(57)【要約】      （修正有）【課題】第１および第２の摩耗ディスクは、ロータおよびベーンの熱膨張に備えるために、軸線方向に摺動ことが課題となる。【解決手段】カムリングは、内側ポンピングチャンバの内部に配置されるとともに連続した周辺カム表面を画成しており、ロータは軸線周りの回転のために内側ポンピングチャンバの内部に取り付けられている。複数のベーン３６は、半径方向の動きのためにロータに形成されたスロットの内側に取り付けられている。ポンプは、内側ポンピングチャンバの内部に配置された、軸線方向に対向する第１および第２の摩耗ディスク５０，６０を備えている。第１の摩耗ディスクは浮動摩耗ディスクであり、カム表面の半径方向内側に配置された外周を有するとともに、ロータおよびベーンの熱膨張に備えるためにカム表面に対し軸線方向に摺動するように適合され、かつ構成されている。第２の摩耗ディスク６０はロータの第２の端面に隣接して配置されている。【選択図】図２１
2013127249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）内側ポンピングチャンバを有するとともに、前記内側ポンピングチャンバに流体が供給されるようにする入口ポートおよび加圧された流体が前記内側ポンピングチャンバから吐出されるようにする少なくとも一つの吐出ポートを画成するポンプ本体と、
ｂ）前記内側ポンピングチャンバの中に配置されるとともに連続した周辺カム表面を画成するカムリングと、
ｃ）軸線周りの回転のために前記内側ポンピングチャンバの内部に取り付けられてポンプ軸を画成するロータと、
ｄ）前記ロータに形成されたスロットの内部に半径方向の動きのために取り付けられた、円周方向に間隔を開けて配置されて半径方向に延びる複数のベーンであって、前記ロータの外周と前記カム表面との間に延びて加圧流体を移動させる円周方向に間隔を開けて配置された等しい数の容積チャンバを画成する複数のベーンと、
ｅ）前記内側ポンピングチャンバの内部に配置されて軸線方向に対向する第１および第２の摩耗ディスクであって、前記第１の摩耗ディスクが、前記カム表面の半径方向内側に配置された外周を有するとともに、前記ロータおよび前記ベーンの熱膨張に備えるために前記カム表面に対し軸線方向に摺動するように適合され、かつ構成されており、かつ前記第２の摩耗ディスクが、前記ロータの第２の端面に隣接して配置されている、第１および第２の摩耗ディスクと、
を備えることを特徴とする流体ベーンポンプ。
【請求項２】
前記ベーンポンプが、複数吐出流体ベーンポンプであり、かつ前記ポンプ本体が、半径方向に配向された４つの吐出ポートを画成し、各ポートが前記内側ポンピングチャンバから加圧された流体が吐出されることを特徴とする請求項１に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項３】
前記第１の摩耗ディスクが、前記ロータの第１の端面に向かうばね要素を用いて前記ロータの前記第１の端面に対して付勢されていることを特徴とする請求項１に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項４】
前記第１の摩耗ディスクが、前記ベーンにより画成された前記容積チャンバから吐出される加圧流体を用いて、前記ロータの第１の端面に向けて付勢されていることを特徴とする請求項１に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項５】
前記ポンプ本体が、後方ハウジングプレートをさらに有し、前記入口ポートが、前記後方ハウジングプレートを通って前記内側チャンバへと軸線方向に延びることを特徴とする請求項１に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項６】
前記カム表面が、四分円形の４つのカム部分を有し、直径方向に対向するカム部分が、同一のカム輪郭を有しており、かつ各カム部分が、入口円弧、吐出円弧および２つのシール円弧を画成していることを特徴とする請求項１に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項７】
前記カムリングが、前記入口ポートから流体を受け入れるとともに、該流体を前記各カム部分の入口円弧に分配するように配置され、かつ構成された複数の入口チャンバを有することを特徴とする請求項６に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項８】
前記カムリングが、前記各カム部分の前記吐出円弧に連通するとともに前記内側ポンピングチャンバからの加圧された流体の吐出を容易にするように配置し、かつ構成された、複数の吐出チャンバを有することを特徴とする請求項６に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項９】
各ベーンスロットが、流体を受け入れるベーン下ポケットを有し、かつ前記ベーン下ポケットの圧力が、前記ロータの角度位置に応じて定まることを特徴とする請求項１に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項１０】
前記ロータが、軸線方向に延びる複数のベーン下流路を有し、各ベーン下流路が、コネクタ流路を介して前記ベーン下ポケットと連通していることを特徴とする請求項９に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項１１】
各摩耗ディスクが、各ベーンスロットに関連した前記ベーン下ポケットおよび前記ベーン下流路の内部に流体を連通させる流路を有し、かつ前記ベーン下ポケットの圧力が、前記ロータの角度位置に応じて定まることを特徴とする請求項１０に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項１２】
前記入口円弧部分に配置されている間、前記ロータの前記ベーン下流路内の流体の圧力が、ポンプ入口圧力にほぼ等しいことを特徴とする請求項９に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項１３】
前記吐出円弧部分に配置されている間、前記ロータの前記ベーン下流路内の流体の圧力が、ポンプ吐出圧力にほぼ等しいことを特徴とする請求項９に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項１４】
前記４つのカム部分の前記吐出円弧から流体の流れを抜き取る流体流量調節システムをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項１５】
前記流体流量調節システムが、４つ全てのカム部分の前記吐出円弧から流体が抜き取られて流体需要源への供給のために組み合わせられる第１の作動状態を有することを特徴とする請求項１４に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項１６】
前記流体流量調節システムが、直径方向に対向する吐出円弧の第１の組から流体需要源への供給のために流体が抜き取られるとともに、直径方向に対向する吐出円弧の第２の組からの流体が、前記流体需要源をバイパスして前記ポンピングチャンバに戻る第２の運転状態を有することを特徴とする請求項１４に記載の流体ベーンポンプ。
【請求項１７】
ａ）内側ポンピングチャンバを有するとともに、前記内側ポンピングチャンバに流体が供給されるようにする軸線方向に延びる入口ポートおよび加圧された流体が前記内側ポンピングチャンバから吐出されるようにする４つの吐出ポートを画成するポンプ本体と、
ｂ）前記内側ポンピングチャンバの内部に配置されるとともに連続した周辺カム表面を画成するカムリングと、
ｃ）軸線周りの回転のために前記内側ポンピングチャンバの内部に取り付けられてポンプ軸を画成するロータと、
ｄ）前記ロータに形成されたスロット内に半径方向の動きのために取り付けられた、円周方向に間隔を開けて配置されて半径方向に延びる複数のベーンであって、加圧流体を移動させるために前記ロータの外周と前記カム表面との間に延びる円周方向に間隔を開けて配置された等しい数の容積チャンバを画成する複数のベーンと、
ｅ）前記内側ポンピングチャンバの内部に配置された、軸線方向に対向する第１および第２の摩耗ディスクと、
を備えることを特徴とする複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項１８】
前記第１の摩耗ディスクが、前記カム表面の半径方向内側に配置されるとともに前記ロータおよび前記ベーンの熱膨張に備えるべく前記カム表面に対する滑動のために取り付けられた外周を有し、かつ前記第２の摩耗ディスクが、前記ロータの第２の端面に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項１９】
前記第１の摩耗ディスクが、前記ロータの第１の端面に向かうばね要素を用いて前記ロータの前記第１の端面に向けて付勢されていることを特徴とする請求項１８に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２０】
前記第１の摩耗ディスクが、前記ベーンにより画成された前記容積チャンバから吐出される加圧流体を用いて前記ロータの第１の端面に向けて付勢されていることを特徴とする請求項１８に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２１】
前記ポンプ本体が、後方ハウジングプレートを有し、前記入口ポートが、前記サイドプレートを通って前記内側チャンバに向けて軸線方向に延びていることを特徴とする請求項１７に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２２】
前記カム表面が、四分円形の４つのカム部分を有し、直径方向に対向するカム部分は同一のカム輪郭を有し、かつ各カム部分が、入口円弧、吐出円弧および２つのシール円弧を画成していることを特徴とする請求項１７に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２３】
前記カムリングが、前記入口ポートから流体を受け入れるとともに該流体を前記各カム部分の入口円弧に分配するように配置され、かつ構成された複数の入口チャンバを有することを特徴とする請求項１７に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２４】
カムリングが、各カム部分の前記吐出円弧と連通するとともに前記内側ポンピングチャンバからの加圧流体の吐出を容易にするように配置され、かつ構成された複数の吐出チャンバを有することを特徴とする請求項１７に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２５】
各ベーンスロットが、流体を受け入れるためのベーン下ポケットを有し、かつ前記ベーン下ポケットの圧力が、前記ロータの角度位置に応じて定まることを特徴とする請求項１７に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２６】
前記ロータが、軸線方向に延びる複数のベーン下流路を有し、各ベーン下流路はコネクタ流路を介してベーン下ポケットに連通していることを特徴とする請求項２５に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２７】
各摩耗ディスクが、基礎となる各ベーンスロットに関連した前記ベーン下ポケットおよび前記ベーン下流路内に流体を連通させるための流路を有し、かつ前記ベーン下ポケットの圧力が、前記ロータの角度位置に応じて定まることを特徴とする請求項２６に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２８】
前記入口円弧部分に配置されている間の前記ロータベーン下ポケット内の前記加圧流体が、ポンプ入口圧力にほぼ等しいことを特徴とする請求項２５に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項２９】
前記吐出円弧部分に配置されている間の前記ロータベーン下ポケット内の前記加圧流体が、ポンプ吐出圧力にほぼ等しいことを特徴とする請求項２５に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項３０】
前記４つのカム部分の前記吐出円弧から流体を抜き取るための流体流量調節システムをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項３１】
前記流体流量調節システムが、４つ全てのカム部分の前記吐出円弧から流体が抜き取られて流体需要源への供給のために組み合わせられる第１の作動状態を有することを特徴とする請求項３０に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項３２】
前記流体流量調節システムが、流体需要源への供給のために直径方向に対向する吐出円弧の第１の組から流体が抜き取られ、かつ直径方向に対向する吐出円弧の第２の組からの流体が、前記流体需要源をバイパスして前記ポンピングチャンバに戻る第２の作動状態を有することを特徴とする請求項３０に記載の複数吐出口流体ベーンポンプ。
【請求項３３】
ａ）内側ポンピングチャンバを有するとともに、前記内側ポンピングチャンバに流体が供給されるようにする入口ポートおよび加圧された流体が、前記内側ポンピングチャンバから吐出されるようにする少なくとも一つの吐出ポートを画成するポンプ本体と、
ｂ）前記内側ポンピングチャンバの内部に配置されるとともに連続した周辺カム表面を画成するカムリングであって、前記カムリングが、また複数の入口チャンバおよび吐出チャンバを画成し、前記入口チャンバが、前記入口ポートから流体を受け入れるとともに、該流体を前記内側ポンピングチャンバに分配するように配置され、かつ構成され、前記吐出チャンバが、前記内側ポンピングチャンバに連通するとともに前記内側ポンピングチャンバからの加圧された流体の吐出を容易にするように配置し、かつ構成されている、カムリングと、
ｃ）軸線周りの回転のために前記内側ポンピングチャンバの内部に取り付けられてポンプ軸を画成するロータと、
ｄ）前記ロータに形成されたスロット内に半径方向の動きのために取り付けられた、円周方向に間隔を開けて配置されて半径方向に延びる複数のベーンであって、加圧流体を移動させるために前記ロータの外周と前記カム表面との間に延びる円周方向に間隔を開けて配置された等しい数の容積チャンバを画成し、各ベーンスロットが、前記ロータの角度位置に基づいて加圧された流体を受け入れるベーン下ポケットを有する、複数のベーンと、
ｅ）前記内側ポンピングチャンバの内部に配置された、軸線方向に対向する第１および第２の摩耗ディスクであって、前記第１の摩耗ディスクが、前記カム表面の半径方向内側に配置された外周を有するとともに前記ロータおよびベーンの熱膨張に備えて前記ロータの第１の端面に向けて軸線方向に付勢されており、かつ前記第２の摩耗ディスクが、前記ロータの第２の端面に隣接して配置されている、第１および第２の摩耗ディスク、
を備えることを特徴とする流体ベーンポンプ。
【請求項３４】
各摩耗ディスクが、各ベーンスロットに関連する前記ベーン下ポケット内に送る流体のための流路を有し、前記ベーン下ポケットの圧力が、前記ロータの角度位置に応じて定まることを特徴とする請求項３３に記載の流体ベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府のライセンス権
本発明は、米国陸軍によって与えられた契約番号AATD W911W6-06-D-0005-0004の下で、政府の支援によってなされたものである。政府は本発明について特定の権利を有する。
【０００２】
１．発明の技術分野
本発明は回転ベーンポンプに関し、詳しくは、高い流体需要条件においては組み合わせた吐出流量を供給するとともに低い流体需要条件においては第１の（主となる）流量を供給する、平衡分割吐出ベーンポンプに関する。より詳しくは、一つの入口ポートおよび４つの吐出ポートを有するとともに、浮動サイド摩耗ディスク、内部流れ流路を有したカムリングおよびベーン下ポンピング特性が改良されたロータ組立体を備える複数吐出口流体ベーンポンプに関連する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術の説明
回転流体ベーンポンプは、サカマキ他の米国特許第４，２７４，８１７号明細書およびハンセンの米国特許第５，０６４，３６２号明細書に開示されているように、従来技術において周知である。典型的な回転ベーンポンプは、より大きな円形ポンピングチャンバ内に取り付けられて回転する円形のロータを備えている。これらの２つの円の中心は典型的にオフセットしていて偏心を生じさせている。ベーンは、摺動してロータから出没するように取り付けられ、ポンプ仕事を実行する複数の容積チャンバ若しくはベーンバケットを生じさせている。ポンプの吹込側ではベーンバケットの容積が増加する。容積が増加するこれらのベーンバケットには、入口圧力によって、ポンピングチャンバ内に押し込まれる流体が充填される。ポンプの吐出側では、容積が減少するベーンバケットが加圧された流体をポンピングチャンバから押し出す。
【０００４】
ベーンポンプの流体容積は、そのポンプが関連付けられるシステムの運転特性に合わせることが望ましい。例えば、燃料ポンプの最大容積は、関連するエンジン用途の最大燃料要求に同調しなければならない。しかしながら、システムの要求は典型的に作動状態によって変化する。その結果、最も厳しいエンジン作動状態の関数として設計された固定容積燃料ポンプは、他の作動状態では望ましい効率より低い効率で作動し得る。
【０００５】
航空機のガスタービン機関に関連する燃料ポンプの場合、回転速度当たりのポンプ容積によって定量化された燃料流量の要求は、エンジン始動状態では、巡航、アイドル、降下およびタキシングといった要求量が少ない他のエンジン作動状態の間における燃料流量の要求を大幅に上回る。エンジン要求の関数としてエンジンへのポンプ吐出量の一部を調整するべく、ポンプ出口における異なるバルブ構造を利用することによってガスタービン機関の作動範囲における燃料ポンプ効率を改善する、様々な試みがなされてきた。しかしながら、これらの従来技術の装置は、典型的に複雑であり、したがって、ポンプ系統にコストを追加する。他の実施においては、ポンプの出力流れをシステム要求に合わせるために可変容量形ポンプが利用されてきた。しかしながら、これらの実施は、ポンプの半径方向／軸線方向の荷重が増加するとともに可動部品の追加を伴い、ポンプのサイズ／重量および信頼性を犠牲にするものである。
【０００６】
分割吐出ベーンポンプおよびその流体流量調節システムというタイトルの米国特許出願公開第２０１０／０３１６５０７号公報は、それが関連するシステムの作動特性により密接にマッチするように適合され、かつ構成された容積移送式ベーンポンプと、それが関連するシステムの流体要求状態に応じてポンプからの流体流れを効果的に制御するバルブ構造を開示している。なお、この米国特許出願公開第２０１０／０３１６５０７号公報の開示は、その全体が、この参照によって本願明細書に組み込まれるものとする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
米国特許出願公開第２０１０／０３１６５０７号公報に開示されているポンプは、従来技術のポンプ構造に関して上記した多くの問題点を解決する。しかしながら、燃料要求の作動範囲にわたってポンプ効率をさらに高めるとともに、ポンピングチャンバの内部における力をより効果的にバランスさせることによって部品の劣化を減少させる、容積移送式ベーンポンプ設計のニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、中でも、内側ポンピングチャンバを画成するとともに、内側ポンピングチャンバに流体が供給されるようにする入口ポートおよび加圧された流体が内側ポンピングチャンバから吐出されるようにする少なくとも一つの吐出ポートを画成するポンプ本体を備えた流体ベーンポンプに向けられている。このポンプは、内側ポンピングチャンバの中に配置されるとともに連続した周辺カム表面を画成するカムリングと、軸線周りの回転のために内側ポンピングチャンバの内部に取り付けられてポンプ軸を画成するロータとをさらに備える。円周方向に間隔を開けて配置されて半径方向に延びる複数のベーンが、ロータに形成されたスロットの内部に半径方向動きのために取り付けられており、これらの複数のベーンは、ロータの外周とカム表面との間に延びて加圧流体を移動させる円周方向に間隔を開けて配置された等しい数の容積チャンバを画成している。さらに、このポンプは、内側ポンピングチャンバの内部に配置された、軸線方向に対向する第１および第２の摩耗ディスクを備えている。第１の摩耗ディスクは、カム表面の半径方向内側に配置された外周を有するとともに、ロータおよびベーンの熱膨張に備えるためにカム表面に対し軸線方向に摺動するように適合され、かつ構成されている。第２の摩耗ディスクは、ロータの第２の端面に隣接して固定配置されている。しかしながら、以下に説明するように、第２の摩耗ディスクもまた（軸線方向の滑動のために適合された）浮動ディスクとすることができる。
【０００９】
好ましい実施形態においては、ベーンポンプは複数吐出口流体ベーンポンプであり、ポンプ本体は半径方向に配向された４つの吐出ポートを画成し、各吐出ポートは内側ポンピングチャンバから加圧された流体が吐出されるようにしている。
【００１０】
第１の摩耗ディスクは、ばね要素を用いてロータの第１の端面に対して付勢することが想像される。さらに第１の摩耗ディスクは、ベーンにより画成された容積チャンバから吐出される加圧流体を用いて、ロータの第１の端面に向けて付勢することができる。
【００１１】
本発明の特定の構成においては、ポンプ本体は、後方サイドプレートをさらに有し、入口ポートは、この後方サイドプレートを通って内側ポンピングチャンバへと軸線方向に延びる。
【００１２】
好ましくは、カム表面は、四分円形の４つのカム部分を有しており、直径方向に対向するカム部分は同一のカム輪郭を有しており、かつ各カム部分は入口円弧、吐出円弧および２つのシール円弧を画成している
【００１３】
好ましい実施形態において、カムリングは、入口ポートから流体を受け入れるとともにその流体を各カム部分の入口円弧に分配するように配置され、かつ構成された複数の入口チャンバを有する。カムリングは、また、各カム部分の吐出円弧に連通するとともに内側ポンピングチャンバからの加圧された流体の吐出を容易にするように配置し、かつ構成された、複数の吐出チャンバを有する。
【００１４】
各ベーンスロットは、加圧された流体をロータの角度位置に応じて受け入れるベーン下ポケットを有することが今のところ好ましい。加えて、特定の実施形態においては、ロータは軸線方向に延びる複数のベーン下流路を有しており、各ベーン下流路はコネクタ流路を介してベーン下ポケットに連通する。
【００１５】
好ましくは、各摩耗ディスクは、各ベーンスロットに関連したベーン下ポケットおよびベーン下流路の内部に流体を連通させる流路を有する。ベーン下ポケットの圧力は、ロータの角度位置に応じて定まる。好ましくは、入口円弧部分に配置されている間のロータのベーン下流路内の流体はポンプ入口圧力にほぼ等しく、かつ吐出円弧部分に配置されている間のロータのベーン下流路内の流体はポンプ吐出圧力にほぼ等しい。
【００１６】
本発明のベーンポンプの特定の構成は、４つのカム部分の吐出円弧から流体の流れを抜き取る流体流量調節システムを備える。流体流量調節システムは、４つ全てのカム部分の吐出円弧から流体が抜き取られて流体需要源への供給のために組み合わせられる第１の作動状態を有することが想像される。また、流体流量調節システムは、直径方向に対向する吐出円弧の第１の（主たる）組から流体需要源への供給のために流体が抜き取られるとともに、直径方向に対向する吐出円弧の第２の組からの流体は流体需要源をバイパスして内側ポンピングチャンバに戻る第２の運転状態を有することができる。
【００１７】
本発明は、また、他の要素の中でも、内側ポンピングチャンバを有するとともに、内側ポンピングチャンバに流体が供給されるようにする軸線方向に延びる入口ポートおよび加圧された流体が内側ポンピングチャンバから吐出されるようにする４つの半径方向に延びる吐出ポートを画成するポンプ本体を備える、複数吐出口流体ベーンポンプに向けられている。このベーンポンプは、内側ポンピングチャンバの中に配置されるとともに連続した周辺カム表面を画成するカムリングと、軸線周りの回転のために内側ポンピングチャンバの内部に取り付けられてポンプ軸を画成するロータとを更に備える。円周方向に間隔を開けて配置されて半径方向に延びる複数のベーンは、ロータに形成されたスロットの内部に半径方向の動きのために取り付けられる。複数のベーンは、ロータの外周とカム表面との間に延びて加圧された流体を移動させる、円周方向に間隔を開けて配置された等しい数の容積チャンバを画成する。ポンプは、内側ポンピングチャンバの内部に配置された、軸線方向に対向する第１および第２の摩耗ディスクを更に備える。
【００１８】
好ましい実施形態においては、第１の摩耗ディスクは、カム表面の半径方向内側に配置されるとともにロータおよびベーンの熱膨張に備えるべくカム表面に対する滑動のために取り付けられた外周面を有する。第２の摩耗ディスクは、ロータの第２の端面に隣接して配置される。
【００１９】
第１の摩耗ディスクは、ばね要素を用いてロータの第１の端面に対し付勢されることが想像される。更に、第１の摩耗ディスクは、ベーンにより画成された容積チャンバから吐出される加圧流体を用いて、ロータの第１の端面に向けて付勢できる。
【００２０】
本発明の特定の構成において、ポンプ本体は、後方サイドプレートを通って内側チャンバへと軸線方向に延びる入口ポートを具備した後方ハウジングを有する。
【００２１】
好ましくは、カム表面は四分円形の４つのカム部分を有しており、直径方向に対向するカム部分は同一のカム輪郭を有し、かつ各カム部分は入口円弧、吐出円弧および２つのシール円弧を画成する。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態においては、カムリングは、入口ポートから流体を受け入れるとともにその流体を各カム部分の入口円弧に分配するように配置され、かつ構成された複数の入口チャンバを有する。カムリングは、また、各カム部分の吐出円弧に連通するとともに内側ポンピングチャンバからの加圧された流体の吐出を容易にするように配置し、かつ構成された、複数の吐出チャンバを有する。
【００２３】
各ベーンスロットは、ロータの角度位置に応じて定まる低い圧力の流体を受け入れ若しくは高い圧力の加圧流体を吐出するベーン下ポケットを有することが、今のところ好ましい。加えて、特定の実施形態においては、ロータが軸線方向に延びる複数のベーン下流路を有しており、各ベーン下流路はコネクタ流路を介してベーン下ポケットに連通する。
【００２４】
各摩耗ディスクは、各ベーンスロットに関連したベーン下ポケットおよびベーン下流路の内部に流体を連通させる流路を有することが想像される。ベーン下ポケットの圧力は、ロータの角度位置に応じて定まる。好ましくは、入口円弧部分に配置されている間のロータのベーン下流路内の加圧流体はポンプ入口圧力にほぼ等しく、吐出円弧部分に配置されている間のロータのベーン下流路内の流体はポンプ吐出圧力にほぼ等しい。
【００２５】
本発明のベーンポンプの特定の構成は、４つのカム部分の吐出円弧から流体の流れを抜き取る流体流量調節システムを備える。流体流量調節システムは、４つ全てのカム部分の吐出円弧から流体が抜き取られて流体需要源への供給のために組み合わせられる第１の作動状態を有することが想像される。流体流量調節システムは、直径方向に対向する吐出円弧の第１の組から流体需要源への供給のために流体が抜き取られるとともに、直径方向に対向する吐出円弧の第２の組からの流体が流体需要源をバイパスして内側ポンピングチャンバに戻る第２の運転状態を有することができる。
【００２６】
本発明が向けられている流体ベーンポンプは、中でも、内側ポンピングチャンバを画成するポンプ本体と、内側ポンピングチャンバに流体が供給されるようにする入口ポートと、内側ポンピングチャンバから加圧された流体が吐出されるようにする少なくとも一つの吐出ポートとを備える。流体ベーンポンプは、内側ポンピングチャンバの中に配置されるとともに連続した周辺カム表面を画成するカムリングを備え、カムリングは複数の入口チャンバおよび吐出チャンバを画成する。入口チャンバは、入口ポートから流体を受け入れるとともに、その流体を内側ポンピングチャンバに分配するように配置され、かつ構成されている。吐出チャンバは、内側ポンピングチャンバに連通するとともに、内側ポンピングチャンバからの加圧された流体の吐出を容易にするように配置し、かつ構成されている。
【００２７】
ロータは、軸線周りの回転のために内側ポンピングチャンバの内部に取り付けられてポンプ軸を画成している。円周方向に間隔を開けて配置されるとともに半径方向に延びている複数のベーンは、ロータに形成されたスロットの内部に半径方向の動きのために取り付けられている。複数のベーンは、ロータの外周面とカム表面との間に延びて加圧流体を移動させる、円周方向に間隔を開けて配置された等しい数の容積チャンバを画成している。各ベーンスロットは、流体を連通させるベーン下ポケットを有している。ベーン下ポケットの内部の圧力は、ロータの角度位置に応じて定まる。
【００２８】
軸線方向に対向する第１および第２の摩耗ディスクが内側ポンピングチャンバの内部に配置されており、第１の摩耗ディスクは、カム表面の半径方向内側に配置された外周面を有するとともに、ロータおよびベーンの熱膨張に備えるべく、ロータの第１の端面に向けて軸線方向に付勢されている。第２の摩耗ディスクは、ロータの第２の端面に隣接して配置されている。好ましくは、各摩耗ディスクは、各ベーンスロットに関連したベーン下ポケットの内部に流体を連通させる流路を有している。ベーン下ポケットの圧力はロータの角度位置に応じて定まる。
【００２９】
本発明のこれらのおよび他の特徴および利点、かつ、それが組み立てられ使用される方法は、以下に記載されるいくつかの図面に関連してなされる本発明の好ましい実施形態の説明から当業者にとって容易に明らかとなる。
【００３０】
本発明に関係する当業者は、本発明の方法、装置およびシステムを如何にして作り、かつ用いるかを過度の実験なしに容易に理解するであろう。その好適な実施形態は、特定の図面を参照して以下に詳述される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従って構成された複数吐出口ポンプ組立体の斜視図。
【図２】図示の簡略化のために前方サイドプレートを取り除いた図１のポンプ組立体の分解斜視図。
【図３】図１のポンプ組立体に用いるカムリング、ロータ組立体、環状スペーサ、後方サイドプレートの分解斜視図。
【図４】図１のポンプ組立体に用いる後方サイドプレートの端面図。
【図５】図４中の破断線５−５に沿った後方サイドプレートの断面図。
【図６】図４中の破断線６−６に沿った後方サイドプレートの断面図。
【図７】前側固定摩耗プレート、ロータ組立体、カムリングおよび後側スライド摩耗プレートを示す図１のポンプ組立体の一部の分解斜視図。
【図８】図１のポンプ組立体に用いるロータ組立体の斜視図。
【図９】図８中の破断線９−９に沿ったロータ組立体の断面図。
【図１０】図１のポンプ組立体に用いるカムリングの斜視図。
【図１１】図１０のカムリングの端面図。
【図１２】図１のポンプ組立体に用いる後側浮動ディスクの斜視図。
【図１３】図１２の浮動摩耗ディスクの前方端面図。
【図１４】図１２の浮動摩耗ディスクの後方端面図。
【図１５】図１２の浮動摩耗ディスクの破断線１５−１５に沿った断面図。
【図１６】図７のポンプ組立体に用いる前側固定摩耗ディスクの斜視図。
【図１７】図１６の固定摩耗ディスクの前方端面図。
【図１８】図１６の固定摩耗ディスクの後方端面図。
【図１９】図１に示したポンプ組立体の断面図であり、ベーンがシール弧の中にあってベーン下キャビティがポンプ吐出通路に接続されている状態を示す図。
【図２０】図１９の破断線２０−２０に沿った図１に示したポンプ組立体の断面図。
【図２１】図１に示したポンプ組立体の破断線２１−２１に沿った断面図であり、ベーンが吐出斜面／弧の中にあってベーン上およびベーン下キャビティがポンプ吐出通路に接続された状態を示す図。
【図２２】図１に示したポンプ組立体の破断線２２−２２に沿った断面図であり、ベーンが吸込口斜面／弧の中にあってベーン上およびベーン下キャビティがポンプ吸込通路に接続された状態を示す図。
【図２３】ロータ組立体およびカムリングの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
当業者は、以下の本発明の詳細な説明を図面と併せて参照することにより、本発明に係るこれらの態様またはその他の態様を一層容易に理解できる。
【００３３】
本発明の装置、システムおよび方法の特定の実施形態の詳細な説明が本願明細書に開示されている。ここで理解されることは、開示された実施形態が本発明の特定の態様を実施できる単なる事例であり、かつ本発明を具体化する全てのやり方の網羅的なリストを示すものではないということである。本願明細書に記載されたシステム、装置および方法が、様々なかつ他の代替的な形態で具体化できることは理解される。図面は必ずしも正確な縮尺通りではなく、特定の構成要素の詳細を示すため、幾つかの特徴部分は誇張し若しくは最小化される。周知の部品、材料若しくは方法は、本開示が不明瞭となることを回避するために必ずしも詳細には記載されない。本願明細書に開示されている特定の構造的および機能的な詳細は、限定的なものとしてではなく、単に請求の範囲の基礎として、かつ本発明を様々に使用する当業者を教示するための代表的な基礎として解釈されるべきある。
【００３４】
記載を容易にするために、本発明の部品は直立した作動位置で記載され、かつ上側、下側、前方、後方、水平等の用語はこの位置に関連して用いられる。しかしながら、本発明の部品は、記載された配置以外の方向付けで製造し、貯蔵し、移動させ、使用し、かつ販売できることは理解されるべきである。
【００３５】
部品を描いている図面は、公知のかつ当業者が認めるいくつかの機械的な要素を示している。そのような要素の詳細な説明は、本発明の理解に無くてはならないものではなく、したがって本発明の新しい特徴の理解を容易にするために必要な程度で本願明細書に呈示されている。
【００３６】
ここで図面を参照すると、類似の参照符号は、本発明の類似の構成的特徴若しくは要素を特定している。図１に示されている本発明の流体静力学的にバランスした複数吐出口流体ベーンポンプの一実施形態は、参照符号１０で全般的に示されるとともに、カートリッジ組立ポンプ要素（図７中の品目９０）を備えている。このカートリッジ組立体９０は、再使用可能なハウジング（環状スペーサ１６）の内部にフィットするように構成されている。言い換えると、ポンプ要素９０は、摩耗し若しくは修理を必要とするときに容易に取り換えることができる。図２〜図１８は、ポンプ要素９０を形成する様々な部品を示し、かつ図１９〜図２３はポンプ組立体１０の様々な作動状態における断面図および立面図を示している。
【００３７】
ポンプ組立体１０は、このポンプ組立体１０の内部に低圧流体を受け入れる単一の入口ポート２４（図１９〜図２２を参照）を有している。ポンプ組立体１０は、また、このポンプ組立体１０から加圧流体を吐出するための４つの吐出ポート３０ａ〜３０ｄを有している。吐出ポート３０ａおよび３０ｃは、直径方向に互いに対向している。同様に、吐出ポート３０ｂおよび３０ｄは、直径方向に互いに対向している。通常は、２台のポンプのうちの１台につき３０ａ／３０ｃ若しくは３０ｂ／３０ｄが設けられている。
【００３８】
ポンプ組立体１０を通過することによって、低圧流体は高圧流体となり、直径方向に対向している吐出ポート３０ａ〜３０ｄのいずれか２つ若しくは吐出ポートの全てを通ってポンプ組立体を出る。低圧流体が入口ポート２４から内側ポンピングチャンバ４２に進み、加圧され、かつ吐出ポート３０ａ〜３０ｄに供給される状態は、以下に詳述される。吐出ポート３０ａ〜３０ｄを直径方向に対向させたことにより、ポンピングプロセスで発生する力はそれによって効果的にキャンセルされ、釣り合いがとれたポンプ組立体１０がもたらされる。
【００３９】
ポンプ組立体１０は、また、固定された前方および後方のサイドプレート８０ａ、８０ｂを備えており、それらは環状スペーサ１６によって互いに分離されている。入口ポート２４は、後方サイドプレート８０ｂに形成されている。吐出ポート３０ａ〜３０ｄは環状スペーサ１６に形成されている。
【００４０】
エンドプレート２２は、一連のボルト２７ａ〜２７ｆを用いて前方サイドプレート８０ａに固定されるとともに、駆動軸２８ａが通過してロータ組立体７０に取り付く軸線方向通路２６を画成している。前方および後方サイドプレート８０ａ、８０ｂは環状スペーサ１６とともに組み立てられ、カムリング９０、浮動サイド摩耗ディスク５０、固定サイド摩耗ディスク６０およびロータ組立体７０を収容する内側ポンピングチャンバ４２を形成している（図３を参照）。
【００４１】
図２を参照すると、内側ポンピングチャンバ４２の内側に収容されるとともに固定サイド摩耗ディスク６０に当接する前端部を有したロータ組立体７０およびカムリング９０を示すために、前方サイドプレート８０ａを取り除いたポンプ組立体１０の斜視図が示されている。図３の追加の分解斜視図においては、カムリング９０、固定サイド摩耗ディスク６０、浮動サイド摩耗ディスク５０およびロータ組立体７０が内側ポンピングチャンバ４２の内部から取り除かれている。
【００４２】
図８および図９に最も良く示されているロータ組立体７０は、内側ポンピングチャンバ４２内での軸線周りの回転のために駆動軸２８ｂに取り付けられている。ロータ組立体７０は、サイド摩耗ディスク５０／６０に関連付けられた２つのジャーナル軸受により、内側ポンピングチャンバ４２の内部に回転自在に支持されている。図１９に示したように、ロータドライブシャフト２８ｂは、前方サイドプレート８０ａの外側に延びる駆動軸２８ａに係合している。
【００４３】
ロータ組立体７０は、カムリング９０によって画成された（図１１に最も良く示されている）ポンピングチャンバ表面３５の内側に嵌合するロータ本体７１を有している。このロータ本体７１は、半径方向外側に作用して、通常は楕円形のポンピングチャンバ表面３５に接触する複数のベーン要素３６を有している。以下に詳述するように、複数の外周ベーンバケット若しくは容積チャンバ４４が、ロータ本体７１と、楕円形のポンピングチャンバ表面３５、ベーン組立体３６および摩耗ディスク５０／６０の間に形成されている（図２０を参照）。
【００４４】
各ベーン要素３６について、ロータ本体７１は、ベーン要素を摺動自在に受け入れるベーンスロット３８、軸線方向に延びるベーン下ポンピングポケット７３、および軸線方向に延びるベーン下ポンピング通路７５を有している。角度をつけられて半径方向に延びるコネクタ通路７７は、ベーン下ポンピングポケット７３とベーン下ポンピング通路７５との間で流体を連通させている。ベーン下ポンピングが発生する状態および本発明のベーン下ポンピング構造に関連した利点については、以下に説明する。
【００４５】
ここで、後方ハウジングプレート８０ｂのいくつかの図を提供する図４〜図６を参照する。前方および後方ハウジングプレート８０ａ／８０ｂの外側フランジに設けられた８つの貫通穴８２は、後方ハウジングプレート８０ｂおよび前方ハウジングプレート８０ａを通しボルトおよび付随するナットを用いて環状スペーサ１６に固定できるようにしている（図１を参照）。上述したように、ポンプ組立体１０の軸線方向の入口ポート２４は、後方サイドプレート８０ｂに形成されるとともに直径方向に対向して傾斜する入口チャネル８４に分岐している。これらの入口チャネル８４は、図３に見られるとともに以下に記載されるが、カムリング９０に形成された軸線方向に延びる４つの入口チャンバ９２に入ってきた流体を分配するように配置され、かつ構成されている。
【００４６】
ここで図１０および図１１を参照すると、軸線方向に延びる入口チャンバ９２に加えて、カムリング９０は、軸線方向に延びる吐出チャンバ９４を画成している。さらに、カムリング９０の外周９６は、複数のアクセススロット１０８を有しているが、それらはカムリング９０の内壁１０２を通ってポンピングチャンバ表面３５へと半径方向に延びるポート１０４／１０６の形成を可能にするために用いられる。ポート１０４は、入口チャンバ９２から半径方向内側に延びており、かつポート１０６は吐出チャンバ９４から半径方向内側に延びている。流れポート１０４／１０６の目的は以下に説明される。
【００４７】
カムリング９０には、多数のシール溝が設けられている。例えば、カムリング１２の外周９６は複数のシール溝９８を有しているが、それらは直線状のシール要素を受け入れるべく適合されかつ構成されている。カムリング９０の各端部は円形のシール溝９９を有しており、かつポンピングチャンバ表面３５は、前方および後方の外周シール溝９７を有している。当業者は、シール溝９７／９８／９９に挿入されるシールが、ポンプ組立体１０の全体にわたってクロスポート漏れを防止するように設計されていることを理解する。
【００４８】
ここで図１２〜図１５を参照すると、浮動摩耗ディスク５０が描かれている。図１９に示したように、カムリングの外側に配置されかつカムリングの端部に隣接して固定的に配置される先行技術の摩耗ディスクとは異なり、この浮動摩耗ディスク５０は、その全体がカムリング９０の内側輪郭の内部に配置されるとともに、軸線方向にスライドするように適合されて作動の間におけるロータ組立体の熱膨張を許容する。しかしながら、クロスポート漏れを防止するために摩耗ディスクとロータとの間の軸線方向隙間を最小化しなければならない従来装置とは異なり、このポンプ組立体１０においてシールされなければならないのは、浮動摩耗ディスク５０とポンピングチャンバ表面３５との間の円周方向隙間である。この円周方向隙間はポンプが作動する間における熱膨張の影響をそれほど受けないので、この位置にシールを維持することは、より容易である。
【００４９】
カムリング９０と同様に、浮動摩耗ディスク５０は、流体をポンプ組立体１０に連通させる複数の流体ポートを有している。例えば、浮動摩耗ディスク５０の外周から延びる８つの半径方向孔５２が設けられている。これらの半径方向孔５２の内の４つは軸線方向に延びる４つの吐出口流体ポート５４に接続され、他の４つの半径方向孔５２は軸線方向に延びる４つの入口流体ポート５６に接続されている。後に詳述するように、吐出口流体ポート５４は、加圧されて吐出される流体がベーン下スロットおよびベーン下流路に供給されてベーン下ポンピングに用いられるようにし、入口流体ポート５６は、低圧で流入する流体がベーン下スロットおよびベーン下流路に供給されてベーン下ポンピングに用いられるようにする。
【００５０】
浮動摩耗ディスク５０に設けられているジャーナル軸受５８は、ポンピングチャンバ５２の内側でロータ組立体７０の一端を支持している。４つのシール溝５３は、浮動摩耗ディスク５０の後面に設けられて端面シールを受け入れるように構成されている。加えて、８つのばねキャビティ５５が浮動摩耗ディスク５０の後面に形成され、浮動摩耗ディスク５０をロータ組立体７０の方向に押し付けるばね要素若しくは付勢機構を収容している。さらに、小さな孔５９が各吐出流体ポート５４から浮動摩耗ディスク５０の後面に延びている。その結果、加圧された吐出流体が浮動摩耗ディスク５０の後面に供給され、浮動摩耗ディスク５０をロータ組立体７０の方向にさらに押圧／付勢する。シール溝５３の構造および位置は、浮動摩耗ディスク５０をロータ組立体７０の方向に押圧する加圧吐出流体が作用する負荷領域を画成している。その結果、摩耗ディスク５０の後面に付加される圧力の合計は、吐出流体が作用する荷重領域を調整することによって調整できる。
【００５１】
ここで図１６〜図１８を参照すると、ここに本発明のポンプ組立体１０に用いる固定サイド摩耗ディスク６０が描かれている。浮動摩耗ディスク５０と同様に、この固定サイド摩耗ディスク６０は、ジャーナル軸受６８および複数の半径方向孔６２を有している。軸線方向に延びている４つの吐出流体ポート６４は半径方向孔６２のうちの４つに連通し、半径方向に延びる４つの入口流体ポート６６は残りの４つの半径方向孔６２に連通している。浮動摩耗ディスク５０と同様に、吐出流体ポート６４および入口流体ポート６６はベーン下ポンピング用に流体を供給するために用いられる。
【００５２】
固定サイド摩耗ディスク６０の後面は、円形の圧力リリーフ溝６７ａ／６７ｂと半径方向に延びる４つの圧力リリーフ溝６９ａ〜６９ｄを有している。ここで留意されるべきことは、浮動サイド摩耗ディスクおよび固定サイド摩耗ディスク５０／６０が、カムリング９０に対して回転することを防止するためのピンを受け入れる長穴を有していることである。
【００５３】
ここで図１９〜図２３を参照すると、ここにポンプ組立体１０に用いる部品の配置とポンプ組立体１０が作動して入口流体の圧力を高めるやり方が図示されている。作動の際には、流体が入口ポート２４に受け入れられ、４つの入口チャンネル８４に進路が変更される。４つの入口チャンネル８４は、カムリング９０に形成されて軸線方向に延びる４つの入口チャンバ９２に流体を供給する。入口チャンバ９２からの流体は、半径方向に延びる入口ポート１０４を通って半径方向内側に導かれる。２つの端部ポート１０４が摩耗ディスク５０／６０に形成されている４つの半径方向孔５２／６２に流体をそれぞれ供給すると、この流体はベーン下ポンピングに用いられる。カムリング９０に形成されている残りのポート１０４を通って進む流体は、図２３に示されている４つの入口円弧領域「Ｉ」にあるベーンバケット４４に供給される。ロータ組立体７０が回転すると流体は移動し、カムリング９０に形成された最も内側のポート１０６を通って吐出円弧領域「Ｄ」にあるベーンバケット４４から出るとともに、軸線方向に延びる４つの吐出チャンバ９４に受け入れられる。吐出チャンバ９４に収容された加圧流体の一部は、半径方向孔５２／６２を介して摩耗ディスク５０／６０の吐出流体ポート５４／６４に供給され、ベーン下ポンピングに用いられる。カムリング９０に形成されて軸線方向に延びている４つの吐出チャンバ９４に収容された残りの加圧流体は、ポンプ組立体１０の４つの吐出ポート３０ａ〜３０ｄに供給される。
【００５４】
図１９は図１に示したポンプ組立体の断面図であり、ここにベーン３６がシール円弧「Ｓ」内にあるときには、ベーン下スロット７５およびベーン下流路７３が摩耗ディスク５０／６０およびカムリング９０に形成されたポンプ放出通路に接続されることを示している。図２０は、図１に示したポンプ組立体１０の図１９中の破断線２０−２０に沿った断面図である。
【００５５】
図２１は、図１に示したポンプ組立体１０の断面図であり、ここにベーン３６が吐出斜面／円弧「Ｄ」内にあるときに、ベーン上キャビティ４４およびベーン下キャビティ７３／７５／７７が、摩耗ディスク５０／６０およびカムリング９０に形成されたポンプ吐出流路に接続されることを示している。
【００５６】
最後に、図２２は、図１に示したポンプ組立体１０の断面図であり、ここにベーン３６が入口斜面／円弧「Ｉ」内にあるときには、ベーン上およびベーン下キャビティが、摩耗ディスク５０／６０およびカムリング９０に形成されたポンプ入口流路に接続されることを示している。
【００５７】
典型的に、従来技術のベーンポンプにおける摩耗ディスクは、ポンピングチャンバの内側に固定的に取り付けられて、カムリングおよびロータブレードの軸線方向の端部に当接している。これらの図に示したように、前方サイド摩耗ディスク５０は、カムリング９０により画成されたポンピングチャンバ表面３５の内側で半径方向に配置される浮動摩耗ディスクである。
【００５８】
すでに開示されたベーンポンプの設計は、摩耗ディスクとロータとの間に固定された軸線方向隙間を有している。さらに、ロータ／ベーンの両側にある摩耗プレート／ディスクは固定されている。固定された軸線方向隙間の設計においては、ロータおよびベーンの自由な熱膨張を考慮すると、ロータが長くなるほど、より大きな軸線方向隙間が必要となる。運転温度が高いと、ロータと摩耗ディスクとの間で利用可能な隙間の大きさは、ロータ／ベーンの膨張によって大幅に減少し得る。その結果、軸線方向隙間が十分でないと、ロータ端部に機械的な摩損および早期の摩耗が発生し得る。
【００５９】
更に、先に説明したように、上述の固定された軸線方向隙間によってクロスポート漏れが発生する。過剰な漏れは、ポンプ作動圧が高いときに生じる。この漏れは、ポンプの著しいエネルギ損失に加えて、ポンプの最低許容作動速度に対し重大な影響がある。言い換えると、ポンプは、入力速度が低いと、内部循環する過剰なクロスポート漏れによって吐出流量がほとんど若しくは全く無くなる。
【００６０】
したがって、ベーンポンプは、少なくとも一つの圧力補償式サイド摩耗ディスクを有することが好ましい。本発明においては、ポンプが作動する間、サイド摩耗ディスク５０は圧力差によって、摩耗ディスクをロータ／ベーン（回転グループ）へと密に押圧する正味の締付力を受ける。この正味の力は、浮動摩耗ディスク５０のうちロータ７０に対向する側の後面に作用する、機械的なばね力および／または流体圧力に由来する。通常、作動圧力が高くなるほど正味の締付力も高くなる。設計が良好なポンプにおいては、この締付力は軸線方向の隙間を閉じるとともに、ロータと摩耗ディスクとの間の油膜を互いに接近して回転する２つの部品の間の機械的な接触が無い最小限の膜厚へと押しつぶす。
【００６１】
上述した正味の付勢力の結果として、浮動摩耗ディスク５０がカムリング９０の内部で自由に動けるようにするため、摩耗ディスク５０の外形は、カムリング９０の内側ポンピングチャンバ表面３５の形状と（自由な相対動きのための十分な半径方向隙間を有しつつ）概ね同一である。これより、浮動摩耗ディスク５０は、カムリングの内径３５と同様に精密な製造を必要とする。
【００６２】
典型的に、単一バランス（二重アクション）固定容積ベーンポンプにおいては、カムリングの内側ポンピングチャンバ表面の形状は楕円形である。図２３に示したように、本発明においては、同一のポンピング要素が２つの釣合が取れたポンプを有しているので、内側ポンピングチャンバ表面３５の断面形状はほぼ円形である。摩耗ディスクとカム輪郭の適切な方向づけを確保するために、芯合せピンを用いることができる。
【００６３】
コストの心配がない場合に、固定サイド摩耗ディスク６０を浮動摩耗ディスクとし得ることは、当業者が容易に理解するところである。好ましくは、両方のディスク５０／６０は重量低減のために鋼、アルミニウムまたは他の軽量な材料から製造されるとともに、摩耗表面（ロータ側）に付加された硬いコーティング層を有する。ここでまた理解されるべきことは、浮動摩耗ディスク５０の後面が対応するポンプ吐出圧力に常に接続されていることである。
【００６４】
ロータが回転するときに、ベーンとカムリングの内側表面との接触が保たれることが期待される。カムリングの内側表面の半径は、異なる角度位置において変化するので、ピストンして振る舞う各ベーンは、ロータベーン溝の内部でスライドしてロータから出没する。ベーンのこの半径方向動きは、その下側にあるキャビティに流体を出入りさせる。各ベーンを容積式ピストンポンプとして機能させるためにはポーティング装置が必要である。このポーティング装置は、キャビティ容積が増加するときには、ベーン下のポンプ流路をポンプ入口圧力に接続し、これとは反対にバケット容積が減少するときには、ベーン下のポンプ流路がそれに対応するポンプ吐出ラインに接続されることを確保する。
【００６５】
従来のベーンポンプには、通常、ベーン下キャビティを、それに対応するベーン上容積チャンバに直接接続する流路が組み込まれている。これにより、ベーン下キャビティは、それらに対応するベーン上容積チャンバとしてポンプの入口および吐出ポートに同時に接続できる。それらの流れ流路は、ロータの内側にあることができるし、若しくはロータとサイド摩耗プレートとの間にインターフェイスを用いることもできる。従来設計の短所は、ポンプがきわめて高い速度で作動するときに、流路に沿った若しくは流路を介したかなりの動的圧力の損失があり、かつこれらの領域にキャビテーション侵食が生じることである。
【００６６】
ベーンポンプ組立体１０は、（ベーン上の）各ポンプの入口および吐出ポートを、それに対応するベーン下キャビティに接続する別個のポーティング機構を提供する。キャビティ容積が増加するときに、それはポンプ入口圧力に接続される。キャビティ容積が減少するときに、それは対応する吐出ラインに接続される。
【００６７】
（ポンプ組立体１０においては全体で１６個の）ベーン上の容積チャンバは、ベーン／カムの密封により分離されている。図１９に示したように、ベーン３６がシール円弧「Ｓ」（入口ポートと吐出ポートの間に配置されたカムリングの輪郭の半径が一定の部分）をなでるときには、そのベーン下流路７３およびベーン下スロット／ポケット７５は、ベーン３６がベーン下の流体圧力によって押し出されることを保証するために、ポンプ吐出圧力ポートに接続される。ベーン３６が入口斜面「Ｉ」をなでるときは、図２２に示したように、そのベーン下流路７３およびベーン下スロット７５は入口圧力に接続される。ベーン３６が吐出斜面をなでるときは、図２１に示したように、そのベーン下流路７３およびベーン下スロット７５は、それに対応する排出ラインに接続される。その結果、摩耗ディスク上の圧力ポートは、吐出ポート５４／６４の円周方向において入口ポート５６／６６より長くなる。
【００６８】
先に説明したように、摩耗ディスク５０／６０の外側表面には半径方向孔５２／６２がある。それらの半径方向孔５２／６２は、（ベーン下でのポンプポーティングのための）ベーン下流路７３およびベーン下スロット７５を、カムリング９０に一体化されているポンプの入口ライン９２および吐出ライン９４に接続するために用いられる。
【００６９】
ベーンは、ベーン下キャビティの流体を極めて速い速度でポンピングする。ベーン下キャビティおよび流路における抵抗力に起因する過剰な圧力の立ち上り若しくは減圧を回避するために、ベーン下キャビティをポンプシステムのポート若しくはベーン上の容積チャンバに接続するための軸線方向スロットを１つだけ有している従来の設計とは異なり、ポンプ組立体１０は、１つのベーン下ポンプ要素のためにベーン下流路７３およびベーン下スロット７５を有している。この構造は、ベーン下キャビティおよび流路内の圧力損失を減少させる。
【００７０】
外側の軸線方向スロット７５が、第１の、かつ内側の軸線方向流路７３が第２の、ベーン下キャビティおよびポンプポートに対する接続部である。第２の流路７３は、多くの半径方向接続流路７７を介してロータ内部の第１のスロットに接続されている。それらの半径方向接続流路７７は、ある角度に傾斜して合流する流れのエネルギ損失を減少させている。
【００７１】
容易に理解されるように、ポンプ組立体１０は分割吐出ポンプであり、かつ別々の４台のポンプから構成された本質的にメインの燃料ポンプである。各ポンプは、ベーン上容積チャンバおよびベーン下容積チャンバから流れを吐出できる。全ての容積チャンバは、それらの容積が増大するときには入口ラインに接続され、かつそれらの容積が減少するときにはポンプ吐出ラインに接続されることを保証するために、別々のタイムリーなポーティングを必要とする。
【００７２】
先に説明したように、カムリング９０は、ポンプ入口２４（４つのポンプが同一のポンプ入口をともに有している）から流体を受け入れるように設計されているとともに、ベーン上容積チャンバのためのポーティングを実行しながら、摩耗ディスクの入口ポート５６／６６へとその流体を運ぶ。加えて、摩耗プレート５６／６０から吐出流れを受け入れるとともに、その流れを対応するベーン上の吐出流れと組み合わせ、かつカムリングの４つの対応する吐出ポート９４のうちの１つからの吐出流として供給する。
【００７３】
ベーン上ポーティングにおける最小限のタイミングエラーを保証するために、カムリングの内側表面上にあるポートの角度位置はきわめて重要で精密な製造を必要とする。製造コストを低減するために、これらのポートはカムリング９０の外側表面から機械加工される。カムリングがそのハウジング／環状スペーサ１６に挿入されるときに、外側表面上のいくつかの構造開口が環状スペーサ１６の内側表面によって、覆われる。先に議論したように、カムリングとハウジングとの間の円周方向のクロスポート漏れをシールするために、複数のシール紐が用いられる。
【００７４】
カムリング９０が、製造を容易にするために複数の部分を有した異なる設計とし得ることは、当業者が容易に理解するところである。例えば、硬化させたスリーブ／リングをベーンが滑動する摩耗表面として用いるとともに、流れポートを含む別個のブロックに挿入し、それによって、カムの滑り面および流路の製造を容易にすることができる。
【００７５】
さらに、従来技術のベーンポンプの構造とは異なり、本発明のベーンポンプ組立体１０は、軸線方向に配向された一つの入口ポート２４と、半径方向に配向された複数の吐出ポート３０ａ〜３０ｄとを有している。この分割吐出ベーンポンプには、全体で４つのベーンポンプがある。全ての４つのポンプが、同一のポンプ入口容積をとも有している。各ポンプのベーン上容積チャンバが、カムリング内に流れを吐出する。そこでは、その流れは、それに対応するベーン下キャビティからの流れと合流する。次いで、ポンプの吐出ポートからの全流量がポンプから消費される。各ポンプに１つずつ、全体で４つの吐出ポートがある。
【００７６】
２つのバランスが取れた二重動作ベーンポンプを形成するために、主ポンプの対角線の反対側にある２つの吐出ポートからの流れは、外部配管によって、組み合わせることができる。あるいは、２つのポートは、米国特許出願公開第２０１０／０３１６５０７号公報（その開示は引用したものとする）に開示されているように、設計により、必要な制御弁とともに、メインポンプハウジングの内部で接続できる。
【００７７】
本発明を好適な実施形態に関して説明してきたが、添付の請求の範囲によって、定められる本発明の精神および範囲から逸脱することなく、変更および修正をなし得ることは、当業者が容易に理解するところである。
【符号の説明】
【００７８】
１０  ポンプ組立体
１６  環状スペーサ
５０  浮動摩耗ディスク
６０  固定摩耗ディスク
７０  ロータ組立体
８０ａ  前方サイドプレート
８０ｂ  後方サイドプレート
９０  ポンプ要素
【図１】
2013127249.tif 000003
【図２】
2013127249.tif 000004
【図３】
2013127249.tif 000005
【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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