(57)【要約】  本発明は、流体処理のための回転式摺動ベーン機械（１）に関し、ロータ（９）を伴う空洞（４）を有するハウジング（２）を備える。ベーン（１２）は、ロータ（９）において外側に方向付けられたスロット（１３）に配置され、ベーンとロータとの間の相対的な摺動は、回転方向で可変容積を伴う空間を提供する。各ベーンは、ベーン軸受装置（１０２）によって支持される。ベーン軸受装置（１０２）は、ベーン（１２）のための摺動軸受を形成するスロット（１３）、及びスロット（１３）から離れて面した円筒形の前記凸状面（１１６）を伴う、摺動軸受本体（１０５）と、摺動軸受の前記凸状面（１１６）に面し、ベーンのための枢動軸受を形成する円筒形前記凹状面（１１７）を伴う、スロット（１３）の各側の枢動軸受パッド（１０６）と、を備える。【選択図】図２
2021510408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体処理のための、回転式摺動ベーン機械（１）であって、
プロセス流体のための入口（５）及び出口（７）を有する空洞（４）を形成する円筒形の内壁（３）を伴う、ハウジング（２）と、
前記空洞（４）の偏心したロータ軸（４２）の周りの回転方向（１１）で回転可能なロータ（９）であって、前記ロータ（９）の外面（１４）と前記ハウジング（２）の前記内壁（３）との間の距離が、前記回転方向（１１）で変化する、ロータ（９）と、
前記空洞（４）の中心軸（４３）周りに回転可能で、前記ロータ（９）において外側に方向付けられたスロット（１３）を通して前記ハウジング（２）の前記内壁（３）に延びたベーン（１２）であって、回転中に前記ベーン（１２）と前記ロータ（９）との間で相対的な運動が生じる、ベーン（１２）と
を備え、
前記回転式摺動ベーン機械（１）は、
前記ロータ（９）がロータ本体（１０１）及びベーン軸受装置（１０２）を備え、各前記ベーン軸受装置（１０２）は、
前記ベーン（１２）のためのスロット（１３）を伴う摺動軸受本体（１０５）であって、前記スロット（１３）の各側において前記摺動軸受本体（１０５）は、前記スロット（１３）に面した平坦面（１１５）を有し、前記ベーン（１２）のための摺動軸受を形成して、前記スロット（１３）の各側において前記摺動軸受本体（１０５）は、前記スロット（１３）から離れて面した円筒形の凸状面（１１６）をさらに有し、前記スロット（１３）の反対側における円筒形の前記凸状面（１１６）は、前記ロータ軸（４２）に平行な共通の軸（１１８）を有する、摺動軸受本体（１０５）と、
前記ロータ本体（１０１）に装着されるか、または前記ロータ本体（１０１）と一体化され、前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）に面した円筒形の凹状面（１１７）を有し、前記ベーン（１２）のための枢動軸受を形成し、前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）の前記軸（１１８）は、枢動軸受の軸（１１８）を形成する、前記スロット（１３）の各側における枢動軸受パッド（１０６）と、
第１の軸受流体供給部（３６）と前記摺動軸受の前記凹状面（１１７）との間の、前記スロット（１３）の各側における第１の軸受流体供給ライン（１１２）と、
軸受流体を前記摺動軸受の前記平坦面（１１５）と前記ベーン（１２）との間の軸受流体膜に供給するための、第２の軸受流体供給部（３９、１２５）と前記摺動軸受の前記平坦面（１１５）との間の、前記スロット（１３）の各側における第２の軸受流体供給ライン（１１３）と
を備えることを特徴とする、回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項２】
前記第２の軸受流体供給部は、前記摺動軸受本体（１０５）における第２の軸受流体フィードライン（３９）である、請求項１に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項３】
前記第１の軸受流体供給ライン（１１２）は、軸受流体を、前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）と、前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）との間の軸受流体膜に供給する、請求項１または２に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項４】
前記第２の軸受流体供給部は、前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）と、前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）との間の前記軸受流体膜である、請求項３に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項５】
前記枢動軸受の封止部（１１０）は、前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）において前記第１の軸受流体供給ライン（１１２）の端部を囲み、前記枢動軸受の前記封止部（１１０）、前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）、及び前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）は、前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）と前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）との間の液圧力の移動のために、圧力チャンバを画定する、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項６】
前記第２の軸受流体供給部は、前記枢動軸受の前記封止部（１１０）と、前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）と、前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）との間の前記圧力チャンバである、請求項５に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項７】
前記第１の軸受流体供給ライン（１１２）は、前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）の凹部（１１９）の中に通じており、前記枢動軸受の前記封止部（１１０）は前記凹部（１１９）を囲む、請求項５または６に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項８】
前記スロットの各側において、前記ロータ本体（１０１）は、前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）に面した円筒形のロータ本体の凹状面（１２０）を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項９】
前記ロータ本体の凹状面（１２０）及び前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）は近接している、請求項８に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項１０】
前記ロータ本体の凹状面（１２０）及び前記枢動軸受の前記凹状面（１１７）は、ロータ本体の封止部（１１１）によって離されている、請求項８または９に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項１１】
前記スロットの各側において、
前記摺動軸受本体（１０５）は、底部（２３）及び前記スロット（１３）に向かう開口部（２２）を伴うシリンダ（２１）を形成する、窪みを有し、
前記第２の軸受流体供給ライン（１１３）は、前記摺動軸受の前記凸状面（１１６）と前記シリンダ（２１）との間に延び、
底部（３１）を伴うプランジャ（２９）は、前記シリンダ（２１）に受け入れられ、
前記摺動軸受の平坦面を形成する面（１１５）を伴う摺動軸受パッド（２７）は、前記プランジャ（２９）に接続されるか、または一体化され、
軸受流体チャネル（３２）は、前記プランジャ（２９）の開口部（３３）と、前記摺動軸受の前記平坦面（１１５）との間に延び、
前記第１の軸受流体供給ライン（１１２）は、フロー制限部（２５）を有し、
回転中に、
プロセス流体の圧力変化は、前記ベーン（１２）にかかる接線力を変化させ、前記ベーンを前記摺動軸受パッド（２７、２７’）に向けて、及び前記摺動軸受パッド（２７、２７’）から離れるよう傾け、
前記ベーン（１２）が前記摺動軸受パッド（２７）に向けて傾けられたとき、前記ベーン（１２）は、前記摺動軸受パッド（２７）及び前記プランジャ（２９）を前記シリンダの前記底部（２３）に向けて押しやり、それが前記シリンダ（２１）内の軸受流体圧を増加させ、前記第１の軸受流体供給ライン（１１２）の前記フロー制限部（２５）は、軸受流体が前記供給部（３６）に戻るのを制限し、それによって前記シリンダ（２１）内の軸受流体圧を維持し、軸受流体は、前記シリンダ（２１）から前記軸受流体チャネル（３２）を通って、摺動軸受パッド面（２８、１１５）及び摺動軸受流体膜に流れ、
前記ベーン（１２）が前記摺動軸受パッド（２７’）から離れるよう傾けられたとき、供給圧の軸受流体は、前記第１の軸受流体供給ライン（１１２’）から、前記枢動軸受の凹状面（１１７’、１１９’）に流れ、さらに、前記第２の軸受流体供給ライン（１１３’）を通って前記シリンダ（２１’）に流れ、それが前記プランジャ（２９’）及び前記軸受パッド（２７’）を前記ベーン（１２）に向けて押しやり、同時に軸受流体は、前記シリンダ（２１’）から前記軸受流体チャネル（３２’）を通って、前記摺動軸受パッド面（２８’、１１５’）及び前記摺動軸受流体膜に流れる、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項１２】
前記プランジャの前記底部（３１）の面積は、前記摺動軸受パッド（２７）の有効面積よりも小さい、請求項１１に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項１３】
前記摺動軸受の前記平坦面（１１５）の有効面積と、前記枢動軸受の前記封止部（１１０）によって画定された面積との間の差は、最大２５％である、請求項５〜１２のうちいずれか一項に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項１４】
前記プランジャの前記底部（３１）の面積と、前記枢動軸受の前記封止部（１１０）によって画定された面積との間の差は、最大２５％である、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【請求項１５】
前記スロット（１３）の反対側の前記摺動軸受パッド（２７、２７’）は、前記ベーンによって不均等に荷重がかけられ、大きく荷重がかけられる前記スロット（１３）の側における、前記第１の軸受流体供給ラインの前記制限部（２５、２５’）は、チェック弁を備え、その一方で、小さい荷重をかけられる側における前記第１の軸受流体供給ラインの前記制限部（２５、２５’）は、チェック弁を備えない、請求項１１〜１４のうちいずれか一項に記載の回転式摺動ベーン機械（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体処理のための回転式摺動ベーン機械に関し、プロセス流体のための入口及び出口を伴う空洞を形成する円筒形の内壁を有するハウジング；空洞内の、偏心したロータ軸の周りの回転方向に回転可能なロータであって、このロータの外面とハウジングの内壁との間の距離が回転方向で変化する、ロータ；空洞の中心軸周りに回転可能で、ロータにおいて外側に方向付けられたスロットを通ってハウジングの内壁に延びた、ベーン；を備える。回転中に、このベーンとロータとは相対的に動く。
【背景技術】
【０００２】
ベーン、ロータの外面、及びハウジングの内壁の間で、閉じられた空間が画定される。ロータの外面と壁との間の距離は、回転方向で変化するので、閉じられた空間の容積もまた、回転方向で変化する。動作中、これらの空間はプロセス流体で満たされる。入口及び出口の位置及び形状は、入口から出口へのプロセス流体のフローをもたらすよう適合される。
【０００３】
空洞の両端は端部キャップによって閉じられ、ロータ及びベーンは、空洞全体で軸方向に延びる。回転式摺動ベーン機械の実際の使用の要件によって、ベーンの外縁部、ベーンの側部及びロータの側部の両方には、封止部が設けられ得る。
【０００４】
ロータは、外部の駆動機によって駆動され得る。次に、ロータはベーンを駆動し、ベーンはプロセス流体を動かす。この場合、プロセス流体が液体であるとき、回転式ベーン機械はポンプとして働き、プロセス流体が気体、または液体と気体との混合の２相であるとき、回転式ベーン機械は圧縮機として働く。他の使用において、プロセス流体はベーンを駆動し、それによって外部の仕事ができるロータを駆動し得る。この場合、プロセス流体が液体であるとき、回転式ベーン機械はハイドロモータとして働き、プロセス流体が気体または２相であるとき、回転式ベーン機械は膨張機として働く。
【０００５】
米国特許第３１３０６７３号明細書は、ベーンがそれらのスロットの中で自由に摺動し、それによって回転中に遠心力によってロータの内壁にもたれかかる、回転式ベーンポンプを記載している。加えて、ポンプ内の圧力はベーンの内側に作用して、内壁にベーンを押しやる。
【０００６】
英国特許出願公開第１９０６２１３４５号明細書は、円筒形空洞と、この空洞の中心に位置された心棒の周りに、独立して回転可能な２つのベーンとを有するケーシングを伴う、回転式ベーンポンプを記載している。これらのベーンは、空洞の内径と等しい延長を有する。円筒形の壁を伴う駆動ロータは、ケーシングの中で偏心的に位置され、心棒は壁の内側にある。これらのベーンは、正反対の位置にある２つの開口部において、ロータの壁を通過する。回転中、ロータは、心棒の周りにベーンを回転駆動する。心棒及びロータを駆動するためのシャフトは、空洞の中に反対の両側から延びる。このように、回転中に心棒はロータに干渉せず、シャフトはベーンに干渉しない。
【０００７】
国際公開第０９９４３９２６号は、空洞を有するハウジングと、ハウジングに受け入れられ、ロータ軸及び周縁面を有するロータと、上記の空洞と連通した入口及び出口通路と、ロータにおけるスロットに摺動可能に径方向に受け入れられ、各々がハウジングの内側からロータ軸に径方向に延びた、１つまたは複数のベーンと、空洞の一部であり、ハウジングの内側、ロータの周縁面、及び少なくとも１つのベーンの側面によって画定された、少なくとも１つの作業チャンバと、を備えた回転式ピストン機械を記載している。各ベーンは、軸回りで制御アームの一方の端部に関節式に接続され、他方の端部は、ハウジングの空洞を通って中央に延びた軸に一致した中心軸を有する、固定アクスルシャフトに枢動可能に軸支されている。この軸は、ロータ軸と平行かつ離隔されて延び、ロータは、パワー出力またはパワー入力のためのユニットを、適切に構築する。
【０００８】
米国特許第３１３０６７３号明細書は、自由に摺動するベーンを伴う回転式摺動ベーン機械を記載しており、一方で英国特許出願公開第１９０６２１３４５号明細書及び国際公開第０９９４３９２６号は、誘導されたベーンを伴う回転式摺動ベーン機械を記載している。高性能の回転式摺動ベーン機械のために、自由に摺動するベーンには誘導されたベーンが好ましい。なぜなら、誘導されたベーンは、ベーンを過度に摩耗させることなくベーン同士の間の封止をもたらすのを容易にするからである。英国特許出願公開第１９０６２１３４５号明細書の回転式摺動ベーン機械は、低圧機械であり、高い性能のためには好適ではない。国際公開第０９９４３９２６号の回転式摺動ベーン機械は高い性能のためには好適である。この機械において、ベーンは枢動及び摺動の両方で誘導される。しかし、より小型で、より複雑性の少ない設計が好ましい。
【０００９】
全ての回転式摺動ベーン機械について、圧力は入口から出口まで変化する。その結果、ベーンの両側で様々な異なる圧力が存在し、それは、ベーンに作用する接線力の変化を生じさせる。通常は、回転中に接線力の方向の変化も生じる。
【００１０】
各ベーンに作用する接線力は、ベーンに曲げモーメントを発生させる。接線力及び曲げモーメントは、スロット内でベーンに作用する力によって吸収される。接線力及び曲げモーメントはまた、スリット内でベーンを傾ける。接線力は回転中に方向を変えるので、ベーンはスロット内で前後に傾けられる。慣性力によって生じる動的力も生じ、ベーンに作用する。
【００１１】
スロット内の力は、スロット内のベーンが摺動する間に摩擦を増加させ、それが摺動を減少させ、かつベーンの摩耗を増加させ得る。摩擦を軽減させる１つの方法は、摺動軸受を使用することである。摺動軸受は、乾燥した固体で潤滑するか、液体潤滑剤で潤滑するか、またはプロセス流体で潤滑するか、のいずれかとすることができる。
【００１２】
スロット内のベーンを潤滑する１つの方法は、動圧軸受、すなわちベーンの動きによって、パッドとベーンとの間で潤滑剤の膜が構築される、軸受パッドを有する軸受を使用することである。しかし、ベーンの運動方向の連続的な変化は、潤滑剤の十分な厚さの膜を構築するのを妨げるので、動圧軸受は常に好適とはならない。
【００１３】
多くの設備において、プロセス流体を汚染しないよう、液体のプロセス流体以外の潤滑剤は望ましくない場合がある。例として、回転式摺動ベーン機械を、電力発電における蒸気膨張機として、または産業プロセスの熱ポンプにおける圧縮機として使用することが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第３１３０６７３号明細書
【特許文献２】英国特許出願公開第１９０６２１３４５号明細書
【特許文献３】国際公開第０９９４３９２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、小型設計の誘導されたベーンを伴う、高性能の回転式摺動ベーン機械を提供することである。本発明の別の目的は、設計が、組み立て及び保守に対して効率的かつ好ましい、潤滑されたベーンを伴う回転式摺動ベーン機械を提供することである。さらに別の目的は、本発明が、従来技術の代替を少なくとも提供することである。
【００１６】
本発明の別の特徴、利点、及び目的、ならびに、いかにしてそれらを実現させるかは、説明、図面、及び特許請求の範囲から明白になろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
したがって本発明は、流体処理のための回転式摺動ベーン機械に関し、この回転式摺動ベーン機械は、
−プロセス流体のための入口及び出口を有する空洞を形成する円筒形の内壁を伴う、ハウジングと、
−空洞の偏心したロータ軸の周りの回転方向で回転可能なロータであって、このロータの外面とハウジングの内壁との間の距離が回転方向で変化する、ロータと、
−空洞の中心軸周りに回転可能で、ロータにおいて外側に方向付けられたスロットを通してハウジングの内壁まで延びたベーンであって、回転中にこのベーンとロータとの間で相対的な運動が生じる、ベーンと
を備える。
【００１８】
本発明によると、ロータは、ロータ本体、及びベーン軸受装置を備え、各ベーン軸受装置は、
−ベーンのためのスロットを伴う摺動軸受本体であって、スロットの各側において、スロットに面した平坦面を有し、ベーンのための摺動軸受を形成して、スロットの各側において、スロットから離れて面した円筒形の凸状面をさらに有し、スロットの反対側における円筒形の凸状面は、ロータ軸に平行な共通軸を有する、摺動軸受本体と、
−ロータ本体に装着されるか、またはロータ本体と一体化された枢動軸受パッドであって、摺動軸受の凸状面に面した円筒形の凹状面を有し、ベーンのための枢動軸受を形成し、枢動軸受の軸を形成する摺動軸受の凸状面の軸を伴う、スロットの各側における枢動軸受パッドと、
−第１の軸受流体供給部と摺動軸受の凹状面との間の、スロットの各側における第１の軸受流体供給ラインと、
−軸受流体を摺動軸受の平坦面とベーンとの間の軸受流体膜に供給するための、第２の軸受流体供給部と摺動軸受の平坦面との間の、スロットの各側における第２の軸受流体供給ラインと
を備える。
【００１９】
回転式摺動ベーン機械の１つの実施形態では、スロットの各側において、摺動軸受本体はシリンダを形成する窪みを有する。プランジャはこのシリンダ内に受け入れられ、軸受流体は枢動軸受に供給され、シリンダを通って、プランジャに接続されるかまたはプランジャと一体化された摺動軸受パッドに供給される。プランジャは、動作中にシリンダ内で動き、これは、ベーン軸受装置に軸受流体圧の増加をもたらし、ベーンに適合させる。
【００２０】
ベーンの数は、実際の設計に依拠するが、通常は２〜１０個である。
【００２１】
ベーン軸受装置は、ロータの一部である。ベーン軸受装置を、ロータの残り部分と区別するために、ロータの残り部分はロータ本体と表わす。
【００２２】
次に本発明の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による回転式摺動ベーン機械の断面図である。
【図２】本発明による回転式摺動ベーン機械の、ベーン軸受装置を示す断面図である。
【図３】図２のベーン軸受装置の代替を示す断面図である。
【図４】本発明による回転式摺動ベーン機械の、ベーンにぶつかる力を示す断面図である。
【図５】図１のベーン軸受装置の、より詳細な断面図である。
【図６】本発明による回転式摺動ベーン機械の、ベーン軸受装置の切り取り斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明による回転式摺動ベーン機械１の、軸方向から見た断面図である。ハウジング２は、空洞軸４３を伴う円筒形の空洞４を形成する内壁３を有する。入口チャネル６は、プロセス流体の入口５から空洞４に延び、出口チャネル８は、空洞４からプロセス流体の出口７に延びる。固定心棒１０は、空洞４の中心に位置される。６つのベーン１２が、フランジ１０４及び図示されていないボルトを介して、対応する心棒リング１０３に堅固に接続される。心棒リング１０３は、心棒１０の周りに独立して回転可能である。この配置によって、ベーン１２は、空洞軸４３の周りを独立して回転可能である。最前の心棒リング１０３のみが視認できる。
【００２５】
円筒形のロータ９は、図示されていない軸支されたシャフトに接続され、方向１１でロータ軸４２の周りを、空洞４内で偏心的に回転する。ロータ９は、ロータ本体１０１及びベーン軸受装置１０２を備える。ベーン１２は、心棒１０から径方向に、ベーン軸受装置１０２の径方向スロット１３を通って、ハウジングの内壁３に延びる。ベーン封止部１０７は、壁３に対して封止する。
【００２６】
ロータ９の偏心のため、ロータ９の外面１４とハウジング２の内壁３との間の距離は、回転方向１１で変化する。空間１５は、ベーン１２と、壁３と、ロータの外面１４との間に形成される。面１４と壁３との間の距離が、回転方向で変化するため、空間１５の容積も、回転方向１１で変化する。回転式摺動ベーン機械の使用中、空間１５はプロセス流体で満たされる。空間１５の可変容積は、プロセス流体のネットフローが入口５から出口７までであることを保証する。入口５において、空間１５は入口圧を有し、その一方で、出口７において、空間１５は出口圧を有する。したがって、空間１５の圧力はロータ９の周りで変化する。
【００２７】
ロータ９が空洞内４に偏心的に取り付けられているため、回転中にベーン１２とロータ９との間で、相対的な角運動及び径方向運動が生じる。すなわち、図１の異なるベーン１２の間の比較から判るように、回転中に、ベーン１２とベーン軸受装置１０２との間では、出入りする摺動及び前後の枢動の両方が生じる。
【００２８】
図２は、図１の頂部のベーン軸受装置１０２と同じ位置にある、ロータ本体１０１及びベーン軸受装置１０２の、より簡単な実施形態を示す断面図である。
【００２９】
図２のベーン軸受装置１０２は、左部１０５及び右部１０５’を有する摺動軸受本体を備える。摺動軸受本体１０５、１０５’は円筒形であり、スロット１３が、ロータ軸４２に平行である長手方向に延びる。ベーン１２は、スロットの全延長でスロット１３を通過して延びる。両端部（図２には示されず）において、摺動軸受本体１０５、１０５’は、スロット１３を越えて延びる。ベーン軸受装置は、スロット１３の両側に位置された、２つの同一の半体を備える。左側及び右側の対応する要素は、同じ数字で、右側の数字にはダッシュをつけて表わす。説明を簡略化するため、左側に焦点を当て、右側は必要に応じて説明する。
【００３０】
摺動軸受本体１０５は、スロット１３に面した平坦面１１５を有し、ベーン１２のための摺動軸受を形成する。摺動軸受本体１０５は、スロット１３から離れて面した円筒形の凸状面１１６をさらに有する。摺動軸受本体の２つの円筒形の凸状面１１６、１１６’は、ロータ軸４２に平行な共通軸１１８を有する。
【００３１】
図２のベーン軸受装置１０２は、クランプ１０９によってロータ本体１０１に装着された枢動軸受パッド１０６を、さらに備える。代替として、枢動軸受パッド１０６は、ロータ本体１０１と一体化され得る。枢動軸受パッド１０６は、摺動軸受の凸状面１１６に面した、円筒形の凹状面１１７を有する。２つの枢動軸受の凹状面１１７、１１７’は、摺動軸受の凸状面１１６、１１６’を囲み、それらは共に、枢動軸受軸としての軸１１８を伴う、ベーン１２のための枢動軸受を形成する。
【００３２】
第１の軸受流体供給ライン１１２は、第１の軸受流体フィードライン３６からロータ本体１０１の開口部１２１に延び、さらに枢動軸受パッド１０６の開口部１２２を通って、枢動軸受の凹状面１１７の開口部に延び、軸受流体を、枢動軸受の凹状面１１７と摺動軸受の凸状面１１６との間に供給する。封止部１１４は、ロータ本体１０１と枢動軸受パッド１０６との間に、軸受流体の漏洩がないことを保証する。
【００３３】
第２の軸受流体供給ライン１１３は、第２の軸受流体フィードライン３９から摺動軸受の平坦面１１５に延び、軸受流体を、摺動軸受の平坦面１１５とベーン１２との間の軸受流体膜に供給する。
【００３４】
図３は、図２のベーン軸受装置の代替を示す。ここで、第２の軸受流体フィードライン３９は省かれており、第２軸受流体供給ライン１１３が、枢動軸受の凹状面１１７と摺動軸受の凸状面１１６との間の入口１２５から延び、軸受流体を、摺動軸受の平坦面１１５とベーン１２との間の軸受流体膜に供給する。
【００３５】
第１の軸受流体フィードライン３６、及び第２の軸受流体フィードライン３９（含まれる場合）は、ロータ９の軸方向に延びる。これは、軸受流体を静圧軸受に送るチャネル、穴、または管の、枝分かれしたネットワークの一部である。軸受流体は、固定供給部から送られ、固定部分及び回転部分を介して回転中のロータに送られ、それらの間を封止する。
【００３６】
図２及び図３は、ベーンのフランジ１０４と心棒リング１０３との間の、ボルト１０８による接続も示す。
【００３７】
ベーン軸受装置１０２のさらなる説明の前に、図４を参照する。図４は、図２及び図３のベーンにぶつかる力、及びいかにしてこれらの力が吸収されるかを示す、簡略化した断面図である。図１を参照すると、ベーン１２の左側における空間１５’は圧力ｐ１を有し、ベーン１２における右側の空間１５’’は、ｐ１よりも大きい圧力ｐ２を有している。したがって、ベーン１２の両側で差圧が存在する。差圧の力は、差圧と、差圧にさらされるベーンの面積との積に等しい大きさを有する、接線合力Ｒによって表わすことができる。接線力Ｒ及びＲによって発生した曲げモーメントは、摺動軸受本体１０５からの反力Ｆ１と、心棒１０からのより小さい反力Ｆ２とによって、スロット１３内で吸収される。Ｆ１はＲの反対に向けられ、一方でＦ２はＲと同じ方向に向けられる。Ｆ１は、力Ｆ３として枢動軸受パッド１０６によって吸収され、ロータ本体１０１に移動される。
【００３８】
釣り合いにより、
Ｆ１＝Ｆ２＋Ｒ
及び
Ｆ１＝Ｆ３  である。
【００３９】
空間１５’、１５’’における圧力は回転中に変化するので、ベーン１２の両側の差圧も回転中に変化する。さらに、ロータの外側１４とハウジングの内壁３との間の距離が回転中に変化するので、差圧にさらされるベーン１２の面積も変化する。したがって、接線力Ｒは回転中に変化する。通常、回転中に差圧は方向を変えるので、接線力Ｒも方向を変える。接線力Ｒが変化し、かつ方向を変えるとき、力Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３も変化し、かつ方向を変える。差圧による力に加えて、振動、求心加速度、コリオリ力、及び他の慣性力によって生じる動的力も存在し、ベーン１２と摺動軸受と枢動軸受との間の力に寄与する。
【００４０】
図２及び図３をさらに参照すると、回転式摺動ベーン機械の動作中、供給圧の軸受流体は、第１の軸受流体フィードライン３６から、第１の軸受流体供給ライン１１２を通って、枢動軸受の凹状面１１７に流れる。そこで軸受流体は、枢動軸受の凹状面１１７と摺動軸受の凸状面１１６との間に分配される。図２のベーン軸受装置において、供給圧の軸受流体は、第２の軸受流体フィードライン３９から、第２の軸受流体供給ライン１１３を通って、摺動軸受の平坦面１１５にも流れる。そこで軸受流体は、摺動軸受平坦面１１５とベーン１２との間に分配され、摺動軸受流体膜を形成する。第２の軸受流体フィードラインが存在しない、図３の代替のベーン軸受装置において、いくらかの軸受流体は、枢動軸受の凹状面１１７と摺動軸受の凸状面１１６の間の領域から、入口１２５に入り、第２の軸受流体供給ライン１１３を通って、摺動軸受の平坦面１１５に流れる。そこで軸受流体は、摺動軸受の平坦面１１５とベーン１２との間に分配され、摺動軸受流体膜を形成する。
【００４１】
摺動軸受において、軸受パッド１１５の縁部では、軸受流体は軸受流体膜からスロット１３の中に漏洩し、最終的に空洞における空間１５’に入り、そこでプロセス流体と混ざる。この理由のため、摺動軸受の圧力、したがって摺動軸受の軸受力は、その縁部に向けて減少される。
【００４２】
枢動軸受において、図２及び図３は、枢動軸受の封止部１１０が、第１の軸受流体供給ライン１１２の端部を、枢動軸受の凹状面１１７において囲む実施形態を示す。枢動軸受の封止部１１０は、軸受流体が、枢動軸受からスロット１３の中にほとんど漏洩しない効果を有する。枢動軸受の封止部１１０、枢動軸受の凹状面１１７、及び摺動軸受の凸状面１１６は、圧力チャンバを画定し、圧力チャンバの中では、圧力が、枢動軸受の封止部１１０によって画定された領域全体で維持される。この圧力チャンバは、枢動軸受の凹状面１１７と摺動軸受の凸状面１１６との間に、液圧力の移動をもたらす。
【００４３】
枢動軸受の封止部１１０は省かれてもよい。その場合、枢動軸受の凹状面１１７と摺動軸受の凸状面１１６との間の軸受流体は、通常の静圧軸受におけるような膜を形成することになり、その縁部において軸受流体は漏洩し、圧力は縁部に向けて減少する。
【００４４】
スロット１３の各側において、ロータ本体１０１は、摺動軸受の凸状面１１６に面した、円筒形のロータ本体の凹状面１２０を有する。ロータ本体の凹状面１２０及び枢動軸受の凹状面１１７は、隣接しており、ロータ本体の封止部１１１によって離されている。
【００４５】
回転式摺動ベーン機械の動作中に、スロット１３内のベーンが前後に枢動する間、ベーン、摺動軸受、及び枢動軸受に関する力は、枢動軸受の封止部１１０とロータ本体の封止部１１１とによって画定された領域に作用し得ることが判っている。ロータ本体の封止部１１１は、枢動軸受の封止部１１０から、少なくともいくらか漏洩する軸受流体がこの領域にとどまり、この領域を潤滑することを保証する。さらに、例えば予測できない圧力または振動などによる極限の条件下に、力はロータ本体の封止部１１１を越えて作用し、次に摺動軸受の凸状面１１６は、ロータ本体の凹状面１２０に荷重をかける。このように、ロータ本体の凹状面１２０は、静圧枢動軸受のためのバックアップを形成する。
【００４６】
一般的に、表面と流体との間に作用する力は、流体の圧力と表面積との積に等しい。しかし、静圧軸受パッドについて、軸受流体膜圧は面積にわたって変化し、軸受パッドの縁部において最も低い。力の計算を簡略化するため、一定の軸受流体膜の圧力、及び軸受パッドの有効面積を想定する。有効面積は通常、軸受パッドの面積の６０〜８０％である。
【００４７】
図４及び上記の力の説明を参照すると、摺動軸受本体１０５すなわち摺動軸受の平坦面１１５からの力Ｆ１は、枢動軸受パッド１０６からの力Ｆ３と等しい。ベーン軸受装置１０２の円滑な動作を保証するために、摺動軸受の平坦面１１５の有効面積と、枢動軸受の封止部１１０によって画定された面積との間の差は、最大２５％とするのが望ましいことが判っている。
【００４８】
図５は、本発明による別のベーン軸受装置を示す、より詳細な断面図であり、図１の頂部ベーン１２のためのベーン軸受装置１０２に相当する。図５のベーン軸受装置１０２は、図２及び図３のベーン軸受装置１０２と多くの類似点を有し、同様のアイテムは、図５の理解のために必要に応じてのみ説明する。
【００４９】
スロット１３の両側の要素は同一である。左側及び右側の対応する要素は、同じ数字で、右側の数字にはダッシュをつけて表わす。スロット１３の両側の要素は、必要なときのみ説明する。
【００５０】
摺動軸受本体１０５は窪みを有し、底部２３及びスロット１３に向かう開口部２２を伴うシリンダ２１を形成する。第２の軸受流体供給ライン１１３は、摺動軸受本体１０５の穴によって形成され、摺動軸受の凸状面１１６の入口１２５からシリンダ２１に延びる。底部３１を有するプランジャ２９は、シリンダ２１内に受け入れられ、Ｏリング３５が、プランジャ２９とシリンダ２１との間を封止する。凹部２８を有する摺動軸受パッド２７、及び摺動軸受の平坦面を形成する面１１５は、プランジャ２９と一体化され、シリンダ２１の拡張部４４に受け入れられる。代替として、摺動軸受パッド２７及びプランジャ２９を別のアイテムとしてもよく、例えばねじ切り加工によって機械的に接続させることができる。凹部２８は、軸受流体を、摺動軸受パッドの平坦面１１５とベーン１２との間の摺動軸受流体膜に分配するのを容易にする。このように凹部２８は好ましいが、省かれてもよい。軸受流体チャネル３２は、プランジャ底部３１の開口部３３と、摺動軸受パッドの凹部２８との間に延びる。代替として、凹部２８が省かれた場合、軸受流体チャネル３２は、摺動軸受パッドの平坦面１１５において開口部を有する。
【００５１】
交換可能な挿入部４８’は、プランジャ２９’のねじ接続部３８’の中にねじで留められる。挿入部４８’は軸受流体チャネル３２’を提供し、軸受流体チャネル３２’の締め付けによって形成されたフロー制限部３４’を有する。挿入部４８’は、挿入及び取り外しを可能にするために、六角レンチなどの好適なレンチと嵌合する、内部ねじ駆動部４０’も有する。挿入部４８’は、異なる動作条件への適合のために、異なるフロー制限部を用いて作ることができる。
【００５２】
枢動軸受パッド１０６は、その凹状面１１７に凹部１１９を有し、凹部１１９は枢動軸受の封止部１１０によって囲まれる。凹部１１９は、枢動軸受の凹状面１１７と摺動軸受の凸状面１１６との間における、軸受流体の分配を容易にする。このように凹部１１９は好ましいが、省かれてよい。
【００５３】
さらに図５を参照すると、回転中のプロセス流体の圧力変化は、図４を参照して説明したように、ベーン１２にかかる接線力を変化させる。これらの接線力は、ベーン１２を僅かに前後に、摺動軸受パッド２７、２７’に向けて、及び離れるようにスロット１３内で傾ける。ベーン１２が、左側の摺動軸受パッド２７に向けて傾けられたとき、左側の摺動軸受流体膜の圧力を増加させ、それは次に、左の摺動軸受パッド２７及び左のプランジャ２９を、左のシリンダ底部２３に向けて押しやる。これは、左のシリンダ２１内の軸受流体圧を増加させ、この圧力は、枢動軸受の封止部１１０と、枢動軸受の凹状面１１７と、摺動軸受の凸状面１１６とによって画定された、左の圧力チャンバへの伝搬を増加させる。左の第１の軸受流体供給ライン１１２は、締め付けによって形成されたフロー制限部２５を有し、これは、軸受流体が左の第１の軸受流体フィードライン３６に戻るのを制限する。これは、枢動軸受の封止部１１０、枢動軸受の凹状面１１７及び摺動軸受の凸状面１１６、ならびに左のシリンダ２１によって画定された、左の圧力チャンバの、軸受流体圧を維持する。それによって、増加された圧力を伴う軸受流体は、左のシリンダ２１から、左の軸受流体チャネル３２を通って、左の摺動軸受パッドの平坦面１１５の凹部２８及び左の摺動軸受流体膜に流れる。これは、流体を左のシリンダ２１から取り除き、その結果摺動軸受流体膜は、左の摺動軸受パッド２７を左のシリンダ２１に向けてさらに押し込み、かつ左のプランジャ２９を左のシリンダ２１の中にさらに押し込む。これは、ベーン１２が別の方向に傾けられるまで続く。
【００５４】
同時に、ベーン１２は右側の軸受パッド２７’から離れるよう傾けられ、右側の軸受流体膜の圧力を減少させる。この圧力減少は、右の軸受流体チャネル３２’を通って右のシリンダ２１’に伝搬し、さらに、枢動軸受の封止部１１０’、枢動軸受の凹状面１１７’、及び摺動軸受の凸状面１１６’によって画定された、右の圧力チャンバに伝搬する。減少した圧力は、供給圧の軸受流体を、右の第１の軸受流体供給ライン１１２’から右の枢動軸受の凹状面１１７’の凹部１１９’に流し、さらに、右の第２の軸受流体供給ライン１１３’を通って右のシリンダ２１’に流す。右のシリンダ２１’の軸受流体は、右のプランジャ及び右の軸受パッド２７’を、ベーン１２に向けて外側に押しやる。同時に、右の摺動軸受流体膜の圧力減少のため、軸受流体は、右のシリンダ２１’から、右の軸受流体チャネル３２’を通って、右の摺動軸受パッドの平坦面１１５’の凹部２８’及び右の摺動軸受流体膜に流れる。これは、右のシリンダ２１’内の圧力を減少させ、その結果供給圧のより多くの軸受流体が、右の第２の軸受流体供給ライン１１３’及び右の第１の軸受流体供給ライン１１２’から、右のシリンダ２１’に入る。これは、ベーン１２が別の方向に傾けられるまで続く。
【００５５】
したがって、ベーン１２が左の軸受パッド２７を左に押しやると、右の軸受パッド２７’もベーン１２に向けて左に動き、その逆も成り立つ。このように、軸受パッド２７、２７’の位置は、ベーン１２の位置に適合され、同時にベーン１２の摺動を可能にする軸受流体膜は維持される。特に有利なのは、軸受パッド２７、２７’が、それらの位置を、静圧軸受、ベーン、及びスロットを形成するアイテムの、製造偏差及び熱変形に適合させることである。
【００５６】
凹部２８及び１１９は、軸受流体のリザーバを形成し、それはベーン軸受装置１０２の様々な部分の動きを円滑にする。
【００５７】
軸受流体チャネル３２の制限部３４、及び第１の軸受流体供給ライン１１２の制限部２５は、軸受流体のフローを遅延させ、軸受流体圧の伝搬を減少させる。示された締め付けはフローレデューサの例であるが、任意のタイプのフローレデューサを使用することができる。これらの制限部は、別個のフローリストリクタであるが、流体ライン自体によって形成することもでき、それは流体ラインの径、形状、及び延長と相関する。制限部２５は、代替としてチェック弁としてもよい。
【００５８】
いくつかの動作条件において、スロット１３の両側の摺動軸受パッド２７、２７’は、ベーン１２によって不均等に荷重をかけられる。このような動作条件の間、大きい荷重をかけられるスロット１３の側における、第１の軸受流体供給ライン１１２、１１２’の制限部２５、２５’は、チェック弁を備え、その一方で小さい荷重をかけられるスロット１３の側における制限部２５、２５’は、チェック弁は備えないことが好ましいことが判っている。
【００５９】
プランジャ２９及び摺動軸受パッド２７を介した好ましい力の移動を保証するために、好ましくは、プランジャ底部３１の面積は、摺動軸受パッド２７の有効面積よりも小さいことが望ましいことが判っている。さらに、プランジャ２９及び枢動軸受パッド１０６を介した好ましい力の移動を保証するために、好ましくは、プランジャ底部３１の面積と、枢動軸受の封止部１１０によって画定された面積との間の差は、最大２５％であることが望ましいことが判っている。
【００６０】
通常、回転スピードは５００〜３６００ｒｐｍである。プロセス流体圧は、通常１〜１６バールである。軸受流体供給圧は、プロセス流体圧より高くなければならず、通常は１０〜４０バールである。
【００６１】
図６は、本発明による回転式摺動ベーン機械の、ベーン軸受装置の実施形態の切り取り斜視図である。ハウジング及びほとんどのロータ本体は除かれている。ベーン１２は、凸状面１１６を伴う摺動軸受本体１０５のスロット１３に配置される。摺動軸受本体１０５の両端は、スロット１３及びベーン１２を越えて延び、枢動軸受の端部１２３によって支持される。枢動軸受の端部１２３は、ロータ本体の一部である、空洞の端部キャップ１２４によって支持される。図６において、左の端部キャップは除かれているので、左の枢動軸受の端部１２３は視認できる。右の端部キャップ１２４は所定の位置にあり、右の枢動軸受の端部を隠している。
【００６２】
枢動軸受パッドは除かれている。第２の軸受流体供給ラインへの入口１２５の列は、摺動軸受の凸状面１１６に配置される。
【００６３】
ロータ本体のベーン１２からの荷重の少なくとも８０％は、ベーン軸受装置１０２を介して移動され、残りは、枢動軸受の端部１２３を介して移動され得ることが判っている。ベーン軸受装置を介して移動された、この大きい荷重の部分は、非常に有利である。なぜなら、枢動軸受の端部１２３の必要なサイズを減少させるからである。さらに、摺動軸受本体１０５の延長に沿った支持は、摺動軸受本体１０５のたわみを減少させる。
【００６４】
図６はさらに、ベーン封止部１０７、心棒１０、ベーンのフランジ１０４、及びそれらの、ボルト１０８による心棒リング１０３への接続を示す。隣接する心棒リング１０３’、１０３’’、１０３’’’は、図示されないベーンのためのものである。１０５’は、隣接するベーン軸受装置の摺動軸受本体を表わし、１０７’は、そのベーンのためのベーン封止部を表わす。
【図１】
2021510408.tif 000003
【図２】
2021510408.tif 000004
【図３】
2021510408.tif 000005
【図４】
2021510408.tif 000006
【図５】
2021510408.tif 000007
【図６】
2021510408.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月1日(2020.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2021510408.tif 000009
【国際調査報告】
2021510408.tif 000010
2021510408.tif 000011