JP2004270523A - Rotary fluid-machinery - Google Patents

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JP2004270523A JP2003061599A JP2003061599A JP2004270523A JP 2004270523 A JP2004270523 A JP 2004270523A JP 2003061599 A JP2003061599 A JP 2003061599A JP 2003061599 A JP2003061599 A JP 2003061599A JP 2004270523 A JP2004270523 A JP 2004270523A
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Kenji Matsumoto
謙司 松本
Naoki Ito
直紀 伊藤
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure sealing properties by allowing a valve-plate on a fixed side to follow up runouts of the sliding face of a rotary valve of a rotary fluid-machinery. <P>SOLUTION: A rotary valve 71 performs switching between supply paths P1, P2 and discharge paths P5-P8 of high temperature, high pressure steam to a rotor rotatably supported on a casing. In the valve 71, a fixed-side valve-plate 73 and a moving-side valve plate 74 are brought into contact with each other at a sliding surface 77. A pressure chamber 84 is made open on the contact face 83 to the fixed-side valve plate 73 of a valve body 72 so as to conduct high temperature, high pressure steam from the supply path P1. In order to bring the sliding surface 77 into intimate contact, the fixed-side valve plate 73 supported floatingly is brought into press-contact with the moving-side valve-plate 74 by the press load generated in the pressure chamber 84. Escape of high temperature, high pressure steam from the pressure chamber 84 is prevented by placing a V-packing 88 in the inside of the pressure chamber 84. <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】
燃焼器で発生した燃焼ガスを分配機構(ロータリバルブ)を介してアキシャルピストンシリンダ群に供給する回転流体機械において、分配機構の摺動面(弁座)のシール性を確保すべく、燃焼ガスが供給されないときはスプリングで押圧部材を押圧して摺動面に密着させ、燃焼ガスが供給されるときは該燃焼ガスの圧力でフリーピストンを介して押圧部材を押圧して摺動面に密着させるものが、下記特許文献により公知である。
【0003】
【特許文献】
実開昭61−155610号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ケーシングにボールベアリングで支持されたロータは回転時に若干の振れが発生するため、ロータリバルブの摺動面にも振れが発生することが避けられない。このとき、押圧部材をスプリングの弾発力、燃焼ガスの圧力、高温高圧の供給ガスの圧力あるいは蒸気の圧力で付勢して摺動面に密着させるだけでは、押圧部材を摺動面の振れに追従させてシール性を確保することが困難である。
【0005】
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摺動面の振れに固定側バルブプレートを追従させてシール性を確保することを目的とする。
【0006】
【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通路および排出通路を切り換え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と、ケーシングに固定したバルブ本体部に回転不能にフローティング支持さ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てなる回転流体機械において、バルブ本体部の固定側バルブプレートとの合わせ面に、作動媒体の供給通路および排出通路のうちの高圧側の通路から作動媒体を導入する圧力室を開口させ、この圧力室に収納したシール部材により該圧力室から前記合わせ面への作動媒体の漏れをシールするとともに圧力室に作用する作動媒体の圧力で固定側バルブプレートを前記摺動面に向けて押圧することを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0007】
上記構成によれば、ケーシングに固定したバルブ本体部に固定側バルブプレートを回転不能にフローティング支持し、バルブ本体部に固定側バルブプレートとの合わせ面に開口するように形成した圧力室に高圧の作動媒体を供給し、シール部材により合わせ面をシールして高圧の作動媒体の圧力を受圧するので、圧力室の作動媒体の圧力で固定側バルブプレートを可動側バルブプレートとの摺動面に押し付ける押圧荷重を発生させ、その摺動面を密着させて作動媒体の漏れを防止することができる。またフローティング支持により固定側バルブプレートを摺動面の振れに追従させて押圧荷重の摺動面に対する追従性を高め、摺動面のシール性を確保することができる。
【0008】
特に、作動媒体の圧力が高いために摺動面からの漏れが発生し易いときには、それに応じて圧力室が発生する押圧荷重が大きくなるため、作動媒体の圧力が変動しても摺動面に常に最適の面圧を発生させて作動媒体の漏れを防止しながら、前記面圧の過剰な増加を防止して摺動面の摩擦抵抗を最小限に抑えることができる。
【0009】
しかもバルブ本体部にフローティング支持された固定側バルブプレートと圧力室との間をシール部材でシールして作動媒体の漏れを防止するので、圧力室が発生する押圧荷重を安定させることができ、また固定側バルブプレートは軸線方向および径方向の移動が可能であるので、シール性を確保しながら首振り運動して摺動面の傾きに対して追従することができる。
【0010】
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、シール部材は、作動媒体の圧力および熱による軟化で弾性変形可能なシールリップを有することを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0011】
上記構成によれば、シール部材が作動媒体の圧力および熱による軟化で弾性変形するシールリップを有するので、作動媒体の圧力の増加や温度の上昇に応じてシールリップを変形させてシール性を一層高めることができ、かつシールリップの形状から低フリクションで軸線方向に移動することができる。
【0012】
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、シール部材を前記合わせ面に向けて付勢する弾発付勢手段を備えたことを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0013】
上記構成によれば、シール部材を弾発付勢手段で固定側バルブプレートとの合わせ面に向けて付勢するので、作動媒体の圧力が立ち上がっていないときにシール部材を付勢してシール性を確保することができ、また摺動面の振れに伴う固定側バルブプレートの振動をシール部材の減衰特性と合わせて弾発付勢手段の弾発力で減衰させ、摺動面の密着性を確保することができる。
【0014】
また請求項4に記載された発明によれば、請求項3の構成に加えて、弾発付勢手段はシール部材に向かってテーパーするテーパーコイルスプリングであることを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0015】
上記構成によれば、弾発付勢手段をシール部材に向かってテーパーするテーパーコイルスプリングで構成したので、そのテーパーコイルスプリングの調芯性により、可動側バルブプレートにより発生する摺動面の振れに伴う固定側バルブプレートのその揺れと異なる揺動に対し、固定側バルブプレートを軸線まわりに首振り運動させて追従させ、弾発付勢手段による減衰特性と合わせて摺動面の密着性を一層効果的に確保することができる。
【0016】
また請求項5に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、作動媒体の供給通路および排出通路のうちの低温側の通路をバルブ本体部の中央に設けるとともに、前記低温側の通路の周囲を囲むように環状の圧力室を形成したことを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0017】
上記構成によれば、バルブ本体部の中央に設けた低温側の作動媒体の通路の周囲を囲むように環状の圧力室を形成したので、圧力室に収納したシール部材の温度上昇を抑えてシール性を維持することができる。しかも固定側バルブプレートおよび可動側バルブプレートを低温側の作動媒体で効果的に冷却して摺動面の平滑性および耐摩耗性を維持することができる。
【0018】
また請求項6に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、作動媒体の供給通路および排出通路のうちの高圧側の通路をバルブ本体部の中央に設けるとともに、前記高圧側の通路の周囲を囲むように環状の圧力室を形成したことを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0019】
上記構成によれば、バルブ本体部の中央に設けた高圧側の作動媒体の通路の周囲を囲むように環状の圧力室を形成したので、圧力室に発生する押圧荷重を摺動面に均一に作用させることができる。これにより、圧力室を小型化して押圧荷重を小さく設定しても、摺動面の密着性を確保して偏摩耗を防止することができ、しかも摺動面への押圧荷重を適正最小化できるので、摺動面に発生する摩擦抵抗を低減して回転流体機械のロストルクを低減することができる。
【0020】
また請求項7に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、シール部材は、固定側バルブプレートの合わせ面との間をシールする第1のシールリップと、圧力室の内周面との間をシールする第2のシールリップとを有することを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0021】
上記構成によれば、シール部材の第1のシールリップで固定側バルブプレートの合わせ面との間をシールし、かつ第2のシールリップで圧力室の内周面との間をシールして圧力室の密封性を維持することができ、特に第2のシールリップはそのリップ構造から作動媒体の圧力の変動および固定側バルブプレートの軸線方向および径方向の変位に対して、圧力室の内周面に追従性良く密着してシール性を高めることができる。
【0022】
また請求項8に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、シール部材は、固定側バルブプレートの合わせ面との間をシールする第1のシールリップと、圧力室内に挿入された作動媒体配管の外周面との間をシールする第2のシールリップとを有することを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0023】
上記構成によれば、シール部材の第1のシールリップで固定側バルブプレートの合わせ面との間をシールし、かつ第2のシールリップはそのリップ構造から圧力室内に挿入された作動媒体配管の高温の作動媒体による径方向の熱伸びに対して追従し、作動媒体配管の外周面との間をシールして圧力室の密封性を維持することができ、特に第2のシールリップは圧力室の内周面に比べて小径の作動媒体配管の外周面をシールするので、径方向はシールリップが線接触となり、そのシール部の摩擦抵抗を低減して作動媒体配管の熱伸びにスムーズに追従することができ、更にシール部材を中心にして固定側バルブプレートは摺動面の軸線方向および径方向の首振り運動に追従することができる。
【0024】
また請求項9に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、摺動面の面積に対する、圧力室の圧力が合わせ面に作用する面積の比により摺動面の面圧を設定することを特徴とする回転流体機械が提案される。
【0025】
上記構成によれば、摺動面の面積に対する、圧力室の圧力が合わせ面に作用する面積の比により摺動面の面圧を設定するので、摺動面のシール性を確保しながら該摺動面の摩擦抵抗を低減できる最適の面圧を得ることができる。
【0026】
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、実施例のコイルスプリング86は本発明の弾発付勢手段に対応し、実施例のVパッキン88は本発明のシール部材に対応し、実施例の蒸気供給パイプ85は本発明の作動媒体配管に対応し、実施例の第1、第2蒸気通路P1,P2は本発明の供給通路に対応し、実施例の第5〜第8蒸気通路P5〜P8は本発明の排出通路に対応し、本発明の第1、第2のシールリップS1,S2は本発明のシールリップに対応する。
【0027】
【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。
【0028】
図1〜図15は本発明の第1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部拡大図、図11は図10の11−11線矢視図、図12は図10の12−12線矢視図、図13は図5の13−13線断面図、図14は図5の14−14線断面図、図15はコイルスプリング、パッキンリテーナおよびVパッキンの斜視図である。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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、後部カバー18の中央部に一体に形成されたバルブ本体部72と、カーボン製の固定側バルブプレート73と、カーボン製、テフロン製、金属製等の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(図10参照)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。
【0048】
バルブ本体72の外周にシール部材78を介して嵌合する環状のホルダ79が複数本のボルト80…で固定されており、このホルダ79の内部に2本のノックピン81,81で回り止めされた固定側バルブプレート73がシール部材82を介して支持されている。シール部材82の後側に配置されたバックアップリング90は、熱に弱いシール部材82を高温高圧蒸気の熱から保護する役割を持ち、シール部材82の前側に配置されたバックアップリング91は、高温高圧蒸気の圧力でシール部材82がホルダ79の前端から脱落するのを阻止する役割を持つ。これらのバックアップリング90,91は高温高圧蒸気の温度や圧力に応じて、その両方あるいは一方だけを設けても良い。
【0049】
ホルダ79の前端から径方向内向きに突出するフランジ79aが固定側バルブプレート73の前面に隙間β(図10参照)を介して対向しており、この隙間βの範囲で固定側バルブプレート73は軸線L方向に移動可能である。ノックピン81,81にはテフロンのような自己潤滑性を有する材料でコーティングが施されているため、固定側バルブプレート73は軸線L方向にスムーズに移動することができる。またノックピン81,81を固定側バルブプレート73のほぼ中心位置に設けたので、それに加わる回転トルクが小さくなって小型化ができ、しかも固定側バルブプレート73の首振り運動に容易に追従することができる。しかも、シール部材82が径方向の潰れ代を有することで、減衰特性を発揮させながら固定側バルブプレート73を径方向および軸線L方向に実質的にフローティング支持することができる。
【0050】
図5に図10を併せて参照すると明らかなように、バルブ本体部72が固定側バルブプレート73に当接する合わせ面83に、軸線Lを囲む環状の圧力室84開口する。軸線Lから偏心した位置でバルブ本体部72に結合された蒸気供給パイプ85が、バルブ本体部72の内部を貫通する第1蒸気通路P1を介して圧力室84に連通する。圧力室84の内部において、コイルスプリング86、パッキンリテーナ87およびVパッキン88が軸線L方向に順次配置される。
【0051】
従って、圧力室84内に導入された高温高圧蒸気は合わせ面83にも導入されて外周のシール部材82でシールされることにより、固定側バルブプレート73の背面の合わせ面83も摺動面77に対する押圧作用を発揮する領域となる。
【0052】
図15から明らかなように、コイルスプリング86は固定側バルブプレート73に向かって巻き径が縮小するテーパーコイルスプリングで構成される。金属製のパッキンリテーナ87は、コイルスプリング86が当接する円錐面87aと、この円錐面87aの反対側でVパッキン88を支持する円錐面87bと、圧力室84の内周面84a(図10参照)に若干の隙間を存して案内される円形の開口部87cとを備える。合成樹脂製のVパッキン88は、パッキンリテーナ87の円錐面87bに支持される円錐面88aと、固定側バルブプレート73との合わせ面83に当接する平坦面88bと、圧力室84の内周面84aに案内される円形の開口部88cとを備える。
【0053】
コイルスプリング86は、高温高圧蒸気の圧力が立ち上がる前にVパッキン88を固定側バルブプレート73との合わせ面83に押し付ける予荷重を与えるとともに、固定側バルブプレート73の振動をシール部材82と圧力室84内の高温高圧蒸気の圧力との協働により減衰させる機能を有する。パッキンリテーナ87はVパッキン88を圧力室84内で正しい姿勢で保持するとともに、高温高圧蒸気の熱を遮断してVパッキン88の耐久性を高める機能を有する。
【0054】
またコイルスプリング86を、圧力室84の小さい空間内にスプリング巻き数を多く取るためにスプリングシートを廃止した構造とし、かつ直接Vパッキン88に当接させることなく、Vパッキン88との間に介在するパッキンリテーナ87をスプリングシートとして利用することで、Vパッキン88に特別のスプリングシートを設ける必要をなくし、コイルスプリング86の長さを最大限に確保しながら圧力室84の軸線L方向の寸法を小型化することができる。更に、パッキンリテーナ87の円錐面87a,87bは、テーパー状のコイルスプリング86およびVパッキン88と協働し、固定側バルブプレート73の首振り運動に対する追従製を高める機能を発揮する。
【0055】
バルブ本体部72に形成した第1蒸気通路P1は、固定側バルブプレート73に形成した第2蒸気通路P2を介して摺動面77に連通する。また摺動面77には、相互に連通する円弧状の第5蒸気通路P5および円形の第6蒸気通路P6が凹設されており、第6蒸気通路P6は軸線L上に形成された第7蒸気通路P7を介して合わせ面83に連通する。軸線L上に位置するようにバルブ本体部72に形成した第8蒸気通路P8は、その一端が合わせ面83において第7蒸気通路P7に連通するとともに、バルブ本体部72の後端面で蒸気排出パイプ89に連通する。膨張後の低温低圧蒸気は膨張前の高温高圧蒸気に比べて容積が増加するため、蒸気排出パイプ89の径は蒸気供給パイプ85の径よりも大きくなる。
【0056】
図10および図12に良く示されるように、固定側バルブプレート73の摺動面77には第2蒸気通路P2に連通する円弧状の圧力溝77aが凹設されるとともに、固定側バルブプレート73を貫通して圧力室84に連通する2個の圧力孔77b,77bが開口する。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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85から、バルブ本体部72の第1蒸気通路P1と、圧力室84と、合わせ面83と、固定側バルブプレート73の第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。
【0060】
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。
【0061】
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の第5蒸気通路P5、第6蒸気通路P6および第7蒸気通路P7と、合わせ面83と、バルブ本体部72の第8蒸気通路P8と、蒸気排出パイプ89とを経て凝縮器に供給される。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
ところで、特に高温時における熱膨張に起因して、ロータ22はそれを支持する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のガタによって多少の傾きが発生することが避けられず、またロータ22に固定された可動側バルブプレート74の摺動面77も軸線Lに対して厳密に垂直であるとは限らない。従って、可動側バルブプレート74に摺動面77を介して当接する固定側バルブプレート73はロータ22の回転に伴って若干の首振り運動を行うことになり、摺動面77の密着性が損なわれる虞がある。
【0071】
しかしながら、図10から明らかなように、バルブ本体部72の第1蒸気通路P1から圧力室84に高温高圧蒸気が供給されると、その圧力室84の圧力が合わせ面83に作用する面積A2に応じた大きさの押圧荷重が固定側バルブプレート73に付与される。そして固定側バルブプレート73はバルブ本体部72に対して隙間βの範囲で軸線L方向に移動可能であるため、前記押圧荷重で固定側バルブプレート73が可動側バルブプレート74に向けて付勢されて摺動面77の密着性が確保される。尚、圧力室84の圧力が合わせ面83に作用する面積A2は、シール部材82でシールされる合わせ面83の外端まで含まれる。
【0072】
このとき、圧力室84に供給された高温高圧蒸気の圧力でVパッキン88の外周部の第1のシールリップS1が軸線L方向前方に撓むことで、固定側バルブプレート73の合わせ面83との間が効果的にシールされる。そしてバルブ本体部72が高温高圧蒸気の熱で軸線L1方向に熱伸びしても、Vパッキン88が軸線L方向に追従移動し、かつ高温高圧蒸気の圧力で第1のシールリップS1が弾性変形することでシール性を維持することができる。その結果、圧力室84の高温高圧蒸気が合わせ面73を経て低圧の第7、第8蒸気通路P7,P8に漏れるのを確実に阻止し、膨張機Eの出力向上に寄与することができる。特にVパッキン88の外周部に形成された第1のシールリップS1は円周方向の長さが長いため、広い受圧面積を有して効果的に撓むことができ、固定側バルブプレート73と合わせ面83に確実に密着して高いシール性を発揮することができる。
【0073】
尚、Vパッキン88の内周面の第2のシールリップS2は圧力室84の内周面84aに当接しているが、その内側に低温低圧の作動媒体が通過する第8蒸気通路P8が形成されているため、前記内周面84aの熱伸びは比較的に小さなものとなり、従ってVパッキン88の第2のシールリップS2のシール性は特に問題にはならない。
【0074】
またコイルスプリング86がパッキンリテーナ87に向けてテーパーしているので、パッキンリテーナ87およびVパッキン88が軸線Lまわりに減衰特性を有して首振り運動するのを許容して摺動面77の密着性を高めることができる。しかも固定側バルブプレート73の振動に追従してコイルスプリング86が伸縮するとき、そのコイルスプリング86が収納された圧力室84内の高温高圧蒸気の抵抗により、固定側バルブプレート73の振動をシール部材82の減衰特性と協働して効果的に減衰させることができる。
【0075】
またバルブ本体部72に軸線L上に形成された第8排気通路P8は膨張後の低温低圧蒸気が通過するために直径を小さくすることができず、従って第8排気通路P8を囲むように形成された圧力室84の圧力が合わせ面83に作用する面積A2も必然的に大きくなる。その結果、圧力室84により発生する押圧荷重も大きくなって摺動面77の面圧が過剰になる虞がある。しかしながら、固定側バルブプレート73の摺動面77に開口する圧力溝77aに高温高圧蒸気が通過する第2蒸気通路P2の高圧を導き、また固定側バルブプレート73の摺動面77に開口する圧力孔77b,77bに圧力室84の高圧を導くことで摺動面77に対する押圧荷重を制御し、摺動面77の面圧が過剰に上昇するのを防止して摩擦力の低減および異常摩耗の防止を図ることができる。
【0076】
圧力室84に供給される高温高圧蒸気の圧力が高まると、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から高温高圧蒸気が漏れ易くなるが、その圧力の増加に応じて圧力室84が発生する押圧荷重が増加して摺動面77の面圧を高めるので、高温高圧蒸気の圧力に応じたシール性を発揮させることができる。特に、図10において、摺動面77の面積A1に対する圧力室84の圧力が合わせ面83に作用する面積A2の比A2/A1を適宜設定することで、摺動面77の面圧を任意に調整することができる。具体的には、比A2/A1を大きくすると摺動面77の面圧が増加し、比A2/A1を小さくすると摺動面77の面圧が減少する。
【0077】
即ち、最適押圧荷重とは、摺動面77での若干のリークを勘案し、膨張機Eの出力を最大限に発揮させ、かつ熱効率の良い押圧荷重であり、膨張室43…へ供給される高温高圧蒸気の圧力と押圧荷重とが同圧のときであって、バランス比A2/A1≒1となる。尚、膨張室43…へ供給された高温高圧蒸気の圧力は供給後すぐに膨張作用で圧力降下するので、膨張室43…へ供給される直前の高温高圧の圧力以下の圧力として圧力室84の圧力を勘案し、摺動面77への押圧荷重を設定すれば良い。
【0078】
尚、主として図10に示される実施例では、回り止めのノックピン81,81を固定側バルブプレート73の背面のほぼ中心位置に設け、また固定側バルブプレート73を隙間β分だけ軸線L方向に移動自在とし、かつ固定側バルブプレート73をシール部材82の潰れ代分だけ径方向に移動自在としたので、固定側バルブプレート73の首振り範囲を大きく確保することができ、特に蒸気圧が低い場合に適している。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
而して、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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
図16〜図19は本発明の第2実施例を示すもので、図16はロータリバルブまわりの拡大断面図、図17は図16の17−17線矢視図、図18は図16の18−18線矢視図、図19はコイルスプリング、パッキンリテーナおよびVパッキンの斜視図である。
【0090】
第1実施例ではロータ22の軸線L上に蒸気排出パイプ89を配置し、その径方向外側に偏倚して蒸気供給パイプ85を配置していたが、第2実施例ではその位置関係を入れ換え、ロータ22の軸線L上に蒸気供給パイプ85を配置し、その径方向外側に偏倚して蒸気排出パイプ89を配置している。
【0091】
また第1実施例のバルブ本体部72は後部カバー18と一体に形成されていたが、第2実施例のバルブ本体部72は後部カバー18に着脱可能に取り付けられる。即ち、バルブ本体部72の後部に一体に形成された円形のフランジ72aが後部カバー18の後面にシール部材101を介して当接し、複数本のボルト102…で固定される。このとき、バルブ本体部72の前部に一体に形成された円形断面の支持部72bが後部カバー18の支持孔18aに嵌合する。後部カバー18の支持孔18aに連なる支持面18bに環状のホルダ79が複数本のボルト80…で固定されており、このホルダ79の内部に、主に固定側バルブプレート73の首振りに追従する弾性体として機能するシール部材82を介して保持された固定側バルブプレート73が、テフロンコーティングしたノックピン81,81で回り止めされる。固定側バルブプレート73はノックピン81,81によって回転方向に位置決めされるが、径方向および軸線L方向には僅かに移動可能にフローティング支持される。
【0092】
バルブ本体部72が固定側バルブプレート73に当接する合わせ面83に、円形断面の圧力室84が開口する。バルブ本体部72をシール部材103を介して貫通する蒸気供給パイプ85が圧力室84の中心を通って合わせ面83まで延びており、圧力室84の内部において、蒸気供給パイプ85の外周にコイルスプリング86、パッキンリテーナ87およびVパッキン88が順次配置される。
【0093】
蒸気供給パイプ85の先端と固定側バルブプレート73の合わせ面83との間には僅かな隙間が設定されており、蒸気供給パイプ85が軸線L方向に熱膨張しても、その先端が合わせ面83と干渉しないようになっている。蒸気供給パイプ85に形成した1個の通孔85aが圧力室84の後部に連通する。通孔85aの数は、蒸気供給パイプ85の強度および圧力室84への必要蒸気供給に応じて複数個としても良い。
【0094】
金属製のパッキンリテーナ87は、蒸気供給パイプ85の外周に緩く嵌合する円筒部87dと、テーパーしていない等径のコイルスプリング86が当接する円錐面87eと、円錐面87eの反対側でVパッキン88を支持する円錐面87fとを備える。合成樹脂製のVパッキン88は、蒸気供給パイプ85の外周に緩く嵌合する貫通孔88dと、パッキンリテーナ87の円錐面87fに支持される円錐面88eと、固定側バルブプレート73の合わせ面83に当接する平坦面88fとを備える。
【0095】
蒸気供給パイプ85の内部に形成した第1蒸気通路P1は、固定側バルブプレート73に形成した第2蒸気通路P2を介して摺動面77に連通する。固定側バルブプレート73に形成されて合わせ面83に開口する圧力溝73aが、連通孔77bを介して固定側バルブプレート73に形成した第2蒸気通路P2に連通する。
【0096】
またケーシング本体12および後部カバー18の間には蒸気排出室104が形成されており、この蒸気排出室104は蒸気排出パイプ89に連通するとともに、バルブ本体部72の内部に形成した第7蒸気通路P7と、固定側バルブプレート73に形成した第5、第6蒸気通路P5,P6とを介して摺動面77に連通する。尚、第5蒸気通路P5は円弧状に形成されて摺動面77に開口し、第5蒸気通路P5に連通する第6、第7蒸気通路P6,P7は各々2個に分割されて合わせ面83に開口する。
【0097】
この第2実施例によれば、蒸気供給パイプ85の通孔85aから圧力室84に供給された高温高圧蒸気は、Vパッキン88の第1のシールリップS1を軸線L方向前方に弾性変形させて固定側バルブプレート73の合わせ面83に押し付け、かつVパッキン88の第2のシールリップS2を径方向内向きに弾性変形させて蒸気供給パイプ85の外周面に押し付けることでシール性を発揮する。高温高圧蒸気が流れる蒸気供給パイプ85は大きく熱伸びするが、その直径が比較的に小さいことで第2のシールリップS2とのシール面の周長が短くなるため、第2のシールリップS2との間に発生する摩擦力を低減することができる。
【0098】
また第2実施例では、蒸気排出パイプ89に比べて直径が小さい蒸気供給パイプ85の周囲を囲むように圧力室84を形成したため、その圧力室84の圧力が合わせ面83に作用する面積A2を小さくすることが容易であり、比A2/A1を小さく設定して固定側バルブプレート73を押圧する押圧荷重を小さくすることができ、摺動面77に過剰な面圧が発生するのを抑制する効果がある。それでもなお摺動面77に過剰な面圧が発生する場合には、摺動面77の圧力を固定側バルブプレート73を貫通する連通孔73bから合わせ面83に開口する圧力溝73aに逃がすことにより、摺動面77の面圧を低減して摺動抵抗を減少させることができる。
【0099】
尚、この第2実施例は、第1実施例に比べて回り止めのノックピン81,81が固定側バルブプレート73の径方向外側に配置されていることから、固定側バルブプレート73の径方向の移動量が小で軸線L方向の移動量が大になり、その結果として固定側バルブプレート73の首振り範囲が小さくなるため、主に蒸気の圧力が高い状態での高周波の振動に対する追従性に優れている。また第2実施例は、第1実施例と異なって導入された蒸気に合わせ面83が直接晒されないので、特に蒸気の温度が高温である場合に適している。
【0100】
第2実施例のその他の作用効果は、上述した第1実施例の作用効果と同じである。
【0101】
図20および図21は本発明の第3実施例を示すもので、図20は第3実施例に係るロータリバルブまわりの拡大断面図、図21はコイルスプリング、パッキンリテーナおよびVパッキンの斜視図である。
【0102】
第3実施例は圧力室84の内部における構造だけが上記第2実施例と異なっているため、その相違点を中心に説明する。図16に示す第2実施例では、そのVパッキン88の第1のシールリップS1が固定側バルブプレート73の合わせ面83との間をシールし、その第2のシールリップS2が蒸気供給パイプ85の外周面との間をシールしているが、第3実施例では、そのVパッキン88の第1のシールリップS1が固定側バルブプレート73の合わせ面83との間をシールし、その第2のシールリップS2が圧力室84の内周面84aとの間をシールしている。
【0103】
即ち、テーパーしていない等径のコイルスプリング86により付勢されるパッキンリテーナ87は、コイルスプリング86が当接する平坦面87gと、平坦面87gの反対側に形成された円錐面87hと、蒸気供給パイプ85の外周に緩く嵌合する貫通孔87iとを備える。パッキンリテーナ87により保持されるVパッキン88は、パッキンリテーナ87の円錐面87hに支持される円錐面88gと、円錐面88gの反対側に形成された円錐面88hとを備えており、固定側バルブプレート73の合わせ面83との間をシールする第1のシールリップS1と、圧力室84の内周面84aとの間をシールする第2のシールリップS2とが形成される。
【0104】
このVパッキン88は圧力室84の内周面84aとの間のシールを主要な目的とするもので、円錐面88hの先端を薄肉にした第2のシールリップS2を圧力室84の蒸気圧で径方向外側に変形させて内周面84aに密着させるようになっている。従って、第2のシールリップS2はバルブ本体部72の熱伸びによる圧力室84の内周面84aの内径の拡大に良く追従してシール性を確保することができる。
【0105】
第3実施例のその他の作用効果は、上述した第2実施例の作用効果と同じである。
【0106】
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。
【0107】
例えば、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。
【0108】
またVパッキン88の断面形状も実施例に限定されず、適宜変更可能である。一般的に、Vパッキン88に作用する蒸気圧が高い場合にはシールリップの撓みによるシール効果が期待できるので、シールリップをできるだけ薄くして撓み易くすることが望ましい。逆にVパッキン88に作用する蒸気圧が低い場合にはシールリップの撓みによるシール効果が期待できないので、シールリップを厚くして該シールリップ自体の弾性でシール効果を得ることが望ましい。
【0109】
またVパッキン88は実施例の合成樹脂製に限定されず、金属製やセラミック製であっても良い。この場合、シールリップS1,S2を撓み易くするために、図22に示すように、そのシールリップS1,S2の近傍に環状の溝g1,g2を形成することが望ましい。
【0110】
また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。
【0111】
【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、ケーシングに固定したバルブ本体部に固定側バルブプレートを回転不能にフローティング支持し、バルブ本体部に固定側バルブプレートとの合わせ面に開口するように形成した圧力室に高圧の作動媒体を供給し、シール部材により合わせ面をシールして高圧の作動媒体の圧力を受圧するので、圧力室の作動媒体の圧力で固定側バルブプレートを可動側バルブプレートとの摺動面に押し付ける押圧荷重を発生させ、その摺動面を密着させて作動媒体の漏れを防止することができる。またフローティング支持により固定側バルブプレートを摺動面の振れに追従させて押圧荷重の摺動面に対する追従性を高め、摺動面のシール性を確保することができる。
【0112】
特に、作動媒体の圧力が高いために摺動面からの漏れが発生し易いときには、それに応じて圧力室が発生する押圧荷重が大きくなるため、作動媒体の圧力が変動しても摺動面に常に最適の面圧を発生させて作動媒体の漏れを防止しながら、前記面圧の過剰な増加を防止して摺動面の摩擦抵抗を最小限に抑えることができる。
【0113】
しかもバルブ本体部にフローティング支持された固定側バルブプレートと圧力室との間をシール部材でシールして作動媒体の漏れを防止するので、圧力室が発生する押圧荷重を安定させることができ、また固定側バルブプレートは軸線方向および径方向の移動が可能であるので、シール性を確保しながら首振り運動して摺動面の傾きに対して追従することができる。
【0114】
また請求項2に記載された発明によれば、シール部材が作動媒体の圧力および熱による軟化で弾性変形するシールリップを有するので、作動媒体の圧力の増加や温度の上昇に応じてシールリップを変形させてシール性を一層高めることができ、かつシールリップの形状から低フリクションで軸線方向に移動することができる。
【0115】
また請求項3に記載された発明によれば、シール部材を弾発付勢手段で固定側バルブプレートとの合わせ面に向けて付勢するので、作動媒体の圧力が立ち上がっていないときにシール部材を付勢してシール性を確保することができ、また摺動面の振れに伴う固定側バルブプレートの振動をシール部材の減衰特性と合わせて弾発付勢手段の弾発力で減衰させ、摺動面の密着性を確保することができる。
【0116】
また請求項4に記載された発明によれば、弾発付勢手段をシール部材に向かってテーパーするテーパーコイルスプリングで構成したので、そのテーパーコイルスプリングの調芯性により、可動側バルブプレートにより発生する摺動面の振れに伴う固定側バルブプレートのその揺れと異なる揺動に対し、固定側バルブプレートを軸線まわりに首振り運動させて追従させ、弾発付勢手段による減衰特性と合わせて摺動面の密着性を一層効果的に確保することができる。
【0117】
また請求項5に記載された発明によれば、バルブ本体部の中央に設けた低温側の作動媒体の通路の周囲を囲むように環状の圧力室を形成したので、圧力室に収納したシール部材の温度上昇を抑えてシール性を維持することができる。しかも固定側バルブプレートおよび可動側バルブプレートを低温側の作動媒体で効果的に冷却して摺動面の平滑性および耐摩耗性を維持することができる。
【0118】
また請求項6に記載された発明によれば、バルブ本体部の中央に設けた高圧側の作動媒体の通路の周囲を囲むように環状の圧力室を形成したので、圧力室に発生する押圧荷重を摺動面に均一に作用させることができる。これにより、圧力室を小型化して押圧荷重を小さく設定しても、摺動面の密着性を確保して偏摩耗を防止することができ、しかも摺動面への押圧荷重を適正最小化できるので、摺動面に発生する摩擦抵抗を低減して回転流体機械のロストルクを低減することができる。
【0119】
また請求項7に記載された発明によれば、シール部材の第1のシールリップで固定側バルブプレートの合わせ面との間をシールし、かつ第2のシールリップで圧力室の内周面との間をシールして圧力室の密封性を維持することができ、特に第2のシールリップはそのリップ構造から作動媒体の圧力の変動および固定側バルブプレートの軸線方向および径方向の変位に対して、圧力室の内周面に追従性良く密着してシール性を高めることができる。
【0120】
また請求項8に記載された発明によれば、シール部材の第1のシールリップで固定側バルブプレートの合わせ面との間をシールし、かつ第2のシールリップはそのリップ構造から圧力室内に挿入された作動媒体配管の高温の作動媒体による径方向の熱伸びに対して追従し、作動媒体配管の外周面との間をシールして圧力室の密封性を維持することができ、特に第2のシールリップは圧力室の内周面に比べて小径の作動媒体配管の外周面をシールするので、径方向はシールリップが線接触となり、そのシール部の摩擦抵抗を低減して作動媒体配管の熱伸びにスムーズに追従することができ、更にシール部材を中心にして固定側バルブプレートは摺動面の軸線方向および径方向の首振り運動に追従することができる。
【0121】
また請求項9に記載された発明によれば、摺動面の面積に対する、圧力室の圧力が合わせ面に作用する面積の比により摺動面の面圧を設定するので、摺動面のシール性を確保しながら該摺動面の摩擦抵抗を低減できる最適の面圧を得ることができる。
【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部拡大図
【図11】図10の11−11線矢視図
【図12】図10の12−12線矢視図
【図13】図5の13−13線断面図
【図14】図5の14−14線断面図
【図15】コイルスプリング、パッキンリテーナおよびVパッキンの斜視図
【図16】本発明の第2実施例に係るロータリバルブまわりの拡大断面図
【図17】図16の17−17線矢視図
【図18】図16の18−18線矢視図
【図19】コイルスプリング、パッキンリテーナおよびVパッキンの斜視図
【図20】本発明の第3実施例に係るロータリバルブまわりの拡大断面図
【図21】コイルスプリング、パッキンリテーナおよびVパッキンの斜視図
【図22】Vパッキンの他の実施例を示す図
【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
83 合わせ面
84 圧力室
84a 内周面
85 蒸気供給パイプ(作動媒体配管)
86 コイルスプリング(弾発付勢手段)
88 Vパッキン(シール部材)
A1 摺動面の面積
A2 圧力室の圧力が合わせ面に作用する面積
L 軸線
P1 第1蒸気供給通路(供給通路)
P2 第2蒸気供給通路(供給通路)
P5 第5蒸気供給通路(排出通路)
P6 第6蒸気供給通路(排出通路)
P7 第7蒸気供給通路(排出通路)
P8 第8蒸気供給通路(排出通路)
S1 第1のシールリップ(シールリップ)
S2 第2のシールリップ(シールリップ)
[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]
In a rotary fluid machine that supplies combustion gas generated in a combustor to an axial piston cylinder group via a distribution mechanism (rotary valve), the combustion gas is generated in order to ensure the sealing performance of the sliding surface (valve seat) of the distribution mechanism. When not supplied, the pressing member is pressed by a spring to adhere to the sliding surface, and when the combustion gas is supplied, the pressure member presses the pressing member via the free piston through the free piston to adhere to the sliding surface. These are known from the following patent documents.
[0003]
[Patent Document]
Japanese Utility Model Publication No. 61-155610
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the rotor supported by the ball bearing in the casing generates a slight run-out when rotating, it is inevitable that the run-out also occurs on the sliding surface of the rotary valve. At this time, simply pressing the pressing member with the spring force of the spring, the pressure of the combustion gas, the pressure of the high-temperature and high-pressure supply gas or the pressure of the steam to bring the pressing member into close contact with the sliding surface will cause the deflection of the pressing member. It is difficult to ensure the sealing performance by following the above.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has as its object to ensure the sealing performance by causing a fixed-side valve plate to follow a runout of a sliding surface of a rotary valve of a rotary fluid machine.
[0006]
[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 switching a supply passage and a discharge passage of the working medium to the operating portion.The rotary valve is non-rotatably floating supported by a movable valve plate provided on the rotor and a valve body fixed to the casing. In the rotary fluid machine having the fixed side valve plate and the fixed side valve plate in contact with each other on a sliding surface orthogonal to the axis, the supply passage and the discharge passage of the working medium are provided on the mating surface of the valve body with the fixed side valve plate. A pressure chamber for introducing the working medium is opened from the passage on the high pressure side of the pressure chamber. A rotary fluid machine is proposed, which seals leakage of the working medium from the chamber to the mating surface and presses the fixed-side valve plate toward the sliding surface with the pressure of the working medium acting on the pressure chamber. You.
[0007]
According to the above configuration, the fixed-side valve plate is non-rotatably floatingly supported on the valve body fixed to the casing, and the high-pressure chamber is formed in the valve body so as to open at the mating surface with the fixed-side valve plate. Since the working medium is supplied and the mating surface is sealed by the seal member to receive the high pressure of the working medium, the fixed side valve plate is pressed against the sliding surface with the movable side valve plate by the pressure of the working medium in the pressure chamber. A pressing load is generated, and the sliding surfaces thereof are brought into close contact to prevent leakage of the working medium. In addition, the floating valve supports the fixed-side valve plate to follow the runout of the sliding surface, so that the followability of the pressing load to the sliding surface is enhanced, and the sealing performance of the sliding surface can be ensured.
[0008]
In particular, when leakage from the sliding surface is likely to occur due to high pressure of the working medium, the pressing load generated by the pressure chamber increases accordingly, so that even if the pressure of the working medium fluctuates, the sliding surface While preventing the leakage of the working medium by always generating the optimum surface pressure, it is possible to prevent the surface pressure from excessively increasing and minimize the frictional resistance of the sliding surface.
[0009]
Moreover, since the seal between the fixed side valve plate floatingly supported by the valve body and the pressure chamber is sealed by a sealing member to prevent leakage of the working medium, the pressing load generated by the pressure chamber can be stabilized, and Since the fixed-side valve plate can move in the axial direction and the radial direction, it can follow the inclination of the sliding surface by oscillating while securing the sealing performance.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the seal member has a seal lip that can be elastically deformed by softening due to pressure and heat of the working medium. A machine is proposed.
[0011]
According to the above configuration, since the seal member has the seal lip which is elastically deformed by softening due to the pressure and heat of the working medium, the seal lip is deformed in accordance with an increase in the pressure of the working medium and an increase in the temperature to further improve the sealing property. And can move axially with low friction due to the shape of the seal lip.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, an elastic urging means for urging the seal member toward the mating surface is provided. Rotary fluid machine is proposed.
[0013]
According to the above configuration, since the seal member is urged toward the mating surface with the fixed side valve plate by the elastic urging means, the seal member is urged when the pressure of the working medium has not risen to achieve the sealing property. In addition, the vibration of the fixed side valve plate accompanying the runout of the sliding surface is attenuated by the elastic force of the elastic urging means in accordance with the damping characteristics of the seal member, and the adhesion of the sliding surface is improved. Can be secured.
[0014]
According to a fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of the third aspect, there is proposed a rotary fluid machine characterized in that the resilient biasing means is a tapered coil spring tapering toward the seal member. Is done.
[0015]
According to the above configuration, since the resilient urging means is constituted by the tapered coil spring tapering toward the seal member, the alignment of the tapered coil spring reduces the deflection of the sliding surface generated by the movable valve plate. The fixed-side valve plate swings around the axis to follow the swinging motion of the fixed-side valve plate, which is different from that of the fixed-side valve plate. It can be secured effectively.
[0016]
According to the invention described in claim 5, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 4, a low-temperature side passage among the supply passage and the discharge passage of the working medium is provided in the valve body. And an annular pressure chamber is formed so as to surround the periphery of the low-temperature side passage.
[0017]
According to the above configuration, since the annular pressure chamber is formed so as to surround the periphery of the passage of the low-temperature side working medium provided in the center of the valve body, the temperature rise of the sealing member housed in the pressure chamber is suppressed and the sealing is performed. Sex can be maintained. In addition, the fixed-side valve plate and the movable-side valve plate can be effectively cooled with the low-temperature side working medium, so that the smoothness and wear resistance of the sliding surface can be maintained.
[0018]
According to the invention described in claim 6, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 4, the high pressure side passage among the supply passage and the discharge passage for the working medium is provided in the valve body. A rotary fluid machine is provided, which is provided in the center of a rotary fluid machine and has an annular pressure chamber surrounding the periphery of the high-pressure side passage.
[0019]
According to the above configuration, since the annular pressure chamber is formed so as to surround the passage of the high-pressure side working medium provided at the center of the valve body, the pressing load generated in the pressure chamber is uniformly applied to the sliding surface. Can work. Thus, even if the pressure chamber is downsized and the pressing load is set to be small, it is possible to secure the adhesion of the sliding surface and prevent uneven wear, and to appropriately minimize the pressing load on the sliding surface. Therefore, the frictional resistance generated on the sliding surface can be reduced, and the loss torque of the rotary fluid machine can be reduced.
[0020]
According to the seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to fourth aspects, the seal member seals the space between the fixed side valve plate and the first side. And a second seal lip for sealing between the seal lip and the inner peripheral surface of the pressure chamber.
[0021]
According to the above configuration, the first seal lip of the seal member seals between the mating surface of the fixed-side valve plate and the second seal lip seals with the inner peripheral surface of the pressure chamber. The sealing of the chamber can be maintained, and in particular, the second sealing lip can be configured such that the second sealing lip has an inner circumferential surface of the pressure chamber against the fluctuation of the pressure of the working medium and the axial and radial displacement of the fixed-side valve plate due to its lip structure. The sealing property can be enhanced by closely following the surface with good followability.
[0022]
According to the invention described in claim 8, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 4, the first sealing member seals a gap between the fixed member and the mating surface of the valve plate. And a second seal lip for sealing between the seal lip of the above and the outer peripheral surface of the working medium pipe inserted into the pressure chamber.
[0023]
According to the above configuration, the first seal lip of the seal member seals between the mating surface of the fixed valve plate and the second seal lip of the working medium pipe inserted into the pressure chamber from the lip structure. It can follow the radial thermal elongation caused by the high temperature working medium, seal the space between the working medium pipe and the outer peripheral surface, and maintain the tightness of the pressure chamber. Seals the outer peripheral surface of the working medium pipe, which has a smaller diameter than the inner peripheral surface, so that the seal lip is in line contact in the radial direction, reducing the frictional resistance of the seal and smoothly following the thermal expansion of the working medium pipe Further, the fixed valve plate can follow the axial and radial swinging movement of the sliding surface about the seal member.
[0024]
According to the ninth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to fourth aspects, in addition to the area of the sliding surface, the area of the pressure chamber pressure acting on the mating surface with respect to the area of the sliding surface. A rotary fluid machine characterized by setting the surface pressure of a sliding surface by a ratio is proposed.
[0025]
According to the above configuration, the surface pressure of the sliding surface is set by the ratio of the area of the pressure chamber acting on the mating surface to the area of the sliding surface. An optimal surface pressure that can reduce the frictional resistance of the moving surface can be obtained.
[0026]
The axial piston cylinder group 56 of the embodiment corresponds to the operating portion of the present invention, the coil spring 86 of the embodiment corresponds to the elastic biasing means of the present invention, and the V-packing 88 of the embodiment corresponds to the seal of the present invention. The steam supply pipe 8 of the embodiment corresponding to the member 5 is The first and second steam passages P1 and P2 of the embodiment correspond to the supply passage of the present invention, and the fifth to eighth steam passages P5 to P8 of the embodiment correspond to the working medium pipe of the present invention. The first and second seal lips S1 and S2 of the present invention correspond to the discharge passage, and correspond to the seal lips of the present invention.
[0027]
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.
[0028]
1 to 15 show a first 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 3-3 in FIG. 4 is an enlarged view of a part 4 of FIG. 1, FIG. 5 is an enlarged view of a part 5 of FIG. 1, FIG. 6 is an exploded perspective view of the rotor, FIG. 7 is a sectional view taken along the line 7-7 of FIG. 8 is a sectional view taken along line 8-8 of FIG. 4, FIG. 9 is an enlarged view of 9 part of FIG. 4, FIG. 10 is an enlarged view of 10 part of FIG. 5, FIG. 11 is a view taken along line 11-11 of FIG. 13 is a sectional view taken along line 12-12 of FIG. 10, 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. 15 is a view of the coil spring, the packing retainer and the V-packing. It is a perspective view.
[0029]
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.
[0030]
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.
[0031]
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. .
[0032]
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.
[0033]
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.
[0034]
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.
[0035]
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.
[0036]
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.
[0037]
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.
[0038]
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.
[0039]
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.
[0040]
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.
[0041]
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.
[0042]
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.
[0043]
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.
[0044]
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.
[0045]
The five cylinder sleeves 41 and the five pistons 42 constitute an axial piston cylinder group 56 of the present invention.
[0046]
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.
[0047]
As shown in FIG. 5, the rotary valve 71 arranged along the axis L of the rotor 22 includes a valve body 72 integrally formed at the center of the rear cover 18 and a fixed valve plate 73 made of carbon. And a movable valve plate 74 made of carbon, Teflon, metal or the like. The movable-side 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) in a state of being positioned in the rotational direction by a knock pin 75 (see FIG. 10). The bolt 76 also has a function of fixing the rotor head 38 to the output shaft 32.
[0048]
An annular holder 79 fitted to the outer periphery of the valve body 72 via a seal member 78 is fixed by a plurality of bolts 80. The inside of the holder 79 is prevented from rotating by two knock pins 81, 81. The fixed side valve plate 73 is supported via a seal member 82. The backup ring 90 disposed on the rear side of the seal member 82 has a role of protecting the heat-sensitive seal member 82 from the heat of high-temperature and high-pressure steam. The backup ring 91 disposed on the front side of the seal member 82 is It has a role of preventing the seal member 82 from falling off from the front end of the holder 79 due to the pressure of the steam. Either one or both of these backup rings 90 and 91 may be provided according to the temperature and pressure of the high-temperature and high-pressure steam.
[0049]
A flange 79a protruding radially inward from the front end of the holder 79 faces the front surface of the fixed-side valve plate 73 via a gap β (see FIG. 10). It is movable in the direction of the axis L. Since the knock pins 81 are coated with a self-lubricating material such as Teflon, the fixed valve plate 73 can move smoothly in the direction of the axis L. Further, since the knock pins 81 are provided substantially at the center of the fixed-side valve plate 73, the rotating torque applied thereto is reduced, so that the size can be reduced, and the fixed-side valve plate 73 can easily follow the swinging motion. it can. In addition, since the seal member 82 has a radial allowance, the fixed side valve plate 73 can be substantially floatingly supported in the radial direction and the axis L direction while exhibiting the damping characteristic.
[0050]
As is clear from FIG. 5 and FIG. 10, an annular pressure chamber 84 surrounding the axis L is opened at a mating surface 83 where the valve body 72 contacts the fixed-side valve plate 73. A steam supply pipe 85 connected to the valve body 72 at a position eccentric from the axis L communicates with the pressure chamber 84 via a first steam passage P1 penetrating the inside of the valve body 72. Inside the pressure chamber 84, a coil spring 86, a packing retainer 87, and a V-packing 88 are sequentially arranged in the direction of the axis L.
[0051]
Therefore, the high-temperature and high-pressure steam introduced into the pressure chamber 84 is also introduced into the mating surface 83 and is sealed by the seal member 82 on the outer periphery, so that the mating surface 83 on the back surface of the fixed-side valve plate 73 also has a sliding surface 77. This is a region that exerts a pressing action on.
[0052]
As is clear from FIG. 15, the coil spring 86 is formed of a tapered coil spring whose winding diameter decreases toward the fixed-side valve plate 73. The metal packing retainer 87 includes a conical surface 87a with which the coil spring 86 abuts, a conical surface 87b for supporting the V-packing 88 on the opposite side of the conical surface 87a, and an inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84 (see FIG. 10). ) Is provided with a circular opening 87c guided with a slight gap. The V packing 88 made of synthetic resin includes a conical surface 88 a supported by a conical surface 87 b of the packing retainer 87, a flat surface 88 b abutting on a mating surface 83 with the fixed side valve plate 73, and an inner peripheral surface of the pressure chamber 84. And a circular opening 88c guided by 84a.
[0053]
The coil spring 86 applies a preload that presses the V-packing 88 against the mating surface 83 with the fixed-side valve plate 73 before the pressure of the high-temperature and high-pressure steam rises, and also vibrates the fixed-side valve plate 73 with the seal member 82 and the pressure chamber. It has a function of attenuating in cooperation with the pressure of the high-temperature and high-pressure steam in 84. The packing retainer 87 has a function of holding the V-packing 88 in a correct position in the pressure chamber 84 and blocking heat of high-temperature and high-pressure steam to increase the durability of the V-packing 88.
[0054]
Further, the coil spring 86 has a structure in which a spring seat is eliminated in order to increase the number of turns of the spring in a small space of the pressure chamber 84, and is interposed between the V packing 88 without directly contacting the V packing 88. The use of the packing retainer 87 as a spring seat eliminates the need to provide a special spring seat for the V-packing 88, and reduces the dimension of the pressure chamber 84 in the direction of the axis L while ensuring the maximum length of the coil spring 86. The size can be reduced. Further, the conical surfaces 87a and 87b of the packing retainer 87 cooperate with the tapered coil spring 86 and the V-packing 88 to exhibit a function of increasing the followability of the fixed valve plate 73 to the swinging motion.
[0055]
The first steam passage P1 formed in the valve body 72 communicates with the sliding surface 77 via the second steam passage P2 formed in the fixed valve plate 73. The sliding surface 77 is provided with an arc-shaped fifth steam passage P5 and a circular sixth steam passage P6 which are in communication with each other, and the sixth steam passage P6 is formed on the seventh line formed on the axis L. It communicates with the mating surface 83 via the steam passage P7. An eighth steam passage P8 formed in the valve body 72 so as to be located on the axis L has one end communicating with the seventh steam passage P7 at the mating surface 83 and a steam discharge pipe at the rear end face of the valve body 72. Communicates with 89. Since the volume of the low-temperature and low-pressure steam after expansion is larger than that of the high-temperature and high-pressure steam before expansion, the diameter of the steam discharge pipe 89 is larger than the diameter of the steam supply pipe 85.
[0056]
As shown in FIGS. 10 and 12, an arc-shaped pressure groove 77 a communicating with the second steam passage P <b> 2 is formed in the sliding surface 77 of the fixed-side valve plate 73. , Two pressure holes 77b, 77b communicating with the pressure chamber 84 are opened.
[0057]
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 five fourth steam passages P3 formed in the rotor 22 so as to surround the axis L. Both ends of the 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.
[0058]
Next, the operation of the expander E of the present embodiment having the above configuration will be described.
[0059]
The high-temperature and high-pressure steam generated by heating water in the evaporator is supplied from the steam supply pipe 85 to the first steam passage P1 of the valve body 72, the pressure chamber 84, the mating surface 83, and the second It reaches the sliding surface 77 with the movable side valve plate 74 via the steam passage P2. 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.
[0060]
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.
[0061]
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 A fourth steam passage P4, a third steam passage P3 of the movable valve plate 74, a sliding surface 77, a fifth steam passage P5, a sixth steam passage P6, and a seventh steam passage P7 of the fixed valve plate 73; The gas is supplied to the condenser via the mating surface 83, the eighth steam passage P <b> 8 of the valve body 72, and the steam discharge pipe 89.
[0062]
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.
[0063]
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.
[0064]
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.
[0065]
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.
[0066]
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.
[0067]
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.
[0068]
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.
[0069]
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.
[0070]
By the way, the rotor 22 is inevitably tilted to some extent due to the play of the combined angular bearings 23f, 23r and the radial bearing 24 which support the rotor 22, especially due to the thermal expansion at the time of high temperature. The sliding surface 77 of the movable-side valve plate 74 is not always strictly perpendicular to the axis L. Therefore, the fixed-side valve plate 73 that contacts the movable-side valve plate 74 via the sliding surface 77 performs a slight swinging movement with the rotation of the rotor 22, and the adhesion of the sliding surface 77 is impaired. There is a possibility that it will be.
[0071]
However, as is apparent from FIG. 10, when high-temperature and high-pressure steam is supplied from the first steam passage P1 of the valve body 72 to the pressure chamber 84, the pressure in the pressure chamber 84 increases to the area A2 where the pressure acts on the mating surface 83. A pressing load of a corresponding magnitude is applied to the fixed-side valve plate 73. Since the fixed-side valve plate 73 is movable in the direction of the axis L within the range of the gap β with respect to the valve body 72, the pressing load urges the fixed-side valve plate 73 toward the movable-side valve plate 74. Thus, the adhesion of the sliding surface 77 is ensured. The area A2 where the pressure of the pressure chamber 84 acts on the mating surface 83 is included up to the outer end of the mating surface 83 sealed by the seal member 82.
[0072]
At this time, the first seal lip S1 on the outer periphery of the V-packing 88 is bent forward in the direction of the axis L by the pressure of the high-temperature and high-pressure steam supplied to the pressure chamber 84, so that the first seal lip S1 is brought into contact with the mating surface 83 of the fixed-side valve plate 73. Is effectively sealed. Even if the valve body 72 thermally expands in the direction of the axis L1 due to the heat of the high-temperature and high-pressure steam, the V packing 88 moves in the direction of the axis L, and the first seal lip S1 is elastically deformed by the pressure of the high-temperature and high-pressure steam. By doing so, the sealing property can be maintained. As a result, it is possible to reliably prevent the high-temperature and high-pressure steam in the pressure chamber 84 from leaking to the low-pressure seventh and eighth steam passages P7 and P8 via the mating surface 73, thereby contributing to an increase in the output of the expander E. In particular, since the first seal lip S1 formed on the outer peripheral portion of the V-packing 88 has a long circumferential length, the first seal lip S1 has a large pressure receiving area and can be effectively bent. High sealing performance can be exhibited by firmly adhering to the mating surface 83.
[0073]
The second seal lip S2 on the inner peripheral surface of the V-packing 88 is in contact with the inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84. Inside the second seal lip S2, an eighth steam passage P8 through which a low-temperature and low-pressure working medium passes is formed. Therefore, the thermal expansion of the inner peripheral surface 84a is relatively small, so that the sealing property of the second seal lip S2 of the V-packing 88 does not pose any particular problem.
[0074]
Further, since the coil spring 86 is tapered toward the packing retainer 87, the packing retainer 87 and the V-packing 88 have a damping characteristic around the axis L and allow the swinging motion, and the close contact of the sliding surface 77 is achieved. Can be enhanced. Moreover, when the coil spring 86 expands and contracts following the vibration of the fixed side valve plate 73, the vibration of the fixed side valve plate 73 is reduced by the resistance of the high temperature and high pressure steam in the pressure chamber 84 in which the coil spring 86 is stored. It is possible to effectively attenuate in cooperation with the attenuation characteristic of 82.
[0075]
Further, the diameter of the eighth exhaust passage P8 formed on the axis L in the valve body 72 cannot be reduced because the low-temperature and low-pressure steam after expansion passes therethrough, and therefore, the eighth exhaust passage P8 is formed so as to surround the eighth exhaust passage P8. The area A2 where the applied pressure of the pressure chamber 84 acts on the mating surface 83 naturally increases. As a result, the pressing load generated by the pressure chamber 84 also increases, and the surface pressure of the sliding surface 77 may become excessive. However, the high pressure in the second steam passage P2 through which the high-temperature and high-pressure steam passes is introduced into the pressure groove 77a opened in the sliding surface 77 of the fixed valve plate 73, and the pressure opened in the sliding surface 77 of the fixed valve plate 73. By guiding the high pressure of the pressure chamber 84 to the holes 77b, 77b, the pressing load on the sliding surface 77 is controlled, the surface pressure of the sliding surface 77 is prevented from excessively increasing, and the frictional force is reduced and abnormal wear is reduced. Prevention can be achieved.
[0076]
When the pressure of the high-temperature and high-pressure steam supplied to the pressure chamber 84 increases, the high-temperature and high-pressure steam easily leaks from the sliding surfaces 77 of the fixed-side valve plate 73 and the movable-side valve plate 74. Since the pressing load generated by the chamber 84 is increased and the surface pressure of the sliding surface 77 is increased, it is possible to exhibit a sealing property corresponding to the pressure of the high-temperature and high-pressure steam. In particular, in FIG. 10, the surface pressure of the sliding surface 77 can be arbitrarily set by appropriately setting the ratio A2 / A1 of the area A2 in which the pressure of the pressure chamber 84 acts on the mating surface 83 with respect to the area A1 of the sliding surface 77. Can be adjusted. Specifically, increasing the ratio A2 / A1 increases the surface pressure of the sliding surface 77, and decreasing the ratio A2 / A1 decreases the surface pressure of the sliding surface 77.
[0077]
In other words, the optimal pressing load is a pressing load that maximizes the output of the expander E and has high thermal efficiency in consideration of a slight leak at the sliding surface 77 and is supplied to the expansion chambers 43. When the pressure of the high-temperature and high-pressure steam and the pressing load are the same, the balance ratio A2 / A1 ≒ 1. Since the pressure of the high-temperature and high-pressure steam supplied to the expansion chambers 43 decreases immediately after the supply by the expansion action, the pressure of the pressure chamber 84 is set to be lower than the pressure of the high-temperature and high-pressure just before being supplied to the expansion chambers 43. The pressing load on the sliding surface 77 may be set in consideration of the pressure.
[0078]
In the embodiment mainly shown in FIG. 10, the detent dowel pins 81 are provided substantially at the center of the back surface of the fixed valve plate 73, and the fixed valve plate 73 is moved in the direction of the axis L by the gap β. Since the fixed side valve plate 73 can be freely moved in the radial direction by the crushing allowance of the seal member 82, a large swing range of the fixed side valve plate 73 can be secured, especially when the steam pressure is low. Suitable for.
[0079]
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.
[0080]
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.
[0081]
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.
[0082]
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.
[0083]
Thus, 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. The outer race of the combined angular bearings 23f, 23r is pressed forward (to the right in FIG. 1) via the holder 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. The inner race of the combined angular bearings 23f, 23r is pressed rearward (to the left in FIG. 1) via the head 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.
[0084]
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.
[0085]
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.
[0086]
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.
[0087]
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.
[0088]
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.
[0089]
16 to 19 show a second embodiment of the present invention. FIG. 16 is an enlarged sectional view around a rotary valve, FIG. 17 is a view taken along line 17-17 of FIG. 16, and FIG. FIG. 19 is a perspective view of the coil spring, the packing retainer, and the V-packing taken along line -18.
[0090]
In the first embodiment, the steam discharge pipe 89 is arranged on the axis L of the rotor 22, and the steam supply pipe 85 is arranged so as to be deviated radially outward. In the second embodiment, the positional relationship is changed. A steam supply pipe 85 is arranged on the axis L of the rotor 22, and a steam discharge pipe 89 is arranged so as to be deviated radially outward.
[0091]
Further, the valve body 72 of the first embodiment is formed integrally with the rear cover 18, but the valve body 72 of the second embodiment is detachably attached to the rear cover 18. That is, a circular flange 72a integrally formed on the rear portion of the valve body 72 comes into contact with the rear surface of the rear cover 18 via the seal member 101, and is fixed with a plurality of bolts 102. At this time, the support portion 72b having a circular cross section formed integrally with the front portion of the valve body portion 72 fits into the support hole 18a of the rear cover 18. An annular holder 79 is fixed to a support surface 18b connected to the support hole 18a of the rear cover 18 with a plurality of bolts 80. The holder 79 follows the swing of the fixed-side valve plate 73 mainly. The fixed-side valve plate 73 held via the seal member 82 functioning as an elastic body is prevented from rotating by the Teflon-coated knock pins 81, 81. The fixed side valve plate 73 is positioned in the rotation direction by the knock pins 81, 81, and is floatingly supported so as to be slightly movable in the radial direction and the axis L direction.
[0092]
A pressure chamber 84 having a circular cross section is opened on a mating surface 83 where the valve body 72 contacts the fixed-side valve plate 73. A steam supply pipe 85 penetrating through the valve body 72 through the seal member 103 extends to the mating surface 83 through the center of the pressure chamber 84, and inside the pressure chamber 84, a coil spring is formed around the outer periphery of the steam supply pipe 85. 86, a packing retainer 87 and a V-packing 88 are sequentially arranged.
[0093]
A slight gap is set between the tip of the steam supply pipe 85 and the mating surface 83 of the fixed side valve plate 73, and even if the steam supply pipe 85 thermally expands in the direction of the axis L, the tip of the steam supply pipe 85 is 83 so as not to interfere. One through hole 85 a formed in the steam supply pipe 85 communicates with the rear part of the pressure chamber 84. The number of the through holes 85 a may be plural depending on the strength of the steam supply pipe 85 and the necessary steam supply to the pressure chamber 84.
[0094]
The metal packing retainer 87 has a cylindrical portion 87d loosely fitted to the outer periphery of the steam supply pipe 85, a conical surface 87e with which a non-tapered coil spring 86 abuts, and V on the opposite side of the conical surface 87e. And a conical surface 87f for supporting the packing 88. The V-packing 88 made of synthetic resin has a through-hole 88d loosely fitted to the outer periphery of the steam supply pipe 85, a conical surface 88e supported by a conical surface 87f of the packing retainer 87, and a mating surface 83 of the fixed-side valve plate 73. And a flat surface 88f that abuts the flat surface 88f.
[0095]
The first steam passage P1 formed inside the steam supply pipe 85 communicates with the sliding surface 77 via the second steam passage P2 formed in the fixed valve plate 73. A pressure groove 73a formed in the fixed valve plate 73 and opening to the mating surface 83 communicates with a second steam passage P2 formed in the fixed valve plate 73 through a communication hole 77b.
[0096]
A steam discharge chamber 104 is formed between the casing body 12 and the rear cover 18. The steam discharge chamber 104 communicates with a steam discharge pipe 89 and a seventh steam passage formed inside the valve body 72. It communicates with the sliding surface 77 via P7 and fifth and sixth steam passages P5 and P6 formed in the fixed-side valve plate 73. Note that the fifth steam passage P5 is formed in an arc shape and opens to the sliding surface 77, and the sixth and seventh steam passages P6 and P7 communicating with the fifth steam passage P5 are each divided into two and joined together. Open at 83.
[0097]
According to the second embodiment, the high-temperature and high-pressure steam supplied from the through hole 85a of the steam supply pipe 85 to the pressure chamber 84 elastically deforms the first seal lip S1 of the V packing 88 forward in the direction of the axis L. The sealing performance is exerted by pressing against the mating surface 83 of the fixed side valve plate 73 and elastically deforming the second seal lip S2 of the V-packing 88 radially inward and pressing against the outer peripheral surface of the steam supply pipe 85. Although the steam supply pipe 85 through which the high-temperature and high-pressure steam flows undergoes large thermal expansion, the peripheral length of the sealing surface with the second seal lip S2 becomes shorter due to its relatively small diameter. Can reduce the frictional force generated between the two.
[0098]
In the second embodiment, since the pressure chamber 84 is formed so as to surround the periphery of the steam supply pipe 85 having a smaller diameter than the steam discharge pipe 89, the area A2 in which the pressure of the pressure chamber 84 acts on the mating surface 83 is reduced. It is easy to make it small, and the ratio A2 / A1 can be set small so that the pressing load for pressing the fixed side valve plate 73 can be made small, and the generation of excessive surface pressure on the sliding surface 77 is suppressed. effective. If excessive surface pressure still occurs on the sliding surface 77, the pressure on the sliding surface 77 is released from the communication hole 73b penetrating the fixed side valve plate 73 to the pressure groove 73a opened on the mating surface 83. Further, the surface pressure of the sliding surface 77 can be reduced to reduce the sliding resistance.
[0099]
In the second embodiment, the locking pins 81, 81 for preventing rotation are arranged radially outside the fixed valve plate 73 in comparison with the first embodiment. Since the amount of movement is small and the amount of movement in the direction of the axis L is large, as a result, the swing range of the fixed-side valve plate 73 is reduced, so that the followability to high-frequency vibrations mainly in a high steam pressure state is improved. Are better. Further, the second embodiment is suitable especially when the temperature of the steam is high because the mating surface 83 is not directly exposed to the introduced steam unlike the first embodiment.
[0100]
Other functions and effects of the second embodiment are the same as those of the above-described first embodiment.
[0101]
20 and 21 show a third embodiment of the present invention. FIG. 20 is an enlarged sectional view around a rotary valve according to the third embodiment, and FIG. 21 is a perspective view of a coil spring, a packing retainer and a V-packing. is there.
[0102]
The third embodiment differs from the above-described second embodiment only in the structure inside the pressure chamber 84, and therefore the description will focus on the differences. In the second embodiment shown in FIG. 16, the first seal lip S1 of the V packing 88 seals the gap between the V-packing 88 and the mating surface 83 of the fixed valve plate 73, and the second seal lip S2 is connected to the steam supply pipe 85. In the third embodiment, the first seal lip S1 of the V-packing 88 seals the gap with the mating surface 83 of the fixed-side valve plate 73, and the second seal is formed. Seal lip S2 seals between the inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84.
[0103]
That is, the packing retainer 87 urged by the non-tapered coil spring 86 having the same diameter has a flat surface 87g with which the coil spring 86 comes into contact, a conical surface 87h formed on the opposite side of the flat surface 87g, and steam supply. A through hole 87i that fits loosely on the outer periphery of the pipe 85 is provided. The V-packing 88 held by the packing retainer 87 has a conical surface 88g supported by the conical surface 87h of the packing retainer 87 and a conical surface 88h formed on the opposite side of the conical surface 88g. A first seal lip S1 for sealing between the mating surface 83 of the plate 73 and a second seal lip S2 for sealing between the inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84 are formed.
[0104]
The main purpose of this V-packing 88 is to seal between the inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84 and the second seal lip S2 having the thin end of the conical surface 88h by the vapor pressure of the pressure chamber 84. It is configured to be deformed radially outward and adhere to the inner peripheral surface 84a. Accordingly, the second seal lip S2 can follow the enlargement of the inner diameter of the inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84 due to the thermal expansion of the valve body 72, and can secure the sealing property.
[0105]
Other functions and effects of the third embodiment are the same as those of the above-described second embodiment.
[0106]
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.
[0107]
For example, the expander E of the embodiment includes the axial piston cylinder group 56 as an operation unit, but the structure of the operation unit is not limited thereto.
[0108]
Also, the cross-sectional shape of the V-packing 88 is not limited to the embodiment and can be changed as appropriate. Generally, when the vapor pressure acting on the V-packing 88 is high, a sealing effect due to the bending of the seal lip can be expected. Therefore, it is desirable to make the seal lip as thin as possible to facilitate bending. Conversely, when the vapor pressure acting on the V-packing 88 is low, the sealing effect due to the bending of the seal lip cannot be expected. Therefore, it is desirable to increase the thickness of the seal lip and obtain the sealing effect by the elasticity of the seal lip itself.
[0109]
The V-packing 88 is not limited to the synthetic resin of the embodiment, and may be made of metal or ceramic. In this case, in order to easily bend the seal lips S1 and S2, it is desirable to form annular grooves g1 and g2 near the seal lips S1 and S2 as shown in FIG.
[0110]
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.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, the fixed-side valve plate is non-rotatably floatingly supported on the valve body fixed to the casing, and the valve body is opened at the mating surface with the fixed-side valve plate. A high-pressure working medium is supplied to the pressure chamber formed so that the mating surface is sealed with a sealing member to receive the pressure of the high-pressure working medium, so that the fixed-side valve plate can be moved by the pressure of the working medium in the pressure chamber. A pressing load is generated that presses against the sliding surface with the side valve plate, and the sliding surface is brought into close contact to prevent leakage of the working medium. In addition, the floating valve supports the fixed-side valve plate to follow the runout of the sliding surface, so that the followability of the pressing load to the sliding surface is enhanced, and the sealing performance of the sliding surface can be ensured.
[0112]
In particular, when leakage from the sliding surface is likely to occur due to high pressure of the working medium, the pressing load generated by the pressure chamber increases accordingly, so that even if the pressure of the working medium fluctuates, the sliding surface While preventing the leakage of the working medium by always generating the optimum surface pressure, it is possible to prevent the surface pressure from excessively increasing and minimize the frictional resistance of the sliding surface.
[0113]
Moreover, since the seal between the fixed side valve plate floatingly supported by the valve body and the pressure chamber is sealed by a sealing member to prevent leakage of the working medium, the pressing load generated by the pressure chamber can be stabilized, and Since the fixed-side valve plate can move in the axial direction and the radial direction, it can follow the inclination of the sliding surface by oscillating while securing the sealing performance.
[0114]
According to the second aspect of the present invention, since the seal member has the seal lip which is elastically deformed by the softening due to the pressure and heat of the working medium, the seal lip is formed in accordance with an increase in the pressure of the working medium and an increase in the temperature. The seal lip can be deformed to further enhance the sealability, and can move in the axial direction with low friction from the shape of the seal lip.
[0115]
According to the third aspect of the present invention, the seal member is urged toward the mating surface with the fixed-side valve plate by the elastic urging means, so that the seal member is not pressed when the pressure of the working medium does not rise. To ensure the sealing property, and also to attenuate the vibration of the fixed side valve plate due to the runout of the sliding surface by the elastic force of the elastic urging means together with the damping characteristic of the seal member, Adhesion of the sliding surface can be ensured.
[0116]
According to the fourth aspect of the present invention, since the resilient urging means is constituted by the tapered coil spring tapering toward the seal member, the spring is generated by the movable side valve plate due to the alignment of the tapered coil spring. The fixed-side valve plate swings around the axis to follow the swinging of the fixed-side valve plate due to the swing of the sliding surface, and the sliding is performed in accordance with the damping characteristics of the elastic urging means. The adhesion of the moving surface can be more effectively ensured.
[0117]
According to the invention described in claim 5, since the annular pressure chamber is formed so as to surround the periphery of the passage of the low-temperature side working medium provided at the center of the valve body, the seal member housed in the pressure chamber. Temperature rise can be suppressed and the sealing property can be maintained. In addition, the fixed-side valve plate and the movable-side valve plate can be effectively cooled with the low-temperature side working medium, so that the smoothness and wear resistance of the sliding surface can be maintained.
[0118]
According to the invention described in claim 6, since the annular pressure chamber is formed so as to surround the high pressure side working medium passage provided at the center of the valve body, the pressing load generated in the pressure chamber is formed. Can uniformly act on the sliding surface. Thus, even if the pressure chamber is downsized and the pressing load is set to be small, it is possible to secure the adhesion of the sliding surface and prevent uneven wear, and to appropriately minimize the pressing load on the sliding surface. Therefore, the frictional resistance generated on the sliding surface can be reduced, and the loss torque of the rotary fluid machine can be reduced.
[0119]
According to the invention described in claim 7, the first seal lip of the seal member seals between the mating surface of the fixed-side valve plate and the second seal lip contacts the inner peripheral surface of the pressure chamber. In particular, the second sealing lip can prevent the pressure fluctuation of the working medium and the axial and radial displacement of the fixed valve plate from the lip structure. Thus, the sealing property can be improved by closely adhering to the inner peripheral surface of the pressure chamber with good followability.
[0120]
According to the invention described in claim 8, the first seal lip of the seal member seals between the mating surface of the fixed side valve plate and the second seal lip from the lip structure into the pressure chamber. Following the radial thermal expansion of the inserted working medium pipe due to the high-temperature working medium, the space between the working medium pipe and the outer peripheral surface of the working medium pipe can be sealed to maintain the tightness of the pressure chamber. The seal lip of No. 2 seals the outer peripheral surface of the working medium pipe having a smaller diameter than the inner peripheral surface of the pressure chamber. , And the stationary valve plate can follow the axial and radial swinging movement of the sliding surface around the seal member.
[0121]
According to the ninth aspect, the surface pressure of the sliding surface is set by the ratio of the area of the pressure chamber acting on the mating surface to the area of the sliding surface. It is possible to obtain an optimum surface pressure that can reduce the frictional resistance of the sliding surface while ensuring the performance.
[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.
FIG. 3 is a view taken along line 3-3 in FIG. 1;
FIG. 4 is an enlarged view of four parts of FIG. 1;
FIG. 5 is an enlarged view of part 5 of FIG.
FIG. 6 is an exploded perspective view of a rotor.
FIG. 7 is a sectional view taken along line 7-7 of FIG. 4;
8 is a sectional view taken along line 8-8 in FIG. 4;
FIG. 9 is an enlarged view of a part 9 in FIG.
FIG. 10 is an enlarged view of part 10 in FIG.
FIG. 11 is a view taken along line 11-11 of FIG. 10;
FIG. 12 is a view taken along line 12-12 of FIG. 10;
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;
FIG. 15 is a perspective view of a coil spring, a packing retainer, and a V-packing.
FIG. 16 is an enlarged sectional view around a rotary valve according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a view taken along line 17-17 of FIG. 16;
FIG. 18 is a view taken along line 18-18 in FIG. 16;
FIG. 19 is a perspective view of a coil spring, a packing retainer, and a V-packing.
FIG. 20 is an enlarged sectional view around a rotary valve according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a perspective view of a coil spring, a packing retainer, and a V-packing.
FIG. 22 is a view showing another embodiment of the V packing.
[Explanation of symbols]
11 Casing
22 rotor
56 axial piston cylinder group (actuator)
71 Rotary valve
72 Valve body
73 Fixed side valve plate
74 Movable valve plate
77 Sliding surface
83 mating surface
84 pressure chamber
84a inner peripheral surface
85 Steam supply pipe (working medium pipe)
86 coil spring (elastic biasing means)
88 V packing (seal member)
A1 Area of sliding surface
A2 Area where pressure of pressure chamber acts on mating surface
L axis
P1 First steam supply passage (supply passage)
P2 Second steam supply passage (supply passage)
P5 Fifth steam supply passage (discharge passage)
P6 6th steam supply passage (discharge passage)
P7 Seventh steam supply passage (discharge passage)
P8 8th steam supply passage (discharge passage)
S1 First seal lip (seal lip)
S2 Second seal lip (seal lip)

Claims (9)

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通路(P1,P2)および排出通路(P5〜P8)を切り換えるロータリバルブ(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)と、ケーシング(11)に固定したバルブ本体部(72)に回転不能にフローティング支持された固定側バルブプレート(73)とを、軸線(L)に直交する摺動面(77)において当接させてなる回転流体機械において、
バルブ本体部(72)の固定側バルブプレート(73)との合わせ面(83)に、作動媒体の供給通路(P1,P2)および排出通路(P5〜P8)のうちの高圧側の通路から作動媒体を導入する圧力室(84)を開口させ、この圧力室(84)に収納したシール部材(88)により該圧力室(84)から前記合わせ面(83)への作動媒体の漏れをシールするとともに圧力室(84)に作用する作動媒体の圧力で固定側バルブプレート(73)を前記摺動面(77)に向けて押圧する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 switch a supply path (P1, P2) and a discharge path (P5 to P8) of the working medium to the working part (56);
The rotary valve (71) includes a movable valve plate (74) provided on a rotor (22) and a fixed valve plate non-rotatably floatingly supported by a valve body (72) fixed to a casing (11). (73) is brought into contact with a sliding surface (77) orthogonal to the axis (L) in a rotary fluid machine,
The valve body (72) is actuated from the high pressure side passage among the supply passages (P1, P2) and the discharge passages (P5 to P8) of the working medium on the mating surface (83) of the valve body (72) with the fixed side valve plate (73). The pressure chamber (84) for introducing the medium is opened, and the leakage of the working medium from the pressure chamber (84) to the mating surface (83) is sealed by the sealing member (88) housed in the pressure chamber (84). A rotary fluid machine, wherein the fixed-side valve plate (73) is pressed toward the sliding surface (77) by the pressure of the working medium acting on the pressure chamber (84).
シール部材(88)は、作動媒体の圧力および熱による軟化で弾性変形可能なシールリップ(S1,S2)を有することを特徴とする、請求項1に記載の回転流体機械。The rotary fluid machine according to claim 1, wherein the seal member (88) has a seal lip (S1, S2) that can be elastically deformed by softening due to pressure and heat of the working medium. シール部材(88)を前記合わせ面(83)に向けて付勢する弾発付勢手段(86)を備えたことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の回転流体機械。The rotary fluid machine according to claim 1 or 2, further comprising a resilient urging means (86) for urging the seal member (88) toward the mating surface (83). 弾発付勢手段(86)はシール部材(88)に向かってテーパーするテーパーコイルスプリングであることを特徴とする、請求項3に記載の回転流体機械。The rotary fluid machine according to claim 3, wherein the resilient biasing means (86) is a tapered coil spring tapering toward the seal member (88). 作動媒体の供給通路(P1,P2)および排出通路(P5〜P8)のうちの低温側の通路をバルブ本体部(72)の中央に設けるとともに、前記低温側の通路の周囲を囲むように環状の圧力室(84)を形成したことを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の回転流体機械。A low-temperature passage among the supply passages (P1, P2) and the discharge passages (P5 to P8) for the working medium is provided at the center of the valve body (72), and is annular so as to surround the low-temperature passage. The rotary fluid machine according to any one of claims 1 to 4, wherein a pressure chamber (84) is formed. 作動媒体の供給通路(P1,P2)および排出通路(P5〜P8)のうちの高圧側の通路をバルブ本体部(72)の中央に設けるとともに、前記高圧側の通路の周囲を囲むように環状の圧力室(84)を形成したことを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の回転流体機械。A high pressure side passage among the supply passages (P1, P2) and the discharge passages (P5 to P8) for the working medium is provided at the center of the valve body (72), and is annular so as to surround the high pressure side passage. The rotary fluid machine according to any one of claims 1 to 4, wherein a pressure chamber (84) is formed. シール部材(88)は、固定側バルブプレート(73)の合わせ面(83)との間をシールする第1のシールリップ(S1)と、圧力室(84)の内周面(84a)との間をシールする第2のシールリップ(S2)とを有することを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の回転流体機械。The seal member (88) includes a first seal lip (S1) for sealing between the mating surface (83) of the fixed-side valve plate (73) and an inner peripheral surface (84a) of the pressure chamber (84). The rotary fluid machine according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second seal lip (S2) for sealing a gap between the rotary fluid machines. シール部材(88)は、固定側バルブプレート(73)の合わせ面(83)との間をシールする第1のシールリップ(S1)と、圧力室(84)内に挿入された作動媒体配管(85)の外周面との間をシールする第2のシールリップ(S2)とを有することを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の回転流体機械。The seal member (88) includes a first seal lip (S1) for sealing between the fixed surface and the mating surface (83) of the valve plate (73), and a working medium pipe inserted into the pressure chamber (84). 85. The rotary fluid machine according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second seal lip (S2) for sealing between the outer peripheral surface and the outer peripheral surface of the rotary seal. 摺動面(77)の面積(A1)に対する、圧力室(84)の圧力が合わせ面(83)に作用する面積(A2)の比(A2/A1)により摺動面(77)の面圧を設定することを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の回転流体機械。The surface pressure of the sliding surface (77) is determined by the ratio (A2 / A1) of the area (A2) where the pressure of the pressure chamber (84) acts on the mating surface (83) to the area (A1) of the sliding surface (77). The rotary fluid machine according to any one of claims 1 to 4, wherein
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