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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidrotationsmaschine, die
enthält:
ein Gehäuse,
einen Rotor, der in dem Gehäuse
drehbar gelagert ist, ein erstes Arbeitsteil und ein zweites Arbeitsteil,
die in dem Rotor vorgesehen sind, sowie ein Eingabe/Ausgabesteuermittel
zum Steuern/Regeln der Eingabe und Ausgabe von Arbeitsmedium von
und zu dem ersten Arbeitsteil und dem zweiten Arbeitsteil, wobei das
Eingabe/Ausgabesteuermittel zwischen dem Gehäuse und dem Rotor vorgesehen
ist.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Aus
dem US Patent Nr. 5,062,267 ist ein hydrostatisches Getriebe bekannt,
worin eine radial äußere Axialkolbenpumpe,
die an einem Gehäuse
befestigt ist, koaxial zu einem radial inneren Axialkolbenmotor
angeordnet ist, der an einem Rotor vorgesehen ist, der in dem Gehäuse drehbar
gelagert ist, und durch Führung
des Kolbens der Axialkolbenpumpe und des Kolbens des Axialkolbenmotors
durch separate Taumelscheiben wird der Axialkolbenmotor, der mit
einer Ausgangswelle verbunden ist, durch Arbeitsöl angetrieben, das von einer
mit einer Eingangswelle verbundenen Axialkolbenpumpe ausgegeben
wird, um hierdurch die Drehung der Eingangswelle über die
Ausgangswelle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit auszugeben.
Dieses hydrostatische Getriebe hat ein Rotationsventil zum Umschalten
von Öldurchgängen in
Antwort auf die Drehung des Rotors, wobei das Rotationsventil zwischen
der Axialkolbenpumpe und dem Axialkolbenmotor vorgesehen ist.
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Wenn
in einem Expander etc., in dem Dampf mit hoher Temperatur und hohem
Druck als Arbeitsmedium verwendet wird, in einem Fall, wo z.B. mehrere
Sätze von
Arbeitsteilen, die Gruppen von Axialkolbenzylindern sind, vorgesehen
sind und die Ausgaben davon vereinigt und über eine gemeinsame Ausgangswelle
ausgegeben werden, Dampfeingabe/ausgabesteuermittel so vorgesehen
sind, dass sie jeweils den Gruppen von Axialkolbenzylindern entsprechen,
dann sind mehrere Eingabe/Ausgabesteuermittel erforderlich, wodurch
die Abmessungen des Expanders zunehmen, was ein Problem ist.
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Aus
der JP-A-10-184532 ist eine Fluidrotationsmaschine mit mehreren
Arbeitsteilen in einem gemeinsamen Rotor bekannt, die durch Ventile
mit flachen Seitenoberflächen
bedient werden. Dort haben alle Ventile flache Gleitoberflächen, die
zur Achse der Hauptwelle orthogonal sind.
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Die
GB-A-240 107 zeigt eine Fluidmaschine mit einem Rotationsventilsystem,
worin das Hochdruckfluid von dem Haupteinlass 19 axial
zugeführt wird,
dann radial über
einen Kanal 201 in die Hochdruckkolben, dann radial zurück zur Mittelkammer 24 und
quer in die Niederdruckkolben hinein. Somit ist es aus dieser Druckschrift
bekannt, eine zylindrische Oberfläche zur Bildung des Ventils
zu verwenden.
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Die
GB-A-980 837 zeigt eine Anordnung, in der die Rotations-Verteilerventilanordnung 111 so
angeordnet ist, dass Gleitflächen
des inneren Zylindersatzes zur Achse orthogonal sind, und die Gleitflächen des äußeren Zylindersatzes
zylindrisch sind. Dort ist der Verteiler 111 in einem Raum
untergebracht, der innerhalb eines Gehäuses 105 definiert ist,
und dieser Raum ist nicht so ausgebildet, dass er zu einer Endoberfläche des
Gehäuses 105 offen
ist. Wenn der Verteiler 111 herausgenommen werden soll,
muss das Gehäuse 105 in
Teile zerlegt werden, indem Bolzen gelöst werden, nachdem das außerhalb
des Gehäuses 105 vorgesehene
Gehäuse
zerlegt ist.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände erreicht
worden, und ihre Aufgabe ist es, eine Fluid-Rotationsmaschine bereitzustellen,
die erste und zweite Arbeitsteile enthält, wobei die Größe des Eingabe/Ausgabesteuermittels
zum Steuern/Regeln der Eingabe und Ausgabe von Arbeitsmedium zu
und von den zwei Arbeitsteilen reduziert werden kann, und die eine
leichte Wartung und/oder einen leichten Ersatz des Eingabe/Ausgabesteuermittels
erlaubt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Fluid-Rotationsmaschine
vorgeschlagen, umfassend: ein Gehäuse; einen Rotor, der in dem
Gehäuse drehbar
gelagert ist und mit einer Ausgangswelle verbunden ist, die sich
von einem entgegengesetzter axialer Enden des Gehäuses erstreckt;
eine erste Gruppe von Axialkolbenzylindern und eine zweite Gruppe
von Axialkolbenzylindern, die in dem Rotor vorgesehen sind, wobei
die Zylinder zu dem einen axialen Ende des Gehäuses offen sind; und ein Eingabe/Ausgabesteuermittel
zum Steuern/Regeln der Eingabe und Ausgabe eines Arbeitsmediums
zu und von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern und der zweiten
Gruppe von Axialkolbenzylindern, wobei das Eingabe/Ausgabesteuermittel
zwischen dem Gehäuse
und dem Rotor vorgesehen ist; worin das Eingabe/Ausgabesteuermittel
gebildet ist aus einem ersten Rotationsventil, das eine zur Rotationsachse
des Rotors orthogonale flache Gleitoberfläche aufweist und die Eingabe
und Ausgabe des Arbeitsmediums zu und von der ersten Gruppe von
Axialkolbenzylindern steuert/regelt, und einem zweiten Rotationsventil,
das eine an der Rotationsachse des Rotors zentrierte zylindrische
Gleitoberfläche
aufweist und die Eingabe und Ausgabe des Arbeitsmediums zu und von
der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern steuert/regelt, und
dass eine Ausnehmung in dem Rotor so vorgesehen ist, das sie die
Rotationsachse des Rotors umgibt und an einer Endfläche des
Rotors um das andere axiale Ende des Gehäuses herum offen ist, und das
Eingabe/Ausgabesteuermittel zumindest teilweise in der Ausnehmung
aufgenommen ist.
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Da
gemäß dieser
Anordnung das Eingabe/Ausgabesteuermittel zum Steuern/Regeln der Eingabe
und Ausgabe des Arbeitsmediums zu und von der ersten und zweiten
Gruppe von Axialkolbenzylindern der Fluid-Rotationsmaschine gebildet ist aus dem
ersten Rotationsventil, das eine zur Rotationsachse des Rotors orthogonale
flache Gleitoberfläche
aufweist und mit der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern verbunden
ist, und dem zweiten Rotationsventil, das eine zylindrische Gleitoberfläche aufweist,
die zur Rotationsachse des Rotors zentriert ist und mit der zweiten
Gruppe von Axialkolbenzylindern verbunden ist, ist es möglich, die
Eingabe und Ausgabe des Arbeitsmediums zu und von der ersten und
zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern durch das gemeinsame Eingabe/Ausgabesteuermittel
zu steuern/zu regeln, und die Größe der Fluid-Rotationsmaschine
kann reduziert werden im Vergleich zu einem Fall, in dem separate
Eingabe/Ausgabesteuermittel in der ersten und zweiten Gruppe von
Axialkolbenzylindern vorgesehen sind.
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Da
das Eingabe/Ausgabesteuermittel in der Ausnehmung vorgesehen ist,
die zur Endoberfläche des
Rotors offen ist, kann die Wartung und/oder der Ersatz des Steuermittels
sehr leicht durchgeführt werden.
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Ferner
wird gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zusäztlich zum ersten Aspekt, eine
Fluid-Rotationsmaschine vorgeschlagen, worin das erste Rotationsventil
die Eingabe und Ausgabe von Hochdruckarbeitsmedium steuert/regelt,
und das zweite Rotationsventil die Eingabe und Ausgabe von Niederdruckarbeitsmedium
steuert/regelt.
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Da
gemäß dieser
Anordnung das erste Rotationsventil, das die zur Rotationsachse
des Rotors orthogonale flache Gleitoberfläche aufweist, exzellente Dichteigenschaften
für das
Arbeitsmedium hat, kann durch Steuern/Regeln der Eingabe und Ausgabe
des Hochdruckarbeitsmediums durch das erste Rotationsventil eine
Leckage des Arbeitsmediums minimiert werden. Obwohl ferner im Vergleich
zum ersten Rotationsventil das zweite Rotationsventil, das die zur
Rotationsachse des Rotors zentrierte zylindrische Gleitoberfläche aufweist,
etwas schlechtere Abdichteigenschaften für das Arbeitsmedium hat, kann, da
das Arbeitsmedium, dessen Eingabe und Ausgabe durch das zweite Rotationsventil
bei niedrigem Druck gesteuert/geregelt wird, die Leckage des Arbeitsmediums
auf ein praktisch akzeptables Maß gesenkt werden, indem ein
vorbestimmter Zwischenraum belassen wird.
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Ferner
wird gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum ersten oder zweiten
Aspekt, eine Fluid-Rotationsmaschine vorgeschlagen, worin das erste
Rotationsventil die Eingabe und Ausgabe von Hochtemperaturarbeitsmedium
steuert/regelt, und das zweite Rotationsventil die Eingabe und Ausgabe
von Niedertemperaturarbeitsmedium steuert/regelt.
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Da
gemäß dieser
Anordnung das erste Rotationsventil und das zweite Rotationsventil
die Eingabe und Ausgabe von Hochtemperaturarbeitsmedium bzw. Niedertemperaturarbeitsmedium
steuern/regeln, kann nicht nur eine Temperaturabnahme reduziert
werden, indem die Strömungswege
für das Hochtemperaturarbeitsmedium
und das Niedertemperaturarbeitsmedium nahe zusammen gelegt werden,
sondern es ist auch möglich,
eine Verschlechterung eines Dichtungsteils des Strömungswegs
für das
Hochtemperaturarbeitsmedium zu verhindern, indem das Dichtungsteil
mit dem Niedertemperaturarbeitsmedium gekühlt wird.
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Ein
Rotationsventil 61 der Ausführungen entspricht dem Eingabe/Ausgabesteuermittel
der vorliegenden Erfindung, eine stationäre Ventilplatte 63 und eine
bewegliche Ventilplatte 64 der Ausführungen entspricht dem ersten
Rotationsventil der vorliegenden Erfindung, und ein Rotor 27 und
Gleitelement 70 der Ausführungen entsprechen dem zweiten
Rotationsventil der vorliegenden Erfindung.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 bis 18 stellen
eine erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung dar; 1 ist eine vertikale
Schnittansicht eines Expanders; 2 ist eine
Schnittansicht entlang Linie 2-2 in 1; 3 ist
eine vergrößerte Ansicht
von Teil 3 in 1; 4 ist eine
vergrößerte Schnittansicht
von Teil 4 in 1 (Schnittansicht entlang Linie
4-4 in 8); 5 ist eine Ansicht von der gepfeilten
Linie 5-5 in 4; 6 ist eine
Ansicht von der gepfeilten Linie 6-6 in 4; 7 ist
eine Schnittansicht entlang Linie 7-7 in 4; 8 ist
eine Schnittansicht entlang Linie 8-8 in 4; 9 ist
eine Schnittansicht entlang Linie 9-9 in 4; 10 ist
eine Ansicht von der gepfeilten Linie 10-10 in 1; 11 ist
eine Ansicht von der gepfeilten Linie 11-11 in 1; 12 ist eine
Schnittansicht entlang Linie 12-12 in 10; 13 ist
eine Schnittansicht entlang Linie 13-13 in 11; 14 ist
eine Schnittansicht entlang Linie 14-14 in 10; 15 ist
ein Graph, der Drehmomentschwankungen einer Ausgangswelle zeigt; 15 ist
ein Erläuterungsdiagramm,
das den Betrieb eines Einlasssystems einer Hochdruckstufe zeigt; 17 ist
ein Erläuterungsdiagramm,
das den Betrieb eines Ausgabesystems der Hochdruckstufe und eines
Einlasssystems einer Niederdruckstufe zeigt; und 18 ist
ein Erläuterungsdiagramm,
das den Betrieb eines Ausgabesystems der Niederdruckstufe zeigt.
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19 entspricht 6 und
stellt eine zweite Ausführung
der vorliegenden Erfindung dar.
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20 entspricht 6 und
stellt eine dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung dar.
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21 entspricht 6 und
stellt eine vierte Ausführung
der vorliegenden Erfindung dar.
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BESTE ART
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Die
erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf 1 bis 18 erläutert.
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Wie
in 1 bis 3 gezeigt, ist eine Fluid-Rotationsmaschine
der vorliegenden Erfindung z.B. ein Expander M, der in einem Rankine-Zyklussystem verwendet
wird, und die thermische Energie und Druckenergie von Dampf mit
hoher Temperatur und hohem Druck als Arbeitsmedium werden in mechanische
Energie umgewandelt und ausgegeben. Ein Gehäuse 11 des Expanders
M ist gebildet aus einem Gehäusehauptkörper 12,
einem vorderen Deckel 15, der über eine Dichtung 13 in
einer vorderen Öffnung
des Gehäusehauptkörpers 12 eingesetzt
ist und damit über
eine Mehrzahl von Bolzen 14 verbunden ist, sowie einem
hinteren Deckel 18, der über eine Dichtung 16 über eine
hintere Öffnung
des Gehäusehauptkörpers 12 eingesetzt
und damit über eine
Mehrzahl von Bolzen 17 verbunden ist. Eine Ölwanne 19 stützt sich
gegen eine untere Öffnung
des Gehäusehauptkörpers 12 über eine
Dichtung 20 ab und ist damit über eine Mehrzahl von Bolzen 21 verbunden.
Ferner ist eine Lüftungskammertrennwand 23 auf
eine Oberseite des Gehäusehauptkörpers 12 über eine
Dichtung 22 aufgesetzt (siehe 12), ein Lüftungskammerdeckel 25 ist
ferner auf eine Oberseite der Lüftungskammertrennwand 23 über eine Dichtung 24 aufgesetzt,
und sie sind aneinander an dem Gehäusehauptkörper 12 mitels einer
Mehrzahl von Bolzen 26 gesichert.
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Ein
Rotor 27 und eine Ausgangswelle 28, die sich um
eine Achse L herum drehen können,
die sich in der Längsrichtung
in der Mitte des Gehäuses 11 erstreckt,
sind durch Schweißung
miteinander vereinigt. Ein hinterer Teil des Rotors 27 ist
in dem Gehäusehauptkörper 12 über ein
Schrägkugellager 29 und eine
Dichtung 30 drehbar gelagert, und ein vorderer Teil der
Ausgangswelle 28 ist in dem vorderen Deckel 15 über ein
Schrägkugellager 31 und
eine Dichtung 32 drehbar gelagert. Ein Taumelscheibenhalter 36 ist über zwei
Dichtungen 33 und 34 und einen Passstift 35 in
eine Rückseite
des vorderen Deckels 15 eingesetzt und daran über eine
Mehrzahl von Bolzen 37 befestigt, und eine Taumelscheibe 39 ist
in dem Taumelscheibenhalter 36 über ein Schrägkugellager 38 drehbar
gelagert. Die Drehachse der Taumelscheibe 39 ist relativ
zur Achse L des Rotors 27 und der Ausgangswelle 28 geneigt,
und der Neigungswinkel ist fest.
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Sieben
Buchsen 41, die aus von dem Rotor 27 separaten
Elementen gebildet sind, sind in dem Rotor 27 so angeordnet,
dass sie die Achse L in der Umfangsrichtung mit gleichen Intervallen
umgeben. Hochdruckkolben 43 sind in Hochdruckzylinder 42 gleitend
eingesetzt, die an Innenumfängen
der Buchsen 41 ausgebildet sind, die durch Buchsentragbohrungen 27a des
Rotors 27 gehalten werden. Halbkugelförmige Teile der Hochdruckkolben 43,
die von den vorderen Endöffnungen
der Hochdruckzylinder 42 vorstehen, stützen sich gegen sieben Pfannen 39a,
die in einer Rückseite
der Taumelscheibe 39 vertieft sind, ab und drücken gegen
diese. Wärmebeständige Metalldichtungen 44 sind
zwischen die hinteren Enden der Buchsen 41 und die Buchsentragbohrungen 27a des
Rotors 27 eingesetzt, und eine einzige Stellplatte 45,
die die Vorderenden der Buchsen 41 in diesem Zustand hält, ist
mittels einer Mehrzahl von Bolzen 46 an einer Vorderfläche des
Rotors 27 befestigt. Die Buchsentragbohrungen 27a haben in
der Nähe
ihrer Basen einen etwas größeren Durchmesser,
um hierdurch einen Spalt α (siehe 3) zwischen
sich selbst und den Außenumfängen der Buchsen 41 zu
bilden.
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Die
Hochdruckkolben 43 enthalten Druckringe 47 und Ölringe 48 zum
Abdichten der Gleitoberflächen
mit den Hochdruckzylindern 42, und der Gleitbereich der
Druckringe 47 und der Gleitbereich der Ölringe 48 sind so
eingestellt, dass sie einander nicht überlappen. Wenn die Hochdruckkolben 43 in
die Hochdruckzylinder 42 eingesetzt werden, sind sich zur
Vorderseite aufweitende verjüngte Öffnungen 45a in
der Stellplatte 45 ausgebildet, damit die Druckringe 47 und
die Ölringe 48 glattgängig mit
den Hochdruckzylindern 42 in Eingriff treten.
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Da,
wie zuvor beschrieben, der Gleitbereich der Druckringe 47 und
der Gleitbereich der Ölringe 48 so
eingestellt sind, dass sie einander nicht überlappen, wird Öl, das an
den Innenwänden
der Hochdruckzylinder 42 anhaftet, gegenüber denen
die Ölringe 48 gleiten,
aufgrund des Gleitens der Druckringe 47 nicht in die Hochdruckarbeitskammer 82 mitgenommen,
wodurch zuverlässig
verhindert wird, dass das Öl
den Dampf verunreinigt. Insbesondere haben die Hochdruckkolben 43 einen
Teil etwas kleineren Durchmessers zwischen den Druckringen 47 und den Ölringen 48 (siehe 3),
um hierdurch wirkungsvoll zu verhindern, dass sich das an den Gleitoberflächen der Ölringe 48 anhaftende Öl zu den Gleitoberflächen der
Druckringe 47 bewegt.
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Da
die Hochdruckzylinder 42 gebildet werden, indem sieben
Buchsen 41 in die Buchsentragbohrungen 27a des
Rotors 27 eingesetzt werden, kann für die Buchsen 41 ein
Material ausgewählt
werden, das eine exzellente thermische Leitfähigkeit, Wärmebeständigkeit, Verschleißbeständigkeit,
Festigkeit etc. aufweist. Dies verbessert nicht nur die Leistung
und die Zuverlässigkeit,
sondern es wird auch die Bearbeitung im Vergleich zu einem Fall leicht,
wo die Hochdruckzylinder 42 direkt in den Rotor 27 eingearbeitet
werden, und es nimmt auch die Arbeitspräzision zu. Wenn irgend eine
der Buchsen 41 verschleißt oder beschädigt wird,
ist es möglich, nur
die abnormale Buchse 41 auszutauschen, ohne den gesamten
Rotor 27 auszutauschen, und dies ist wirtschaftlich.
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Da
ferner der Spalt α zwischen
dem Außenumfang
der Buchsen 41 und dem Rotor 27 ausgebildet ist,
in dem der Durchmesser der Buchsentragbohrungen 27a in
der Nähe
der Basen etwas vergrößert ist,
wird selbst dann, wenn der Rotor 27 durch den den Hochdruckarbeitskammern 82 zugeführten Dampf
mit hoher Temperatur und hohem Druck thermisch verformt wird, verhindert,
dass die Buchsen 41 beeinträchtigt werden, wodurch eine
Verspannung der Hochdruckzylinder 42 verhindert wird.
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Die
sieben Hochdruckzylinder 42 und die dort eingesetzten sieben
Hochdruckkolben 43 bilden eine erste Gruppe von Axialkolbenzylindern 49.
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Sieben
Niederdruckzylinder 50 sind mit gleichen Umfangsintervallen
am Außenumfangsteil
des Rotors 27 so angeordnet, dass sie die Achse L und die
radial äußere Seite
der Hochdruckzylinder 42 umgeben. Diese Niederdruckzylinder 50 haben
einen größeren Durchmesser
als die Hochdruckzylinder 42, und die Teilung, mit der
die Hochdruckzylinder 50 in der Umfangsrichtung angeordnet
sind, ist um eine halbe Teilung relativ zur Teilung, mit der die
Hochdruckzylinder 42 in der Umfangsrichtung angeordnet sind,
versetzt. Dies macht es möglich,
dass die Hochdruckzylinder 42 in Zwischenräumen angeordnet werden,
die zwischen benachbarten Niederdruckzylindern 50 ausgebildet
sind, wodurch die Zwischenräume
effizient genutzt werden und dies zu einer Durchmesserreduktion
des Rotors 27 beiträgt.
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In
die Niederdruckkolben 51 sind die sieben Niederdruckzylinder 50 gleitend
eingesetzt, und diese Niederdruckkolben 51 sind über Zwischenglieder 52 mit
der Taumelscheibe 39 verbunden. D.h. kugelförmige Teile 52a am
Vorderende der Zwischenglieder sind in kugelförmigen Lagern 54,
die an der Taumelscheibe 39 über Muttern 53 befestigt
sind, schwenkbar gelagert, und die kugelförmigen Teile 52b am
Hinterende der Zwischenglieder 52 sind in kugelförmigen Lagern 56,
die durch Clips 55 an den Niederdruckkolben 51 befestigt
sind, schwenkbar gelagert. Ein Druckring 78 und ein Ölring 79 sind
um den Außenumfang
jedes der Niederdruckkolben 51 in der Nähe ihrer Oberseite aufgesetzt,
sodass sie aneinander angrenzen. Da die Gleitbereiche des Druckrings 78 und
des Ölrings 79 einander überlappen,
wird auf der Gleitoberfläche
des Druckrings 78 ein Ölfilm
gebildet, wodurch die Dichteigenschaften und die Schmierung verbessert
werden.
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Die
sieben Niederdruckzylinder 50 und die darin eingesetzten
sieben Niederdruckkolben 41 bilden eine zweite Gruppe von
Axialkolbenzylindern 57.
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Da,
wie hier zuvor beschrieben, die Vorderenden der Hochdruckkolben 43 der
ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 halbkugelförmig ausgebildet
sind, und sich gegen die Pfannen 39a abstützen, die
in der Taumelscheibe 39 ausgebildet sind, ist es nicht
notwendig, die Hochdruckkolben 43 mit der Taumelscheibe 39 mechanisch
zu verbinden, wodurch die Teilezahl reduziert wird und der Zusammenbau
einfacher gemacht wird. Andererseits sind die Niederdruckkolben 51 der
zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 mit der Taumelscheibe 39 über die
Zwischenglieder 52 und ihre vorderen und hinteren kugelförmigen Lager 54 und 56 verbunden, und
selbst wenn die Temperatur und der Druck der zweiten Gruppe von
Axialkolbenzylindern 57 zugeführten Dampfs mittlerer Temperatur
und mittleren Drucks ungenügend
wird und der Druck der Niederdruckarbeitskammern 84 negativ
wird, besteht keine Möglichkeit,
dass sich die Niederdruckkolben 51 von der Taumelscheibe 39 lösen, und
ein Schlagen oder eine Beschädigung
hervorrufen.
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Wenn
ferner die Taumelscheibe 39 an dem vorderen Deckel 15 über die
Bolzen 37 gesichert ist, ermöglicht die Änderung der Phase, mit der
die Taumelscheibe 39 um die Achse L herum gesichert ist, dass
die Steuerzeit der Zufuhr und Ausgabe des Dampfs zu und von der
ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und der zweiten
Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 verschoben wird, wodurch
die Ausgabecharakteristiken des Expanders M verändert werden.
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Weil
darüber
hinaus der Rotor 27 und die Ausgangswelle 28,
die vereinigt sind, jeweils durch das am Gehäusehauptkörper 12 vorgesehene Schrägkugellager 29 und
das an dem vorderen Deckel 15 vorgesehene Schrägkugellager 31 gelagert sind,
kann durch Einstellung der Dicke einer Zwischenlage 58,
die zwischen dem Gehäusehauptkörper 12 und
dem Schrägkugellager 29 angeordnet
ist, und der Dicke einer Zwischenlage 59, die zwischen dem
vorderen Deckel 15 und dem Schrägkugellager 31 angeordnet
ist, die Längsposition
des Rotors 27 entlang der Achse L eingestellt werden. Durch
Einstellen der Position des Rotors 27 in Richtung der Achse
L kann die relative Positionsbeziehung in Richtung der Achse L zwischen
den Hochdruck- und Niederdruckkolben 43 und 51,
die durch die Taumelscheibe 39 geführt werden, und den Hochdruck-
und Niederdruckzylindern 42 und 50, die in dem
Rotor 27 vorgesehen sind, verändert werden, um hierdurch das
Ausdehnungsverhältnis
des Dampfs in den Hochdruck- und Niederdruckarbeitskammern 82 und 84 einzustellen.
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Wenn
der die Taumelscheibe 39 tragende Taumelscheibenhalter 36 integral
mit dem vorderen Deckel 15 ausgebildet werden würde, dann
wäre es schwierig,
einen Zwischenraum zum Anbringen und Abnehmen des Schrägkugellagers 31 oder
der Zwischenlage 59 zu und von dem vorderen Deckel 15 sicherzustellen,
aber da der Taumelscheibenhalter 36 von dem vorderen Deckel 15 abnehmbar
gemacht ist, kann das oben erwähnte
Problem beseitigt werden. Wenn darüber hinaus der Taumelscheibenhalter 36 integral
mit dem vorderen Deckel 16 wäre, dann wäre es während des Zusammenbaus und
des Auseinandernehmens des Expanders M notwendig, mühsame Vorgänge zum
Verbinden und Trennen dieser sieben Zwischenglieder 52,
die sich im umgrenzten Raum in dem Gehäuse 11 befinden, zu
und von der mit dem vorderen Deckel 15 vormontierten Taumelscheibe 39 durchzuführen, aber
da der Taumelscheibenhalter 36 von dem vorderen Deckel 15 abnehmbar
gemacht ist, wird es möglich,
eine Unterbaugruppe zu bilden, indem die Taumelscheibe 39 und
der Taumelscheibenhalter 36 vorab an dem Rotor 27 montiert
werden, was den Zusammenbau wesentlich vereinfacht.
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Systeme
zum Zuführen
und Abgeben des Dampfs zu und von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 39 und
der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 werden nun
in Bezug auf 4 bis 9 erläutert.
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Wie
in 4 gezeigt, ist ein Rotationsventil 61 in
einer im Querschnitt kreisförmigen
Ausnehmung 27b aufgenommen, die sich an der hinteren Endfläche des
Rotors 27 öffnet,
sowie einer im Querschnitt kreisförmigen Ausnehmung 18a,
die sich an einer Vorderfläche
des hinteren Deckels 18 öffnet. Das Rotationsventil 61,
das entlang der Achse L angeordnet ist, enthält einen Rotationsventilhauptkörper 62,
eine stationäre
Ventilplatte 63 und eine bewegliche Ventilplatte 64.
Die bewegliche Ventilplatte 64 ist an dem Rotor 27 über einen
Passstift 66 und einen Bolzen 67 befestigt, während sie
an der Basis der Ausnehmung 27b des Rotors 27 über eine
Dichtung 65 angebracht ist. Die stationäre Ventilplatte 63, die
sich gegen die bewegliche Ventilplatte 64 über eine
flache Gleitoberfläche 68 abstützt, ist über einen Passstift 69 mit
dem Rotationsventilhauptkörper 62 verbunden,
sodass keine Relativdrehung dazwischen auftritt. Wenn sich der Rotor 27 dreht,
drehen sich die bewegliche Ventilplatte 64 und die stationäre Ventilplatte 63 daher
relativ zueinander auf der Gleitoberfläche 68 in einem Zustand,
in dem sie in engem Kontakt miteinander stehen. Die stationäre Ventilplatte 63 und
die bewegliche Ventilplatte 64 sind aus einem Material
ausgezeichneter Haltbarkeit hergestellt, wie etwa superharter Legierung
oder Keramik, und die Gleitoberfläche 68 kann mit einem wärmebeständigen,
schmierenden, korrosionsbeständigen
und verschleißbeständigen Element
versehen oder damit beschichtet sein.
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Der
Rotationsventilhauptkörper 62 ist
ein gestuftes zylindrisches Element mit einem Teil großen Durchmessers 62a,
einem Teil mittleren Durchmessers 62b und einem Teil kleinen
Durchmessers 62c, wobei ein ringförmiges Gleitelement 70,
das auf den Außenumfang
des Teils großen
Durchmessers 62a aufgesetzt ist, in die Ausnehmung 27b des
Rotors 27 über
eine zylindrische Gleitoberfläche 71 gleitend eingesetzt
ist, und der Teil mittleren Durchmessers 62b und der Teil
kleinen Durchmessers 62c in die Ausnehmung 18a des
hinteren Deckels 18 über
Dichtungen 72 und 73 eingesetzt sind. Das Gleitelement 70 ist
aus einem Material mit exzellenter Haltbarkeit hergestellt, wie
etwa superharter Legierung oder Keramik. Ein in den Außenumfang
des Rotationsventilhauptkörpers 62 eingesetzter
Passstift 74 steht mit einem Langloch 18b in Eingriff,
das in der Ausnehmung 18a des hinteren Deckels 18 in
Richtung der Achse L ausgebildet ist, und daher ist der Rotationsventilhauptkörper 62 derart
erhalten, dass er sich in Richtung der Achse L bewegen kann, sich
jedoch relativ zum hinteren Deckel 18 nicht drehen kann.
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Eine
Mehrzahl von (z.B. sieben) Vorlastfedern 75 sind in dem
hinteren Deckel 18 so abgestützt, dass sie die Achse L umgeben,
und der Rotationsventilhauptkörper 62,
der zwischen dem Teil mittleren Durchmessers 62b und dem
durch diese Vorlastfedern 75 unter Druck gesetzten Teil
kleinen Durchmessers 62c eine Stufe 62d aufweist,
wird nach vorne vorgespannt, damit die Gleitoberfläche 68 der
stationären
Ventilplatte 63 und die bewegliche Ventilplatte 64 in
engen Kontakt miteinander kommen. Eine Druckkammer 76 ist
zwischen dem Boden der Ausnehmung 18a des hinteren Deckels 18 und der
hinteren Endfläche
des Teils kleinen Durchmessers 62c des Rotationsventilhauptkörpers 62 definiert,
und ein Dampfzufuhrrohr 77, das so angeschlossen ist, dass
es durch den hinteren Deckel 18 hindurchläuft, steht
mit der Druckkammer 76 in Verbindung. Der Rotationsventilhauptkörper 62 wird
daher, zusätzlich
zur Federkraft der Vorlastfedern 75, durch den auf die
Druckkammer 76 wirkenden Dampfdruck nach vorne vorgespannt.
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Ein
Hochdruckstufen-Dampfeinlassweg zum Zuführen von Dampf mit hoher Temperatur
und hohem Druck zu der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 ist
in 16 mit einem Gittermuster gezeigt. Wie aus 16 zusammen
mit 5 bis 9 klar wird, läuft ein
erster Dampfdurchgang P1, dessen stromaufwärtiges Ende mit der Druckkammer 76 in
Verbindung steht, der der Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck
von dem Dampfzufuhrrohr 77 zugeführt wird, durch den Rotationsventilhauptkörper 62 hindurch, öffnet sich
an der Oberfläche,
an der der Rotationsventilhauptkörper 62 mit
der stationären
Ventilplatte 63 verbunden ist, und steht mit einem zweiten
Dampfdurchgang P2 in Verbindung, der durch die stationäre Ventilplatte 63 hindurchläuft. Um zu
verhindern, dass der Dampf an der Oberfläche, an der der Rotationsventilhauptkörper 62 und
die stationäre
Ventilplatte 63 verbunden sind, vorbei leckt, ist die Verbindungsoberfläche mit
einer Dichtung 81 ausgestattet (siehe 7 und 16),
die den Außenumfang
eines Verbindungsteils zwischen den ersten und zweiten Dampfdurchgängen P1
und P2 abdichtet.
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Sieben
dritte Dampfdurchgänge
P3 (siehe 5) und sieben vierte Dampfdurchgänge P4 sind jeweils
in der beweglichen Ventilplatte 64 und dem Rotor 27 mit
gleichen Umfangsintervallen ausgebildet, und die stromabwärtigen Enden
der vierten Dampfdurchgänge
P4 stehen mit den sieben Hochdruckarbeitskammern 82 in
Verbindung, die zwischen den Hochdruckzylindern 42 und
den Hochdruckkolben 43 der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 definiert
sind. Wie aus 6 klar wird, öffnet sich
eine in der stationären
Ventilplatte 63 ausgebildete Öffnung des zweiten Dampfdurchgangs
P2 nicht gleichmäßig zur
Vorder- und Rückseite
des oberen Totpunkts (OT) der Hochdruckkolben 43, sondern öffnet sich
ein wenig in Drehrichtung des Rotors 27 vorwärts versetzt,
wie mit dem Pfeil R gezeigt ist. Dies ermöglicht, dass die Expansionsperiode
so lange wie möglich
ist, d.h. ein ausreichendes Expansionsverhältnis erhalten bleibt, wobei
negative Arbeit, die erzeugt werden würde, wenn die Öffnung zur
Vorder- und Rückseite
des OT gleichmäßig gelegt
würde,
minimiert wird, und darüber
hinaus der expandierte Dampf, der in den Hochdruckarbeitskammern 82 verbleibt,
reduziert wird, wodurch eine ausreichende Ausgangsleistung (Wirkungsgrad)
erreicht wird.
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Ein
Hochdruckstufen-Dampfausgabeweg und ein Niederdruckstufen-Dampfeingabeweg zum Ausgeben
von Dampf mittlerer Temperatur und mittleren Drucks von der ersten
Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und Zuführen desselben
zu der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 sind
in 17 mit einem Gittermuster gezeigt. Wie aus 17 zusammen
mit 5 bis 8 klar wird, öffnet sich
ein bogenförmiger
fünfter
Dampfdurchgang P5 (siehe 6) an einer vorderen Oberfläche der
stationären Ventilplatte 63,
und dieser fünfte
Dampfdurchgang P5 steht mit einem kreisförmigen sechsten Dampfdurchgang
P6 in Verbindung, der sich an einer hinteren Oberfläche der
stationären
Ventilplatte 63 öffnet (siehe 7).
Der fünfte
Dampfdurchgang P5 öffnet sich
an einer Position, die in der Drehrichtung des Rotors 27 etwas
nach vorne versetzt ist, wie mit dem Pfeil R gezeigt, relativ zum
unteren Totpunkt (UT) der Hochdruckkolben 43, zu einer
Position, die in der Drehrichtung relativ zum OT etwas nach hinten
versetzt ist. Dies ermöglicht,
dass die dritten Dampfdurchgänge
P3 der beweglichen Ventilplatte 64 mit dem fünften Dampfdurchgang
P5 der stationären Ventilplatte 63 über einen
Winkelbereich in Verbindung stehen, der von dem OT beginnt und den
zweiten Dampfdurchgang P2 nicht überlappt
(bevorzugt unmittelbar vor der Überlappung
des zweiten Dampfdurchgangs P2), und in diesem Bereich wird der Dampf
von den dritten Dampfdurchgängen
P3 zu dem fünften
Dampfdurchgang P5 ausgegeben.
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In
dem Rotationsventilhauptkörper 62 sind ein
siebter Dampfdurchgang P7, der sich in Richtung der Achse L erstreckt,
und ein achter Dampfdurchgang P8, der sich im Wesentlichen in radialer
Richtung erstreckt, ausgebildet. Das stromaufwärtige Ende des siebten Dampfdurchgangs
P7 steht mit dem stromabwärtigen
Ende des sechsten Dampfdurchgangs P6 in Verbindung. Das stromabwärtige Ende
des siebten Dampfdurchgangs P7 steht mit einem zehnten Dampfdurchgang
P10 in Verbindung, der radial durch das Gleitelement 70 verläuft, über einen
neunten Dampfdurchgang P9 innerhalb eines Kupplungselements 83,
das so angeordnet ist, dass es den Rotationsventilhauptkörper 62 und
das Gleitelement 70 überbrückt. Der
zehnte Dampfdurchgang P10 steht mit den sieben Niederdruckarbeitskammern 64 in
Verbindung, zwischen den Niederdruckzylindern 50 und den
Niederdruckkolben 44 der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 definiert
ist, und zwar über
sieben elfte Dampfdurchgänge
P11, die radial in dem Rotor 27 ausgebildet sind.
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Um
zu verhindern, dass der Dampf an den Verbindungsoberflächen des
Rotationsventilhauptkörpers 62 und
der stationären
Ventilplatte 63 vorbei leckt, ist der Außenumfang
eines Teils dort, wo die sechsten und siebten Dampfdurchgänge P6 und
P7 verbunden sind, abgedichtet, indem die Verbindungsoberflächen mit
einer Dichtung 85 ausgestattet sind (siehe 7 und 17).
Zwei Dichtungen 86 und 87 sind zwischen dem Innenumfang
des Gleitelements 70 und dem Rotationsventilhauptkörper 62 angeordnet,
und eine Dichtung 88 ist zwischen dem Außenumfang
des Kupplungselements 82 und dem Gleitelement 70 angeordnet.
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Die
Innenseiten des Rotors 27 und der Ausgangswelle 28 sind
ausgehöhlt,
um eine Druckregelkammer 89 zu definieren, und diese Druckregelkammer 89 steht
mit dem achten Dampfdurchgang P8 über einen zwölften Dampfdurchgang
P12 und einen dreizehnten Dampfdurchgang P13, die in dem Rotationsventilhauptkörper 62 ausgebildet
sind, einen vierzehnten Dampfdurchgang P14, der in der stationären Ventilplatte 63 ausgebildet
ist, und einen fünfzehten
Dampfdurchgang P15, der durch den Innenraum des Bolzens 64 hindurchverläuft, in
Verbindung. Der Druck des Dampfs mittlerer Temperatur und mittleren
Drucks, der von den sieben dritten Dampfdurchgängen P3 in den fünften Dampfdurchgang
P5 ausgegeben wird, pulsiert sieben Male pro Umdrehung des Rotors 27,
aber da der achte Dampfdurchgang P8, der partiell entlang der Zufuhr
des Dampf mittlerer Temperatur und mittleren Drucks zu der zweiten
Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 mit der Druckregelkammer 89 verbunden
ist, werden die Druckpulse gedämpft,
wodurch Dampf mit konstantem Druck der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 zugeführt wird
und der Wirkungsgrad, mit dem die Niederdruckarbeitskammern 84 mit
dem Dampf geladen werden, verbessert werden.
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Da
die Druckregelkammer 89 durch Nutzung der Toträume in den
Mitten des Rotors 27 und der Ausgangswelle 28 gebildet
ist, werden die Dimensionen des Expanders M nicht vergrößert, wobei
das Aushöhlen
einen Gewichtsminderungseffekt erbringt, und weil darüber hinaus
der Außenumfang
der Druckregelkammer 89 von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 umgeben
ist, die durch den Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck betrieben
werden, resultiert kein Wärmeverlust
in dem Dampf mittlerer Temperatur und mittleren Drucks, der der
zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 zugeführt wird.
Wenn ferner die Temperatur der Mitte des Rotors 27, der
von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 umgeben
ist, zunimmt, kann der Rotor 27 durch den Dampf mittlerer
Temperatur und mittleren Drucks in der Druckregelkammer 89 gekühlt werden,
und der resultierende erwärmte
Dampf mittlerer Temperatur und mittleren Drucks ermöglicht, dass
die Ausgangsleistung der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 erhöht wird.
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Ein
Dampfausgabeweg zum Ausgeben des Dampfs niederer Temperatur und
niedrigen Drucks von der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 ist
in 18 mit einem Gittermuster gezeigt. Wie aus dem
Bezug auf 18 zusammen mit 8 und 9 klar
wird, ist ein bogenförmiger
sechzehnter Dampfdurchgang P16, der mit den im Rotor 27 ausgebildeten
sieben elften Dampfdurchgängen
P11 in Verbindung stehen kann, in der Gleitoberfläche 71 des
Gleitelements 70 ausgeschnitten. Dieser sechzehnte Dampfdurchgang
P16 steht mit einem siebzehnten Dampfdurchgang P17 in Verbindung,
der bogenförmig
im Außenumfang
des Rotationsventilhauptkörpers 62 ausgeschnitten
ist. Der sechzehnte Dampfdurchgang P16 öffnet sich von einer Position, die
in Bezug auf den UT der Niederdruckkolben 51 in der Drehrichtung
des Rotors 27 etwas nach vorne versetzt ist, wie mit dem
Pfeil R gezeigt, zu einer Position, die relativ zum OT etwas nach
hinten drehversetzt ist. Dies erlaubt, dass die elften Dampfdurchgänge P11
des Rotors 27 mit dem sechzehnten Dampfdurchgang P16 des
Gleitelements 70 über
einen Winkelbereich in Verbindung stehen, der von dem UT beginnt
und nicht mit dem zehnten Dampfdurchgang P10 überlappt (bevorzugt unmittelbar
vor der Überlappung
des zehnten Dampfdurchgangs P10, und in diesem Bereich wird der
Dampf von den elften Dampfdurchgängen
P11 zu dem sechzehnten Dampfdurchgang P16 ausgegeben.
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Der
siebzehnte Dampfdurchgang P17 steht ferner mit einer Dampfausgabekammer 90,
die zwischen dem Rotationsventilhauptkörper 62 und dem hinteren
Deckel 18 ausgebildet ist, über einen achtzehnten Dampfdurchgang
P18 mit einem zwanzigsten Dampfdurchgang P20 in Verbindung, der
in dem Rotationsventilhauptkörper 62 und
einem Ausschnitt 18d des hinteren Deckels 18 ausgebildet
ist, und diese Dampfausgabekammer 90 steht mit einem Dampfausgabeloch 18c in
Verbindung, das in dem hinteren Deckel 18 ausgebildet ist.
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Da,
wie zuvor beschrieben, die Zufuhr und Ausgabe des Dampfs zu und
von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und die
Zufuhr und Abgabe des Dampfs zu und von der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 durch
das gemeinsame Rotationsventil 61 gesteuert werden, kann
im Vergleich zu einem Fall, in dem für jedes separate Rotationsventile
verwendet werden, die Dimensionen des Expanders M reduziert werden.
Weil darüber
hinaus ein Ventil zum Zuführen
des Dampfs hoher Temperatur und hohen Drucks zu der ersten Gruppe
von Axialkolbenzylindern 49 an der flachen Gleitoberfläche 68 am
Vorderende der stationären
Ventilplatte 63 ausgebildet ist, die mit dem Rotationsventilhauptkörper 62 einstückig ist,
lässt sich
wirkungsvoll verhindern, dass der Dampf hoher Temperatur und hohen Drucks
leckt. Dies ist so, weil die flache Gleitoberfläche 68 leicht mit
hoher Präzision
bearbeitet werden kann und eine Steuerung des Zwischenraums leichter
ist als für
eine zylindrische Gleitoberfläche.
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Da
insbesondere die Mehrzahl von Vorlastfedern 75 eine Vorlast
auf den Rotationsventilhauptkörper 62 ausübt und diesen
in Richtung der Achse L nach vorne vorspannt, und der Dampf mit
hoher Temperatur und hohem Druck, der von dem Dampfzufuhrrohr 77 der
Druckkammer 76 zugeführt
wird, den Rotationsventilhauptkörper 62 in
Richtung der Achse L nach vorne vorspannt, wird auf der Gleitoberfläche 68 zwischen
der stationären
Ventilplatte 63 und der beweglichen Ventilplatte 64 in
Antwort auf den Druck des Dampfs mit hoher Temperatur und hohem
Druck ein Oberflächendruck
erzeugt, und somit lässt
es sich noch wirkungsvoller verhindern, dass der Dampf an der Gleitoberfläche 68 vorbei
leckt.
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Obwohl
ein Ventil zum Zuführen
des Dampfs mittlerer Temperatur und mittleren Drucks zu der zweiten
Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 an der zylindrischen
Gleitoberfläche 71 am
Außenumfang des
Rotationsventilhauptkörpers 62 ausgebildet
ist, kann, da der Druck des Dampfs mittlerer Temperatur und mittleren
Drucks, der durch das Ventil hindurchtritt, niedriger ist als der
Druck des Dampfs mit hoher Temperatur und hohem Druck, die Leckage
des Dampfs auf einen praktisch akzeptablen Wert gedrückt werden,
indem ein vorbestimmter Zwischenraum eingehalten wird, ohne an der
Gleitoberfläche 71 einen
Oberflächendruck
zu erzeugen.
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Da
ferner der erste Dampfdurchgang P1, durch den der Dampf mit hoher
Temperatur und hohem Druck hindurchtritt, der siebte Dampfdurchgang P7
und der achte Dampfdurchgang P8, durch die der Dampf mit mittlerer
Temperatur und mittlerem Druck hindurchtritt, und der siebzehnte
Dampfdurchgang P17 bis zum zwanzigsten Dampfdurchgang P20, durch
die der Dampf mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck hindurchtritt,
gemeinsam innerhalb des Rotationsventilhauptkörpers 62 ausgebildet
sind, kann nicht nur verhindert werden, dass die Dampftemperatur
abfällt,
sondern es können
auch die Teile (z.b. die Dichtung 81), die den Dampf mit
hoher Temperatur und hohem Druck abdichten, durch den Dampf mit
niedriger Temperatur und niedrigem Druck gekühlt werden, wodurch die Haltbarkeit
verbessert wird.
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Weil
darüber
hinaus das Rotationsventil 61 an dem Gehäusehauptkörper 12 angebracht
und davon gelöst
werden kann, indem lediglich der hintere Deckel 18 von
dem Gehäusehauptkörper 12 entfernt wird,
können
die Wartungsvorgänge,
wie etwa Reparatur, Reinigung und Ersatz, stark erleichtert werden. Obwohl
ferner die Temperatur des Rotationsventils 81, durch das
der Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck hindurchtritt, hoch
wird, wird, da die Taumelscheibe 39 und die Ausgangswelle 28,
wo Schmierung durch Öl
erforderlich ist, an der relativ zum Rotor 27 entgegengesetzten
Seite des Rotationsventils 81 angeordnet sind, verhindert,
dass das Öl
durch die Wärme
des Rotationsventils 61 erhitzt wird, wenn dieses eine
hohe Temperatur hat, was die Schmierleistung der Taumelscheibe 39 und
der Ausgangswelle 28 verschlechtern würde.
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Nun
wird die Struktur einer Lüftung
in Bezug auf 10 bis 14 erläutert.
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Eine
untere Lüftungskammer 101,
die zwischen einer oberen Wand 12a des Gehäusehauptkörpers 12 und
der Lüftungskammertrennwand 23 definiert
ist, steht mit einer Schmierungskammer 102 im Gehäuse 11 über ein
Druchgangsloch 12b in Verbindung, das in der oberen Wand 12a des
Gehäusehauptkörpers 12 ausgebildet
ist. Öl
ist in der Ölwanne 19 aufgenommen,
die am unteren Teil der Schmierungskammer 102 vorgesehen
ist, und der Ölpegel
ist etwas höher
als das Unterende des Rotors 27 (siehe 1).
Innerhalb der unteren Lüftungskammer 101 sind
drei nach oben vorstehende Trennwände 12c bis 12e vorgesehen,
deren Oberenden mit einer Unterseite der Lüftungskammertrennwand 23 in
Kontakt stehen. Das Druchgangsloch 12b öffnet sich am einen Ende eines
Labyrinths, das durch diese Trennwände 12c bis 12e gebildet
ist, und vier Ölrücklauflöcher 12f,
die durch die obere Wand 12a hindurchlaufen, sind auf einem
Teil des Wegs zum anderen Ende des Labyrinths ausgebildet. Die Ölrücklauflöcher 12b sind
an der tiefsten Stelle der unteren Lüftungskammer 101 (siehe 14)
ausgebildet, und das Öl,
das in der unteren Lüftungskammer 101 kondensiert,
kann daher zuverlässig
zur Schmierungskammer 102 zurückkehren.
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Eine
obere Lüftungskammer 103 ist
zwischen der Lüftungskammertrennwand 23 und
dem Lüftungskammerdeckel 25 definiert,
und diese obere Lüftungskammer 103 steht
mit der unteren Lüftungskammer 101 über vier
Durchgangslöcher 23a und 23b in
Verbindung, die durch die Lüftungskammertrennwand 23 hindurchverlaufen
und kaminförmig
in die obere Lüftungskammer 103 vorstehen.
Eine Vertiefung 12g ist in der oberen Wand 12a des
Gehäusehauptkörpers 12 an
einer Position unter einem Kondenswasserrücklaufloch 23c ausgebildet,
das durch die Lüftungskammertrennwand 23 hindurchverläuft, und
der Umfang der Ausnehmung 12g ist mit einer Dichtung 104 abgedichtet.
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Ein
Ende eines ersten Lüftungsdurchgangs B1,
der in der Lüftungskammertrennwand 23 ausgebildet
ist, öffnet
sich in mittlerer Höhe
zur oberen Lüftungskammer 103.
Das andere Ende des ersten Lüftungsdurchgangs
B1 steht mit einer Dampfausgabekammer 90 über einen
zweiten Lüftungsdurchgang B2,
der in dem Gehäusehauptkörper 12 ausgebildet ist,
und einem dritten Lüftungsdurchgang
B3, der in dem hinteren Deckel 18 ausgebildet ist, in Verbindung.
Ferner steht die Ausnehmung 12g, die in der oberen Wand 12a ausgebildet
ist, mit der Dampfausgabekammer 90 über einen vierten Lüftungsdurchgang
B4, der in dem Gehäusehauptkörper 12 ausgebildet
ist, und den dritten Lüftungsdurchgang
B3 in Verbindung. Der Außenumfang
eines Teils, der für eine
Verbindung zwischen dem ersten Lüftungsdurchgang
B1 und dem zweiten Lüftungsdurchgang B2
sorgt, ist mit einer Dichtung 105 abgedichtet.
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Wie
in 2 gezeigt, sind eine Kupplung 106, die
mit der unteren Lüftungskammer 101 in
Verbindung steht, und eine Kupplung 107, die mit der Ölwanne 19 in
Verbindung steht, durch einen transparenten Ölpegelmesser 108 miteinander
verbunden, und der Ölpegel
innerhalb der Schmierungskammer 102 kann von außen her
durch den Ölpegel
diese Ölpegelmessers 108 geprüft werden.
D.h. die Schmierungskammer 102 hat eine abgedichtete Struktur, wobei
es schwierig ist, einen Ölpegelmesser
von der Außenseite
her einzusetzen, vom Gesichtspunkt, Dichtungseigenschaften beizubehalten,
und die Struktur wird unvermeidlich kompliziert. Jedoch ermöglicht dieser Ölpegelmesser 108,
dass der Ölpegel
von der Außenseite
her leicht geprüft
wird, während
die Schmierungskammer 102 im abgedichteten Zustand bleibt.
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Nun
wird der Betrieb des Expanders M der vorliegenden Ausführung mit
der oben erwähnten Anordnung
erläutert.
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Wie
in 16 gezeigt, wird Dampf mit hoher Temperatur und
hohem Druck, der durch Erhitzen von Wasser in einem Verdampfer erzeugt
wird, der Druckkammer 76 des Expanders M über ein
Dampfzufuhrrohr 77 zugeführt, und erreicht die Gleitoberfläche 68 mit
der beweglichen Ventilplatte 64 über den ersten Damfpdurchgang
P1, der in dem Rotationsventilhauptkörper 62 des Rotationsventils 61 ausgebildet
ist, und den zweiten Dampfdurchgang P2, der in der stationären Ventilplatte 63 ausgebildet
ist, die mit dem Rotationsventilhauptkörper 62 einstückig ist. Der
zweite Dampfdurchgang P2, der an der Gleitoberfläche 68 offen ist,
steht momentan mit den dritten Dampfdurchgängen P3, die in der sich integral
mit dem Rotor 27 drehenden beweglichen Ventilplatte 64 ausgebildet
sind, in Verbindung, und der Dampf mit hoher Temperatur und hohem
Druck wird, über
den im Rotor 27 ausgebildeten vierten Dampfdurchgang P4,
von den dritten Dampfdurchgängen
P3 zu jener Hochdruckarbeitskammer der sieben Hochdruckarbeitskammern 82 der
ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 zugeführt, die
sich am oberen Totpunkt befindet.
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Auch
nachdem die Verbindung zwischen dem zweiten Dampfdurchgang P2 und
den dritten Dampfdurchgängen
P3 durch die Drehung des Rotors 27 blockiert worden ist,
dehnt sich der Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck innerhalb
der Hochdruckarbeitskammer 82 aus und bewirkt, dass der
Hochdruckkolben 43, der in dem Hochdruckzylindern 42 der
Buchse 41 eingesetzt ist, von dem oberen Totpunkt zum unteren
Totpunkt hin nach vorne geschoben wird, und das Vorderende des Hochdruckkolbens 43 gegen
die Pfanne 39a der Taumelscheibe 39 drückt. Im
Ergebnis gibt die Reaktionskraft, die die Hochdruckkolben 43 von
der Taumelscheibe 39 aufnehmen, dem Rotor 27 ein
Drehmoment. Für
jedes eines Siebtel einer Umdrehung des Rotors 27 wird
Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck in eine frische Hochdruckarbeitskammer 82 zugeführt, um
hierdurch den Rotor 27 fortlaufend zu drehen.
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Während, wie
in 17 gezeigt, der Hochdruckkolben 43, der
einhergehend mit der Drehung des Rotors 27 den unteren
Totpunkt erreicht hat, sich am oberen Totpunkt zurückzieht,
wird der aus der Hochdruckarbeitskammer 82 ausgegebene
Dampf mittlerer Temperatur und mittleren Drucks dem elften Dampfdurchgang
P11, der mit der Niederdruckarbeitskammer 84, die von der
zweiten Gruppe der Axialkolbenzylinder 57 einhergehend
mit der Drehung des Rotors 27 dem oberen Totpunkt erreicht
hat, über den
vierten Dampfdurchgang P4 des Rotors 27, den dritten Dampfdurchgang
P3 der beweglichen Ventilplatte 64, die Gleitoberfläche 68,
den fünften
Dampfdurchgang P5 und den sechsten Dampfdurchgang P6 der stationären Ventilplatte 63,
den siebten Dampfdurchgang P7 bis zehnten Dampfdurchgang P10 des Rotationsventilhauptkörpers 62 und
der Gleitoberfläche 71 in
Verbindung steht, zugeführt.
Da der Dampf mittlerer Temperatur und mittleren Drucks, der der
Niederdruckarbeitskammer 64 zugeführt wird, sich innerhalb der
Niederdruckarbeitskammer 64 auch dann ausdehnt, nachdem
die Verbindung zwischen dem zehnten Dampfdurchgang P10 und dem elften
Dampfdurchgang P11 blockiert ist, wird der in dem Niederdruckzylinder 50 eingesetzte
Niederdruckkolben 51 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt
hin nach vorne gedrückt,
und das mit dem Niederdruckkolben 51 verbundene Zwischenglied 52 drückt gegen
die Taumelscheibe 39. Im Ergebnis wird die Druckkraft des
Niederdruckkolbens 51 in eine Drehkraft der Taumelscheibe 39 über das Zwischenglied 52 umgewandelt,
und diese Drehkraft überträgt ein Drehmoment
von dem Hochdruckkolben 43 auf den Rotor 27 über die
Pfanne 39a der Taumelscheibe 39. D.h. das Drehmoment
wird auf den Rotor 27 übertragen,
der sich synchron mit der Taumelscheibe 39 dreht. Um zu
verhindern, dass sich der Niederdruckkolben 51 von der
Taumelscheibe 39 löst,
wenn während
des Expansionshubs ein Unterdruck erzeugt wird, hat das Zwischenglied 52 eine Funktion
darin, eine Verbindung zwischen dem Niederdruckkolben 51 und
der Taumelscheibe 39 beizubehalten, und es ist so angeordnet,
dass das Drehmoment aufgrund der Expansion von dem Hochdruckkolben 43 auf
den Rotor 27, der sich synchron mit der Taumelscheibe 39 dreht, über die
Pfanne 39a der Taumelscheibe 39 übertragen
wird, wie oben beschrieben. Für
jedes eine Siebtel einer Umdrehung des Rotors 27 wird der
Dampf mittlerer Temperatur und mittleren Drucks in eine frische
Niederdruckarbeitskammer 84 zugeführt, sodass sich der Rotor 27 fortlaufend
dreht.
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Wie
oben beschrieben, pulsiert während
dieses Prozesses der Druck des Dampfs mittlerer Temperatur und mittleren
Drucks, der von den Hochdruckarbeitskammern 82 der ersten
Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 zugeführt wird,
sieben Male bei jeder Umdrehung des Rotors 27, aber durch
Dämpfung
dieser Pulse durch die Druckregelkammer 89 kann Dampf mit
konstantem Druck der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 zugeführt werden, um
hierdurch den Wirkungsgrad zu verbessern, mit dem die Niederdruckarbeitskammern 84 mit
dem Dampf geladen werden.
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Während, wie
in 18 gezeigt, der Niederdruckkolben 51,
der einhergehend mit der Drehung des Rotors 27 den unteren
Totpunkt erreicht hat, sich zum oberen Totpunkt hin zurückzieht,
wird der Dampf mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck, der aus
der Niederdruckarbeitskammer 84 ausgeworfen wird, in die
Dampfausgabekammer 90 über
den elften Dampfdurchgang P11 des Rotors 27, die Gleitoberfläche 71,
den sechzehnten Dampfdurchgang P16 des Gleitelements 70 und
den siebzehnten Dampfdurchgang P17 zu dem zwanzigsten Dampfdurchgang
P20 des Rotationsventilhauptkörpers 62 ausgegeben
und von dort über
das Dampfausgabeloch 18c einem Kondensator zugeführt.
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Wenn
der Expander M wie oben beschrieben arbeitet, können die Ausgangsleistungen
der ersten und zweiten Gruppen von Axialkolbenzylindern 49 und 50 zum
Antrieb der Ausgangswelle 28 kombiniert werden, da die
sieben Hochdruckkolben 43 der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und
die sieben Niederdruckkolben 51 der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 mit
der gemeinsamen Taumelscheibe 39 verbunden sind, um hierdurch
eine hohe Ausgangsleistung zu erhalten, während die Größe des Expanders
M reduziert wird. Da während dieses
Prozesses die sieben Hochdruckkolben 43 der ersten Gruppe
von Axialkolbenzylindern 49 und die sieben Hochdruckkolben 51 der
zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 um eine halbe
Teilung in der Umfangsrichtung versetzt sind, wie in 15 gezeigt,
werden Pulse im Ausgangsdrehmoment der ersten Gruppe der Axialkolbenzylinder 49 und
Pulse im Ausgangsdrehmoment der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 gegenseitig
ausgeglichen, wodurch das Ausgangsdrehmoment der Ausgangswelle 28 flach
gemacht wird.
-
Obwohl
ferner Fluidrotationsmaschinen vom axialen Typ charakteristischerweise
eine hohe Raumausnutzung haben, im Vergleich zu Fluidrotationsmaschinen
vom radialen Typ, kann durch die Anordnung zweier Stufen in der
radialen Richtung die Raumausnutzung weiter verbessert werden. Da
insbesondere die erste Gruppe von Axialkolbenzylindern 49,
die nur einen kleinen Durchmesser zu haben brauchen, weil sie mit
Hochdruckdampf kleinen Volumens betrieben werden, an der radial
inneren Seite angeordnet sind, und die zweite Gruppe von Axialkolbenzylindern 57,
die einen größeren Durchmesser benötigen, da
sie mit Niederdruckdampf großen
Volumens betätigt
werden, an der radialen Außenseite angeordnet
sind, kann der Raum effizient genutzt werden, wodurch der Expander
M noch kleiner gemacht wird. Weil darüber hinaus die Zylinder 42 und 50 und
die Kolben 43 und 51, die verwendet werden, kreisförmige Querschnitte
haben, was ermöglicht, dass
die Bearbeitung mit hoher Präzision
ausgeführt wird,
kann die Menge an Leckagedampf im Vergleich zu einem Fall reduziert
werden, in dem Flügel
verwendet werden, und es kann eine noch höhere Ausgangsleistung vorhergesagt
werden.
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Weil
ferner die erste Gruppe von Axialkolbenzylindern 49, die
durch Hochdruckdampf betätigt werden,
an der radial inneren Seite angeordnet sind, und die zweite Gruppe
von Axialkolbenzylindern 57, die durch Niedertemperaturdampf
betätigt
werden, an der radial äußeren Seite
angeordnet sind, kann der Temperaturunterschied zwischen der zweiten Gruppe
von Axialkolbenzylindern 57 der Außenseite des Gehäuses 11 minimiert
werden, kann die zur Außenseite
des Gehäuses 11 freigesetzte
Wärmemenge
minimiert werden und kann der Wirkungsgrad des Expanders M verbessert
werden. Weil darüber
hinaus die Wärme,
die von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 hoher
Temperatur an der radial inneren Seite entweicht, durch die zweite
Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 niederer Temperatur
an der radial äußeren Seite
wiedergewonnen werden kann, kann der Wirkungsgrad des Expanders
M weiter verbessert werden.
-
Da
ferner, wenn man aus einem zur Achse L orthogonalen Winkel blickt,
das Hinterende der ersten Gruppe der Axialkolbenzylinder 49 relativ
zum Hinterende der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 nach
vorne angeordnet ist, kann die Wärme, die
in Richtung der Achse L nach hinten von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 entweicht, durch
die zweite Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 wiedergewonnen
werden und kann der Wirkungsgrad des Expanders M noch weiter verbessert
werden. Da ferner die Gleitoberfläche 68 an der Hochdruckseite
innerhalb der Ausnehmung 27b des Rotors 27 tiefer
ist als die Gleitoberfläche 71 an
der Niederdruckseite, kann der Druckunterschied zwischen der Außenseite
des Gehäuses 11 und
der Gleitoberfläche 71 an
der Niederdruckseite minimiert werden, kann die Dampfleckagemenge
von der Gleitoberfläche 71 an
der Niederdruckseite reduziert werden, und kann darüber hinaus
der Druck des von der Gleitoberfläche 68 an der Hochdruckseite
leckenden Dampf durch die Gleitoberfläche 71 an der Niederdruckseite
wiedergewonnen und effizient genutzt werden.
-
Während der
Expander M in Betrieb ist, wird das in der Ölwanne 19 aufbewahrte Öl durch
den Rotor 27, der sich innerhalb der Schmierungskammer 102 des
Gehäuses 11 dreht,
aufgerührt
und verspritzt, um hierdurch einen Gleitabschnitt zwischen den Hochdruckzylindern 42 und
den Hochdruckkolben 43, einen Gleitabschnitt zwischen den
Niederdruckzylindern 50 und den Niederdruckkolben 51, das
die Ausgangswelle 28 tragende Schrägkugellager 31, das
den Rotor 27 tragende Schrägkugellager 29, das
die Taumelscheibe 39 tragende Schrägkugellager 38, einen
Gleitabschnitt zwischen den Hochdruckkolben 43 und der
Taumelscheibe 39, die kugelförmigen Lager 54 und 56 an
entgegengesetzten Enden der Zwischenglieder 52 etc. zu
schmieren.
-
Der
Innenraum der Schmierungskammer 102 ist mit Ölnebel gefüllt, der
durch Verspritzen durch das Aufrühren
von Öl
erzeugt wird, sowie Öldampf,
der durch Verdampfung aufgrund der Erwärmung durch den Hochtemperaturabschnitt
des Rotors 27 erzeugt wird, und wird dann mit Dampf vermischt,
der von den Hochdruckarbeitskammern 82 und den Niederdruckarbeitskammern 84 in
die Schmierungskammer 102 leckt. Wenn aufgrund der Dampfleckage
der Druck der Schmierungskammer 102 größer wird als der Druck der
Dampfausgabekammer 90, fließt das Öl- und Dampfgemisch durch das
Durchgangsloch 12b, das in der oberen Wand 12a des
Gehäusehauptkörpers 12 ausgebildet
ist, in die untere Lüftungskammer 101.
Der Innenraum der unteren Lüftungskammer 101 hat
eine Labyrinthstruktur aufgrund der Trennwände 12c bis 12e;
das Öl,
das kondensiert, während
es dort hindurchtritt, tropft durch die vier Ölrücklauflöcher 12f, die in der oberen
Wand 12a des Gehäusehauptkörpers 12 gebildet
sind, und kehrt zu der Schmierungskammer 102 zurück.
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Der
Dampf, aus dem der Ölanteil
entfernt worden ist, tritt durch die vier Durchgangslöcher 23a und 23b der
Lüftungskammertrennwand 23 hindurch, fließt in die
obere Lüftungskammer 103 und
kondensiert durch Wärmeverlust
zur Außenluft über den
Lüftungskammerdeckel 25,
der eine obere Wand der oberen Lüftungskammer 103 definiert.
Wasser, das innerhalb der oberen Lüftungskammer 103 kondensiert
ist, tritt durch das Kondenswasserrücklaufloch 23c hindurch,
das in der Lüftungskammertrennwand 23 ausgebildet
ist, und tropft in die Ausnehmung 12g, ohne in die vier
Durchgangslöcher 23a, 23b zu
fließen,
die kaminförmig
in die obere Lüftungskammer 103 vorstehen,
und wird von dort in die Dampfausgabekammer 90 über den
vierten Lüftungsdurchgang B4
und den dritten Lüftungsdurchgang
B3 ausgegeben. Hier entspricht die Kondenswassermenge, die in die
Dampfausgabekammer 90 zurückkehrt, der Dampfmenge, die
aus den Hochdruckarbeitskammern 82 und den Niederdruckarbeitskammern 84 in die
Schmierungskammer 102 geleckt hat. Da ferner die Dampfausgabekammer 90 und
die obere Lüftungskammer 103 über den
ersten Dampfdurchgang B1 bis dritten Damfpdurchgang B3 immer miteinander
in Verbindung stehen, die als Druckausgleichsdurchgänge fungieren,
kann ein Druckgleichgewicht zwischen der Dampfausgabekammer 90 und
der Schmierungskammer 102 beibehalten werden.
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Wenn
während
einer Übergangsperiode
vor dem Abschluss des Aufwärmens
der Druck der Schmierungskammer 102 niedriger wird als
der Druck der Dampfausgabekammer 90, könnte man erwarten, dass der
Dampf in der Dampfausgabekammer 90 über den dritten Lüftungsdurchgang
B3, den zweiten Lüftungsdurchgang
B2, den ersten Lüftungsdurchgang
B1, die obere Lüftungskammer 103 und die
untere Lüftungskammer 101 in
die Schmierungskammer 102 fließt, aber nach Abschluss des
Aufwärmens
wird wegen der Dampfleckage in die Schmierungskammer 102 der
Druck der Schmierungskammer 102 höher als der Druck der Dampfausgabekammer 90,
und die oben erwähnte Öl- und Dampftrennung
beginnt.
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In
einem Rankine-Zyklussystem, in dem Dampf (oder Wasser), das das
Arbeitsmedium ist, in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert,
der aus einem Verdampfer, einem Expander, einem Kondensator und
einer Umwälzpumpe
gebildet ist, ist es notwendig, so weit wie möglich zu vermeiden, dass sich das Öl mit dem
Arbeitsmedium vermischt und das System verunreinigt; das Vermischen
des Öls
mit dem Dampf (oder Wasser) kann durch die das Öl abtrennende untere Lüftungskammer 101 und
die das Kondenswasser abtrennende obere Lüftungskammer 103 minimiert
werden, um hierdurch die Belastung eines das Öl abtrennenden Filters zu reduzieren,
eine Größen- und
Kostenreduktion zu erreichen und hierdurch eine Verunreinigung und
Alterung des Öls
zu verhindern.
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Die
zweite Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf 19 erläutert.
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19 zeigt
eine Gleitoberfläche 68 einer stationären Ventilplatte 63 und
entspricht 6, die die erste Ausführung zeigt.
Die Federkraft der Vorlastfedern 75 und der Druck des Dampfs
mit hoher Temperatur und hohem Druck, die auf eine Druckkammer 76 wirken,
geben der Gleitoberfläche 68 einen
Oberflächendichtungsdruck,
wobei es aber schwierig ist, über
die Gesamtfläche
der Gleitoberfläche 68 einen
gleichmäßigen Oberflächendichtungsdruck
sicherzustellen. Dies ist so, weil der Dampf mit hoher Temperatur
und hohem Druck dem zweiten Dampfdurchgang P2 und den dritten Dampfdurchgängen P3
zugeführt
wird, die durch die Gleitoberfläche 68 hindurchtreten,
und dieser Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck hat die Wirkung,
die stationäre
Ventilplatte 62 von einer beweglichen Ventilplatte 64 abzulösen und
hierdurch den Oberflächendichtungsdruck
zu reduzieren. Andererseits wird der Dampf mit mittlerer Temperatur
und mittlerem Druck einem fünften
Dampfdurchgang P5 und den dritten Dampfdurchgängen P3, die durch die Gleitoberfläche 68 hindurchverlaufen,
zugeführt,
und da der Druck davon niedriger ist als der Druck des Dampfs mit
hoher Temperatur und hohem Druck, ist auch dessen Wirkung, die Gleitoberfläche 68 abzulösen und
hierdurch den Oberflächendichtungsdruck zu
reduzieren, gering. Im Ergebnis üben
die Dampfdrücke
des zweiten Dampfdurchgangs P2, der dritten Dampfdurchgänge P3 und
des fünften
Dampfdurchgangs P5 eine unausgeglichene Last auf die Gleitoberfläche 68 aus,
wodurch die Dichtleistung der Gleitoberfläche 68 schlechter
wird.
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In
der vorliegenden zweiten Ausführung
ist ein ringförmiger
erster Druckkanal G1 in die Gleitoberfläche 68 der stationären Ventilplatte 63 eingearbeitet,
sodass er den Außenumfang
des vierzehnten Dampfdurchgangs P14 umgibt, der entlang der Achse
L verläuft,
wobei der erste Druckkanal G1 so ausgebildet ist, dass er mit dem
fünften
Dampfkanal P5 in Verbindung steht, durch den der Dampf mit mittlerer
Temperatur und mittlerem Druck hindurchtritt, und ein bogenförmiger zweiten
Druckkanal G2 ist so eingearbeitet, dass er den Außenumfang
des ersten Druckkanals G1 umgibt, wobei der zweite Druckkanal G2
so ausgebildet ist, dass er mit dem zweiten Dampfkanal P2 in Verbindung
steht, durch den der Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck
hindurchtritt. Die Wirkung der ersten und zweiten Druckkanäle G1 und
G2 lindert den ungleichmäßigen Oberflächendichtungsdruck
auf die Gleitoberfläche 68,
und eine Verschlechterung der Dichteigenschaften und Erzeugung von
Reibung aufgrund ungleichmäßigen Kontakts
mit der Gleitoberfläche 68 kann verhindert
werden. Wenn ferner der Dampf, der aus dem zweiten Druckkanal hohen
Drucks G2 leckt, in den ersten Druckkanal niedrigen Drucks G1 fließt, werden
Abriebpartikel in den ersten Druckkanal G1 ausgegeben und somit
erhält
man einen Effekt, zu verhindern, dass dies in die Hochdruckarbeitskammern 82 fließt. Darüber hinaus
wird der Dampf gleichmäßig auf
die Gleitoberfläche 68 dort
verteilt, wo keine Schmierung durch Öl erwartet werden kann, wodurch
die Schmierungsleistung verbessert wird.
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Nun
wird die dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 20 erläutert.
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Die
dritte Ausführung
ist eine Modifikation der zweiten Ausführung; ein zweiter Druckkanal
G2, der mit einem zweiten Dampfdurchgang P2 in Verbindung steht,
durch den Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck hindurchtritt,
ist weggelassen, und es ist nur ein erster Druckkanal G1 vorgesehen,
der mit einem fünften
Dampfdurchgang P5 in Verbindung steht, durch den Dampf mit mittlerer
Temperatur und mittlerem Druck hindurchtritt. Gemäß vorliegender dritter
Ausführung
wird nicht nur die Struktur im Vergleich zur zweiten Ausführung einfach,
sondern kann auch die Wirkung, Abriebpartikel wiederzugewinnen, verbessert
werden, und darüber
hinaus kann die Dampfleckagemenge im Vergleich zur zweiten Ausführung reduziert
werden.
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Nun
wird die vierte Ausführung
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 21 erläutert.
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Die
ersten bis dritten Ausführungen
beschreiben einen Expander M, der Dampf, der ein komprimierbares
Fluid ist, als das Arbeitsmedium verwendet, wobei aber in der vierten
Ausführung
eine Pumpe gezeigt ist, die ein nicht komprimierbares Fluid (z.B. Öl) als das
Arbeitsmedium verwendet. Da das nicht komprimierbare Fluid als das
Arbeitsmedium verwendet wird, sind ein zweiter Öldurchgang P2' (entsprechend dem
zweiten Dampfdurchgang P2) als Einlassöffnung und ein fünfter Öldurchgang
P5' (entsprechend
dem fünften
Dampfdurchgang P5) als Auslassöffnung
in Form eines Bogens ausgebildet, der einen Mittelwinkel von angenähert 180° hat.
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Obwohl
oben Ausführungen
der vorliegenden Erfindung erläutert
sind, kann die vorliegende Erfindung auf zahlreichen Wegen modifiziert
werden, ohne vom Umfang davon abzuweichen.
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Z.B.
exemplifizieren die ersten bis dritten Ausführungen den Expander M, der
Dampf als das Arbeitsmedium verwendet, und die vierte Ausführung exemplifiziert
die Pumpe, die Öl
als das Arbeitsmedium verwendet, wobei aber die Fluidrotationsmaschine
der vorliegenden Erfindung auch auf einen Kompressor angewendet
werden kann, worin komprimierbares Fluid, wie etwa Luft, verdichtet
wird, oder eine Pumpe, in der ein nicht komprimierbares Fluid, wie etwa Öl oder Wasser,
gepumpt wird.
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Ferner
sind der erste Arbeitsteil und der zweite Arbeitsteil nicht auf
die Gruppen von Axialkolbenzylindern der Ausführungen begrenzt, und es können auch
Radialkolben-Zylinderbauarten oder Flügelbauarten verwendet werden.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie
hierin zuvor beschrieben, kann die Fluidrotationsmaschine, die sich
auf die vorliegende Erfindung bezieht, bevorzugt auf den Expander
angewendet werden, der in den ersten bis dritten Ausführungen
erläutert
ist, oder auf die Pumpe, die in der vierten Ausführung erläutert ist, aber sie kann auch auf
jede Anwendung angewendet werden, die eine Umwandlung zwischen Druckenergie
und kinetischer Energie eines Fluids beinhaltet, unabhängig davon, ob
es ein komprimierbares Fluid oder nicht komprimierbares Fluid ist.