JP2004239069A - Rotary fluid machinery - Google Patents

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謙司 松本
Naoki Ito
直紀 伊藤
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure close contact performance of a sliding surface with a movable side valve plate by eliminating pressure unbalance of a mating face of a valve body part and a fixed side valve plate of rotary valve of a rotary fluid machinery. <P>SOLUTION: The rotary valve 71 of the rotary fluid machinery is formed by allowing the movable side valve plate 74 to abut in the sliding surface 77 on the fixed side valve plate 73, and high pressure operating medium passages P1 and P2 and low pressure operating medium passages P5 and P6 penetrate through the mating face of the valve body part 72 and the fixed side valve plate 73. An outer peripheral part of the mating face is sealed by an annular first seal member 89, and the periphery of the low pressure operating medium passages P5 and P6 is sealed by an annular second seal member 90 on the radial directional inside of the first seal member 89 so that the close contact performance of the sliding surface 77 can be secured by preventing local deformation of the fixed side valve plate 73 by allowing pressure of a high pressure operating medium leaked out to the mating face from the high pressure operating medium passages P1 and P2 to act on the substantially whole surface of the mating face. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーシングと、ケーシングに回転自在に支持されたロータと、ロータに設けられた作動部と、ケーシングおよびロータ間に設けられて作動部に対する作動媒体の供給・排出を制御するロータリバルブとを備えた回転流体機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の回転流体機械のロータリバルブは、ロータに設けられた可動側バルブプレートと、ケーシングに回転不能かつロータの軸線方向に移動可能に係止したバルブ本体部に設けられた固定側バルブプレートとを、軸線に直交する摺動面において当接させたもので、固定側バルブプレートに対する可動側バルブプレートの相対回転によりロータに設けたアキシャルピストンシリンダ群に高温高圧蒸気を順次供給・排出するようになっている。
【0003】
下記特許文献に記載されたものは、バルブ本体部および固定側バルブプレートの合わせ面に、そこを貫通する高圧作動媒体通路および低圧作動媒体通路の周囲をそれぞれ囲むように2個のシール部材を設けており、これらのシール部材で高圧作動媒体通路から高圧作動媒体が漏れて合わせ面の外部や低圧作動媒体通路に排出されるのを阻止している。
【0004】
【特許文献】
特開2002−256805号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来のものは、バルブ本体部および固定側バルブプレートの合わせ面のうち、高圧作動媒体通路を囲む環状のシール部材の径方向内側に高圧が作用し、低圧作動媒体通路を囲む環状のシール部材の径方向内側に低圧が作用するため、固定側バルブプレートに高圧および低圧が局部的に作用して撓み変形を引き起し、可動側バルブプレートとの摺動面の密着性が失われて高温高圧蒸気の漏れが発生する可能性がある。
【0006】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回転流体機械のロータリバルブのバルブ本体部および固定側バルブプレートの合わせ面の圧力不均衡を解消し、可動側バルブプレートとの摺動面の密着性を確保することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、ケーシングと、ケーシングに回転自在に支持されたロータと、ロータに設けられた作動部と、ケーシングおよびロータ間に設けられて作動部に対する作動媒体の供給・排出を制御するロータリバルブとを備え、前記ロータリバルブは、ロータに設けられた可動側バルブプレートをバルブ本体部に設けられた固定側バルブプレートに摺動面において当接させてなり、バルブ本体部および固定側バルブプレートの合わせ面を高圧作動媒体通路および低圧作動媒体通路が貫通する回転流体機械において、前記合わせ面の外周部を環状の第1シール部材でシールするとともに、第1シール部材の径方向内側において低圧作動媒体通路の周囲を環状の第2シール部材でシールしたことを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0008】
上記構成によれば、回転流体機械のロータリバルブのバルブ本体部および固定側バルブプレートの合わせ面の外周部に環状の第1シール部材を配置することで、その径方向内側で合わせ面を貫通する高圧作動媒体通路および低圧作動媒体通路の両方を囲んだので、高圧作動媒体通路から合わせ面に漏出した高圧作動媒体の圧力を該合わせ面のほぼ全域に作用させ、固定側バルブプレートの局部的な変形を防止して摺動面の密着性を確保することができる。また第1シール部材の径方向内側において低圧作動媒体通路の周囲に環状の第2シール部材を配置したので、合わせ面の高圧作動媒体が低圧作動媒体通路に排出されるのを第2シール部材で阻止することができる。このとき、第2シール部材は低圧作動媒体通路の周囲の狭い範囲だけを囲むので、その低圧が固定側バルブプレートを局部的に変形させる虞はない。
【0009】
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、第1、第2シール部材は断面に開放部を有するCシールであり、第1シール部材は開放部を径方向内向きにして配置され、第2シール部材は開放部を径方向外向きにして配置されたことを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0010】
上記構成によれば、Cシールよりなる第1シール部材を開放部を径方向内向きにして配置したので、高圧作動媒体通路から合わせ面に漏出した高圧作動媒体の圧力で第1シール部材のシール性を増加させ、前記高圧作動媒体が合わせ面から外部に排出されるのを防止することができる。またCシールよりなる第2シール部材を開放部を径方向外向きにして配置したので、合わせ面に漏出した高圧作動媒体の圧力で第2シール部材のシール性を増加させ、前記高圧作動媒体が合わせ面から低圧作動媒体通路に排出されるのを防止することができる。
【0011】
尚、実施例のアキシャルピストンシリンダ群56は本発明の作動部に対応し、実施例のシール部材89,90はそれぞれ本発明の第1シール部材および第2シール部材に対応し、実施例の第1、第2蒸気通路P1,P2は本発明の高圧作動媒体通路に対応し、実施例の第5、第6蒸気通路P5,P6は本発明の低圧作動媒体通路に対応する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【0013】
図1〜図16は本発明の一実施例を示すもので、図1は膨張機の縦断面図、図2は図1の2−2線断面図、図3は図1の3−3線矢視図、図4は図1の4部拡大図、図5は図1の5部拡大図、図6はロータの分解斜視図、図7は図4の7−7線断面図、図8は図4の8−8線断面図、図9は図4の9部拡大図、図10は図5の10−10線断面図、図11は図5の11−11線断面図、図12は図5の12−12線断面図、図13は図5の13−13線断面、図14は図5の14−14線断面図、図15は図5の15−15線断面図、図16は図5の16部拡大図である。
【0014】
図1〜図9に示すように、本実施例の膨張機Eは例えばランキンサイクル装置に使用されるもので、作動媒体としての高温高圧蒸気の熱エネルギーおよび圧力エネルギーを機械エネルギーに変換して出力する。膨張機Eのケーシング11は、ケーシング本体12と、ケーシング本体12の前面開口部にシール部材13を介して複数本のボルト14…で結合される前部カバー15と、ケーシング本体12の後面開口部にシール部材16を介して複数本のボルト17…で結合される後部カバー18と、ケーシング本体12の下面開口部にシール部材19を介して複数本のボルト20…で結合されるオイルパン21とで構成される。
【0015】
ケーシング11の中央を前後方向に延びる軸線Lまわりに回転可能に配置されたロータ22は、その前部を前部カバー15に設けた組み合わせアンギュラベアリング23f,23rによって支持され、その後部をケーシング本体12に設けたラジアルベアリング24によって支持される。前部カバー15の後面に斜板ホルダ28が一体に形成されており、この斜板ホルダ28にアンギュラベアリング30を介して斜板31が回転自在に支持される。斜板31の軸線は前記ロータ22の軸線Lに対して傾斜しており、その傾斜角は固定である。
【0016】
ロータ22は、組み合わせアンギュラベアリング23f,23rで前部カバー15に支持された出力軸32と、出力軸32の後部に相互に所定幅の切欠57,58(図4および図9参照)を介して一体に形成された3個のスリーブ支持フランジ33,34,35と、後側のスリーブ支持フランジ35にメタルガスケット36を介して複数本のボルト37…で結合され、前記ラジアルベアリング24でケーシング本体12に支持されたロータヘッド38と、3個のスリーブ支持フランジ33,34,35に前方から嵌合して複数本のボルト39…で前側のスリーブ支持フランジ33に結合された断熱カバー40とを備える。
【0017】
3個のスリーブ支持フランジ33,34,35には各々5個のスリーブ支持孔33a…,34a…,35a…が軸線Lまわりに72°間隔で形成されており、それらのスリーブ支持孔33a…,34a…,35a…に5本のシリンダスリーブ41…が後方から嵌合する。各々のシリンダスリーブ41の後端にはフランジ41aが形成されており、このフランジ41aが後側のスリーブ支持フランジ35のスリーブ支持孔35aに形成した段部35bに嵌合した状態でメタルガスケット36に当接して軸方向に位置決めされる(図9参照)。各々のシリンダスリーブ41の内部にピストン42が摺動自在に嵌合しており、ピストン42の前端は斜板31に形成したディンプル31aに当接するとともに、ピストン42の後端とロータヘッド38との間に蒸気の膨張室43が区画される。
【0018】
前部カバー15の前面にシール部材91を介して板状のベアリングホルダ92が重ね合わされてボルト93…で固定され、そのベアリングホルダ92の前面にシール部材94を介してポンプボディ95が重ね合わされてボルト96…で固定される。組み合わせアンギュラベアリング23f,23rは、前部カバー15の段部とベアリングホルダ92との間に挟まれて軸線L方向に固定される。
【0019】
組み合わせアンギュラベアリング23f,23rを支持する出力軸32に形成したフランジ32dと組み合わせアンギュラベアリング23f,23rのインナーレースとの間に所定厚さのシム97が挟持され、出力軸32の外周に螺合するナット98で組み合わせアンギュラベアリング23f,23rのインナーレースが締め付けられる。その結果、出力軸32は組み合わせアンギュラベアリング23f,23rに対して、つまりケーシング11に対して軸線L方向に位置決めされる。
【0020】
組み合わせアンギュラベアリング23f,23rは相互に逆向きに装着されており、出力軸32を径方向に支持するだけでなく、軸線L方向にも移動不能に支持している。即ち、一方の組み合わせアンギュラベアリング23fは出力軸32が前方に移動するのを規制し、他方の組み合わせアンギュラベアリング23rは出力軸32が後方に移動するのを規制するように配置される。
【0021】
ロータ22の前部を支持する軸受けに組み合わせアンギュラベアリング23f,23rを使用したので、膨張機Eの所定の運転状態において膨張室43…で発生する軸線L方向両側への荷重は、その一方がロータ22を介して組み合わせアンギュラベアリング23f,23rのインナーレースに伝達され、その他方が斜板31および前部カバー15の斜板ホルダ28を介して組み合わせアンギュラベアリング23f,23rのアウターレースに伝達される。これら二つの荷重は、斜板31を支持するアンギュラベアリング30とロータ22を支持する組み合わせアンギュラベアリング23f,23rとに挟まれた前部カバー15の斜板ホルダ28を圧縮するもので、機構部の剛性は高いものとなる。しかも本実施例の如く、斜板ホルダ28を前部カバー15と一体に構成することで、更に剛性が高く簡略な構造となる。
【0022】
更に、斜板31を支持するアンギュラベアリング30とロータ22を支持する組み合わせアンギュラベアリング23f,23rとを前部カバー15に組み込むことにより、「ロータ22およびピストン42…」、「前部カバー15のアセンブリ」、「ポンプボディ95」というユニット単位で組立作業が行え、ピストン42…の組み替えやオイルポンプ49の交換といった作業の効率が改善される。
【0023】
またロータ22の後端部を構成するロータヘッド38を支持するラジアルベア24は径方向の荷重のみを支持する通常のボールベアリングであって、ロータヘッド38がラジアルベアリング24に対して軸線L方向に摺動できるように、ロータヘッド38とラジアルベアリング24のインナーレースとの間に隙間α(図5参照)が形成される。
【0024】
ロータ22と一体の出力軸32内部に軸線L上に延びるオイル通路32aが形成されており、このオイル通路32aの前端は径方向に分岐して出力軸32の外周の環状溝32bに連通する。ロータ22の中央のスリーブ支持フランジ34の径方向内側位置において、前記オイル通路32aの内周にシール部材44を介してオイル通路閉塞部材45が螺合しており、その近傍のオイル通路32aから径方向外側に延びる複数のオイル孔32c…が出力軸32の外周面に開口する。
【0025】
ポンプボディ95の前面に形成した凹部95aと、ポンプボディ95の前面にシール部材46を介して複数本のボルト47…で固定したポンプカバー48との間に配置されたトロコイド型のオイルポンプ49は、前記凹部95aに回転自在に嵌合するアウターロータ50と、出力軸32の外周に固定されてアウターロータ50に噛合するインナーロータ51とを備える。オイルパン21の内部空間はオイルパイプ52およびポンプボディ95のオイル通路95bを介してオイルポンプ49の吸入ポート53に連通し、オイルポンプ49の吐出ポート54はポンプボディ95のオイル通路95cを介して出力軸32の環状溝32bに連通する。
【0026】
シリンダスリーブ41に摺動自在に嵌合するピストン42はエンド部61、中間部62およびトップ部63からなる。エンド部61は斜板31のディンプル31aに当接する球面部61aを有する部材であって、中間部62の先端に溶接で結合される。中間部62は大容積の中空空間62aを有する円筒状の部材であって、トップ部63に近い外周部に直径が僅かに減少した小径部62bを有しており、そこを半径方向に貫通するように複数のオイル孔62c…が形成されるとともに、小径部62bよりも前方の外周部に複数本の螺旋状のオイル溝62d…が形成される。膨張室43に臨むトップ部63は中間部62と一体に形成されており、その内面に形成された隔壁63aと、その後端面に嵌合して溶接された蓋部材64との間に断熱空間65(図9参照)が形成される。トップ部63の外周には2本の圧縮リング66,66と1本のオイルリング67とが装着されており、オイルリング67が嵌合するオイルリング溝63bは複数のオイル孔63c…を介して中間部62の中空空間62aに連通する。
【0027】
ピストン42のエンド部61および中間部62は高炭素鋼製、トップ部63はステンレス製であり、そのうちエンド部61には高周波焼入れが、中間部62には焼入れが施される。その結果、斜板31に大きな面圧で当接するエンド部61の耐高面圧性と、厳しい潤滑条件でシリンダスリーブ41に摺接する中間部62の耐摩耗性と、膨張室43に臨んで高温高圧に晒されるトップ部63の耐熱・耐蝕性とが満たされる。
【0028】
シリンダスリーブ41の中間部外周に環状溝41b(図6および図9参照)が形成されており、この環状溝41bに複数のオイル孔41c…が形成される。シリンダスリーブ41の回転方向の取付位置に関わらず、出力軸32に形成したオイル孔32c…と、ロータ22の中央のスリーブ支持フランジ34に形成したオイル孔34b…(図4および図6参照)とが環状溝41bに連通する。ロータ22の前側および後側のスリーブ支持フランジ33,35と断熱カバー40との間に形成された空間68は、断熱カバー40に形成したオイル孔40a…(図4および図7参照)を介してケーシング11の内部空間に連通する。
【0029】
ロータ22の前側のスリーブ支持フランジ33の後面にボルト37…で結合されたロータヘッド38の前側もしくは膨張室43…側に環状の蓋部材69が溶接されており、蓋部材69の背面もしくは後面に環状の断熱空間70(図9参照)が区画される。ロータヘッド38はノックピン55により後側のスリーブ支持フランジ35に対して回転方向に位置決めされる。
【0030】
尚、5個のシリンダスリーブ41…と5個のピストン42…とは本発明のアキシャルピストンシリンダ群56を構成する。
【0031】
次に、ロータ22の5個の膨張室43…に蒸気を供給・排出するロータリバルブ71の構造を、図5および図10〜図15に基づいて説明する。
【0032】
図5に示すように、ロータ22の軸線Lに沿うように配置されたロータリバルブ71は、バルブ本体部72と、固定側バルブプレート73と、可動側バルブプレート74とを備える。可動側バルブプレート74は、ロータ22の後面にノックピン75で回転方向に位置決めされた状態で、オイル通路閉塞部材45(図4参照)に螺合するボルト76で固定される。尚、ボルト76はロータヘッド38を出力軸32に固定する機能も兼ね備えている。
【0033】
図5から明らかなように、可動側バルブプレート74に平坦な摺動面77を介して当接する固定側バルブプレート73は、バルブ本体部72の前面の中心に1本のボルト78で固定されるとともに、バルブ本体部72の外周部に環状の固定リング79および複数本のボルト80で固定される。その際に、固定リング79の内周に形成した段部79aが固定側バルブプレート73の外周にインロウ嵌合するように圧入され、かつ固定リング79の外周に形成した段部79bがバルブ本体部72の外周にインロウ嵌合することで、バルブ本体部72に対する固定側バルブプレート73の同軸性が確保される。またバルブ本体部72と固定側バルブプレート73との間に、固定側バルブプレート73を回転方向に位置決めするノックピン81が配置される。
【0034】
従って、ロータ22が回転すると、可動側バルブプレート74および固定側バルブプレート73は摺動面77において相互に密着しながら相対回転する。固定側バルブプレート73および可動側バルブプレート74は、カーボンやセラミックス等の耐久性に優れた材質で構成されており、更にまたその摺動面77に耐熱性、潤滑性、耐蝕性、耐摩耗性を有する部材を介在させたりコーティングしたりすれば更に耐久性を向上できる。
【0035】
ステンレス製のバルブ本体部72は、大径部72aおよび小径部72bを備えた段付き円柱状の部材であって、その大径部72aおよび小径部72bの外周面が、それぞれシール部材82,83を介して後部カバー18の円形断面の支持面18a,18bに軸線L方向に摺動自在に嵌合する。
【0036】
図5に図15を併せて参照すると明らかなように、バルブ本体部72の段部72cに対向する後部カバー18の内面に3個の支持孔18c…が形成されており、これらの支持孔18c…に3本の係止ピン84…の大径部84a…を圧入するとともに、それらの係止ピン84…の小径部84b…をバルブ本体部72の段部72cに形成した3個のピン孔72d…に摺動自在に嵌合させる。3本の係止ピン84…は軸線Lの周囲を囲むように同一円周上に120°間隔で配置される。これらの係止ピン84…によって、バルブ本体部72を回転方向に拘束してロータ22に引きずられて連れ回りするのを防止しながら、バルブ本体部72を軸線L方向に移動可能にして摺動面77の密着性を確保することができる。
【0037】
図5に戻り、後部カバー18に軸線Lを囲むように複数個のプリロードスプリング85…が支持されており、これらプリロードスプリング85…に大径部72aおよび小径部72b間の段部72cを押圧されたバルブ本体部72は、固定側バルブプレート73および可動側バルブプレート74の摺動面77を密着させるべく前方に向けて付勢される。
【0038】
バルブ本体部72の後面に接続された蒸気供給パイプ86は、バルブ本体部72の内部に形成した第1蒸気通路P1と、固定側バルブプレート73に形成した第2蒸気通路P2とを介して摺動面77に連通する。またケーシング本体12および後部カバー18とロータ22との間にはシール部材87でシールされた蒸気排出室88が形成されており、この蒸気排出室88はバルブ本体部72の内部に形成した第6、第7蒸気通路P6,P7と、固定側バルブプレート73に形成した第5蒸気通路P5とを介して摺動面77に連通する。
【0039】
図5に図13および図16を併せて参照すると明らかなように、バルブ本体部72と固定側バルブプレート73との合わせ面には、高圧の第1、第2蒸気通路P1,P2の接続部および低圧の第5、第6蒸気通路P5,P6の接続部を同時に囲む大型のシール部材89が設けられる。シール部材89はC型の断面を有するいわゆるC型シールであって、バルブ本体部72と固定側バルブプレート73との合わせ面の大部分を囲んでおり、そのC型の開放部は径方向内向きに開口している。また前記合わせ面には、低圧の第5、第6蒸気通路P5,P6の接続部だけを囲む小型のシール部材90が設けられる。シール部材90もC型シールであって、そのC型の開放部は径方向外向きに開口している。
【0040】
従って、バルブ本体部72と固定側バルブプレート73との合わせ面に高圧の第1、第2蒸気通路P1,P2の接続部から高温高圧蒸気が漏出しても、その高温高圧蒸気が前記合わせ面の略全域を覆うシール部材89により阻止されて外部への漏出が防止される。このとき、C型シールよりなるシール部材89はC型の開放部が径方向内向きに配置されているので、高温高圧蒸気が径方向内側から外側に漏出しようとしても、その蒸気圧でシール部材89が拡開してシール性が増加することで高温高圧蒸気の外部への漏出が確実に防止される。
【0041】
またバルブ本体部72と固定側バルブプレート73との合わせ面に開口する低圧の第5、第6蒸気通路P5,P6の接続部をシール部材90で囲ったので、高圧の第1、第2蒸気通路P1,P2の接続部から合わせ面に漏出した高温高圧蒸気が低圧の第5、第6蒸気通路P5,P6に短絡して高温高圧蒸気が無駄に排出されることが防止される。このとき、C型シールよりなるシール部材90はC型の開放部が径方向外向きに配置されているので、高温高圧蒸気が径方向外側から内側に漏出しようとしても、その蒸気圧でシール部材90が拡開してシール性が増加することで高温高圧蒸気の第5、第6蒸気通路P5,P6への漏出が確実に防止される。
【0042】
シール部材89は前記合わせ面のほぼ全域、つまり第5、第6蒸気通路P5,P6の周囲を囲む小型のシール部材90の内側の除く部分で高圧を保持するので、比較的に剛性の低いカーボン製の固定側バルブプレート73を均一に押圧して変形を防止し、摺動面77において可動側バルブプレート74に隙間無く密着させて高温高圧蒸気の漏れを防止するとともに摺動面77の偏摩耗を防止することができる。
【0043】
ロータリバルブ71の固定側バルブプレート73および可動側バルブプレート74の摺動面77は軸線Lに対して厳密に垂直であるとは限らず、加工誤差や偏摩耗によって僅かに傾いている場合がある。この状態で固定側バルブプレート73および可動側バルブプレート74が摺動面77において摺動しながら相対回転すると、後部カバー18にシール部材82,83を介して支持されたバルブ本体部72は、前記シール部材82,83の潰れ代の範囲内で、その小径部72bを支点として軸線Lまわりに首振り運動する。
【0044】
このとき、バルブ本体部72は軸線Lまわりに等間隔で配置された3本の係止ピン84…で後部カバー18に係止されているため、バルブ本体部72は軸線Lまわりに首振り運動することが可能となり、摺動面77の追従性を高めて高温高圧蒸気の漏れを防止するとともに、摺動面77の更なる偏摩耗を抑制することができる。バルブ本体部72の首振り運動を容易に行わせるためには、係止ピン84…の位置を軸線Lにできるだけ近づけることが望ましい。また係止ピン84…をバルブ本体部72側ではなく後部カバー18側に設けたので、バルブ本体部72の慣性マスの増加を最小限に抑えて摺動面77の追従性を更に高めることができる。
【0045】
図5に戻り、軸線Lを囲むように等間隔で配置された5個の第3蒸気通路P3…が可動側バルブプレート74を貫通しており、軸線Lを囲むようにロータ22に形成された5個の第4蒸気通路P4…の両端が、それぞれ前記第3蒸気通路P3…および前記膨張室43…に連通する。第2蒸気通路P2の摺動面77に開口する部分は円形であるのに対し、第5蒸気通路P5の摺動面77に開口する部分は軸線Lを中心とする円弧状に形成される。
【0046】
次に、上記構成を備えた本実施例の膨張機Eの作用を説明する。
【0047】
蒸発器で水を加熱して発生した高温高圧蒸気は蒸気供給パイプ86からロータリバルブ71のバルブ本体部72に形成した第1蒸気通路P1と、このバルブ本体部72と一体の固定側バルブプレート73に形成した第2蒸気通路P2とを経て、可動側バルブプレート74との摺動面77に達する。そして摺動面77に開口する第2蒸気通路P2はロータ22と一体に回転する可動側バルブプレート74に形成した対応する第3蒸気通路P3に所定の吸気期間において瞬間的に連通し、高温高圧蒸気は第3蒸気通路P3からロータ22に形成した第4蒸気通路P4を経てシリンダスリーブ41内の膨張室43に供給される。
【0048】
ロータ22の回転に伴って第2蒸気通路P2および第3蒸気通路P3の連通が絶たれた後も膨張室43内で高温高圧蒸気が膨張することで、シリンダスリーブ41に嵌合するピストン42が上死点から下死点に向けて前方に押し出され、その前端のエンド部61が斜板31のディンプル31aを押圧する。その結果、ピストン42が斜板31から受ける反力でロータ22に回転トルクが与えられる。そしてロータ22が5分の1回転する毎に、相隣り合う新たな膨張室43内に高温高圧蒸気が供給されてロータ22が連続的に回転駆動される。
【0049】
ロータ22の回転に伴って下死点に達したピストン42が斜板31に押圧されて上死点に向かって後退する間に、膨張室43から押し出された低温低圧蒸気は、ロータ22の第4蒸気通路P4と、可動側バルブプレート74の第3蒸気通路P3と、摺動面77と、固定側バルブプレート73の円弧状の第5蒸気通路P5と、バルブ本体部72の第6、第7蒸気通路P6,P7とを経て蒸気排出室88に排出され、そこから凝縮器に供給される。
【0050】
ロータ22の回転に伴って出力軸32に設けたオイルポンプ49が作動し、オイルパン21からオイルパイプ52、ポンプボディ95のオイル通路95b、吸入ポート53を経て吸入されたオイルが吐出ポート54から吐出され、ポンプボディ95のオイル通路95c、出力軸32のオイル通路32a、出力軸32の環状溝32b、出力軸32のオイル孔32c…、シリンダスリーブ41の環状溝41bおよびシリンダスリーブ41のオイル孔41c…を経て、ピストン42の中間部62に形成した小径部62bとシリンダスリーブ41との間の空間に供給される。そして前記小径部62bに保持されたオイルの一部は、ピストン42の中間部62に形成した螺旋状のオイル溝62d…に流れてシリンダスリーブ41との摺動面を潤滑し、また前記オイルの他の一部はピストン42のトップ部63に設けた圧縮リング66,66およびオイルリング67とシリンダスリーブ41との摺動面を潤滑する。
【0051】
供給された高温高圧蒸気の一部が凝縮した水が膨張室43からシリンダスリーブ41およびピストン42の摺動面に浸入してオイルに混入することは避けられず、そのために前記摺動面の潤滑条件は厳しいものとなるが、必要量のオイルをオイルポンプ49から出力軸32の内部を通してシリンダスリーブ41およびピストン42の摺動面に直接供給することで、充分な油膜を維持して潤滑性能を確保するとともにオイルポンプ49の小型化を図ることができる。
【0052】
シリンダスリーブ41およびピストン42の摺動面からオイルリング67によって掻き取られたオイルは、オイルリング溝63bの底部に形成したオイル孔63c…からピストン42の内部の中空空間62aに流入する。前記中空空間62aはピストン42の中間部62を貫通する複数のオイル孔62c…を介してシリンダスリーブ41の内部に連通しており、かつシリンダスリーブ41の内部は複数のオイル孔41c…を介して該シリンダスリーブ41の外周の環状溝41bに連通している。環状溝41bの周囲はロータ22の中央のスリーブ支持フランジ34によって覆われているが、スリーブ支持フランジ34にはオイル孔34bが形成されているため、ピストン42の中空空間62a内のオイルは遠心力で半径方向外側に付勢され、スリーブ支持フランジ34のオイル孔34bを通して断熱カバー40内の空間68に排出され、そこから断熱カバー40のオイル孔40a…を通してオイルパン21に戻される。その際に、前記オイル孔34bはスリーブ支持フランジ34の半径方向外端よりも軸線L寄りに偏倚した位置にあるため、そのオイル孔34bよりも半径方向外側にあるオイルは遠心力でピストン42の中空空間62aに保持される。
【0053】
このように、ピストン42の内部の中空空間62aに保持されたオイルとピストン42の外周の小径部62bとに保持されたオイルとは、膨張室43の容積が増加する膨張行程において前記小径部62bからトップ部63側に供給され、また膨張室43の容積が減少する圧縮行程において前記小径部62bからエンド部61側に供給されるため、ピストン42の軸方向全域を確実に潤滑することができる。またピストン42の中空空間62aの内部でオイルが流動することで、高温高圧蒸気に晒されるトップ部63の熱を低温のエンド部61に伝えてピストン42の温度が局部的に上昇するのを回避することができる。
【0054】
第4蒸気通路P4から高温高圧蒸気が膨張室43に供給されたとき、膨張室43に臨むピストン42のトップ部63と中間部62との間には断熱空間65が形成されており、また膨張室43に臨むロータヘッド38にも断熱空間70が形成されているため、膨張室43からピストン42およびロータヘッド38への熱逃げを最小限に抑えて膨張機Eの性能向上に寄与することができる。またピストン42の内部に大容積の中空空間62aを形成したので、ピストン42の重量を低減することができるだけでなく、ピストン42の熱マスを減少させて膨張室43からの熱逃げを更に効果的に低減することができる。
【0055】
後側のスリーブ支持フランジ35とロータヘッド38との間にメタルガスケット36を介在させて膨張室43をシールしたので、肉厚の大きい環状のシール部材を介して膨張室43をシールする場合に比べて、シールまわりのデッドボリュームを減らすことができ、これにより膨張機Eの容積比(膨張比)を大きく確保し、熱効率を高めて出力の向上を図ることができる。またシリンダスリーブ41をロータ22と別体で構成したので、ロータ22の材質に制約されずに熱伝導性、耐熱性、強度、耐摩耗性等を考慮してシリンダスリーブ41の材質を選択することができ、しかも摩耗・損傷したシリンダスリーブ41だけを交換することができるので経済的である。
【0056】
またロータ22の外周面に円周方向に形成した2個の切欠57,58からシリンダスリーブ41の外周面が露出するので、ロータ22の重量を軽減できるだけでなく、ロータ22の熱マスを減少させて熱効率の向上を図ることができ、しかも前記切欠57,58を断熱空間として機能させることでシリンダスリーブ41からの熱逃げを抑制することができる。更に、ロータ22の外周部を断熱カバー40で覆ったので、シリンダスリーブ41からの熱逃げを一層効果的に抑制することができる。
【0057】
ロータリバルブ71は固定側バルブプレート73および可動側バルブプレート74間の平坦な摺動面77を介してアキシャルピストンシリンダ群56に蒸気を供給・排出するので、蒸気のリークを効果的に防止することができる。なぜならば、平坦な摺動面77は高精度の加工が容易なため、円筒状の摺動面に比べてクリアランスの管理が容易であるからである。しかも複数本のプリロードスプリング85…でバルブ本体部72にプリセット荷重を与えて固定側バルブプレート73および可動側バルブプレート74の摺動面77に面圧を発生させるので、摺動面77からの蒸気のリークを一層効果的に抑制することができる。
【0058】
またロータリバルブ71のバルブ本体部72が熱膨張量の大きいステンレス製であり、このバルブ本体72に固定される固定側バルブプレート73が熱膨張量の小さいカーボン製あるいはセラミックス製であるため、熱膨張量の差によって両者間のセンタリングがずれる可能性があるが、固定リング79の内周の段部79aを固定側バルブプレート73の外周に圧入によりインロウ嵌合させ、かつ固定リング79の外周の段部79bをバルブ本体部72の外周にインロウ嵌合させた状態で、固定リング79を複数本のボルト80…でバルブ本体部72に固定したので、インロウ嵌合の調芯作用により固定側バルブプレート73をバルブ本体部72に対して精密にセンタリングし、蒸気の供給・排出タイミングのずれを防止して膨張機Eの性能低下を防止することができる。しかもボルト80…の締結力で固定側バルブプレート73とバルブ本体部72との当接面を均一に密着させ、その当接面からの蒸気の漏れを抑制することができる。
【0059】
更に、後部カバー18をケーシング本体12から取り外すだけで、ケーシング本体12に対してロータリバルブ71を着脱することができるので、修理、清掃、交換等のメンテナンス作業性が大幅に向上する。また高温高圧蒸気が通過するロータリバルブ71は高温になるが、オイルによる潤滑が必要な斜板31や出力軸32がロータ22を挟んでロータリバルブ71の反対側に配置されるので、高温となるロータリバルブ71の熱でオイルが加熱されて斜板31や出力軸32の潤滑性能が低下するのを防止することができる。またオイルはロータリバルブ71を冷却して過熱を防止する機能も発揮する。
【0060】
ところで、膨張機Eを組み立てる際にシリンダスリーブ41の底部(即ち、ロータヘッド38に支持された蓋部材69)およびピストン42の頂部間のデッドボリュームの大きさ、つまりピストン42が上死点にあるときの作動室43の容積を調整する必要がある。出力軸32のフランジ32dと組み合わせアンギュラベアリング23f,23rのインナーレースとの間に介在するシム97を薄くすると、出力軸32が前方(図1の右側)に移動するため、ロータヘッド38も前方に移動するが、ピストン42は斜板31に規制されて前方に移動できないため、前記デッドボリュームは減少する。逆に、前記シム97を厚くすると、出力軸32と共にロータヘッド38が後方(図1の左側)に移動するため、前記デッドボリュームは増加する。その結果、シム97の交換だけでデッドボリュームを任意に調整することが可能になり、デッドボリュームの調整に要する工程を削除して時間を大幅に節減することができる。
【0061】
また所定の厚さを有する単一のシム97を出力軸32のフランジ32dと組み合わせアンギュラベアリング23f,23rとの間に挟み、斜板31を支持するアンギュラベアリング30およびロータ22を支持する組み合わせアンギュラベアリング23f,23rを組み込んだ前部カバー15と、ピストン42…を組み込んだロータ22とを一つのナット98で締め付けるだけでデッドボリュームを調整することができるので、従来の前後2個のシムの厚さをそれぞれ調整する場合に比べて調整作業を簡単に行うことができる。しかもデッドボリュームの調整に際して、ピストン42…を組み込んだロータ22をケーシング本体12に組み付けたままで良いため、、調整後のデッドボリュームの確認作業がピストン42…および斜板31の接触状態を直接見ながら行えるようになる。
【0062】
上述のようにして、シム97の厚さを変更することで組み合わせアンギュラベアリング23f,23rに対して出力軸32の位置を前後に調整すると、ロータ22の後端部のロータヘッド38の位置も前後に移動するが、そのロータヘッド38はケーシング本体12との間に設けたラジアルベアリング24のインナーレースに対して軸線L方向に摺動自在であるため、出力軸32の位置の調整に支障を来すことがない。
【0063】
しかして、膨張室43に供給された高温高圧蒸気の圧力でピストン42がシリンダスリーブ41から押し出される方向に付勢されると、ピストン42の押圧力は斜板31、アンギュラベアリング30、斜板ホルダ28および前部カバー15を介して組み合わせアンギュラベアリング23f,23rのアウターレースを前方(図1の右側)に押圧し、前記ピストン42の押圧力と逆向きのシリンダスリーブ41の押圧力は、ロータヘッド38および出力軸32を介して組み合わせアンギュラベアリング23f,23rのインナーレースを後方(図1の左側)に押圧する。即ち、膨張室43に供給された高温高圧蒸気により発生する荷重は組み合わせアンギュラベアリング23f,23rの内部で打ち消され、ケーシング本体12に伝達されることはない。
【0064】
出力軸32、3個のスリーブ支持フランジ33,34,35、ロータヘッド38および断熱カバー40で構成されたロータ22は熱膨張量が比較的に小さい鉄系材料で構成されているのに対し、そのロータ22を組み合わせアンギュラベアリング23f,23rおよびラジアルベアリング24を介して支持するケーシング11は熱膨張量が比較的に大きいアルミニウム系材料で構成されているため、膨張機Eの低温時と高温時とで特に軸線Lに沿う方向の熱膨張量に差が発生する。
【0065】
ロータ22よりも熱膨張量が大きいケーシング11は、高温時にはロータ22よりも余分に膨張して軸線L方向の寸法が相対的に増加し、逆に低温時には余分に収縮して軸線L方向の寸法が相対的に減少する。このとき、ケーシング11とロータ22とは組み合わせアンギュラベアリング23f,23rを介して軸線L方向に位置決めされているため、両者の熱膨張量の差はラジアルベアリング24のインナーレースに対するロータヘッド38の摺動により吸収され、組み合わせアンギュラベアリング23f,23r、ラジアルベアリング24およびロータ22に軸線L方向の過大な荷重が作用するのが防止される。これにより、組み合わせアンギュラベアリング23f,23rおよびラジアルベアリング24の耐久性が向上するだけでなく、ロータ22の支持を安定させてスムーズな回転を可能にすることができ、しかも温度変化に伴うシリンダスリーブ41の頂部およびピストン42の頂部間のデッドボリュームの変動を防止することができる。
【0066】
なぜならば、仮にロータ22の両端部がケーシング11に軸方向に移動不能に拘束されているとすると、低温時にはロータ22に対してケーシング11が軸線L方向に収縮しようとするため、ケーシング11の一部である斜板ホルダ28に支持された斜板31に頭部が当接するピストン42が後方に押圧され、かつケーシング11にラジアルベアリング24を介して支持されたロータヘッド38が前方に押圧されることで、ピストン42がシリンダスリーブ41の内部に押し込まれてデッドボリュームが減少するからである。逆に、高温時にはロータ22に対してケーシング11が軸線L方向に伸長しようとするため、ピストン42がシリンダスリーブ41の内部から引き出されてデッドボリュームが増加することになり、暖機完了後の通常運転状態における高温高圧蒸気の初期容積の増大、つまり膨張機Eの容積比(膨張比)の低下による熱効率の低下が発生してしまう。
【0067】
それに対して、本実施例ではロータ22がケーシング11に対して軸線L方向に浮動状態で支持されているため、組み合わせアンギュラベアリング23f,23rおよびラジアルベアリング24の軸受間の間隙の増大および予荷重の低下が防止され、温度変化に伴うデッドボリュームの変動が防止される。これにより、膨張機Eの容積比(膨張比)の変動を防止して安定した性能を確保することができる。
【0068】
特に、高温高圧蒸気を作動媒体として使用する膨張機Eでは、高温時および低温時の温度差が大きくなるため、上記効果が有効に発揮される。また高温高圧蒸気が供給されるロータリバルブ71の近傍は高温時および低温時の温度差が大きくなるが、そのロータリバルブ71に近い側に配置されたラジアルベアリング24に対してロータヘッド38が軸線L方向に摺動可能なため、ケーシング11およびロータ22の熱膨張量の差を支障なく吸収することができる。
【0069】
またロータリバルブ71の固定側バルブプレート73および可動側バルブプレート74のうち、ケーシング11に支持された固定側バルブプレート73はロータ22に支持された可動側バルブプレート74に向けてプリロードスプリング85…の弾発力で付勢されているため、温度変化に伴ってケーシング11およびロータ22の軸線L方向の位置関係が変動しても、固定側バルブプレート73および可動側バルブプレート74の摺動面77のシール性が損なわれる虞はない。それどころか、組み合わせアンギュラベアリング23f,23rおよびラジアルベアリング24に過大な荷重が作用するのが防止されてロータ22の回転面が安定するため、前記摺動面77のシール性が向上して蒸気のリーク量を減少させることができる。
【0070】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0071】
例えば、本発明の回転流体機械は膨張機Eに限定されず、圧縮機、液圧ポンプ、液圧モータ等に適用することができる。
【0072】
また実施例の膨張機Eは作動部としてアキシャルピストンシリンダ群56を備えているが、作動部の構造はそれに限定されるものではない。
【0073】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、回転流体機械のロータリバルブのバルブ本体部および固定側バルブプレートの合わせ面の外周部に環状の第1シール部材を配置することで、その径方向内側で合わせ面を貫通する高圧作動媒体通路および低圧作動媒体通路の両方を囲んだので、高圧作動媒体通路から合わせ面に漏出した高圧作動媒体の圧力を該合わせ面のほぼ全域に作用させ、固定側バルブプレートの局部的な変形を防止して摺動面の密着性を確保することができる。また第1シール部材の径方向内側において低圧作動媒体通路の周囲に環状の第2シール部材を配置したので、合わせ面の高圧作動媒体が低圧作動媒体通路に排出されるのを第2シール部材で阻止することができる。このとき、第2シール部材は低圧作動媒体通路の周囲の狭い範囲だけを囲むので、その低圧が固定側バルブプレートを局部的に変形させる虞はない。
【0074】
また請求項2に記載された発明によれば、Cシールよりなる第1シール部材を開放部を径方向内向きにして配置したので、高圧作動媒体通路から合わせ面に漏出した高圧作動媒体の圧力で第1シール部材のシール性を増加させ、前記高圧作動媒体が合わせ面から外部に排出されるのを防止することができる。またCシールよりなる第2シール部材を開放部を径方向外向きにして配置したので、合わせ面に漏出した高圧作動媒体の圧力で第2シール部材のシール性を増加させ、前記高圧作動媒体が合わせ面から低圧作動媒体通路に排出されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】膨張機の縦断面図
【図2】図1の2−2線断面図
【図3】図1の3−3線矢視図
【図4】図1の4部拡大図
【図5】図1の5部拡大図
【図6】ロータの分解斜視図
【図7】図4の7−7線断面図
【図8】図4の8−8線断面図
【図9】図4の9部拡大図
【図10】図5の10−10線断面図
【図11】図5の11−11線断面図
【図12】図5の12−12線断面図
【図13】図5の13−13線断面図
【図14】図5の14−14線断面図
【図15】図5の15−15線断面図
【図16】図5の16部拡大図
【符号の説明】
11 ケーシング
22 ロータ
56 アキシャルピストンシリンダ群(作動部)
71 ロータリバルブ
72 バルブ本体部
73 固定側バルブプレート
74 可動側バルブプレート
77 摺動面
89 シール部材(第1シール部材)
90 シール部材(第2シール部材)
L 軸線
P1 第1蒸気通路(高圧作動媒体通路)
P2 第2蒸気通路(高圧作動媒体通路)
P5 第5蒸気通路(低圧作動媒体通路)
P6 第6蒸気通路(低圧作動媒体通路)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a casing, a rotor rotatably supported by the casing, an operating portion provided on the rotor, and a rotary valve provided between the casing and the rotor to control supply and discharge of a working medium to and from the operating portion. And a rotary fluid machine having the same.
[0002]
[Prior art]
A rotary valve of this type of rotary fluid machine includes a movable valve plate provided on a rotor, and a fixed valve plate provided on a valve body which is non-rotatably fixed to a casing and movably movable in the axial direction of the rotor. Are brought into contact with each other on a sliding surface perpendicular to the axis, so that high-temperature and high-pressure steam is sequentially supplied and discharged to an axial piston cylinder group provided on the rotor by relative rotation of the movable side valve plate with respect to the fixed side valve plate. Has become.
[0003]
In the patent document described below, two sealing members are provided on a mating surface of a valve body and a fixed-side valve plate so as to respectively surround a high-pressure working medium passage and a low-pressure working medium passage penetrating therethrough. These seal members prevent the high-pressure working medium from leaking from the high-pressure working medium passage and being discharged to the outside of the mating surface or the low-pressure working medium passage.
[0004]
[Patent Document]
JP-A-2002-256805 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
Meanwhile, in the above-mentioned conventional type, a high pressure acts on a radially inner side of an annular seal member surrounding a high pressure working medium passage in a mating surface of a valve body and a fixed side valve plate, and an annular seal surrounding a low pressure working medium passage. Since low pressure acts on the radially inner side of the member, high pressure and low pressure act locally on the fixed-side valve plate, causing bending deformation and loss of adhesion of the sliding surface with the movable-side valve plate. High temperature and high pressure steam leakage may occur.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and eliminates pressure imbalance between the mating surface of a valve body of a rotary valve of a rotary fluid machine and a fixed valve plate, and reduces the sliding surface of the rotary valve with the movable valve plate. The purpose is to ensure adhesion.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the invention described in claim 1, a casing, a rotor rotatably supported by the casing, an operating portion provided on the rotor, and a casing provided between the casing and the rotor are provided. A rotary valve for controlling the supply and discharge of the working medium to and from the operating portion, wherein the rotary valve has a movable valve plate provided on the rotor and a fixed valve plate provided on the valve body portion on a sliding surface. In a rotating fluid machine in which a high pressure working medium passage and a low pressure working medium passage penetrate a mating surface of a valve body and a fixed side valve plate, an outer peripheral portion of the mating surface is sealed with an annular first seal member. And that the periphery of the low-pressure working medium passage is sealed with an annular second seal member radially inside the first seal member. Rotating fluid machine is proposed to symptoms.
[0008]
According to the above configuration, by disposing the annular first seal member on the outer peripheral portion of the mating surface of the rotary valve of the rotary fluid machine with the valve body and the fixed-side valve plate, the first sealing member penetrates the mating surface radially inside. Since both the high-pressure working medium passage and the low-pressure working medium passage are surrounded, the pressure of the high-pressure working medium leaking from the high-pressure working medium passage to the mating surface acts on almost the entire area of the mating surface, and the local pressure of the fixed-side valve plate is reduced. Deformation can be prevented and the adhesion of the sliding surface can be ensured. Further, since the annular second seal member is arranged around the low pressure working medium passage radially inside the first seal member, the high pressure working medium on the mating surface is discharged to the low pressure working medium passage by the second seal member. Can be blocked. At this time, since the second seal member surrounds only a narrow area around the low-pressure working medium passage, there is no possibility that the low pressure locally deforms the fixed-side valve plate.
[0009]
According to the second aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect, the first and second seal members are C seals having an open portion in a cross section, and the first seal member has a diameter of the open portion. A rotary fluid machine is proposed in which the second seal member is disposed with the open portion facing outward in the radial direction.
[0010]
According to the above configuration, since the first seal member made of the C seal is arranged with the open portion facing inward in the radial direction, the seal of the first seal member is pressed by the pressure of the high pressure working medium leaked from the high pressure working medium passage to the mating surface. And the high-pressure working medium can be prevented from being discharged from the mating surface to the outside. In addition, since the second seal member made of the C seal is disposed with the open portion facing outward in the radial direction, the sealing property of the second seal member is increased by the pressure of the high pressure working medium leaked to the mating surface, and the high pressure working medium is It is possible to prevent discharge from the mating surface to the low-pressure working medium passage.
[0011]
The axial piston cylinder group 56 of the embodiment corresponds to the operating portion of the present invention, and the seal members 89 and 90 of the embodiment correspond to the first seal member and the second seal member of the present invention, respectively. The first and second steam passages P1 and P2 correspond to the high-pressure working medium passage of the present invention, and the fifth and sixth steam passages P5 and P6 of the embodiment correspond to the low-pressure working medium passage of the present invention.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
[0013]
1 to 16 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an expander, FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 in FIG. 1, and FIG. 3 is line 3-3 in FIG. FIG. 4 is an enlarged view of part 4 of FIG. 1, FIG. 5 is an enlarged view of part five of FIG. 1, FIG. 6 is an exploded perspective view of the rotor, FIG. 7 is a sectional view taken along line 7-7 of FIG. 4 is a sectional view taken along line 8-8 in FIG. 4, FIG. 9 is an enlarged view of a part 9 in FIG. 4, FIG. 10 is a sectional view taken along line 10-10 in FIG. 5, FIG. 5 is a sectional view taken along line 12-12 of FIG. 5, FIG. 13 is a sectional view taken along line 13-13 of FIG. 5, FIG. 14 is a sectional view taken along line 14-14 of FIG. 5, and FIG. 16 is an enlarged view of a portion 16 in FIG.
[0014]
As shown in FIGS. 1 to 9, the expander E of this embodiment is used in, for example, a Rankine cycle device, and converts heat energy and pressure energy of a high-temperature high-pressure steam as a working medium into mechanical energy and outputs the mechanical energy. I do. The casing 11 of the expander E includes a casing body 12, a front cover 15 connected to a front opening of the casing body 12 by a plurality of bolts 14 via a sealing member 13, and a rear opening of the casing body 12. A rear cover 18 connected to the casing body 12 with a plurality of bolts 17 via a sealing member 16 and an oil pan 21 connected to an opening on the lower surface of the casing body 12 via a sealing member 19 with a plurality of bolts 20. It consists of.
[0015]
A rotor 22 rotatably arranged around an axis L extending in the front-rear direction at the center of the casing 11 is supported by combined angular bearings 23f, 23r having a front portion provided on the front cover 15, and a rear portion of the casing body 12 is provided. And is supported by a radial bearing 24 provided at the bottom. A swash plate holder 28 is integrally formed on the rear surface of the front cover 15, and a swash plate 31 is rotatably supported by the swash plate holder 28 via an angular bearing 30. The axis of the swash plate 31 is inclined with respect to the axis L of the rotor 22, and the angle of inclination is fixed.
[0016]
The rotor 22 includes an output shaft 32 supported on the front cover 15 by combined angular bearings 23f and 23r, and cutouts 57 and 58 (see FIGS. 4 and 9) having predetermined widths at the rear of the output shaft 32. The three integrally formed sleeve support flanges 33, 34, 35 are connected to the rear sleeve support flange 35 by a plurality of bolts 37 via a metal gasket 36. And a heat insulating cover 40 which is fitted to the three sleeve support flanges 33, 34, 35 from the front and is connected to the front sleeve support flange 33 by a plurality of bolts 39. .
[0017]
Each of the three sleeve support flanges 33, 34, 35 is formed with five sleeve support holes 33a,..., 34a, 35a at intervals of 72 ° around the axis L. The sleeve support holes 33a,. Five cylinder sleeves 41 are fitted into 34a, 35a from behind. A flange 41a is formed at the rear end of each cylinder sleeve 41. The flange 41a is fitted to the metal gasket 36 in a state where the flange 41a is fitted to a step 35b formed in the sleeve support hole 35a of the rear sleeve support flange 35. It is positioned in the axial direction by contact (see FIG. 9). A piston 42 is slidably fitted inside each of the cylinder sleeves 41. A front end of the piston 42 abuts a dimple 31a formed on the swash plate 31, and a piston 42 and a rotor head 38 A steam expansion chamber 43 is defined therebetween.
[0018]
A plate-shaped bearing holder 92 is superimposed on the front surface of the front cover 15 via a sealing member 91 and fixed with bolts 93. A pump body 95 is superimposed on the front surface of the bearing holder 92 via a sealing member 94. It is fixed with bolts 96. The combined angular bearings 23f and 23r are fixed between the stepped portion of the front cover 15 and the bearing holder 92 in the direction of the axis L.
[0019]
A shim 97 having a predetermined thickness is sandwiched between a flange 32d formed on the output shaft 32 supporting the combined angular bearings 23f and 23r and an inner race of the combined angular bearings 23f and 23r, and screwed to the outer periphery of the output shaft 32. The inner race of the combined angular bearings 23f and 23r is tightened by the nut 98. As a result, the output shaft 32 is positioned in the direction of the axis L with respect to the combined angular bearings 23f and 23r, that is, with respect to the casing 11.
[0020]
The combined angular bearings 23f and 23r are mounted in opposite directions, and not only support the output shaft 32 in the radial direction but also support the output shaft 32 so as not to be movable in the axis L direction. That is, one combination angular bearing 23f restricts the output shaft 32 from moving forward, and the other combination angular bearing 23r restricts the output shaft 32 from moving rearward.
[0021]
Since the combined angular bearings 23f and 23r are used for the bearing that supports the front part of the rotor 22, the load generated on the both sides in the direction of the axis L generated in the expansion chambers 43 in the predetermined operating state of the expander E is one of the rotors. 22 is transmitted to the inner race of the combined angular bearings 23f, 23r, and the other is transmitted to the outer race of the combined angular bearings 23f, 23r via the swash plate 31 and the swash plate holder 28 of the front cover 15. These two loads compress the swash plate holder 28 of the front cover 15 sandwiched between the angular bearing 30 that supports the swash plate 31 and the combined angular bearings 23f and 23r that support the rotor 22. The rigidity is high. In addition, as in the present embodiment, by forming the swash plate holder 28 integrally with the front cover 15, a simple structure having higher rigidity is obtained.
[0022]
Further, by incorporating the angular bearings 30 for supporting the swash plate 31 and the combined angular bearings 23f and 23r for supporting the rotor 22 into the front cover 15, the “rotor 22 and pistons 42. , "Pump body 95" can be assembled, and the efficiency of operations such as rearrangement of pistons 42 and replacement of oil pump 49 is improved.
[0023]
The radial bear 24 supporting the rotor head 38 constituting the rear end portion of the rotor 22 is a normal ball bearing that supports only a radial load, and the rotor head 38 moves in the direction of the axis L with respect to the radial bearing 24. A gap α (see FIG. 5) is formed between the rotor head 38 and the inner race of the radial bearing 24 so that the rotor head 38 can slide.
[0024]
An oil passage 32a extending on the axis L is formed inside the output shaft 32 integrated with the rotor 22, and the front end of the oil passage 32a branches radially and communicates with an annular groove 32b on the outer periphery of the output shaft 32. An oil passage closing member 45 is screwed into the inner periphery of the oil passage 32a via a seal member 44 at a position radially inward of the sleeve support flange 34 at the center of the rotor 22. A plurality of oil holes 32c extending outward in the direction open in the outer peripheral surface of the output shaft 32.
[0025]
A trochoid-type oil pump 49 disposed between a concave portion 95a formed on the front surface of the pump body 95 and a pump cover 48 fixed to the front surface of the pump body 95 with a plurality of bolts 47 via a seal member 46 is provided. An outer rotor 50 rotatably fitted in the recess 95a, and an inner rotor 51 fixed to the outer periphery of the output shaft 32 and meshing with the outer rotor 50. The internal space of the oil pan 21 communicates with a suction port 53 of an oil pump 49 via an oil pipe 52 and an oil passage 95b of a pump body 95, and a discharge port 54 of the oil pump 49 communicates with an oil passage 95c of the pump body 95. The output shaft 32 communicates with the annular groove 32b.
[0026]
The piston 42 slidably fitted to the cylinder sleeve 41 includes an end portion 61, an intermediate portion 62, and a top portion 63. The end portion 61 is a member having a spherical portion 61a that comes into contact with the dimple 31a of the swash plate 31, and is joined to the tip of the intermediate portion 62 by welding. The intermediate portion 62 is a cylindrical member having a large-capacity hollow space 62a, and has a small-diameter portion 62b whose diameter is slightly reduced at an outer peripheral portion near the top portion 63, and penetrates therethrough in the radial direction. Are formed as described above, and a plurality of spiral oil grooves 62d are formed in the outer peripheral portion in front of the small diameter portion 62b. The top portion 63 facing the expansion chamber 43 is formed integrally with the intermediate portion 62, and a heat insulating space 65 is provided between a partition wall 63a formed on the inner surface thereof and a lid member 64 fitted and welded to its rear end surface. (See FIG. 9) is formed. Two compression rings 66, 66 and one oil ring 67 are mounted on the outer periphery of the top portion 63, and an oil ring groove 63b in which the oil ring 67 fits is inserted through a plurality of oil holes 63c. It communicates with the hollow space 62a of the intermediate part 62.
[0027]
The end portion 61 and the intermediate portion 62 of the piston 42 are made of high carbon steel, and the top portion 63 is made of stainless steel. The end portion 61 is induction hardened and the intermediate portion 62 is hardened. As a result, a high surface pressure resistance of the end portion 61 abutting against the swash plate 31 with a large surface pressure, a wear resistance of the intermediate portion 62 slidably contacting the cylinder sleeve 41 under severe lubrication conditions, and a high temperature and high pressure The heat resistance and corrosion resistance of the top portion 63 exposed to water are satisfied.
[0028]
An annular groove 41b (see FIGS. 6 and 9) is formed on the outer periphery of the intermediate portion of the cylinder sleeve 41, and a plurality of oil holes 41c are formed in the annular groove 41b. Regardless of the mounting position of the cylinder sleeve 41 in the rotation direction, an oil hole 32c formed in the output shaft 32 and an oil hole 34b formed in the center sleeve support flange 34 of the rotor 22 (see FIGS. 4 and 6). Communicates with the annular groove 41b. Spaces 68 formed between the sleeve support flanges 33 and 35 on the front and rear sides of the rotor 22 and the heat insulating cover 40 are formed via oil holes 40a formed in the heat insulating cover 40 (see FIGS. 4 and 7). It communicates with the internal space of the casing 11.
[0029]
An annular lid member 69 is welded to the front side or the expansion chamber 43 side of the rotor head 38 which is connected to the rear surface of the sleeve support flange 33 on the front side of the rotor 22 with bolts 37. An annular heat insulating space 70 (see FIG. 9) is defined. The rotor head 38 is positioned in the rotation direction with respect to the rear sleeve support flange 35 by the knock pin 55.
[0030]
The five cylinder sleeves 41 and the five pistons 42 constitute an axial piston cylinder group 56 of the present invention.
[0031]
Next, the structure of the rotary valve 71 for supplying and discharging steam to and from the five expansion chambers 43 of the rotor 22 will be described with reference to FIG. 5 and FIGS.
[0032]
As shown in FIG. 5, the rotary valve 71 arranged along the axis L of the rotor 22 includes a valve body 72, a fixed-side valve plate 73, and a movable-side valve plate 74. The movable valve plate 74 is fixed to the rear surface of the rotor 22 with bolts 76 screwed to the oil passage closing member 45 (see FIG. 4) while being positioned in the rotation direction by the knock pin 75. The bolt 76 also has a function of fixing the rotor head 38 to the output shaft 32.
[0033]
As is clear from FIG. 5, the fixed-side valve plate 73 that comes into contact with the movable-side valve plate 74 via the flat sliding surface 77 is fixed to the center of the front surface of the valve main body 72 with one bolt 78. At the same time, it is fixed to the outer peripheral portion of the valve body 72 by an annular fixing ring 79 and a plurality of bolts 80. At this time, a step portion 79a formed on the inner periphery of the fixing ring 79 is press-fitted so as to fit into the outer periphery of the fixed side valve plate 73, and a step portion 79b formed on the outer periphery of the fixing ring 79 is inserted into the valve body portion. By fitting into the outer periphery of the 72, the coaxiality of the fixed-side valve plate 73 with respect to the valve body 72 is ensured. A knock pin 81 for positioning the fixed-side valve plate 73 in the rotation direction is disposed between the valve body 72 and the fixed-side valve plate 73.
[0034]
Therefore, when the rotor 22 rotates, the movable-side valve plate 74 and the fixed-side valve plate 73 relatively rotate while closely contacting each other on the sliding surface 77. The fixed-side valve plate 73 and the movable-side valve plate 74 are made of a highly durable material such as carbon or ceramic, and the sliding surface 77 has heat resistance, lubricity, corrosion resistance, and wear resistance. The durability can be further improved by interposing or coating a member having the following.
[0035]
The valve body 72 made of stainless steel is a stepped cylindrical member having a large-diameter portion 72a and a small-diameter portion 72b, and the outer peripheral surfaces of the large-diameter portion 72a and the small-diameter portion 72b are sealed members 82 and 83, respectively. Are fitted slidably in the direction of the axis L on the support surfaces 18a, 18b of the rear cover 18 having a circular cross section.
[0036]
As is clear from FIG. 5 and FIG. 15, three support holes 18c are formed on the inner surface of the rear cover 18 facing the stepped portion 72c of the valve body 72, and these support holes 18c are formed. The three large diameter portions 84a of the three locking pins 84 are press-fitted into the small holes 84b, and the small diameter portions 84b of the three locking pins 84 are formed in the stepped portion 72c of the valve body 72. 72d... Are slidably fitted. The three locking pins 84 are arranged at 120 ° intervals on the same circumference so as to surround the circumference of the axis L. With these locking pins 84, the valve body 72 can be moved in the direction of the axis L and slid while the valve body 72 is restrained in the rotation direction and prevented from being dragged and rotated together with the rotor 22. Adhesion of the surface 77 can be ensured.
[0037]
Returning to FIG. 5, a plurality of preload springs 85 are supported by the rear cover 18 so as to surround the axis L, and the preload springs 85 press a step 72c between the large-diameter portion 72a and the small-diameter portion 72b. The valve body 72 is urged forward to bring the sliding surfaces 77 of the fixed valve plate 73 and the movable valve plate 74 into close contact.
[0038]
The steam supply pipe 86 connected to the rear surface of the valve body 72 slides through a first steam passage P1 formed inside the valve body 72 and a second steam passage P2 formed in the fixed valve plate 73. It communicates with the moving surface 77. Further, a steam discharge chamber 88 sealed with a seal member 87 is formed between the casing body 12 and the rear cover 18 and the rotor 22, and the steam discharge chamber 88 is formed in a sixth body formed inside the valve body 72. , The seventh steam passages P6 and P7, and the fifth steam passage P5 formed in the fixed-side valve plate 73, and communicates with the sliding surface 77.
[0039]
As is apparent from FIGS. 5 and 13 together with FIGS. 13 and 16, a connecting portion between the high-pressure first and second steam passages P1 and P2 is provided on the mating surface of the valve body 72 and the fixed-side valve plate 73. A large seal member 89 is provided which simultaneously surrounds the connection between the fifth and sixth low pressure steam paths P5 and P6. The seal member 89 is a so-called C-shaped seal having a C-shaped cross section, and surrounds most of the mating surface of the valve body 72 and the fixed-side valve plate 73, and the C-shaped open portion is radially inward. It opens in the direction. In addition, a small seal member 90 is provided on the mating surface so as to surround only the connection portion between the low-pressure fifth and sixth steam passages P5 and P6. The seal member 90 is also a C-type seal, and the open portion of the C-type opens radially outward.
[0040]
Therefore, even if the high-temperature and high-pressure steam leaks from the connecting portion between the high-pressure first and second steam passages P1 and P2 to the mating surface between the valve body 72 and the fixed-side valve plate 73, the high-temperature and high-pressure steam is applied to the mating surface. Is prevented by the seal member 89 covering substantially the entire area of the liquid crystal panel, and leakage to the outside is prevented. At this time, since the C-shaped seal member 89 has a C-shaped open portion disposed radially inward, even if the high-temperature and high-pressure steam is leaking from the radially inner side to the outer side, the seal member 89 is formed by the vapor pressure. The expansion of the seal 89 to increase the sealing property surely prevents the high-temperature and high-pressure steam from leaking to the outside.
[0041]
In addition, since the connecting portion of the low-pressure fifth and sixth steam passages P5 and P6 opened at the mating surface of the valve body 72 and the fixed-side valve plate 73 is surrounded by the seal member 90, the high-pressure first and second steam passages are provided. The high-temperature and high-pressure steam leaked from the connection portion of the passages P1 and P2 to the mating surface is short-circuited to the low-pressure fifth and sixth steam passages P5 and P6, and wasteful discharge of the high-temperature and high-pressure steam is prevented. At this time, since the C-shaped seal member 90 has the C-shaped open portion disposed radially outward, even if the high-temperature and high-pressure steam is leaking from the outside to the inside in the radial direction, the seal member 90 is formed by the vapor pressure. 90 is expanded and the sealing performance is increased, so that the high-temperature and high-pressure steam is reliably prevented from leaking into the fifth and sixth steam passages P5 and P6.
[0042]
Since the seal member 89 maintains a high pressure in almost the entire area of the mating surface, that is, in a portion except for the inside of the small seal member 90 surrounding the periphery of the fifth and sixth steam passages P5 and P6, a relatively low rigid carbon is used. The fixed-side valve plate 73 made of stainless steel is pressed uniformly to prevent deformation, and is tightly adhered to the movable-side valve plate 74 on the sliding surface 77 without any gap, thereby preventing leakage of high-temperature and high-pressure steam and uneven wear of the sliding surface 77. Can be prevented.
[0043]
The sliding surfaces 77 of the fixed-side valve plate 73 and the movable-side valve plate 74 of the rotary valve 71 are not always strictly perpendicular to the axis L, but may be slightly inclined due to processing errors and uneven wear. . In this state, when the fixed-side valve plate 73 and the movable-side valve plate 74 rotate relative to each other while sliding on the sliding surface 77, the valve body 72 supported by the rear cover 18 via the seal members 82, 83 Within the range of the crushing allowance of the seal members 82 and 83, the swing motion is made about the axis L with the small diameter portion 72b as a fulcrum.
[0044]
At this time, since the valve body 72 is locked to the rear cover 18 by three locking pins 84 arranged at equal intervals around the axis L, the valve body 72 swings around the axis L. It is possible to prevent the leakage of the high-temperature and high-pressure steam by increasing the followability of the sliding surface 77 and to suppress the uneven wear of the sliding surface 77 further. In order to facilitate the swinging movement of the valve body 72, it is desirable that the position of the locking pins 84 be as close as possible to the axis L. Further, since the locking pins 84 are provided not on the valve body 72 but on the rear cover 18 side, an increase in the inertial mass of the valve body 72 is minimized, and the followability of the sliding surface 77 is further improved. it can.
[0045]
Returning to FIG. 5, five third steam passages P3... Arranged at equal intervals so as to surround the axis L pass through the movable side valve plate 74, and are formed in the rotor 22 so as to surround the axis L. Both ends of the five fourth steam passages P4 communicate with the third steam passages P3 and the expansion chambers 43, respectively. The portion of the second steam passage P2 that opens to the sliding surface 77 is circular, whereas the portion of the fifth steam passage P5 that opens to the sliding surface 77 is formed in an arc shape centered on the axis L.
[0046]
Next, the operation of the expander E of the present embodiment having the above configuration will be described.
[0047]
The high-temperature and high-pressure steam generated by heating water in the evaporator is supplied from a steam supply pipe 86 to a first steam passage P1 formed in the valve body 72 of the rotary valve 71, and a fixed-side valve plate 73 integrated with the valve body 72. And reaches the sliding surface 77 with the movable side valve plate 74 via the second steam passage P2 formed at the second position. The second steam passage P2 opening to the sliding surface 77 instantaneously communicates with a corresponding third steam passage P3 formed in the movable valve plate 74 that rotates integrally with the rotor 22 during a predetermined intake period, and the high temperature and high pressure The steam is supplied from the third steam passage P3 to the expansion chamber 43 in the cylinder sleeve 41 via the fourth steam passage P4 formed in the rotor 22.
[0048]
Even after the communication between the second steam passage P2 and the third steam passage P3 is cut off with the rotation of the rotor 22, the high-temperature and high-pressure steam expands in the expansion chamber 43, so that the piston 42 fitted to the cylinder sleeve 41 is moved. It is pushed forward from the top dead center toward the bottom dead center, and the end part 61 at the front end presses the dimple 31 a of the swash plate 31. As a result, a rotational torque is applied to the rotor 22 by the reaction force received by the piston 42 from the swash plate 31. Then, each time the rotor 22 rotates one fifth, the high-temperature and high-pressure steam is supplied into the adjacent new expansion chamber 43, and the rotor 22 is continuously driven to rotate.
[0049]
While the piston 42 that has reached the bottom dead center with the rotation of the rotor 22 is pressed by the swash plate 31 and retreats toward the top dead center, the low-temperature and low-pressure steam pushed out of the expansion chamber 43 is The fourth steam passage P4, the third steam passage P3 of the movable-side valve plate 74, the sliding surface 77, the arc-shaped fifth steam passage P5 of the fixed-side valve plate 73, and the sixth and fifth passages of the valve body 72. The steam is discharged to the steam discharge chamber 88 through the steam passages P6 and P7, and is supplied to the condenser therefrom.
[0050]
The oil pump 49 provided on the output shaft 32 is operated with the rotation of the rotor 22, and the oil sucked from the oil pan 21 through the oil pipe 52, the oil passage 95 b of the pump body 95, and the suction port 53 is discharged from the discharge port 54. The oil is discharged, the oil passage 95c of the pump body 95, the oil passage 32a of the output shaft 32, the annular groove 32b of the output shaft 32, the oil hole 32c of the output shaft 32, the annular groove 41b of the cylinder sleeve 41 and the oil hole of the cylinder sleeve 41. Are supplied to the space between the small-diameter portion 62b formed in the intermediate portion 62 of the piston 42 and the cylinder sleeve 41 via the cylinder sleeve 41. A part of the oil held in the small diameter portion 62b flows into a spiral oil groove 62d formed in the intermediate portion 62 of the piston 42 to lubricate the sliding surface with the cylinder sleeve 41, The other part lubricates the sliding surfaces of the compression sleeves 66, 66 and the oil ring 67 provided on the top part 63 of the piston 42 and the cylinder sleeve 41.
[0051]
It is inevitable that the water in which a part of the supplied high-temperature and high-pressure steam condenses enters the sliding surfaces of the cylinder sleeve 41 and the piston 42 from the expansion chamber 43 and mixes with the oil. Although the conditions become severe, the necessary amount of oil is supplied directly from the oil pump 49 through the inside of the output shaft 32 to the sliding surfaces of the cylinder sleeve 41 and the piston 42, thereby maintaining a sufficient oil film and improving the lubrication performance. As a result, the size of the oil pump 49 can be reduced.
[0052]
The oil scraped off from the sliding surfaces of the cylinder sleeve 41 and the piston 42 by the oil ring 67 flows into the hollow space 62a inside the piston 42 from the oil holes 63c formed at the bottom of the oil ring groove 63b. The hollow space 62a communicates with the inside of the cylinder sleeve 41 through a plurality of oil holes 62c penetrating the intermediate portion 62 of the piston 42, and the inside of the cylinder sleeve 41 communicates through a plurality of oil holes 41c. It communicates with an annular groove 41b on the outer periphery of the cylinder sleeve 41. The periphery of the annular groove 41b is covered by a sleeve support flange 34 at the center of the rotor 22. Since the oil hole 34b is formed in the sleeve support flange 34, the oil in the hollow space 62a of the piston 42 is subjected to centrifugal force. , And is discharged to the space 68 in the heat insulating cover 40 through the oil hole 34b of the sleeve support flange 34, and then returned to the oil pan 21 through the oil hole 40a of the heat insulating cover 40. At this time, since the oil hole 34b is located at a position deviated toward the axis L from the radially outer end of the sleeve support flange 34, the oil radially outside of the oil hole 34b is centrifugally applied to the piston 42. It is held in the hollow space 62a.
[0053]
As described above, the oil held in the hollow space 62a inside the piston 42 and the oil held in the small diameter portion 62b on the outer periphery of the piston 42 combine with the small diameter portion 62b during the expansion stroke in which the volume of the expansion chamber 43 increases. From the small diameter portion 62b to the end portion 61 during the compression stroke in which the volume of the expansion chamber 43 is reduced, so that the entire axial direction of the piston 42 can be reliably lubricated. . In addition, since the oil flows inside the hollow space 62a of the piston 42, the heat of the top portion 63 exposed to the high-temperature and high-pressure steam is transmitted to the low-temperature end portion 61 to prevent the temperature of the piston 42 from locally increasing. can do.
[0054]
When the high-temperature and high-pressure steam is supplied from the fourth steam passage P4 to the expansion chamber 43, an adiabatic space 65 is formed between the top part 63 and the intermediate part 62 of the piston 42 facing the expansion chamber 43. Since the heat insulating space 70 is also formed in the rotor head 38 facing the chamber 43, it is possible to minimize the heat escape from the expansion chamber 43 to the piston 42 and the rotor head 38 and contribute to the improvement of the performance of the expander E. it can. Further, since the hollow space 62a having a large volume is formed inside the piston 42, not only the weight of the piston 42 can be reduced, but also the heat mass of the piston 42 is reduced, so that the heat can escape from the expansion chamber 43 more effectively. Can be reduced.
[0055]
Since the expansion chamber 43 is sealed by interposing the metal gasket 36 between the rear sleeve support flange 35 and the rotor head 38, the expansion chamber 43 is sealed with a thick annular sealing member. As a result, the dead volume around the seal can be reduced, whereby a large volume ratio (expansion ratio) of the expander E can be ensured, the thermal efficiency can be increased, and the output can be improved. Further, since the cylinder sleeve 41 is formed separately from the rotor 22, the material of the cylinder sleeve 41 can be selected in consideration of heat conductivity, heat resistance, strength, abrasion resistance and the like without being limited by the material of the rotor 22. It is economical because only the worn or damaged cylinder sleeve 41 can be replaced.
[0056]
Further, since the outer peripheral surface of the cylinder sleeve 41 is exposed from two notches 57 and 58 formed in the outer peripheral surface of the rotor 22 in the circumferential direction, not only can the weight of the rotor 22 be reduced, but also the heat mass of the rotor 22 can be reduced. As a result, the cutouts 57 and 58 function as a heat insulating space, whereby heat escape from the cylinder sleeve 41 can be suppressed. Further, since the outer peripheral portion of the rotor 22 is covered with the heat insulating cover 40, heat escape from the cylinder sleeve 41 can be more effectively suppressed.
[0057]
Since the rotary valve 71 supplies and discharges steam to the axial piston cylinder group 56 via the flat sliding surface 77 between the fixed valve plate 73 and the movable valve plate 74, it is possible to effectively prevent steam leakage. Can be. This is because the flat sliding surface 77 can be easily processed with high precision, so that the clearance can be easily managed as compared with the cylindrical sliding surface. Moreover, since a plurality of preload springs 85 apply a preset load to the valve body 72 to generate a surface pressure on the sliding surfaces 77 of the fixed-side valve plate 73 and the movable-side valve plate 74, steam from the sliding surface 77 is generated. Leakage can be more effectively suppressed.
[0058]
The valve body 72 of the rotary valve 71 is made of stainless steel having a large thermal expansion, and the fixed valve plate 73 fixed to the valve body 72 is made of carbon or ceramic having a small thermal expansion. There is a possibility that the centering between the two may deviate due to the difference in the amount, but the inner step 79a of the fixing ring 79 is press-fitted into the outer periphery of the fixed side valve plate 73 by in-row fitting, and The fixing ring 79 is fixed to the valve body 72 with a plurality of bolts 80 in a state where the portion 79b is fitted in the outer periphery of the valve body 72. The center of the valve 73 is precisely centered on the valve body 72 to prevent the steam supply / discharge timing from being shifted, thereby improving the performance of the expander E. It is possible to prevent the bottom. Moreover, the contact surface between the fixed side valve plate 73 and the valve body 72 is uniformly brought into close contact with the fastening force of the bolts 80, and the leakage of steam from the contact surface can be suppressed.
[0059]
Furthermore, since the rotary valve 71 can be attached to and detached from the casing body 12 simply by removing the rear cover 18 from the casing body 12, maintenance workability such as repair, cleaning, and replacement is greatly improved. Although the rotary valve 71 through which the high-temperature and high-pressure steam passes becomes hot, the swash plate 31 and the output shaft 32 which require lubrication with oil are arranged on the opposite side of the rotary valve 71 with the rotor 22 interposed therebetween. The lubrication performance of the swash plate 31 and the output shaft 32 can be prevented from lowering due to the oil being heated by the heat of the rotary valve 71. The oil also has a function of cooling the rotary valve 71 to prevent overheating.
[0060]
By the way, when assembling the expander E, the size of the dead volume between the bottom of the cylinder sleeve 41 (that is, the lid member 69 supported by the rotor head 38) and the top of the piston 42, that is, the piston 42 is at the top dead center. It is necessary to adjust the volume of the working chamber 43 at that time. When the shim 97 interposed between the flange 32d of the output shaft 32 and the inner races of the combined angular bearings 23f and 23r is thinned, the output shaft 32 moves forward (to the right in FIG. 1), so that the rotor head 38 also moves forward. Although moving, the piston 42 is restricted by the swash plate 31 and cannot move forward, so that the dead volume is reduced. Conversely, when the shim 97 is thickened, the dead volume increases because the rotor head 38 moves rearward (to the left in FIG. 1) together with the output shaft 32. As a result, it is possible to arbitrarily adjust the dead volume only by replacing the shim 97, and the time required for adjusting the dead volume can be eliminated, thereby greatly reducing the time.
[0061]
Further, a single shim 97 having a predetermined thickness is interposed between the flange 32d of the output shaft 32 and the angular bearings 23f and 23r, and an angular bearing 30 for supporting the swash plate 31 and an angular bearing for supporting the rotor 22. The dead volume can be adjusted by simply tightening the front cover 15 incorporating the 23f, 23r and the rotor 22 incorporating the pistons 42 with one nut 98, so that the thickness of the conventional front and rear two shims can be adjusted. The adjustment work can be performed easily as compared with the case where each is adjusted. Moreover, when adjusting the dead volume, the rotor 22 incorporating the pistons 42 may be left attached to the casing main body 12. Therefore, the work of checking the dead volume after the adjustment is performed by directly watching the contact state between the pistons 42 and the swash plate 31. Will be able to do it.
[0062]
As described above, when the position of the output shaft 32 is adjusted to the front and rear with respect to the combined angular bearings 23f and 23r by changing the thickness of the shim 97, the position of the rotor head 38 at the rear end of the rotor 22 is also adjusted to the front and rear. However, since the rotor head 38 is slidable in the direction of the axis L with respect to the inner race of the radial bearing 24 provided between the rotor head 38 and the casing main body 12, the adjustment of the position of the output shaft 32 is hindered. I can't.
[0063]
When the piston 42 is urged in the direction of being pushed out of the cylinder sleeve 41 by the pressure of the high-temperature and high-pressure steam supplied to the expansion chamber 43, the pressing force of the piston 42 is reduced by the swash plate 31, the angular bearing 30, and the swash plate holder. The outer race of the combined angular bearings 23f, 23r is pressed forward (to the right in FIG. 1) via the front cover 28 and the front cover 15, and the pressing force of the cylinder sleeve 41, which is opposite to the pressing force of the piston 42, is applied to the rotor head. The inner race of the combined angular bearings 23f and 23r is pressed rearward (to the left in FIG. 1) via the output shaft 38 and the output shaft 32. That is, the load generated by the high-temperature and high-pressure steam supplied to the expansion chamber 43 is canceled inside the combined angular bearings 23f and 23r, and is not transmitted to the casing body 12.
[0064]
The rotor 22 including the output shaft 32, the three sleeve support flanges 33, 34, 35, the rotor head 38, and the heat insulating cover 40 is made of an iron-based material having a relatively small thermal expansion. The casing 11 supporting the rotor 22 via the angular bearings 23f, 23r and the radial bearing 24 is made of an aluminum-based material having a relatively large thermal expansion. This causes a difference in the amount of thermal expansion particularly in the direction along the axis L.
[0065]
The casing 11 having a larger thermal expansion than the rotor 22 expands more than the rotor 22 at a high temperature and relatively increases in the dimension in the direction of the axis L. Is relatively reduced. At this time, since the casing 11 and the rotor 22 are positioned in the direction of the axis L via the combined angular bearings 23f and 23r, the difference in the amount of thermal expansion between the two is determined by the sliding of the rotor head 38 against the inner race of the radial bearing 24. And prevents the combined angular bearings 23f, 23r, the radial bearing 24 and the rotor 22 from being subjected to an excessive load in the direction of the axis L. As a result, not only the durability of the combined angular bearings 23f, 23r and the radial bearing 24 is improved, but also the support of the rotor 22 can be stabilized to enable smooth rotation. And the dead volume between the top of the piston 42 and the top of the piston 42 can be prevented.
[0066]
This is because if the both ends of the rotor 22 are restrained by the casing 11 so as not to move in the axial direction, the casing 11 tends to contract with respect to the rotor 22 in the direction of the axis L at low temperatures. The piston 42 whose head is in contact with the swash plate 31 supported by the swash plate holder 28 is pressed rearward, and the rotor head 38 supported by the casing 11 via the radial bearing 24 is pressed forward. This is because the piston 42 is pushed into the cylinder sleeve 41 and the dead volume is reduced. Conversely, when the temperature is high, the casing 11 tends to extend in the direction of the axis L with respect to the rotor 22, so that the piston 42 is pulled out from the inside of the cylinder sleeve 41 and the dead volume increases. An increase in the initial volume of the high-temperature and high-pressure steam in the operating state, that is, a decrease in the thermal efficiency due to a decrease in the volume ratio (expansion ratio) of the expander E occurs.
[0067]
On the other hand, in this embodiment, since the rotor 22 is supported by the casing 11 in a floating state in the direction of the axis L, the gap between the bearings of the combined angular bearings 23f and 23r and the radial bearing 24 is increased, and the preload is reduced. The fall is prevented, and the fluctuation of the dead volume due to the temperature change is prevented. Thereby, it is possible to prevent a change in the volume ratio (expansion ratio) of the expander E and secure stable performance.
[0068]
In particular, in the expander E that uses high-temperature and high-pressure steam as a working medium, the above-described effect is effectively exhibited because the temperature difference between high temperature and low temperature is large. In the vicinity of the rotary valve 71 to which the high-temperature and high-pressure steam is supplied, the temperature difference between the high temperature and the low temperature becomes large, but the rotor head 38 is moved along the axis L with respect to the radial bearing 24 disposed near the rotary valve 71. Since it is slidable in the direction, the difference in the amount of thermal expansion between the casing 11 and the rotor 22 can be absorbed without any trouble.
[0069]
Of the fixed-side valve plate 73 and the movable-side valve plate 74 of the rotary valve 71, the fixed-side valve plate 73 supported by the casing 11 is moved toward the movable-side valve plate 74 supported by the rotor 22 by a preload spring 85. Even when the positional relationship of the casing 11 and the rotor 22 in the direction of the axis L fluctuates due to a temperature change, the sliding surface 77 of the fixed-side valve plate 73 and the movable-side valve plate 74 is urged by the elastic force. There is no fear that the sealing performance of the device will be impaired. On the contrary, since an excessive load is prevented from acting on the combined angular bearings 23f, 23r and the radial bearing 24 and the rotating surface of the rotor 22 is stabilized, the sealing performance of the sliding surface 77 is improved and the amount of steam leakage is increased. Can be reduced.
[0070]
The embodiments of the present invention have been described above. However, various design changes can be made in the present invention without departing from the gist thereof.
[0071]
For example, the rotary fluid machine of the present invention is not limited to the expander E, but can be applied to a compressor, a hydraulic pump, a hydraulic motor, and the like.
[0072]
In addition, the expander E of the embodiment includes the axial piston cylinder group 56 as an operating unit, but the structure of the operating unit is not limited thereto.
[0073]
【The invention's effect】
According to the invention described in claim 1 as described above, by disposing the annular first seal member on the outer peripheral portion of the mating surface of the valve body and the fixed valve plate of the rotary valve of the rotary fluid machine, Since it surrounds both the high-pressure working medium passage and the low-pressure working medium passage penetrating the mating surface on the radial inner side, the pressure of the high-pressure working medium leaked from the high-pressure working medium passage to the mating surface acts on almost the entire area of the mating surface. As a result, local deformation of the fixed-side valve plate can be prevented, and adhesion of the sliding surface can be ensured. Further, since the annular second seal member is arranged around the low pressure working medium passage radially inside the first seal member, the high pressure working medium on the mating surface is discharged to the low pressure working medium passage by the second seal member. Can be blocked. At this time, since the second seal member surrounds only a narrow area around the low-pressure working medium passage, there is no possibility that the low pressure locally deforms the fixed-side valve plate.
[0074]
According to the second aspect of the present invention, since the first seal member made of the C seal is arranged with the open portion facing inward in the radial direction, the pressure of the high-pressure working medium leaked from the high-pressure working medium passage to the mating surface is reduced. Thus, the sealing performance of the first seal member can be increased, and the high-pressure working medium can be prevented from being discharged from the mating surface to the outside. In addition, since the second seal member made of the C seal is disposed with the open portion facing outward in the radial direction, the sealing property of the second seal member is increased by the pressure of the high pressure working medium leaked to the mating surface, and the high pressure working medium is It is possible to prevent discharge from the mating surface to the low-pressure working medium passage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an expander. FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1. FIG. 3 is a view taken along line 3-3 of FIG. 1. FIG. 5 is an enlarged view of part 5 of FIG. 1 FIG. 6 is an exploded perspective view of the rotor FIG. 7 is a sectional view taken along line 7-7 of FIG. 4 FIG. 8 is a sectional view taken along line 8-8 of FIG. FIG. 10 is a sectional view taken along line 10-10 of FIG. 5. FIG. 11 is a sectional view taken along line 11-11 of FIG. 5. FIG. 12 is a sectional view taken along line 12-12 of FIG. FIG. 14 is a sectional view taken along line 13-13 of FIG. 14. FIG. 14 is a sectional view taken along line 14-14 of FIG. 5. FIG. 15 is a sectional view taken along line 15-15 of FIG.
11 Casing 22 Rotor 56 Axial piston cylinder group (operating part)
71 Rotary valve 72 Valve body 73 Fixed valve plate 74 Movable valve plate 77 Sliding surface 89 Seal member (first seal member)
90 seal member (second seal member)
L axis P1 first steam passage (high-pressure working medium passage)
P2 2nd steam passage (high pressure working medium passage)
P5 Fifth steam passage (low pressure working medium passage)
P6 6th steam passage (low pressure working medium passage)

Claims (2)

ケーシング(11)と、
ケーシング(11)に回転自在に支持されたロータ(22)と、
ロータ(22)に設けられた作動部(56)と、
ケーシング(11)およびロータ(22)間に設けられて作動部(56)に対する作動媒体の供給・排出を制御するロータリバルブ(71)とを備え、
前記ロータリバルブ(71)は、ロータ(22)に設けられた可動側バルブプレート(74)をバルブ本体部(72)に設けられた固定側バルブプレート(73)に摺動面(77)において当接させてなり、バルブ本体部(72)および固定側バルブプレート(73)の合わせ面を高圧作動媒体通路(P1,P2)および低圧作動媒体通路(P5,P6)が貫通する回転流体機械において、
前記合わせ面の外周部を環状の第1シール部材(89)でシールするとともに、第1シール部材(89)の径方向内側において低圧作動媒体通路(P5,P6)の周囲を環状の第2シール部材(90)でシールしたことを特徴とする回転流体機械。
A casing (11);
A rotor (22) rotatably supported by the casing (11);
An operating part (56) provided on the rotor (22);
A rotary valve (71) provided between the casing (11) and the rotor (22) to control the supply and discharge of the working medium to and from the working portion (56);
The rotary valve (71) has a movable side valve plate (74) provided on the rotor (22) and a fixed side valve plate (73) provided on the valve body (72) on a sliding surface (77). In the rotating fluid machine, the high-pressure working medium passages (P1, P2) and the low-pressure working medium passages (P5, P6) penetrate the mating surfaces of the valve body (72) and the fixed-side valve plate (73).
An outer peripheral portion of the mating surface is sealed with an annular first seal member (89), and an annular second seal is formed around the low-pressure working medium passages (P5, P6) radially inward of the first seal member (89). A rotary fluid machine sealed with a member (90).
第1、第2シール部材(89,90)は断面に開放部を有するCシールであり、第1シール部材(89)は開放部を径方向内向きにして配置され、第2シール部材(90)は開放部を径方向外向きにして配置されたことを特徴とする、請求項1に記載の回転流体機械。The first and second seal members (89, 90) are C seals each having an open portion in a cross section. The first seal member (89) is disposed with the open portion facing inward in the radial direction. 2.) The rotary fluid machine according to claim 1, wherein the opening is disposed with the opening portion radially outward.
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