
【請求項９】
上記付勢部材はバネである請求項１に記載の回転継手機構。
【請求項１０】
高圧流体システムと共に用いるウオッシュパイプシール機構であって、
高圧流体源に取り付いた一端を有し、その他端は筒状のウオッシュパイプ延長部材を備えている非回転の筒部材と；
近端部と延端部とを有する筒状の浮遊シール部材と；
上記近端部は上記筒状ウオッシュパイプ延長部材の周囲に伸縮自在に装着されて両者の間にシール室を形成してなり、
上記シール室内に位置してシール機構本体から高圧流体が流出するのを防止するエラストマーシール部材と；
上記筒状浮遊シール部材を上記非回転の筒部材に装着する付勢部材と；
上記筒状浮遊シール部材の上記延端部に装着された第１のシールリング部材と；
上記筒状浮遊シール部材の上記延端部と整合した近端部を有する回転する筒部材と；
上記回転する筒部材の上記近端部に保持されて、高圧流体がシール機構本体を移動するときに、上記付勢部材が上記第１のシールリング部材との間にシール力を形成するようにした第２のシールリング部材と；
を備えてなるウオッシュパイプシール機構。
【請求項１１】
上記第１及び第２のシールリング部材は、セラミック材より成り、ほぼ矩形の断面形状を有し、上記第１及び第２のシールリング部材の少なくとも一方は、他方のシールリング部材のシール面とシール結合可能な第１および第２のシール摩擦面を有している、請求項１０に記載のシール機構。
【請求項１２】
上記第１及び第２のシールリング部材は、鋼製のリングホルダ部材内にて外径の周囲に保持されて上記摩擦面のための対称の構成を維持していると共に、上記摩擦面のための平坦部を備えている請求項１１に記載のシール機構。
【請求項１３】
上記第１及び第２のシールリング部材は、上記対応するリング部材の周囲に上記鋼製リングホルダを熱収縮させることによって、上記鋼製リングホルダ部材内に装着されている請求項１２に記載のシール機構。
【請求項１４】
上記第１と第２のシールリング部材の少なくとも一方は、上記第１または第２のシール摩擦面と上記他方のシールリング部材のシール面とがシール結合できるように取り出して反転が可能としてなる、請求項１１に記載のシール機構。
【請求項１５】
上記第１と第２のシールリング部材はその断面がほぼ矩形であり、上記第１のシールリング部材はその一側から突出した環状突起を有して上記回転する第２のシールリングと接触する平板状の面を形成し、これによって、上記第１と第２のシールリング部材とが非同心状の整合状態にある間は、上記第１と第２のシールリング部材間のシールを形成してなる、請求項１０に記載のシール機構。
【請求項１６】
上記エラストマーシール部材はＯリング、Ｕ字カップ型リング、スリッパシールより選択されてなる請求項１０に記載のシール機構。
【請求項１７】
上記付勢部材はバネである請求項１０に記載のシール機構。
【請求項１８】
高圧の流体を移送するための回転継手機構であって、
高圧流体源に結合した第１の端部を有すると共に、上記第１の端部に対して反対側の端部を有する非回転型の筒部材と；
上記反対側の端部に保持され且つ上記第１の端部と整合してなるシール案内部材と；
上記シール案内部材はその内部を高圧の流体が流れるようにした筒状のウオッシュパイプ延長部を備えており、
上記筒状ウオッシュパイプ延長部の周囲を囲繞するとともに軸方向に移動自在に装着され、且つ、両者の間に、上記筒状ウオッシュパイプ延長部の内部から流入する上記高圧の流体が外部に漏出することを防止するシールリングを備えたシール室を形成してなる筒状浮遊シール部材と；
上記筒状浮遊シール部材は延端部を有すると共に、上記非回転型の筒部材に調整可能に保持されており、
上記延端部において上記筒状浮遊シール部材に保持且つ整合された第１のシールリング部材と；
上記筒状の浮遊シール部材の上記延端部に対して整合された近端部を備えた回転する筒部材と；更に
上記回転する筒部材の上記近端部に保持された第２のシールリング部材とを有し、
上記第１と第２のシールリング部材は、回転継手機構を介して高圧流体が移送されるときにシール結合状態になっていることを特徴とした回転継手機構。
【請求項１９】
上記第１及び第２のシールリング部材は、セラミック材より成り、ほぼ矩形の断面形状を有し、上記第１及び第２のシールリング部材の少なくとも一方は、他方のシールリング部材のシール面とシール結合可能な第１および第２のシール摩擦面を有している、請求項１８に記載の回転継手機構。
【請求項２０】
上記第１及び第２のシールリング部材は、鋼製のリングホルダ部材内にて外径の周囲に保持されて上記摩擦面のための対称の構成を維持していると共に、上記摩擦面のための平坦部を備えている請求項１９に記載の回転継手機構。
【請求項２１】
上記第１及び第２のシールリング部材は、上記対応するシールリング部材の周囲に上記鋼製リングホルダを熱収縮させることによって、上記鋼製リングホルダ部材内に装着されている請求項２０に記載の回転継手機構。
【請求項２２】
上記第１と第２のシールリング部材の少なくとも一方は、上記第１または第２のシール摩擦面と上記他方のシールリング部材のシール面とがシール結合できるように取り出して反転が可能としてなる、請求項１９に記載の回転継手機構。
【請求項２３】
上記第１と第２のシールリング部材はその断面がほぼ矩形であり、上記第１のシールリング部材はその一側から突出した環状突起を有して上記回転する第２のシールリングと接触する平板状の面を形成し、これによって、上記第１と第２のシールリング部材とが非同心状の整合状態にある間は、上記第１と第２のシールリング部材間のシールを形成してなる、請求項１８に記載の回転継手機構。
【請求項２４】
上記シール室には、上記筒状浮遊シール部材と上記ウオッシュパイプ延長部との間にエラストマーシール部材を配置して機構本体から高圧流体が流出するのを防止するようにして成る請求項１８に記載の回転継手機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長寿命の回転継手（スイベル）シール機構に関し、より具体的には高速地質掘削運転に適した流体結合装置に用いる長寿命の回転継手シール機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体源の出力側を回転装置に結合することが必要な高速掘削の運転には流体結合装置が使用されている。特に、オイルやガスの掘削には回転継手シール機構が採用され、ウオッシュパイプ（洗浄管）と、回転するシールハウジングとの間のシール機構を形成している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
掘削回転継手シール機構の１つのタイプとしては回転シール群をスタック状に重ねて構成したものがあり、このシール群は、ウオッシュパイプの外部円筒形シール面とで動的なシール機構を構成する強化エラストマー材で形成したものである。この構成では、固定のウオッシュパイプに対してシールとそのハウジングとが回転し、シールが、シールの一側では高圧掘削流体に、そして、シールの他側では大気圧に、連続して曝されることになる。このように圧力が異なると、シールが高圧に最も近づいてウオッシュパイプに対して強固に把持することになり、このためにウオッシュパイプとシールの摩耗や剥離の度合いが高くなる。回転シールとウオッシュパイプとの間の空隙が大きいと、最終的にはシール自体の損壊をもたらすことになる。加えて、ウオッシュパイプに対するシールのスタック状に重なった構成の故に、第１のシールが一旦破損すると、スタックの別のシールが同様の力に曝されてしまい、摩耗などが生じ最終的には全てのシールが過酷な摩耗運転条件によって消耗することが多かった。更に、斯様な回転シール部材は構造が複雑であり、取り外しや交換が極めて困難で且つ長時間を要していたし、９０ＲＰＭで且つ２，５００ＰＳＩまで運転された場合、寿命がほぼ２００時間若しくはそれ以下に制限されてしまっていた。このようなシール機構が５，０００ＰＳＩで且つ２５０ＲＰＭにて運転されると、シールは２０乃至３０時間程度しか継続せず、交換が必要になってしまう。
【０００４】
別のタイプのシール機構としてはウオッシュパイプと回転シール機構との間に複雑なＵ型カップのリングシール機構が知られている。しかしながら、斯様なシール機構もまた、寿命が短く、摩耗などが原因で、掘削回転継手シール機構の休止時間（ダウンタイム）が長引く結果となって、交換に莫大な費用がかかることになる。
【０００５】
上記以外にも回転する結合部材に取り付けた浮遊型（フローティング）シール部材と、非回転の結合部材に取り付けた同様のシール部材とを形成して、掘削装置回転継手（スイベル）機構のシール機構を構成する提案もなされている。この種のシール機構は更に二次的なシール部材を含んでなり、そして、この二次的なシール部材はウオッシュパイプ部材の延端部とフローティングシール部材との間にＵ字型カップのシール部材より形成されるものである。しかしながら、上記Ｕ字型カップのシール部材は高圧の摩擦掘削流体に曝されるために、かような接触によって上記流体結合機構が急速に破損する結果となる。
【０００６】
本発明はかかる従来技術に鑑みてなされたものであり、掘削装置の回転継手（スイベル）結合装置に用いる従来のシール機構の寿命が短かったという欠点を補うことを本発明の目的とするものである。
【０００７】
本発明の別の目的は、固定の非回転型ウオッシュパイプ若しくは結合部材に装着された長寿命の、回転継手（スイベル）シール機構を提供することである。
【０００８】
本発明の更に別の目的は、回転継手結合機構の改良されたシール機構であって、長寿命であり環状シール面部材の摩耗を少なくすることの可能な、新規なシール機構を提供することである。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、第１と第２の環状シール部材であって、この環状部材群が互いに配列構成されて、両者の少なくとも１方のシール部材が他方のシール部材に対して位置を変え、斯様な環状シール部材の間に第２の運転シール面を形成するようにした新規な環状シール部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、掘削装置の回転継手（スイベル）若しくは結合装置に用いる長寿命のシール機構であって、このシール機構は非回転ウオッシュパイプ若しくは第１の管部材に装着されたシール部材を有するフローティング（浮遊）シール機構を用いると共に、回転型シール部材と係合するように配置構成され、上記回転型シール部材が第２の管部材若しくは回転型装置に装着されて、回転シール部材と浮遊シール部材との間のシール機構を形成するようにした、新規なシール機構である。上記浮遊シール機構は上記の回転継手の固定筒状部に取り外し可能に装着されている。回転止めピンによって筒状の浮遊シール案内部材が固定ハウジングに整列され且つ取り付いており、これによって筒状の浮遊シール案内部材の中を流体が所定方向に流れることができるようにしている。シール部材のウオッシュパイプ延長部が浮遊型シール部材に対して凹凸嵌合状態で結合されている。二次Ｕ字型カップシール部材が前記浮遊シールハウジング部材とウオッシュパイプ延長部との間に介装されて研磨材を含んだ流体が回転継手から侵入するのを防止している。上記の浮遊シール機構は浮遊シール後退ナットと、位置決め又は駆動ピンをその後退ナットに有し、固定または浮遊シールリング機構を装着している。
【００１１】
前記の固定又は浮遊シールリング機構は、第１のセラミックシールリングを有し、この第１のセラミックシールリングは、セラミックシールリング部材の周囲にて鋼製のリング部材を熱収縮させることで、円形のスチールリング部材の内部に装着される構成となっている。浮遊シールは、ピンと浮遊シール後退ナットによって浮遊案内シール部材に装着されている。後退ナットは、第１のシールリング部材と第２のシール部材との間のギャップを調整するバネ部材を圧縮し、上記第２のシールリング部材は回転する第２の筒状の部材若しくは機械に保持される調整板部材にキー締めされている。上記第２のシール部材は更に鋼製のリング部材の内部に熱収縮にて装着されているセラミックシールリングをも備えている。
【００１２】
上記第２のセラミック製シールリングはその断面がほぼ四辺形若しくは正方形の形状を有し、上記第１のシリコンカーバイドシールリング部材が同様な形状を有しているものの、しかし第１のセラミックシールリングの接触摩耗面の一つが第２のセラミックシールリングに接触し係合する環状の突起摩耗面を備えていることが望ましいという点では、上記第１のシリコンカーバイドシールリングとは相違する。
【００１３】
請求項１に記載の本発明によれば、
高圧の流体を移送するための回転継手機構であって、
高圧流体源に結合した第１の端部を有すると共に、上記第１の端部に対して反対側の端部を有する非回転型の筒部材と；
上記反対側の端部に保持され且つ上記第１の端部と整合してなるシール案内部材と；
上記シール案内部材はその内部を高圧の流体が流れるようにした筒状のウオッシュパイプ延長部を備えており、
上記筒状ウオッシュパイプ延長部の周囲を囲繞するとともに軸方向に移動自在に装着され、且つ、両者の間に、上記筒状ウオッシュパイプ延長部の内部から流入する上記高圧の流体が外部に漏出することを防止するシールリングを備えたシール室を形成してなる筒状浮遊シール部材と；
上記筒状浮遊シール部材は延端部を有すると共に、付勢部材によって上記非回転型の筒部材に調整可能に保持されており、
上記延端部において上記筒状浮遊シール部材に保持且つ整合された第１のシールリング部材と；
上記筒状の浮遊シール部材の上記延端部に対して整合された近端部を備えた回転する筒部材と；更に
上記回転する筒部材の上記近端部に保持された第２のシールリング部材とを有し、
上記第１と第２のシールリング部材は、高圧流体が移送されるときに上記付勢部材によってシール力を形成することを特徴とした回転継手機構である。
【００１４】
請求項２に記載の本発明によれば、
上記第１及び第２のシールリング部材は、セラミック材より成り、ほぼ矩形の断面形状を有し、上記第１及び第２のシールリング部材の少なくとも一方は、他方のシールリング部材のシール面とシール結合可能な第１および第２のシール摩擦面を有している、請求項１に記載の回転継手機構である。
【００１５】
請求項３に記載の本発明によれば、
上記第１及び第２のシールリング部材は、鋼製のリングホルダ部材内にて外径の周囲に保持されて上記摩擦面のための対称の構成を維持していると共に、上記摩擦面のための平坦部を備えている請求項２に記載の回転継手機構である。
【００１６】
請求項４に記載の本発明によれば、
上記第１及び第２のシールリング部材は、上記対応するシールリング部材の周囲に上記鋼製リングホルダを熱収縮させることによって、上記鋼製リングホルダ部材内に装着されている請求項３に記載の回転継手機構である。
【００１７】
請求項５に記載の本発明によれば、
上記第１と第２のシールリング部材の少なくとも一方は、上記第１または第２のシール摩擦面と上記他方のシールリング部材のシール面とがシール結合できるように取り出して反転が可能としてなる、請求項２に記載の回転継手機構である。
【００１８】
請求項６に記載の本発明によれば、
上記第１と第２のシールリング部材はその断面がほぼ矩形であり、上記第１のシールリング部材はその一側から突出した環状突起を有して上記回転する第２のシールリングと接触する平板状の面を形成し、これによって、上記第１と第２のシールリング部材とが非同心状の整合状態にある間は、上記第１と第２のシールリング部材間のシールを形成してなる、請求項１に記載の回転継手機構である。
【００１９】
請求項７に記載の本発明によれば、
上記シール室には、上記筒状浮遊シール部材と上記ウオッシュパイプ延長部との間にエラストマーシール部材を配置して機構本体から高圧流体が流出するのを防止するようにして成る請求項１に記載の回転継手機構である。
【００２０】
請求項８に記載の本発明は、
上記エラストマーシール部材はＯリング、Ｕ字カップ型リング、スリッパシールより選択されてなる請求項７に記載の回転継手機構である。
【００２１】
請求項９に記載の本発明は、
上記付勢部材はバネである請求項１に記載の回転継手機構である。
【００２２】
請求項１０に記載の本発明は、
高圧流体システムと共に用いるウオッシュパイプシール機構であって、
高圧流体源に取り付いた一端を有し、その他端は筒状のウオッシュパイプ延長部材を備えている非回転の筒部材と；
近端部と延端部とを有する筒状の浮遊シール部材と；
上記近端部は上記筒状ウオッシュパイプ延長部材の周囲に伸縮自在に装着されて両者の間にシール室を形成 してなり、
上記シール室内に位置してシール機構本体から高圧流体が流出するのを防止するエラス
トマーシール部材と；
上記筒状浮遊シール部材を上記非回転の筒部材に装着する付勢部材と；
上記筒状浮遊シール部材の上記延端部に装着された第１のシールリング部材と；
上記筒状浮遊シール部材の上記延端部と整合した近端部を有する回転する筒部材と；
上記回転する筒部材の上記近端部に保持されて、高圧流体がシール機構本体を移動するときに、上記付勢部材が上記第１のシールリング部材との間にシール力を形成するようにした第２のシールリング部材と；
を備えてなるウオッシュパイプシール機構である。
また、請求項１８に記載の本発明によれば、
高圧の流体を移送するための回転継手機構であって、
高圧流体源に結合した第１の端部を有すると共に、上記第１の端部に対して反対側の端部を有する非回転型の筒部材と；
上記反対側の端部に保持され且つ上記第１の端部と整合してなるシール案内部材と；
上記シール案内部材はその内部を高圧の流体が流れるようにした筒状のウオッシュパイプ延長部を備えており、
上記筒状ウオッシュパイプ延長部の周囲を囲繞するとともに軸方向に移動自在に装着され、且つ、両者の間に、上記筒状ウオッシュパイプ延長部の内部から流入する上記高圧の流体が外部に漏出することを防止するシールリングを備えたシール室を形成してなる筒状浮遊シール部材と；
上記筒状浮遊シール部材は延端部を有すると共に、上記非回転型の筒部材に調整可能に保持されており、
上記延端部において上記筒状浮遊シール部材に保持且つ整合された第１のシールリング部材と；
上記筒状の浮遊シール部材の上記延端部に対して整合された近端部を備えた回転する筒部材と；更に
上記回転する筒部材の上記近端部に保持された第２のシールリング部材とを有し、
上記第１と第２のシールリング部材は、回転継手機構を介して高圧流体が移送されるときにシール結合状態になっていることを特徴とした回転継手機構である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に依れば５，０００〜１０，０００ＰＳＩの圧力下で２５０ＲＰＭまで運転可能であり、５００時間まで寿命を延長できる。第１と第２のセラミックリングとの間に過剰の摩耗が生じた場合、本発明の新規な構成によれば第２のシール部材が反転して第１のシールリングに対して追加の運転シール面を提供することができる。このように、本発明は掘削機構の回転継手（スイベル）の為のシーリング構造を提供するものであり、これによって１，０００時間もの長時間の高圧シール運転が可能となった。
【００２４】
更に、浮遊シール若しくは第１の固定シールリングが非回転の浮遊シール案内部材によって装着されているが為に、回転するシール若しくは第２の回転型セラミックシールリングが非回転の第１のシールリングに対して回転し、これによってシール面同士の互いの取り付け不良を防止する働きをし、この結果回転継手の寿命を引き延ばす働きをすることになる。加えて、浮遊シール機構がシール後退ナットによって非回転の部材に装着されているので、このナットが容易に圧縮可能となり第１のセラミックシールリングを回転するシールリング部材から離れるように移動させ、これによって摩耗が生じたときにそのユニットを容易に取り外しでき且つ交換が可能となる。これによって、第１のシール部材と第２のシール部材の一次シール機構を互いに交換や取り替えが容易となり、このことは本発明の更なる、且つ重要な利点である。
【００２５】
本発明は二次シール機構若しくは集成体を提供する。この二次シール機構は浮遊シール部材の外面によって画成されるシール室内に位置したＵ型カップのシール部材を備えている。この二次シール機構は、ウオッシュパイプと浮遊シール部材の間の位置の、高圧摩耗掘削流体から離れた位置に配置されており、そして上記両者間の効率的なシール効果を奏し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下図面を参照して本発明の好ましい具体的構成を示す実施形態について説明する。この実施例は本発明の例示的なものであり本発明の内容を限定するものではない。
【００２７】
図面は本発明の好適な実施例による、改良された掘削装置回転継手（drilling rig swivel）若しくは結合装置１０を示している。
図１では従来の掘削装置回転継手を示し、ロータリーシール１１の組み立て体を採用している。ロータリーシール１１は、通常は強化エラストマー材で形成され、このエラストマー材がウオッシュパイプ１２の外部筒状シール面１３とで動的なシール機構を形成している。掘削回転継手は非回転のホースまたは部材１４から回転するドリル線または部材１５へと摩擦掘削流体を送り込む。図１に示すように、ロータリーシール１１はハウジング溝１６内に位置し、相対的に回転可能なウオッシュパイプ表面１３に対抗して圧縮されて両者の間にシーリング接触を形成し、研磨ドリル流体(abrasive drilling fluid）を結合装置１０内に保持している。回転するシール部材とウオッシュパイプ１２との間の空隙が過剰に存在すると、シールが完全に損壊してしまう原因となる。ウオッシュパイプ１２の周囲には強化エラストマー回転シールが積み重ねられ、シールの一方側は高圧ドリル流体に連続して曝され、シールの他方側は大気圧に曝される。この圧力差によって、ロータリーシールが高圧と結合してウオッシュパイプを強く把持・係合し、ウオッシュパイプとシールを摩耗度を高める結果となる。第１のロータリーシールが破損すると、スタック内の次のシールが同様の力と摩耗に曝され、最終的には全てのシールが研磨材を含んだ掘削流体によって破壊されてしまうことになる。
【００２８】
図２は、回転する結合部材に浮遊シール部材が装着され、非回転の結合部材にシール部材が装着された構造の従来技術による掘削装置用回転継手を示すものである。浮遊シール機構５０はリングホルダ５２に装着されたセラミックリング部材５１を備え、浮遊シール機構が構造的に配置されて、別のリングホルダ５６に装着された別のセラミックリング部材５５より成る固定のシール機構５４に係合するようになっている。従来の回転継手（スイベル）は、ウオッシュパイプ１２の端部と、回転するドリルストリング（drill string、即ち回転体）部材との間に位置したＵ字型シール部材５８より成る二次シール機構を備えている。しかし、この二次シール機構が研磨流体に曝されていること、浮遊シール部材が回転する結合部材に配置されていること、そしてリング部材５１と５５の間の接触面が狭いという事実によって、かかる回転継手機構にとって容認し難い程に寿命が短くなってしまう。
【００２９】
本発明は前記従来型のスタック状になったシールシステムの欠点を補うものであり、以下図３乃至図５を参照して説明する。本発明は掘削装置の回転継手若しくは結合装置に用いる長寿命型シール機構を提供するものである。但し、図面の図１乃至図５に示した全ての具体的な回転継手の種々構造にも適用できるものであり、本発明の技術的思想と範囲を限定するものではない。本発明は種々のタイプの流体移送回転継手、即ち、第１の筒部材１７に対して同心状に配置し、第２の筒部材１８が回転可能であり且つドリルストリング（回転部材）若しくは同様の部材１５の典型となるような種々タイプの流体移送型回転継手にも適用できるものである。
【００３０】
本発明は、非回転の第１の筒部材１７に装着された浮遊シール機構２０を備え、上記第１の筒部材１７は回転するシール機構２２と係合するような構造に配置されており、上記回転するシール機構２２は回転する第２の筒部材１８に装着されて、回転型シール部材と浮遊型シール部材との間のシール機構を形成している。筒状の浮遊型シール案内部材２４が上記第１の筒部材１７に対して直線状に整列されていると共に、緊締部材２５と回転止めピン２７とによって同心状に保持されている。浮遊型シール案内部材２４は筒状の延長部若しくはウオッシュパイプ部材２６を有しており、掘削流体がその中を通って第１の筒部材１７から回転する第２の筒部材１８に通過することが可能となっている。シール案内部材２４の筒状の延長部若しくはウオッシュパイプ部材２６は、雄雌係合により浮遊シール部材２９と協働できるように配置されており、そして第２のＵ字型シール部材３０が上記浮遊シール部材と筒状のウオッシュパイプ部材２６との間に位置している。上記Ｕ字型シール部材３０は、研磨掘削流体が掘削装置の回転継手若しくは結合装置１０から漏出してしまうのを防止している。
【００３１】
浮遊シール機構２０は結合装置１０の固定部分に装着され、回転防止ピン２７によって固定筒部材１７に一直線状に配列されて浮遊シール案内部材によって両者間を所定の方向に流体が流れることを可能にしている。ウオッシュパイプ延長部材２６は浮遊型シール部材２９で囲繞され、両者の間にシール室３１を画成している。このシール部材３１は二次Ｕ型シールリング３０を備え、研磨材を含んだ流体が運転中に回転継手から漏出するのを防止している。
【００３２】
浮遊シールリング機構３２は、符号３３で示すように浮遊シール部材２９にキー締めされている。浮遊シールリング機構３２は第１のセラミックシールリング部材３４より成り、このシールリング部材３４は、鋼製のリング部材を第１のセラミックシールリング部材３４の周囲にて熱収縮させることで円形の固定型鋼製リング部材３５の中に装着されている。この浮遊型シール部材２９は、浮遊シール収縮ナット３６によって浮遊型シール案内部材２４に取り付いている。上記ナット３６は、浮遊型シールリング機構３２と第１のセラミックシールリング３４との間に押圧力を形成するバネ部材３７と、第２のセラミックシールリング部材４０とを圧縮するものであるが、上記第２のセラミックシールリング部材４０は、回転型の第２の筒部材１８に保持されたアダプタ板部材３８にキー締めされて装着されている。回転する第２のセラミックシールリング部材４０もまた、鋼製のリング部材４２内に熱収縮により装着されている。
【００３３】
第１と第２のセラミックシールリング３４，４０は、その断面形状がほぼ矩形若しくは正方形となっており、第１のセラミックシールリング３４の方はシールリングのシール面３４ａから外側に張り出した環状突起４４（図４参照）を有している。図４に示すように、環状の突起４４は平板状の外方面を呈し、これが第２の環状シールリング４０のシール面４０ａ、４０ｂにシール結合できるようにしている。環状突起４４は第２のセラミックシールリング４０の内径よりも大きな内径を有し、第２のセラミックシールリング４０の外径よりも小さな外径を有している。
【００３４】
回転継手の運転において、本発明の浮遊シール機構は５,０００〜１０,０００ＰＳＩの圧力で、２５０ＲＰＭまで運転可能であり、寿命が１０００時間まで延ばすことができる。第１と第２のセラミックシールリング部材の間において過剰な研磨が生じると、本発明の場合には、シールリング部材４０はその上下が逆となるように反転・移動して、面４０ｂは、第１のシールリング部材３４の突起４４側に向き、追加の作動シール面を提供する。このように、本発明は５００時間以上の高圧運転ができるようにした結合機構用のシール構造を提供することができ、この運転時間は、第１のシールリングを動かすことによって別の運転シール面を提供でき、これによって運転時間を、少なくとも約１,０００時間程度まで、約２倍にすることができる。
【００３５】
浮遊シール機構２０が非回転の第１の筒状案内部材１７に取り付いているために、浮遊シール機構の安定性が高まり、二つのシール機構の不整合を回避する働きをし、シール寿命を引き延ばすことができる。更に、浮遊シールが戻り部材３６で装着されているために、容易に圧縮可能なバネ部材３７によってシール機構への接触などのアクセスが容易となる。かくして、第１及び第２のセラミック／シリコンカーバイドのシールリング部材の交換や取り出しが容易となる、という極めて重要な効果を奏することができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載の範囲内で種々変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来公知技術を示す図であり、掘削装置の回転継手と協働する流体力学的シールのスタック構造を示す断面図。
【図２】図１に示した従来公知の掘削装置の回転継手の断面図。
【図３】本発明の好適な実施例によるフローティング（浮遊）型回転継手のシール機構を示す断面図であり、第１と第２のシール機構が互いに係合状態にあってシール構造を形成した状態を示す図である。
【図４】図３に示す本発明における浮遊型回転継手シール機構の拡大図であり、本発明の二次シール機構を示す図である。
【図５】本発明によるフローティング（浮遊）型回転継手のシール機構断面図であり、運転休止状態の上記機構を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  掘削装置の回転継手（若しくは結合機構）
１１  ロータリーシール
１２  ウオッシュパイプ
１３  円筒状のシール面
１４  非回転のホース若しくは部材
１５  回転する掘削ストリング若しくは部材
１７  第１の筒部材
１８  第２の筒部材
２０  浮遊型（フローティング）シール機構
２２  回転するシール機構
２４  浮遊型シール案内部材
２５  緊締部材
２６  ウオッシュパイプの延長部
２７  回転止めピン
２９  浮遊シール部材
３０  Ｕ型カップのシールリング
３１  シール室
３２  浮遊シールリング機構
３４，４０  セラミックシール部材
３６  ナット
４０  第２のセラミック製シールリング部材
４２  鋼製リング部材
４４  環状突起
５１、５５  セラミックリング部材
５４  固定のシール機構
５６  リングホルダ
５８  Ｕ型カップのシール部材
【図１】
0004948801.tif 000002
【図２】
0004948801.tif 000003
【図３】
0004948801.tif 000004
【図４】
0004948801.tif 000005
【図５】
0004948801.tif 000006