(57)【要約】  エネルギーを変換する容積型装置、すなわち、単一の回転方向に回転して作動チャンバに含まれる作動流体を変位させる容積型圧縮機である。本書に記載されている装置は、単一ステージで高吐出圧力および高容積スループットと組み合わせて高圧縮比を達成する能力において特に有利である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式流体流動装置（２０）において：
凹状フルスト球形のハウジング面（１１４）を有するハウジング（５５）と；
前記内側ハウジング面（１１４）に隣接する凸状フルスト球形の第１のロータ外面（６２）と、少なくとも１つのバレー（８２）を規定する少なくとも１つのローブ（７８）と、前記第１のロータ外面（６２）の半径方向中心にある第１のロータ中心（７７）とを有する第１のロータ（７６）と；
前記第１のロータ外面（６２）上に形成された第１のロータ静圧ベアリング（１３４）とを具え；
当該第１のロータ静圧ベアリング（１３４）は、前記第１のロータ外面（６２）を通る少なくとも１つの第１のロータ流体ポート（１０８）と、前記第１のロータ流体ポート（１０８）の周りのベアリングポケット（２０８）を規定する表面と、前記ベアリングポケット（２０８）の周りのランディング（２０６）とを具え；
前記ランディング（２０６）は、前記第１のロータ（７６）の中心（７７）に対して前記ベアリングポケット（２０８）から半径方向外側に突出しており；
前記ランディング（２０６）は、前記内側ハウジング面（１１４）に直接隣接してそこに流体シールを形成することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転式流体流動装置（２０）がさらに：
各ローブ（７８）の前記第１のロータ外面（６２）上の少なくとも１つの第１のロータランディング（２０６）のアレイ（５９４）で形成された第１のロータ静圧ベアリング（１３４）を具え；
前記アレイ（５９４）は、前記第１のロータ（７６）の各ローブ（７８）で実質的に同一であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記第１のロータ静圧ベアリング（１３４）は多次元アレイ（５９４）のものであることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記流体静圧ベアリング（１３４）が：
ベアリング流体供給圧力で、前記第１のロータ流体ポート（１０８）と流体連通するベアリング流体の供給源と；
前記ハウジング（５５）を通り、前記第１のロータのバレー（８２）によって部分的に規定されたチャンバ（１４４）への流体導管（１８６）を有する作動流体の供給源とを具え、前記作動流体は、前記第１のロータ（７６）が前記ハウジング（５５）に対して回転するのに伴って前記チャンバ（１４４）内で作動流体圧力へと圧縮され；
前記ベアリング流体供給圧力は、前記作動流体圧力より上であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の回転式流体流動装置（２０）において、さらに：
第２のロータ（２８）であって、前記内側ハウジング表面（１１４）に隣接する凸状フルスト球形の第１のロータ外面（３６）と、少なくとも１つのバレー（８２）を形成する少なくとも１つのローブ（７８）とを具え、前記第２のロータのバレー（８２）は前記第１のロータ（７６）のローブ（７８）の周りに配置され、前記第１のロータの外面（３６）の半径方向中心にある第２のロータ中心（７７）と
を有する第２のロータ（２８）と；
前記第２のロータ外面（３６）上に形成された第２のロータ静圧ベアリング（１３６）を具え、
前記第２のロータ静圧ベアリング（１３６）は；前記第２のロータ外面（３６）を通る少なくとも１つの第２のロータ流体ポート（１０８）と、前記第２のロータ流体ポート（１０８）の周りにベアリングポケット（２０８）を規定する表面と、前記ベアリングポケット（２０８）の周りのランディング（２０６）とを具え；
前記ベアリングのランディング（２０６）は、前記第２のロータ（２８）の中心（７７）に対して前記ベアリングポケット（２０８）から半径方向外側に突出しており、
前記ランディング（２０６）は、前記内側ハウジング面（１１４）に直接隣接していることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の回転式流体流動装置（２０）において、少なくとも前記第１のロータ静圧ベアリング（１３４）が、前記第１のロータ（７６）のバレー（８２）から半径方向にオフセットされていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記第１のロータ静圧ベアリング（１３４）が、前記バレー（８２）に排出するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の回転式流体流動装置（２０）がさらに：
前記第１のロータ（７６）から延びる第１のシャフト（６４）を具え、当該第１のシャフト（６４）は、前記第１のロータ（７６）のローブ（７８）に軸方向に対向し；
前記第１のロータ流体ポート（１０８）と流体連通する流体導管（２１６）とを具え、；
当該流体導管（２１６）は、前記第１のシャフト（６４）に沿ってほぼ軸方向に延びることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の回転式流体流動装置（２０）がさらに：
前記第２のロータ（２８）のローブ（７８）に軸方向に対向する前記第２のロータから延びる第２のシャフト（４０）と；
前記第２のロータ静圧ベアリング（１３６）と流体連通する流体導管（２１２）とを具え；
当該流体導管（２１２）は、前記第２のシャフト（４０）に沿ってほぼ軸方向に延びることを特徴とする装置。
【請求項１０】
回転式流体流動装置（２０）において：
内側ハウジング面（１１４）に隣接する凸状フルスト球形の第１のロータ外面（６２）と、少なくとも１つのバレー（８２）を形成する少なくとも１つのローブ（７８）と、前記第１のロータ外面（６２）の半径方向中心にある第１のロータ中心（７７）とを有する第１のロータ（７６）を具え；
当該第１のロータ（７６）は、前記ローブ（７８）、バレー（８２）の半径方向中心に第１のロータインサート表面（８６）を具え、当該第１のロータインサート表面（８６）は、前記第１のロータ（７６）の回転軸（６３９）にほぼ平行な軸を有し；
前記第１のロータインサート表面（８６）内に取り外し可能に配置されたインサート（９４）を具え；
当該インサート（９４）は、第２のロータ（２８）と協働して、そこに流体シールを形成するように構成されている
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転式流体流動装置（２０）はさらに：
前記インサート（９４）が、フルスト球形の内面（９８）を有し；
当該インサート（９４）のフルスト球形の内面（９８）に取り外し可能に挿入されたフルスト球形インサート（９２／９６）を具えることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の回転式流体流動装置（２０）はさらに：
前記第２のロータ（２８）が、当該第２のロータ（２８）のローブ（７８）、バレー（８２）の半径方向中心に第２のロータインサート表面（８６）を有し、前記第２のインサート表面（８６）は、前記第２のロータ（２８）の回転軸（６３７）にほぼ平行な軸を有し；
前記第２のロータインサート表面（８６）内に取り外し可能に配置されたインサート（９０）を具え；
前記第２のロータのインサート（９０）は、前記第１のロータ（７６）のインサート（９４）と協働してそこに流体シールを形成するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回転式流体流動装置（２０）はさらに：
前記インサート（９０）上の少なくとも１つの流体インジェクタ（１１０）を具え；
当該少なくとも１つの流体インジェクタ（１１０）は、前記第２のロータ（２８）のバレー（８２）と実質的に整列しており；
前記第２のロータ（２８）の回転軸にほぼ平行な前記第２のロータ（２８）まで前記インサート（９０）を通って延びる少なくとも１つの流体インサート導管（１５３）を具え；
前記流体インサート導管（１５３）は、前記第２のロータ（２８）を通って延びることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記流体インジェクタ（１１０）がインサート（９０）に取り外し可能に取り付けられることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１６に記載の回転式流体流動装置において、前記流体インジェクタ（１１０）に選択的に冷却流体が供給されることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載の回転式流体流動装置（２０）において：
前記第２のロータ（２８）が、ほぼ円筒形状の外面を有するシャフト（４０）に取り付けられており；
前記流体インサート導管（１５３）から前記第２のシャフト（４０）内をほぼ軸方向に延びる流体シャフト表面開口部（１５２）と；
前記シャフト（４０）の周りのハウジング（５５）から前記流体インジェクタ（１１０）への流体の通過を可能にするために前記シャフト表面開口部（１５２）と整列した前記ハウジング（５５）上のハウジング導管（１５０）とを具えることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の回転式流体流動装置において：
各インサート導管（１５３）に流体接続された複数の半径方向に対向するシャフト表面開口部（１５２）を具えることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の回転式流体流動装置（２０）において：
前記シャフト表面開口部（１５２）の周りで前記シャフト（４０）を取り囲む、前記ハウジング（５５）に取り付けられたスライドスリーブ（１５８）を具え；
当該スライドスリーブ（１５８）は、貫通する開口部（１４６）を規定する複数の表面を有し；
当該開口部（１４６）は、１つ以上のシャフト表面開口部（１５２）と順次整列して、前記ハウジング流体導管（１５０）と流体インジェクタ（１１０）との間に断続的な流体導管を提供することを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記スリーブ（１５４）が：
貫通する開口部（１４８）を規定する表面を有する内側スリーブ（１５６）と；
当該内部スリーブ（１５６）を通る開口部（１４８）を規定する表面と位置合わせされた貫通する開口部（１４６）を規定する表面を有するスライドスリーブ（１５８）とを具え；
当該スライドスリーブ（１５８）は、前記内側スリーブ（１５６）にシールされ、それに対して回転して、前記インジェクタ（１１０）への流体流動を選択的に制限するように、前記内側スリーブを通る開口部（１４８）を規定する表面に対して前記スライドスリーブを通る開口部（１４６）を規定する表面の位置合わせを調整するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の回転式流体流動装置（２０）において：
貫通する開口部（１５９）を規定する表面を有する内側スリーブ（６２７）を具え；
当該内側スリーブ（６２７）の開口部（１５９）は流体が選択的に供給されることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１２に記載の回転式流体流動装置（２０）において、
前記第１のロータ内面（８６）が、フルスト円筒形（frusto-cylindrical）、円錐台形（frusto-conic）、および多面プリズムからなるリストから選択される幾何学的形状であることを特徴とする装置。
【請求項２２】
回転式流体流動装置（２０）であって：
ハウジング（５５）と；
当該ハウジング（５５）内のロータシャフト（６４）と、前記ハウジングの内面（１１４）に係合する静圧ベアリング（１３４）を有する外面とを有する第１のロータ（７６）と；
前記ロータシャフト（６４）に取り付けられたカラー（３８）とを具え；
当該カラー（３８）は、前記第１のロータ（７６）に軸方向に面する前面を有し；
前記カラー（３８）は、前記第１のロータ（７６）から軸方向反対側に向いた後面を有し；
前記カラー（３８）の前面に係合する前方自己補償静圧ベアリング（１１８）を具え；
当該前方自己補償静圧ベアリング（１１８）は、前記第１のロータ外面と前記ハウジング（５５）の内面（１１４）との間に前記静圧ベアリング（１３４）によって及ぼされる力を相殺することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の回転式流体流動装置（２０）がさらに：
前記カラー（３８）の後面に係合する後方自己補償静圧ベアリング（１２０）を具え；
当該後方自己補償静圧ベアリング（１２０）は、前記ハウジング（５５）によって部分的に規定された圧縮チャンバ（１４４）内の作動流体の圧力誘導力によって及ぼされる力を相殺するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の回転式流体流動装置（２０）がさらに：
前記第１のロータ（７６）を第２のロータ（２８）に機械的に接続するギア装置を具え；
前記カラー（３８）は前記ギア装置と協働して、前記第１のロータ（７６）を前記第２のロータ（２８）に対して割り出す（index）ことを特徴とする装置。
【請求項２５】
回転式流体流動装置（２０）において：
ハウジング（５５）と；
前記ハウジング（５５）内にロータシャフト（４０）を有する第１のロータ（７６）と；
前記ハウジングの内面（１１４）に係合する静圧ベアリング（１３４）を有する外面と；
前記ロータシャフト（４０）に取り付けられたカラー（３８）とを具え；
前記カラー（３８）は、前記第１のロータ（７６）に軸方向に面する前面を有し；
前記カラー（３８）は、前記第１のロータ（７６）から軸方向反対側に向いた後面を有し；
前記カラー（３８）の後面と係合する後方自己補償静圧ベアリング（４２１２０）を具え；
当該後方自己補償静圧ベアリング（４２１２０）は、チャンバ（１４４）内の作動流体の圧力誘起の力によってかかる力を相殺するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２６】
回転式流体流動装置（２０）において：
凸状フルスト球形の内側ハウジング面（１１４）を有するハウジング（５５）と；
前記内側ハウジング面（１１４）に隣接する凸状のフルスト球形の第１のロータ外面（６２）と、それらの間にバレー（８２）を形成する複数のローブ（７８）と；
前記第１のロータ外面（６２）の半径方向中心にある第１のロータ中心（７７）とを有する第１のロータ（７６）と；
フルスト球形の第２のロータ外面（３６）と、それらの間にバレーを形成する複数のローブと、前記第２のロータ外面（３６）の半径方向中心にある第２のロータ中心（７７）とを有する第２のロータ（２８）；
ギア装置であって：
前記第１のロータ（７６）に連結された第１のギア（３８Ｂ）と；
前記第２のロータ（２８）に連結された第２のギア（３８Ａ）と；
前記第１のギア（３８Ｂ）と係合する第３のギア（１２２Ｂ）と；
前記第３のギア（１２２Ｂ）および前記第２のギア（３８Ａ）と係合する第４のギア（１２２Ａ）とを有するギア装置とを具え；
したがって、前記ギア装置は、前記第１のロータ（７６）と第２のロータ（２８）との間で回転トルクを伝達することを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の回転式流体流動装置において、前記第３のギア（１２２Ｂ）および前記第４のギア（１２２Ａ）は共通のシャフト（１２６’）に固定され共に回転することを特徴とする装置。
【請求項２８】
静圧ベアリング（６２０）において：
少なくとも１つのベアリングポケット（２８４）を囲む第１の外側ベアリングランディング（２９０）と；
前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）のすぐ隣の当接面（６７１’）を有する当接構成要素（６７１）とを具え；
ここで、前記静圧ベアリング（６２０）は、前記当接構成要素（６７１）の当接面（６７１）に対して移動するように構成されており；
前記第１のベアリングランディングに囲まれた少なくとも１つの第１の流体ポート（２７０／３９４）を具え；
第１の流体ポート（２７０）は、ベアリングポケット（２８４）と表面（６７１’）との間の静圧ベアリング（６２０）を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
前記第１の流体ポート（２７０）を囲む制限部（restriction）を形成する少なくとも１つの第１のリストリクタランディング（２７２）と；
当該第１のリストリクタランディング（２７２）を囲む少なくとも１つの第１のリストリクタ溝（２７４）と；
前記当接面（６７１’）のすぐ隣の中間ランディング（２７６）とを具え；
当該中間ランディング（２７６）は前記第１のリストリクタ溝（２７４）を囲んでおり；
ベアリングポケット（２８４）と前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）は前記中間ランディング（２７６）を囲んでいることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３０】
請求項２８に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
前記第１の流体ポート（２７０）を囲む制限部を形成する少なくとも１つの第１のリストリクタランディング（２７２）と；
当該第１のリストリクタランディング（２７２）を囲む少なくとも１つの第１のリストリクタ溝（２７４）と；
前記当接面（６７１’）のすぐ隣の中間ランディング（２７６）とを具え；
前記中間ランディング（２７６）は前記第１のリストリクタ溝（２７４）を囲んでおり；
ベアリングポケット（２８４）と前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）は、前記中間ランディング（２７６）と向かい合っていることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３１】
請求項２８に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
前記第１の外側ベアリングランディングと正反対の第２の外側ベアリングランディング（２９０）を具え；
前記第２の外側ベアリングランディング（２９０）は少なくとも１つのベアリングポケット（２８４）を囲んでおり；
前記第２の外側ベアリングランディング（２７６）のすぐ隣の当接面（６７１’）を有する当接構成要素（６７１）と；
前記第２の外側ベアリングランディング２９０に囲まれた少なくとも１つの第１の流体ポート（２７０）と；
前記ベアリングポケット（２８４）と表面（６７１）との間の静圧ベアリング（６２０）を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成された第１の流体ポート（２７０）とを具えることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３２】
請求項３１に記載の静圧ベアリング（６２０）において、前記第２の外側ベアリングランディング（２９０）が、シャフトの表面の前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）に対して正反対であり横方向にオフセットされていることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３３】
請求項３２に記載の静圧ベアリング（６２０）において、前記第２の外側ベアリングランディング（２９０）がシャフトの表面上の前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）に対して正反対であり横方向にオフセットされて配置され、前記第２の外側ベアリングランディングは、シャフトの回転軸に対して、前記第１外側ベアリングランディングから半径方向に対向し横方向にオフセットされていることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３４】
請求項２８に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
前記第１の外側ベアリングランディングに横方向に隣接する第２の外側ベアリングランディング（２９０）と；
少なくとも１つのベアリングポケット（２８４）を囲む第２の外側ベアリングランディング（２９０）とを具え；
前記当接面（６７１’）は前記第２の外側ベアリングランディング（２７６）に直接隣接し；
前記第２のベアリングランディング（２９０）に囲まれた少なくとも１つの液体ポート（２７０）を具え；
当該流体ポート（２７０）は、前記ベアリングポケット（２８４）と表面（６７１’）との間の静圧ベアリング（６２０）を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成されていることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３５】
請求項２８に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
第２の流体ポート（２８６）を具え；
当該第２の流体ポート（２８６）は前記ベアリングポケット（２８４）と直接流体連通していることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３６】
請求項３５に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
第３の流体ポート（６０４）を具え；
当該第３の流体ポート（６０４）は、前記第１のリストリクタ溝（２７４）と直接流体連通していることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３７】
請求項２８に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）に対して正反対の第２の外側ベアリングランディングを具え；
当該第２の外側ベアリングランディング（２９０）は少なくとも１つのベアリングポケット（２８４）を囲んでおり；
前記第２の外側ベアリングランディング（２７６）のすぐ隣の当接面（６７１’）を有する当接構成要素（６７１）と；
前記第２の外側ベアリングランディング（２９０）に囲まれた少なくとも１つの第１の流体ポート（２７０）とを具え；
前記第１の流体ポート（２７０）は、前記第１のベアリングランディングに囲まれた流体ポート（２７０／３９４）と流体連通している第２の外側ベアリングランディング（２９０）によって囲まれていることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３８】
請求項２８に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
前記第１のロータ流体ポート（１０８）に設けられた毛管リストリクタ（３４８）を具えることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項３９】
請求項２８に記載の静圧ベアリング（６２０）がさらに：
前記毛管リストリクタ（３４８）に取り付けられた毛管（３４４）を具えることを特徴とする静圧ベアリング。
【請求項４０】
回転式流体流動装置（２０）において：
スライド一次ゲートアセンブリ（３１）であって、
第１のロータ（７６）のローブ（７８）とバレー（８２）、および第２ロータ（２８）のローブ（７８）とバレー（８２）によって部分的に規定されたチャンバ（１４４）を選択的に流体結合する排出プレナム（６６９）と、前記第１のロータ（７６）および前記第２のロータ（２８）の周りのハウジング（５５）の内面とを具えるスライド一次ゲートアセンブリ（３１）と；
前記チャンバ（１４４）と流体連通している排出ポート（１９７）と；
前記排出ポート（１９７）と排出プレナム（６６９）との間に選択的に流体連通を提供する一次ゲート（１７１）とを具えることを特徴とする装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記排出プレナム（６６９）が、前記第２のロータ（２８）に固定されたシャフト（４１）の内面を有することを特徴とする装置。
【請求項４２】
請求項４０に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記一次ゲート（１７１）が軸方向に前記排出プレナム（６６９）内に延びることを特徴とする装置。
【請求項４３】
請求項４０に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記一次ゲート（１７１）は前記ハウジング（５５）に固定されることを特徴とする装置。
【請求項４４】
回転式流体流動装置（２０）において：
少なくとも１つのローブ（７８Ｂ）と、少なくとも１つのバレー（８２Ｂ）と、回転軸（６３９）とを有する第１のロータ（７６）と；
少なくとも１つのローブ（７８Ａ）と、少なくとも１つのバレー（８２Ａ）と、前記第１のロータの回転軸からオフセットされこれと交差する回転軸（６３７）とを有する第２のロータ（２８）とを具え；
前記第１のロータのローブ、前記第２のロータのバレーが第１のロータチャンバ（１４４Ａ）を形成し；
前記第２のロータのローブ、前記第１のロータのバレーが第２のロータチャンバ（１４４Ｂ）を形成し；
前記第１のロータチャンバ（１４４Ａ）と前記第２のロータチャンバ（１４４Ｂ）との間に流体導管を形成する第１のロータ軸面（８３Ｂ）の溝（６６１）を具えることを特徴とする装置。
【請求項４５】
請求項４４に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記溝（６６１）によって形成された流体導管は断続的に封止されることを特徴とする装置。
【請求項４６】
請求項４４に記載の回転式流体流動装置（２０）がさらに、前記第２のロータ（２８）のバレー（８２Ａ）に排出ポート（１９７Ａ）を具えることを特徴とする装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の回転式流体流動装置（２０）において、前記排出ポート（１９７Ａ）と流体連通する流体導管（６６９）と、前記第２のロータ（２８）に固定されたシャフト（４１４１）とを具えることを特徴とする装置。
【請求項４８】
流体インジェクタ（１０９）であって：
外面（１２５）と；
当該外面（１２５）を通る流体導管を形成する流体インジェクタ穴（１２１）を規定する少なくとも１つの表面とを具え；
前記流体インジェクタ（１０９）は、インジェクタ脚部（１２８）から突出するフット表面（１１７）を有する少なくとも１つのインジェクタ脚部（１２８）を具え；
前記フット表面（１１７）は、前記インジェクタ穴（１２１）と整列した先細りの流体インジェクタ表面（１１９）に隣接し；
前記流体インジェクタ（１０９）は、前記流体インジェクタ穴（１２１）を通るように向けられた力が前記先細りの流体インジェクタ表面（１１９）にかかると、前記流体インジェクタ（１０９）を偏向させ、受容構成要素（９７）から前記流体インジェクタ（１０９）を解放するように構成されることを特徴とするインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
［０００１］本出願は、２０１７年１２月１３日に提出され、参照により本明細書に組み込まれる米国暫定出願番号６２／５９８，２６０の優先権を主張するものである。
【０００２】
［０００２］この開示は、エネルギーを変換する容積式装置、一例では、単一の回転方向に回転するロータを含み、ロータの作動チャンバに含まれる作動流体を変位させる容積式圧縮機に関する。一例では、回転式流体流動装置のロータは、構成を変えることなく回転的に可逆的であり得る。一例において本明細書に開示された装置は、単一ステージ圧縮アプリケーションにおいて高吐出圧力および高容積スループットと組み合わせて高圧縮比を達成する能力が特に有利である。前記回転式流体流動装置は、単一ステージにおいて、高圧入力および高容積スループットとともに、比較的高い膨張比を達成することができる。
【背景技術】
【０００３】
［０００３］多くの機械製品、例えばポンプ、圧縮機、または燃焼機関において、より広い動作範囲は、多くの場合、標準化のためにエンドユーザにとって有益であるとともに、より少ない、または１つの要素で実行できるようにして、複数の要素を購入する必要性が回避される。
【０００４】
［０００４］例として、天然ガス圧縮の場合、北米の輸送ラインでは、通常、圧力範囲は２００〜１５００で、通常は１平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）あたり最大１８００ポンドである。他の例では、圧力は１５００〜１９００ｐｓｉｇであり得る。他の例では、圧力は１９００ｐｓｉｇを超えることがある。天然ガスは、輸送される天然ガスの量を最大６００分の１に削減するために、往々にして輸送されるパイプラインを高圧で移動する。生産中の天然ガス田の抗井は、供給が減少するにつれて、最終的に圧力が低下すると予想される。したがって、多くの場合、生産のためにウェル内の天然ガスの圧力を高める必要がある。いくつかの例では、圧力は１１０倍以上高められる。この坑井圧力は、時間の経過とともに自然に望ましい排出ライン圧力を下回るので、流体流動装置（圧縮機など）を用いて高圧パイプラインへの圧力流を増大させる。場合によっては、流体流動装置（圧縮機など）を最初に取り付けたときの圧力ブースト（すなわち絶対入口圧力に対する絶対吐出圧力の比率）は、１に近い。
【０００５】
［０００５］絶対圧力は、ゲージ圧と大気圧の合計である。したがって、用途によっては、絶対入口圧力の１〜１１０倍以上の範囲にわたってガス圧を高められる圧縮機が求められる。現在、（例として）１５００ｐｓｉｇの高吐出圧力とともに高圧縮比の要件を満たすには、往復圧縮機に複数ステージを必要とし、いくつかの例では、往復圧縮機の前段に圧力をブーストするためのスクリュ圧縮機を組み合わせる。スクリュ圧縮機は、システム上流側の圧力を高めるために一般に使用される往復圧縮機と組み合わせて使用する場合、通常、最大吐出圧力が３５０ｐｓｉｇに制限される。
【０００６】
［０００６］圧力ブースト／圧縮の比率が高くなると気体温度が上昇することが知られているが、バルブや潤滑液などの一部の要素は、意図する動作のためにはより低い温度を必要とする。このため、圧縮機の吐出側の温度を制御することが業界で一般的に行われている。American Petroleum Institute（ＡＰＩ）コード６１８では、最大排出温度を３００Ｆ（１５０Ｃ）に制限することが推奨されている。往復圧縮機は、ステージ間でガスを中間冷却することによってこの温度を制御するが、スクリュ圧縮機は多くの場合単一ステージであり、この温度を制御するために液体オイルインジェクションを利用する。
【０００７】
［０００７］単一の圧縮ステージで高い圧縮率を達成するには、液体インジェクション冷却を利用するのが一般的である。そのような液体インジェクション冷却は、オイルフラッドスクリュ圧縮機の分野で知られている。「ウォーターハンマー」が構成要素に過剰なストレスを与え、故障の原因となる可能性があるという点で、往復圧縮機に液体冷却を用いることは業界の慣例ではない。「ウォーターハンマー」は、より一般的に「流体ハンマー」と呼ばれることもある。この用語は、動いている流体が強制的に停止したり方向を変えたりしたときに発生する圧力サージまたは波を表している。液体は気体よりも圧縮性が低いため、この圧力変化は、気体とは異なり液体に関して専ら懸念される。液体は一般に非圧縮性と考えられる。さらに、液体の密度が高いほど、耐圧性が高くなる。さらに、液体は一般に非圧縮性であるため、液体と気体で構成されるシリンダ内でピストンがストロークの終わりに到達すると、圧力スパイクが生じ得る。一部の例では、液体冷却は往復圧縮機の動作速度を低下させずに気体温度を制御するのに使用できないため、マルチステージ（複数のシリンダ）の圧縮が一般的に利用され、約４倍に圧力が高められた気体が連続する圧縮段階に入る前に熱交換器で冷却される。マルチステージ圧縮では、多くの場合、往復圧縮機が物理的に大きくなり、多くの構成要素が相互運用される。オイルフラッドスクリュ圧縮機は、高圧縮比に加えて高速（したがって、大容量）が評価されているが、スクリュ圧縮機は一般に、噛み合うロータ形状が強制的に離れて（ロータの偏向）、漏れが生じるため、効率的な吐出圧力能力に制約がある。このロータの偏向は、効率の低下と、ロータとハウジングが接触してデバイスの故障につながる可能性がある。
【０００８】
［０００８］オイルフラッドスクリュ圧縮機で３５０ｐｓｉｇを大きく超える吐出圧力で運転しようとすると、摩耗やその他の機械設計上の問題が発生し、装置の信頼性が低下するため、広く採用されていない。したがって、スクリュ圧縮機での高い吐出圧力の制約は、機械設計であって、単一ステージでの高吐出圧力と制御された温度での非常に高い圧縮比のアピールに対する追求または理解の欠如の結果ではない。そのような動作条件の既知のアピール例が、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，６７４，０５３号「High pressure compressor with controlled cooling during the compression phase」に提示され、ここでは「周囲温度から４０００ｐｓｉｇへの気体の単一ステージ圧縮の場合、気体温度は６００℃を超える。この温度は、圧縮機のバルブ、シール、その他の要素の望ましい動作温度を超える。外国製の材料の使用を避けるために、多くの場合にガスチャージを実質的に低い温度に維持することが望ましい。本書で実質的に使用される指示語は、指定されたものの大部分ではあるが必ずしもそうである必要はない。３０、４０、または８０対１の圧力比でガスを１ステージで圧縮することが望まれる場合、気体温度が過大となり単一ステージ圧縮の障害となっていた。」と記載されている
【０００９】
［０００９］オイルフラッドスクリュ圧縮機は、通常、冷却オイルを入口ポートに注入するが、多くの場合に実際の圧縮イベント中に冷却剤を注入するより効果的ではない。米国特許第３，８２０，９２３号「Single stage or multistage rotary compressor」で強調されているように、入口ポートに直接オイルを注入することは、圧縮チャンバに直接オイルを注入するほど効率的ではない。この特許はまた、最大効率のための圧縮の後段ステージでの噴霧インジェクションの利点を開示し、また、単一ステージでの８：１圧縮の例に言及している。
【００１０】
［００１０］米国特許第６，２６６，６６０Ｂ１号は、霧化液体冷却装置を開示しており、「圧縮熱を吸収する手段として液体を圧縮チャンバに噴霧する概念はよく知られており、当技術分野では一般に湿式圧縮と呼ばれる」とある。
【００１１】
［００１１］さらに、米国特許第２，２８０，８４５号「Air compressor system」で強調されているように、限られた時間枠（数千秒など）しかない場合は、表面積と体積の比が増加するため、霧化された小滴を使用して熱伝達を増大させることができる。米国特許第４，４７８，５５３号は、２〜１０ミクロンの優先的な液滴サイズを開示する。米国特許出願ＵＳ２０１１／０２０４０６４Ａ１は、１００ミクロン未満の好ましい液滴サイズを開示する。特許「Atomizing device」ＵＳ２００３０１２２２６６Ａ１は、潜在的に大きな冷却効率のために、ガス流の流れ方向に少なくとも部分的に逆に冷却オイルを噴射することを開示する。
【００１２】
［００１２］圧縮熱を吸収する手段として圧縮および膨張チャンバに霧状にされた液体流体を利用するほぼ等温の圧縮および膨張のコンセプトが、米国特許第４，９８４，４３２号に開示されており、プロセスで熱交換器を利用している。
【００１３】
［００１３］例として、圧縮機の動作範囲が広い場合、許容できる低圧から高圧の吸入圧力の範囲（大気圧より下から２０００ｐｓｉｇまで）、許容できる低圧から高圧の吐出圧力の範囲（大気圧付近から２０００ｐｓｉｇまで）、および許容できる低から高の圧縮比の範囲（約１：１から８０：１以上）だけでなく、圧縮機シャフトに対するドライブシャフトの速度を調整する必要性を最小化または排除しつつ、既知の電気やエンジンドライバに適切なように、さまざまな速度範囲（すなわち、約０ＲＰＭから３６００ＲＰＭ以上）が含まれる。
【００１４】
［００１４］２００〜２０，０００ｒｐｍの範囲の速度で動作する圧縮機が市場に存在し、特定の速度に限定されない圧縮機がより広い潜在的な市場機会を持ち、速度能力が大きいほど、所定のサイズと重量の圧縮機の潜在的なスループットが大きくなることが、当業者には自明であろう。
【００１５】
［００１５］当業者は、等温圧縮／膨張を多くのアプリケーションで最も有望なプロセスと考え、多くの研究者や発明者が数十年にわたって当技術分野で知られている概念でこの目標を達成するためにさまざまな方法を試みてきたが、高い機械的オーバーヘッド、機器コスト、限られた動作範囲、非実用的な設計を含むさまざまな理由で商業的に実現されていない。
【００１６】
［００１６］したがって、本発明の目的は、費用効果が高く、ほぼ等温の圧縮機および／または膨張機である。
【００１７】
［００１７］本発明のさらに別の目的は、機械的オーバーヘッドが比較的低い、ほぼ等温の圧縮機および／または膨張機である。
【００１８】
［００１８］本発明のさらに別の目的は、非常に広い動作範囲を持つほぼ等温の圧縮機および／または膨張機である。
【発明の概要】
【００１９】
［００１９］前述の例は、単一ステージで高い圧縮比（例として８０：１以上）と高い吐出圧力（例として最大４，０００ｐｓｉｇ以上）の組み合わせが望まれており、高圧縮比からの吐出温度の制御（すなわち＜２５０℃）は、圧縮チャンバへ直接、および圧縮後期段階での冷却液の直接霧化による液体冷却によって実現可能である。
【００２０】
［００２０］本明細書で使用される「等温（isothermal）」という語は、圧縮または膨張プロセスを受けるガスの量への、またはそこからの意図的な熱伝達を通じて効率の向上または他のエネルギー的利益を引き出す非断熱の圧縮または膨張プロセスを指す。
【００２１】
［００２１］いくつかのアプリケーションでは、単一ステージで非常に高い圧縮比と高い吐出圧力を組み合わせて広い速度範囲で動作できる圧縮機が望まれる。スクリュ圧縮機（３５０ｐｓｉｇよりはるかに高い吐出圧力での信頼性の高い動作）と往復圧縮機の設計上の制約（ハイドロロックのために液体冷却ができない）はよく知られている。高流量の従来技術の設計構造と、高吐出圧力およびインジェクション冷却とを組み合わせ、天然ガス産業にすでにあるさまざまな速度と生産シナリオをもつ商用天然ガス圧縮機の欠如は、主に信頼性、安全性、効率、負荷容量、および構成要素の長い寿命の機械的制約に帰するものであった。
【００２２】
［００２２］回転式容積装置を形成する円錐台形状は、例えば米国特許番号８５６２３１８Ｂ１に開示された作動流体のような液体と組み合わせて、高いポンピング流量と圧縮比の可能性がある。高い圧縮比を有する多段ポンプは、０．５％以上の作動流体の液体注入分率が可能である。円錐台形状の他の特徴は、米国特許第６，４９７，５６４Ｂ２号に開示されている高速かつ高圧縮比の機能であり、この実施例の１つでは「これは、高圧縮比の高速回転ロータに特に有利である」と記載されている。
【００２３】
［００２３］本明細書で使用されるフルスト（frusto）という語は、幾何学的形状または面の一区画または部分を定義するために使用される。例えば、フルスト球面（frusto-spherical surface）という用語は、球上にある表面を定義し、球全体の一部だけではない。換言すると、フルストという語は、本明細書では、固体の表面の一部を定義するために使用される。例えば、ロータの外面を指すときのフルスト球という用語は、球上にある表面を定義する。球面の複数領域が削除されており、したがって表面は連続した球を形成しない。同様に、フルスト円筒面（frusto-cylinderical surface）は円筒上にある面であり、円錐台面（frusto-conical surface）は円錐上にある面である。
【００２４】
［００２４］一実施例において本明細書に開示されている回転式流体流動装置は、一般に、ロータ圧縮機を含むガスまたは蒸気の「作動流体」の圧縮システムを対象とする。したがって、「回転式流体流動装置」および「圧縮機」という用語は、同じ装置を示すために互換的に使用される。「オイル」は一般に、単一ステージでほぼ等温の圧縮または膨張プロセスを達成するための「冷却剤」として使用される。したがって、「冷却剤」および「オイル」という語は本開示において互換可能であり、どちらも作動流体よりも高い熱容量を有し、したがって圧縮または膨張プロセス中の作動流体の温度に影響を与える冷却流体またはベアリング液を表す。一例では、冷却流体は水であり、ベアリング液はオイルである。別の例では、冷却流体とベアリング液の両方が流体であり、これはオイルであり得る。回転式流体流動装置に入る前の冷却流体の温度は、回転式流体流動装置に入る作動流体よりも低いか、高いか、または同じ温度である。一実施例の圧縮機は、ハウジングとハウジングカバーとを具え、それぞれ一例では、非平行な交差軸を有するボアを含み、ドライバロータアセンブリおよびアイドラロータアセンブリを取り付け、ハウジングの端部を閉鎖する。一例では、ドライバロータおよびアイドラロータは、同一線上からずれて交差する回転軸を有する。一例では、ドライバロータおよびアイドラロータは、フルスト球形である半径方向外側面を有する。一例では、ドライバロータ回転軸、アイドラロータ回転軸、ドライバロータの半径方向中心、およびアイドラロータの半径方向中心の交点は、空間内の同じ点である。ドライバロータまたはドライバロータという語は、外力によって回転するように動力供給される１つまたは複数のロータを定義する。アイドラロータの語は、ドライバロータを介して回転力が提供される１つまたは複数のロータを定義する。噛合ロータが、ロータ軸を中心に回転するように取り付けられ、隣接するフルスト球内面と協働して、それらの間に圧縮チャンバを規定する。ハウジングの表面は、低圧作動流体の吸入ガスまたは蒸気を入口ポートに供給して圧縮チャンバ内で圧縮するために、噛合ロータへと圧縮チャンバおよび構成要素への圧縮機開口部内の低圧入口ポートと高圧吐出ポートを規定する。一例におけるアイドラロータアセンブリおよびドライバロータアセンブリは、それぞれ、以下により詳細に定義されるハイブリッドベアリング表面を具えるベアリングカラーを含む。熱膨張を考慮するための調整システム、およびギア装置を介して噛み合ったギアの歯も開示されている。一例におけるカラーは、複数チャンバに供給するポートを具える圧縮チャンバと直接隣接していてもよい。一例では、ハイブリッドベアリングは、ギアが高圧ガス中のままにある間、すぐ隣のギアキャビティに流体出口を有し得る。これらのアセンブリのそれぞれの外側のフルスト球形のロータ表面は、多次元（非平面）自己補償ハイブリッドベアリングを具え、隣接するチャンバへの流体出口により、負荷容量ベアリングを最大化しながら、作動流体の漏れ損失と寄生損失を最小化または排除する。
【００２５】
［００２５］一例における各ロータシャフトは、円筒形ローラベアリングと組み合わせて使用され得る、フルスト球形ハイブリッドベアリング、円筒形ハイブリッドベアリング、およびスラストハイブリッドベアリングを介して安定化される。一例では、円筒形および／またはスラストハイブリッドベアリングは、流体力学効果からのラジアル、スラストおよび曲げモーメント荷重に抵抗する追加の機能を提供するように構成された新規な自動調整静圧ベアリングを具える。内側のフルスト球形ボールの流体圧力を調整して、ハイブリッドベアリングの性能を最適化することができる。一例では、アイドラロータアセンブリは、スライドシールリングアセンブリを具え、０〜１１０倍以上の潜在的な圧力比を生成し、圧縮機を停止することなく０〜１００％の流量減少調整を効率的に提供する。一実施例のアイドラロータアセンブリとドライバロータアセンブリはそれぞれ、チャンバのすぐ隣の取り外し可能な構成要素を具え、それにより長手方向に離れた噛み合ったマルチローブロータの内側のフルスト球面で生じ得る漏れを最小化または排除する。アイドラロータアセンブリの取り外し可能なアセンブリは、アイドラロータシャフトを介して供給される冷却流体の大容量の噴霧インジェクタを含み、これにより、作動流体が圧縮され、圧縮チャンバがすぐ隣の静止ハウジングに対して回転するのに伴って圧縮チャンバに導入される霧化液滴噴霧パターンが生成される。静止の語は、動かない基準フレームとして定義され、例えばハウジングは固定された基準フレームを規定するため静止として定義され得るが、このハウジングは、輸送などのために力で移動され得ることを理解されたい。アイドラロータアセンブリは、冷却流体の流量をほぼ０から１００％の流量に調整し、圧縮チャンバへの噴射の開始と終了を変更することができる負荷平衡回転バルブを具える。一例では、ドライバロータアセンブリは、可動部品がなく、同様の機能を有する固定の凹んだ冷却流体通路（coolant fluid galleries）を具える。一例では、流体通路には、独立して流体が供給される。一例では、新規な大容量霧化流体インジェクタが、ハウジングの構成要素ではなく吸気管の取り外しのみで取り外し可能である。
【００２６】
［００２６］回転式流体流動装置は、動力が供給されているときに圧縮機として使用し、および／または膨張機として使用するときに駆動シャフトに力を供給するのに使用することができる。動作範囲は、圧縮と拡張の両方が可能な現在のユニットの数倍になり得るため、このテクノロジーは圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）アプリケーションに最適である。エジェクタ技術を、ブースター圧縮機として動作する回転式流体流動装置の上流で用いて、使用容量スループットの柔軟性を高めることができる。このようにして、源泉の炭化水素液および／または水の便利な導入を、新規のマルチステージ圧縮機に導入することができる。
【００２７】
［００２７］これらおよび他の目的が、本書に開示される本発明の利点および特徴とともに、以下の説明、添付の図面、および特許請求の範囲を参照することによって明らかになるであろう。さらに、本明細書に記載された様々な実施例の構成は相互に排他的ではなく、様々な組み合わせおよび順列で存在し得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
図中の同様の参照符号は、概して、異なる図を通して同じ部品を指す。
【図１】図１は、開示された流体流動装置の一例の側面図である。
【図２】図２は、図１に示す例の断面線２−２に沿った切り取り上面図である。
【図３】図３は、図１に示す例のハウジング構成要素およびインデックスギアの等角図である。
【図４】図４は、内部要素を示すためにいくつかのハウジング構成要素を取り除いた、図１に示す例の等角図である。
【図５】図５は、図４に示す例の上面図である。
【図６】図６は、いくつかの内部要素を示すためにいくつかの構成要素を取り除いた、図１に示す例の等角図である。
【図７】図７は、図６に示す例の上面図である。
【図８】図８は、図１に示す例のいくつかの内側構成要素の正面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図８に示す例の断面線８Ａ−８Ａに沿った断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８の断面線８Ｂ−８Ｂに沿った断面図である。
【図９】図９は、図１に示す例の側面図であり、第１の回転位置にあるロータを用いて作動流体および冷却流体の流れを導くように構成された内側構成要素を示すためにいくつかの構成要素が取り外されている。
【図１０】図１０は、図９に示す例の上面図である。
【図１１】図１１は、図９に示す反対側から見た側面図である。
【図１２】図１２は、図１に示す例の側面図であり、第２の回転位置にあるロータで作動流体および冷却流体の流れを導くように構成された内側構成要素を示すためにいくつかの構成要素が取り除かれている。
【図１３】図１３は、図１２に示す例の上面図である。
【図１４】図１４は、図１２に示す反対側から見た側面図である。
【図１５】図１５は、図１に示す例の側面図であり、ロータを第３の回転位置にして作動流体および冷却流体の流れを導くように構成された内側構成要素を示すためにいくつかの構成要素が取り外されている。
【図１６】図１６は、図１５に示す例の上面図である。
【図１７】図１７は、図１５に示す反対側から見た側面図である。
【図１８】図１８は、図１に示す例の側面図であり、ロータを第４の回転位置にして作動流体および冷却流体の流れを導くように構成された内側構成要素を示すためにいくつかの構成要素を取り除いている。
【図１９】図１９は、図１８に示す例の上面図である。
【図２０】図２０は、図１８に示す反対側から見た側面図である。
【図２１】図２１は、図１に示す例の立面図であり、ロータが第１の回転位置にある作動流体および冷却流体の経路を示すためにいくつかの構成要素が取り除かれている。この図は、冷媒インジェクション制御機能と、バイパス、容量制御、および吐出比制御のために移動するゲートを示している。
【図２２】図２２は、図２１に示す例の上面図である。
【図２３】図２３は、図２１に示す例の反対側から見た立面図である。
【図２４】図２４は、図１に示す例の立面図であり、第１の回転位置にあるロータで作動流体および冷却流体の流れを方向付けるように構成された構成要素を示すためにいくつかの構成要素が取り除かれている。
【図２５】図２５は、図２４に示す例の上面図である。
【図２６】図２６は、図２４に示す例の反対側から見た立面図である。
【図２７】図２７は、図１に示す例の立面図であり、第１の回転位置にあるロータで作動流体および冷却流体の流れを方向付けるように構成された構成要素を示すためにいくつかの構成要素が取り除かれている。
【図２８】図２８は、図２７に示す例の上面図である。
【図２９】図２９は、図２７に示す例の反対側から見た立面図である。
【図３０】図３０は、図１に示す例の立面図であり、第１の回転位置にあるロータで作動流体および冷却流体の流れを導くように構成された構成要素を示すためにいくつかの構成要素が取り除かれている。
【図３１】図３１は、図３０に示す例の上面図である。
【図３２】図３２は、図３０に示す例の反対側から見た立面図である。
【図３３】図３３は、いくつかの構成要素が取り除かれた、図１に示す例の上面図である。
【図３４】図３４は、図３３の断面線３４−３４に沿った断面図である。
【図３５】図３５は、図１に示す例の側面図であり、作動流体の流れを方向付けるように構成された構成要素を示すためにいくつかの構成要素を取り除いている。
【図３６】図３６は、断面線３６−３６に沿った図３５の断面図である。
【図３７】図３７は、図１に示す例のいくつかの構成要素の分解隠線図である。
【図３８】図３８は、図１に示す例のいくつかの構成要素の分解隠線図である。
【図３９】図３９は、図１に示す例のいくつかの内側構成要素の分解図である。
【図４０】図４０は、全球体を有する、図３９に示される内側フルスト球面の例を示す分解拡大図である。
【図４１】図４１は、図４０に示す例の別の図である。
【図４２】図４２は、ロータの半径方向中心に部分的なフルスト球面を有するロータの一例を示す分解立面図である。
【図４３】図４３は、図４２に示す例の正面図である。
【図４４】図４４は、調整可能な構成要素を具える、図４３に示される内側フルスト球面の例を示す分解図である。
【図４５】図４５は、図４４の断面線４５−４５に沿った断面図である。
【図４６】図４６は、調整可能な構成要素を具える、内側フルスト球面の別の例を示す分解図である。
【図４７】図４７は、図４６の断面線４７−４７に沿った断面図である。
【図４８】図４８は、図４６に示す例の立面図である。
【図４９】図４９は、図４８の断面線４９−４９に沿った断面図である。
【図５０】図５０は、図３９に示す例のアイドラインサート／ドライバインサート構成要素の例を示す分解図である。図３９の例は実質的に円筒形（図２を参照）であり、図５０では実質的に円錐形である（図５２を参照）。
【図５１】図５１は、図５０に示す例の正面図である。
【図５２】図５２は、図５１の断面線５２−５２に沿った断面図である。
【図５３】図５３は、多面幾何学的外面のセグメントを具える、図３９に示すアイドラインサートまたはドライバインサートの例を示す分解図である。
【図５４】図５４は、図５３に示す例の正面図である。
【図５５】図５５は、図５４の断面線５５−５５に沿った断面図である。
【図５６】図５６は、図１に示す例の背面図である。
【図５７】図５７は、図１に示す例の反対側から見た側面図である。
【図５８】図５８は、図１に示す例の正面図である。
【図５９Ａ】図５９Ａは、図５８の断面線５９Ａ−５９Ａに沿った断面図である。
【図５９Ｂ】図５９Ｂは、図５８の断面線５９Ｂ−５９Ｂに沿った断面図である。
【図５９Ｃ】図５９Ｃは、図５８の断面線５９Ｂ−５９Ｂに沿った断面図である。
【図５９Ｄ】図５９Ｄは、図５８の断面線５９Ｄ−５９Ｄに沿った断面図である。
【図６０Ａ】図６０Ａは、図５６の断面線６０Ａ−６０Ａに沿った断面図である。
【図６０Ｂ】図６０Ｂは、図５６の断面線６０Ｂ−６０Ｂに沿った断面図である。
【図６０Ｃ】図６０Ｃは、図５６の断面線６０Ｃ−６０Ｃに沿った断面図である。
【図６１】図６１は、図１に示す例のいくつかの内側構成要素の側面／隠線図である。
【図６２】図６２は、図６１の断面線６２−６２に沿った切り取り陰線図である。
【図６３】図６３は、図６１の断面線６３−６３に沿った切り取り陰線図である。
【図６４】図６４は、図６１に示す構成要素の正面／隠線図である。
【図６５】図６５は、図６４の断面線６５−６５に沿った断面図である。
【図６６】図６５に示す構成要素の１つの側面図である。
【図６７】図６７は、図６６の断面線６７−６７に沿った断面図である。
【図６８】図６８は、ロータから取り外した、図６６に示す例の他の例を示す側面図である。
【図６９】図６９は、図６８の断面線６９−６９に沿った断面図である。
【図７０Ａ】図７０Ａは、図１に示す内部構成部品の一例を示す非常に概念的な上面図であり、ローブの数が異なるアイドラ／ドライバロータに望まれるように、アイドラ／ドライバロータシャフトに異なる回転速度で適用可能なインデックスギア構成を含む。
【図７０Ｂ】７０Ｂは、別のインデックスギア構成の一例を示す非常に概略的な上面図である。
【図７０Ｃ】図７０Ｃは、インデックスギア構成の別の例を示す非常に概略的な上面図である。
【図７１Ａ】図７１Ａは、対向するベアリングポケットを有する新規なベアリングの一例の等角図である。
【図７１Ｂ】図７１Ｂは、対向するベアリングポケットを有する新規なベアリングの別の例の等角図である。
【図７１Ｃ】図７１Ｃは、図７１Ａに示す例の上部の隠線／上面図であり、追加の構成要素が示されている。
【図７１Ｄ】図７１Ｄは、図７１Ｃの断面線７１Ｄ−７１Ｄに沿った断面図である。
【図７２Ａ】図７２Ａは、対向するベアリングポケットのない、新規開示されたベアリングの一例の等角図である。
【図７２Ｂ】図７２Ｂは、対向するベアリングポケットのない、新規開示されたベアリングの別の例の等角図である。
【図７３】図７３は、図１の半径方向荷重に抵抗するように構成されたシャフトハイブリッドベアリングの例を示す分解隠線図である。
【図７４】図７４は、図７３に示す構成要素の側面隠線図である。
【図７５】図７５は、図７４の断面線７５−７５に沿った断面陰線図である。
【図７６】図７６は、図７３に示す構成要素の１つの正面隠線図である。
【図７７】図７７は、図７６に示す構成要素の側面／隠線図である。
【図７８】図７８は、図１のシャフトとスラストハイブリッドベアリングを組み合わせた例を示す分解／隠線図である。
【図７９】図７９は、図７８に示す構成要素の側面隠線図である。
【図８０】図８０は、図７９の断面線８０−８０に沿った断面図である。
【図８１】図８１は、図７８に示す構成要素の正面図である。
【図８２】図８２は、図８１に示す構成要素の側面図である。
【図８３】図８３は、半径方向、軸方向、および曲げモ−メントの荷重に抵抗するように構成されたシャフトとスラストハイブリッドベアリングを組み合わせた、図１の後部または前部シリンダの例を示す分解図である。
【図８４】図８４は、半径方向、軸方向、および曲げモーメントの荷重に抵抗するように構成されたシャフトとスラストハイブリッドベアリングを組み合わせた、図１の後部または前部シリンダの例を示す分解／等角図である。
【図８５】図８５は、図８３に示すいくつかの構成要素の分解図である。
【図８６】図８６は、図８３に示すいくつかの構成要素の隠線図である。
【図８７】図８７は、図８６の断面線８７−８７に沿った断面図である。
【図８８】図８８は、図８６に示す構成要素の正面図である。
【図８９】図８９は、図８８の断面線８９−８９に沿った断面図である。
【図９０】図９０は、図８８の断面線９０−９０に沿った断面図である。
【図９１】図９１は、図８８の断面線９１−９１に沿った断面図である。
【図９２】図９２は、図８８の断面線９２−９２に沿った断面図である。
【図９３】図９３は、図８５に示す３つの構成要素の正面／隠線図である。
【図９４】図９４は、図８Ａ−８Ｂに示す構成要素のいくつかの一例の正面図である。
【図９５】図９５は、図９４の断面線９５−９５に沿った断面図である。
【図９６】図９６は、図９５の領域９６の拡大図である。
【図９７】図９７は、図９５に示される構成要素のうちの１つの等角図である。
【図９８】図９８は、図８Ａ−８Ｂに示されるいくつかの構成要素の例を示す正面図である。
【図９９】図９９は、図９８の断面線９９−９９に沿った断面図である。
【図１００】図１００は、図９９の領域１００の拡大図である。
【図１０１】図１０１は、図９９に示す構成要素のうちの１つの等角図である。
【図１０２】図１０２は、開示された回転式流体流動装置の別の例の側面図である。
【図１０３】図１０３は、断面線１０３−１０３に沿った、図１０２に示す例の断面図である。
【図１０３Ａ】図１０３Ａは、図１０３の領域１０３Ａの拡大図である。
【図１０３Ｂ】図１０３Ｂは、図１０３の領域１０３Ｂの拡大図である。
【図１０３Ｃ】図１０３Ｃは、図１０３の領域１０３Ｃの拡大図である。
【図１０３Ｄ】図１０３Ｄは、図１０３の領域１０３Ｄの拡大図である。
【図１０３Ｅ】図１０３Ｅは、図１０３の領域１０３Ｅの拡大図である。
【図１０４Ａ】図１０４Ａは、図１０２に示す例の上面／分解図である。
【図１０４Ｂ】図１０４Ｂは、図１０２に示されるいくつかの構成要素の上面図である。
【図１０５】図１０５は、吸気接続部に対して垂直に取られた、図１０２に示す例の後部上面図である。
【図１０６】図１０６は、図１０２に示す例の上面図である。
【図１０７】図１０７は、図１０６に示す例の断面線１０７−１０７に沿った断面図である。
【図１０８Ａ】図１０８Ａは、高容積スル−プットを実現するように構成された構成要素を有する、図１０６に示す例の断面線１０８Ａ−１０８Ａに沿った断面図である。
【図１０８Ｂ】図１０８Ｂは、容積スル−プットの低減および／または完全なバイパスを実現するように構成された構成要素を有する、図１０６に示す例の断面線１０８Ｂ−１０８Ｂに沿った断面図である。
【図１０９】図１０９は、図１０６に示す例の断面線１０９−１０９に沿った断面図である。
【図１１０】図１１０は、図１０６に示す例の断面線１１０−１１０に沿った断面図である。
【図１１１】図１１１は、図１０６に示す例の断面線１１１−１１１に沿った断面図である。
【図１１２】図１１２は、図１０６に示す例の断面線１１２−１１２に沿った断面図である。
【図１１３】図１１３は、図１０２に示すいくつかの構成要素の上面／分解図である。
【図１１４】図１１４は、図１１３に示されるいくつかの構成要素の等角図である。
【図１１５】図１１５は、図１１３に示されるいくつかの構成要素の等角／分解図である。
【図１１６】図１１６は、図１１５に示される流体インジェクタ構成要素の等角図である。
【図１１７】図１１７は、図１１６に示される流体インジェクタ構成要素を取り外すために１つのステップで利用されるツ−ルの例の等角図である。
【図１１８】図１１８は、図１１６に示す流体インジェクタ構成要素に挿入された図１１７のツ−ルの等角図である。
【図１１８Ａ】図１１８Ａは、図１１７に示される流体インジェクタ取り外しツールを含む、図１０２に示すいくつかの構成要素の側面図である。
【図１１８Ｂ】図１１８Ｂは、図１１８Ａに示す例の断面図である。
【図１１８Ｃ】図１１８Ｃは、図１１８Ｂの領域１１８Ｃの拡大図である。
【図１１９】図１１９は、図１０２に示す例の側面図であり、作動流体の流れを第１の回転位置にあるロータで方向付けるように構成された内側構成要素を示すためにいくつかの構成要素が取り外されている。
【図１２０】図１２０は、図１１９に示す例の上面図である。
【図１２１】図１２１は、図１１９に示す反対側から見た側面図である。
【図１２２】図１２２は、図１０２に示す例の側面図であり、作動流体の流れを第２の回転位置にあるロータで方向付けるように構成された内側構成要素を示すためにいくつかの構成要素を取り除いている。
【図１２３】図１２３は、図１２２に示す例の上面図である。
【図１２４】図１２４は、図１２２に示す反対側から見た側面図である。
【図１２５】図１２５は、図１０２に示す例の側面図であり、作動流体の流れを第３の回転位置にあるロータで方向づけるように構成された内側構成要素を示すためにいくつかの構成要素が削除されている。
【図１２６】図１２６は、図１２５に示す例の上面図である。
【図１２７】図１２７は、図１２５に示す反対側から見た側面図である。
【図１２８】図１２８は、図１０２に示す例の側面図であり、作動流体の流れを第４の回転位置にあるロータで方向づけるように構成された内側構成要素を示すためにいくつかの構成要素を具えた削除されている。
【図１２９】図１２９は、図１２８に示す例の上面図である。
【図１３０】図１３０は、図１２８に示す反対側から見た側面図である。
【図１３１】図１３１は、図１１９に示す例の断面線１３１−１３１に沿った断面図である。
【図１３２】図１３２は、図１２２に示す例の断面線１３２−１３２に沿った断面図である。
【図１３３】図１３３は、図１２５に示す例の断面線１３１−１３１に沿った断面図である。
【図１３４】図１３４は、図１２８に示す例の断面線１２８−１２８に沿った断面図である。
【図１３５】図１３５は、図１１９に示す例の断面線１３５−１３５に沿った断面図である。
【図１３６】図１３６は、作動流体の流れを方向付けるように構成された、図１１４に示す構成要素の等角図である。
【図１３７】図１３７は、図１０２に示す例の側面図であり、冷却流体の流れおよびハイブリッドベアリングの実施例「Ｅ」、「Ｆ」および「Ｇ」を示すためにいくつかの構成要素が取り除かれている。
【図１３８】図１３８は、図１３７に示されている構成要素の側面／隠線図である。
【図１３９】図１３９は、図１３７に示す例の等角図であり、構成要素の後部を示す。
【図１４０】図１４０は、図１３９に示す構成要素の等角／隠線図である。
【図１４１】図１４１は、図１３７に示す例の等角図であり、構成要素の前面を示す。
【図１４２】図１４２は、図１４１に示す構成要素の等角／隠線図である。
【図１４３】図１４３は、図１０２に示す例の側面図であり、冷却流体の流れとハイブリッドベアリングの実施例「Ｈ」、「Ｉ」、「Ｊ」を示すためにいくつかの構成要素が削除されている。
【図１４４】図１４４は、図１４３に示す構成要素の側面／隠線図である。
【図１４５】図１４５は、図１４３に示す例の等角図であり、構成要素の後部を示す。
【図１４６】図１４６は、図１４５に示す構成要素の等角／隠線図である。
【図１４７】図１４７は、図１４３に示す例の等角図であり、構成要素の前部を示す。
【図１４８】図１４８は、図１４７に示す構成要素の等角／隠線図である。
【図１４９】図１４９は、対向するベアリングポケットのない、新規に開示されたベアリングの別の例の等角図である。
【図１５０】図１５０は、開示された回転式流体流動装置の別の例の側面図である。
【図１５１】図１５１は、図１５０に示す例の断面線１５１−１５１に沿った断面図である。
【図１５２】図１５２は、図１５０に示す例の側面図であり、冷却流体の流れおよびハイブリッドベアリングの例を示すためにいくつかの構成要素が除去されている。
【図１５３】図１５３は、図１５２に示す構成要素の側面／隠線図である。
【図１５４】図１５４は、図１５２に示す例の等角図であり、構成要素の後部を示す。
【図１５５】図１５５は、図１５４に示す構成要素の等角／隠線図である。
【図１５６】図１５６は、図１５２に示す例の等角図であり、構成要素の前部を示す。
【図１５７】図１５７は、図１５６に示す構成要素の等角／隠線図である。
【図１５８】図１５８は、図１５０に示す例の側面図であり、冷却流体の流れとハイブリッドベアリングの実施例を示すためにいくつかの構成要素が削除されている。
【図１５９】図１５９は、図１５８に示す構成要素の側面／隠線図である。
【図１６０】図１６０は、図１５８に示す例の等角図であり、構成要素の後部を示す。
【図１６１】図１６１は、図１６０に示す構成要素の等角／隠線図である。
【図１６２】図１６２は、図１５８に示す例の等角図であり、構成要素の前面を示す。
【図１６３】図１６３は、図１６２に示す構成要素の等角／隠線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［００２８］本開示には、動力対質量比が高く、動作範囲が広く、製造コストが低い回転容積式装置のいくつかの実施形態が含まれる。この装置は、一例では、例示的な圧縮機を構成する。
【００３０】
［００２９］説明を補助し、文章を短くするために、構成要素の特定の実施例には、より一般的な例の特定例を示すアルファベットのサフィックスが付される。例えば、ロータローブは一般に７８と符号付けされ、アイドラロータ２８の特定のローブ７８は７８Ａと符号付けされ、ドライバロータ７６の特定のローブは７８Ｂと符号付けされる。いくつかの実施例では、特定の符号が図面に示され、明細書中に一般的な符号がこの特定例および均等物を示すのに用いられる。
【００３１】
［００３０］背景を提供するために、多くのタイプの圧縮機の設計が知られている。このような圧縮機の設計には、容積式、動的およびハーメチックシール、オープンまたはセミハーメチックが含まれる。容積式の圧縮機は、通常、往復または回転スクリュであるが、他の例には、イオン液体ピストン、回転翼、ローリングピストン、スクロールまたはダイアフラム圧縮機が含まれる。
【００３２】
［００３１］本明細書に開示されるいくつかの回転式流体流動装置／圧縮機２０は、回転ローブ容積式設計のものである。これらの回転ローブ容積式装置は、２つの回転ロータによって形成される。一実施例では、ロータの回転軸は線形からオフセットし、交差する場合がある。各回転ロータは、ローブ（lobe、山）とバレー（valley、谷）を有する面を具える。１つのロータのこれらのローブとバレーは、対向するロータのバレーとローブと噛み合い、互いにおよびハウジング５５Ａ／５５Ｂの隣接する内側フルスト球面（inner frusto−spherical surfaces）と共同で（図１／図１０２）、ロータ対の回転に伴って容積が変化するチャンバを規定する。一実施例では、ロータの回転軸の交差は、ハウジング５５Ａのフルスト球面１１４の中心７７で交差する。
【００３３】
［００３２］一例では、ハウジング５５Ａ内の２つの回転ロータ２８／７６を有するそのような圧縮機が開示されている。そのような圧縮機の一例では、第１のロータ７６は、動力駆動シャフト６４に取り付けられた駆動元（ドライバ）であり、第２のロータ（アイドラ）２８は、駆動シャフト６４に連結されたギアを介して回転させられるか、ロータ面８４Ｂ／８４Ａ（図３９）を介して加えられた力によって回転される。一例では、図１〜２に示すように、ハウジング５５Ａは、ベース５８とカバ−５６を有し、それぞれは、図２に示すように、非平行交差軸６３７および６３９を有するボアを含む。ハウジング５５Ａは、ロータ２８／７６の半径方向外面３６／６２に隣接するフルスト球形の内向き面１１４を具える。一例では、各ロータ２８／７６は、一例ではキャビティ（フルスト球状ハウジング表面）内で終端するシャフト６４／４０に取り付けられるか、またはその一部として形成され、ドライバロータの軸とアイドラロータの回転軸は一例では互いに角度をなし、両方のロータ２８／７６のフルスト球面３６、６２の中心７７は、キャビティ１１４’を規定するフルスト球面１１４の中心にある。ドライバロータとアイドラロータは、対向する面（ローブとバレー）で互いに噛み合い、共通の中心に半径方向に隣接するチャンバを規定する。図６〜８Ａに示す実施例では、ローブ７８とバレー８２は、「インボリュ−ト曲線」を用いて形成されている。参照により本書に組み込まれる米国特許第９，３１６，１０２号は、インボリュ−ト曲線を使用してロータを形成する方法を詳細に説明している。ロータのローブとバレーの代替例が、米国特許第６，７０５，１６１号に示されている。一実施例における吸気・排気用のポートは、一般に、ハウジングに対するチャンバの位置に合わせて構成される。この例では、吸入ポートと排出ポートがそれぞれ１つずつ示されている。容量制御などのために、さらなる吸入ポートを追加することができる。
【００３４】
［００３３］本書において流体という用語は、流動可能で、形状を変化させようとする力が作用すると、一定の速度で形状を変化させる液体、気体、またはこれらの２つの組み合わせ／混合物をいう。
【００３５】
ハイブリッドベアリングの定義
［００３４］本書において「ハイブリッドベアリング」という用語は、本明細書で説明される特定の構造の静圧ベアリングをいう。いくつかの実施例を示すが、一例では、「流体力学効果」からの変位および／または偏向に抵抗する追加の機能を導出するように構成されている。したがって、「ハイブリッド」という用語は、本明細書では、いくつかの実施例では、「流体力学効果（hydrodynamic effect）」からの変位および／または偏向に抵抗する追加の機能を導出できる静圧ベアリングを説明するために使用される。ハイブリッドベアリングという用語は、ランディング、ベアリングポケット、およびベアリングポケットに供給される加圧流体の供給を含むベアリングを示し、ベアリングは、オプションとして、複数のベアリングポケットを具えてもよい。固定要素に対する構成要素の回転により、ベアリングギャップの対向する壁間にかなりの相対表面速度が生じる。ベアリングギャップの対向する壁間に十分なベアリング流体が存在する場合、静止面に対する移動面の速度により、２つの面の間でベアリング液が「ポンピング」される。ベアリング流体の動的膜（dynamic film）が２つの表面間で圧縮されると、流体の局所圧力がギャップ高さの変化に伴って変化する。これが「流体力学効果」として知られている。２つの表面間のベアリングギャップが小さくなると、流体の局所圧力が増加する。逆に、２つの表面間のベアリングギャップが大きくなると、流体の局所圧力が低下する。荷重によってギャップが減少する場合、「流体力学効果」から生じる反力は、初期荷重とは実質的に反対となる。このギャップが小さくなると、反力が大きくなり得る。一例において本明細書に開示されるハイブリッドベアリングは、構成要素間で接触が起こらないように構成される。したがって、実質的な相対速度を有する２つの実質的に同心または平行な表面間に形成される流体力学効果は、本当であれば接触が生じる荷重方向において構成要素の相対位置が実質的に変化しないという点で「自己補償的（self-compensating）」であり得る。この補償は、外部の制御方法なしで行われ得る。相対的な表面速度が低い場合、流体力学効果はほぼゼロになるが、流体静力学的寄与は、ベアリングギャップの対向する壁間の相対表面速度を必要としない。
【００３６】
［００３５］用語「ハイブリッドベアリング」は、静水圧から負荷容量を得る。ハイブリッドベアリングは、スピニングシャフトに接続されると、スピニングシャフトと隣接する構成要素間の流体力学効果から負荷容量を得ることができる。動作中、構成要素間のギャップに高圧流体の「ウェッジ」が形成され、接触に抵抗するように作用する。非常に低いＲＰＭでは、この作用からの利益はほとんどない。一部のベアリング（例えば、ジャーナルベアリング）は、流体力学効果にのみ依存している。
【００３７】
［００３６］ハイブリッドベアリングの構成要素間の直接的な接触は想定されないため、摩耗やメンテナンスはほとんど、またはまったく必要ない。逆に、従来のローラ式ベアリングは金属同士の接触に基づいて動作するため、寿命に限界がある。一例では、ハイブリッドベアリングの構成要素間のギャップ高さは、１／１０００インチ以下と小さくてよく、これは、従来のローラ式ベアリングで予想される動きよりも小さい。ハイブリッドベアリングが従来のローラ式ベアリングよりも剛性が高くなるこの特徴は、高精度のデバイスで特に有利であり、特に精密コンピュ−タ数値制御（ＣＮＣ）機械においてツールの偏差を最小化できる。一例では、水などの流体をベアリング流体に使用することができる。別の例では、オイルなどのより粘度の高い流体をベアリング流体に使用することができる。ハイブリッドベアリングが負荷に抵抗する能力は、（例えば、ポンプで）ハイブリッドベアリングへの供給圧力を上げることで向上させることができる。これは、一般的に負荷抵抗容量がはるかに少ない従来のローラ式ベアリングと比較して、明確な利点になる可能性がある。さらに、従来のローラ式ベアリングでの負荷抵抗容量は動作速度が高くなると減少する、および／または、寿命が短くなる可能性がある。一方、ハイブリッドベアリングでの負荷抵抗容量は、流体力学効果から利益が得られると、より高い動作速度で増加し得る。
【００３８】
毛管オリフィス自己補償球面ハイブリッドベアリング
［００３７］図５〜８Ａ、図５６〜６９に示す実施例にあるように、毛管供給静圧ベアリング１３４／１３６（図５）を用いて、高圧流体を長く細い穴（毛管オリフィス）３４０（図６５）からベアリングの（凹んだ）ベアリングポケット２０８Ａに圧送することができる。ベアリングポケットの周囲は、ランディング２０６Ａ、２０６ＡＢ、２０６ＡＬと呼ばれ、このポケットとランディングの相互関係は以降に詳述される。この例では、高圧流体６００は、アイドラ後部ベアリングハウジング４４のハウジング穴２１０（図６０Ｃ）を介して回転式流体流動装置２０に入ることができる。ハウジング穴２１０は、ハウジング内のシャフトの周りに、あるいはシャフト内に形成されたシャフト溝２１１と流体連通している。ハウジング穴２１０はまた、アイドラロータシャフト４０の穴２１２（図６１）を規定する面と流体連通している。同様に、一例では、高圧流体は、ドライバロータシャフト６４の溝２１５および穴２１６（図５９Ｄ）と流体連通しているドライバ後部ベアリングハウジング７０内のハウジング穴２１４（図５９Ｃ）を規定する表面を通って圧縮機２０に入ってもよい。両方の場合に、流体は、ランディング２０６Ａ、２０６ＡＢ、２０６ＡＬでベアリングポケットの周囲を通過する前に、長く細い穴（毛管オリフィス）３４０Ａ（図６４）を通って凹んだベアリングポケット２０８Ａに実質的に半径方向外側に移動する。穴３４０を規定する表面が適切な流体の拘束を提供すると、穴３４０は「毛管オリフィス」として作用する。いくつかの例では、穴３４０の直径は、１ミリメ−トル未満であり得る。一例における穴３４０の長さは、直径の実質的に１００倍である。図示する実施例では、取り外し可能な構成要素（リストリクタ本体）またはピン３４８を固定して、穴３４０を通る流域の一部を阻害してもよい。図６６〜６９に示すように、この構成要素は、所定の位置に固定され、１または複数の細長い穴３４０を有するピン３４８／止めねじであり得る。止めねじという用語は、通常ナットを使用しないタイプのねじを意味する。通常、止めねじは通常頭部がなく（ブラインドとも呼ばれる）、すなわち、ねじは完全にねじ切りされており、ねじ山の主径を超えて突出する頭部がない。穴１０８を規定する表面の溝３５２は保持リング１０７を有してもよく、ピン３４８または止めねじ（図示せず）が保持リング１０７を取り外すことなく緩んだり穴１０８から出たりするのが防止される。溝３５４Ａ／３５４Ｂはまた、リストリクタ本体３４８Ａ／３４８Ｂの周りの漏れを最小限にするためにＯリング３５５を含み得る。一例では、細管３４４が、リストリクタ本体（ピン）３４８Ａの内部穴３４６にはんだ付け、ろう付け、圧入、または他の方法で固定されてもよい。細管３４４の内面は、長く細い穴（毛管オリフィス）３４０を規定し得る。他の穴に対しいくつかの穴３４０の直径が異なると、いくつかの用途では、負荷抵抗能力が低下し、および／またはポンピング条件が増加することにより、ベアリング１３４／１３６の性能を低下させる可能性がある。ベアリングの１以上の毛管オリフィス３４０が詰まると、この詰まりは、ベアリングの負荷抵抗能力に実質的な影響を与える可能性がある。したがって、一実施例は、図６５〜６７に示されるように、取り外し可能な構成要素を含む毛管オリフィスとして機能する細管３４４を具える。一例では、皮下注射針はバッチの内径や長さの変動が僅かしかないという点で、皮下注射針が細管３４４として使用される。ランディング２０６でのギャップ高さの変動は、異なるサイズ（すなわち、直径および／または長さ）の管３４４を用いることで補償できる。
【００３９】
［００３８］図６８〜６９に示す実施例は、図６６〜６７の実施例と同様であるが、取り外し可能な管３４４がない。一例ではピン３４８Ｂの溝３５４Ｂが、Ｏリング３５５と協働して、リストリクタ本体３４８Ｂの周りの漏れを最小限に抑える。一例におけるリストリクタ３４８Ｂの内面は、毛管オリフィス３４０Ｂを含む。取り外し可能なリストリクタ３４８Ａ／３４８Ｂのいずれかにおいて、ねじ３５８Ａ／３５８Ｂをリストリクタ本体に組み込んで、それにより、当業者に公知の方法およびツールで、リストリクタ本体（ピン）３４８Ａ／３４８Ｂを取り外すようにしてもよい。スライドハンマ−は、ピンを取り外すために利用できるそのようなツールの１つであり、ロッドの端がピンのネジ山に係合するようにねじが切られ、スライドハンマ−がピンを強制的に取り外すために使用される。代替的に、ピンの代わりに止めねじなどのねじを利用してもよいが、挿入と取り外しに時間がかかる場合がある。
【００４０】
［００３９］通常、ベアリングランディング２０６に近接して面があることを理解されたい。ベアリングランディングと対向する面の間にギャップが存在し得る。ベアリングランディング２０６と対向する面との間に形成される隙間空間「ギャップ」は、以降はランディング２０６における「ギャップ高さ」と呼ばれる。このギャップ高さは、一例では数千分の１インチ以下であり得る。例えば、図２〜５では、内側フルスト球形ハウジング表面１１４は、フルスト球形ベアリング１３４／１３６が具えるランディングに実質的に近いことが示されている。ランディング２０６は、ベアリングポケットの剛性（圧縮抵抗）を最大にしながら、ランディング２０８を越えてポケット２０８から漏れる流体の量を最小にするために、隣接する構成要素の面の近くにあってもよい。ポケット２０８への流体の流れは、１つまたは複数の細長い穴３４０（毛管オリフィス）を通る流れの拘束によって調整することができる。この流体の流れの減少により、拘束部に差圧が発生し得る。ベアリングポケットがランディングに対して凹んでいる場合、ベアリングポケット内の流体圧力は実質的に均一であり、ランディングにわたって実質的な圧力勾配が存在し得る。動作中、シャフトに力が加えられると、力が加えられた領域のベアリングギャップが減少し、正反対の（diametrically opposed）ギャップが増大する。ベアリングポケットのランディングでのギャップが減少すると、荷重されたベアリングポケットを出る流体の抵抗が増加し、荷重されたポケットの圧力が増加し、実質的に正反対のポケットの圧力が低下する。結果として生じるベアリングポケット内の高い圧力が、２つのポケット間の荷重と差圧が均衡するまで、構成要素を分離するために作用する高い力を生成する。これにより、ベアリングは加えられた荷重（力）を補償する。
【００４１】
［００４０］図６１〜６５の実施例にあるように、複数のベアリングポケット２０８が、アイドラロータ２８の外側フルスト球面３６に示されている。いくつかの例では、各ローブ７８に複数のポケット２０８があるが、一例では、各ローブ７８のベアリングポケット２０８はより少なくてもよい（最少１つ）。しかしながら、この例では、ポケットを囲むベアリングランディングが実質的に円周方向または長手方向に互いに離れているため、負荷抵抗能力（「負荷容量」）は実質的に減少し得る。一例におけるベアリングの負荷容量は、ギャップ高さが最小のベアリングの位置（すなわち、接触が発生する可能性がある場所）で、１のベアリングポケットまたは複数のベアリングポケット２０８で得られる投影面積、反対方向の変位、および最大圧力の積に実質的に依存する。各ベアリングポケット２０８内の圧力は、周囲のランディングにおけるギャップ高さが最小であるときに最大化され、ベアリングポケットから出る流体流量が実質的に低減され得る。各ベアリングポケット内の圧力は、電気回路図で電圧を計算するのと同様の方法で計算できる。この類推において電気抵抗、電圧、および電流は、それぞれ、流動抵抗、圧力、および流量に類似と見なされる。したがって、一例においてベアリングポケットを出る等価の流動抵抗は、各ポケットの圧力を最大にするためにベアリングポケットに入る流動抵抗よりも高くなる。所与のランディング２０６における流動抵抗は、当該所与のランディングにおけるギャップ高さに実質的に依存し得る。ベアリングポケットを取り囲むすべてのランディングの等価流動抵抗は、複数の並列の流動抵抗として計算することができる。等価電気回路計算に詳しい人は理解するように、２つのランディングがベアリングポケットの一方の側で直列である場合、２つのランディングの等価直列流動抵抗が計算され、その等価抵抗は他の並列流動抵抗に対する並列流動抵抗として計算される。ベアリングの各方向の最大負荷容量は、接触が発生する前に負荷を加えることができる前記方向の最大変位として定義することができる。したがって、ポケットを囲むランディングの１以上のギャップ高さがこの近接触位置で未だかなり大きい場合、当該ランディングの全体的な等価流動抵抗は、毛管オリフィスを通る流動抵抗よりも実質的に大きくはない。これにより、各ベアリングポケットで得られる最大圧力が大幅に減少する。上記の計算方法では、静水圧／圧力駆動流動（「ポワズイユ流れ」）からの寄与のみを考慮するが、流体力学効果は負荷容量をさらに増大し得る。
【００４２】
［００４１］一例として、図６５の断面図は、ランディング２０６Ａ、２０６ＡＢ、２０６ＢＣ、２０６ＣＤおよび２０６Ｄが、ロータの球中心７７および図２〜３に示すキャビティ１１４’を規定する表面１１４といったフルスト球形キャビティの球中心と実質的に同一の球中心を有するフルスト球面トポロジを有する実施例を示す。これらのランディング位置でのギャップ高さ（ランディングと隣接面の間の距離）が最初に等しい場合は、図６５のロータのフルスト球形キャビティ１１４’の表面に対する変位により、ランディング２０６Ｄでのギャップ高さがランディング２０６Ａでのギャップ高さより減少し得る。結果としてのギャップの高さは、三角関数および／または「ドット積」を用いて計算することができる。ランディング２０６Ｄでのギャップ高さがゼロに近いとき、ランディング２０６Ａでのギャップ高さは、荷重が加えられる前のギャップ高さのかなりの部分であり得る。この位置でのランディング２０６Ｄでの流動抵抗は、ランディング２０６Ａでの流動抵抗よりも実質的に高い。したがって、１つのベアリングポケットが位置２０６Ａおよび２０６Ｄで実質的に離れたランディングを具える場合、負荷容量は、同じ長手方向スパンでベアリングポケット２０８Ａ、２０８Ｂ、２０８Ｃ、２０８Ｄを使用する構成と比較して、実質的に低減され得る。同様の説明を使用して、負荷容量とベアリングの円周スパンの間の一般的な関係を示すことができる。この説明および他の説明は、特定のランディング、ポケットなどに対する１つのロータ（すなわち、ロータ２８）に関する。
【００４３】
［００４２］毛管オリフィスを使用して実質的に円筒形のベアリング表面を供給する、図示以外の構成のラジアル静圧ベアリングが、当技術分野で知られている。そのような静圧ベアリングは、ラジアル荷重に抵抗し得る。一例では、毛管オリフィスを使用して実質的に円形の平面ベアリング表面を供給するように構成されたスラスト静圧ベアリングも、当技術分野で知られている。そのような静圧ベアリングは、スラスト荷重に抵抗するように構成され得ると考えられる。複数のベアリングポケットが使用される場合、そのような静圧ベアリングは、モーメント荷重にも抵抗し得る。このようなモーメント荷重は、シャフトを曲げられるという点で問題である。図６６〜６９は、適切な毛管オリフィスを具えることができるリストリクタ本体（restrictor bodies）の実施例を示している。これらのリストリクタ本体は、静圧ベアリングのラジアルまたはスラストの実施形態に適用することができる。一例では、そのようなリストリクタ本体は、ドライバ／アイドララジアルハイブリッドベアリング７２／１３８（図２〜８Ｂ）において、ラジアル荷重に抵抗し得る毛管供給自己補償ハイブリッドベアリングを形成するのに用いることができる。一例では、そのようなリストリクタ本体は、前部／後部シリンダハイブリッドベアリング１１８／１２０（図２〜８Ｂ）において、シャフトを曲げるように作用するスラスト荷重およびモーメント荷重に耐える、または抵抗する毛管供給自己補償ハイブリッドベアリングの形成に用いることができる。
【００４４】
毛管供給自己補償ベアリングの供給
［００４３］上述のように、図６１〜６５の実施例は、球形ベアリングに供給するために、どのように高圧流体が回転アイドラロータシャフト４０の１つの例を通して輸送され得るかを示す。この例では、球形ベアリング１３４／１３６（図２〜５）の位置で、回転部品が円周方向に連続していない場合がある。したがって、いくつかのアプリケ−ションでは、ベアリングポケットが固定部品に配置されている場合、ロータのバレー８２（図５）が所定のベアリングポケットを通過するとき、漏れ率が大幅に高くなる可能性がある。一例では、図７１Ａ〜７１Ｂおよび図７３〜９３に示される対向するベアリングポケットを有するハイブリッドベアリングを、偶数のローブ７８が存在する場合、ポケットが直径の反対側に存在するとして、外側フルスト球形ロータ形状に適用することができる。しかしながら、ローブの数が奇数の実施例では、予想される最も高い圧力誘起荷重の方向に、かなり大きなベアリング表面積が提供される。負荷抵抗能力は最大負荷の方向に実質的に依存し得るため、非対称のベアリングアレイを設計する場合にこれは重要な考慮事項となり得る。「アレイ」という用語は、複数の同様の構成要素の規則的な順序または配置として定義される。
【００４５】
［００４４］図２〜８Ｂおよび図５６〜６０Ｃは、高圧流体が圧縮機に入り、アイドラ／ドライバラジアルハイブリッドベアリング１３６／１３４およびアイドラ／ドライバ用の前部／後部筒状ハイブリッドベアリング１１８／１２０に供給する実施例を示す。いくつかの例におけるアイドラ／ドライバロータは、第１／第２のロータとして定義され、これらの用語は本明細書では互換的に使用される。第１のロータと第２のロータという用語はまた、いくつかの実施例でアイドラ／アイドラのペア、ドライバ／ドライバのペア、およびそれらの組み合わせであるロータ対について互換的に用いられる。ハウジング基部５８の供給ライン（ポート）２１８（図６０Ａ）は、アイドラ前部ベアリングハウジング３４内の供給ライン２２０／２２１（図２／６０Ｂ）と流体連通している。供給ライン２１８／２２０／２２１は、アイドラ前部筒状ハイブリッドベアリング１１８およびアイドララジアルハイブリッドベアリング１３８へ供給するように構成されている。これらのベアリング１１８／１３８は、アイドラロータ２８への軸方向／スラストおよび半径方向／曲げモーメント荷重にそれぞれ抵抗するように構成されている。同様に、ハウジングベース５８の供給ライン（ポート）５５２（図５９Ａ）は、ドライバ前部ベアリングハウジング６０の供給ライン５９０／５９１（図２／５９Ｂ）と流体連通され、ドライバラジアルハイブリッドベアリング７２およびドライバ前部筒状ハイブリッドベアリング１１８を供給する。これらのベアリング７２／１１８は、ドライバロータ７６に対する半径方向／曲げモーメント荷重および軸方向／スラスト荷重にそれぞれ抵抗するように構成されている。圧縮機２０は、高圧流体がアイドラ後部ベアリングハウジング４４内の供給ライン（ポート）２２２（図６０Ｂ）を介して、軸方向荷重に抵抗するアイドラ後部筒状ハイブリッドベアリング１２０に供給するように構成することができる。同様に、ドライバ後部ベアリングハウジング内の供給ライン（ポート）２２６（図５９Ｂ）は、軸方向荷重に抵抗するドライバ後部筒状ハイブリッドベアリング１２０に供給することができる。高圧流体は、供給ライン２２４（図６０Ｂ）を介して圧縮機に入り、アイドラ後部シリンダ４２の後ろのキャビティ１４２に供給される。同様に、供給ライン２２８（図５９Ｂ）は、ドライバ後部シリンダ４２の後ろのキャビティ１４２に供給してもよい。高圧流体は、供給ライン２２７（図６０Ａ）を介して圧縮機に入り、アイドラ前部ベアリングハウジング３４内のライン２２９を介してアイドラ前部シリンダ３２の後ろのキャビティ１４０に供給する。同様に、供給ライン２２３（図５９Ａ）は、ドライバ前部ベアリングハウジング６０内のライン２２５を介して、ドライバ前部シリンダ３２の後ろのキャビティ１４０に供給してもよい。
【００４６】
他の公知の無毛管自己補償ハイブリッドベアリング
［００４５］米国特許第５，２８１，０３２号に開示されているように、自己補償静圧ベアリングのいくつかの例は、他の動作原理を有し得る。この例では、米国特許第５，２８１，０３２号の図１は、流体導管［６９Ａ］を介してポケット［６７Ａ］と流体連通する静圧ベアリングポケット［６２Ｃ］の１つを示している。本書において符号の括弧［］は、先行技術の構成要素を、本明細書に開示される新規の装置の構成要素から区別するためのものである。
【００４７】
［００４６］「リストリクタポケット（restrictor pocket）」という用語は、ポケット［６１Ａ］および類似の構成要素（例えば、［６１Ｂ］、［６１Ｃ］、［６１Ｄ］）と同様／均等の構造をいう。高圧流体は、穴［６６Ａ］、［６６Ｂ］、［６６Ｃ］、［６６Ｄ］からそれぞれ環状溝［６５Ａ］、［６５Ｂ］、［６５Ｃ］および［６５Ｄ］に入る。すぐ隣のランディング［６８］（［６８Ａ］、［６８Ｂ］、［６８Ｃ］および［６８Ｄ］）は、流れを制限し、それによって直径方向反対側のベアリングポケット［６１Ａ］、［６１Ｂ］、［６１Ｃ］および［６１Ｄ］と流体連通する環状溝［６５Ａ］、［６５Ｂ］、［６５Ｃ］および［６５Ｄ］から穴［６７Ａ］、［６７Ｂ］、［６７Ｃ］および［６７Ｄ］への圧力が調整され得る。ニュ−トラル位置は、理論的に圧力バランスのとれたシナリオとして定義することができ、円筒シャフトの円周の周りのギャップ高さは均等である。シャフトに負荷がかかると、シャフトが静止した外部構成要素に向かって移動し得る。リストリクタランディング［６８Ａ］のギャップ高さがニュ−トラル位置に対して増大している例では、この制限での流動抵抗が減少し得る。したがって、リストリクタ穴［６７Ａ］の圧力は、すぐ隣の高圧環状溝［６５Ａ］の圧力まで増加し得る。流体導管［６９Ａ］は比較して流動抵抗が小さいとすると、ベアリングポケットの凹み［６２Ｃ］内の得られる圧力は、リストリクタ穴［６７Ａ］の凹みに匹敵し得る。ベアリングポケット［６１Ｃ］の突出した半径方向面積はリストリクタポケット［６４Ａ］のそれより大きいため、これらの正反対の（オフセット）荷重の正味の寄与は、リストリクタの内部ランディング［６８Ａ］でのギャップ高さを減らすように作用する。一例では、リストリクタ［６４Ｃ］のランディング［６８Ｃ］でのギャップ高さがニュ−トラル位置よりも小さい。したがって、そのような制限での流動抵抗および結果として生じる圧力降下は増加し得る。このため、リストリクタ穴［６７Ｃ］とベアリングポケット凹部［６２Ａ］の圧力が低下し得る。ドレンにすぐ隣接するランディング［７０Ａ］、［７０Ｂ］、［７０Ｃ］、［７０Ｄ］、［７１Ａ］、［７１Ｂ］および［７１Ｃ］とそれぞれのベアリングポケット（［６２Ａ］、［６２Ｂ］、［６２Ｃ］、［６２Ｄ］）またはリストリクタポケット（［６５Ａ］、［６５Ｂ］、［６５Ｃ］、［６５Ｄ］）は、実質的に線形の圧力勾配を有し得る。［６１Ａ］、［６１Ｂ］、［６１Ｃ］、および［６１Ｄ］からの複合効果は、［６４Ａ］、［６４Ｂ］、［６４Ｃ］、［６４Ｄ］からの正反対のオフセットされた正味の力を克服し、静止部品に対してシャフトを自動センタリングするように機能する。このオフセットされた正味の力は、［６１Ａ］、［６１Ｂ］、［６１Ｃ］および［６１Ｄ］での半径方向の反力荷重に比例して小さいが、オフセットされた正味の力はシャフトを回転させるように作用し得る。一部の例では、これは望ましくない結果になり得る。ランディング領域が大きく、さらなる長さがドレン圧力にさらされるという点で、同じ負荷抵抗能力の毛管供給設計と比較して、粘性抗力とポンピング要件が大幅に増加し得ると考えられる。
【００４８】
ベアリングポケットにリストリクタを具えた新規な無毛管自己補償ハイブリッドベアリング
［００４７］以下に開示される新規の自己補償型フルスト球形ハイブリッドベアリングは、米国特許第５，２８１，０３２号に開示されているベアリング、およびそれを達成する方法の粘性抗力および漏れ／ポンピング要件を軽減することができる。このよりコンパクトな構成により、同等サイズのベアリングを比較すると、ベアリングの負荷容量が大幅に増加する。本明細書では、複数のベアリングポケットが開示されており、一例では、中央回転シャフト軸に対して実質的に円形パタ−ンの特徴で生成されている。読者の便宜のために、流体連通している正反対の２つのベアリングポケットの操作性のみに符号を付して説明するが、互いに流体連通している他のベアリングポケットも同様に動作する。
【００４９】
［００４８］図７１Ａは、正反対のベアリングポケットの例である。前の章で説明したように、ベアリング性能の計算が電気回路の計算にどのように類似しているかを読者がよく理解できるように、ランディングを横切る流れ導管と流動抵抗の概略図が提供されている。流動抵抗は、電気回路の当業者には理解される電気抵抗の記号６２２で示されている。実線は、ランディングにすぐ隣接する通路の流動抵抗と比較して実質的に低い流動抵抗を表し、これらの流路にわたる実質的に低い（無視できる／無関係な）圧力降下を意味することを理解されたい。一例における凹部は深くなるように構成され、流体導管は、圧力降下が予想されるランディングでの小さな流れ通路と比べて大きい。
【００５０】
［００４９］例えば、ベアリングポケット２８４ＱＡは、外辺部を規定するすぐ隣のランディング２９０ＱＡＢ／２９０ＱＬＡ／２８８ＱＲ／２８８ＱＬと凹部を規定する表面を有する。この例では、実質的に環状の溝２７４ＱＡは、当該溝２７４ＱＡの外辺部を形成するすぐ隣のランディング２７６ＱＡ／２７２ＱＡと凹部を画定する表面を有する。一例では、すぐ隣の構成要素の表面トポロジが実質的に同様であり、すべてのランディングのトポロジと近接している。提供されている実施例では、構成要素６２０Ｑは浮動であり、すぐ隣の構成要素６７１（図７１Ｄ）は静止である。一例では、構成要素６２０Ｑが有する凹部、ランディングおよび流体導管は、代替的に、すぐ隣の構成要素６７１に含まれてもよく、これらの構成要素の１つが本書記載の加圧流体ベアリングシステムを介して他の構成要素に対して浮動であってもよい。
【００５１】
［００５０］各ランディングのギャップ高さは、ランディング位置の構成要素間の平均法線距離として規定される。例えば、図２を見ると、ロータハイブリッドベアリング１３６／１３４のランディングのギャップ高さは、ロータ２８／６２と、ハウジングキャビティの内側フルスト球面１１４のランディング位置間の平均法線距離として規定される。「ギャップ高さ」への言及は、凹所でのギャップ高さのいかなる変化も一般にベアリングポケットに得られる圧力に実質的な影響を与えないという点で、ランディングでのギャップ高さを指すことを理解されたい。例として、１／８インチ以下の穴と比較して、ギャップ高さは数千分の１インチ以下に過ぎない。一例では、（３Ｄ金属印刷などの別のプロセスによって作成されるのではなく）穴が開けられる場合、加工コストが低減され、「大きすぎる」穴は実質的に悪影響を及ぼさないことから、穴の直径は穴の長さの１／３０まで（例えば、１／２０）が選択されるのが好ましい。「ニュ−トラル位置」という用語は、すべての正反対の（diametrically opposite）ランディングでのギャップ高さが等しい場合を定義するのに用いられる。ニュ−トラル位置は、すべてのベアリングポケット圧力が実質的に互いに等しい、実質的に無負荷の場面を表す。組み立て時のギャップ高さの選択は、ベアリングポケットサイズ、ランディング寸法、動作温度での流体粘度、予想される発熱、設計圧力差、許容漏れ率、達成可能な許容誤差、他の設計パラメ−タなどに依存する。
【００５２】
［００５１］乱流がほぼ回避され、動作速度が低速である場合に、実質的に線形の圧力勾配がランディング全体に存在する場合がある。動作速度、すなわちロータ２８／６２とハウジング表面１１４の間の相対速度が大きい場合、流体力学効果（上記定義を参照）のポンプ作用が圧力勾配に影響を与え得る。レイノルド数が２０００未満であり、小さな渦の発生が回避された場合、乱流は一般に回避できる。
【００５３】
［００５２］凹部、例えば２７４ＱＡの深さは、凹んだベアリングポケットまたは（環状）リストリクタ溝を横切る流動抵抗を所望の無視できるものとするために、ランディングギャップの高さより数倍大きくなり得る。一例では、凹部の深さは、ランディングギャップの高さの３０〜４０倍またはそれ以上であり得る。図７１Ａの例では、ベアリングポケット２８４ＱＡ／２８４ＱＧは実質的に長方形であり、（環状）リストリクタ溝２７４ＱＡと呼ばれる凹部は実質的に円形／環状で示されている。ランディング、ベアリングポケット、溝などは、楕円形や多角形を含む、図示する以外の形状であってもよいことを理解されたい。したがって、用語「環状」は、説明を容易にするために使用され、「リストリクタ」構成要素を特定の形状に限定することを意図するものではない。一例におけるランディングでの流動抵抗は、少なくとも部分的に、ランディングの外辺部、厚さおよびギャップ高さに依存する。
【００５４】
［００５３］用語「リストリクタ（restrictor）」は、本明細書では、中央に供給される穴２７０ＱＡ、すぐ隣のランディング２７２ＱＡ、環状溝２７４ＱＡ、およびランディング２７６ＱＡを集合的に指すために用いられる。これらの要素は、「ベアリングポケットＡ」について「リストリクタＡ」、例「Ｑ」の２８４ＱＡのように示される。
【００５５】
［００５４］高圧ベアリング流体は、ベアリングに、具体的にはベアリング供給ライン２７０ＱＡを介して内側溝２７４ＱＡに供給される。この流れと圧力は、ランディング２７２ＱＡによって制限され得る。本例の（環状）リストリクタ溝２７４ＱＡは、流体導管６０２ＱＧを介して正反対のベアリングポケット２８４ＱＧと流体連通している。流体導管６０２ＱＧの流動抵抗は無視できるので、環状溝２７４ＱＡ内の圧力は、正反対のベアリングポケット２８４ＱＧ内の圧力と実質的に等しい。この流体導管６０２ＱＧは、似た符号を有する複雑な例が示されたときの読者の簡便のために、３つのセグメント６０４ＱＧ、６０６ＱＧ、および２８６ＱＧとして示されている。ベアリングポケット２８４ＱＧを出る流れと圧力は、ランディング２９０ＱＦＧ、２９０ＱＧＨ、２８８ＱＲおよび２８８ＱＬによって調整され得る。本例に図示しないが、例えば、ランディング２９０ＱＦＧおよび２９０ＱＧＨのすぐ隣にオプションのベアリングポケットがあり、ランディング２８８ＱＲおよび２８８ＱＬのすぐ隣に比較的低圧のドレンがあってもよい。同じ側のベアリングポケット２８４ＱＡに向かって環状溝２７４ＱＡを出る流れと圧力は、中間のランディング２７６ＱＡによって調整され得る。溝２７４ＱＡ内の圧力は、一例では、同じ側のベアリングポケット２８４ＱＡとは大きく異なるという点で、ランディング２７６ＱＡでの流動抵抗が、ランディング２７２ＱＡ、２８８ＱＲおよび２８８ＱＬでの流動抵抗よりもはるかに高いことが好ましい場合がある。正反対の溝２７４ＱＡおよびベアリングポケット２８４ＱＧが、同じ側のベアリングポケット２８４ＱＡと実質的に異なる場合、負荷容量が増加し得る。このようにして、リストリクタの正味の力／圧力勾配は、ベアリングポケットから生成される自己補償効果とは逆に、実質的に変位／適用された荷重の方向に変位を生じさせ得る。このため、ベアリングポケットは、全体の負荷容量を増やすためにリストリクタよりもはるかに大きな投影面積を持つことが意図されている。隣接するベアリングポケットの圧力がこのように実質的に異なり得るという点で、ランディング２９０ＱＦＧおよび２９０ＱＧＨでの流動抵抗がランディング２８８ＱＲおよび２８８ＱＬでの流動抵抗よりも高いことも好ましい場合がある。ランディング２９０ＱＦＧおよび２９０ＱＧＨの好ましい流動抵抗は、ベアリング構成要素が適用されるベアリングのタイプに実質的に依存し得る。一例として、図７１Ａを図示のように適用して、後面にベアリングポケット２８４ＱＧ、前面にベアリングポケット２８４ＱＡを具えた複動スラストベアリング（double acting thrust bearing）を作成することができる。この例では、各面にベアリングポケットが１つだけあり、すべてのランディング２８８／２９０に隣接してドレン圧力が存在し得る。一例では、図７１Ａに示される複数のベアリングポケットを、円筒形シャフトに沿って円周方向に適用してラジアルベアリングを構成してもよい。この例では、ラジアル荷重に抵抗する全体容量は、実質的に異なる圧力にある正反対のベアリングポケットに実質的に依存し得る。この場合、より多く（例えば１２）のポケットが望ましく、この分離により、��えば２９０ＱＡＢおよび２９０ＱＬＡと比較して、ドレンの円周長さ２８８ＱＬ／２８８ＱＲが減少し得る。したがって、この長さの相対的な変化により、ランディング２８８ＱＬ／２８８ＱＲの流動抵抗に比べて、ランディング２９０ＱＡＢ／２９０ＱＬＡの流動抵抗が増加し、それにより、ベアリングポケット２８４ＱＡが、例えばドレン圧力により近い圧力に到達できるようになる。ポケットの数が多すぎると、相対速度が存在する（回転シャフトなど）場合に発生し得る過剰な摩擦抵抗や発熱に比べて、負荷容量をどれだけ増大できるかについてのリタ−ンが少なくなる。
【００５６】
［００５５］ベアリングポケット２８４ＱＡのランディングのギャップ高さがニュ−トラル位置よりも小さい場合、それらのランディングのそれぞれの流動抵抗は高くなり得る。負荷が減少すると、構成要素６２０Ｑが変位し、これらのギャップ高さがベアリングポケット２８４ＱＡで減少する。これは、正反対のベアリング２８４ＱＧのギャップ高さが増大し、それぞれのランディングの流動抵抗が減少することを意味する。ランディング２７２ＱＡの流動抵抗が増大するという点で、ベアリング供給ライン２７０ＱＡと環状溝２７４ＱＡの間に大きな圧力差が存在し得る。環状溝２７４ＱＡおよびベアリングポケット２８４ＱＧは、実質的に同じ圧力であることが意図されているので、ランディング２８８ＱＲおよび２８８ＱＬの流動抵抗の減少により、ベアリングポケット２８４ＱＧ内の圧力がさらに減少し得る。この流体圧力の不一致により、構成要素６２０Ｑは、平衡に達するまで、すぐ隣の構成要素（図示せず）に対して自身を再配置することができる。負荷によってそのような変位が生じ、この負荷はベアリングの能力内では上記自己補償メカニズムを介して金属間接触を生じさせないように反応することが意図されている。
【００５７】
［００５６］ドレン２８８ＱＲまたは２８８ＱＬに直接隣接する圧力は、ベアリングポケットが自己補償的に機能するために、２７０ＱＡでの供給圧力よりも低いと考えられることを理解されたい。ベアリングポケット２８４内の圧力は、最低ドレン圧力とそれに供給された圧力との間のどこかにあり得る。例えば、ベアリングポケット２８４ＱＧ内の圧力は、すぐ隣のランディング２８８ＱＲおよび２８８ＱＬでのドレン圧力と、供給ライン２７０ＱＡにおける圧力との間にあり得る。すぐ隣のベアリングポケット「Ｆ」と「Ｈ」は本例には図示しないが、ランディング２９０ＱＦＧと２９０ＱＧＦＩの符号付けによって任意で存在することが示されている。ベアリングの実施例を通して用いられるこの符号付けシ−ケンスは、ランディング２９０ＱＦＧがベアリングポケット「Ｆ」と「Ｇ」の間のランディング、例えば「Ｑ」であることを示している。すぐ隣のベアリングポケット「Ｆ」または「Ｈ」（図示せず）の圧力がベアリングポケット２８４ＱＧ（ポケット「Ｇ」）のドレン圧力よりも低い場合、ポケット「Ｇ」の圧力が低い圧力に到達し得る。一例では、すぐ隣のポケットが、数学的構造を実証することを主な目的とする非定型シナリオとして、より低いドレン圧力を有する。一般的な用途に好ましいように、すべてのベアリングポケットに同等の圧力が供給される場合、一例における中間ランディング２９０ＱＦＧおよび２９０ＱＧＦＩは、ドレンランディング２８８ＱＲおよび２８８ＱＬと同等またはそれ以上の流動抵抗を有する。数学的構造のもう１つの実証は、ドレンの１つが供給圧力を超えた圧力であってもよいということである。そのような場合、高圧「ドレン」が低圧ドレンのすぐ隣のランディングよりも高い流動抵抗を持っている場合でも、ベアリングは機能する。極端な例では、低圧ドレンでの実質的に低い流動抵抗が数学的に支配すると予想されるため、ベアリングポケット内の圧力は、依然として低圧ドレンの圧力に近づいてもよい。ベアリングポケットの圧力がドレン圧力に近づくことは、正反対のベアリングポケットが供給圧力に近く、ギャップ高さが大幅に小さいことを意味する。
【００５８】
［００５７］図７１Ｂを参照すると、別の実施例「Ｒ」が提供されており、ここで同じ符号付けスキ−ムが同様の要素を表すために使用されている。本実施例は前の実施例「Ｑ」（図７１Ａ）とは異なり、リストリクタの（環状）リストリクタ溝が供給され、リストリクタ中央の流体導管が、正反対のベアリングポケットと流体連通している。ベアリングとリストリクタのサイズが同じ場合、ニュ−トラル位置の全体圧力は、実施例「Ｒ」では高くなり得る。スラストベアリングの場合、ニュ−トラル位置でのベアリング反力荷重が大きくなり得る。一例では、ラジアルベアリングは、図７１Ｂに示す複数のベアリングポケットを具える。この構成では、ランディング２７６ＲＡにわたる圧力勾配は、平均圧力が溝２７４ＲＡ内の供給圧力と隣接するベアリングポケット２８４ＲＡ内の圧力との間であり得るという点で、自己補償効果において有益であり得る。ランディング２７２ＲＡの周辺に含まれる圧力勾配は、自己補償効果に対して逆効果となり得る。しかしながら、図示のように、この投影面積は、図７１Ａのランディング２７６ＱＡ周辺にあるものと比較して非常に小さい。ポケット圧力が高いほど、ニュ−トラル位置のポンプ流量が大きくなり、ポンプの動力要件が高くなり得る。
【００５９】
［００５８］実施例「Ｒ」では、供給ライン３９４ＲＡは、実質的に環状のリストリクタ溝２７４ＲＡに供給する。本実施例における中央穴６１０ＲＧへの流れおよび圧力は、ランディング２７２ＲＡによって調整される。中央穴６１０ＲＧは、流体導管６０６ＲＧおよび流体導管２８６ＲＧとともに流体導管を形成し、それらの組み合わせは、本明細書では流体導管６０８ＲＧと呼ばれる。流体導管６０８ＲＧはベアリングポケット２８４ＲＧに供給する。すぐ隣のベアリングポケットやドレンへの流れと圧力は、ランディング２９０ＲＦＧ、２９０ＲＧＨ、２８８ＲＲおよび２８８ＲＬによって調整され得る。実施例「Ｑ」について説明した同じ自己補償機能が、上記と同じ設定と符号で適用される。例えば、リストリクタ「Ａ」は、外側ランディング２７６ＲＡ、環状溝２７４ＲＡおよび内側ランディング２７２ＲＡを指す。外側ランディング２７６ＲＧの流動抵抗は、ランディング２９０ＲＡＢ、２９０ＲＬＡ、２８８ＲＬおよび２８８ＲＲがベアリングポケット２８４ＲＧの周囲を規定するという点で、これらのランディングよりも実質的に高いことが好ましく、ベアリングポケット２８４ＲＧは、２８８ＲＬおよび２８８ＲＲに隣接するドレン圧力にほぼ同様の最小圧力を有することが望ましい（前記ランディングのギャップ高さがニュ−トラル位置のギャップ高さよりも大きい場合）。ランディング２７６ＲＧの周囲が他のランディング２９０ＲＡＢ、２９０ＲＬＡ、２８８ＲＬ、２８８ＲＲに比べてはるかに小さい場合、これは流動抵抗を増やす方法の１つの実際的な例であり、リストリクタのコンパクト化と合致し得る。同様に、ランディング２７２ＱＡを可能な限りコンパクトにすることが好ましい場合がある。ベアリングポケットＡのギャップ高さがニュ−トラル位置から減少すると、ランディング２７２ＲＡの箇所を含むリストリクタＡの流動抵抗が増加し得る。より高い圧力差がランディング２７２ＲＡ全体に存在し、正反対のベアリングポケット２８４ＲＧ内の圧力を低下させ得る。同時に、リストリクタＧの流動抵抗が減少すると、ベアリングポケット２８４ＲＡ内の圧力が増加する。この流体圧力の不一致は、平衡に達するまで、ベアリングポケット２８４ＲＡに面するすぐ隣の構成要素に対して構成要素６２０Ｒを再配置させる。オフセット荷重によってこのような変位が発生し、この荷重はベアリングの能力内では上記自己補償メカニズムを介して表面間（金属間）の接触を生じさせないようにすることが意図されている。図７１Ａまたは７１Ｂに示されている対向するポケットの構成は、図示のように、ベアリングポケットの投影面積に実質的に垂直な荷重に反応させることができることを理解されたい。例えば、開示されたベアリングポケットの１以上のペアの実質的に平面の構成は、スラスト荷重に反応し得る。例えば、ポケットがシャフトの周囲に周方向に配置されている場合、これらはシャフトの半径方向の荷重に反応し得る。ポケットは、浮動または静止の構成要素上に構成することができ、例えば、凸状、凹状、または平面トポロジからなる。対向するポケットの法線ベクトルは、図７１Ａ〜７１Ｂに示されるように、同一直線上にある必要はない。
【００６０】
［００５９］図７３〜９３は、図７１Ａ〜７１Ｂに示すベアリングのタイプのいくつかの実施例を示し、シャフト４０／６４といったシャフトの周囲に取り付けられるように構成された固定構成要素２７８Ａで用いられる。同様のベアリング要素には同様の符号が付され同様の機能を意味することを理解されたい。例えば、各ランディングで流動抵抗が考慮されるべきであり、（ベアリングのランディングでの）ギャップ高さがニュ−トラル位置の高さよりも低くなると、圧力は上記と同じく自己補償的に増加し得る。
【００６１】
［００６０］開示されたベアリングが、任意で相対回転運動が存在する場所に適用される場合、ベアリングポケット２８４に入る流体導管２８６のセグメントを、ベアリングポケット２８４の凹面の法線ベクトルから３０〜６０度変化させることが好ましい。例えば、実施例Ａ（図７３〜７７）では、流体導管２８６ＡＡが、流れをそのような角度でベアリングポケット２８４ＡＡに導く。図示の例におけるこの進入位置は、ベアリングポケットに面していてすぐ隣の隣接構成要素に対して好ましい回転方向６１２におけるベアリングポケットの相対的な円周方向の流体移動の円周方向「上流」の縁部のすぐ隣である。この円周方向の流体移動は、隣接する構成要素がこれらの構成要素に対して回転するか、またはこれらの構成要素が隣接する構成要素に対して回転することを意味する。いずれの場合でも、好ましい相対回転は矢印６１２の方向であり、これは、これが円周方向の流体移動の方向を表すためである。ベアリング要素はどちらの構成要素にも含めることができる。典型的なアプリケ−ションは、内側回転シャフトを具えたベアリング要素で構成される固定の外側構成要素を具える。
【００６２】
［００６１］ギャップ高さは、ランディングにて十分に小さく、場合によっては、シャフトが回転方向に流体を圧送するために、回転速度が十分に高いことを理解されたい。クエット流れ（Couette flow）と呼ばれるこの流体力学現象は、流体に作用する粘性抗力によって実現される。この縁部のすぐ隣の進入箇所と角度範囲との組み合わせは、流体がポケットに入るときに渦の発生を最小限に抑えることができるという点で好ましいと考えられている。ギャップ高さが大きくなると乱流の発生率が増加し、この乱流が発熱を増加させ得る。ただし、ギャップ高さが非常に小さいと、粘性せん断による発熱が増大し得る。ベアリング流体の粘度などのいくつかの特性は温度に大きく依存し、ベアリング流体の冷却には動力が必要であるため、発熱を最小限に抑えることが有益であり得る。ランディング面積を最小化すると、粘性抵抗が減少するが、漏れが増加し得る。漏れ率が増加すると、ポンピング動力要件が増加するため、全体的なデバイス効率が低下し得る。
【００６３】
［００６２］図７３〜９３に示す実施例では、隣接する構成要素、すなわちシャフト６４の外面で、ベアリング面のランディングと実質的に小さなギャップ高さを形成する。図７３〜９３に示す構成要素は互いに相対的な回転を必要としない。ベアリングポケットは、ベアリングポケットの投影面積に実質的に垂直な荷重に耐えることができる。
【００６４】
ベアリング実施例Ａ
［００６３］図７３〜７７のベアリング実施例Ａを見ると、ハイブリッドベアリング２８２Ａの固定の内側構成要素２７８Ａが、固定の外側スリーブ２８０Ａに焼きばめ（shrink-fit）、圧入、または他の方法で固定されている。焼きばめは、組み立て後の相対的なサイズ変化によって締まりばめを行う手法である。これは、組み立て前に一方の構成要素を加熱または冷却し、構成要素を組み立て後に周囲温度に戻すことにより、熱膨張の現象を利用して達成することができる。例えば、金属製排水管の一部の熱膨張により、組立工は冷たい部分を取り付けることができる。接合された部品が同じ温度に達すると、接合部は緊張して強くなる。内側構成要素２７８Ａのすぐ半径方向内側の、実質的に円筒形の構成要素、例えば回転シャフト、すなわちシャフト６４は、構成要素間に小さなギャップが形成されるという点で内側構成要素２７８Ａの内面と実質的に同じ形状を有する外面を有し得る。ベアリングは、ベアリングポケットの投影領域にほぼ垂直な荷重に耐えるように構成されている。ハイブリッドベアリング２８２Ａは、ラジアル荷重にのみ実質的に抵抗し得る。ただし、同じシャフト上で２以上のこれらのベアリングを組み合わせると、シャフトを曲げるように作用する実質的な曲げモーメント荷重に抵抗し得る。
【００６５】
［００６４］流れは、供給穴２７０Ａ（Ａ〜Ｌ）を介して中央に供給されたリストリクタと流体連通する供給ポート２６８Ａを介して、ハイブリッドベアリング２８２Ａに入る。２７０ＡＡからの流れと圧力は、連続する流体導管６０４ＡＧ、６０６ＡＧおよび２８６ＡＧを介して対向するベアリングポケット２８４ＡＧと流体連通する実質的に環状の溝２７４ＡＡに入る前に、内側ランディング２７２ＡＡにわたって調整され得る。図７１Ａについて説明したように、ベアリングポケットでギャップ高さが減少すると、当該ポケットの圧力と流れの抵抗が増加し、反対側のベアリングポケットの圧力と流れの抵抗が減少する。これは、加えられた負荷と平衡に達するまで、自己補償効果を生じ得る。
【００６６】
ベアリング実施例Ｂ
［００６５］図７８〜８２では、ハイブリッドベアリング２８２Ｂの静止した内側構成要素３６２Ｂは、構成要素２８０Ｂに固定されてもよい。流れは、供給穴２７０Ｂ（Ａ〜Ｌ）を介してリストリクタ環状溝２７４ＢＡと流体連通する供給ポート２６８Ｂを介してハイブリッドベアリング２８２Ｂに入る。２７４ＢＡからの流れと圧力は、連続する流体導管６０４ＢＧ、６０６ＢＧおよび２８６ＢＧを介して対向するベアリングポケット２８４ＢＧと流体連通している中央穴３９４ＢＡに入る前に、内側ランディング２７２ＢＡにわたって調節され得る。図７２について説明したように、ベアリングポケットでギャップ高さが減少すると、当該ポケットの圧力と流れの抵抗が増加し、反対側のベアリングポケットの圧力と流れの抵抗が減少する。これは、加えられた負荷と平衡に達するまで、自己補償効果を生じ得る。本実施例は、円錐台形（frusto-conical）のベアリング表面を具える。軸方向の変位により、ギャップ高さが均一に増加または減少する。すべてのギャップ高さを均一に減少させると、必要なポンプ流量が減少し、予想される発熱と摩擦による粘性抵抗が増加し得る。そのような軸方向の動きにより、すべてのギャップ高さが均一に増加すると、反対の効果が期待される。流動抵抗は、すべてのベアリングランディングで均一に増加または減少し、純粋な軸方向移動によるベアリングポケットの圧力の変化がないことを意味する。シャフト（図示せず）を曲げるように機能する半径方向の変位または角度変位から、自己補償効果が期待され得る。
【００６７】
ベアリングの実施例Ｃ、Ｄ
［００６６］図８３〜９３に示すハイブリッドベアリング２８２ＣＤは、ピストン構成要素２９２ＣＤ、中間スリーブ４８２ＣＤ、内側構成要素４８４ＣＤ、シ−ル４８６ＣＤＡ、４８６ＣＤＢ、４８６ＣＤＣ、「ライダ−リング」４８８ＣＤＡと４８８ＣＤＢ、およびエンドプレ−ト４９０ＣＤを具え、これらは一例ではボルト、締まりばめ、圧入、溶接、ろう付け、または外側ハウジング４９４ＣＤ内の他の固定具や固定方法などで互いに固定されている。ガイドピン４９２Ａ、４９２Ｂおよび４９２Ｃが、ピストン構成要素２９２ＣＤに固定されている。図８９にあるように、ガイドピン４９２ＣＤＣは、外側ハウジング２８０ＣＤと共にキャビティ５０６Ｃを形成し得る。ガイドピン４９２ＣＤＡおよび４９２ＣＤＢは、同じ方法で構築することができる。組み合わせて使用する場合、２以上のガイドピンを使用して、外側ハウジング２８０ＣＤとエンドプレ−ト４９０ＣＤおよびピストン構成要素２９２ＣＤの回転位置合わせを実質的に維持し、ドレン穴４４８ＣＤがベアリングの下部にのみ必要になるようにする。これらのガイドピン４９２ＣＤＡおよび４９２ＣＤＢは、必要に応じて、ピストン構成要素２９２ＣＤが軸方向に移動する動作を妨害しないように構成され得る。図８９〜９０を参照すると、ガイドピン４９２ＣＤの流体導管５０８Ｃが十分に大きい場合、一例におけるキャビティ５０６Ｃの圧力は、キャビティ２９８ＣＤの圧力と実質的に同じであり得る。ガイドピンを、本書記載の他のベアリングの実施例に用いて、スラスト荷重や曲げモーメント荷重に抵抗するようにしてもよいことを理解されたい。さらに、半径方向に延びる部材を具えた回転シャフトが、後述する隣接するベアリング面と実質的に小さなギャップを形成してもよい。
【００６８】
［００６７］それぞれのベアリング実施例Ｃ、Ｄの供給穴２７０Ｃ（Ａ〜Ｈ）および２７０Ｄ（Ａ〜Ｌ）は、供給ポート２６８ＣＤと流体連通している。２７０Ｃ（Ａ〜Ｈ）／２７０Ｄ（Ａ〜Ｌ）からの流れと圧力は、連続する流体導管６０４ＣＥ／６０４ＤＧ、６０６ＣＥ／６０６ＤＧおよび２８６ＣＥ／２８６ＤＧを介して対向するベアリングポケット２８４ＣＥ／２８４ＤＧと流体連通している実質的に環状の溝２７４ＣＡ／２７４ＤＡに入る前に、内側ランディング２７２ＣＡ／２７２ＤＡにわたって調整され得る。図７１Ａについて説明したように、ベアリングポケットでギャップ高さが減少すると、当該ポケットの圧力と流れの抵抗が増加し、反対側のベアリングポケットの圧力と流れの抵抗が減少する。これにより、シャフトを曲げるように作用する半径方向変位または角度変位を生じさせ得る加えられた負荷と平衡に達するまで、自己補償効果が生じ得る。
【００６９】
他のベアリングの実施例
［００６８］図２、図６〜７の実施例では、カラー３８が、前部／後部ピストン３２／４２のすぐ隣の実質的に平坦な表面６７３を具えるように示されている。これらの平面はピストンからオフセットし、したがってベアリング１１８／１２０の間に実質的に小さなギャップを形成する。図示されている実施例の穴１０８は、リストリクタ本体３４８Ａまたは３８４Ｂ（図６５〜６９）を固定できる場所を示す。この毛管リストリクタ設計の一例が図６５〜６９に示されている。カラー３８の円周の周りに示される位置での毛管リストリクタの適用は、アイドラ／ドライバロータシャフト４０／６４を曲げるように作用し得る軸方向または角度の変位または偏向に抵抗し得る。
【００７０】
［００６９］一例では、毛管リストリクタ３４８および下流のベアリングポケット２０８は、代替的に、カラー３８のベアリング表面（例えば、図６〜７の実質的に平坦な表面６７３）に含まれ、前部／後部ピストン３２／４２がすぐ隣の実質的に平坦な表面を有してもよい。図６１〜６３の例では、回転構成部品に流体を供給するように構成された表面は、固定構成要素上の直接隣接する溝２１１（図６０Ｃ）と連続的に流体連通する回転部品（例えば、アイドラロータシャフト４０）の穴２１２を具えて示されている。あるいは、図７１Ａまたは図７１Ｂのいずれかの設計を、同様に供給される供給ライン２７０または３９４を有するカラー３８に組み込んでもよい。一例として、ベアリングポケット２８４ＱＡは、ベアリング１１８の１つのベアリングポケットであり、ベアリングポケット２８４ＱＧは、ベアリング１２０の１つのベアリングポケットであり得る。図７１Ａに示すように、これらのベアリングポケットは互いに直接対向し得る。ベアリング１１８および１２０に複数のベアリングポケットが設けられている場合、これらのベアリングは、軸方向変位と角度変位の組み合わせに抵抗し得る。
【００７１】
［００７０］図７１Ａと図７１Ｂの設計は、ベアリングポケットに供給する１または複数の毛管リストリクタを追加することによって変更できる。流体導管２８６ＱＧは、ベアリングポケット２８４ＱＧに流体を供給するように構成されている。毛管リストリクタ３４８（図６６〜６９の実施例）は、各流体導管からの流れがベアリングポケット２８４ＱＧ内でのみ混合されるように、流体導管２８６ＱＧと並行して利用されてもよい。このようにして、毛管リストリクタ３４８の流動抵抗は、供給２７０ＱＡと正反対のベアリング表面上のベアリングポケット２８４ＱＧとの間の同等の流動抵抗と平行である。図８３〜９３のベアリング実施例Ｃなどの例に適用した場合、ベアリング実施例Ｃは、軸方向および角度方向の変位に抵抗するように構成できる。ベアリング実施例ＣＤは、軸方向、角度、および半径方向の変位に抵抗するように構成できる。
【００７２】
［００７１］図７１Ａと図７１Ｂのような設計は、例えば、導管６０２ＱＧまたは２７０ＱＡ内などの流路内に１つまたは複数の毛管リストリクタを追加することによって変更することができる。流れのかなりの割合がこれらの流体導管の１つの毛管リストリクタを強制的に通過する場合、それは直列の流動抵抗として機能する。
【００７３】
［００７２］ハイブリッドベアリングの実施例は、ベアリングポケット２８４を、すぐ隣のランディング面からの凹んだ面として示している。これらの凹んだベアリングポケット２８４は、ベアリングポケットが形成される構造と、当該ベアリングポケットに対して相対的な動きを有する隣接する表面との間の摩擦を低減するように構成される。図７１Ｂに示す実施例では、凹んだベアリングポケット２８４は、加圧流体の流体入口３９４を具え、したがって、図７１Ｃ〜７１Ｄに示す構成要素６２０と、構成要素６７１の隣接する当接面６７１’との間の摩擦を低減するように構成される。一例では、装置は、圧力分布がポケット内で実質的に変化しないように構成される。この圧力分布は、流動制限が実質的に高くなり得るランディングにわたって実質的に変化し得る。あるいは、ベアリングポケットはまた、ランディングに対してベアリングポケットを窪ませることなく構成することができ、ここで、穴２８６を規定する複数の表面が、ベアリングポケット２８４の周囲を規定するために使用される。図７１Ａの実施例におけるこれらの穴２８６は、中央穴２７０に高圧流体が供給される、正反対のベアリングポケットで実質的に円形の環状溝２７４と流体連通している。図７１Ｂの変更された設計では、円形の環状溝２７４に高圧流体が供給され、各中央穴６１０は、正反対のベアリングポケットの穴２８６と流体連通している。このような例では、対向するベアリングポケットの供給導管の供給圧力は、接続された流体導管の流量制限が、フィ−ドとドレン間のランディング領域などのベアリング表面の流量制限よりも実質的に低い場合とほぼ同じ圧力になる。一例では、圧力誘導流は層流であり、本書の計算方法を使用する場合により高い精度を有する。この圧力誘導流は、流体力学の分野で「ポアズイユ流」として知られている。一定の断面積の通路を通る層流は、一端から他端へ実質的に線形の圧力勾配を生じ得ることが理解される。断面積が一定の例には、パイプを通る流れ、または２つの平行プレ−トを通る流れがある。これらの平行な「プレ−ト」は、図示するハイブリッドベアリングの実施例の外側ハウジングと内側シャフトなどの対の凹面／凸面とすることができる。相対速度が生じると、摩擦抗力によって誘発される流れ（クエット流れ）が、実質的に非圧縮性の液体を相対成分速度の方向に「圧送」するように機能する（すなわち、流体力学効果）。所与のシャフトの例では、流体の円周方向の流れにより、ベアリングポケットの縁部で追加の圧力スパイクが発生し、これが追加の負荷容量に寄与し得る。この複雑な追加の層は、計算流体力学（ＣＦＤ）研究またはこの技術分野で知られている他の計算方法によって説明することができる。ただし、流体力学効果が存在する場合、ハイブリッドベアリングの負荷容量を過小評価する可能性がある、より単純化された計算アプローチを実行することが提案されている。
【００７４】
［００７３］ベアリングポケットが望まれる場所の周囲に沿って複数の流体入口を提供することにより、これらの流体入口間の圧力は実質的に等しい圧力となり、したがって、ポケット全体が凹んでいるかのように機能し、静水効果からの負荷に抵抗する実質的に同様の容量を提供する。例えば、図７１Ａにおいて、ベアリングポケット２８４ＱＡは、直ぐ隣接するランディング２９０ＱＡＢ、２９０ＱＬＡ、２８８ＱＬ、２８８ＱＲ、および２７６ＱＡによって規定される凹みとして示されている。流体入口／穴２８６ＱＡが、ベアリングポケット２８４ＱＡに供給するように示されている。あるいは、ベアリングポケット２８４ＱＡは凹んでいないが、前記ランディングの周囲を規定する複数の穴２８６および／または溝が存在する場合、静水効果からの圧力分布および圧力勾配は、図７１Ａに示す凹んだベアリングポケット２８４ＱＡと比較して実質的に同様であり得る。凹みのないベアリングポケットを、同じサイズで凹みのあるベアリングポケットと比較すると、凹みのないベアリングポケットの表面積がかなり大きく、ギャップが小さいため、一例では流体力学効果が増大し、その後のベアリングの全体的な負荷容量が増大し得る。この変更により、比較的高い粘性抵抗と発熱が生じ得るため、流体力学効果から予想される場合、全体の負荷容量に対する予想される利益を比較検討することが重要になり得る。ベアリングの負荷容量を他の手段（例えば、ベアリング表面積および／または供給圧力を増加させる）で増大できない場合、この変更を利用することができる。一例では、追加の粘性抗力による動力損失と追加の流体加熱はかなりの量になる可能性があり、流体力学効果からの利益は、ベアリング表面での最小相対表面速度に依存し得る。
【００７５】
ベアリングの熱膨張調整
［００７４］一例では、図８３〜９３のハイブリッドベアリングアセンブリ２８２ＣＤは、図８Ｂにおける後部シリンダ４２の代わりに使用されるように構成される。この例では、前部シリンダ３２（図８Ａ）はなくてもよい。ピストン構成要素２９２ＣＤは、中間スリーブ４８２ＣＤ、内側構成要素４８４ＣＤ、エンドプレート４９０ＣＤ、および外側ハウジング２８０ＣＤと組み立てられて、キャビティ２９８ＣＤを形成する（図８９）。このキャビティ２９８ＣＤは、シール４８６ＣＤＡ、４８６ＣＤＢ、４８６ＣＤＣおよび外側ハウジング２８０ＣＤを用いてシールされ得る。このようなキャビティは、図２または図８Ａのキャビティ１４２と機能的に類似しており、本明細書で論じられるように、アイドラ／ドライバ後部ベアリングハウジング４４／７０に対して後部シリンダ４２を軸方向に並進させるために使用される。ハイブリッドベアリングアセンブリ２８２ＣＤはラジアル荷重に抵抗し、ライダーリング４８８ＣＤＡおよび４８８ＣＤＢを使用できる。これらのライダーリングは、図示のように取り外し可能な構成要素であってもよいし、ピストン構成要素２９２ＣＤおよび外側ハウジング２８０ＣＤの一部であってもよい。溝４５２ＣＤが、ピストン構成要素２９２ＣＤ、中間スリーブ４８２ＣＤおよび内側構成要素４８４ＣＤが互いにしっかりと固定されるように、スプリットリングまたは同等物を保持するように構成され得る。ボルトや他の固定具または他の固定方法により、エンドプレート２８０ＣＤが所定の位置に保持され、シール４８６ＣＤＡおよび４８６ＣＤＢとライダーリング４８８ＣＤＡが固定される。部品を固定するためにボルトを利用できる構造の例として、穴４５６ＣＤが図８９に示されている。溝４５４ＣＤは、ライダーリング４８８ＣＤＢが外側構成要素２８０ＣＤに固定されるように、保持リングを保持するように構成され得る。ライダーリング４８８ＣＤＡおよび４８８ＣＤＢにより、内側構成要素４８４ＣＤ（およびピストン２９２ＣＤなどの取り付けられた構成要素）が、必要に応じて、最小限の摩擦で、固定の構成要素（例えば、外側構成要素２８０ＣＤ）に対して軸方向に並進することができる。ライダーリング４８８ＣＤＡは、エンドプレート４９０ＣＤを固定することにより、ピストン２９２ＣＤに動きが固定されており、これはライダーリング４８８ＣＤＢが固定の外側構成要素２８０ＣＤに固定される方法とは異なる。どちらの場合も、ライダーリング４８８ＣＤＡ／４８８ＣＤＢでは、相対的な軸方向の動きが予想される。ライダーリング４８８ＣＤＡ／４８８ＣＤＢの摩擦係数が低いため、この動きは比較的容易である。また、柔らかい素材であるため、摩耗の兆候が見られると、必要に応じて隣接する外側ハウジング２８０ＣＤまたは内側構成要素４８４ＣＤ上の摩耗が最小限またはまったくない状態で安価に交換できる。
【００７６】
ベアリング負荷容量
［００７５］一例では、溝間で相互のやりとり（cross-communication）が発生し得る。このような相互のやりとりにより、ベアリングの負荷容量が減少し得る。例えば、図８４において、溝６０６ＤＡは、溝６０６ＬＡおよび６０６ＤＢの近くに配置されており、したがって、ぴったり合わない構成で、いくらかの相互のやりとり（隣接する溝／ポケット間の流れ）が生じ得る。図８４の中間スリーブ４８２ＣＤは、多くのベアリングポケット２８４が望まれる実施例で利用することができる。ラジアルベアリングのベアリングポケットの数を増やすと、ラジアル荷重に耐えるベアリングの容量が増大し得る。追加のランディング領域は、それらの間の相対運動により、接触または近接触している構成要素の摩擦による粘性抗力と発熱を増大させ得る。さらに、ベアリング流体の出口温度が高いと、流体を供給温度まで冷却するためにより多くの動力が必要になり得る。温度が高いと粘度が低下し、ベアリングの負荷抵抗能力が低下し得るため、一部のアプリケ−ションでは、この温度上昇を制御するために漏れ率を上げることが望ましい場合がある。いくつかの例では、流体力学効果は理論的に最小限の影響しか及ぼさないかもしれないが、流体力学効果は粘度に特に敏感である場合がある。この追加のポンピング力と他の寄生力の増加は、ベアリングが最大負荷容量に近くなるように設計されている場合には正当化されるが、ベアリングポケットの数を決定する際にこれらのトレ−ドオフを理解する必要がある。本明細書に開示される「スラスト」ベアリングの実施形態は、複数のベアリングポケットが使用される場合、シャフトを曲げるように作用するモーメント荷重に抵抗するように構成され得る。同心環状ベアリングポケットを１つだけ用いる場合、いくつかの例のベアリングは、シャフトを曲げるように作用するモーメント荷重に抵抗できない場合がある。主にスラスト荷重が予想されるアプリケ−ションでは、８以下のベアリングポケットがいくつかのアプリケ−ションで最適な選択になり得るが、主に曲げモーメント荷重が予想されるアプリケ−ションでは、８以上のベアリングポケットが最適となり得る。
【００７７】
ベアリングポケットにリストリクタを有する無毛管自己補償ハイブリッドベアリングの供給
［００７６］図示する実施例は、回転式流体流動装置２０に組み込まれたときに、毛管供給自己補償ハイブリッドベアリングがどのように供給され得るかを示している。例えば、図６０Ａでは、単一の供給ライン２１８が、円周溝２１９と流体連通しており、複数の流体導管２２１（図６０Ｂ）と流体連通して、アイドラシャフトハイブリッドベアリング１３８の複数のベアリングポケットに供給する。一例では、これらの同じ例を、ベアリングポケット２８４にリストリクタ２７７（７１Ａ）を有する無毛管自己補償ハイブリッドベアリング１３８／７２／１１８／１２０を供給する際に適用することができる。
【００７８】
対向するリストリクタとベアリングポケットを具えた新規な無毛管自己補償ハイブリッドベアリング
［００７７］図７１Ａ〜７１Ｂおよび図７３〜９３に示すハイブリッドベアリングの実施例では、リストリクタ２７７は、ベアリングポケット２８４ＱＧの正反対のベアリングポケット２８４ＱＡ内に構成される。一例では、ベアリングポケット２８４ＱＧは、供給ライン２７０ＱＡを介して圧力下で流体供給されている。この構成は、奇数のローブを含み、バレー８２がローブの正反対にある例（７８Ａおよび７８Ｂ）では、アイドラ／ドライバロータハイブリッドベアリング１３６／１３４には通常適用されない。偶数のローブ７８が用いられる実施例では、この構成が利用できる。別の例では、ローブ７８の数が偶数であり、予想される最大の負荷は、ベアリングの支持が最小であるバレー８２で発生すると予想される。さらに、アイドラ／ドライバロータハイブリッドベアリングで予想される負荷は、かなりのものになる可能性がある。顕著な圧力によって引き起こされる半径方向または軸方向の負荷は、圧縮チャンバ１４４から生じ得る。図１０３に示すアイドラ／ドライバのロータシャフト軸６３７／６３９のオフセット角度（「アルファ角度」）が増加すると、圧力によって引き起こされる負荷の半径方向部分が増大し、軸方向部分が減少する。オフセット角度が大きいほど、所定のロータ直径とインボリュートロータプロファイルの容積スル−プットが高くなるため、アイドラ／ドライバのロータシャフト４１／６５の最小直径によって通常規定される上限までは、一般的に好ましいと考えられている。アイドラ／ドライバのロータシャフト４１／６５のこのような最小直径は、それらの構造上の剛性と強度、および他の構成要素の組み立て方法を含む他の要因によって実質的に決定される。図１０３の実施例では、アイドラロータシャフト４１は、内径に一次ゲート１７１や一次ゲートハウジング１８１などの構成要素を有するように示されている。アルファ角が増加すると、バレー８２Ａ（図１１５）がアイドラロータシャフト４１に深く切り込まれる。同じ配置を可能にするために、アイドラカラー３７Ａおよびアイドラロータシャフト４１の直径が減少され得る。アイドラロータシャフト４１のこの同じ厚さを維持するために、一次ゲート１７１および一次ゲートハウジング１８１の直径が減少される場合もある。これにより、排出プレナム６６９内の流路が望ましい範囲を超えて制限されたり、構造剛性がこれらの構成要素の外径の大きさに実質的に比例するという点で、これらの構成要素やアイドラロータシャフト４１の構造剛性に悪影響を及ぼしたりすることがある。
【００７９】
［００７８］ベアリングポケットがリストリクタ２７７を具える実施例では、負荷に抵抗するために利用可能な領域が少なく、したがって、同じ負荷容量を得るために、ベアリング供給圧力を増加させる必要がある。さらに、ロータローブ（７８Ａおよび７８Ｂ）が比較的大きな直径および質量を有する場合、それぞれのシャフトが比較的高い回転速度で回転すると、ロータローブ７８は、半径方向外向きにハウジング５５の円錐台表面１１４に向かって加圧され得る。チャンバ１４４からの圧力誘発負荷（ロータ間）がない場合、この遠心力荷重により、ロータローブ７８が、内部のフルスト球形ハウジング表面１１４Ｂに向かって撓み得る（図１０３）。ベアリングポケットの内側にリストリクタを具えるこの構成は、本書に開示された（オプションで毛管供給の）静圧ベアリング設計とは異なり、遠心荷重または熱膨張に対する自己補償効果がない場合がある。図１０２〜１６３に示す例では、アイドラ／ドライバロータハイブリッドベアリング１３５Ａ／１３５Ｂ（例えば
図１２０）は、毛管リストリクタを使用せずに、遠心荷重と熱膨張に対し自己補償し得る。アイドラ／ドライバのラジアルシャフト（１３７Ａ／１３７Ｂ）、後部スラスト（１３９Ａ／１３９Ｂ）、前部スラスト（１２９Ａ／１２９Ｂ）のハイブリッドベアリングも、毛管リストリクタを用いることなく遠心荷重と熱膨張に対し自己補償し得る。
【００８０】
［００７９］本書では、複数のベアリングポケット２８５を利用する構成が開示されており、これらは一例では、中心回転シャフト軸６３７／６３９に対して円形パタ−ン構造で実質的に生成される。説明を簡単にするために、流体連通している２つの対向するベアリングリストリクタとベアリングポケットの操作性のみに符号を付して説明するが、互いに流体連通している他の対向するベアリングリストリクタとベアリングポケットも同じように動作する。図７１Ａ、図７１Ｃ〜７１Ｄに示したように、構成要素６２０のランディング２９０／２８８／２７６／２７４／２７２は、隣接する構成要素６７１のすぐ隣の表面６７１’に対して実質的に小さなギャップを形成すると理解される。図７２Ａ、７２Ｂおよび１４９では、ランディング６１１／２９３／２９１／２８９／２８７／２７２は、例えば図７１Ａに対する図７１Ｄに示されるように、すぐ隣の表面６７１’に対して実質的に小さなギャップを形成すると理解される。
【００８１】
［００８０］図１０２〜１４８に示すハイブリッドベアリングの例は、図７２Ａ〜７２Ｂの非常に概略的なハイブリッドベアリングの例で説明した原理に基づいて、構成要素の撓み（例えば、熱膨張や遠心力荷重）および構成要素の変位（例えば、チャンバからの圧力誘導負荷）を自己補償するように構成されている。この構成の完全な説明が後述される。図１５０〜１６３に示すハイブリッドベアリングの実施例は、図１４９の非常に概略的なハイブリッドベアリングの例について説明した原理に基づいて自己補償するように構成できる。この構成の完全な説明も後述される。
【００８２】
［００８１］図７２Ａ、７２Ｂ、および１４９は、正反対のリストリクタ２７７およびベアリングポケット２８５を具える例を示す。図７１Ａ、７１Ｂの例で示したように、ランディングを横切る流れ導管および流動抵抗６２２の略図が提供されている。前と同様に、図面の実線は無視できる流動抵抗を表し、これらの流路全体で無視できる圧力降下を意味する。凹部２８４／２７４などは十分に深く、流れ導管２７０／２８６などは、圧力降下が予想されるランディング２９０などの小さな流れ通路に比べて十分に大きい。各ランディングでのギャップ高さは、ランディングでの構成要素とランディングでの隣接面６７Ｔとの間の平均法線距離として定義される。「ギャップ高さ」は、（ランディング面２９３／２９１／２８９／２８７／２７２（および図１４９の６１１）および隣接面６７１’に直交して測定した）ランディングでのギャップ高さを指し、凹部でのギャップ高さの変化は、凹部で生じる圧力に大きな影響を与えることを意図しないことを理解されたい。図７１Ａ〜７１Ｂについての前の説明における、凹部の深さ、流体導管のサイズ、線形圧力勾配、および乱流に関する仕様テキストは、図７２Ａ、７２Ｂ、および１４９の例にも適用できる。上述したように、本明細書で説明する要素の多くには、任意の望ましい形状を使用することができる。説明の容易のために、直線構造と楕円構造を示す。ランディングでの流動抵抗は、周囲、厚さ、およびギャップ高さに依存し得るため、ランディングは、提供されている実施例とは異なる他の形状のランディングと凹部を選択してもよい。図７２Ａ、７２Ｂおよび１４９に示されるように、構成要素６２０Ｓ／６２０Ｔ／６２０Ｕは、それに関連して動く隣接表面（例えば、図７１Ｄの６７１’）に直接接触しないように浮動しており、そのように符号付けされている。一例では、すぐ隣の構成要素６７１は静止しており、したがって、構成要素６２０Ｓ／６２０Ｔ／６２０Ｕと表面６７１’との間に相対的な動きがある。一例において、構成要素６２０Ｓ／６２０Ｔ／６２０Ｕに含まれる凹部、ランディングおよび流体導管は、代替として、すぐ隣の構成要素６７１に含まれ、構成要素６２０または６７１のいずれかは、本書記載の加圧流体ベアリングシステムを介して他の構成要素に対して浮動してもよい。ベアリング構成要素（ポケット、ランディング、流体導管）の推奨位置は、部品の特定の形状に依存してもよく、同様に流体導管がリストリクタとベアリングポケットをどのように接続するかや、全体的な製造コストの削減および／またはコンパクトなアセンブリを製造する希望などが考慮される。
【００８３】
［００８２］図７２Ａの例では、ベアリングポケット２８５ＳＡ’は、少なくとも１つの凹部２８５’を規定する面を具え、すぐ隣のランディング２９１ＳＡ’Ｌ／２９１ＳＡ’Ｒ／２８７ＳＬ／２８７ＳＲが、（構成要素６２０Ｓ／６２０Ｔ／６２０Ｕに対して）隆起または放射状に突出したベアリングポケット２８５ＳＡ’の周囲の周辺部を形成している。実質的に長方形の「供給凹部」２７５ＳＡは、外周を形成するすぐ隣のランディング２９３ＳＡＬ、２９３ＳＡＲ、２８９ＳＬ、２８９ＳＲと、内周のランディングを形成する隣接するランディング２７２ＳＡとで凹部を規定する表面を具える。内周のランディング（例えば２７２ＳＡ）および穴を規定する表面（例えば６０９ＳＡ’）は、図６５〜６９に示されている毛管リストリクタと混同しないように、この説明では「リストリクタ」２７７と呼ぶ。高圧流体が、ベアリング供給ライン／導管３９５ＳＡを介して供給凹部２７５ＳＡに供給される。流体および／または圧力は、内部流体導管６０９ＳＡ’に入る前にランディング２７２ＳＡによって、ベアリング内で制限され得る。内部流体導管６０９ＳＡ’は、無視できるほどの流動抵抗を有し、一例では、正反対のベアリングポケット２８５ＳＡ’と流体連通している。ベアリングポケット２８５ＳＡ’から出る流れと圧力は、ランディング２９１ＳＡ’Ｌ／２９１ＳＡ’Ｒ／２８７ＳＬ／２８７ＳＲで調整される。一例では、ベアリングポケット２８５がランディング２９１ＳＡ’Ｌと２９１ＳＡ’Ｒのすぐ隣に提供され、ランディング２８７ＳＬと２８７ＳＲのすぐ隣に圧力ドレン２８７’を具え得る。別の例では、凹部／「ドレン」２９１’Ｌおよび／または凹部／「ドレン」２９１’Ｒでの圧力は、供給凹部２７５ＳＡに供給される高圧流体と同じかそれより高くてもよい。供給凹部２７５ＳＡを出る流れおよび圧力は、ランディング２９３ＳＡＬ、２９３ＳＡＲ、２８９ＳＬおよび２８９ＳＲによって調整され得る。供給凹部の外側ランディングに隣接する圧力が、ベアリングポケットの外側ランディングに隣接する圧力より低い場合、ランディング２９３ＳＡＬ、２９３ＳＡＲ、２８９ＳＬおよび２８９ＳＲの流動抵抗は、ベアリングポケットランディング２９１ＳＡ’Ｌ／２９１ＳＡ’Ｒ／２８７ＳＬ／２８７ＳＲの流動抵抗より高いことが望ましい。供給凹部２７５ＳＡの外側ランディングで大きな圧力差があると、全体のベアリング容量に寄与せずに望ましい漏れ率よりも大きくなる可能性があり、この例では、供給凹部の外側ランディングの流動抵抗を大きくして漏れを減らし、摩擦／熱の発生を増やすことができる。一例では、供給凹部２７５ＳＡは、ランディング２８９ＳＬおよび２８９ＳＲのみを有する円周方向に連続した領域を形成してもよい。別の例では、供給凹部２７５ＳＡは、それぞれのベアリングポケット２８４よりも短いスパン（例えば、円周方向に）であり得、低圧ドレンが２９３ＳＡＬおよび２９３ＳＡＲにすぐ隣接して存在してもよい。
【００８４】
［００８３］図７２Ａの反対側のリストリクタとベアリングポケット構造が図７２Ｂに複製され、リストリクタのポケット２７７（および周囲の供給凹部）２７５がベアリングポケット２８５から横方向にオフセットして示されている。この例は、交互の対向するリストリクタ２７７およびベアリングポケット２８５とともに、図７２Ａに関して説明したのと同様に機能し、ここで同じ数字は同じ要素を示す。例えば、供給凹部２７５ＳＡおよび２７５ＴＡは類似する。ドレンキャビティ４５３’は、ベアリングポケット２８５ＴＧ’のランディング２８７ＴＲと供給凹部２７５ＴＡのランディング２８９ＴＬとの間に示されている。しかしながら、図１４９の実施例に示すように、ランディング２８７ＴＲと２８９ＴＬを組み合わせた一部のアプリケ−ションでは、このドレンキャビティ４５３’は必要ない。この組み合わせたランディングは、図１４９で６１１Ｕとして示され、ベアリングポケット２８５ＵＧ’と供給凹部２７５ＵＡの両方で共有される。対向するリストリクタとベアリングポケットが交互に配置されたこの構成では、ベアリングポケット２８５ＵＧ’の圧力を下げ、負荷容量を増大できるため、ランディング６１１Ｕが一例では他のベアリングポケットランディング２８７ＵＬ／２９１ＵＧ’Ｌ／２９１ＵＧ’Ｒよりもかなり高い流動抵抗を有することが好ましい。ベアリングポケットがランディング２９１ＵＧ’Ｌおよび２９１ＵＧ’Ｒのすぐ隣に配置されている場合、これらのランディングの流動抵抗が、ランディング２８７ＵＬの流動抵抗よりも高いことが好ましく、低圧ドレンがランディング２８７ＵＬのすぐ隣にある例では、ベアリングポケット２８５ＵＧ’が実質的に同様の低圧に到達可能となり、それによって負荷容量を増大させることができる。
【００８５】
調整された内側ボ−ル圧力を有するベアリングの実施例Ｅ〜Ｐ−実施例Ｂに適用
［００８４］図７２Ａ／７２Ｂ／１４９の実施例Ｓ／Ｔ／Ｕでは、流体導管６０９は正反対のリストリクタ２７４とベアリングポケット２８５の間に流体連通している。ハイブリッドベアリングの実施例Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、ＯおよびＰが図１３７〜１４８および図１５２〜１６３２に示されており、同様の符号付けが用いられ、上記の説明は、流体導管６０９（Ｅ〜Ｐ）および他の同様の符号付けされた要素に適用され、開示を簡略化する。図１０２〜１０２Ｅに示される回転式流体流動装置２０の例は、ハイブリッドベアリングの実施例Ｅ〜Ｊを含む（図１３７〜１４８）。図１５０〜１５１の回転式流体流動装置２０の例は、ハイブリッドベアリングの実施例Ｋ〜Ｐを示す（図１５２〜１６３）。回転式流体流動装置２０のこれらの例は、変動する圧力を有する個々の凹んだベアリングポケットの組み合わせを通じて、軸方向、半径方向、および／または曲げモーメント荷重に抵抗するように構成されたハイブリッドベアリングを具える。（ベアリングポケット内の）領域にかかるこの圧力により、ここで説明する「浮動」する構成要素の相対位置によって力が生じる。
【００８６】
［００８５］アイドラ／ドライバロータハイブリッドベアリング１３５Ａ／１３５Ｂ（図１２０）は、凹んだポケット２８５に垂直な荷重に抵抗するように構成されている。ロータ２８／７６がそれぞれのシャフト軸６３７／６３９（図１０３）に関して互いに同一線上に互いに軸方向に分離する例では、アイドラ／ドライバのロータベアリングポケットランディングとハウジング５５Ｂの内面１１４Ｂとの間の実質的に小さいギャップ６４１Ａ／６４１Ｂ（図１０３Ｅ／１０３Ｄ）が減少し、この軸方向の動きはリストリクタ２７７のギャップ６４３Ａ／６４３Ｂに影響を生じない（図１０３Ｂ／１０３Ａ）。ベアリングポケットのランディングのギャップ６４５Ａ／６４５Ｂは、対応するリストリクタのギャップ６４７Ａ／６４７Ｂに比べて減少しており、ポケットの圧力は、平衡に達するまで増加する。このようにして、ベアリングは熱膨張と遠心荷重からの撓みに反応し得る。ロータローブでの温度と直径の積がロータシャフトよりも大きい場合は、熱膨張からの自己補償があり得る。構成要素が隣接する表面（例えば、表面１１４）に対して回転している場合、質量、形状（例えば、直径）、および回転速度に比例する遠心荷重の結果として、実質的に放射状の撓みが生じ得る。ロータ／ロータシャフトが共通の材料で作られ、ロータローブ７８がロータシャフトよりも直径が大きい場合、ロータローブ７８は、リストリクタ２７７に対してより大きい（実質的に）半径方向の撓みを経験し得る。図１４３〜１４８および図１０３Ｂに示すように、そのような例のアイドラロータシャフトハイブリッドベアリング１３７Ａは、ベアリングポケット２８５のランディング２９１／２８７でのギャップ６４５Ａが同じ方法で自己補償するように構成され、対応するリストリクタギャップ６４７Ａでのギャップと比べて減少される。同様に、図１０３Ｂおよび１０３Ｅに示すように、アイドラ（後部）スラストハイブリッドベアリング１３９Ａは、ベアリングポケットのランディングにおけるギャップ６４９Ａが、対応するリストリクタギャップ６５１Ａにおけるギャップと比較して減少するといつでも、自己補償し得る。カラー３７Ａ／３７Ｂ（図１０３）がオーバーハングセクション３５Ａ／３５Ｂを具える場合、遠心荷重により、このセクションが半径方向外側および軸方向後方に撓み、ギア歯を分離するように作用し得る。アイドラフランジ６２１Ａに対するアイドラロータシャフトおよびカラー３７Ａの軸方向の熱膨張も、この効果によって自己補償され得る。前述の熱膨張や遠心力荷重などの予想される荷重により、リストリクタギャップ６４３、６４７、６５１はポケットギャップ６４１、６４５、６４９が減少するにつれてサイズが大きくなるため、前述の毛管供給の例に比べて本例で同じ荷重に反応するために必要な撓みは少なくなる。
【００８７】
［００８６］一例では、図１０３のドライバロータシャフト６５は、アイドラロータシャフト４１と実質的に同様であり、固定部品（図示せず）は、スライドゲートハウジング１８１と同様／同等であり、ドライバロータシャフトの穴の内径にリストリクタで小さなギャップ（図示せず）を形成する。内側回転構成要素（図示せず）が、静止構成要素（例えばハウジング５５）の内径に適合するように構成されてもよく、構造および機能において、スライドゲートハウジング１８１の内側の一次ゲート１７１の構成と実質的に同等である。この内側の回転可能な（シャフト）構成要素は、スプライン接続を介してトルクをドライバロータシャフト６５に伝達するように構成され得る。別の例では、これらの構成要素は、ボルトまたは他の方法と装置によって固定される。
【００８８】
［００８７］図１０３〜１０３Ｅおよび図１３７〜１４２の実施例では、ドライバシャフトベアリングポケットランディングのギャップ６４５Ｂは、ドライバシャフトリストリクタ２７７のギャップ６４３Ｂと実質的に同等であり得る。一例では、熱膨張または遠心荷重に対する自己補償がほとんどないか、まったくない場合がある。そのような例では、ベアリングポケットランディング６４５Ｂおよびリストリクタランディング６４３Ｂが実質的に同等の値だけ減少する（または熱収縮の場合には増加する）とき、ベアリングポケット（およびリストリクタ）の圧力は実質的に変化しない。この自己補償の欠如は、撓みがニュ−トラル位置のギャップ高さのごく一部である一部のアプリケ−ションでは問題にならない場合がある。これらの撓みを最小化する実用的な方法は、シャフトの直径を最小化することである。熱膨張および／または遠心荷重によってベアリングポケットがギャップよりも大きく減少するだけの場合、これらの荷重に対して自己補償効果が存在し得る。例えば、ドライバロータベアリングポケットのギャップ６４１Ｂが図１０３と図１０３Ｄに示され、これはドライバロータシャフトのドライバロータリストリクタでのギャップ６４３Ｂ（図１０３Ａ）より大きな直径である。この例では、これらの負荷に対する自己補償効果が期待できる。ドライバシャフトベアリングポケットのギャップ６４５Ｂを、図１０３と図１０３Ａに示し、対応するドライバシャフトリストリクタのギャップ６４７Ｂとほぼ同じ直径であるため、熱膨張や遠心力負荷に対する自己補償は期待されない。しかしながら、ドライバのロータシャフトの正反対側に位置するこれらの交互に対向するリストリクタとベアリングポケットは、シャフトを変位させるように作用し得る荷重（例えば、チャンバ内のガスの圧縮または膨張から生じる圧力）に自己補償であり得る。
【００８９】
［００８８］一例は、ドライバロータベアリングのリストリクタ２７７およびドライバシャフトベアリングのリストリクタ２７７（図１０３Ａの対応するギャップ６４３Ｂ／６４７Ｂを参照）が、ドライバシャフトベアリング２８５の後方側に配置されるように構成される（対応するギャップ６４５Ｂを参照）。一例では、ドライバロータシャフトは、（後方の）リストリクタ位置で、図に示されているよりも小さい相対直径であり得る。
【００９０】
［００８９］同等のベアリングスリーブ６２５Ｂを変更して実質的に小さなギャップ６４７を形成するか、追加のベアリングスリーブまたは比較的静止した構成要素を用いて、ドライバシャフトベアリングリストリクタに符号６４７Ｂなどの実質的に小さなギャップを形成してもよい。任意で、ドライバロータベアリングとドライバシャフトベアリングを、熱膨張、遠心荷重、圧力誘導チャンバ荷重を補償するように構成してもよい。
【００９１】
［００９０］一例では、ベアリングポケット２８５を通る圧力と流れは、隣接するギャップ６４５、隣接するドレン圧力、リストリクタギャップ、および隣接する供給圧力によって調整され、結果として生じるベアリングポケット圧力がドレン圧力と供給圧力の間にあるように構成される。一例では、ベアリングポケットを出る流れが流入に比べて実質的に制限されている場合、圧力は、ドレン圧力よりも供給圧力に近くなる。この例のベアリングポケット領域に作用するこの圧力は、構成要素が隣接する静止した構成要素に向かって移動しなくなるまで、負荷に抵抗する。流動抵抗は主にギャップ高さに依存するため、パ−ツが変位または変形したときにベアリングポケットとリストリクタでギャップ高さがどのように変化するかに注目することで、ベアリングの動作を理解するのが最も簡単である。
【００９２】
［００９１］図１０３〜１０３Ｅおよび図１４３〜１４８のアイドラシャフトハイブリッドベアリングの実施例では、アイドラロータ４１の（高圧）供給ポート３９７ＨＩが、表面を規定するキャビティ３９８ＥＦ、表面を規定する穴３９５ＥＦおよび溝３９６ＥＦを介して、供給凹部２７５ＨＩと流体連通している。複数の穴３９５ＥＦを組み込むことができる。キャビティ３９８ＥＦおよび溝３９６ＥＦ内の実質的な流動面積は、ベアリングポケット内の圧力が上流圧力を超えないという点で、高圧供給フィ−ド３９７ＨＩと供給凹部２７５ＨＩとの間の圧力損失を最小限に抑えるように構成され得る。負荷に抵抗する容量は、供給フィ−ド３９７ＨＩの圧力ではなく、供給凹部２７５ＨＩの圧力に依存し得る。ドレン２８９ＨＩＬおよび２８９ＨＩＲは、供給凹部２７５ＨＩを出る流体の漏れを調整するように構成される。作動流体（圧送、圧縮、膨張される流体）がドレン２８９ＨＩＲのすぐ近くにあり、供給凹部２７５ＨＩよりも低圧である場合、ベアリング流体（可動部品間の摩擦を減らすためにベアリング内に存在する流体）が作動流体内に漏れ（望ましくない流れ）、一方で作動流体はベアリング内に漏れるのが防止される。流体導管６０９ＨＡ’（他は符号付けされていない）へのベアリング流体の流れは、ベアリングポケット２８５ＨＡ’に到達する前に、リストリクタランディング２７２ＨＡによって調整される。中間ランディング２９１ＨＡ’Ｌおよび２９１ＨＡ’Ｒは、隣接するベアリングポケットを分離するように構成され、これらのベアリングポケットの圧力差は大きく異なり得る。ドレン２８７ＨＬおよび２８７ＨＲは、ベアリングポケットから出る流体の漏れを調整する。
【００９３】
［００９２］アイドラロータハイブリッドベアリングの実施例Ｉも、図１０３〜１０３Ｅおよび図１４３〜１４８に示されている。供給領域２７５ＨＩから流体導管６０９ＩＡ’への流れは、ベアリングポケット２８５ＩＡ’に到達する前に、リストリクタランディング２７２ＩＡによって調整される。中間ランディング２９１ｌＡ’Ｌは、隣接するロータベアリングポケットを分離する。ドレン２８７ＩＬおよび２８７ＩＲは、ベアリングポケット２８５ＩＡ’から出る流体の漏れを調整する。
【００９４】
［００９３］図１０３〜１０３Ｅおよび図１４３〜１４８は、アイドラシャフト軸６３７に平行な負荷に抵抗し得るアイドラスラストハイブリッドベアリング１３９Ａ、実施例Ｊを示す。一例では、所与の供給圧力に対してアイドラシャフト軸６３７と平行な負荷に抵抗する容量は、シャフトの軸に垂直なベアリングポケットの投影面積に比例する。したがって、最大投影面積は、アイドラシャフト軸６３７に半径方向垂直なポケットを含む。複数のベアリングポケット２８５が図示のように構成されている場合、アイドラまたはドライバの後部／前部スラストベアリング１３９Ａ／１３９Ｂ／１２９Ａ／１２９Ｂは、アイドラ／ドライバシャフト４１／６５の軸６３７／６３９と平行であるが同一直線上にない荷重に抵抗するように構成され得る。これらの荷重は、シャフトの軸に平行ではないため、本書では曲げモーメント荷重と呼ばれる。「アイドラスラストハイブリッドベアリング」という略称は、曲げモーメント荷重に抵抗しないことを意味するものではない。この例のアイドラスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｊの高圧供給フィ−ド３９７Ｊは、供給凹部２７５Ｊと流体連通している。ドレン２８９ＪＬおよび２８９ＪＲは、供給凹部２７５Ｊを出る流体の漏れを調整する。この例の流体導管６０９ＪＡ’（他は符号付けされていない）への流れは、ベアリングポケット２８５ＪＡ’に到達する前に、リストリクタランディング２７２ＪＡによって調整される。中間ランディング２９１ＪＡ’Ｌと２９１ＪＡ’Ｒは、隣接するベアリングポケット２８５を分離し、したがってこれらのベアリングポケットの圧力差は大幅に異なる。ドレン２８７ＪＬおよび２８７ＪＲは、ベアリングポケット２８５から出る流体の漏れを調整する。
【００９５】
［００９４］本例の圧縮チャンバ（複数可）１４４は、ドレン２８７ＩＲ（図１４７のアイドラロータベアリングの実施例Ｉ）とドレン２８９ＪＬ（アイドラスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｊ）に直接隣接している。アイドラスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｊの窪んだ供給凹部２７５Ｊのベアリング流体圧力が圧縮チャンバ１４４の最大圧力を超える場合、凹んだアイドラロータのベアリングポケット２８５Ｉ（Ａ’〜Ｉ’）からのベアリング流体は、圧縮チャンバ１４４の方へ流れる。これは、液体バリアが、隣接するチャンバの作動流体がベアリング位置で流体連通するのを防ぐことができるという点で望ましい。容積スループット／効率を改善するために、高圧チャンバから低圧チャンバへの作動流体の移動を最小限に抑えることが望ましい。このように、ベアリングに使用されるベアリング流体が作動流体に漏れる可能性がある。所定のベアリングポケットで観察される圧力が最低ドレン圧力と供給圧力の間にあると予想されるため、もちろん、アイドラロータハイブリッドベアリングの実施例Ｉの高圧供給フィード３９７ＨＩは、ベアリングが機能するための最大圧縮チャンバ圧力より高い圧力であると考えられる。一例では、アイドラスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｊの供給凹部２７５Ｊでの圧力は、アイドラロータハイブリッドベアリングの実施例Ｉの高圧供給フィード３９７ＨＩを超えても、特定のアイドラロータベアリングポケット２８５ＩＡ’の圧力に実質的に影響を与えない。ここで、ドレン２８９ＪＬおよび／またはドレン２８７ＩＬの流動抵抗は、ドレン２８７ＩＲの流動抵抗よりも大幅に高い。ドレン２８７ＩＬのすぐ隣に圧力調整されたキャビティを設けるなど、微調整を行うことができる。この代替例は、ドレン２８９ＪＬとドレン２８７ＩＬの流動抵抗をドレン２８７ＩＲの流動抵抗より大幅に増加させることが不可能であるか簡単に構成できず、アイドラロータの高圧供給フィード３９７ＨＩが、アイドラスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｊの供給凹部２７５Ｊよりも圧力が大幅に高くないアプリケーションで望ましい。
【００９６】
［００９５］１つまたは複数の流体導管６１３は、図１４３〜１４８に示すように、アイドラインサート９１の凸状フルスト球面９９の凹部９９’に高圧流体を供給するように構成することができる。これらの流体導管は、ハウジング５５Ｂの流体導管１６１（図１１１〜１１４）と流体連通している環状溝６１５によって供給され得る。凸状フルスト球面９９を通過して流れるベアリング流体、ク−ラント液、または他の「シ−リング」液は、チャンバ１４４に入り、好ましくは圧力の異なる隣接するチャンバからチャンバ１４４を密閉し、圧縮／拡張アプリケーションで冷却／加熱を提供する。凹状のフルスト球面９９に到達する圧力は、チャンバの最大圧力よりも高いことが望ましく、これはチャンバへの正の流れを確実にし前記シールを促進するために排出プレナム６６９（図１０３）の圧力と近いがそれより高くする。最大チャンバ圧力は、容積スループットおよび回転速度と組み合わせた、一次ゲート１７０の配置によって許容される最大圧力として定義される。チャンバが早くか遅くに開くと、ドライバの動力要件が増大する可能性があるため、一次ゲート１７０の位置が最適である場合、ドライバの動力を最小化することができる。作動流体がチャンバを出るのに必要な圧力差は、容積スループット、作動流体の密度（例えば、作動流体の圧力と組成）、および利用可能な時間枠（例えば、ドライバの回転速度）に依存し得る。例えば、入口圧力が高いと、入口圧力が低い場合と比較して、関連して高い容積スループットを有し得る。排出プレナム６６９内の圧力が高いと、作動流体が排出されるときに比較的高い密度を有する必要がある。回転速度が高くなると、使用可能な時間が短くなり得る。このようにして、高い入口圧力、高い排出プレナム６６９の圧力、およびロータの高い回転速度の組み合わせは、チャンバ１４４と排出プレナム６６９との間の高い圧力差が許された時間枠で作動流体を排出するために必要となり得るという点で、最大チャンバ圧力を定義し得る。排出プレナム６６９内の圧力は実質的に同様であるが、作動流体を回転式流体流動装置２０から排出するために正の圧力差が必要となるため、下流の収集システム（図示せず）の圧力より高くする。溝６１５内の圧力は、供給凹部２７５ＨＩ内の圧力よりも低く、高く、または同じであり得る。ランディング２８９ＨＩＬは、溝６１５と供給凹部２７５ＨＩとの間に流動抵抗を提供し得る。圧縮機の外部の圧力測定値が凹部９９’で得られる圧力にさらに厳密に従うことが望ましい場合、ランディング２８９ＨＩＬとドレンランディング６５３の流動抵抗が、凸状フルスト球面９９の流動抵抗よりも実質的に高いことが望ましい。
【００９７】
［００９６］この流体圧力の調整は、入口圧力と排出圧力のさまざまな組み合わせに対してベアリング性能を最適化するように構成できる。流体圧力は、それぞれのアイドラ／ドライバシャフト軸６３７／６３９（図１０３）に対してスラスト荷重を誘起し得る。したがって、ガスチャンバ圧力からの高い圧力誘起スラスト荷重がない場合、凹部９９’の圧力はそれに応じて増加し得る。これにより、負荷の変動性が低減し、したがってアイドラ／ドライバスラストハイブリッドベアリング（図１０３の１３９Ａ、１３９Ｂ、１２９Ａ、１２９Ｂ）のニュ−トラル位置からの軸方向の変位が最小限に抑えられ、粘性抗力／ドライバの動力が減少する。穴３９７ＨＩに入る供給圧力は、凹部９９’で得られる圧力が作動流体供給圧力と作動流体排出圧力との間にあるように調整され得る。穴３９７Ｈに入るこの圧力は、最小のドライバ動力に調整されてもよい。別の例では、単純な方程式をソフトウェアコードで記述し、非一時的媒体（デジタルファイル）に保持して、入口圧力と排出圧力に比例する方程式を含む制御システムで用いることができる。
【００９８】
［００９７］ドレン２８７ＪＬおよび２８７ＨＲを出る流体は、アイドラカラー３７Ａの穴４４９Ｊを介してギアキャビティ４４５と流体連通し得る（図１１１）。ドレン２８７ＪＲおよび２８９ＪＲを出る流体は、すぐ隣のギアキャビティ４４５に入り得る。ドレン２８７ＨＬおよび６５３を出る流体は、穴４５１ＨＮを介してギアキャビティ４４５と流体連通し得る（図１１０）。ギアキャビティ４４５内の流体は、穴４４７を介して下流の流体収集システム／オイルサンプ（図示せず）に排出することができる。
【００９９】
［００９８］図１０３〜１０３Ｅおよび図１３７〜１４２のドライバシャフトハイブリッドベアリングの実施例Ｅでは、ドライバロータ用の（高圧）供給フィード３９７ＥＦは、供給凹部２７５ＥＦと流体連通している。ドレン２８９ＥＦＬおよび２８９ＥＦＲは、供給凹部２７５ＥＦから出る流体の、溝４５６ＥＫ’、穴４５３ＥＫ、４５１ＥＫ’、４５１ＥＫ（図１０９）およびカラー３７Ｂの穴４４９Ｇを介してギアキャビティ４４５へと漏れるのを調整する。流体導管６０９ＥＡ’などへの流れは、ベアリングポケット２８５ＥＡ’に流れる前に、リストリクタランディング２７２ＥＡによって調整される。中間ランディング２９１ＥＡ’Ｌと２９１ＥＡ’Ｒは、隣接するベアリングポケットを分離しており、それらのベアリングポケットの圧力差が大きく異なるように構成されている。ドレン２８７ＥＬおよび２８７ＥＲは、ベアリングポケットから出る流体の漏れを調整する。ドライバロータハイブリッドベアリングの実施例Ｆも、図１０３〜１０３Ｅおよび図１３７〜１４２に示されている。供給源２７５ＥＦから流体導管６０９ＦＡ’への流れは、ベアリングポケット２８５ＦＡ’に到達する前に、リストリクタランディング２７２ＦＡによって調整され得る。中間ランディング２９１ＦＡ’Ｌは、隣接するロータベアリングポケットを分離する。ドレン２８７ＦＬ、２８７ＦＲ、および２９１ＦＡ’Ｒは、ベアリングポケット２８５ＦＡ’から出る流体の漏れを調整する。
【０１００】
［００９９］図１０３〜１０３Ｅおよび図１３７〜１４２は、ドライバスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｇが、ドライバシャフト軸６３９に平行な負荷に抵抗するように構成され得ることを示す。所定の供給圧力に対してドライバシャフト軸６３９に平行な負荷に抵抗するこの容量は、シャフトの軸に垂直なベアリングポケットの投影面積に比例する。したがって、最大投影面積は、ドライバシャフト軸６３９の軸に垂直なポケットを含む。図示されるように、複数のベアリングポケットがある場合、ドライバ後部スラストハイブリッドベアリング１３９Ｂは、平行であるがシャフト６５の軸と同一直線上にない負荷に抵抗するように構成され得る。これらの負荷は、それらがシャフトに平行ではないので、本書では曲げモーメント荷重と呼ばれる。「ドライバスラストハイブリッドベアリング」という略称は、曲げモーメント荷重に抵抗しないことを意味するものではない。ドライバスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｇの高圧供給フィード３９７Ｇは、供給凹部２７５Ｇと流体連通している。ドレン２８９ＧＬおよび２８９ＧＲは、供給凹部２７５Ｇを出る流体の漏れを調整するように構成される。流体導管６０９ＧＡ’（他は符号付けされていない）への流れは、ベアリングポケット２８５ＧＡ’へ流れる前に、リストリクタランディング２７２ＧＡによって調整される。中間ランディング２９１ＧＡ’Ｌと２９１ＧＡ’Ｒは、隣接するベアリングポケットを分離し、それらのベアリングポケットの圧力差が大幅に異なるように構成されている。ドレン２８７ＧＬおよび２８７ＧＲは、ベアリングポケットから出る流体の漏れを調整する。
【０１０１】
［０１００］一例における圧縮チャンバ１４４は、凹部７９Ａ’にすぐ隣接している。凹部７９Ａ’は、ランディング２８７ＦＲ、７９Ａ’Ｌおよび７９Ａ’Ｒによって規定される表面を具える。一例では、この領域は２８７ＦＲのランディングに含まれる。凹部７９Ａ’は、図１０５〜１０８Ｂに示される一次／二次吸入通路１９１／１９３と周期的に流体連通し得る。一例における二次吸入通路１９１／１９３は、ギャップ高さが周期的にかなり大きくなり、したがってかなりの流量が必要になり得ることから、凹部７９Ａ’に供給するのに好ましくない場合がある。摩擦による粘性抗力が実質的に低減され得るという点で、凹部７９Ａ’は、ランディング２８７ＦＲの領域部分全体を作るよりも好ましい場合がある。凹部７９Ａ’の瞬間圧力は、ランディングの流動抵抗および境界条件圧力と類似の電気回路を使用して、上記と同じ方法で計算することができる。一例では、凹部７９Ａ’が一次／二次吸入通路１９１／１９３と流体連通している場合、圧力は、吸引圧力と実質的に同等であり得る。圧縮チャンバ（複数可）１４４は、凹部７９Ａ’（ドライバロータベアリングの実施例Ｆではドレン２８７ＦＲのすぐ隣）とドレン２８９ＧＬ（ドライバスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｇ）に直接隣接している。ドライバスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｇの供給凹部２７５Ｇの圧力が最大圧縮チャンバ圧力を超えると、凹んだドライバロータベアリングポケット２８５Ｆ（Ａ’〜Ｉ’）からの流体が圧縮チャンバ１４４に向かって流れる。これは、液体バリアがベアリング位置での隣接チャンバからの作動流体の流体連通（漏れ）を防ぐことができるという点で望ましい場合がある。容量スループット／効率を向上させるために、高圧チャンバから低圧チャンバへの作動流体の移動を最小限に抑えることが望ましい場合がある。このようにして、ベアリングに使用されるベアリング流体が作動流体に漏れる可能性がある。一例では、ドライバロータハイブリッドベアリングの実施例Ｆの高圧供給フィード３９７ＥＦは、ベアリングが機能するために最大圧縮チャンバの圧力よりも高い圧力にあり（すなわち、一例では、この最大チャンバ圧力は、排出プレナム６６９より高いがほぼ同じである）、これは、所定のベアリングポケットで観測された圧力が、最低ドレン圧力と供給圧力の間になると予想されるためである。本書記載の計算方法を実施する人には理解できるように、ドレン２８９ＧＬおよび／またはドレン２８７ＦＬの流動抵抗が、ランディング７９Ａ’Ｌ／７９Ａ’Ｒの並列抵抗に対する直列抵抗として計算されたドレン２８７ＦＲの等価流動抵抗よりもかなり高い場合、ドライバスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｇの供給凹部２７５Ｇの圧力は、所定のドライバロータベアリングポケット２８５ＦＡ’の圧力に実質的に影響を与えずに、ドライバロータハイブリッドベアリングの実施例Ｆの高圧供給フィード３９７ＥＦを超える場合がある。ドレン２８７ＦＬのすぐ隣に圧力調整キャビティを設けるなどの微調整が可能である。この代替例は、ドレン２８９ＧＬとドレン２８７ＦＬの流動抵抗が、上記の等価流動抵抗（すなわち、ランディング７９Ａ’Ｌ／７９Ａ’Ｒを具えたドレン２８７ＦＲ）を大幅に超えられず、ドライバロータ高圧供給フィード３９７ＥＦが、ドライバスラストハイブリッドベアリングの実施例Ｇの供給凹部２７５Ｇよりも実質的に高圧とならない例では望ましい場合がある。
【０１０２】
［０１０１］ドレン２８９ＥＦＲ（図１３７）および２８７ＧＬ（図１３９）を出る液体は、ドライバカラー３７Ｂの穴４４９Ｇを介してギアキャビティ４４５（図１１１）と連通してもよい。ドレン２８７ＧＲおよび２８９ＧＲを出る流体は、すぐ隣のギアキャビティ４４５に入り得る。ドレン２８７ＥＬから出る流体は、穴４５１ＥＫ（図１０９）を介してギアキャビティと流体連通し得る。ドレン２８７ＥＲおよびドレン２８９ＥＦＬを出る流体は、それぞれ溝４５３ＥＫ’、穴４５３ＥＫ’および穴４５１ＥＫを介してギアキャビティ４４５と流体連通し得る。負荷に抵抗する容量を高めるために、ベアリングポケットのすぐ隣のドレン圧力を下げることが望ましいことから、溝４５３ＥＫ’（図１３７）および下流の穴は、予想される流れが圧力差を減らすように、それに応じたサイズにすることができる。ギアキャビティ４４５内の流体は、穴４４７を介して排出することができる。
【０１０３】
［０１０２］一例では、非常に概略的なハイブリッドベアリングの実施例Ｓ（図７２Ａ）が実施例Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊに実装され、非常に概略的なハイブリッドベアリングの実施例Ｔ（図７２Ｂ）が実施例Ｅに実装されている。アイドラ／ドライバロータハイブリッドベアリングの実施例Ｉ／Ｆの場合、リストリクタとベアリングポケットは正反対にオフセットされ、それぞれ異なる円筒形／フルスト球形トポロジに配置されている。ロータベアリングポケット、例えば図１４１のポケット２８５ＦＡ’は、ランディングの１つ、例えば２８７ＦＬの隣で高圧を有するように記載されている。これも、ベアリング液が排出されるランディングが少なくとも１つある点で、非常に概略的なハイブリッドベアリングの実施例Ｓ（図７２Ａ）の意図する範囲内である。
【０１０４】
［０１０３］図１５０〜１５１の回転式流体流動装置２０の例では、ハイブリッドベアリングの実施例Ｋ〜Ｐを示す（図１５２〜１６３）。流体導管６０９Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐは、それぞれ、流体導管６０９Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊと同等である。対応する供給凹部、リストリクタ、およびベアリングポケットも同等であると理解され、読者の簡単のために、ここでは違いのみを説明する。図１４９に示す非常に概略的なベアリングの実施例Ｕが、ドライバシャフトハイブリッドベアリングの実施例Ｋ（図１５２〜１５７）に実装されている。この例では、溝４５３ＥＫ’（すなわち、図１３７の低圧ドレン）は、リストリクタとベアリングポケットの間に用いられない。ランディング２８７ＥＲと２８９ＥＦＬの組み合わせは、図１５２でランディング６１１Ｋとして符号付けされている。図１３７のドレン２８９ＥＦＲは本例では用いられず、図１３７の供給凹部２７５ＥＦを図１５２の供給凹部２７５ＫＬ内に延ばしている。図１５２〜１５７に示すように、この供給凹部２７５ＫＬは、穴３９５Ｍを介して供給凹部２７５Ｍ（図１５６）と流体連通している。したがって、ランディング２８７ＭＬのすぐ隣の圧力は、供給凹部２７５ＫＬおよび２７５ＭＬ内の圧力と実質的に同等であり得る。図１５１に示されるように、供給凹部２７５ＫＬにおけるこのキャビティ３９６ＫＬＭは、ドライバ側の穴３９７ＫＬＭによって供給されてもよい。本例のアイドラ側は、穴３９７ＮＯＰによって供給されるキャビティ３９６ＮＯＰを具える。図１５０〜１５１および図１５８〜１６３に示すように、キャビティ３９６ＮＯＰは、アイドラロータ４１’の穴３９５ＮＯを介して、およびアイドラカラー３７Ａ’の穴３９５Ｐを介して流体連通しており、高圧ベアリング流体をそれぞれ供給凹部２７５ＮＯおよび２７５Ｐに提供する。図１５０〜１５１をみると、一例では、ベアリングは、キャビティ３９７ＮＯＰおよび穴３９７ＫＬＭによって（流体連通して）供給される。アイドラ／ドライバベアリングスリーブ６２５Ａ’／６２５Ｂ’を短くして、キャビティ３９６ＮＯＰ／３９６ＫＬＭを提供するようにしてもよい。両実施例のアイドラベアリングスリーブ６２５Ａ／６２５Ａ’には、供給穴または排出穴がない。図１５０〜１５１の例では、ドライバベアリングスリーブ６２５Ｂ’には供給穴（例えば図１０３Ａの３９５ＥＦ）もドレン穴（例えば、図１０９の４５３ＥＫ）もない。ドレン４５１ＥＫ（図１０９）と４５１ＨＮ（図１１０）およびギアキャビティドレン４４７（図１１）は、ランディング２８７ＫＬ、２８７ＮＬおよび６５３でも必要になり得る。ランディング２８９ＰＲ、２８７ＰＲ、２８７ＭＲ、および２８９ＭＲは、前の実施例で行ったように、すぐ隣のギアキャビティに排出し得る。
【０１０５】
［０１０４］２７５ＥＦ（図１３７）や２７５ＨＩ（図１４５）などの共通の供給凹部は、それぞれリストリクタランディング２７２ＥＡ、２７２ＦＡ、２７２ＦＩＡおよび２７２ＩＡへの流体導管を形成する。これにより、他の実施例に示されているよりもコンパクトな構成になる。一例では、高圧供給部がリストリクタランディングのすぐ隣に構成される。リストリクタは、個々の供給溝を含むことができる。個々の供給溝は異なる供給圧力であってよく、場合によって、例えば、予想されるベアリングポケットの投影面積と負荷に応じて異なる。
【０１０６】
［０１０５］アイドラ／ドライバカラー３９Ａ／３９Ｂのボルト穴４５７Ａ／４５７Ｂが、図１４５と１３９および図１０３Ｄ〜１０３Ｅに示されており、カラー３７Ａ／３７Ｂをそれぞれのロータ２８Ｂ／７６Ｂにしっかりと固定するために、アイドラ／ドライバロータ２８Ｂ／７６Ｂのボルト穴４５５Ａ／４５５Ｂと同一直線上に並ぶように構成されている。これは、カラー３７Ａ／３７Ｂをそれぞれのロータ２８Ｂ／７６Ｂに固定する方法の一例である。凹んだベアリングポケットのボルトヘッドは乱流を発生させ、望ましくない発熱を増加させる可能性がある。あるいは、凹んだベアリングポケットは、ボルトがポケット内になくなるように、ロータの回転軸に対して半径方向外側に動かして大きな直径にできるが、粘性抗力による摩擦の増加はあまり望ましくない。これにより、他の実施例に示されているよりもコンパクトな構成にもなり得る。
【０１０７】
［０１０６］一例では、実質的に長方形の溝は、実質的に楕円形、円形、多角形、またはリストリクタの機能が溝を囲む形状の周囲とその幅に依存するその他の形状であり得る。同様に、凹んだベアリングポケットの周縁部はさまざまな形状で、さまざまなトポロジに配置することができ、いくつかの例がロータベアリングポケット２８５ＦＡ’（図１４１）および２８５ＩＡ’（図１４８）である。
【０１０８】
ベアリングギャップの調整−実施例Ｂ
［０１０７］２７２ＨＡおよび２７２ＩＡ（図１４５）などのリストリクタランディングおよびリストリクタランディング２７２ＥＡ（図１３７）が、円筒表面上に示されている。他の例では、組み立て中に所望のギャップ高さを得るために、テ−パ形（円錐台）の表面が望ましい。テ−パは、ギャップの高さを簡単に測定でき、構成要素が最小数の高公差面を有する一部のアプリケーションで扱いやすい場合がある。図１０２〜１０３に示す例では、ベアリングスリーブ１３７Ａ／１３７Ｂが省略されており、アイドラ／ドライバロータフランジ６２１Ａ／６２１Ｂが半径方向内側に延長され、アイドラ／ドライバシャフトのベアリング１３７Ａ／１３７Ｂのベアリングギャップを規定してもよい。この内面は、ほぼ円筒形である角度の小さな円錐台面であり得る。一例におけるアイドラ／ドライバシャフト４１／６５は、実質的に同一の表面トポロジを有し、ベアリング構成要素は、図１３７〜１４８に示されるものと実質的に同一であり得る。そのような例では、軸６３７／６３９に対するアイドラ／ドライバフランジ６２１Ａ／６２１Ｂの軸方向の位置決めが、テ−パ付きシャフトベアリング１３７Ａ／１３７Ｂでのギャップ高さを規定し得る。一例におけるこの軸方向の位置決めは、平面スラストベアリング１３９Ａ／１３９Ｂにおけるギャップ高さを不都合に増加または減少させる場合がある。以下に説明するように、組み立て中にベアリングギャップの高さを設定／調整するための調整方法を別途用意することが望ましい場合がある。アイドラ／ドライバフランジ６２１Ａ／６２１Ｂがアイドラ／ドライバハウジング６１７Ａ／６１７Ｂに固定されたときに、ベアリング１３９Ａ／１３９Ｂで望ましいギャップが得られるように、大きな第１シム６１９Ａ／６１９Ｂを寸法決定することで、アイドラ／ドライバベアリングスリーブ６２５Ａ／６２５Ｂは、ベアリングギャップの高さを独立して制御することができる。ベアリングスリーブ６２５Ａ／６２５Ｂがアイドラ／ドライバフランジ６２１Ａ／６２１Ｂに固定されたときに、アイドラ側のテ−パ面６３３Ａおよび６３５Ａと、ドライバ側のテ−パ面６３３Ｂおよび６３５Ｂとが、アイドラ／ドライバシャフトベアリング１３７Ａ／１３７Ｂのそれぞれのギャップ高さ６４５Ａ（図１０３Ｂ）と６４５Ｂ（図１０３Ａ）に影響するように、小さな第２シム６２３Ａ／６２３Ｂを寸法決定することができる。このようにして、ボルトなどの固定具を使用してベアリングスリーブ６２５Ａ／６２５Ｂをアイドラ／ドライバフランジ６２１Ａ／６２１Ｂに固定すると、ギャップの調整が固定方法によって生成される張力の変化に依存するのではなく、存在する場合にシムのサイズによって駆動されるため、固定具を所望のトルク仕様に締めることができる。図のように２つのテ−パ面を接合すると、構成要素の内径の部分にクランプ力がかかる（モ−ルステ−パなど）。ベアリングスリーブ６２５Ａ／６２５Ｂは、アイドラ／ドライバフランジ６２１Ａ／６２１Ｂよりも大きくなく（小さくて軽く）構成され、これにより、それぞれのアイドラ／ドライバシャフト４１／６５にタイトフィットする構成要素のはるかに簡単な組み立てが可能になる。さらに、ベアリングスリーブの調整可能な性質により、アイドラ／ドライバシャフトベアリング１３７Ａ／１３７Ｂのギャップを微調整できる。図１０３Ａ〜１０３Ｂをみると、テ−パ角度Ａ／Ａ’、および薄い方の端部の厚さＣ／Ｃ’は、小さな第２シム６２３Ａ／６２３Ｂに必要な調整の範囲に影響を与える重要なパラメ−タであり得る。ベアリングスリーブ６２５Ａ／６２５Ｂの軸方向調整に関して予想される半径方向の撓みを推定するために、当技術分野で既知の有限要素分析または他の計算方法を実行してもよい。これらの有限要素解析または計算方法の結果によっては、半径方向の撓みはシムの近く（すなわち、ベアリングスリーブのフランジの近く）で均一にならない場合がある。これらの結果は、例えば、ギャップ６４３Ａ、６４３Ｂ、６４５Ａ、６４５Ｂ、６４７Ａおよび６４７Ｂを形成するベアリングスリーブ６２５Ａ／６２５Ｂの部分が、軸方向の調整に関して実質的に均一な半径方向の撓みを有し、この領域がテ−パ係合部６３５Ａ／６３３Ａおよび６３５Ｂ／６３３Ｂの端からある程度の距離Ｂ／Ｂ’であることを示す。金属同士の接触を発生させずに、ベアリングリストリクタまたはベアリングポケットがドレン圧力または供給圧力に近い圧力に到達できるように、ベアリングリストリクタとベアリングポケットのギャップ高さを均一にすることが望ましい。そのため、ニュ−トラル位置でリストリクタまたはベアリングランディングのギャップ高さが均一でない場合、（金属同士の接触を避けながら）ベアリングの最大負荷容量が減少し得る。
【０１０９】
対向するリストリクタとベアリングポケットを有する無毛管自己補償ハイブリッドベアリングの供給
［０１０８］上述のように、正反対のリストリクタおよびベアリングポケットを用いるハイブリッドベアリングの例が、図１０２〜１０３に示す実施例に適用されるように構成されて示され、ここでは、高圧ベアリング流体が供給ライン３９７ＨＩ、３９７ＥＦ、３９７Ｊ、および３９７Ｇを介して圧縮機に入る。ハイブリッドベアリングの実施例Ｋ〜Ｐが図１５０〜１５１に適用され、ここで、高圧ベアリング流体は、供給ライン３９７ＮＯＰおよび３９７ＫＬＭを介して圧縮機に入る。
【０１１０】
回転式流体装置の組み立て−実施例Ａ
［０１０９］いくつかの例に示される回転式流体流動装置２０は、いくつかの点で公知の従来技術とは異なる。図１〜２２に示す実施例「Ａ」では、そのような回転式流体流動装置２０は、多くの例において、同等の流体流動（容積）特性を有する装置の従来例よりも広い動作範囲、少ない部品、サイズの減少および重量の減少をもたらす。このような回転式流体流動装置２０は、動作範囲内の中〜高流体流動（容積）シナリオで比較した場合、全体的な効率が改善され、従来技術よりも保守費用が削減されると考えられる。
【０１１１】
［０１１０］図１〜２２に示す実施例「Ａ」では、回転式流体流動装置２０は、アイドラロータサブアセンブリ２２とドライバロータサブアセンブリ２４を具える。一例では、アイドラロータサブアセンブリ２２およびドライバロータサブアセンブリ２４は個別に組み立てられ、次いで、ハウジングベース５８およびハウジングカバ−５６を含むハウジング５５Ａと組み合わせて連結されて、回転式流体流動装置２０を構成する。この例では、回転式流体流動装置２０は、アイドラロータ２８に固定されたアイドラロータネックバンド２６（図８Ｂ）を具える。一例では、アイドラロータネックバンド２６（図８Ｂ）は、締まりばめ連結、固定具、ろう付け、溶接、または他の適切な固定方法または構成要素を介してアイドラロータに固定される。
【０１１２】
［０１１１］一例におけるアイドラロータネックバンド２６は、各アイドラロータバレー８２と整列した穴１９６を規定する表面を具える。アイドラロータネックバンド２６の穴１９６は、フルスト球面１１４（図２）の縁部でアイドラ／ドライバロータ（２８／７６）の表面によって形成された開口部６７５と比較して、異なる形状と小さな円周長を形成する（図１８を参照）。ネックバンドの形状は、スライドシールリングアセンブリ３０の一次／二次ゲート１７０／１７２と排出シール２００の複雑さを軽減するように構成されている（図３７）。一例では、円周長を短くすると、回転式流体流動装置２０によって達成される圧縮比の範囲を増大させることができる。一例におけるスライドシールリングアセンブリ３０および前部シリンダ３２は、アイドラ前部ベアリングハウジング３４に固定され、アイドラロータシャフト４０とおよそ同軸を維持しながら、アイドラロータの外側のフルスト球面３６に隣接するアイドラシャフト４０に沿って再配置されるように構成される。一例におけるカラー３８は、アイドラロータシャフト４０に固定される。カラースレッド３９のピッチは、シャフトの回転に対して形成（カット、機械加工、またはキャスト）されるため、カラー３８は、ロータアセンブリ２０が回転する際にシャフト４０のアイドラシャフトランディング６６（図８Ｂ）に対して固定的に維持される。他の例では、他の固定具または固定方法が利用されてもよい。ボルトまたは他の固定具または固定方法を、カラー３８が確実に維持されるための二次的な方法として用いることができる。後部シリンダ４２は、アイドラ後部ベアリングハウジング４４に挿入され、アイドラ後部ベアリングハウジング４４は、ボルトまたは他の固定具または固定方法によって、アイドラ前部ベアリングハウジング３４に固定される。前部従来型ベアリング４６を利用する例では、前部従来型ベアリング４６が挿入され、その後に油圧アセンブリ４８および後部従来型ベアリング５０が挿入される。一例におけるこれらの構成要素は、ボルトまたは他の固定具または固定方法によってエンドキャップ５２をアイドラ後部ベアリングハウジング４４に締結することによって固定される。
【０１１３】
［０１１２］吸入ゲート（intake gate）５４が、ピン、または他の固定具または固定方法によって、ドライバロータラジアルベアリングに締結される。あるいは、ハウジングカバ−５６およびハウジングベース５８が、これらの吸入ゲート５４の面を含んでもよい。図３３〜３４の例に見られるように、作動流体は、吸入通路１８６および吸入ゲート５４の表面と流体連通する吸引接続１１２を通って圧縮機に入る。図９３２に見られるように、ドライバロータ７６のバレー８２Ｂは、吸入ゲート５４の静止面を超えて回転する。このようにして、図１１に見られるように、吸入ゲート５４の表面は、最大容積位置の後に、ロータ間のチャンバ１４４Ａをシールすることができる。
【０１１４】
［０１１３］図２に示すように、前部シリンダ３２は、ドライバ前部ベアリングハウジング６０に固定され、ドライバロータシャフト６４に対して実質的に同軸のままでありながら、ドライバロータの外側フルスト球面６２に直線的に隣接して再配置されるように構成される。カラー３８は、ドライバロータシャフト６４に固定される。カラーのねじ山３９のピッチは、カラー３８がドライバシャフトランディング６８に対して固定のままであるように、シャフトの回転に対して形成（カットまたはキャスト）される。他の例では、他の固定具または固定方法が利用されてもよい。ボルトまたは同様の固定具を二次的な手段として使用して、カラー３８がランディング６８に対して確実に留まるようにすることができる。一例では、後部シリンダ４２が、ドライバ後部ベアリングハウジング７０に挿入され、ドライバ後部ベアリングハウジング７０が、ボルト、他の締結具または他の締結方法によって、ドライバ前部ベアリングハウジング６０に締結される。前部従来型ベアリング４６を用いる例では、前部従来型ベアリング４６が挿入され、その後、利用時にスペ−サ７１および後部従来型ベアリング５０が挿入される。これらの構成要素は、ボルトまたは他の固定具または固定方法によってエンドキャップ５２をドライバ後部ベアリングハウジング７０に締結することによって固定されてもよい。取り外し可能なカラー３８を利用することにより、装置２０は、２つの半径方向に延びる部材（すなわち、ドライバロータ外側フルスト球面６２およびカラー３８）の間のドライバ前部ベアリングハウジング６０などの円周方向に連続する部品に適合するように構成され得る。分割の影響を最小限または無にするために表面の縁部を鋭くする必要があることから、ドライバラジアルハイブリッドベアリング７２の表面など、ベアリングを形成する円周方向に連続した高精度の表面を分割することは望ましくない場合がある。図１〜２の例では、ハウジングベース５８とハウジングカバ−５６は、シャフト６３７／６３９のおよその軸方向の漏れを最小限に抑えるために接合部に鋭利なエッジを具えた、好ましくはできるだけ同心円状に合う内側フルスト球面１１４を具える。別の例では、構成要素は、例えば３Ｄ金属印刷などの機械加工技術によって製造され、これにより、ロータ２８／７６を、ハウジング構成要素の分割なしに図示のように構成することができる。一例では、機械加工および研削プロセスなど、より一般的に利用可能な（最新の）製造技術を用いると、製造コストが低くなり、表面仕上げが改善され得る。図２〜５の例では、ドライバ前部ベアリングハウジング６０は、円周方向に連続しており、ドライバラジアルハイブリッドベアリング７２の一部を形成する円周方向に連続した高精度の表面を形成している。適切な剛性と組み立ておよびメンテナンスの容易さを確保しながら、構成要素と流体通路（例えば、ハイブリッドベアリングへの流体通路）を設けるために、ハウジング内のスペ−スは非常に制限されている。ロータ２８／７６に隣接するハウジング５５Ａまたはシュラウド構成要素は、圧力下で大きく撓まないように構成され得る。この構成要素を分割しないと所与の座椅子に対して構成要素にさらなる合成を実現できることから、ドライバのラジアルハイブリッドベアリング７２のドライバ前部ベアリングハウジング６０といった円周方向に連続する表面／構成要素を用いると、実質的にラジアルベアリングのコンパクトな配置が実現し得る。このような撓みは、これらの構成要素間に形成されるハイブリッドベアリングフィルムの性能を低下させる可能性がある。
【０１１５】
［０１１４］図２に適用された図７０Ａのインデックスギア装置６７７は、ハウジング構成要素を固定するために用いられるボルト穴を規定する表面がインデックスギアの配置に干渉してはいけないため、適切なハウジングア−キテクチャを選択する困難性を証明している。利用する場合、ドライバロータシャフト６４およびアイドラロータシャフト４０に使用される従来型ベアリングは、日常的なメンテナンス作業のために再配置されるべきではない。これは、ハイブリッドベアリングの位置で要求される厳しい公差のために、往々にして望ましい。さらに、ハウジングカバー５６に直接隣接するオプションのシールのタイプおよび位置は、ハウジングカバー５６を再取り付けしてもこれらのシールの完全性が損なわれないように設計され得る。一例では、オペレ−タは、ハウジングカバー５６またはハウジング５５Ａの他の構成要素を取り外し、維持し、再取り付けするときに、シールに損傷を与えることがない。
【０１１６】
［０１１５］一例では、ドライバロータアセンブリ２４およびアイドラロータアセンブリ２２の組み立て後に、これらのアセンブリは、回転式流体流装置２０の寿命でもなければ、少なくとも予定されたメンテナンス期間より長い期間分解を必要としない。
【０１１７】
［０１１６］図１〜５に示す例では、ドライバロータアセンブリ２４およびアイドラロータアセンブリ２２は、ボルトまたは他の固定具または固定方法によって、ハウジングベース５８に固定され得る。アイドラロータアセンブリ２２およびドライバロータアセンブリ２４がハウジングベース５８に固定された後、ハウジングカバー５６がハウジングベース５８に固定されてもよい。ハウジングカバー５６はまた、アイドラロータアセンブリ２２およびドライバロータアセンブリ２４に固定され、これがより堅固な構成であることから、回転式流体流動装置２０の全体のサイズおよび重量を最小化することができる。一例では、ハウジング７４は、流体流動装置の長さ方向に沿って十分に剛性である。
【０１１８】
組み立て用ロータインサ−トの実施例
［０１１７］一例では、アイドラロータ３８とドライバロータ７６が正しく噛み合うようにするために、図５、図３９〜４１に示されるように、それぞれのロータローブ７８が、球体の円周の半分にわたって軸方向に広がっていてもよい。一例におけるこれらのローブ７８は、図８Ａ〜８Ｂに示されるようにオーバーハング（overhangs）８０を形成してもよく。図３９は、アイドラロータ２８およびドライバロータ７６のローブ７８Ａ／７８Ｂおよびバレー８２Ａ／８２Ｂをそれぞれ示す。一例のドライバロータ７６は、図３９に示すようにローブ７８Ｂおよびバレー８２Ｂを有し、一例においてアイドラロータ２８と実質的に同一の表面（面）を形成し得ることを理解されたい。一例では、所与のロータの２つの対向するロータローブ７８間の最小距離は、その空間を占め得る半径方向内側の球面９６Ａの直径よりも小さくあり得る（図３９〜４１）。
【０１１９】
［０１１８］単一のローブロータを具える回転式流体流動装置２０の場合、このアセンブリの問題は存在しない。単一ローブの例では、バランスの問題と容積スループットの低下は望ましくない。２以上のローブ７８を含むロータ表面を有する組立てを可能にするために、過去の設計では、これらのロータローブ７８は内径において解放される必要があった。ただし、ロータローブ表面の張り出した材料８０を除去すると、凹面のフルスト球面９８と凸面のフルスト球形または完全球形面（例えば、図４１の９６Ａ）との間の大きなギャップから漏れが増大する可能性があった。
【０１２０】
［０１１９］図８Ｂと図３９〜４１に示す例では、アイドラ／ドライバロータ表面が、半径方向外側の軸方向表面８４、および半径方向内側の軸方向表面８６を含む。アイドラインサート９０の半径方向外側表面８８とアイドラ／ドライバロータの半径方向内側表面８６との間に界面が生じる。「界面（interface）」という用語は、これらの半径方向に直接隣接する表面が接触しているか、または実質的に接触している構成を定義する。オーバーハング８０のすぐ隣のカンチレバー８１（図４１）が最小限の厚さであり、および／または低い剛性／弾性係数を有する材料からなる場合、オーバーハング８０で半径方向８３にかなりの柔軟性があり得る。図４０〜４１の例に示されるように、この柔軟性により、半径方向内側の球形インサ−ト９６は、他の方法では適合しないときに挿入可能になる。この例では、フルスト球面９２を含むインサートではなく、連続球形のインサート９６Ａが示されている。図５０〜５２に示されるように、円筒形外面８８の代わりに、円錐台面２３６などの他の形状を用いてもよい。
【０１２１】
［０１２０］これらの例は、アイドラロータ２８に対するアイドラインサート９０が回転できるように構成し得る。別の例では、ロータ２８に対するインサート９０の回転を禁止するように構成された形状を組み込むことが有利であり得る。例えば、図５３〜５５に示すように、界面に多面プリズム２５０を組み込むと、アイドラロータ２８に対するアイドラインサート９０の回転を防止するためのキ−溝として機能する。図８Ａ〜８Ｂの例では、アイドラインサート９０は、アイドラロータ内にフルスト球面９２を含む円筒形外面８８を有する。したがって、アイドラインサート９０は、アイドラロータ２８に軸方向に挿入することができる。一例として、図３９では、アイドラロータ２８に対するアイドラインサート９０の回転を防止するためにピン２５２が使用されている。同様に、ドライバインサート９４は、構成要素間の相対的な回転がピンまたは他の締結方法および構成要素で固定された状態で、ドライバロータ７６に軸方向に挿入されてもよい。円筒形の界面は、アイドラロータ２８に対するアイドラインサート９０の回転を防止するためにピンまたは他の方法を必要とし得る。しかしながら、オーバーハング８０が一定の厚さを有し得るので、この形状は、一例において、多面プリズム２５０よりも好ましい場合がある。界面が多面プリズム２５０を含む場合、図５３〜５５の例に示すように、オーバーハングで同じ柔軟性を達成するために、比較して薄いオーバーハングの領域８１’があり得る。一例において、アイドラインサート９０とドライバインサート９４との間の接触は、これらの構成要素のフルスト球面（９２および９８）の間に高圧流体を注入することによって最小化または排除することができる（図２）。十分に低いトルクのアプリケーションでは、軸方向のアイドラ／ドライバロータ表面８４Ａ／８４Ｂまたは軸方向のアイドラ／ドライバインサート表面８５Ａ／８５Ｂまたは内面８６を適切に設計して、他の割り出し方法を必要とせずにトルク伝達を促進することができる。
【０１２２】
［０１２１］一例では、図３９および図２に示すように、チャンバ１４４の一部を規定する外側（凹面）フルスト球面９２は、アイドラインサート９１と一体構造であってもよい。別の例では、これらの構成要素は、アイドラロータ２８と一体構造であってもよく、これにより、上記構成要素の相対回転運動を最小化または排除するピン２５２と、アイドラロータ２８とアイドラインサート９１間の望ましくない流体漏れを最小化または排除するチューブ６１８の必要性がなくなる。
【０１２３】
［０１２２］図４２〜４３に示す例では、半径方向内側のフルスト球面９６Ｂは、レリ−フ１００または非球面を含む実質的に球形であり得る。半径方向内側のフルスト球面にレリ−フ１００を設けると、オーバーハング８０にレリ−フが必要とされず、図３９〜４１のアイドラ／ドライバインサートが必要とされない実施例が提供される。各オーバーハング８０に１つのレリ−フが配置されているのが最適であると考えられる。一例では、フルスト球構成要素９６Ｂは、アイドラ／ドライバロータ（２８／７６）と組み立てられる間に適切に回転され、組み立て後に再配置され得る。組み立て後のこの内側フルスト球面の再配置は、内側フルスト球面９６Ｂがオーバーハング８０にタイトギャップを形成するように構成され、それにより、構成要素９６Ｂとインサート９０／９４の表面９８との間の漏れが最小限となる。フルスト球形の外面９６Ｂを含むこの構成要素は、ボルト、止めねじ、接着剤、溶接、ろう付け、あるいはアイドラ／ドライバロータ（２８／７６）またはアイドラ／ドライバインサート（９０／９４）への他の締結具や締結方法で固定できる。
【０１２４】
［０１２３］図４４〜４５に示す例では、半径方向内側のフルスト球面９６Ｃは、ピストン１０２を受け入れるように構成された開口部１０４を具える。組み立て中に、これらのピストン１０２は、それぞれの開口部１０４内に実質的に引っ込んでいる。組み立て後、ピストン１０２の内側の内部キャビティ１０６に高圧流体が供給され、これがピストン１０２を半径方向外側に押圧して、アイドラ／ドライバのロータ挿入面９８に接触させる。一例では、ピストンは、インサート９６のオーバーハング８０（図４３）に接触するように半径方向外側に再配置される。内側フルスト球形構成要素９６（Ｂ〜Ｄ）の位置は、ボルトまたは他の固定具または固定方法によってアイドラ／ドライバインサート９０／９４に固定され得る。
【０１２５】
［０１２４］一例では、ピストンはオーバーハングに接触して、装置のパフォ−マンスのために、この領域での漏れを排除または最小化する。図４６〜４９に示されるように、止めねじ２５４が穴２５６に締められ、テ−パ面２５８の軸方向の並進を生じさせる。止めねじのテ−パ面２５８は、ピストン１０２の半径方向内側面のウェッジ２６０に接触し、これによりピストン１０２が半径方向外側に伸びて、テ−パ面２８５がアイドラ／ドライバのロータ表面に接触して押圧する（図４９）。あるいは、ピストン１０２をすぐ隣のアイドラ／ドライバロータ表面（図示せず）にプリロ−ドすることが望まれる場合、ピストン１０２の軸方向長さは、止めねじ２５４が締められているときにテ−パ面２８５とウェッジ２６０が接触したままとするために、大きくあるべきことが理解される。
【０１２６】
［０１２５］図１０２〜１０３Ｃおよび図１１５に示す例では、冷却流体が導管１５５を介してドライバインサート９５を通過する。チューブ６１８は、Ｏリング溝６１８’内にＯリングを具え、これがチューブ内径６１８’’を通る流れを可能にする。これらのチューブ６１８は、ドライバロータ７６Ｂに対するドライバインサート９５の回転に抵抗するピンとして機能し得る。アイドラインサート９１の（六角形の）雄突起２５１は、アイドラロータ２８Ｂに対するアイドラインサート９１の回転に抵抗する、アイドラロータの合致する（六角形の）雌キャビティ２５１’と実質的に同じサイズおよび形状であり得る。さらに、雄突起２５１は、円錐台形（テ−パ状）の表面２５３およびフルスト円筒形の表面２５５からなる外側合致面とともに示されている。この形状（六角形）の小さな直径は、円錐台形（テ−パ）表面２５３を含む。表面２５３のこの構成は、流体導管６１３（図１４７）を介して（内側球の）凹部９９’に加圧流体を供給するための、アイドラロータ２８Ｂ／アイドラインサート９１の穴６１３Ａ／６１３Ｂのためのスペ−スを許容しながら、アイドラロータ２８Ｂのすぐ隣の部分に追加の材料２９（図１０３Ｃ）の存在を可能にする。
【０１２７】
［０１２６］一例では、Ｏリング溝２５７内にセットされたＯリングを具え、これにより隣接する穴６１３Ａ／６１３Ｂからの加圧流体がＯリング溝２５７を越えて移動して、アイドラインサート９１の背面２５９を加圧することを防止し得る。圧力差が存在する場合、アイドラインサート９１はアイドラロータ２８Ｂに着座したままとなり、金属同士の接触が回避された場合に構成要素の長期的な摩耗を最小化または排除する。
【０１２８】
回転式流体装置の組み立て−実施例Ｂ
［０１２７］図１０２〜１０４Ａおよび図１１３を見ると、回転式流体流動装置２０の実施例Ｂは、一例では、以下のように組み立てられる。締結方法は、ボルトまたは当技術分野で知られている他の締結方法を含み得る。アイドラロータ２８Ｂが、アイドラハウジング６１７Ａに挿入される。次に、アイドラカラー３７Ａをアイドラロータ２８Ｂに固定し、続いて大きなアイドラシム６１９Ａおよびアイドラフランジ６２１Ａをアイドラハウジング６１７Ａに固定する。アイドラインサート９１を、ドライバインサート９５および内側球体９７に連結し、次に、これらの噛み合った構成要素を、アイドラロータ２８Ｂに挿入する。チューブ６１８が、ドライバインサート９５に挿入される。次に、ドライバロータ７６Ｂが、ドライバインサート９５およびアイドラロータ２８Ｂに同時に接続される。ドライバハウジング６１７Ｂが、アイドラハウジング６１７Ａに固定され、続いて、ドライバカラー３７Ｂがドライバロータ７６Ｂに固定される。（大きな）第１のドライバシム６１９Ｂおよびドライバフランジ６２１Ｂが、ドライバハウジング６１７Ｂに固定され、続いて、（小さな）第２のドライバシム６２３Ｂがドライバフランジ６２１Ｂに固定され、小さなアイドラシム６２３Ａとドライバベアリングスリーブ６２５Ｂがアイドラフランジ６２１Ａに固定される。ハイブリッドベアリング用に選択されるギャップ高さはかなり小さく、いくつかの場合は数千分の１インチ以下であるため、上記構成要素は実質的に定位置に保持され、その撓みの機会はかなり小さい。
【０１２９】
［０１２８］一次ゲート１７１が、一次ゲートハウジング１８１に挿入され、その後、一次ゲートギア１８５が一次ゲート１７１に固定される。これらの構成要素が一次ゲートハウジング１８１に固定される前に、シム６２４が一次ゲートアクチュエ−タ１８３に挿入されてもよい。次に、一次ゲートアセンブリ３１が、アイドラフランジ６２１Ａに固定される。
【０１３０】
［０１２９］図１０４Ａに示す容量制御アセンブリ３３は、その断面図が図１０８Ａが示され、二次ゲートファスナ１７９を二次ゲート１７３に固定し、それらを二次ゲートハウジング１７５に挿入することによって組み立てられる。アクチュエ−タ入力シャフト１６５およびねじ部品１７７が取り付けられたアクチュエ−タ本体１６７が、ブラインドフランジ１６９のボアホ−ルに挿入される。一例では、チャンバ１４４からの周期的な圧力誘導負荷が二次ゲート１７３を軸方向に並進させないように、ねじ部品は自動ロックねじピッチ（例えば、ＡＣＭＥスレッド）を有しする。容量制御アセンブリ３３は、アイドラ／ドライバハウジング６１７Ａ／６１７Ｂに固定され、ねじ部品１７７が二次ゲートファスナ−１７９と確実に係合するようにする。
【０１３１】
［０１３０］ドライバエンドキャップ６２７が、ドライバフランジ６２１Ｂに固定される。機械シール構成要素６３１がドライバ側に挿入され、この機械シール構成要素６３１を定位置に保持する必要がある場合は、その後にさらなるフランジが続く。
【０１３２】
［０１３１］当技術分野で知られている他の組立技術および操作の順序を適用できることを理解されたい。これらの技術のメリットは、主に構成要素をどの程度正確に配置できるかに基づいて判断され、スクラッチやベアリング表面の他の損傷などの損傷が最小限に抑えられる。
【０１３３】
組み立て
調整−実施例Ａ
［０１３２］図１〜５に示す例では、球体の中心と同心のロータロータアセンブリ、ハウジング、その他の構成要素を製造する際に発生する以前の問題は、アイドラロータアセンブリ２２とドライバロータアセンブリ２４がハウジングベース５８とハウジングカバー５６内に組み立てられ、アイドラロータアセンブリ２２とドライバロータアセンブリ２４が内部調整のために構成される場合に軽減された。
【０１３４】
［０１３３］アイドラロータアセンブリ２２とドライバロータアセンブリ２４の同心配置は、アイドラロータアセンブリ２２とドライバロータアセンブリ２４の間にシム２０４（図３）を挿入することにより、ハウジングベース５８とハウジングカバー５６のボアホ−ル１１６に対して調整することができる。一例では、開示されたシム２０４は、平面シムであり得る。それらは、アルミニウムや真ちゅうなどの軟質金属で製造され得る。より薄いか厚いシム２０４を用いてもよいが、薄いシムは最も一般的には、厚さが０．００１インチから１／４インチである。一例では、製造公差の結果として、アイドラロータアセンブリ２２は、所望のものよりも０．００１インチ薄くなり得る。シム２０４（図３）の厚さを０．００１インチ追加することにより、それらの間の間隔が調整される。一例では、アイドラロータ２８およびドライバロータ７６の相対的な軸方向位置は、それぞれのアセンブリに対して内部的に調整され、したがって球形キャビティ１１４の中心に対しても調整される。アイドラロータ２８とドライバロータ７６の両方のこの内部調整は、流体流動装置の組み立て後であって、流体流動装置が作動流体を輸送／圧送するために使用される前に達成することができ、流体流動装置の稼働中にさらに調整される。この調整方法により、組み立て中にロータを互いに相対的に容易に位置決めすることが容易になり、この調節方法により、カラーの位置および／またはカラーの製造精度または位置決めの自由度が大きくなる。コ−ルドスタ−ト中は、構成要素が周囲の温度または周囲の温度になり得る。球形キャビティ１１４の中心とカラー３８の最も近い表面との間で測定したアイドラロータシャフト４０とドライバロータシャフト６４の軸方向の膨張は、変化する設計条件やデバイスを取り巻くまざまな条件下での同じ方向の周囲のハウジング構成要素の膨張とは大きく異なり得る。この構成により、ほとんどの動作条件下で、前部シリンダ３２とカラー３８、および後部シリンダ４２とカラー３８の間の非常に薄いギャップを維持することが可能になる。他の産業では、シャフトの軸方向の位置を制御することが望ましい場合がある。米国特許第４，８０１，０９９号は、制御可能な方法で回転シャフトに静圧安定化力を軸方向に生成し、変位可能な回転シャフトに作用する変動する軸方向スラスト力を常に相殺し、研削スペ−スの所定のクリアランス範囲維持する方法を示す。前部シリンダ３２と後部シリンダ４２がハイブリッドベアリングパッド（１１８および１２０）を具えるため、漏れを最小限に抑えてベアリングの剛性を最大化するために、起動時に狭いギャップが存在する必要があるため、いくつかの例では小さなギャップを維持することが重要である。さらに、前述の組み立て方法により、許容範囲内でハイブリッドベアリング（１３４、１３６、７２、１３８、１１８、１２０）のギャップ高さを制御することができる。
【０１３５】
熱成長と組立公差の補償−実施例Ａ
［０１３４］図８Ａに示す例では、前部シリンダ３２とアイドラ前部ベアリングハウジング３４との間のキャビティ１４０がある。同様に、キャビティ１４２が、後部シリンダ４２とアイドラ後部ベアリングハウジング４４との間に形成される。一例では、制御システムを使用して、アイドラロータアセンブリ２２およびドライバロータアセンブリ２４（図２）のこれらのキャビティ（１４０、１４２）に所望の量の流体を維持し、前部シリンダ３２とカラー３８の間の所望の公称ギャップと、後部シリンダ４２とカラー３８の間の所望の公称ギャップを維持する。このギャップは、位置センサ−からの平均出力を用いて計算され、熱膨張を補償するための補償が行われる。変動する負荷（圧力誘導など）によって生じる小さな変動は補償に影響しない。一例では、これらの位置センサ（図示せず）は、前部シリンダハイブリッドベアリング１１８と後部シリンダハイブリッドベアリング１２０に対するカラーの軸方向位置を感知してそれに反応するように、アイドラロータシャフト４０のカラーに直接隣接するカラー３８上、またはドライバロータシャフト６４に配置される。
【０１３６】
熱成長と組立公差の補償−実施例Ｂ
［０１３５］図１０２〜１０３の例では、カラー３７Ａ／３７Ｂにおけるロータの球形中心７７と後部／前部スラストベアリング（１３９Ａ、１３９Ｂ、１２９Ａおよび１２９Ｂ）の間の距離は、実施例Ａ（図１〜２）における同等の体積容量と性能（例えば、最大圧縮比容量と最大吐出圧力）の回転式流体流動装置２０のカラー３８における、ロータの球形中心７７と後部／前部スラストベアリング（１１８／１２０）の間の距離よりも大幅に小さくなり得る。熱膨張の範囲がベアリング性能に関して許容範囲内であり、金属同士の接触が予想されない場合、実施例Ａの調整可能なピストンシステム（図１〜２）は必要なくてもよい。
【０１３７】
前部または後部シリンダの取り外し−実施例Ａ
［０１３６］図８Ｂは、例えば、いくつかの負荷シナリオで前部シリンダ３２が使用されない例を示す。図８Ａの前部シリンダ３２は、アイドラ／ドライバのロータシャフト（４０／６４）の互いへの軸方向の動きに抵抗するために使用できる。いくつかの負荷シナリオでは、アイドラ／ドライバのロータシャフト（４０／６４）は、（自己補償型の）ロータハイブリッドベアリング（１３４および１３６）および後部シリンダハイブリッドベアリング１２０と均衡するように互いに分離するように作用する十分な力を有し得る。一例として、アイドラ／ドライバロータの内側フルスト球面（図２の９２／９８）における作動流体と加圧流体の圧力は、アイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）を分離するように作業する軸方向の力を生じ得る。アイドラ／ドライバロータの内側フルスト球面（図２の９２／９８）でのシ−リング流体（一例ではベアリング流体および／または冷却流体）の表面積および／または圧力を増加させると、所与の負荷シナリオのセットについて、他の例に示される前部シリンダ３２の要件を排除することができる。内側フルスト球面９２のサイズ／直径を大きくすると、容積スループットが低下し、アイドラ／ドライバロータの内側フルスト球面（図２の９２／９８）に供給される圧力を上げると、全体的な効率が低下し得る。一例では、ロータのフルスト球形中心７７の方向のカラー３８に常に荷重が作用する可能性があるシナリオでは、図１〜８Ｂに示す実施例から後部シリンダ４２を代替的に取り去ることができる。チャンバ１４４内の作動流体からの力の組み合わせと内側フルスト球面（図２の９２／９８）からの力の寄与が小さい場合、アイドラ／ドライバのロータベアリング１３６／１３４にかかる圧力により、このような撓みが発生することがある。この力の寄与を最小にするために、アイドラ／ドライバロータの内側フルスト球面９２／９８での流体の表面積および／または圧力を最小化することができる。アイドラ／ドライバロータのフルスト球面９２／９８での負荷は、作動流体と前部シリンダハイブリッドベアリング１１８からの圧力誘導負荷と組み合わされ、アイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）を一緒に押すように作用する負荷と実質的に均衡し得る。アイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）を一緒に押すために追加の荷重が必要な場合、これは、関連するアイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）の面および／または後部シリンダ４２が他の方法で配置される場所を含む、カラー３８に作用する大気圧よりも高い圧力の形で適用できる。
【０１３８】
インデックスギア構成−実施例Ａ
［０１３７］図２〜３に示す例では、前部シリンダハイブリッドベアリング１１８および後部シリンダハイブリッドベアリング１２０は、それぞれのアイドラシャフト４０またはドライバシャフト６４のインラインで（軸方向に）作用する軸方向荷重（例えば、圧力誘起）に抵抗する。一例では、これらのハイブリッドベアリングは、潜在的に異なる（同時）圧力を有する複数のベアリングポケットを具える。一例では、ハイブリッドベアリング１１８、１２０はまた、それぞれのアイドラシャフト４０またはドライバシャフト６４をそれらの回転軸に沿って曲げるように作用する曲げモーメント荷重（例えば、圧力誘起）に抵抗する。一例では、トルクは、ドライバロータシャフト６４のカラー３８から、一例ではインデックスギヤ１２２を介して、アイドラロータシャフト４０のカラー３８に伝達される。各インデックスギア１２２は、インデックスギアシャフト１２６上の従来型ベアリング１２４によって支持され得る。一例におけるインデックスギア１２２のギア歯は、最大の異物粒子が潤滑流体濾過システムが許容するものよりも大きくならない清潔で制御された環境（ハウジング５５Ａ内）で接触するため、著しく摩耗しない。チャンバ１４４内の作動流体ははるかに大きな粒子を含み得るので、ロータローブ７８間の直接トルク伝達が最小化され、および／または接触が実質的に低減または完全に排除され得る。潤滑流体は、これらの位置間に以前に可能であったよりも高い圧力で注入されて、作動流体がインデックスギア１２２の境界のギア歯の領域に入るのを防ぐことができる。ギア歯とハイブリッドベアリング１１８／１２０の両方をカラー３８に配置すると、これらの構成要素をこの構成でチャンバ１４４に可能な限り近づけることができ、全体のサイズ、重量、漏れ／効率を犠牲にすることなく、部品とギャップのサイズを最小限に抑えることができる。前部シリンダハイブリッドベアリング１１８および後部シリンダハイブリッドベアリング１２０は、ロータシャフトの撓みを最小化することにより、必要なロータシャフト直径を最小化するために、球形キャビティ１１４の近くのモーメント荷重（例えば、圧力誘起）に抵抗する。同様に、インデックスギア１２２、従来型ベアリング１２４およびインデックスギアシャフト１２６からなるインデックスギア装置は、球形キャビティ１１４に近接しているため、以前の設計よりもコンパクトに製造することができる。
【０１３９】
［０１３８］このギア装置の一例は、ロータの軸方向の表面（すなわち、図３９の８４Ａと８４Ｂ）間の直接トルク伝達を最小化および／または排除するため、十分に非従順（剛性）に作られる。トルク伝達の大きさは、さまざまな設計シナリオで異なるため（例えば、圧縮機の場合は吸込圧力と吐出圧力が異なる）、「予荷重」システムは高度であり、調整が必要になり得る。「予荷重（pre-load）」という用語は、動作前に構成要素または構成要素システムに加えられる負荷を表すために使用される。一例として、ボルトが最初に締められるとき、ボルトのこの初期の（軸方向の）張力は「予荷重」と呼ばれる。この例では、ボルトの「予荷重」は通常、後続の荷重（例えば、圧力誘起による熱膨張など）よりも高くなるように設計され、ボルトの総引張荷重を低減する。「予荷重された」ギア構成は、構成要素間に相対的なねじり荷重を加えることを含み得る。このねじり「予荷重」は、大きさがほぼ等しく、予想される荷重（例えば、圧力誘起）とは反対の方向に適用されて、ロータ表面間の直接トルク伝達を最小化および／または排除することができる。ただし、これらの予想される荷重（例えば、圧力誘起）は、さまざまな条件（例えば、吸込・吐出圧力、作動流体容量制御など）によって顕著に異なり得る。したがって、非従順（剛性）の構成は、ロータ表面間の直接トルク伝達を最小化および／または排除するのに有利である。さらに、ドライバロータシャフト６４の回転方向は、アイドラ／ドライバロータ（２８／７６）のジオメトリと組み合わせて、インデックスギア構成を通して伝達されるトルクを最小限に抑えるために考慮されるべきである。チャンバでの圧力誘起による負荷は、アイドラ／ドライバロータ（２８／７６）の表面を高圧領域で分離するように作用する。これにより、インデックスギア構成を介して伝達されるトルクを大幅に増加させることができる。図１８に示す例に見られるように、ドライバロータシャフト６４が（後方から見て）反時計回り方向に回転する場合、ストロ−クの終わりは、アイドラロータ７６のバレー８２Ａにドライバロータローブ７８Ｂが隣接したときに起こる。ドライバロータシャフト６４が（背面から見て）時計回り方向に回転する場合、ストロ−クの終わりは、アイドラロータローブ７８Ａがドライバロータ２８のバレー８２Ｂに隣接したときに起こる。ロータジオメトリ変数の組み合わせは、インデックスギア装置を介して伝達されるトルクを最小限に抑えるように、所与のドライバロータシャフト６４の回転方向に対して最適化される。一例では、実質的に非従順（non-compliant）のインデックス構成と、インデックス構成を通して最小化されたトルク伝達との組み合わせにより、ロータ表面間の直接のあらゆる直接トルク伝達が最小化および／または排除される。
【０１４０】
［０１３９］理論的には、２つのギアが共通のシャフトを共有する典型的なギア構成を使用できる。一例では、ねじり遅れを最小限に抑えるために、ギアシャフトはかなり大きい。そのような実施例は、大きなラジアル荷重と組み合わさった高い表面速度を処理するために、カスタムのローラベアリングおよび／またはハイブリッドベアリングを必要とする。ベアリング表面速度は、ギアシャフトのギアのサイズを大きくすることにより低減できるが、これは典型的なギア構成が非常に大きくなることにつながる。図２〜４に示す例では、インデックスギア１２２が互いに直接噛み合い、それによってインデックスギアシャフト１２６の直径を最小化するような、二軸ギア１２２の構成を具える。これは、ギア間の直接伝達からねじり剛性が得られるためである。インデックスギアシャフト１２６の直径を最小化すると、従来型ベアリング１２４が経験する表面速度が大きなシャフトの場合よりもはるかに低い装置が得られる。このギア構成は、公知の装置よりもはるかにコンパクトで剛性があると考えられ、それによってサイズ、重量、およびコストが最小限に抑えられる。
【０１４１】
［０１４０］図７０Ａの例に示すように、インデックスギア構成のそのような例は、さまざまな数のローブ７８Ａ’／７８Ｂ’を持つアイドラ／ドライバロータ（２８Ａ／７６Ｂ）に適用できる。そのような例の１つが、米国特許第８，５６２，３１８「Multiphase Pump With High Compression Ratio」に開示されている。この例では、多くのローブを有するロータは、対向するロータに対して、より遅い回転速度で動作し得る。一例では、この装置は、従来の往復エンジン設計の速度を超える速度で動作するように構成されている。従来の速度は７５０〜１２００、最大１８００ＲＰＭの範囲が、当技術分野で知られている。一例における本願の回転式流体流動装置は、最大３，６００ｒｐｍで動作可能である。一例では、アイドラロータシャフト４０’よりも多くのローブを具えたドライバロータシャフト６４’を駆動することが有利であり、その結果、減速が必要とされないか不要になる。図７０に示す例では、ドライバロータ７６’は３つのローブ７８Ｂ’を具え、アイドラロータ２８’は２つのローブ７８Ａ’を具える。したがって、回転構成の場合、一例では、アイドラロータシャフト４０’の回転速度は、ドライバロータシャフト６４’の回転速度よりも１．５倍大きくなり得る。一例においてこの速度変化を達成するために、ドライバロータシャフトカラー３８Ｂのギアピッチ径（gar pitch diameter）２６２は、アイドラロータシャフトカラー３８Ａのギアピッチ径２６４よりも同じ比率（すなわち、１．５倍）であり得る。各カラー３８Ａ／３８Ｂとロータの球形中心７７’との間の通常の距離は、図７０Ａに距離１３０Ａおよび距離１３０Ｂとして示されている。図示の例では、距離１３０Ｂは、アイドラロータカラー３８Ａのギアピッチ径２６４の半分に等しい。この例では、距離１３０Ａは、ドライバロータカラー３８Ｂのギアピッチ径２６２の半分に等しい。「１３０Ｂ」の値がアイドラロータのギアピッチ径２６４の半分より低い場合、「１３０Ａ」の値は、ドライバロータカラー３８のギアピッチ径２６２の半分よりも低い。「１３０Ｂ」の値がアイドラロータのギアピッチ径２６４の半分より大きい場合、「１３０Ａ」の値は、ドライバロータカラー３８Ｂのギアピッチ径２６２の半分より高い。これらの相対的な寸法は、インデックスギア１２２Ｂ／１２２Ａのサイズに依存しない。図７０Ａに示す例では、インデックスギア１２２Ｂ／１２２Ａは、同等のギアピッチ径を有し、これによりインデックスギアシャフト１２６Ｂ／１２６Ａで予想される最大回転速度が減少する。
【０１４２】
［０１４１］図７０Ｂに示す例では、ドライバ／回転動力源（例えば、エンジンまたはモ−タ）の出力シャフトは、ドライバ結合フランジ５９４に接続され得る。インデックスギア１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃおよび１２２Ｄは、従来の構造と方法によってそれぞれのシャフトに固定され得る。ドライバ結合フランジ５９４が回転すると、この駆動トルクは、インデックスギア１２２Ｄとインデックスギア１２２Ｃとの間で伝達され得る。本例のインデックスギアシャフト１２６’は、このトルクをカラー３８Ａ／３８Ｂ上のギア歯と噛み合ったギア歯を有するインデックスギア１２２Ａおよび１２２Ｂに伝達するように構成されている。カラー３８Ａ／３８Ｂのギアピッチ径が互いに実質的に等しく、インデックスギア１２２Ａおよび１２２Ｂのギアピッチ径が互いに実質的に等しい場合、ドライバロータシャフト６４’およびアイドラロータシャフト４０’の回転速度は実質的に同等であり得る。したがって、本例のインデックスギア装置は、ロータ表面間の接触を最小化または防止するように構成されている。カラー３８Ａ／３８Ｂおよびインデックスギア１２２（Ａ〜Ｄ）のギア歯のギアピッチ径は、それぞれの軸で可能なトルクおよび回転速度の量に予測可能な影響をもたらす。回転式流体流動装置２０は、ロータシャフト６４’／４０’が最大許容回転速度で回転しているときに、最大の容積スループットを有し得る。したがって、ドライバの最大許容回転速度が低く制限されているが、過剰な出力トルクを提供し得る場合、ドライバカップリングフランジ５９４とロータシャフト６４’／４０’の速度比を１：１よりも高くすることが有利である。一例として、インデックスギア１２２Ｃおよび１２２Ｄを交換することにより、所望の速度増加比を得ることが可能となる。別の例では、インデックスギア１２２Ａおよび１２２Ｂのギアピッチ径を増加させ、および／またはカラー３８Ａ／３８Ｂ上のギアのギアピッチ径を減少させてもよい。一例におけるねじり遅れ（tortional lag）は、回転式流体流動装置２０の２つの位置の間の相対的なねじれおよび対応する時間遅延として定義される。ドライバ結合フランジ５９４からそれぞれのロータ７６’／２８’までのねじれ遅れが大幅に変化する場合、ロータ７６’／２８’の表面が接触することがある。したがって、インデックスギア１２２Ｃからそれぞれのロータ７６’／２８’までのねじり遅れが実質的に同等であることから、インデックスギア１２２Ａ／１２２Ｂの間のインデックスギア１２２Ｃの間隔、およびインデックスギア１２２Ｃの両側のインデックスギアシャフト１２６’のねじり剛性は、最適化する重要な変数であり得る。このねじれ遅れを実質的に同等とすることによって、インデックスギアシャフト１２６’のサイズを最小化することが可能となり、それにより、全体のサイズおよび重量が低減し、インデックスギア１２２Ｃのピッチ径を可能な限り小さくすることができる。この構成はまた、従来型ベアリングが組み立て中にシャフトを位置決めするためのあらゆる要件を軽減し得る。
【０１４３】
［０１４２］図７０Ｃに示される非常に概略的な例では、シャフトは、ドライバ結合フランジ５９４に接続され得る。装置２０の動作中、このシャフトは、例えばエンジン、モ−タなどの電源に接続される。インデックスギアシャフト１２６’は、インデックスギア１２２Ｂと１２２Ａ間のインデックスギアシャフト１２６’によって導入されるねじれ遅れを最小化するために、図７０Ｂに示す例に示されているよりも他の構成要素に比べてはるかに大きいことが望ましい。インデックスギア１２２Ａ／１２２Ｂは、従来の構造および方法によってインデックスギアシャフト１２６’に結合され得る。あるいは、ギアの歯形が、インデックスギアシャフト１２６’に統合されてもよい。ドライバ結合フランジ５９４がインデックスギアシャフト１２６’を回転させると、この駆動トルクは、インデックスギア１２２Ａ／１２２Ｂとカラー３８Ａ／３８Ｂ上のギアとの間で伝達され得る。カラー３８Ａ／３８Ｂのギアピッチ径が実質的に等しく、インデックスギア１２２Ａ／１２２Ｂのギアピッチ径が実質的に等しい場合、ドライバロータシャフト６４’とアイドラロータシャフト４０’の回転速度は実質的に同等であり得る。したがって、このインデックスギア装置は、ロータ表面間の流体シールを提供しながら、ロータ表面間の接触を最小化または防止することができる。インデックスギア１２２Ａ／１２２Ｂのギアピッチ径がカラー３８Ａ／３８Ｂのギアピッチ径を超える場合、ロータシャフト６４’／４０’は、本例における入力シャフトであるインデックスギアシャフト１２６’よりも高い回転速度を持つ場合がある。シャフトは、ねじれ遅れを実質的に増加させることなく、重量を実質的に減少させるために中空であり得る。
【０１４４】
［０１４３］図２に示す例では、ギア歯はカラー３８上に配置されている。これらのカラーは、ボルトまたは当業者に知られている他の固定方法によって、それぞれのアイドラ／ドライバ・ロータ２８／７６に固定することができる。カラー３８／ギア１２２をロータとは別個の構成要素のままとすることにより、ロータのフルスト球面をより容易に研削することができるため、製造コストを削減し、許容誤差を改善することができる。ドライバ結合フランジ５９４がドライバロータシャフト６４を回転させると、この駆動トルクは、カラー３８上のギア間で伝達され得る。これは、回転ロータアセンブリ２０がモ−タによって駆動されるアプリケーションにおける好ましい構成であり得る。一例では、一般的に利用可能なモ−タ動作速度は３６００ＲＰＭであり、これは外部ギアボックスを必要とすることなく回転ロータアセンブリ２０の許容可能な動作範囲の範囲内である。一例では、一般に利用可能なエンジン動作速度は７５０〜１２００ＲＰＭであり、ドライバシャフト６４が３６００ＲＰＭの動作速度をもつために外部ギアボックスなどの増速機を必要とする。より高い容積処理量が期待できるという点で、回転式流体流動装置２０には、より高い動作速度が一般に望ましい。一例では、ギアボックスはメンテナンスを必要とし、エンジンはモ−タと比べて比較的頻繁で費用のかかるメンテナンスを必要とする。このよりコンパクトな構成は、回転ロータアセンブリ２０のコスト、サイズ、および重量を低減することができる。
【０１４５】
加圧ギアキャビティ／ベアリングドレン圧力−実施例Ｂ
［０１４４］図１０２〜１０３および図１１１に示す例では、ギア６６４の接触領域は、ギアキャビティ４４５内に含まれる。ギアキャビティを大気圧または大気圧近くとし、空気で満たすことは一般的な手法である。表面速度が低いいくつかのアプリケーションでは、低圧で液体潤滑剤または流動性グリ−スで満たされてもよい。回転式流体流装置２０の一例では、カラー３７Ａ／３７Ｂのピッチ径は、約３６００ＲＰＭの回転速度で約２３インチであり得、高表面速度アプリケーションとして分類される。このキャビティ４４５が気体ではなくベアリング流体／潤滑剤で満たされている場合、粘性抗力（および必要な駆動トルク）と発熱の相対的な増加により、効率が低下し、ギアの寿命が短くなる可能性がある。一例では、当業者には理解されるように、ガスで満たされたキャビティ内の冷却用のギア（図示せず）の接触領域上に、液体が噴霧される。接触が生じる直前、接触が発生した後、またはその組み合わせで、噴霧を接触領域に向けることが最善となり得る。提供されている実施例では、どちらの方法も可能である。提供されている例には、ハイブリッドベアリングからの流体が、加圧ギアキャビティに排出するように示され、温度によっては、このベアリング流体と冷却流体の流れは、ギア接触領域をスカッフィングが最小限に抑えられる許容可能な低い温度に保つのに役立つ場合とそうでない場合がある。一例では、ランディング６５９Ａが実質的に高い流動抵抗を有する場合、ギアキャビティ４４５に到達する冷却流体がほとんどないか、まったくない場合がある。
【０１４６】
［０１４５］提供される例では、ギアキャビティ４４５および取り付けられたベアリング流体／冷却流体ドレン導管４４７は、ベアリング供給圧力よりも低圧のドレンとして、前述のベアリングドレンランディングに直接隣接している。したがって、ランディングでの流動抵抗に関係なく、隣接するポケット圧力は、このギアキャビティのドレン圧力とそれぞれのベアリング供給圧力の間のどこかにあると予想される。ギアキャビティ内の圧力が非常に低いと（周囲圧力に近いなど）、反対側のベアリングポケットが高圧（供給圧力付近など）に達しているときに、ロ−カルギャップの高さが増加した場合、シャフトの片側にあるベアリングポケットが低い圧力（例えば、ドレン圧力付近）に達する可能性があるため、アイドラ／ドライバシャフトベアリング１３７Ａ／１３７Ｂの負荷容量を最大化することができる。したがって、供給圧力を下げて、より高いドレン圧力の構成と同じ負荷容量を達成することができる。実施例ＧおよびＪに示されているアイドラ／ドライバスラストハイブリッドベアリング１３９Ａ／１３９Ｂは、ベアリングポケットがドレン圧力に近づいた場合、他の方法よりもはるかに低い抵抗スラスト荷重に到達し得る。このようなシナリオは、チャンバ内のガス圧が非常に低いことが予想されるアプリケーションで重要になる。大きなスラスト荷重に耐える最大容量は、供給圧力によって支配される可能性があるため、変更されないままであり得る。供給圧力を変えずにドレン圧力を下げると、ベアリングからの流量・漏れ量が増える場合がある。供給圧力がポンプによるものである場合、追加の流量と動力が必要になる場合があり、より高い流量を処理するために、高価な下流装置（例えば、分離および熱交換器）が必要になる可能性がある。典型的な圧縮機潤滑剤（例えば、スクリュ圧縮機で一般的に使用されるＰＡＧまたはＰＡＯの配合）は、圧力が上昇すると、作動流体（天然ガスなど）の増加分を吸収し得る。
【０１４７】
［０１４６］潤滑油の圧力が低下すると、ベアリング流体と一緒に溶解していたガス状の作動流体の一部がベアリング流体から遊離し得る。この脱ガス／発泡がハイブリッドベアリングで発生する場合、いくつかの例では、気泡はベアリング内の流体力学的流体膜の圧縮性を高めることから、これは望ましくない場合がある。この流体膜が連続的でない場合、実際の圧力波（および生じる負荷容量）は予測できない場合がある。潤滑剤は、潤滑剤の蒸気圧よりも低い圧力（例えば、大気圧よりも低い圧力）で、局所領域で液体から気体の状態に変化（キャビテーション）する可能性がある。キャビテーションにより油膜が破裂し、隣接する固体部品が摩耗する可能性がある（金属のロータ面、ギアの歯、隣接するロータの相対移動する表面、シャフトなど）。ベアリングポケットの平均圧力はベアリングドレン圧力を下回ることはないが、このドレン圧力を下回る局所領域が存在する場合がある。キャビテーションを予測するために、計算流体力学（ＣＦＤ）の研究またはテストが行われる場合がある。キャビテーションはまた、潤滑剤の蒸気圧よりもはるかに高いベアリングドレン圧力を有することにより回避することができ、それは大気圧よりもかなり高い場合がある。あるいは、予想される負荷に対して比較的高い供給圧力が選択された場合、ベアリングのドレンは大気圧になる可能性があるが、ベアリングの完全な抵抗負荷容量は必要ないことから、ベアリングのポケットはそのような低い圧力に達せしない。
【０１４８】
［０１４７］ドレン圧力が十分に高いと、任意で、ベアリング流体を穴４４７（図１１１）から、回転式流体流動装置２０の外部にあり得る配管を介して圧縮機の吸入プレナム６６７（図１０８Ａ）に排出することができる。このドレン４４７内のベアリング流体／冷却流が作動流体の温度を大幅に超えて加熱された場合、暖かいベアリング流体が作動流体を膨張させ、容積スループットを低下させる可能性があるため、ベアリング流体／冷却流体を冷却することが望ましい場合がある。冷却は、当該技術分野において既知の方法（例えば、熱交換器）により達成することができる。結果として生じるギアキャビティ内の圧力は、ギアキャビティと吸入プレナム６６７との間のラインにおける圧力降下によって支配され得る。圧力調整器を使用して、ギアキャビティ内で所望の圧力を得ることができる。ベアリング流体／冷却流体を圧縮機の吸入口に導入することにより、圧縮機ドライバ（エンジンやモータなど）は、ベアリング流体／冷却流体の圧力を吐出圧力まで上げることができる。これにより、ロータハイブリッドベアリングに供給するために、ベアリング流体／冷却流体の圧力を吐出圧力より高くするために必要な作業を減らすことができる。代わりに、ポンプまたは他の運搬方法を代わり用いてもよく、これは、ギアキャビティ圧力が圧縮機の吸入圧力よりも低い場合に必要となり得る。
【０１４９】
［０１４８］ギアキャビティの圧力が吐出圧力を超え、作動流体が圧縮機の下流の構成要素（配管や気液分離器など）に排出される可能性がある。吐出圧力でベアリング流体／冷却流体を作動流体から分離し、その後にベアリング流体の圧力をベアリング供給圧力まで上げるだけでよい場合があり、少なくともロータハイブリッドベアリングでは吐出圧力を超え得る。一例では、これは、流体を高圧にポンピング／運搬するために使用される動力を節約することができる。一例では、冷却流体は、一例では排出プレナム（６６９）内の圧力と実質的に同様である回転式流体流動装置２０の下流の圧力からさらに増圧されない。ポンプまたは他の増圧方法にガスが存在しない場合、作動流体に吸収される追加の作動流体はない。したがって、ギアキャビティの圧力が吐出圧力を超えた場合、潤滑剤の脱ガスはない場合がある。ただし、最小限の撓みで高い圧力に耐えるようにギアキャビティを設計するには、追加の材料とより高いコストが必要になることがある。
【０１５０】
［０１４９］上述のように、高速アプリケーションでは、ギアキャビティ内のギアをガスで満たして、一例では、寄生抵抗および摩擦抗力による発熱を大幅に低減することが好ましい場合がある。ユニットが最初に組み立てられた後、または現場でシャットダウンされた後、ギアキャビティは大気圧の空気で満たされ、他の流体、作動流体、および作動流体が除去される。金属間の接触を避けるために、シャフトが回転する前にハイブリッドベアリングに高圧オイルを供給することが望ましい場合がある。これは、ギアキャビティの圧力が大気圧を超えて増加することを意味し、ガスが占める体積を大幅に減らすことができる。例えば、ギアキャビティの圧力が大気圧よりも１００倍高ければ、この体積の減少は１００分の１以下（100x or more）になり得る。重力は、密度の低い作動流体（例えば、気体）に対して密度の高いオイル／液体を下方に集めることから、図１１１に示されているように、オイルドレン４４７がギアキャビティの下部にある場合、このガス体積はギアキャビティにトラップされ得る。より高いまたはより低い圧力のガス源で必要とされる場合、追加のガスが、断続的な流体連通穴４４６を介してギアキャビティに圧送されるか排出され得る。ギアキャビティ圧力が吐出圧力を超えるアプリケーションでは、圧縮機は、ガスを移動させるか、または例えば液体ジェットガスエジェクタなどの当業者に公知の他の搬送方法で構成され得る。液体ジェットガスエジェクタが用いられる例では、高圧ベアリング流体の一部を使用して、ギアがガスで満たされるまで、ガスを排出口からギアキャビティに移動させることができる。
【０１５１】
ベアリングのレイアウトと設計−実施例Ａ
［０１５０］図２に示す例では、ドライバロータシャフト６４およびアイドラロータシャフト４０のベアリング構成により、ロータ・ロータ構成で遭遇する問題が最小限に抑えられる。上記のように、一例では、ハイブリッドベアリング（１３４、１３６、７２、１３８、１１８、１２０）に厳しい公差（tight tolerances）がある（ギャップが小さい）。ドライバロータ７６、ドライバロータシャフト６４、アイドラロータ２８およびアイドラロータシャフト４０は、高い荷重の方向に構成要素を偏向させる力に遭遇し、ロータとロータ、またはロータとハウジングが接触する可能性が生じる。ねじり荷重により、ロータ間の撓みと摩擦が発生することがある。軸方向の荷重により、ロータが互いに離れる方向に撓む可能性があり、その結果、ロータとハウジングが接触し得る。アイドラロータシャフト４０とドライバロータシャフト６４の相対剛性が同等である場合、両方の浮動する構成要素が同じ半径方向に同時に移動し得るため、チャンバでのラジアル荷重または曲げモーメント荷重は、ロータとハウジングの接触を引き起こす可能性が高くなる。内側のボ−ルで接触が発生し得る。この接触は避けることが望ましいが、許容差の積み重ねによる。（駆動トルクの伝達による）インデックスギアでのラジアル荷重により、ロータ−ハウジングの撓みが発生し得る。この接触により、摩耗と発熱が増加する。このような摩耗は、その後、漏れの増加や故障の原因となることが予想される。一例では、シャフト４０／６４の曲がりを最小限に抑え、それによって各シャフトの直径を最小化するために、チャンバにおける高いラジアル荷重はチャンバに可能な限り近くで抵抗されるべきである。アイドラロータシャフト４０とドライバロータシャフト６４の間の角度が増加すると、特定の目標流量とＲＰＭにおけるロータシャフト（４０、６４）の直径を最小化できるが、このアルファ角度の増加は、ロータに高いラジアル荷重が（２８および７６）作用し得る。発生し得る軸方向スラスト荷重は、吐出圧力が高いと潜在的に高く、吐出圧力が低い場合には潜在的に非常に低い。さらに、ハイブリッドベアリング（１３４、１３６、７２、１３８、１１８、１２０）は、設置時に隣接する表面に接触しないように配置される。取り付け中に一時的なクランプを使用して、この接触および従来のベアリングの要件を回避することができる。ドライバ／回転動力源がロータシャフトの１つに結合されている場合、これは、一時的なクランプまたは従来型ベアリングによって緩和される潜在的な不整合の問題になる可能性がある。従来型ベアリング（４６および５０）を使用して、ハイブリッドベアリング（１３４、１３６、７２、１３８，１１８，１２０）の位置決めを確実にしてもよい。従来型ベアリング４６／５０は、それらが容易に取り付けられる構成で提供されてもよい。
【０１５２】
［０１５１］いくつかの例は、本明細書に記載された仕様が可能な流体流動装置において分割ベアリングを利用することができる。分割ベアリングは通常、定格容量が低いため、通常、分割されていないベアリングよりも寿命が短くなる。本書記載の設計仕様範囲で動作する本書に開示された流体流動装置（回転式流体流動装置２０）で期待できる高負荷を、従来型ベアリング（４６および５０）単独で吸収するのは往々にして実現不可能である。本明細書に開示されるロータハイブリッドベアリング（例えば、１３４および１３６）は、オフセットされたラジアル反力から発生し得るモーメント荷重を誘発することなく、大きなラジアル荷重に抵抗することができる。ロータの球面中心７７に近接して構成されたラジアルハイブリッドベアリング（７２および１３８）を使用して、ロータハイブリッドベアリング（１３４および１３６）に追加の半径方向の支持を提供できる。この剛性の追加は、いくつかの例では、高いラジアル荷重（例えば、圧力誘起）と、インデックスギア構成１３２からのラジアル荷重の寄与に抵抗するために必要になり得る。一例では、この支持は、この配置において可能な限りチャンバに近くすると、ロータシャフトのサイズを最小限に抑えることができる。カラー３８の反対側の軸方向の側面のすぐ隣りの前部／後部シリンダハイブリッドベアリング（１１８／１２０）は、可能な広範囲のスラスト荷重（例えば、圧力誘起）に対して適切な反力を提供する。一例では、カラー３８のこれらの軸方向側面は、モーメント荷重に抵抗するように構成された複数のベアリングポケット２８４で構成される。このようなモーメント荷重は、アイドラ／ドライバのロータシャフト（４０／６４）と平行に発生するが同一直線上にはない軸方向スラスト荷重から発生し得る。一例では、チャンバ１１４に直接隣接し、かつ最も遠いのは、前部の従来型ベアリング４６と後部の従来型ベアリング５０である。ローラベアリング間の間隔（用いる場合）により、一例の従来型ローラベアリングは、アイドラ／ドライバのロータシャフト（４０／６４）のモーメント支持を提供し、ハイブリッドベアリングの係合前のロータ２８／７６の片持ち重量を中心寄りにする。
【０１５３】
［０１５２］この場所でのシャフト径の相対的な減少は、一例では、動作中に発生する（例えば、圧力による）大きな負荷が主にハイブリッドベアリング（１３４、１３６、７２、１３８、１１８、１２０）に抵抗されることで達成される。このシャフト径の相対的な減少により、ベアリング表面速度が低下し、設計速度用に比較的小さなローラベアリングを選択できるようになる。最大３６００ＲＰＭまたはそれ以上の速度を含め、設置管理可能でありながら、高い寿命を実現する。
【０１５４】
［０１５３］図２に示す例では、ドライバ／アイドラロータハイブリッドベアリング（１３４／１３６）の構成／配置により、チャンバ１１４にできるだけ近い高ラジアル荷重に抵抗することにより必要なシャフト径が最小化され、所与のロータサイズにおいて高い容量荷重が実現する。さらに、アイドラ／ドライバロータの外側フルスト球面（３６／６２）とハウジング構成要素（ハウジングベース５８とハウジングカバー５６）の間のギャップをベアリング流体で満たすことで、この位置で高圧チャンバから低圧チャンバへ、およびチャンバからアイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）を囲むギャップまでのガス漏れが最小化および／または防止される。既知の数式で、大気圧（または大気圧に近い）圧力に排出される円周方向に連なる凹んだベアリングパッドを有する対称の球面ベアリングの容量を得る簡単な方法が提供される。図４〜５および図６１に示すように、ロータ表面のバレー８２の輪郭によっては、可能な外側フルスト球形ロータ表面領域３６／６２の大部分またはすべてを覆う、凹んだハイブリッドベアリングポケット２０８を全周列にできない場合がある。さらに、いずれかのロータの実施例にドレンチャネルを追加してドレン穴を開けると、ドレン圧力でかなりの量の作動流体とベアリング流体が両方集まり、圧縮機の効率が大幅に低下し得る。これらの穴は、ロータを大幅に弱体化させ、機械加工コストを増加させ、ハイブリッドベアリングに供給するために必要な流体圧送パワ−を増加させる。最大作動流体排出圧力よりも大きなロータベアリング流体供給圧力を提供すると、ベアリング容量が増加し、ベアリング供給ラインからチャンバ内のすぐ隣の作動流体にベアリング流体が確実に流れるようになる。この流れは、ベアリングを機能しなくする可能性のある、毛管リストリクタを詰まらせる圧縮容積からの汚染の可能性を減らす。一次元アレイでは、各ハイブリッドベアリングポケット２０８は、２つの直接隣接するベアリングポケットと２つの直接隣接するドレンチャネルを有する。多次元アレイは、直接隣接するドレンチャネルが１つしかない１以上のハイブリッドベアリングポケット２０８と、３以上の直接隣接するハイブリッドベアリングポケットを持つ１以上のハイブリッドベアリングポケット２０８とを具える。ハイブリッドベアリングポケット２０８を低圧ドレンのない多次元の非対称アレイ５９３に配置すると、剛性が高まり、高容量の負荷シナリオが可能になる。上記のように、ロータの外側フルスト球面（３６および６２）のハイブリッドベアリングポケット２０８の多次元アレイ５９３の負荷容量／剛性は、アイドラ／ドライバロータ（２８／７６）の一次元アレイのもの以上である。摩擦抵抗は、ドレン領域を囲む追加のランディングの必要性を排除することによっても削減できる。多次元アレイ５９３内のハイブリッドベアリングパッドの中心５９６は、すべてが円周方向に整列しているわけではない。むしろ、ハイブリッドベアリングパッドのサイズと位置は、摩擦抵抗や追加のポンピングパワーなどの寄生損失を減らしながら、ベアリングの全体的な容量／剛性を向上させると考えられる。
【０１５５】
［０１５４］図２〜５に示す例では、いずれかのハイブリッドベアリングが流体力学効果から十分に高い相対表面速度において追加の容量／剛性を有し得る。流体力学効果からのこのさらなる寄与は、ランディングの表面積を増やすか、ベアリングパッドを凹ませないことによって得られるが、これはこの流体流動装置の後ろ向きの解決策であると考えられる。摩擦抵抗が大幅に増加し、デバイスが動作するために必要な最小ＲＰＭが（流体力学効果を得るために）課されると、効率が低下する。最適な解決策は、ランディング長が最小であり、これは非実用的とならないようにギャップ高さに対する長さの比が最小となるように計算すべきと考えられる。ランディングにほんの小さな傷や他の損傷が発生した場合、ランディングは、ベアリングが機能しなくなるほど小さくしてはならない。
【０１５６】
ベアリングのレイアウトと設計−実施例Ｂ
［０１５５］図１０２〜１０３に示す例では、アイドラ／ドライバシャフト４１／６５および対応するロータはそれぞれ、３つのハイブリッドベアリング１３７Ａ／１３５Ａ／１３９Ａおよび１３７Ｂ／１３５Ｂ／１３９Ｂによって支持され、これらはそれぞれベアリングポケットに垂直な荷重に耐える。一例において、前部スラストハイブリッドベアリング１２９Ａ／１２９Ｂを、上記列挙された後部スラストベアリング１３９Ａ／１３９Ｂの代わりに、および／またはこれと組み合わせて使用されてもよい。一例において、これは、現在示されている実施例Ｓ（図７２Ａ）のハイブリッドベアリングよりむしろ、実施例Ｔ（図７２Ｂ）のハイブリッドベアリングを実装することによって達成され得る。前述の後部スラストハイブリッドベアリング１３９Ａ／１３９Ｂの代わりに前部スラストハイブリッドベアリング１２９Ａ／１２９Ｂを使用する場合、前部スラストベアリングは一例として実施例Ｓ（図７２Ａ）一例としてのハイブリッドベアリングで実装することができる。
【０１５７】
［０１５６］アイドラ／ドライバロータハイブリッドベアリング１３５Ａ／１３５Ｂは、フルスト球形ロータ表面６２Ｂ／３６Ｂ（図１１５）に垂直な荷重に耐え、一方でアイドラ／ドライバシャフトハイブリッドベアリング１３７Ａ／１３７Ｂは、アイドラ／ドライバシャフトに垂直な荷重に耐えることができる。シャフトに対するこの半径方向の反力は、それぞれの軸６３７／６３９の周りでシャフトを曲げるように作用するモーメント荷重によるシャフトの回転に抵抗し得る。アイドラ／ドライバスラストハイブリッドベアリング１３９Ａ／１３９Ｂおよび／または１２９Ａ／１２９Ｂは、それぞれのシャフト軸６３７／６３９に平行な軸方向の荷重に抵抗するように構成され得る。正味荷重がシャフト軸６３７／６３９からオフセットしている場合、スラストベアリングポケット（例えば、図１４５の２８５ＪＡおよび図１３９の２８５ＧＡ’）は、さまざまな圧力にあり、モーメント荷重に抵抗し得る。ベアリングが抵抗し得る荷重に重なりがあるベアリング配置を構成することは、ベアリングをより安定させ、脈動または振動する荷重による撓みの影響を受けにくくするために重要となり得る。ギア荷重と圧力によるガス荷重には、軸方向／曲げモーメントの支持が必要になり得る。これは、アイドラ／ドライバスラストハイブリッドベアリングによって提供される。それぞれのシャフト上のハイブリッドベアリングのコンパクトな組み合わせにより、圧縮チャンバ１４４からの追加の支持を先送りすることが可能になる。
【０１５８】
液体インジェクタ−実施例Ａ
［０１５７］非常にコンパクトなロータア−キテクチャを採用すると、必要な場合に、噴霧化された冷却流体を圧縮チャンバ１４４（図１１〜１４）に噴霧するように構成された流体インジェクタ１１０の取り付けが困難になる。流体インジェクタ１１０Ａ／１１０Ｂは時間の経過とともに摩耗する可能性があるため、接続されている導管から簡単に取り外すことができれば有益である。流体インジェクタ１１０をフルスト球形ハウジング表面１１４（図３）内の特定の場所に配置すると、ドライバ／アイドラロータハイブリッドベアリング（１３４／１３６）の動作に干渉し、液体リングがチャンバ１１４の外径に形成され得ることから、有効性が予測しづらくなる。流体インジェクタ１１０を静止した構成要素上に配置することにより、流体インジェクタ１１０が圧縮／膨張チャンバ１４４の動きに追従しないため、流体インジェクタ１１０が可能なインジェクションウィンドウの限られた範囲でチャンバに噴霧することができる。
【０１５９】
［０１５８］作動流体の漏れを最小限に抑えるために、ロータ間の液体シール２３２（図１１〜１４）も開示されている。流体インジェクタ１１０をアイドラロータ表面またはドライバロータ表面に配置することは、いくつかの例では厳しい公差を伴う複雑な表面を含む。さらに、流体インジェクタ１１０は、振動によって構成要素がそれらの支持構造に対して緩まないように保持され得る。結果として生じる再循環量は最小限であるか、体積効率の損失を最小限に抑えるように液体が満たされる。
【０１６０】
［０１５９］図２〜１１の例にあるように、半径方向内側のフルスト球面９２に流体インジェクタ１１０Ａ／１１０Ｂを構成することが考えられる。一例では、この表面における流体インジェクタ１１０の位置は、チャンバの容積が実質的に小さくなるまで、チャンバに直接隣接し得る。このチャンバ容積の減少は顕著になり、流体インジェクタ１１０が、回転式流体流装置２０の典型的なアプリケーションの圧縮行程全体にわたってチャンバに冷却オイルを提供する際の妨げとならない場合がある。圧縮チャンバ１４４Ａの内側フルスト球面９２におけるこの配置は、最初にガスと十分に相互作用する時間を有することなく、近くのアイドラ／ドライバロータ軸表面８４Ａ／８４Ｂに直接噴霧する冷却流体の量を最小にするように構成される。インジェクタ１１０Ａ／１１０Ｂによって噴射された霧化された液滴の表面積対体積比は、互いにまたはチャンバ壁（すなわち、図１４の９２、８４Ａ、８４Ｂ、および図２の１１４）との衝突後に減少し得る。これらの大きな液滴は、所望の時間枠で熱を伝達する能力が低いため、これらの発生を最小限に抑えることが有利である。
【０１６１】
メンテナンス−実施例Ａ
［０１６０］図１〜２の例では、本書記載のロータベアリングリストリクタ３４８（図６５〜６７）または流体インジェクタ１１０のメンテナンスが必要な場合があり、メンテナンスは、吸入接続部１１２（および配管の取り付けられた部分）を緩めて、ハウジングカバー５６を取り外すことによって実行することができる。
【０１６２】
液体インジェクタ−実施例Ｂ
［０１６１］回転式流体流動装置２０の実施例Ａ（図１〜２）では、流体インジェクタ１０９は、アイドラインサート９０の一部として示されている。回転式流体流動装置２０の実施例Ｂ（図１０２〜１０３）では、流体インジェクタ１０９は、内側ボ−ル（凹状の内側フルスト球形チャンバ表面）９７に含まれる。図１０３Ｃに示されるように、中空ピン６１８が、内側ボ−ルおよび組み立てられた流体インジェクタ１０９がドライバインサート９５に取り外し可能に固定された状態のまま、冷却液を通過させる。これにより、流体インジェクタ１０９が、回転式流体流動装置２０の典型的なアプリケーションのための圧縮行程全体にわたって圧縮チャンバ１４４に追従することができる。
【０１６３】
［０１６２］開口部１１１を規定する表面への流体インジェクタ１０９の取り付けおよび取り外しを容易にするために、振動作用（vibratory service）中および／または流体が流体インジェクタに及ぼし得る断続的／パルス状の荷重中に緩まないスナップイン接続が開示される。流体インジェクタ１０９は、容易に交換可能であり、所望の流量を生成し、小さなオリフィスを提供して結果として小さな液滴サイズをもたらすように構成されている。図１１６〜１１８Ｃに示すように、１つまたは複数の冷却流体インジェクタ１０９Ｂを、内側ボ−ル９７の別個の開口部１１１に挿入することができる。流体インジェクタ１０９を開口部１１１に挿入するのに十分な軸方向の力を用いると、内側ボ−ルのテ−パ１１５’と嵌合する流体インジェクタのテ−パ１１５は、脚部１２８をインサート１０９の軸に向かって半径方向内側に偏向させる。図１１８Ｃに示されるように、完全に挿入されると、流体インジェクタの足面１１７が、ボ−ル９７の内面１１７’と合体する。流体インジェクタのテ−パした肩部１１３は、脚部１２８に実質的に張力が予荷重されるように、内側ボ−ルのテ−パした肩部１１３’に着座している。望ましくないノズル周りの漏れを最小限にするか無くすために、Ｏリング溝１２７がＯリングを含んでもよい。この挿入構成では、スナップイン接続が、変化する流体圧力から予想される大きな軸方向の力に抵抗し得る。流体は、流体インジェクタの穴１２１に到達する前に、流体インジェクタの脚部１２８の周りを流れ、内側ボ−ルの穴１２３を通って流れる。流体インジェクタの穴１２１は、インジェクタ取外しツールの脚部１１９’にフィットするように最小の断面積で構成され得るが、そうでなければ実質的に断面積が変化してもよいことを理解されたい。例えば、使用に適する分布パタ−ンの１つのタイプは、中空コ−ン噴霧パタ−ンである。当業者は、そのような噴霧パタ−ンを生成する公知の複数の形状に精通している。例えば、穴１２１の上流および下流の終端の断面積を増大させ、図示のように直径を滑らかに移行させることにより、利用可能な圧力差および当技術分野で既知の他の要因に応じて、そのような噴霧を生成することができる。本明細書で説明される流体インジェクタ１０９は、本明細書で説明されるもの以外の他の構造に適用可能である。
【０１６４】
メンテナンス−実施例Ｂ
［０１６３］図１０２〜１０３に提供される例では、ロータベアリング毛管リストリクタを有さず、冷却流体ノズル１０９を除去または整備するためにハウジングを取り外す必要がない。図１０５に示されるように、吸入導管を吸入接続部１１２から取り外すと、吸入ポート１９１を通して見たときに流体インジェクタ１０９が見える。交換を必要とする流体インジェクタ１０９への完全なアクセスを得るために、ドライバシャフトのいくつかの回転配置（rotational positioning）が望まれる場合がある。ドライバシャフトのこの回転配置は、ドライブシャフト６５を回転させることにより手動で、またはドライバ（例えば、エンジンまたはモータ）を介して達成することができる。
【０１６５】
［０１６４］図１１６〜１１８に示されるようなカスタマイズされた流体インジェクタ取り外しツール６５５は、流体インジェクタの穴１２１に挿入され、その後、テーパした流体インジェクタ表面１１９に接触する前に内側ボ−ルの穴１２３に挿入され得る脚部１１９’を具え得る。十分な軸方向の力が、流体インジェクタと内側ボ−ルとの間の界面１１７／１１７’が係合解除されるまで、脚部１２８を半径方向内側に偏向させ得る。取り外しツールの脚部１１９’が流体インジェクタをこの位置に保持し続ける間に、ツール６５５を使用して、流体インジェクタ１０９Ａを穴１１１から取り外すことができる。一例では、拡張可能なツールまたは構成要素、例えばリベットを穴１２１’に挿入し、その後拡張させることができる。拡張されると、ツール（図示せず）を使用して、流体インジェクタ１０９Ａを取り外すことができ、テーパ面１１９に作用する軸方向の除去力が、部品を取り外すのに十分なように脚部１２８の半径方向内向きの撓みを大きくする。一例では、ノズル１０９は、フルスト球面１２５を含むが、他の表面を用いてもよい。
【０１６６】
［０１６５］簡単かつ効率的にノズル、例えばノズル１０９を取り外して交換できることは、例えば侵食による長期の摩耗の懸念を軽減するための利点となり得る。
【０１６７】
油圧アセンブリによる冷却インジェクション制御−実施例Ａ
［０１６６］圧縮比が低い場合は、冷却のために追加の冷却流体を注入する必要がない場合があり、一方で圧縮比が高い場合は、大量の冷却流体を注入する必要があり得る。小さな液滴がより大きな表面積対体積比を持つことから、利用可能な短い時間枠（例えば、数千分の１秒）で熱を伝達するために必要な冷却流体の流量は、小さい液滴を噴霧することによって最小限に抑えることができる。これにより、冷却流体は作動流体とより均一な温度になる。より大きな圧力差を用いて、液滴サイズを小さくすることができる。したがって、必要な冷却流体の量は、噴射が発生する時間の長さを調整しながら、供給圧力を一定に保つことによって最小限に抑えることができる。噴射の開始時期を制御することで、さらに効率が向上する。入口ガスの温度は、多くの場合５℃〜２０℃の範囲である。ただし、周囲温度が２０°Ｃ以上に達する可能性がある環境では、冷却流体を２０℃以下に冷却するのはコスト効率が良くない場合がある。流体流動装置でガスが圧縮される場合、ガスが大幅に加熱され得る。冷却流体の温度がガス温度よりも高い状態でチャンバに注入されると、熱力学的プロセスが本来より効率的にならず、ドライバ動力がさらに必要になり得る。同様に、冷却流体の温度がガス温度よりも低い状態でチャンバに注入される場合も、これは理想的ではない。
【０１６８】
［０１６７］図６〜７および図３８を参照すると、油圧アセンブリ４８は、冷却流体の流量をほぼゼロから１００％までの流量およびその間の範囲の調整を実現するように構成されている。図５７および図６０Ｃを見ると、冷却流体は、静止した外側油圧スリーブ１５４の供給ポート１５１に入る前に、アイドラ後部ベアリングハウジング４４の噴射ポート１５０に入る。図９〜３２の例に示されるように、流量調整は、静止した冷却流体通路（１４６および１４８）のサイズ、形状、および位置を調整することによって達成され得る。これにより、（回転する）アイドラロータシャフト４０（図６１）のシャフト表面の開口部／噴射ポート１５２（図３３）を通る実質的な流れが許容される回転の部分が変化し、それによって圧縮中に流体がチャンバ入る時期と量が変化する。図６１〜６３および図９〜１１に示す例では、各ロータ圧縮チャンバ１４４は、アイドラロータシャフト４０内の少なくとも１つの噴射ライン１５３を通して供給され、流れは、噴射ポート１５２から入り、圧縮チャンバ１４４のすぐ隣の流体インジェクタ１１０で完結する。一例では、各噴射ポートは、１つだけの噴射ライン１５３と流体連通している。例えば、図１１では、流体インジェクタ１１０Ａ／１１０Ｂは、圧縮チャンバ１４４Ａに直接隣接し、それと流体連通している。この例における圧縮チャンバ１４４Ａは、最大容積位置にあり、その直後に圧縮ストロ−クが始まる。流体インジェクタ１１０Ａ／１１０Ｂに供給する噴射ポート１５２および噴射ライン１５３（図示せず）は、この時点では、冷却流体の実質的な流れを圧縮チャンバ１４４Ａに提供していない。むしろ、静止した冷却流体通路（１４６および１４８）と流体連通するように図１１に示される噴射ポート１５２が、圧縮チャンバ１４４Ｂの流体インジェクタ（図示せず）で完結する噴射ライン１５３（図示せず）を有し得る。この圧縮チャンバ１４４Ｂは、その圧縮行程の真ん中にあり得る。すなわち、チャンバ１４４Ｂを実質的に密閉しながら、体積を減少させる（または、拡張ストロ−クの場合は増加させる）ことにより、以前の位置に対して圧力が変化し得る。一例において、一対の噴射ポート１５２（図６３）は、ロータシャフトの直接（正反対に）対向する側に構成され、同時にそれぞれの噴射ライン１５３に供給し、その結果、アイドラロータシャフト４０上の圧力によるラジアル荷重は均衡している。一例では、図３８の分解図に示される油圧アセンブリ４８は、内側スリーブ１５６、周方向にスライドする油圧バルブ１５８、および静止した外側油圧スリーブ１５４を具える。一例における内側スリーブ１５６は、アイドラロータシャフト４０の噴射ポート１５２の半径方向すぐ隣の静止した構成要素であり、内側スリーブ１５６の半径方向すぐ隣には、スライド式油圧バルブ１５８がある。一例におけるこのスライド式油圧バルブ１５８は、大体は静止しているが、キャビティ１６２（図６０Ｃ）内の圧力がバルブと組み合わせた制御システムを介して変更された場合に、アイドラロータシャフト４０の周りを周方向にスライドする能力を有する。一例では、この弁は三方向弁または五方向弁である。一例における内側スリーブ１５６およびスライド式油圧バルブ１５８の構成要素は、所与のストロ−クで各圧縮チャンバ１４４で噴射が行われるときにアイドラロータシャフト４０の噴射ポート１５２と整列するように構成された開口部（１４６／１４８）を具える。キャビティ１６２は、油圧バルブ１５８上のピストン１６０と、それぞれ静止した内側スリーブ１５６および外側スリーブ１５４上のピストン１６４／１６６との間の周方向にクリアランスを有して形成され得る。油圧バルブ１５８の実質的な長手方向の動きは、静止した内側スリーブ１５６および外側スリーブ１５４によって妨げられる。これらのキャビティ１６２は、一例では、油圧バルブ１５８の穴５５６（Ａ〜Ｄ）と流体連通し、油圧バルブ１５８は、静止した外側ハウジング１５４の穴５５８（Ａ〜Ｄ）および溝５６０Ａ、５６０Ｂと流体連通している。溝５６０Ａは、穴５５８Ａおよび５５８Ｃと流体連通している。溝５６０Ｂは、穴５５８Ｂおよび５５８Ｄと流体連通している。油圧バルブ１５８の穴５５６（Ａ〜Ｄ）が実質的な流動抵抗を提供しない例では、油圧バルブ１５８のこれらの軸方向に離れた端部のキャビティ圧力１６２は、実質的に同じである。そのような例では、油圧バルブに加わる圧力による推力は実質的に均衡し、摩擦と摩耗を最小限に抑えることができる。溝５６０Ａおよび接続されたキャビティ１６２における圧力が、溝５６０Ｂおよび接続されたキャビティ１６２における圧力と異なる場合、油圧バルブ１５８は、周方向にスライドし得る。図６０Ｂに示されるように、溝５６０Ａおよび５６０Ｂは、それぞれ、後部アイドラベアリングハウジング４４のポート５６４Ａおよび５６４Ｂと流体連通している。提供された例では、配管継手をポート５６４Ａおよび５６４Ｂに接続して、油圧バルブ１５８のピストン１６０に隣接するキャビティ１６２とともに実質的に閉回路を完成させることができる。したがって、これらの接続５６４Ａおよび５６４Ｂを有して三方向弁または五方向弁とともにお制御システムが用いられる例では、流体圧力を使用して、油圧弁１５８を周方向にスライドさせることができる。
【０１６９】
［０１６８］図９〜３２および図３８に示す例では、これらの構成要素の開口部（１４６／１４８）の周方向の長さは実質的に等しい。あるいは、スライド式油圧バルブ１５８の開口部１４６の周方向の長さは、内側スリーブ１５６の開口部１４８の円周長さよりも円周方向に短くするか、そうでなければ断面開口部を小さくまたは大きくしてもよい。このサイズ調整は、スライド式油圧バルブ１５８の開口部１４６の少なくともいくつかを閉塞または部分的に閉塞することによって行うことができる。
【０１７０】
［０１６９］図９〜１１に示す例では、これらの開口部（１４６／１４８）は、噴射ポート１５２と整列され、噴射ポート１５２が開口部（１４６／１４８）によって作成された通路と整列するときに圧縮ストロ−ク中に最大量の冷却流体がチャンバに向かって流れるように構成される。図２１〜２３に示す例では、スライド式油圧バルブ１５８は、開口部（１４６／１４８）によって作成された通路がより小さく、例えば、図９〜１１のものの半分の大きさであるように調整され得る。圧力調整がない場合、一例では、開口サイズのこのような減少により、冷却流体の約半分の量が各圧縮チャンバ１４４に入る。
【０１７１】
［０１７０］図２４〜２６に示す例では、開口部（１４６／１４８）の組み合わせが、冷却流体が噴射ポート１５２に入る実質的な通路を形成しない場合があり、したがって、冷却流体がほとんどまたは全く圧縮チャンバ１４４に提供されない。これらの例は、噴射の持続時間、流体噴射の開始時間および終了時間を含む２つのパラメータが、回転式流体流動装置２０の動作中に、油圧アセンブリ内の冷却流体流路（開口部１４６／１４８によって形成される）のサイズ、形状、および位置を制御することにより、どのように調整されるかを示す。噴射期間、開始時間および終了時間を独立して制御するために、動作中、この制御は、図示されている油圧バルブ１５８に半径方向に隣接するさらなるスライド式油圧バルブを追加することによって実現することができる。図３８に示す例では、スライド式油圧バルブ１５８は、静止した内側油圧スリーブのピストン面１６４または静止した外側油圧スリーブのピストン面１６６に対して円周方向に隣接するキャビティ１６２（図６０Ｃ）に係合するピストン１６０を含む。
【０１７２】
［０１７１］制御システムは、これらのキャビティ１６２内の圧力を変更するためのバルブ（例えば、３方向弁または５方向弁）とともに用いることができる。このようにして、流体流動装置を出る流体の吐出温度を制御することが可能となる。圧力ではなく噴射時間の長さを制限することで冷却流体の流量が制御されるが、冷却流体の要件を減らして圧縮機の効率を向上させることを目的として、可能な限り最小の霧状の液滴を部分冷却の場合に得ることができる。噴射を開始するタイミングを調整することにより、圧縮機の効率を最大化することができる。
【０１７３】
［０１７２］ギア歯がスライド式油圧バルブ１５８に含まれる例では、取り付けられたギア構成は、手動でおよび／または（電気）モータ、ソレノイドなどで調整を行うように構成される。スライド式油圧バルブ１５８を作動させる他の方法も利用可能であるが、圧力作動方法は、最も費用効果が高く、コンパクトであると考えられる。
【０１７４】
油圧アセンブリによる冷却噴射制御−実施例Ｂ
［０１７３］図１０２〜１０３および図１０７に示す例では、ドライバエンドキャップ６２７が複数の凹んだ流体通路１５７（Ａ〜Ｅ）を有する。一例では、これらの流体通路１５７は、シャフト６５の所与の回転の間、ドライバシャフト６５のチャンバごとに１つの噴射ポート１５５と断続的に流体連通している。図１３７〜１４２に示すように、流体が駆動シャフト６５の噴射ポート１５５に入るとき、噴射ポート１５５は圧縮チャンバ１４４と流体連通している。流体インジェクタ１０９での流量／圧力／レ−トおよび可能な圧力を最大化するために、通路１５５自体の圧力降下が最小化される。任意でＯリング溝６１８’（シ−リングＯリングを保持する）を具えたチューブ６１８は、ドライバインサート９５を回転的に固定するように作用し、かつ冷却流体をドライバインサート９５に移送するときの漏れを最小限にするために使用され得る。スプレ−内の液滴サイズを最小化し、ノズル当たりの流量を最大化するために、流体インジェクタ１０９の入口ではより高い圧力が望ましい。
【０１７５】
［０１７４］小さな液滴サイズは、４０ミクロンのオーダーのサイズとなり得る。そのような小さな液滴は、表面積対体積比が高く、僅か数ミリ秒程度の時間枠で、冷却オイルと作動流体／プロセスガスの間で熱をより効率的／均一に伝達する。より大きな液滴しか得られない場合、圧縮に利用できるミリ秒スケールの時間枠で作動流体が所望の吐出温度を超えるのを防ぐために、より多くの冷却流体が必要になり得る。
【０１７６】
［０１７５］圧縮機仕様の任意の負荷の組み合わせに対し、その位置で予想される最大負荷とは反対側のシャフト側に示すように、凹んだ流体通路１５７（Ａ〜Ｅ）を戦略的に配置できる。したがって、設計は圧力均衡がとれていないが、実際には、ベアリングに作用する最大予想正味荷重を低減できるという利点がある。図１０９と図１３７〜１４２に示すように、流体インジェクタ１０９への通路１５５の取り回しは、流体通路の様々な配置に対応するように調整することができる。例えば、図１３７〜１４２に示すように、流体通路１５７Ｃおよび噴射ノズル１０９は、ロータシャフト６５の実質的に正反対側にあり得る。
【０１７７】
［０１７６］圧縮比と作動流体の容積スループットのさまざまな組み合わせで冷却要件がどのように大きく変わるかに対処するために、それぞれの凹んだ流体通路１５７（Ａ〜Ｅ）に供給する冷却ライン１５９（Ａ〜Ｅ）をオンとオフに切り替えることができる。この段階的な方法で、当業者に知られている単純で安価なオン／オフ型の弁で許容可能な吐出温度の範囲を得ることができる。流体が供給される凹んだ流体通路１５７（Ａ〜Ｅ）の数を変えることにより、利用可能な圧力を低下させることなく、チャンバ内でそれを作る冷却剤の量を調整することが可能であり得る。圧縮中は、チャンバ内に冷却流体を噴霧することのみ可能である。冷却流体が作動流体よりも暖かい場合、これは全体的な効率の利点になり得る。圧縮チャンバに冷却ガスの大きな質量を導入し、シールし、ガスが作動流体と同じ温度近くに到達するまでガスを圧縮し、次に圧縮によるさらなる温度上昇を最小限に抑えるために冷却オイルを噴霧することが望ましいためである。
【０１７８】
［０１７７］組み込みの容量制御が用いられる場合、圧縮は後で開始するよう予定される。冷却噴射は、流体が供給される凹んだ流体通路を変更することによって後で開始することもできる。この概念と、圧縮時に圧縮チャンバ内への一定の噴霧を組み合わせることで、オイルフラッドロータリスクリュ圧縮機が採用する単純な圧力調整設計など、公知のものと比較して、効率を大幅に改善できる。
【０１７９】
［０１７８］一例では、流体通路１５７の周方向スパンは、互いに長さが異なってもよく、例えば、圧力降下を最小化することが望まれる場合、２つ以上の穴１５９が所与の流体通路を供給し得る。
【０１８０】
［０１７９］一例では、圧力平衡設計は、回転式流体流動装置２０の実施例Ａに開示されたのと同様の方法を用いて実現し得る。図６１では、（アイドラ）シャフト４０の正反対側にあるラジアル冷却流体ライン対１５２が、軸方向の穴１５３に供給するように示されている。図３８に示されるように、油圧バルブ１５８の流体通路１４６および静止した内側油圧スリーブ１５６の流体通路１４８は、正反対側でミラ−リングされている。これらの方法により、圧力均衡設計が可能になる。回転式流体流動装置２０の実施例Ｂでは、ドライバシャフト６５における同様の配管構成を、冷却剤を受け入れるシャフトの正反対側にある冷却剤ライン対で行うことができる。これと、図１０７に示される正反対側でミラ−リングされた流体通路１５７とを組み合わせて、図１０７の実施例を圧力平衡させることができる。このような構成は、ドライバシャフト６５に圧力誘起によるラジアル荷重の大きさが、ドライバロータシャフトベアリング１３７Ｂ（図１０３）に実質的に同じ方向に正味の最大荷重を生成するのに十分に大きい場合に望ましい。流体通路１５７（図１０７）での圧力誘起荷重の大きさは、流体圧力の変化およびドライバシャフト６５の直径によって実質的に変化し得る。さらに、非対称の圧力負荷下にあるドライバシャフト６５の軸方向長さは、実質的に前記負荷に影響を与え得る。
【０１８１】
［０１８０］図１０３では、ライン６０１は、流体通路１５７の両側に配置され得る溝６０３に供給し得る。ランディング６５７は、流体通路１５７を供給溝から軸方向に分離し、それらの間の流れは、ランディング６５７における実質的に小さなギャップ高さによって実質的に制限され得る。これらの溝は、シャフトにかかる非対称の圧力負荷を溝６０３内に制限し、流体通路１５７のいずれにも流体が供給されない場合、溝６０３には、作動流体が噴射ライン１５５を通って逆に漏れることがないように圧縮チャンバ１４４の最大圧力と実質的に同じかそれ以上の高圧流体が供給される。図１０９に示すように、ランディング６５９Ａは、ギアキャビティ４４５への、またはギアキャビティ４４５からの流れを制限し、ランディング６５９Ｂは、機械的シール構成要素６３１を通過し、ライン６０５から好ましくは圧縮機（図示せず）の吸入口に流れる流れを制限する。ライン６０５および吸入口に接続された通路（図示せず）が、ランディング６５９Ｂに対して実質的に低い流動抵抗を有する場合、機械的シール構成要素６３１における圧力は、吸入圧力と実質的に同様であり得る。これは、より低い圧力と、シールを通って流れる流体によって提供される冷却のかなりの量とが、予想される寿命を大幅に延ばすことができるという点で望ましい。
【０１８２】
スライド式シールリングアセンブリ／吸入と排出−実施例Ａ
［０１８１］一例では、ロータのア−キテクチャは非常にコンパクトなので、従来のバルブ設計が導入する作動チャンバ内の再循環される容積は、流体流動装置の容積効率を著しく低下させる可能性があった。このコンパクトなアーキテクチャと、流体流動装置の高い設計ＲＰＭ（すなわち、最大３６００ＲＰＭ以上）との組み合わせにより、作動チャンバに作動流体を効率的に取り入れたり排出したりすることが困難になる。チャンバに取り込める可能な流動領域を制限すると、潜在的に圧力低下が発生し、圧縮前にチャンバに入るガスの量が減少するため、体積効率が低下する。チャンバの排出における可能な流動面積を制限すると、流体速度と摩耗が増加し、予想される構成要素の寿命が短くなる。排出での厳しい制限により、チャンバ内の圧力が設計された排出圧力を大幅に上回り、ドライバに課される作業が増加する。設計圧力を超える十分に高い圧力の急上昇は、回転式流体流動装置２０全体の壊滅的な故障をもたらし得る。入口または排出口の圧力作動バルブは、比較的高い設計ＲＰＭ（例えば、３６００ＲＰＭ以上）で比較的高い持ち上げ（lifts）が必要となる。可動の構成要素は、十分な流動面積を提供するために、比較的大きく動く必要がある。いくつかの例では、可動の構成要素を開位置または閉位置へと加速させることは、たとえこの動作が高圧流体の力（例えば、油圧作動油）に支援されたとしても、回転式流体流動装置２０の高回転速度でのチャンバ容積の変化に比べてかなりの時間（例えば数千分の１秒）を要する。可動構成要素が開位置に移動している間、それはまだ制限を生じている。同様に、バルブが閉じようとするとき、閉位置まで移動するのに時間がかかり、その間は排出口から流体がチャンバに入る。さらに、可動構成要素が比較的遠い距離を比較的短時間で移動する必要があることに基づき（最大設計速度３６００ＲＰＭ以上は、同じ出力範囲のほとんどの圧縮機よりもはるかに高い）、衝撃力が業界標準をはるかに超え、バルブの早期故障につながる可能性がある。衝撃力は可動構成部品の移動速度と質量の両方の積であるため、より低い質量の多くの構成部品を使用した構成が評価された。衝撃の前に可動構成要素を減速することも評価された。多くのバルブでは、ガス通路が必要に応じて開閉し、そして閉じたままとなることが非常に重要である。業界では、さまざまな吸入圧力と吐出圧力で適切な性能を維持するように、バルブの変更に多くの労力を費やしている。圧縮機が利用できる吸入圧力は時間とともに低下するのが一般的であり、これが生じると、バルブは特定の圧力に対してのみ最適設計されることになり、調整には圧縮機をオフにする必要があるため、圧縮機の効率が低下する。これは、生産の損失に伴う機会費用を考えると、かなりの費用になる場合がある。
【０１８３】
［０１８２］エンジンドライバを用いる場合、ドライバ速度をエンジンドライバの理想的な定格速度およびＨＰから大幅に変更せずに、ドライバの動力要件を一定またはほぼ一定に維持することが有利である。ドライバに合わせてＨＰドロ−を一定に維持したり、変化する生産シナリオに圧縮機の入口で適応したりする場合に、圧縮機の動作能力を変更するときに圧縮機をオフにする必要がない（ダウンタイムを回避する）ことも有利である。ガス田からの生産の初期段階では、通常、その後の生産で経験するよりも高い流量と高い入口圧力を伴うため、特定の容量の圧縮機で所定の速度においてＨＰスループットが高くなる。生産者は、新しいガス田からの生産初期の、多くの場合は短期の、大量かつ高圧のフェ−ズに合わせて最大のＨＰ能力を持つエンジンドライバを選択するのではなく、初期生産の後の低圧で少量となる、したがってＨＰ要件が低くなる緩やかな変化に関連する生産シナリオに合致したエンジンドライバの規模を好むものである。これは通常、エンジンのＨＰ定格が大きいほど価格が高くなり、エンジンドライバの効率を最大にするために、エンジンが理想的なＨＰ定格に最も近いところで動作する生産曲線の時間を最大化したいためである。ただし、生産の初期段階で、高い入口圧力と高容量で固定容量の圧縮機を利用する場合、往復圧縮機にさらなる圧縮ステ−ジの追加および／またはシリンダのサイズ変更のような大きな変更を加えずに、低い入口圧力と容量で圧縮機の能力とＨＰの引き込み量ははるかに低くなると予想される。生産者が「オーバーサイズ」にしたい場合（最初に能力を下回る固定容量の圧縮機を使用して、初期生産後の低い入口圧力とスループットに対応できるようにする）、そのような状態で動作する従来型往復圧縮機は、圧縮機の非効率化となり得る。したがって、一定またはほぼ一定のエンジン出力使用量を維持するために、および／または圧縮機入口条件の変化に圧縮機を適合させるために、異なる入口圧力で容積スループットを変化させることができる圧縮機を有することが望ましいことは、当業者には明らかである。これにより、構成要素の変更に関連するコストと、圧縮機が停止している間の生産の損失に関連する機会コストが排除される。
【０１８４】
［０１８３］図６〜３７に示す例において、スライドシールリングアセンブリ３０は、圧縮要素（すなわち、アイドラロータ２８とドライバロータ７６）と、直接隣接して配置された構成要素との間の相対運動を利用して、必要に応じて作動流体が圧縮チャンバ１４４から排出／吸入するための通路を開閉する。吸入ゲート５４およびスライドシールリングアセンブリ３０は、作動流体通路を開閉する独立した作動方法の必要性を低減または排除する。これらの作動流体通路は、始動時に正しい位置にあるように構成されている。これらの通路のサイズと位置は、流体流動装置の稼働中でも調整できる。アイドラ／ドライバロータシャフト４０／６４が所望の速度に達した後、比較的遅い調整のみが必要になり得る。この調整により、構成要素を繰り返し（実質的に）加速および減速する必要性が減るか、なくなる。
【０１８５】
［０１８４］一例における作動流体通路は大きく、ロータ２８／７６が隣接する構成要素によって形成された静止した開口部を過ぎて回転するときに非常に迅速かつ自然にそれらが開かれ、作動流体が圧縮チャンバ１４４に出入りすることが可能になる。一例では、どの構成要素も、通路の邪魔にならないように素早く加速してから、通路の邪魔にならないように戻る必要はない。ＲＰＭが高い場合、ガスの流動エリアは上昇し、その後、バルブなどの代替方法よりもはるかに速く下降する。これにより、全体的な効率が大幅に向上する。これは特に、高流量シナリオで当てはまる。入口通路の調整により、通路を可能な最大チャンバ容積を超えて開いたままにすることにより、０％〜１００％の流量減少が可能になる。入口のこの調整を使用して、ドライバの負荷を０％〜１００％少なくし、摩擦などから寄生損失を差し引くことができる。通路のすぐ隣の材料は、シャットダウン時に流体流動装置の外部から最小限の容易さで除去できる。これは、長期的な摩耗の問題に対処するために重要となり得る。このメンテナンスは必要な場合にのみ行われ、ハウジングカバー５６を取り外し、その後、一次ゲート１７０および／または二次ゲート１７２を取り外すことを含む。
【０１８６】
［０１８５］図３７に示す例では、スライドシールリングアセンブリ３０の分解図が示されている。この例では、一次ゲート１７０は一次ゲートリング１７４によって保持され、二次ゲート１７２は二次ゲートリング１７６によって保持される。スライドゲートスペ−サ１７８、スライドゲートハウジング１８０、およびスライドゲートナット１８２は、一次ゲートリング１７４および二次ゲートリング１７６の長手方向の動きを協働的に抑制し得る静止部品である。スライドゲートスペ−サ１７８とプライマリゲート１７０、スライドゲートスペ−サ１７８とセカンダリゲートの間の円周方向のクリアランスは、キャビティ１８４（図８Ｂ）を形成する。制御システムを、三方向弁または五方向弁とともに使用して、これらのキャビティ１８４内の圧力を修正することができる。このようにして、一次ゲート１７０および二次ゲート１７２の位置を制御することが可能となり、それにより、０％〜１００％の流量減少および圧力比約１〜１１０倍、またはそれ以上を可能にする。一例におけるこれらのキャビティ１８４は、スライドゲートスペ−サ１７８およびスライドゲートハウジング１８０の穴２３８（Ａ〜Ｄ）と流体連通し、これらはスライドゲートハウジング１８０の外周で溝２４４（Ａ〜Ｄ）と流体連通している。シール（例えば、Ｏリング）を、溝２４４（Ａ〜Ｄ）のすぐ隣に、これらの溝の間の流体連通を最小化または排除するために使用することができる。図６０Ａに見られるように、これらの溝２４４（Ａ〜Ｄ）は、アイドラ前部ベアリングハウジング２４の穴２４０（Ａ〜Ｄ）およびハウジングベース５８の穴を規定するそれぞれの表面と流体連通しており、圧縮機の周縁部で終端する。提供される例では、一次ゲートリングのピストンに隣接するキャビティ１８４を具えた実質的に閉じた回路を完成させるために、配管フィッティングを穴２４２Ａおよび２４２Ｃに接続することができる。したがって、制御システムが、接続２４２Ａおよび２４２Ｃを具えた三方または五方向弁とともに使用される場合、流体圧力を用いて、一次ゲートリング１７４および接続された一次ゲート１７０を円周方向にスライドさせることができる。二次ゲートリング１７６のピストンに隣接するキャビティ１８４を具えた実質的に閉じた回路を完成させるために、配管フィッティングを穴２４２Ｂおよび２４２Ｄに接続することができる。したがって、これらの接続部２４２Ｂおよび２４２Ｄを有する三方向弁または五方向弁とともに制御システムが使用された場合、流体圧力を使用して、二次ゲートリング１７６および接続された二次ゲート１７２を円周方向にスライドさせることができる。
【０１８７】
［０１８６］図９〜２０を見ると、提供された例について、ロータの４つの回転位置が示されている。チャンバに出入りする作動流体の流れは、それぞれ６１４および６１６が付されている。各位置は、左側にドライバシャフトを示す３つの投影図が含まれており、圧縮チャンバ１４４に対する一次ゲート１７０と二次ゲート１７２の位置を最もよく観察できる。読者の容易のために、読者は、投影図の向きを最もよく理解するために、吸入ゲート５４、排出シール２００、一次ゲート１７０、および二次ゲート１７２に付された符号の研究を望むかもしれない。第１、第２、第３および第４の回転位置は、図９〜１１、図１２〜１４、図１５〜１７、図１８〜２０においてそれぞれ０、３０、６０および９０度の回転位置を示す。ローブが３つあり、回転の３分の１が１２０度として計算されるため、１２０度の回転位置が示されている場合、０度の回転位置と同じに見えることを理解されたい。所定のチャンバは、最大容量に達するまで約２４０度ガスで満たされる。同様に、この最大容量は、提供されている例では約２４０度減少する。この最大容量の減少は、ほぼゼロの体積になるまでストロ−クの圧縮とそれに続く吐出部分を含むことを意味する。ただし、この体積の減少には、容量制御を使用して容量スループットを低下させる場合、任意で入口への流体連通が含まれる場合もある。可能な最大容積が半分に減少する間にチャンバが入口に開いたままである場合、容積スループットおよび必要な動力は、実質的に同じ倍数で減少することが予測される。この例では、所定のチャンバで完全な吸入と排出のストロ−クを行うには４８０度の回転が必要であるため、同時に３より多いチャンバが存在する場合があることを理解されたい。しかしながら、アイドラロータ内側フルスト球面９２における位置は、ストロ−クの圧縮部分全部でない場合は大部分でチャンバと流体連通することから、３つの噴射ライン１５３のみが、３つのアイドラロータバレー８４Ａにおける流体インジェクタ１１０に供給するために必要とされ得る。ストロ−クの吐出部分では、冷却オイルを噴霧するメリットは最小限か、まったくない場合がある。さらに、噴霧にはチャンバ内のオイルに圧力差が必要であるため、これは、ストロ−クの吐出部分でチャンバ内にオイルを流すために、エネルギ−消費を必要とするポンプまたは他の圧力ブ−ストが必要になることを意味する。
【０１８８】
［０１８７］図１１では、圧縮チャンバ１４４Ａは、最大容積位置にあるように示され、チャンバ１４４Ｂおよび１４４Ｃを形成する。図１２〜１４、図１５〜１７および図１８〜２０のチャンバ１４４Ａは、駆動シャフト６４の位置の３０度の増分変化ごとに減少することが示されている。図１８〜２０のチャンバ１４４Ａは、図９〜１１のチャンバ１４４Ｃと実質的に同じに見えるが、その後に３０度回転している。この時点の近くで、涙滴ボリュ−ム（teardrop volume）１４５は、チャンバ１４４Ａから１２０度の位置で分離される（１４４Ｃと表示される）。チャンバ１４４Ｃに続いて、３０度の増分回転を通して、図９〜１１、図１２〜１４、図１５〜１７、および図１８〜２０はチャンバ１４４Ａがそれぞれ１２０、１５０、１８０および２１０度の回転位置でどのように見えるかを示している。図１２〜１４では、涙滴ボリュ−ム１４５は、チャンバ１４４Ｂ、すなわち現在吸入中のチャンバと流体連通しているように示されている。涙滴ボリュ−ム１４５内の部分的に圧縮されたガスは、この低い圧力の吸入ガスと混合される。また、図９に戻って参照すると、チャンバ１４４Ａは、２４０度の回転位置で実質的に容積がゼロとなることも示唆されている。
【０１８９】
［０１８８］図９〜１１に存在する唯一の実質的な容量は、チャンバ１４４（Ａ〜Ｃ）および涙滴ボリュ−ム１４５であり得る。図１２〜１４では、容積がゼロに近い状態から増加した、容量が減少したチャンバ１４４’が示されている。このチャンバへの流れ６１４は、吸入プロセスを開始し得る。図１８〜２０のチャンバ１４４’からのその後の３０度の回転は、１２０度の回転位置にあるチャンバ１４４’が、図９〜１１の０度の位置にあるチャンバ１４４Ｂと同一に見えることを意味する。図１８〜２０のチャンバ１４４Ｂは、２１０度の回転位置のチャンバ１４４’と同一に見える。その後の３０度の回転後、２４０度の回転位置にあるチャンバ１４４’は、図９〜１１のチャンバ１４４Ａと同一に見えると予想される。これは、最大容量位置であると予想される。
【０１９０】
［０１８９］図３３〜３４は、吸入接続１１２が吸入通路１８６および二次吸入通路１９０との流体連通にあることを開示する。上述したように、チャンバ１４４が図１１のチャンバ１４４Ａのように最大容積に達すると、この例では、吸入ゲート５４の静止面を通過するドライバロータバレー８２Ｂの回転により、チャンバ１４４Ａと吸入通路１８６の間の流体連通が周期的に中断される。ネックバンド２６は、ネックバンド２６の穴１９６がアイドラロータバレー８４Ａのすぐ半径方向に残るようにアイドラロータ２８に固定される。吸入ゲート５４の位置を調整することは、作動流体の容積容量制御（volumetric capacity control）のために必要とならない場合がある。二次吸入通路１９０は、排出シール２００と二次ゲート１７２との間の吸入キャビティ１８８（図１０）と流体連通するハウジングカバー５６の１つ以上の固定穴からなる。この実質的に静止した吸入キャビティ１８８は、ロータ２８／７６の間のチャンバ１４４と周期的に流体連通するように意図されている。容積容量制御が示されていない図９〜１１の例では、吸入キャビティ１８８は、アイドラロータネックバンド２６の穴１９６を介して（最大容積で）チャンバ１４４Ａと流体連通していない。チャンバ１４４が吸入接続１１２へ流体連通していない場合、チャンバ１４４内の容積が減少すると、チャンバ１４４内の作動流体の圧力が上昇する。図１５〜１７に示すように、６０度の回転後、このチャンバ１４４Ａの容積は減少し、アイドラロータネックバンドの穴１９６を介してスライドシールリング再循環キャビティ２０２と流体連通する。キャビティ２０２は、二次ゲート１７２と一次ゲート１７０との間に形成される。このキャビティ２０２は、今までに二次吸入通路１９０または排出通路１９４と実質的に流体連通していない。このキャビティ２０２により、装置は、アイドラロータのネックバンド穴１９６を介して流体連通していた前のチャンバからのガスを再循環させることができる。スライドシールリング再循環キャビティ２０２が最初にチャンバ１４４Ａとの定期的な流体連通を開始すると、再循環キャビティ２０２内の作動流体はより高圧になり、より低圧のチャンバ１４４Ａ内に膨張する。このとき、チャンバ１４４Ａは二次吸入通路１９０と流体連通していないので、この膨張は、チャンバ１４４Ａ内の圧力を高め得る。この構成は、温度が変動した場合に圧縮および後続の膨張プロセスが熱力学的に可逆的ではないという点で、動力損失になる可能性がある。しかしながら、チャンバ１４４Ａは、この位置で吸入通路１８６／１９０と流体連通していないので、これらの動力損失は、回転式流体流動装置２０の総動力要件と比較した場合、大したことはないと考えられる。図１８〜２０に示す実施例では、９０度の回転の後、排出キャビティ１９２は、アイドラロータネックバンド穴１９６を介してこのチャンバ１４４Ｃと流体連通する。２１０度の位置にあるチャンバ１４４Ａは、図１８〜２０のチャンバ１４４Ｃと同等の容積であり、同一に見えることを理解されたい。これは、矢印６１６によって示されるのと同じ排出挙動を意味する。また、一次ゲート１７０が円周方向に排出シール２００の近くに位置する場合、チャンバ１４４Ｃはまだ圧縮ストロークにあると考えられ、これは例に示すよりもさらに高い圧縮比シナリオを表し得ることも理解されたい。この排出キャビティ１９２は、排出通路１９４（図３６）を介して排出接続２３４と流体連通し得る。したがって、一次ゲート１７０が期待される圧縮率のために適切な位置にある場合、チャンバ１４４（例えば、図１８〜２０のチャンバ１４４Ｃ）内の作動流体の圧力は、排出通路１９４での作動流体の圧力を大きく（substantially）超えない。一例では、制御システムは、排出通路１９４へのチャンバ１４４の早期または後期の開放が動力消費の増加をもたらし得るように一次ゲート１７０の位置を調整することによって入力ドライバ動力消費を最小化しようと試みるように使用され得る。図１１〜２０に示す例では、二次ゲート１７２は、容量制御ができないように構成され、一次ゲート１７０が高圧縮比ケ−ス用に構成されている。図９〜１１に示す例を図２１〜２３に示す実施例と比較すると、同様に０度の回転位置にあり、二次ゲート１７２の位置を調整することにより、吸入キャビティ１８８が円周方向に延在していることが理解できる。一次ゲート１７０の円周方向の調整は、同等の圧縮比を可能にするために、二次ゲート１７２の円周方向の調整に匹敵することがある。
【０１９１】
［０１９０］図９〜１１では、アイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）は、０度位置と呼ばれる最初の回転位置にある。図１１に示す例では、チャンバ１４４Ａは可能な最大容積位置にあり、回転の次の段階で吸入ゲート５４によって密閉される位置である。流体インジェクタ１１０Ａ／１１０Ｂは、ドライバロータ７６によって妨害されない。シャフト１５３（図示せず）の軸方向の穴を介してこれらの流体インジェクタ１１０Ａ／１１０Ｂに供給する噴射ポート１５２が、液圧アセンブリのそれぞれの開口（１４６／１４８）と実質的に整列していないため、この位置では流れは最小限か無いことが予想される。この例では、液圧アセンブリ（１４６／１４８）の開口部と整列された噴射ポート１５２が、冷却流体をチャンバ１４４Ｃに供給することができる（図９〜１１）。最大容積に近いチャンバ１４４Ａの部分図が図１０に示されており、吸入キャビティ１８８からネックバンド穴１９６を通る通路が二次ゲート１７２によってシールされている。図１８に示す例では、チャンバ１４４Ｃがそのストロークの終わり近くにあり、排出シール２００によって穴１９６が密閉される前に、作動流体がネックバンド２６の穴１９６を出て、排出キャビティ１９２に入る。この時点で、流体インジェクタ１１０（図示せず）は、チャンバへの流れを実質的に妨げ得るドライバロータ７６によって実質的に遮断される。これはそれぞれの噴射ポート１５２が開口部（１４６／１４８）と整列して流れを可能にするかどうかに関係なく、本例ではそうではない。
【０１９２】
［０１９１］図２１〜２３に示す例では、アイドラ／ドライバのロータシャフト（４０／６４）が第１の回転位置にあるときの高圧縮比シナリオでの、作動流体と冷却流体の両方の容量制御を示している。
【０１９３】
［０１９２］図２４〜２６に示す例では、一次ゲート１７０および二次ゲート１７２の周方向位置は、低圧縮比のシナリオに適したものであり、第１の回転位置にあるアイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）を示している。スライド式液圧バルブ１５８の周方向位置は、完全に閉じた位置にあり、冷却流体がチャンバ１４４に到達するのを最小化および／または防止する。
【０１９４】
［０１９３］図２７〜２９に示す例では、一次ゲート１７０および二次ゲート１７２の周方向位置は、低圧縮比シナリオのために調整され、作動流体容量制御が示されている。アイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）は第１の回転位置で示され、スライド式液圧バルブ１５８の周方向位置は完全に閉じた位置にあり、冷却流体がチャンバに到達するのを最小限に抑え、および／または防止する。
【０１９５】
［０１９４］図３０〜３２に示す例では、一次ゲート１７０および二次ゲート１７２の周方向位置は、圧縮作業がほとんどまたはまったく行われない完全なバイパスシナリオに位置合わせされている。例えば、この位置決めは、アイドラ／ドライバのロータシャフト（４０／６４）が起動時に最初に加速されるときに利用される。アイドラ／ドライバロータシャフト（４０／６４）は第１の回転位置にあり、スライド式液圧バルブ１５８の周方向位置は全開位置にあり、どのように冷却流体がチャンバ１４４に到達し得るかの例を提供している。
【０１９６】
スライドシールリングアセンブリ／吸入と排出−実施例Ｂ
［０１９５］図１０２〜１０３および図１０４Ｂに示す例では、ロータのバレー８２Ａ／８２Ｂがカラー３７Ａ／３７Ｂで覆われているため、図１〜２の実施例Ａに示すロータハイブリッドベアリングの利用可能な領域を減らすことなく、カラー３７Ａ／３７Ｂをコンパクトな配置で互いに近づけることができる。これらのコンパクトな軸方向位置が与えられると、アイドラ／ドライバのギアピッチ径は、ギアの歯６６５があるカラー３７Ａ／３７Ｂの片持ち／軸方向に延びる部材６６３によってさらに減少する。片持ち部分６６３がない場合、アイドラ／ドライバギアのピッチ直径は、例えば寸法２６５／２６３で表されるように、著しく大きくなり得る。
【０１９７】
［０１９６］所定速度でカラー３７Ａ／３７Ｂの直径が小さくなると、カラーの軸方向に伸びる部材／片持ち部分６６３がまだ剛性がある場合、デュアルギア構成での遠心荷重によるギア歯６６５の撓みが減少する。それでもなお、各ドライバ・ロータバレー８２Ｂにおける各チャンバ１４４のポートを介して、ドライバカラー３７Ｂを通してガスがチャンバ１４４に入ることが可能である。このようにして、ポート（図示せず）が中にあるカラー３７Ｂは、ネックバンド２６の構成要素と同様に、ネックバンド穴１９６および実施例Ａ（図１〜２）のスライドシールリングアセンブリ３０と動作することができる。チャンバの外径にあるこのポートは、ストロークの終わりに実質的にガスで満たされ、したがって、この再循環された容積からかなりの効率ペナルティをもたらす可能性がある。図１０４Ｂ〜１０５では、アイドラ／ドライバハウジング６１７Ａ／６１７Ｂから形成された吸入ポート１９１は、ドライブシャフト６５が回転するときに、ローブ７８Ａ／７８Ｂのみを持ち、隣接するバレー８２Ａ／８２Ｂを持たない場合がある。ドライバロータ軸面８３Ｂの溝６６１により、ドライバ側のバレー８２Ｂにあるチャンバ容積１４４Ｂが、ドライバ側のローブ７８Ｂにあるチャンバ容積１４４Ａとの流体連通を維持することができる。
【０１９８】
［０１９７］ロータの第１、第２、第３、第４の回転位置は、それぞれ図９〜１１／１１９〜１２１、１２〜１４／１２２〜１２４、１５〜１７／１２５〜１２７、１８〜２０／１２８〜１３０の回転式流体流動装置２０の実施例Ａ／Ｂに示されている。この比較は、溝６６１が、隣接するチャンバ１４４との流体連通を介して、新しく形成されたチャンバ１４４を吸入ポート１９１とどのように流体連通させるかを読者が理解するのに役立ち得る。例えば、図１１９に示される第１の回転位置では、チャンバ１４４’は、ロータ面間に流体シールライン２３２Ｃ’および２３２’Ｂを形成し始める。ただし、溝６６１内の流動面積が十分に大きい場合、シールライン２３２’Ｂは、隣接する涙滴ボリュ−ム１４５からチャンバ１４４’を密閉するのに効果的ではない場合がある。図１２２に示される第２の回転位置では、涙滴ボリュ−ム１４５は、チャンバ１４４Ｂと混合され、組み合わされた容積は、チャンバ１４４Ｂとして示される。この例では、チャンバ１４４’は数倍以上の体積で膨張している。このチャンバが密閉されている場合、チャンバの圧力は、体積の変化に比例することから、数分の１以下に低下し得る。しかしながら、シールライン２３２Ｂ’が、チャンバ１４４Ｂからの流れが溝６６１を介した流体連通を介してチャンバ１４４’に入るのに効果的でない場合、チャンバ１４４’の圧力は、チャンバ１４４Ｂの圧力と実質的に同様であり得る。チャンバ形成の初期段階でのチャンバ１４４’の充填は、そうでなければ、チャンバ内の作動流体（ガス）の膨張が、液体潤滑剤をキャビテーションさせるのに十分なほどチャンバ圧力を低下させ得るという点で、望ましい。キャビテーションはロータ材料の望ましくない摩耗を引き起こす可能性があり、膨張は圧縮機の効率を低下させる可能性がある。
【０１９９】
［０１９８］図１２３の第２の回転位置に示すように、チャンバ１４４Ｂは、吸入ポート１９１と流体連通している。回転位置の各増分は、ドライバシャフト６５の３０度の回転増分を示す。例えば、第１の回転位置は、チャンバ１４４Ａがその可能な最大容積（図１２１）にあるときであって、まだ吸入部と流体連通していることを示し、第２の回転位置（図１２４）は、吸入ポート１９１との流体連通がアイドラローブ７８Ａによって遮断される前に、チャンバ１４４Ａがその可能な最大容積から僅かに容量が減少したことを示す。この例は、上記の章で説明したように、ベアリングポケットは吸入ポート１９１との流体連通するのは望ましくないことから、隣接するアイドラ／ドライバロータハイブリッドベアリング１３５Ａ／１３５Ｂに利用可能なスペ−スを犠牲にすることなく、オプションで吸入ポート１９１の断面流動面積を増やすことができることを示している。ドライバシャフトの回転速度および特定の流れの形状などの要因に応じて、吸入ポート１９１を通過してチャンバに入る作動流体の実質的に大きな流量に関連するいくらかの圧力降下があり得る。この圧力低下は、容積式装置の容積スループットの低下を意味し、吸入ポート１９１の断面流動面積を増加させることによって減少させることができる。計算可能な流体力学的研究または当技術分野で既知の他の計算方法を実行して、可能な最大容積を僅かに超えてチャンバ１４４との流体連通を維持できる大きい吸入ポート１９１を有することが望ましいかどうかを決定することができる。
【０２００】
［０１９９］いくつかのケースでは、組み込みの容積スループット削減方法が望ましい。一例では、エンジンドライバは、回転式流体流動装置２０をエンジン定格速度範囲で作動させるのに利用可能な動力が不十分である可能性がある。この場合、エンジンドライバに必要とされる動力および回転式流体流動装置２０の容積スループットは、組み込みの容量制御によって減少させることができる。実施例Ａ（図１〜２）では、０〜１００％の範囲（およびその間の任意の範囲）のターンダウンが開示されている。しかしながら、多くのアプリケーションでは、より限定された範囲の組み込みターンダウンが許容され得る。例えば、一部の最新のエンジンでは、最大５０％の速度低下が可能である。これは、ディスクリートインクリメンタルビルトインターンダウンオプションをエンジンドライバの速度変更と組み合わせて、連続範囲の容量制御を実現できることを意味する。可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）に駆動されるモータの場合、この連続範囲の容量制御は、組み込みのターンダウンオプションの有無にかかわらず、ＶＦＤによって実現できる。
【０２０１】
［０２００］図１２４に示すように、ドライブシャフトが図示される２番目の回転位置にあるとき、図示される二次吸入通路１９３が二次ゲート１７３によって密封された場合、図１０８Ａの閉鎖位置に示されるように、チャンバ１４４Ａは密封され得る。例えば液圧または電気作動などの当業者に知られている方法を使用して、二次ゲート１７３の位置を制御することができる。この調整は、数秒にわたって行われるため、衝撃速度が最小限に抑えられ、アクチュエータ本体１６７に小さなウォームギア（図示せず）を使用することができる。アクチュエータ本体の入力シャフト１６５は、手動または電気モータ（図示せず）で回転させて、例えばねじ部品１７７を回転させることができる。ねじ部品１７７が一方向に回転すると、二次ゲート１７３が閉位置（図１０８Ａ）から離れ開位置（図１０８Ｂ）の方へ軸方向に移動し、その逆も同じである。
【０２０２】
［０２０１］図１０８Ｂでは、二次ゲート１７３は開位置で示され、チャンバ１４４が二次吸入通路１９３および中間流体通路１９５を介して吸入プレナム６６７内の作動流体と流体連通することが可能となる。したがって、流体通路１９５内の圧力降下が実質的に低い場合、チャンバ１４４内の圧力は、吸入圧力と実質的に同等であり得る。図１２４の第２の回転位置では、チャンバ１４４Ａは、もはや一次吸入ポート１９１と流体連通していない。二次ゲート１７３が開放位置にある場合、チャンバ１４４Ａは、図１２４／図１２７の第３／第４の回転位置へと減少し、流れが二次吸入ポート１９３を出るときに圧力が実質的に増加することなく、容積が数分の１に減少し得る。第５の回転位置（図示せず）では、チャンバ１４４Ａは、図１２１のチャンバ１４４Ｃと実質的に同一に見えることが理解される。この位置では、二次吸入ポート１９３との流体連通がもはやないことが示されている。
【０２０３】
［０２０２］図１１９〜１２１および図１３１に示すように、一次ゲート１７１が例えば図１１４に示す位置を可能にする位置へと回転される場合、チャンバ１４４Ｃは、既に排出プレナム６６９と流体連通し得る。排出プレナム６６９がチャンバ１４４Ｃを介して吸入プレナム６６７と流体連通している場合、それらは実質的に同じ圧力であり得る。圧縮機は負荷が最小のうちに速度を上げることが有利であり得るので、チャンバ１４４Ｃのこの加圧の欠如は、圧縮機を最初に始動するときに重要となり得る。図１３１、１３２、１３３、および１３４を見ると、ドライバシャフト回転位置が連続的に３０度増加させることにおいて、チャンバ１４４Ｃは、常に、排出プレナム６６９と流体連通していることが分かる。一次／二次吸入ポート１９１／１９３は、平面断面図には図示されないが、この一次ゲート１７１がこの通路を妨害していないとき、どのようにチャンバ１４４（Ａ〜Ｃ）とそれぞれの排出ポート１９７（Ａ〜Ｃ）が排出プレナム６６９と流体連通し得るかを読者がより簡単に分かるように追加されている。チャンバを出る作動流体の流れは、６１６として示される。
【０２０４】
［０２０３］図１３５には、図１３１に示すのと同じ第１の回転位置が示されているが、一次ゲート１７１は、図１３１〜１３４に関連して図１１４に示す位置と比較して、図１３６に示す位置にある。再循環された容積２０３の周方向スパンは、実質的に変化し得る。この容積は、部分的に圧縮された作動流体は、流体連通している連続チャンバへと膨張し得るという点で、回転式流体流動装置の実施例Ａ（図１〜２）の再循環容積２０２に類似している。
【０２０５】
［０２０４］図１３５では、チャンバ１４４Ｃは、吸入プレナム６６７、排出プレナム６６９または隣接するチャンバ（１４４’および１４４Ｂ）と流体連通していない。したがって、チャンバ１４４Ｃ内の圧力は、それが排出プレナム６６９と流体連通する前に増加し得る。一次ゲート１７１の位置を変えることは、吸入圧力と吐出圧力との間の圧力ブ−スト要件を変えるために適切であることを理解されたい。組み込みのターンダウンを使用してチャンバ１４４と吸入プレナム６６７の間の流体連通を延長する場合、一次ゲート１７１を適宜調整して、早期に開くことによる非効率性、または遅く開いてチャンバが過圧されることによる非効率性と安全性の懸念を最小限に抑えることができる。二次ゲート１７３の位置を制御することは、組み込みターンダウンの一例である。複数の二次ゲート１７３を用いたり、他の容量制御／内蔵ターンダウン手段を用いることも本発明の意図のうちであることを理解されたい。
【０２０６】
［０２０５］図１３１〜１３５に示す一次ゲート１７１の周方向位置は、液圧または電気作動などの当技術分野で既知の方法によって制御することができる。図１０３では、入力シャフト１８９上の小さなウォームギア１８７がギア１８５と噛み合うように示されている。入力シャフト１８９は、手動で、または当技術分野で知られている他の方法によって回転させて、ギア１８５を介して一次ゲート１７１の回転／周方向位置を比較的ゆっくりと調整することができる。一次／二次吸入ポート１９１／１９３を介して圧縮機に入る流れは、チャンバ１４４に入る。チャンバ１４４内にあるとき、流れは、それぞれのチャンバ排出ポート１９７を介して排出プレナム６６９に入り得る。提供される例では、排出ポート１９７は、実質的にチャンバ１４４の内径にある。遠心荷重によって重い液体要素が軽い気体の作動流体要素に比べてチャンバの外径に寄せられると、液体の一部がストロークの終わりでチャンバを出るように排出ポート１９７の再循環容積が実質的に液体で満たされる。液体は実質的に非圧縮性であるので、ガスで満たされた再循環容積の部分が、圧縮機の非効率性に実質的に起因する実効再循環容積であり得る。したがって、図示のように、排出ポートをチャンバ１４４の内径に配置することが望ましい。さらに、図示のように、排出ポート１９７の出口がアイドラロータの内径で終端し、好ましくは直径が実質的に変化しないことが望ましい。これにより、ストロークの終わりにポートのガスに対する液体の比率が高くなり、全体的な効率が向上する。
【０２０７】
シャフトシールアセンブリ−実施例Ａ
［０２０６］本明細書に開示されるように、作動流体は、回転式流体流動装置２０に出入りする。チャンバ近くのシールが、作動流体が回転式流体流動装置２０の望まない領域に入るのを防ぐ。米国特許第４，０７８，８０９号は、回転機械用のシャフトシール組立体を提案している。しかしながら、ここで提案された発明は、「緩衝ガス」および追加の軸方向空間を必要とする。これらの要件は、回転式流体流動装置２０の全体のサイズ、重量、およびコストに悪影響を及ぼす可能性があるので、以下に改善点を実施例Ａ（図１〜２）について説明する。
【０２０８】
［０２０７］図９４〜９７を参照すると、図６〜７および図３７のスライドシールリングアセンブリ３０が、すぐ隣のアイドラシャフトシールアセンブリ５６６に対応するために、前述のものから変更されている。図９６に示す例では、スライドゲートナット１８２をスライドゲートハウジング１８０に固定して、一次ゲートリング１７４、スライドゲートスペ−サ１７８および二次ゲートリング１７６を軸方向に拘束している。この例のアイドラシャフトシールアセンブリ５６６は、シールナット５６８、シール５７０、スペーサ５７２、前部ラビリンス５７４、シャフトリング５７６および後部ラビリンス５７８を具える。１つの組立てシ−ケンスにおいて、スライドシールリングアセンブリ３０を取り付ける前に、スペーサ５７２およびシール５７０を、シールナット５６８によって軸方向に固定する。前部ラビリンス５７４、シャフトリング５７６および後部ラビリンス５７８は、締まりばめ接続としてアイドラロータシャフト４０に固定され得る。溝５８０が、前部ラビリンス５７４、シャフトリング５７６、および後部ラビリンス５７８が、実質的なスラスト荷重（例えば、圧力誘起）の存在下で軸方向に移動することを抑制し得る分割リング（図示せず）を含み得る。前部ラビリンス５７４は、ネックバンド２６の近くにあるか、またはそれに接触しており、これにより、スライドシールリングキャビティ１９２、１８８、２０２（図１２〜１４）の間で発生し得る流体連通を減らすことができる。静止したシャフトアセンブリ構成要素（５６８、５７０、および５７２）の内面は、回転シャフトアセンブリ構成要素（５７４、５７６、および５７８）の最も半径方向外側に延在する表面に近接または接触し得る。高圧流体は、スペーサ５７２の穴５８４と流体連通している穴５８２を介してアイドラシャフトシールアセンブリ５６６に入る。シール全体に実質的な圧力差が存在しない場合、シール５７０は最初にシャフトリング５７６と接触し得る。シールの前部（すなわち、チャンバ側）の圧力がシールの後部の圧力よりも大きい場合、これがさらに、シール５７０の表面をシャフトリング５７６の方へ偏向させ得る。したがって、シール表面がリップシールのように可撓性／順応性である場合、シール５７０は、回転式流体流動装置２０が動作していないときに、作動流体がシールの後方に流出するのを防ぎ得る。しかしながら、アイドラロータシャフト４０がかなりの速度で回転しているとき、従来の用途におけるシール表面は、実質的に機能しなくなるまで摩耗し得る。例えば、ＰＴＦＥの最大速度は通常４０ｍ／ｓである。一例では、リップシールは通常、対向する回転部品と常に接触する表面を有するように設計されている。予想されるシールの摩耗は、接触面での相対表面速度と、シールを回転構成要素に偏向させている圧力差の大きさの両方の関数であり得る。したがって、動作中にシール表面で小さなギャップを維持するために加圧流体フィルムを使用すると有益である。これにより、動作中に構成要素間の接触が最小限に抑えられるか防止されるため、従来のアプリケーションが直面する摩耗の問題が解決される。シールの背面に（運用中に）供給される高圧流体が、シールの前面（すなわち、チャンバ側）の圧力よりも十分に高い場合、シールがシャフトリングから浮き上がり、実際にシールがシャフトに直接触れない状態が生じる。したがって、動作中の順応性シール（リップシールなど）の前面の高圧と、シャットダウン時のシールの背面の高圧の組み合わせにより、従来は設計上の大きな課題であった高速な例であっても、両方の作動流体にバリアを提供する潜在的な方法が提供される。従来の往復圧縮機では、相当量の作動流体（メタンなど）が圧縮機のパッキンシールを通って漏れる。上記に開示された方法により、作動流体を漏らさない圧縮機の可能性が示される。シール全体の圧力差を制限して、構成要素に過度の応力がかかりすぎないようにする必要がある。漏れ率を最小限に抑えながら、流れがシール表面を持ち上げ、過熱を防ぐように、最小の圧力差が望ましい。この流体膜は、前部ラビリンス５７４によって調整された漏れ率および圧力で、チャンバの方へ流出させる（bleed）場合がある。この正の圧力差により、作動中に作動流体がシールを通過するのが阻止される。一例として、高圧流体を供給するポンプが外れた場合、シール全体の正の圧力差が損なわれる可能性がある。この場合、回転式流体流動装置２０は切り離されていてもよい。より高い圧力の作動流体は、シールがシャフトリング５７６と係合するまで、前部ラビリンス５７４に収集されたあらゆる流体をシールの前面の方へ押しやることができる。穴５８６は、スペーサ５７２の溝５８８と流体連通し、穴５８２によって供給されるよりも低い圧力のキャビティを形成する。したがって、穴５８２および穴５８４から供給される高圧流体は、チャンバから後部ラビリンス５７８の後方に流出し得る。後部ラビリンス５７８は、発生する漏れを最小限に抑えることができる。ラビリンスは、流量を調整できるという点で、前部ラビリンス５７４および後部ラビリンス５７８の位置で有益であり、シールナット５６８およびスペーサ５７２よりも柔らかい材料で作成され得る。この柔軟な材料は、より柔軟な形状と比較して、ラビリンスが最初に静止部品と接触し、ラビリンスが摩耗し得る回転式流体流動装置２０の許容度の積み重ねの懸念を減らすことができる。非順応性材料との最初の接触は、回転式流体流動装置２０を機能不能にする可能性がある。同様に、負荷（例えば、圧力による）がアイドラロータシャフト４０を静止構成要素の方へ半径方向に移動させる場合、非順応性の（non-compliant）構成要素の接触により過度の熱が発生し、回転式流体流動装置２０が機能しなくなる可能性がある。
【０２０９】
［０２０８］図９８〜１０１には、図６〜７の吸入ゲート５４が、すぐ隣のドライバシャフトシールアセンブリ５９２に対応するように、他の実施例に対して軸方向に短縮されている例が示されている。ドライバシャフトシールアセンブリ５９２は、シールナット５６８、シール５７０、スペーサ５７２、前部ラビリンス５７４、シャフトリング５７６および後部ラビリンス５７８を具える。スペーサ５７２およびシール５７０は、シールナット５６８によって軸方向に固定され得る。前部ラビリンス５７４、シャフトリング５７６、および後部ラビリンス５７８は、締まりばめ接続としてドライバロータシャフト６４に固定され得る。溝５８０は、前部ラビリンス５７４、シャフトリング５７６、および後部ラビリンス５７８が、大きなスラスト荷重（例えば、圧力による）の存在下で軸方向に動くのを抑制する分割リング（図示せず）を具え得る。固定のシャフトアセンブリ構成要素（５６８、５７０および５７２）の内面は、回転シャフトアセンブリ構成要素（５７４、５７６および５７８）の最も半径方向外側に延在する表面に近接または接触し得る。高圧流体は、スペーサ５７２の穴５８４と流体連通している穴５８２を介してドライバシャフトシールアセンブリ５９２に入る。シールは、可撓性／順応性であり得、アイドラシャフトシールアセンブリ５６６について上で概説されたのと同じ方法で動作し得る。すべてのドライバシャフトシール組立部品（５６８、５７０、５７２、５７４、５７６および５７８）は、アイドラシャフトシール組立部品（５６８、５７０、５７２、５７４、５７６、５７８）とそれぞれ同じであり、同じ方法で動作することができることを理解されたい。
【０２１０】
シャフトシールアセンブリ−実施例Ｂ
［０２０９］図１０２〜１０３に示す例において、唯一の動的シールは、作動流体をシールするのに用いられる回転機械で使用されるベンダ−供給品であるドライブシャフト上のメカニカルシール６３１である。回転式流体流動装置２０において摩耗部品をなくすと、保守費用および信頼性の観点から非常に望ましくなる。
【０２１１】
デュアルエキスパンダー／同じユニット内の圧縮機
［０２１０］回転式流体流動装置２０が圧縮機および膨張機の両方として連続的に作動されることが望ましい用途があり得る。特許Ｗ２０１７／１９８７２Ａ１は、「本発明は、主に高圧のガス、特に空気の生産と、その動力伝達とエネルギー貯蔵の目的のためのその潜在エネルギーの使用を意図している」と述べている。これにより、「太陽光や風力などの一部の再生可能エネルギー源の間欠性を回避できる」。スクロールユニットまたはスクリュユニットは、一方向に実行すると圧縮機になり、シャフトを反対方向に回転させると膨張機になると記載されている。これらは両方とも、容積を小さくしてガスを圧縮するか、シャフトを反対方向に回転させて体積を増やしてガスを膨張させるチャンバを規定するシールラインを形成する容積式装置である。この出願は、他の多くと同様に、同じユニットで圧縮／膨張、特に等温の圧縮／膨張を実現する潜在的な利点を強調する。これは、同じシャフトが、回転方向に応じてモータまたは発動機のいずれかになり得るユニットに機械的に接続されている場合に特に当てはまる。この出願では、スクロール／スクリュユニットの吐出圧力は好適には１０〜４０ｂａｒ（１４５〜５８０ｐｓｉｇ）である。著者の知る限りでは、３５０ｐｓｉｇを超えて確実に動作することが証明されている市販の膨張機／圧縮機ユニットはない。５８０ｐｓｉｇまでの吐出圧力を持つものがある場合でも、アプリケーションによってははるかに高圧の空気を生成し、圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）用に追加の発電を生成することが望ましい。これは、数千ｐｓｉｇのオーダーになり得る。この特許Ｗ２０１７／１９８７２Ａ１で提案されている方法は、圧縮と膨張の両方が可能なユニットの能力を超える圧力を達成することを目的としている。この圧力範囲を超えて、取り付けられたモータを有する圧縮機（一体型ギア付き遠心圧縮機など）の個別トレインと、膨張機（ターボ膨張機など）の個別トレインを取り付けられた発動機とともに使用できる。これらは、一般的にステージ間冷却を必要とする比較的高価なマルチステージの断熱圧縮および断熱膨張トレインである。回転式流体流装置２０が大気圧の空気をほぼ等温で数千ｐｓｉｇまで確実に加圧することが証明されている場合、圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）用途において望ましいことは、当業者には明らかであろう。例として米国特許出願２０１７／１９８７２Ａ１を用いると、スクロール／スクリュユニットは、単ステージの回転式流体流動装置２０に置き換えることができ、スクロール／スクリュユニット（圧縮時）の排出部であったバッファ−ガスタンクは、最終の空気貯蔵容器または空洞（cavern）となり、多くの機器を排除することができる。
【０２１２】
［０２１１］チャンバが圧縮／膨張するためにサイズを増減する方法に関連する原理は、スクロール／スクリュ圧縮機／膨張機ユニットと同様であり、それはすべて容積式装置であるためである。圧縮機として動作するとき、チャンバ１４４は、実施例Ａ（図１〜２）において、吸入口１１２と流体連通しているときに最大容積にあり、排出ポート２３４がチャンバ１４４と流体連通しているときにより小さい容積であることが説明された。一次ゲート１７０は、チャンバ１４４内の圧力が排出ポート２３４での圧力と実質的に同様であるとき、２つの容積がその後間もなく流体連通するように配置されることが説明された。これらの変化するチャンバサイズの例が、図９〜２０および図１１９〜１３０（実施例Ｂ）に示されている。これらの例の両方におけるロータの形状およびチャンバ１４４は、作動流体がチャンバ１４４に出入りする方法にある違い以外は実質的に同一であることを理解されたい。圧縮時、ドライバは、ガスに作用して図のようにシャフトを回転させると考えられる。ドライバがシャフトから切り離されているか、自由に回転するできる場合、ガス圧によりシャフトが反対方向に回転することがある。実施例Ｂでは、排出プレナム６６９内の高圧ガスは、チャンバ１４４Ｃが容積拡大するにつれて、図１３４、１３３、１３２、および１３１にそれぞれ示されるように、第４、第３、第２、そして第１の回転位置でチャンバ１４４Ｃを満たす。チャンバ１４４Ｃの排出ポート１９７Ｃは、その後、次の回転位置で封止され、これは、図１３４のチャンバ１４４Ａの排出ポート１９７Ａと実質的に同一に見え得る。図１３３では、排出ポート１９７Ａは、再循環されたキャビティ２０３と流体連通しており、これは混合前に低圧であり得る。図１３２と図１２２〜１２４の次の回転位置では、二次吸入通路が実質的に閉塞されるため組み込み容量制御が望まれない場合、チャンバ１４４Ａは密閉されてもよい。図１３１と図１１９〜１２１では、チャンバ１４４Ａが一次吸入ポート１９１と流体連通しており、作動流体が回転式流体流動装置２０の低圧吸入プレナム６６７を出ることができる。
【０２１３】
［０２１２］密閉されると、チャンバ容積１４４が膨張するので、圧力は、チャンバが一次および／または二次吸入ポート１９１／１９３を介して低圧吸入プレナム６６７と流体連通するまで減少する。ドライブシャフトは、好ましくは、圧縮／膨張プロセスのためにモータ／発動機に連結されるが、ドライブシャフトへの作用を用いて、別の機器を駆動することもできる。同じ一次ゲート１７１の位置に対して、膨張比は、前の圧縮比と実質的に同様であり得る。ピーク負荷と平均負荷も、逆圧縮プロセスとほぼ同じで、負荷曲線がいくらか逆／ミラーリングされている。一次ゲート１７１の位置は、様々な膨張比を可能にするように調整され得る。二次ゲート１７３が図１０８Ｂに示されるように軸方向に配置されると、二次吸入ポート１９３が妨害されないという点で、容積スループットの減少および出力の減少が想定され得る。一例では、ドライバシャフト６５からの入力パワーを利用する取り付けられた発電機または装置が、容量制御の低下なしに期待される動力を利用できない場合、この組み込み容量制御が好ましい場合がある。膨張プロセスの前に高温ガスを排出プレナム６６９に入れるとともに十分な冷却流体を導入して、これにより発電量が増加することから、ほぼ等温（非断熱）膨張を維持することが望ましい場合がある。膨張プロセスの後に圧縮プロセスが続く場合、１．０未満のポリトロピック係数を達成することが望ましい場合がある。これは、それぞれ作動流体よりも冷たいまたは暖かい冷媒を使用することによって、圧縮プロセス後に作動流体の温度が低下し、膨張プロセス後に上昇するという点で、等温の効率より優れていることを意味する。
【０２１４】
［０２１３］ギア、ハイブリッドベアリング、一次ゲート、および冷却インジェクションシステムは、シャフトの回転に対して優先的な方向を実質的に持たない。異なる流体通路１５７にオイルを供給することは有利となり、これは、どのバルブが開いているかを切り替えることによって、その場で達成することができる。
【０２１５】
回転式流体装置アセンブリの利点
［０２１４］本書で提示される主要な過去の課題を要約すると、回転式流体流動装置２０の設計要件は、流体流動装置が可能であったものの極端な範囲を比較すると、大幅に変化する。高吐出圧力の場合、アイドラ／ドライバロータハイブリッドベアリング１３５Ａ／１３６および１３５Ｂ／１３４の能力が大幅に損なわれ、ドレン圧力の増加の原因となる。いくつかの例では、吐出圧力が高い場合に供給圧力を上げることが望ましい場合がある。これらの高吐出圧力の場合、特に吸入圧力も高い場合、非常に高い負荷を生成し得る。カラーの球面ハイブリッドベアリング、シャフトハイブリッドベアリング、ハイブリッドベアリングの供給圧力は、必要に応じて調整できる。一例におけるこれらのハイブリッドベアリングとロータのギア／インデックスの組み合わせは、少なくとも２０００ｐｓｉｇの吸入圧または吐出圧が可能な大容量の回転圧縮機を提供する。この動作範囲は、これらの圧力が一般的なパイプラインの動作圧力を超えるという点で、現在市場に出ているほとんどの圧縮アプリケーションを表し得る。一例では、回転圧縮機は、作動流体の圧力をほぼ大気圧から少なくとも５０００ｐｓｉｇに上げることが可能である。この吸入圧力と排出圧力の組み合わせは、炭素捕捉イニシアチブ（carbon capture initiative）の一部として二酸化炭素を地下深くに注入することに何が望まれるかを表し得る。不要な動力消費を最小限に抑えるには、吐出圧力が低く、負荷が低い場合は、ベアリング供給圧力を最小限に抑える必要がある。高流量の高圧縮比のケースでは、冷却を必要としない低圧縮比のケースと比較して、大量の冷却流体を注入する必要がある。流体流動装置２０へインジェクション冷却を追加すると、非常に高い圧縮比を可能にし得る。一例では、大気圧近くから少なくとも５０００ｐｓｉｇへの圧力ブ−ストは、単ステージの圧縮で実現し得る。実施例Ａ（図９〜１１）では、作動流体の排出温度を調整するために、スライド式液圧バルブ１５８および二次ゲート１７２の位置を調整することができる。実施例Ｂ（図１０２〜１０３）では、作動流体の放出温度は、どの流体通路１５７（図１０７〜１０９）に冷却剤を供給するかを切り替えることによって調整することができる。必要に応じて、回転式流体流動装置２０の動作速度を低下させて、利用可能な短期間に追加の熱伝達が行われるようにして、必要に応じて冷却剤の必要量を減らすことができる。流体流動装置の構成要素は、コンパクトな構成で撓みを最小限に抑えたうえで、設計圧力に耐えるように設計する必要がある。アイドラハイブリッドベアリング１３５Ａ／１３６、１３７Ａ／１３８、１２９Ａ／１１８、１３９Ａ／１２０およびドライバハイブリッドベアリング１３５Ｂ／１３４、１３７Ｂ／７２、１２９Ｂ／１１８、１３９Ｂ／１２０には小さなギャップがあり、これらのギャップの高さは、回転式流体流動装置が室温にあるときと、回転流体流動装置が熱平衡に達したときとで変化する。さらに、圧縮または膨張される作動流体の特性、および必要な圧縮／膨張比に応じて、ドライバロータシャフト６４／６５およびアイドラロータシャフト４０／４１の吐出圧力と熱膨張が変化し得る。熱膨張による撓みは、ハイブリッドベアリン��について説明したメカニズムによって自己補償され得る。しかしながら、熱膨張による撓みがニュートラル位置でのハイブリッドベアリングギャップ高さよりもはるかに大きい場合、ハイブリッドベアリングから期待される必要な反作用荷重は、チャンバ１４４からの圧力誘起の負荷または他の負荷の大部分かいくぶん大きい場合がある。したがって、図１〜２の実施例Ａでは、本書記載の進歩がない場合、カラー３８では、熱膨張（または収縮）の変化が設計ギャップサイズを超えようとする場合があり、場合によってはベアリングの負荷容量を超え、金属間接触が生じる。全体のサイズ、重量、コスト、機械効率、部品数、組み立ての容易さはすべて重要な設計パラメータである。図１〜８Ｂに示す実施例Ａでは、流体流動装置は、以下の方法でこれらの課題を解決している。すべての構成要素は、幅広い設計範囲のどのケースでも発生する可能性がある最大負荷条件に耐えるように設計されている。ベアリングの供給圧力は、現在の設計の場合に必要な圧力に調整される。一例におけるスライドシールリングアセンブリ３０は、構成要素を修正する必要がなく、かつ流体流動装置をシャットダウンする必要なく、０〜１００％のターンダウン（摩擦などの寄生損失を除く）が可能である。液圧アセンブリ４８の負荷平衡スライド式液圧バルブ１５８を使用して、冷却流体の流量をほぼゼロから１００％流量の間、またはその間のどこかに調整することができる。カラー３８での熱膨張を調整する機構により、隣接するハイブリッドベアリング表面（１１８／１２０）での小さなギャップ高さが実現する。代わりに、さらにコンパクトな実施例Ｂが図１０２〜１０３に示されており、ここで、ハイブリッドスラストベアリング面（１２９Ａ、１２９Ｂ、１３９Ａ、１３９Ｂ）は、ロータの球形中心７７に軸方向に十分に近接し、熱膨張を大幅に低減して、望ましい動作温度範囲で十分小さいものとすることができる。
【０２１６】
［０２１５］図１〜２の実施例Ａでは、調整可能な構成要素上の自己補償ハイブリッドベアリング表面（１１８／１２０）の存在は、両方の構成要素の機能を統合する。カラー３８、インデックスギア１２２の配置、ドライバ／アイドラロータハイブリッドベアリング（１３４／１３６）、ベアリング構成およびハウジングの配置を組み合わせることで、流体流動装置を可能な限りコンパクトかつ軽量にし、サイズ、重量、および材料コストを削減できる。ギア歯を介したインデックス目的の両方のベアリング面としてカラー３８を使用すると、ギア間の距離が短くなり、回転式流体流動装置２０のねじり遅れを低減する方法になる。回転式流体流動装置の小型化は、アイドラロータの内側のフルスト球面９２に大量の噴霧用流体インジェクタ１１０を配置することによってさらに可能になる。ドライバ／アイドララジアルハイブリッドベアリング（７２／１３８）および前部／後部シリンダハイブリッドベアリング（１１８／１２０）は、大気圧近くまで排出できるため、ベアリングの容量を最大化しながら、隣接する低圧キャビティを含むハウジングのサイズ、重量、材料コストを最小限に抑えることができる。あるいは、ギアが２つだけのさらにコンパクトな実施例Ｂ（図１０２〜１０３）は、必要に応じて、高圧ギアキャビティ４４５を実現することができる。
【０２１７】
以下に限定されないが、新しい特徴：
［０２１６］回転式流体流動装置（２０）において：凹状フルスト球形のハウジング面（１１４）を有するハウジング（５５）と；前記内側ハウジング面（１１４）に隣接する凸状フルスト球形の第１のロータ外面（６２）と、少なくとも１つのバレー（８２）を規定する少なくとも１つのローブ（７８）と、前記第１のロータ外面（６２）の半径方向中心にある第１のロータ中心（７７）とを有する第１のロータ（７６）と；前記第１のロータ外面（６２）上に形成された第１のロータ静圧ベアリング（１３４）とを具え；当該第１のロータ静圧ベアリング（１３４）は、前記第１のロータ外面（６２）を通る少なくとも１つの第１のロータ流体ポート（１０８）と、前記第１のロータ流体ポート（１０８）の周りのベアリングポケット（２０８）を規定する表面と、前記ベアリングポケット（２０８）の周りのランディング（２０６）とを具え；前記ランディング（２０６）は、前記第１のロータ（７６）の中心（７７）に対して前記ベアリングポケット（２０８）から半径方向外側に突出しており；前記ランディング（２０６）は、前記内側ハウジング面（１１４）に直接隣接してそこに流体シールを形成する。本書記載の回転式流体流動装置（２０）はさらに、一例において：各ローブ（７８）の前記第１のロータ外面（６２）上の少なくとも１つの第１のロータのランディング（２０６）のアレイ（５９３）で形成された第１のロータ静圧ベアリング（１３４）を具え；前記アレイ（５９３）は、前記第１のロータ（７６）の各ローブ（７８）で実質的に同一である。前記回転式流体流動装置（２０）は、前記第１のロータ静圧ベアリング（１３４）が多次元アレイ（５９３）であるように配置されてもよい。前記回転式流体流動装置（２０）は、前記流体静圧ベアリング（１３４）が、ベアリング流体供給圧力で、前記第１のロータ流体ポート（１０８）と流体連通するベアリング流体の供給源と；前記ハウジング（５５）を通り、前記第１のロータのバレー（８２）によって部分的に規定されたチャンバ（１４４）への流体導管（１８６）を有する作動流体の供給源とを具え、前記作動流体は、前記第１のロータ（７６）が前記ハウジング（５５）に対して回転するのに伴って前記チャンバ（１４４）内で作動流体圧力へと圧縮され；前記ベアリング流体供給圧力は、前記作動流体圧力より上であるように構成され得る。前記回転式流体流動装置（２０）は、さらに：前記内側ハウジング表面（１１４）に隣接する凸状フルスト球形の第１のロータ外面（３６）を有する第２のロータ（２８）と、少なくとも１つのバレー（８２）を形成する少なくとも１つのローブ（７８）とを具え、前記第２のロータのバレー（８２）は前記第１のロータ（７６）のローブ（７８）の周りに配置され、前記第１のロータの外面（３６）の半径方向中心にある第２のロータ中心（７７）と；前記第２のロータ外面（３６）上に形成された第２のロータ静圧ベアリング（１３６）を具え、前記第２のロータ静圧ベアリング（１３６）は；前記第２のロータ外面（３６）を通る少なくとも１つの第２のロータ流体ポート（１０８）と、前記第２のロータ流体ポート（１０８）の周りにベアリングポケット（２０８）を規定する表面と、前記ベアリングポケット（２０８）の周りのランディング（２０６）とを具え；前記ベアリングのランディング（２０６）は、前記第１のロータ（７６）の中心（７７）に対して前記ベアリングポケット（２０８）から半径方向外側に突出しており、前記ランディング（２０６）は、前記内側ハウジング面（１１４）に直接隣接している。前記回転式流体流動装置（２０）は、少なくとも前記第１のロータ静圧ベアリング（１３４）が、前記第１のロータ（７６）のバレー（８２）から半径方向にオフセットされるように配置され得る。前記回転式流体流動装置（２０）は、前記第１のロータ静圧ベアリング（１３４）が、前記バレー（８２）に排出するように構成されてもよい。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに、前記第１のロータ（７６）から延びる第１のシャフト（６４）を具え、当該第１のシャフト（６４）は、前記第１のロータ（７６）のローブ（７８）に軸方向に対向し；前記第１のロータ流体ポート（１０８）と流体連通する流体導管（２１６）と；前記第１のシャフト（６４）に沿ってほぼ軸方向に延びる流体導管（２１６）とを具え得る。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに：前記第２のロータ（２８）のローブ（７８）に軸方向に対向する前記第２のロータから延びる第２のシャフト（４０）と；前記第２のロータ静圧ベアリング（１３６）と流体連通する流体導管（２１２）と；前記第２のシャフト（４０）に沿ってほぼ軸方向に延びる流体導管（２１２）とを具え得る。
【０２１８】
［０２１７］回転式流体流動装置（２０）であって：内側ハウジング面（１１４）に隣接する凸状フルスト球形の第１のロータ外面（６２）を有する第１のロータ（７６）と、少なくとも１つのバレー（８２）を形成する少なくとも１つのローブ（７８）と、前記第１のロータ外面（６２）の半径方向中心にある第１のロータ中心（７７）とを具え；前記第１のロータ（７６）は、前記ローブ（７８）、バレー（８２）の半径方向中心に第１のロータインサート表面（８６）を具え、当該第１のロータインサート表面（８６）は、前記第１のロータ（７６）の回転軸（６３９）にほぼ平行な軸を有し；前記第１のロータインサート表面（８６）内に取り外し可能に配置されたインサート（９４）を具え；当該インサート（９４）は、第２のロータ（２８）と協働して、そこに流体シールを形成するように構成されている。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに、前記インサート（９４）が、フルスト球形の内面（９８）を有し、当該インサート（９４）のフルスト球形の内面（９８）に取り外し可能に挿入されたフルスト球形インサート（９２／９６）とを具える。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに：前記第２のロータ（２８）が、前記ローブ（７８）の半径方向中心に第２のロータインサート表面（８６）を有し、前記第２のロータ（２８）のバレー（８２）を具え、前記第２のインサート表面（８６）は、前記第２のロータ（２８）の回転軸（６３７）にほぼ平行な軸を有し；前記第２のロータインサート表面（８６）内に取り外し可能に配置されたインサート（９０）を具え；前記第２のロータのインサート（９０）は、前記第１のロータ（７６）のインサート（９４）と協働してそこに流体シールを形成するように構成されている。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに、：前記インサート（９０）上の少なくとも１つの流体インジェクタ（１１０）を具え；当該少なくとも１つの流体インジェクタ（１１０）は、前記第２のロータ（２８）のバレー（８２）と実質的に整列しており；前記第２のロータ（２８）の回転軸にほぼ平行な前記第２のロータ（２８）まで前記インサート（９０）を通って延びる少なくとも１つの流体インサート導管（１５３）を具え；前記流体インサート導管（１５３）は、前記第２のロータ（２８）を通って延びる。前記回転式流体流動装置（２０）は、前記流体インジェクタ（１１０）がインサート（９０）に取り外し可能に取り付けられるように構成されてもよい。前記回転式流体流動装置は、前記流体インジェクタ（１１０）に選択的に冷却流体が供給されるように構成されてもよい。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに、前記第２のロータ（２８）が、ほぼ円筒形状の外面を有するシャフト（４０）に取り付けられており；前記流体インサート導管（１５３）から前記第２のシャフト（４０）内をほぼ軸方向に延びる流体シャフト表面開口部（１５２）と；前記シャフト（４０）の周りのハウジング（５５）から前記流体インジェクタ（１１０）への流体の通過を可能にするために前記シャフト表面開口部（１５２）と整列した前記ハウジング（５５）上のハウジング導管（１５０）とを具える。前記回転式流体流動装置はさらに、各インサート導管（１５３）に流体接続された複数の半径方向に対向するシャフト表面開口部（１５２）をさらに具えてもよい。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに：前記シャフト表面開口部（１５２）の周りで前記シャフト（４０）を取り囲む、前記ハウジング（５５）に取り付けられたスライドスリーブ（１５８）を具え；当該スライドスリーブ（１５８）は、貫通する開口部（１４６）を規定する複数の表面を有し；当該開口部（１４６）は、１つ以上のシャフト表面開口部（１５２）と順次整列して、前記ハウジング流体導管（１５０）と流体インジェクタ（１１０）との間に断続的な流体導管を提供する。前記回転式流体流動装置（２０）は、前記スリーブ（１５４）が：貫通する開口部（１４８）を規定する表面を有する内側スリーブ（１５６）と；当該内部スリーブ（１５６）を通る開口部（１４８）を規定する表面と位置合わせされた貫通する開口部（１４６）を規定する表面を有するスライドスリーブ（１５８）とを具え；当該スライドスリーブ（１５８）は、前記内側スリーブ（１５６）にシールされ、それに対して回転して、前記インジェクタ（１１０）への流体流動を選択的に制限するように、前記内側スリーブを通る開口部（１４８）を規定する表面に対して前記スライドスリーブを通る開口部（１４６）を規定する表面の位置合わせを調整するように構成される。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに、貫通する開口部（１５９）を規定する表面を有する内側スリーブ（６２７）を具え、当該内側スリーブ（６２７）の開口部（１５９）は流体が選択的に供給される。前記回転式流体流動装置（２０）は、前記第１のロータ内面（８６）が、フルスト円筒形（frusto-cylindrical）、円錐台形（frusto-conic）、および多面プリズムからなるリストから選択される幾何学的形状であるように構成することができる。
【０２１９】
［０２１８］回転式流体流動装置（２０）は、ハウジング（５５）と；当該ハウジング（５５）内にロータシャフト（４０）を有する第２のロータ（２８）と；前記ハウジングの内面（１１４）に係合する静圧ベアリング（１３４）を有する外面と；前記ロータシャフト（４０）に取り付けられたカラー（３８）とを具え；当該カラー（３８）は、前記第２のロータ（２８）に軸方向に面する前面を有し；前記カラー（３８）は、前記第２のロータ（２８）から軸方向反対側に向いた後面を有し；前記カラー（３８）の前面に係合する前方自己補償静圧ベアリング（１１８）を具え；当該前方自己補償静圧ベアリング（１１８）は、前記第１のロータ外面と前記ハウジング（５５）の内面（１１４）との間に前記静圧ベアリング（１３４）によって及ぼされる力を相殺する。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに：前記カラー（３８）の後面に係合する後方自己補償静圧ベアリング（１２０）を具え；当該後方自己補償静圧ベアリング（１２０）は、前記ハウジング（５５）によって部分的に規定された圧縮チャンバ（１４４）内の作動流体の圧力誘導力によって及ぼされる力を相殺するように構成される。前記回転式流体流動装置（２０）はさらに：前記第２のロータ（２８）を第１のロータ（７６）に機械的に接続するギア装置を具え；前記カラー（３８）は前記ギア装置と協働して、前記第２のロータ（２８）を前記第１のロータ（７６）に対して割り出す（index）。
【０２２０】
［０２１９］回転式流体流動装置（２０）において：ハウジング（５５）と；前記ハウジング（５５）内にロータシャフト（４０）を有する第２のロータ（２８）と；前記ハウジングの内面（１１４）に係合する静圧ベアリング（１３４）を有する外面と；前記ロータシャフト（４０）に取り付けられたカラー（３８）とを具え；前記カラー（３８）は、前記第２のロータ（２８）に軸方向に面する前面を有し；前記カラー（３８）は、前記第２のロータ（２８）から軸方向反対側に向いた後面を有し；前記カラー（３８）の後面と係合する後方自己補償静圧ベアリング（４２１２０）を具え；当該後方自己補償静圧ベアリング（４２１２０）は、チャンバ（１４４）内の作動流体の圧力誘起の力によってかかる力を相殺するように構成される。
【０２２１】
［０２２０］回転式流体流動装置（２０）において：凸状フルスト球形の内側ハウジング面（１１４）を有するハウジング（５５）と；前記内側ハウジング面（１１４）に隣接する凸状のフルスト球形の第１のロータ外面（６２）と、それらの間にバレー（８２）を形成する複数のローブ（７８）と；前記第１のロータ外面（６２）の半径方向中心にある第１のロータ中心（７７）とを有する第１のロータ（７６）と；フルスト球形の第２のロータ外面（３６）と、それらの間にバレーを形成する複数のローブと、前記第２のロータ外面（３６）の半径方向中心にある第２のロータ中心（７７）とを有する第２のロータ（２８）；ギア装置であって：前記第１のロータ（７６）に連結された第１のギア（３８Ｂ）と；前記第２のロータ（２８）に連結された第２のギア（３８Ａ）と；前記第１のギア（３８Ｂ）と係合する第３のギア（１２２Ｂ）と；前記第３のギア（１２２Ｂ）および前記第２のギア（３８Ａ）と係合する第４のギア（１２２Ａ）とを有するギア装置とを具え；したがって、前記ギア装置は、前記第１のロータ（７６）と第２のロータ（２８）との間で回転トルクを伝達する。前記回転式流体流動装置において、前記第３のギア（１２２Ｂ）および前記第４のギア（１２２Ａ）は共通のシャフト（１２６’）に固定され共に回転するように構成されてもよい。
【０２２２】
［０２２１］静圧ベアリング（６２０）において：少なくとも１つのベアリングポケット（２８４）を囲む第１の外側ベアリングランディング（２９０）と；前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）のすぐ隣の当接面（６７１’）を有する当接構成要素（６７１）とを具え；ここで、前記静圧ベアリング（６２０）は、前記当接構成要素（６７１）の当接面（６７１）に対して移動するように構成されており；前記第１のベアリングランディングに囲まれた少なくとも１つの第１の流体ポート（２７０／３９４）とを具え；第１の流体ポート（２７０）は、ベアリングポケット（２８４）と表面（６７１’）との間の静圧ベアリング（６２０）を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成されている。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに：前記第１の流体ポート（２７０）を囲む制限部（restriction）を形成する少なくとも１つの第１のリストリクタランディング（２７２）と；当該第１のリストリクタランディング（２７２）を囲む少なくとも１つの第１のリストリクタ溝（２７４）と；前記当接面（６７１’）のすぐ隣の中間ランディング（２７６）とを具え；当該中間ランディング（２７６）は前記第１のリストリクタ溝（２７４）を囲んでおり；ベアリングポケット（２８４）と前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）は前記中間ランディング（２７６）を囲んでいる。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに：前記第１の流体ポート（２７０）を囲む制限部を形成する少なくとも１つの第１のリストリクタランディング（２７２）と；当該第１のリストリクタランディング（２７２）を囲む少なくとも１つの第１のリストリクタ溝（２７４）と；前記当接面（６７１’）のすぐ隣の中間ランディング（２７６）とを具え；前記中間ランディング（２７６）は前記第１のリストリクタ溝（２７４）を囲んでおり；ベアリングポケット（２８４）と前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）は、前記中間ランディング（２７６）と向かい合っている。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに：前記第１の外側ベアリングランディングと正反対の（diametrically opposed to）第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）とを具え；前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）は少なくとも１つのベアリングポケット（２８４）を囲んでおり；前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）のすぐ隣の当接面（６７１’）を有する当接構成要素（６７１）と；前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）に囲まれた少なくとも１つの第１の流体ポート（２７０）と；前記ベアリングポケット（２８４）と表面（６７１）との間の静圧ベアリング（６２０）を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成された第１の流体ポート（２７０）とを具える。前記静圧ベアリング（６２０）は、前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）が、シャフトの表面の前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）と直径方向に対向し横方向にオフセットされるように構成することができる。静圧ベアリング（６２０）は、前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）がシャフトの表面上の前記第１の外側ベアリングランデ���ング（２９０）に対して直径方向に対向し横方向にオフセットされて配置され、前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）は、シャフトの回転軸に対して、前記第１外側ベアリングランディングから半径方向に対向し横方向にオフセットされるように構成される。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに：前記第１の外側ベアリングランディングに横方向に隣接する第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）と；少なくとも１つのベアリングポケット（２８４）を囲む第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）とを具え；前記当接面（６７１’）ば前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）に直接隣接し；前記第２のベアリングランディング（２９０）に囲まれた少なくとも１つの液体ポート（２７０）を具え；当該流体ポート（２７０）は、前記ベアリングポケット（２８４）と表面（６７１’）との間の静圧ベアリング（６２０）を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成されている。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに：第２の流体ポート（２８６）を具え；当該第２の流体ポート（２８６）は前記ベアリングポケット（２８４）と直接流体連通している。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに：第３の流体ポート（６０４）を具え；当該第３の流体ポート（６０４）は、前記第１のリストリクタ溝（２７４）と直接流体連通している。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに：前記第１の外側ベアリングランディング（２９０）と正反対の第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）を具え；当該第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）は少なくとも１つのベアリングポケット（２８４）を囲んでおり；前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）のすぐ隣の当接面（６７１’）を有する当接構成要素（６７１）と；前記第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）に囲まれた少なくとも１つの第１の流体ポート（２７０）とを具え；前記第１の流体ポート（２７０）は、前記第１のベアリングランディングに囲まれた流体ポート（２７０／３９４）と流体連通している第２の外側ベアリングランディング（２９０ＱＧＨ）によって囲まれている。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに、前記第１のロータ流体ポート（１０８）に設けられた毛管リストリクタ（３４８）をさらに具えることができる。前記静圧ベアリング（６２０）はさらに、前記毛管リストリクタ（３４８）に取り付けられた毛管（３４４）を具えることができる。
【０２２３】
［０２２２］回転式流体流動装置（２０）において：スライド一次ゲートアセンブリ（３１）であって、第１のロータ（７６）のローブ（７８）とバレー（８２）、および第２ロータ（２８）のローブ（７８）とバレー（８２）によって部分的に規定されたチャンバ（１４４）を選択的に流体結合する排出プレナム（６６９）と、前記第１のロータ（７６）および前記第２のロータ（２８）の周りのハウジング（５５）の内面とを具えるスライド一次ゲートアセンブリ（３１）と；前記チャンバ（１４４）と流体連通している排出ポート（１９７）と；前記排出ポート（１９７）と排出プレナム（６６９）との間に選択的に流体連通を提供する一次ゲート（１７１）とを具える。前記回転式流体流動装置（２０）において、前記排出プレナム（６６９）が、前記第２のロータ（２８Ｂ）に固定されたシャフト（４１）の内面を有するように構成されてもよい。前記回転式流体流動装置（２０）において、前記一次ゲート（１７１）が軸方向に前記排出プレナム（６６９）内に延びるように構成することができる。前記回転式流体流動装置（２０）において、前記一次ゲート（１７１）は前記ハウジング（５５）に固定されるように構成することができる。
【０２２４】
［０２２３］回転式流体流動装置（２０）において：少なくとも１つのローブ（７８Ｂ）と、少なくとも１つのバレー（８２Ｂ）と、回転軸（６６９）とを有する第１のロータ（７６９と；少なくとも１つのローブ（７８Ａ）と、少なくとも１つのバレー（８２Ａ）と、
前記第１のロータの回転軸からオフセットされこれと交差する回転軸（６３７）とを有する第２のロータ（２８Ｂ）とを具え；前記第１のロータのローブ、前記第２のロータのバレーが第１のロータチャンバ（１４４Ａ）を形成し；前記第２のロータのローブ、前記第１のロータのバレーが第２のロータチャンバ（１４４Ｂ）を形成し；そして、前記第１のロータチャンバ（１４４Ａ）と前記第２のロータチャンバ（１４４Ｂ）との間に流体導管を形成する第１のロータ軸面（８３Ｂ）の溝（６６１）を具える。前記回転式流体流動装置（２０）において、前記溝（６６１）によって形成された流体導管は断続的に封止されるように構成されてもよい。前記回転式流体流動装置（２０）がさらに、前記第２のロータ（２８）のバレー（８２Ａ）に排出ポート（１９７Ａ）を具えてもよい。前記回転式流体流動装置（２０）がさらに、前記排出ポート（１９７Ａ）と流体連通する流体導管（６６９）と、前記第２のロータ（２８）に固定されたシャフト（４１４１）とを具えることができる。
【０２２５】
［０２２４］流体インジェクタ（１０９）において：外面（１２５）と、当該外面（１２５）を通る流体導管を形成する流体インジェクタ穴（１２１）を規定する少なくとも１つの表面とを具え；前記流体インジェクタ（１０９）は、インジェクタ脚部（１２８）から突出するフット表面（１１７）を有する少なくとも１つのインジェクタ脚部（１２８）を具え；前記フット表面（１１７）は、前記インジェクタ穴（１２１）と整列した先細りの流体インジェクタ表面（１１９）に隣接し；前記流体インジェクタ（１０９）は、前記流体インジェクタ穴（１２１）を通るように向けられた力が前記先細りの流体インジェクタ表面（１１９）にかかると、前記流体インジェクタ（１０９）を偏向させ、受容構成要素（９７）から前記流体インジェクタ（１０９）を解放するように構成される。
【０２２６】
［０２２５］シャフトシールアセンブリである。このシールアセンブリは、順応性（compliant）シャフトシールを具える。前記シールアセンブリは、前記順応性シャフトシールが通常動作中には前記シャフトと接触しないように構成され得る。
【０２２７】
［０２２６］順応性シャフトシールを操作する方法であって、動作中に順応性シールの片側に高圧流体を、シャットダウン中に前記順応性シールの反対側に作用する作動流体を注入することを含む。前記順応性シャフトシールを操作する方法において、通常動作中にシャフトシールはシャフトに接触する。前記順応性シャフトシールの方法において、前記シールアセンブリは、動作中およびシャットダウン中に作動流体バリアとして機能する。前記順応性シャフトシールの方法において、動作中に接触する前記順応性シールの相対表面速度は、４０メ−トル／秒を超える。
【０２２８】
［０２２７］インデックス付き回転容積式装置のねじり遅れを低減する方法であって、静圧ベアリング部材をギア表面と組み合わせて使用することを含む方法。
【０２２９】
［０２２８］圧縮チャンバを規定する、フルスト球形の内側ハウジング面と、フルスト球形の内側ハウジング面と組み合わされたロータとを有する圧縮機の操作方法において、当該方法が：単一ステージの圧力比が少なくとも１：１になるように作動流体を前記圧縮チャンバに移動させるステップを具え；出口ポートを通って排出されるガスの出口温度は摂氏１５０度未満であり；前記ロータによるガスの圧縮に応じて生成されるスラストおよびラジアル荷重／変位は、静圧ベアリングによって相殺され；そして、熱膨張および遠心荷重に応答して生成された軸方向および半径方向の撓みは、適用可能な場合、静圧ベアリングによって相殺される。前記圧縮機の操作方法がさらに、前記圧縮中に液体冷却剤を圧縮チャンバ内に噴射するステップをさらに含む。前記圧縮機の操作方法はさらに、前記冷却剤は、可動構成要素に設置されたインジェクタを介して噴射される。前記圧縮機の操作方法において、前記圧縮チャンバから出口ポートを通って排出される作動流体の絶対出口圧力が、作動流体の吸入ポートでの絶対入口圧力を１：１から３７０：１の間の比率だけ超える。自己補償型回転式静圧ベアリングの摩擦を下げ、負荷容量を増やし、漏れを低減する方法において、当該方法は：中央穴、隣接するほぼ円形のランディング、隣接するリストリクタ溝、および隣接するほぼ環状のランディングを、ベアリングポケット内に提供するステップを含み、それによって前記ほぼ環状の溝が、前記回転式静圧ベアリングの正反対側のベアリングポケットと流体連通する。
【０２３０】
［０２２９］自己補償回転式静圧ベアリングの摩擦を下げ、負荷容量を増やし、漏れを減少させる方法であって、当該方法が：供給導管、隣接するほぼ円形のランディング、隣接するほぼ環状の溝、および隣接するほぼ環状のランディングを、ベアリングポケット内に提供するステップを含み、それによって前記ほぼ環状の溝が、前記回転式静圧ベアリングの正反対側のベアリングポケットと流体連通する。
【０２３１】
［０２３０］本書記載の回転式流体流動装置は、外側フルスト球形ロータ表面上のスライドゲート（１７０）をさらに具え、当該スライドゲートは、ハウジングポート（１１２）と、第１のロータのバレーと第２のロータのバレー間に形成されたチャンバ（１４４）との間の流体流動を選択的に制限する。前記回転式流体流動装置は、前記第２のロータとスライドゲートとの間にネックバンド（２６）をさらに具え得る。
【０２３２】
［０２３１］回転式流体流動装置の圧力ブ−ストおよび膨張比を動的に制御する方法において、当該方法は以下のステップを含む。圧縮モ−ドの場合；排出ポートの開口部を選択的に調整するステップと；前記流体流動装置に噴射される液体冷却剤の量を選択的に調整することにより、作動流体または作動流体の放出温度を摂氏１５０度に制御するステップと；作動流体の吐出温度および前記流体流動装置内に噴射されている液体冷却剤の量を監視するステップとを具え；測定された吐出温度と測定された液体冷却剤の量は電子制御装置に通信される。膨張モ−ドの場合（ユニットを逆に稼働）：圧縮モ−ドでの排出に使用されるポートの開口部を選択的に調整するステップと；前記流体流動装置内に噴射される加熱液体の量を調整することにより、摂氏＋１０度以上に圧縮されたときに、吸入に用いたポートから出る吐出温度を制御するステップと；作動流体の吐出温度と前記流体流動装置内に噴射される加熱液体の量を監視するステップとを具える。測定された作動流体の吐出温度および測定された加熱液体の量は、電子制御装置に通信される。
【０２３３】
［０２３２］回転式流体流動装置を同じ装置内で膨張機と圧縮機の両方として機能させる方法において、当該方法は、一方向の圧縮モ−ドで圧力ブ−スト、反対方向で膨張が可能なシールラインを有するフルスト装置（frustical device）を提供するステップを含む。
【０２３４】
［０２３３］本発明がいくつかの実施形態の説明によって例示され、これらの例示的な実施形態は詳細に説明されているが、添付の特許請求の範囲がどのような方法でもこれらの詳細に制限されることは出願人の意図ではない。さらなる利点や、添付の特許請求の範囲内での変更が、当業者にとって明らかであろう。このように、本発明は、そのより広い態様において、特定の詳細、代表的な機器／装置および方法、ならびに図示され説明された例示的な例に限定されない。したがって、出願人の一般的な概念の意図または範囲から逸脱することなく、そのような詳細から逸脱することができる。
【図１】
2021507163.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９Ａ】
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【図５９Ｂ】
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【図５９Ｃ】
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【図５９Ｄ】
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【図６０Ａ】
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【図６０Ｂ】
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【図６０Ｃ】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０Ａ】
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【図７０Ｂ】
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【図７０Ｃ】
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【図７１Ａ】
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【図７１Ｂ】
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【図７１Ｃ】
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【図７１Ｄ】
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【図７２Ａ】
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【図７２Ｂ】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
2021507163.tif 000090
【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
2021507163.tif 000116
【図１０２】
2021507163.tif 000117
【図１０３】
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【図１０３Ａ】
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【図１０３Ｂ】
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【図１０３Ｃ】
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【図１０３Ｄ】
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【図１０３Ｅ】
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【図１０４Ａ】
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【図１０４Ｂ】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８Ａ】
2021507163.tif 000129
【図１０８Ｂ】
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【図１０９】
2021507163.tif 000131
【図１１０】
2021507163.tif 000132
【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１８Ａ】
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【図１１８Ｂ】
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【図１１８Ｃ】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２４】
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【図１２５】
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【図１２６】
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【図１２７】
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【図１２８】
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【図１２９】
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【図１３０】
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【図１３１】
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【図１３２】
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【図１３３】
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【図１３４】
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【図１３５】
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【図１３６】
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【図１３７】
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【図１３８】
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【図１３９】
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【図１４０】
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【図１４１】
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【図１４２】
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【図１４３】
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【図１４４】
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【図１４５】
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【図１４６】
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【図１４７】
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【図１４８】
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【図１４９】
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【図１５０】
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【図１５１】
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【図１５２】
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【図１５３】
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【図１５４】
2021507163.tif 000179
【図１５５】
2021507163.tif 000180
【図１５６】
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【図１５７】
2021507163.tif 000182
【図１５８】
2021507163.tif 000183
【図１５９】
2021507163.tif 000184
【図１６０】
2021507163.tif 000185
【図１６１】
2021507163.tif 000186
【図１６２】
2021507163.tif 000187
【図１６３】
2021507163.tif 000188
【国際調査報告】
2021507163.tif 000189
2021507163.tif 000190
2021507163.tif 000191
2021507163.tif 000192