JP2004270523A - Rotary fluid-machinery - Google Patents
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Abstract
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
[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
[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
[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
[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
[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
[0030]
A
[0031]
The
[0032]
Each of the three
[0033]
A plate-shaped
[0034]
A
[0035]
The combined
[0036]
Since the combined
[0037]
Further, by incorporating the
[0038]
The
[0039]
An
[0040]
A trochoid-
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
An
[0044]
An
[0045]
The five
[0046]
Next, the structure of the
[0047]
As shown in FIG. 5, the
[0048]
An
[0049]
A
[0050]
As is clear from FIG. 5 and FIG. 10, an
[0051]
Therefore, the high-temperature and high-pressure steam introduced into the
[0052]
As is clear from FIG. 15, the
[0053]
The
[0054]
Further, the
[0055]
The first steam passage P1 formed in the
[0056]
As shown in FIGS. 10 and 12, an arc-shaped
[0057]
Five third steam passages P3... Arranged at equal intervals so as to surround the axis L pass through the movable
[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
[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
[0061]
While the
[0062]
The
[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
[0064]
The oil scraped off from the sliding surfaces of the
[0065]
As described above, the oil held in the
[0066]
When the high-temperature and high-pressure steam is supplied from the fourth steam passage P4 to the
[0067]
Since the
[0068]
Further, since the outer peripheral surface of the
[0069]
Since the
[0070]
By the way, the
[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
[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
[0073]
The second seal lip S2 on the inner peripheral surface of the V-packing 88 is in contact with the inner
[0074]
Further, since the
[0075]
Further, the diameter of the eighth exhaust passage P8 formed on the axis L in the
[0076]
When the pressure of the high-temperature and high-pressure steam supplied to the
[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
[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
[0079]
Furthermore, since the
[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
[0081]
Further, a
[0082]
As described above, when the position of the
[0083]
Thus, when the
[0084]
The
[0085]
The
[0086]
This is because if the both ends of the
[0087]
On the other hand, in this embodiment, since the
[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
[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
[0091]
Further, the
[0092]
A
[0093]
A slight gap is set between the tip of the
[0094]
The
[0095]
The first steam passage P1 formed inside the
[0096]
A
[0097]
According to the second embodiment, the high-temperature and high-pressure steam supplied from the through
[0098]
In the second embodiment, since the
[0099]
In the second embodiment, the locking pins 81, 81 for preventing rotation are arranged radially outside the fixed
[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
[0103]
That is, the packing
[0104]
The main purpose of this V-packing 88 is to seal between the inner
[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
[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
FIG. 10 is an enlarged view of
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)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).
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