JP2005163579A - Rotating fluid machine - Google Patents

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pressure
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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 the sealing performance of a sealing member even if a fixed side valve plate of a rotary valve of a rotating fluid machine is put in oscillating motion. <P>SOLUTION: A pressure chamber 84 into which high-temperature and high-pressure stream is introduced, is opened to a mating surface 83 of the valve body part 72 of the rotary valve 71 with a fixed side valve plate 73. A leakage of steam to the mating surface 83 is prevented by the V-packing 88 enclosed in the pressure chamber 84, and the fixed side valve plate 73 and a movable side valve plate 74 are brought into close contact at a sliding surface 77 by the pressure applied to the pressure chamber 84. A seal lip S1 of the V-packing 88 and a seat surface 73a of the fixed side valve plate 73 on which the seal lip S1 abuts are formed in spherical surface shape. Consequently, even if the fixed side valve plate 73 supported to float is put in oscillating motion following the movable side valve plate 74 rotated together with a rotor, the seal lip S1 is positively brought into close contact with the seat surface 73a to secure the sealing performance of an abutting part. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a casing, a rotor rotatably supported by the casing, an operating part provided in the rotor, and a rotary valve provided between the casing and the rotor for controlling supply / discharge of the working medium to the operating part. The present invention relates to a rotary fluid machine including

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1により公知である。
実開昭61−155610号公報
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 not supplied 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 against the sliding surface with a spring, and when the combustion gas is supplied, the pressing member is pressed with the pressure of the combustion gas via the free piston to be in close contact with the sliding surface. This is known from the following patent document 1.
Japanese Utility Model Publication No. 61-155610

ところで、バルブ本体部に支持した固定側バルブプレートとロータに支持した可動側バルブプレートとを摺動面において接触させて作動媒体の供給・排出を制御する膨張機用のロータリバルブにおいて、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圧力室を形成し、この圧力室に収納したVパッキンのような可撓性を有するシール部材の背面に作動媒体の圧力を作用させることで、固定側バルブプレートを可動側バルブプレートに押し付けて摺動面のシール性を確保することが考えられる。   By the way, in a rotary valve for an expander that controls supply / discharge of a working medium by contacting a fixed valve plate supported by a valve body and a movable valve plate supported by a rotor on a sliding surface, the valve body A pressure chamber that opens to the mating surface with the fixed side valve plate is formed on the surface, and the pressure of the working medium is applied to the back surface of a flexible sealing member such as a V-packing housed in the pressure chamber. It is conceivable to secure the sealing performance of the sliding surface by pressing the side valve plate against the movable side valve plate.

しかしながら、ロータに設けられた可動側バルブプレートが若干の首振り運動をすることが避けられず、この可動側バルブプレートに摺動面を介して接触する固定側バルブプレートが首振り運動すると、固定側バルブプレートの座面と圧力室のシール部材のリップとの密着性が損なわれてしまい、その部分から蒸気が漏洩して膨張機が充分な性能を発揮できなくなる可能性がある。   However, it is inevitable that the movable side valve plate provided on the rotor will swing slightly, and if the fixed side valve plate that contacts the movable side valve plate via the sliding surface swings, Adhesion between the seating surface of the side valve plate and the lip of the sealing member of the pressure chamber may be impaired, and steam may leak from that portion and the expander may not exhibit sufficient performance.

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固定側バルブプレートが首振り運動してもシール部材のシール性を確保できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to ensure the sealing performance of a sealing member even when a fixed valve plate of a rotary valve of a rotary fluid machine swings.

上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、ケーシングと、ケーシングに回転自在に支持されたロータと、ロータに設けられた作動部と、ケーシングおよびロータ間に設けられて作動部に対する作動媒体の供給・排出を制御するロータリバルブとを備え、ロータリバルブは、ケーシング側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ロータ側に支持された可動側バルブプレートとを軸線に直交する摺動面において接触させ、バルブ本体部の固定側バルブプレートとの合わせ面に高圧の作動媒体が導入され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合わせ面への作動媒体の漏れを阻止するとともに、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および可動側バルブプレートを摺動面において密着させる回転流体機械であって、シール部材のリップと該シール部材が当接する固定側バルブプレートの座面とを、前記軸線上に中心を有する球面形状としたことを特徴とする回転流体機械が提案される。   To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a casing, a rotor rotatably supported by the casing, an operating portion provided in the rotor, and a casing and the rotor are provided. A rotary valve that controls the supply and discharge of the working medium to and from the working part. The rotary valve is supported on the rotor side by a fixed side valve plate that is floatingly supported by a valve main body part that is fixed to the casing side so as not to rotate. The movable valve plate is brought into contact with the sliding surface perpendicular to the axis, and a pressure chamber into which a high-pressure working medium is introduced is opened on the mating surface with the fixed valve plate of the valve body, and the pressure chamber is stored in this pressure chamber. The sealing member prevents the working medium from leaking from the pressure chamber to the mating surface, and the pressure of the working medium acting on the pressure chamber is used to fix the fixed side bar. A rotary fluid machine for tightly contacting a valve plate and a movable valve plate on a sliding surface, wherein a lip of a sealing member and a seating surface of a fixed valve plate with which the sealing member abuts have a spherical shape centered on the axis A rotating fluid machine characterized by the above is proposed.

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、シール部材のリップを凸形状とし、固定側バルブプレートの座面を凹形状としたことを特徴とする回転流体機械が提案される。   According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the lip of the sealing member has a convex shape, and the seating surface of the stationary valve plate has a concave shape. A machine is proposed.

尚、実施例のアキシャルピストンシリンダ群Aは本発明の作動部に対応し、実施例の第1のシールリップS1は本発明のシールリップに対応し、実施例のVパッキン88は本発明のシール部材に対応する。   The axial piston cylinder group A of the embodiment corresponds to the operating portion of the present invention, the first seal lip S1 of the embodiment corresponds to the seal lip of the present invention, and the V packing 88 of the embodiment corresponds to the seal of the present invention. Corresponds to the member.

請求項1の構成によれば、ロータリバルブのバルブ本体部の固定側バルブプレートとの合わせ面に高圧の作動媒体が導入され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合わせ面への作動媒体の漏れを阻止するとともに、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および可動側バルブプレートを摺動面において密着させる際に、シール部材のリップと該リップが当接する固定側バルブプレートの座面とを球面形状としたので、フローティング支持された固定側バルブプレートがロータと共に回転する可動側バルブプレートに追従して首振り運動しても、固定側バルブプレートの座面にシール部材のリップを確実に密着させて当接部のシール性を確保することができる。   According to the configuration of the first aspect, the pressure chamber into which the high-pressure working medium is introduced is opened on the mating surface of the valve body of the rotary valve with the fixed valve plate, and the pressure member is accommodated in the pressure chamber. When preventing the working medium from leaking from the chamber to the mating surface, the fixed valve plate and the movable valve plate are brought into close contact with the sliding surface by the pressure of the working medium acting on the pressure chamber. Since the seating surface of the fixed valve plate with which the lip abuts has a spherical shape, even if the fixed valve plate that is floatingly supported swings following the movable valve plate that rotates with the rotor, the fixed valve It is possible to ensure the sealing performance of the abutting portion by reliably bringing the lip of the sealing member into close contact with the seat surface of the plate.

請求項2の構成によれば、シール部材の凸形状を有するリップを、固定側バルブプレートの凹形状を有する座面に当接させたので、フローティング支持された固定側バルブプレートの首振り運動に対するシール部材の追従性が一層良好になってシール性が更に向上する。   According to the configuration of the second aspect, since the lip having the convex shape of the seal member is brought into contact with the seat surface having the concave shape of the fixed side valve plate, the swinging movement of the fixed side valve plate supported by floating is prevented. The followability of the seal member is further improved, and the sealability is further improved.

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.

図1〜図9は本発明の一実施例を示すもので、図1は膨張機の縦断面図、図2は図1の2部拡大図、図3はロータの分解斜視図、図4は図1の4部拡大図、図5は図4の5−5線矢視図、図6は図4の6−6線矢視図、図7は図4の7−7線矢視図、図8は図4の8−8線矢視図、図9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。   1 to 9 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an expander, FIG. 2 is an enlarged view of two parts of FIG. 1, FIG. 3 is an exploded perspective view of a rotor, and FIG. 4 is an enlarged view taken along the line 5-5 in FIG. 4, FIG. 6 is a view taken along the line 6-6 in FIG. 4, FIG. 7 is a view taken along the line 7-7 in FIG. 8 is a perspective view taken along line 8-8 in FIG. 4, and FIG. 9 is a perspective view of the coil spring, packing retainer, and V packing.

図1〜図3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。   As shown in FIGS. 1 to 3, the expander E of the present embodiment is used in, for example, a Rankine cycle device, and converts thermal energy and pressure energy of high-temperature and high-pressure steam as a working medium into mechanical energy and outputs it. To do. The casing 11 of the expander E includes a casing main body 12, a front cover 15 coupled to the front opening of the casing main body 12 with a plurality of bolts 14 through a seal member 13, and a rear opening of the casing main body 12. A rear cover 18 coupled with a plurality of bolts 17 through a sealing member 16, and an oil pan 21 coupled with a plurality of bolts 20 with a lower surface opening of the casing body 12 through a sealing member 19. Consists of.

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23,23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。   The rotor 22 arranged to be rotatable around the axis L extending in the front-rear direction in the center of the casing 11 is supported by combination angular bearings 23, 23 provided on the front cover 15 at the front part thereof, and the rear part thereof as the casing body 12. Is supported by a radial bearing 24 provided on the surface. 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 inclination angle is fixed.

ロータ22は、組み合わせアンギュラベアリング23,23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。   The rotor 22 includes an output shaft 32 supported on the front cover 15 by combined angular bearings 23, 23, three sleeve support flanges 33, 34, 35 integrally formed on the rear portion of the output shaft 32, and a rear side Are connected to the sleeve support flange 35 by a plurality of bolts 37 through a metal gasket 36 and supported by the casing body 12 by the radial bearing 24, and three sleeve support flanges 33, 34, 35. And a heat insulating cover 40 coupled to the front sleeve support flange 33 by a plurality of bolts 39.

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。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。   The three sleeve support flanges 33, 34, 35 are each formed with five sleeve support holes 33a, 34a, ..., 35a ... around the axis L at intervals of 72 °, and these sleeve support holes 33a, ..., Five cylinder sleeves 41 are fitted to the rear 34a, 35a,. A flange 41 a is formed at the rear end of each cylinder sleeve 41, and the flange 41 a is fitted to the metal gasket 36 in a state where the flange 41 a is fitted in a step portion 35 b formed in the sleeve support hole 35 a of the sleeve support flange 35 on the rear side. Abutting and positioning in the axial direction. A piston 42 is slidably fitted inside each cylinder sleeve 41, and the front end of the piston 42 abuts a dimple 31 a formed on the swash plate 31, and the rear end of the piston 42 and the rotor head 38 are in contact with each other. A steam expansion chamber 43 is defined between them.

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4〜図9に基づいて説明する。   Next, the structure of the rotary valve 71 that supplies and discharges steam to and from the five expansion chambers 43 of the rotor 22 will be described with reference to FIGS.

図4に示すように、ロータ22の軸線Lに沿うように配置されたロータリバルブ71は、バルブ本体部72と、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(登録商標)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2参照)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。   As shown in FIG. 4, the rotary valve 71 arranged along the axis L of the rotor 22 includes a valve main body 72, a carbon fixed side valve plate 73, carbon, and Teflon (registered trademark), And a movable valve plate 74 made of metal or the like. The movable side valve plate 74 is fixed to the rear surface of the rotor 22 with a bolt 76 that is screwed into the oil passage closing member 45 (see FIG. 2) while being positioned in the rotational direction by a knock pin 75. The bolt 76 also has a function of fixing the rotor head 38 to the output shaft 32.

バルブ本体部72は、そ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91を介して当接し、複数本のボルト92…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(登録商標)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。   The valve body 72 is fixed by a plurality of bolts 92... A circular flange 72 a formed integrally at the rear thereof abuts the rear surface of the rear cover 18 via a seal member 91. At this time, the support section 72 b having a circular cross section formed integrally with the front portion of the valve main body 72 is fitted into the support hole 18 a 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, and a fixed side valve plate 73 held inside the holder 79 via a seal member 82. Is prevented by Teflon-coated knock pins 81, 81. The fixed side valve plate 73 is positioned in the rotational direction by the knock pins 81, 81, but is supported floating so as to be slightly movable in the radial direction and the axis L direction.

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93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。   A pressure chamber 84 having a circular cross section opens on a mating surface 83 where the valve main body 72 abuts on the fixed valve plate 73. A steam supply pipe 85 that penetrates the valve main body 72 through the seal member 93 extends to the mating surface 83 through the center of the pressure chamber 84, and a coil spring is provided on the outer periphery of the steam supply pipe 85 inside the pressure chamber 84. 86, a packing retainer 87, and a V packing 88 are sequentially arranged.

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。圧力室84に供給された高温高圧蒸気は固定側バルブプレート73を可動側バルブプレート74に向けて付勢し、両者の摺動面77を密着させてシール性を高める機能を発揮する。通孔85aの数は、蒸気供給パイプ85の強度および圧力室84への必要蒸気供給量に応じて複数個としても良い。   A slight gap is set between the tip of the steam supply pipe 85 and the mating surface 83 of the fixed valve plate 73. Even if the steam supply pipe 85 is thermally expanded in the direction of the axis L, the tip of the steam supply pipe 85 is the mating surface. 83 is not interfered with. One through hole 85 a formed in the steam supply pipe 85 communicates with the rear portion of the pressure chamber 84. The high-temperature and high-pressure steam supplied to the pressure chamber 84 urges the fixed side valve plate 73 toward the movable side valve plate 74 and exerts a function of improving the sealing performance by bringing the sliding surfaces 77 into close contact with each other. The number of the through holes 85a may be plural according to the strength of the steam supply pipe 85 and the required steam supply amount to the pressure chamber 84.

図4および図9から明らかなように、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87aと、平坦面87aの反対側に形成された円錐面87bと、蒸気供給パイプ85の外周に緩く嵌合する貫通孔87c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には、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。   As apparent from FIGS. 4 and 9, the packing retainer 87 biased by the coil spring 86 having an equal diameter which is not tapered is formed on the flat surface 87a with which the coil spring 86 abuts and on the opposite side of the flat surface 87a. And a through-hole 87c that fits loosely on the outer periphery of the steam supply pipe 85. The V-packing 88 held by the packing retainer 87 includes a first seal lip S1 that seals between the conical surface 88a supported by the conical surface 87b of the packing retainer 87 and the mating surface 83 of the fixed valve plate 73. And a second seal lip S2 that seals between the pressure chamber 84 and the inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84.

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、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。   The V-packing 88 is mainly intended for sealing with the inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84. The second seal lip S2 is deformed radially outward by the vapor pressure of the pressure chamber 84 to thereby change the inner periphery. It is made to adhere to the surface 84a. Therefore, the second seal lip S2 can follow the expansion of the inner diameter of the inner peripheral surface 84a of the pressure chamber 84 due to the thermal expansion of the valve main body 72, and can ensure the sealing performance.

固定側バルブプレート73の合わせ面83の中央の座面73aは軸線L上に中心を有する球面状に窪んでおり、この座面73aに当接するVパッキン88の第1のシールリップS1は軸線L上に中心を有する球面状に突出している。これらの座面73aおよび第1のシールリップS1の曲率半径および中心は一致しており、従って座面73aに対して第1のシールリップS1は隙間なく密着するとともに、シール性を確保したまま相互に揺動することができる。   The seating surface 73a at the center of the mating surface 83 of the fixed side valve plate 73 is recessed in a spherical shape having a center on the axis L, and the first seal lip S1 of the V packing 88 that abuts on the seating surface 73a has the axis L It protrudes in a spherical shape with a center on the top. The curvature radii and centers of the seating surface 73a and the first seal lip S1 are the same, and therefore the first seal lip S1 is in close contact with the seating surface 73a without any gaps, and the sealing performance is secured. Can be swung.

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。   The coil spring 86 provides a preload that presses the V packing 88 against the mating surface 83 with the fixed valve plate 73 before the pressure of the high-temperature and high-pressure steam rises, and also vibrates the fixed valve plate 73 with the seal member 82 and the pressure chamber. It has the function to attenuate by cooperation with the pressure of the high-temperature high-pressure steam in 84. The packing retainer 87 has a function of holding the V packing 88 in a correct posture in the pressure chamber 84 and increasing the durability of the V packing 88 by blocking the heat of the high-temperature and high-pressure steam.

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。   In addition, the coil spring 86 has a structure in which the spring seat is eliminated in order to increase the number of spring windings in the small space of the pressure chamber 84, and is interposed between the V packing 88 without directly contacting the V packing 88. By using the packing retainer 87 as a spring seat, it is not necessary to provide a special spring seat on the V-packing 88, and the dimension of the pressure chamber 84 in the axis L direction can be increased while ensuring the maximum length of the coil spring 86. It can be downsized.

図4〜図8から明らかなように、ロータ22の軸線L上に蒸気供給パイプ85が配置され、その径方向外側に偏倚して蒸気排出パイプ89が配置される。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。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が摺動面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が摺動面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。   As is clear from FIGS. 4 to 8, the steam supply pipe 85 is disposed on the axis L of the rotor 22, and the steam discharge pipe 89 is disposed biased radially outward. The first steam passage P <b> 1 formed inside the steam supply pipe 85 communicates with the sliding surface 77 via the second steam passage P <b> 2 formed in the fixed side valve plate 73. 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 fourths 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 where the second steam passage P2 opens to the sliding surface 77 is circular, whereas the portion where the fifth steam passage P5 opens to the sliding surface 77 is formed in an arc shape with the axis L as the center.

また固定側バルブプレート73の摺動面77には、相互に連通する円弧状の第5蒸気通路P5および2個の円弧状の第6蒸気通路P6,P6が凹設されており、第6蒸気通路P6,P6は合わせ面83においてバルブ本体部72に形成された2個の第7蒸気通路P7,P7に連通する。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94が形成されており、この蒸気排出室94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に形成した2個の第7蒸気通路P7,P7に連通する。   Further, the sliding surface 77 of the fixed side valve plate 73 is provided with an arcuate fifth steam passage P5 and two arcuate sixth steam passages P6 and P6 that are in communication with each other. The passages P6 and P6 communicate with two seventh steam passages P7 and P7 formed in the valve body 72 at the mating surface 83. A steam discharge chamber 94 is formed between the casing body 12 and the rear cover 18, and this steam discharge chamber 94 communicates with the steam discharge pipe 89 and two seventh steam passages formed in the valve body 72. It communicates with P7 and P7.

図6から明らかなように、ロータリバルブ71の固定側バルブプレート73の摺動面77には高温高圧蒸気を供給する円形の第2蒸気通路P2と、低温低圧蒸気を排出する円弧状の第5蒸気通路P5とが開口しており、可動側バルブプレート74の5個の第3蒸気通路P3…の一つが円形の第2蒸気通路P2に連通した瞬間が吸気行程となり、前記第3蒸気通路P3が第2蒸気通路P2との連通を遮断されてから円弧状の第5蒸気通路P5に連通するまでの間が膨張行程となり、前記第3蒸気通路P3が円弧状の第5蒸気通路P5に連通している間が排気行程となる。   As is apparent from FIG. 6, a circular second steam passage P2 for supplying high-temperature and high-pressure steam and a circular arc-shaped fifth for discharging low-temperature and low-pressure steam on the sliding surface 77 of the fixed-side valve plate 73 of the rotary valve 71. The steam passage P5 is open, and the moment when one of the five third steam passages P3... Of the movable side valve plate 74 communicates with the circular second steam passage P2 is the intake stroke, and the third steam passage P3. Is the expansion stroke from when communication with the second steam passage P2 is interrupted until communication with the arcuate fifth steam passage P5, and the third steam passage P3 communicates with the arcuate fifth steam passage P5. The exhaust stroke is performed during the period.

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。   Next, the operation of the expander E of the present embodiment having the above configuration will be described.

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内の第1蒸気通路P1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5個の第3蒸気通路P3…に所定のタイミングで瞬間的に連通し、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。   The high-temperature and high-pressure steam generated by heating water in the evaporator passes through the first steam passage P1 in the steam supply pipe 85, the mating surface 83, and the second steam passage P2 of the fixed-side valve plate 73. A sliding surface 77 with 74 is reached. The second steam passage P2 opened in the sliding surface 77 is instantaneously communicated with the five third steam passages P3 formed in the movable valve plate 74 that rotates integrally with the rotor 22 at a predetermined timing. The high-pressure steam is supplied from the third steam passage P3 to the expansion chamber 43 in the cylinder sleeve 41 through the fourth steam passage P4 formed in the rotor 22.

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。   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 its 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 a reaction force that the piston 42 receives from the swash plate 31. Each time the rotor 22 rotates by one fifth, high-temperature and high-pressure steam is supplied into adjacent new expansion chambers 43 and the rotor 22 is continuously rotated.

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および第6蒸気通路P6,P6と、合わせ面83と、バルブ本体部72の第7蒸気通路P7,P7と、蒸気排出室94と、蒸気排出パイプ89とを経て凝縮器に供給される。   The low-temperature and low-pressure steam pushed out of the expansion chamber 43 while the piston 42 reaching 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 4 steam passage P4, the third steam passage P3 of the movable side valve plate 74, the sliding surface 77, the fifth steam passage P5 and the sixth steam passages P6, P6 of the fixed side valve plate 73, and the mating surface 83 The steam is supplied to the condenser through the seventh steam passages P7 and P7 of the valve main body 72, the steam discharge chamber 94, and the steam discharge pipe 89.

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Aに蒸気を供給・排出するので、蒸気のリークを効果的に防止することができる。なぜならば、平坦な摺動面77は高精度の加工が容易なため、円筒状の摺動面に比べてクリアランスの管理が容易であるからである。しかも膨張機E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。   Since the rotary valve 71 supplies and discharges steam to and from the axial piston cylinder group A through a flat sliding surface 77 between the fixed side valve plate 73 and the movable side valve plate 74, it is possible to effectively prevent steam leakage. Can do. This is because the flat sliding surface 77 is easy to process with high accuracy, and thus the clearance can be managed more easily than the cylindrical sliding surface. In addition, when the pressure of the high-temperature and high-pressure steam supplied to the expander E 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, but as the pressure increases. Since the pressure load generated by the pressure chamber 84 is increased and the surface pressure of the sliding surface 77 is increased, the sealing performance corresponding to the pressure of the high-temperature high-pressure steam can be exhibited.

ところで、組み合わせアンギュラベアリング23,23およびラジアルベアリング24の僅かな位置ずれ等によりロータ22の出力軸32が軸線Lに対して傾斜することが避けられず、そのためにロータ22に支持した可動側バルブプレート74が首振り運動すると、バルブ本体部72にフローティング支持され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も首振り運動する。このとき、バルブ本体部72に形成した圧力室84に収納されたVパッキン88は、軸線L方向の移動に対しては比較的に大きな自由度を有しているものの、軸線Lに対して傾斜する方向の移動に対しては殆ど自由度を有していないため、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の座面73aから離反してシール性が失われる虞がある。   By the way, it is inevitable that the output shaft 32 of the rotor 22 is inclined with respect to the axis L due to a slight misalignment of the combined angular bearings 23 and 23 and the radial bearing 24. For this reason, the movable side valve plate supported by the rotor 22 is unavoidable. When the head 74 swings, the fixed valve plate 73 that is floatingly supported by the valve body 72 and contacts the movable valve plate 74 via the sliding surface 77 also swings. At this time, the V packing 88 housed in the pressure chamber 84 formed in the valve body 72 has a relatively large degree of freedom for movement in the direction of the axis L, but is inclined with respect to the axis L. The first seal lip S1 of the V-packing 88 is separated from the seat surface 73a of the fixed side valve plate 73 and the sealing performance may be lost. .

しかしながら本実施例によれば、固定側バルブプレート73の座面73aと、そこに当接するVパッキン88の第1のシールリップS1とが共通の球面を介して当接しているため、固定側バルブプレート73は座面73aと第1のシールリップS1とを密着させながら首振り運動を行うことができ、その部分のシール性を確保して高温高圧蒸気の漏れを抑制し、膨張機Eの出力低下を防止することができる。特に、固定側バルブプレート73の座面73を凹曲面とし、Vパッキン88の第1のシールリップS1を凸曲面としたので、固定側バルブプレート73の首振り運動に対するVパッキン88の追従性を一層高めて高温高圧蒸気の漏れを一層効果的に抑制することができる。   However, according to the present embodiment, the seat surface 73a of the fixed side valve plate 73 and the first seal lip S1 of the V packing 88 that contacts the fixed side valve plate 73 are in contact via a common spherical surface. The plate 73 can be swung while the seat surface 73a and the first seal lip S1 are in close contact with each other, the sealing performance of that portion is ensured to prevent leakage of high-temperature and high-pressure steam, and the output of the expander E A decrease can be prevented. In particular, the seating surface 73 of the fixed-side valve plate 73 has a concave curved surface, and the first seal lip S1 of the V-packing 88 has a convex curved surface, so that the followability of the V-packing 88 to the swinging motion of the fixed-side valve plate 73 is improved. It can be further increased to suppress the leakage of high-temperature and high-pressure steam more effectively.

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。   The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.

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A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。   For example, the expander E according to the embodiment includes the axial piston cylinder group A as the operation unit, but the structure of the operation unit is not limited thereto.

また実施例では固定側バルブプレート73の座面73aを窪ませてシール部材88の第1のシールリップS1を突出させているが、その関係を逆にして座面73aを突出させて第1のシールリップS1を窪ませても良い。   In the embodiment, the seat surface 73a of the fixed valve plate 73 is recessed to project the first seal lip S1 of the seal member 88. However, the relationship is reversed to project the seat surface 73a. The seal lip S1 may be recessed.

また本発明の回転流体機械は膨張機Eに限定されず、圧縮機にも適用することができる。   The rotary fluid machine of the present invention is not limited to the expander E, and can be applied to a compressor.

膨張機の縦断面図Vertical section of expander 図1の2部拡大図2 enlarged view of FIG. ロータの分解斜視図Exploded perspective view of rotor 図1の4部拡大図4 enlarged view of FIG. 図4の5−5線矢視図5-5 arrow view of FIG. 図4の6−6線矢視図6-6 arrow view of FIG. 図4の7−7線矢視図7-7 arrow view of FIG. 図4の8−8線矢視図8-8 arrow view of FIG. 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Perspective view of coil spring, packing retainer and V packing

符号の説明Explanation of symbols

11 ケーシング
22 ロータ
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
73a 座面
74 可動側バルブプレート
77 摺動面
83 合わせ面
84 圧力室
88 Vパッキン(シール部材)
A アキシャルピストンシリンダ群(作動部)
L 軸線
S1 第1のシールリップ(シールリップ)
11 Casing 22 Rotor 71 Rotary valve 72 Valve body 73 Fixed valve plate 73a Seat surface 74 Movable valve plate 77 Sliding surface 83 Matching surface 84 Pressure chamber 88 V packing (seal member)
A Axial piston cylinder group (working part)
L axis S1 first seal lip (seal lip)

Claims (2)

ケーシング(11)と、
ケーシング(11)に回転自在に支持されたロータ(22)と、
ロータ(22)に設けられた作動部(A)と、
ケーシング(11)およびロータ(22)間に設けられて作動部(A)に対する作動媒体の供給・排出を制御するロータリバルブ(71)とを備え、
ロータリバルブ(71)は、ケーシング(11)側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)とロータ(22)側に支持された可動側バルブプレート(74)とを軸線(L)に直交する摺動面(77)において接触させ、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)に高圧の作動媒体が導入される圧力室(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)から合わせ面(83)への作動媒体の漏れを阻止するとともに、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)および可動側バルブプレート(74)を摺動面(77)において密着させる回転流体機械であって、
シール部材(88)のリップ(S1)と該リップ(S1)が当接する固定側バルブプレート(73)の座面(73a)とを、前記軸線(L)上に中心を有する球面形状としたことを特徴とする回転流体機械。
A casing (11);
A rotor (22) rotatably supported by the casing (11);
An actuator (A) provided in the rotor (22);
A rotary valve (71) provided between the casing (11) and the rotor (22) for controlling the supply / discharge of the working medium to the working part (A),
The rotary valve (71) includes a fixed valve plate (73) that is floatingly supported by a valve main body (72) that is fixed to the casing (11), and a movable valve plate that is supported by the rotor (22). (74) is brought into contact with the sliding surface (77) perpendicular to the axis (L), and a high-pressure working medium is introduced into the mating surface (83) of the valve main body (72) with the fixed valve plate (73). The pressure chamber (84) is opened, and the seal member (88) accommodated in the pressure chamber (84) prevents the working medium from leaking from the pressure chamber (84) to the mating surface (83), and the pressure is reduced. A rotary fluid machine that causes the stationary valve plate (73) and the movable valve plate (74) to closely contact each other on the sliding surface (77) with the pressure of the working medium acting on the chamber (84),
The lip (S1) of the seal member (88) and the seating surface (73a) of the fixed side valve plate (73) with which the lip (S1) abuts have a spherical shape centered on the axis (L). Rotating fluid machine characterized by.
シール部材(88)のリップ(S1)を凸形状とし、固定側バルブプレート(73)の座面(73a)を凹形状としたことを特徴とする、請求項1に記載の回転流体機械。
The rotary fluid machine according to claim 1, wherein the lip (S1) of the sealing member (88) has a convex shape, and the seating surface (73a) of the stationary valve plate (73) has a concave shape.
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