JP2012512990A - ガス排気装置を備えた液封式ポンプ - Google Patents

Abstract

ロータブレードで形成された第１のバケット内に開口する第１の開口部を備えたチャネルを有する液封式ポンプ。第１の開口部は、吸入口の閉鎖端部と吐出口の先端部の間のアーチ状経路に沿うように配置される。吸入口と吐出口は、液封式ポンプのポートプレート内にある。チャネルは、ロータブレードで形成された第２のバケット内に開口する第２の開口部を有する。第２の開口部は、吐出口の閉鎖端部と吸入口の先端部の間のアーチ状経路上にある。流体流路は第１及び第２の開口部を相互接続する。液封式ポンプの少なくともチャネルを形成する部分が周方向の円筒状のキャビティに配置され、前記キャビティは、複数の軸方向に伸びるロータブレードの端部で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液封式ポンプに関する。より具体的には、本発明は、液封式ポンプのロータのバケット同士を流体で相互接続するチャネルに関する。

液封式ポンプは周知である。Schultzeの米国特許第４，８５０，８０８号は、かかる液封式ポンプを開示する。ポンプは、円錐状のポートを備えた（円錐型液封式ポンプ）、１段又は２段式である。ポンプは、ハウジング、ハウジング内のロータアセンブリ、ロータアセンブリが固定的に取り付けられたハウジング内に延びるシャフト、及び、シャフトに連結したモータアセンブリを備える。作動中、ハウジングは部分的に作動流体で充填され、ロータが回転する際に、ロータブレードは作動又はポンプ流体と連動し、ロータブレードは作動又はポンプ流体にシャフトに対して径方向に分散し収束する偏心環を形成させる。流体がシャフトから分散する場合、ロータアセンブリの隣接するロータブレード間の空間（バケット）内に生じた減圧がガス吸入領域を形成する。流体がシャフトに収束すると、隣接するロータブレード間の空間（バケット）内に生じた昇圧が、ガス圧縮領域を形成する。円錐形部材が、ロータアセンブリの円錐形穴内部に嵌合する。円錐形部材は、圧縮領域から運ばれたガスが吸入部を迂回し、圧縮部に再び入ることができるようにポートが開口している。

Brownの米国特許第４，２５１，１９０号は、水封式回転空気圧縮機を開示する。圧縮機は、ハウジング、ハウジング内に配置されたロータアセンブリ、ハウジング内に延び、ロータアセンブリに固定的に連結された動力供給シャフトを備える。ロータアセンブリはポンプ流体を利用し、米国特許第４，８５０，８０８号と同様の方法で偏心環を作る。ポートプレート又はヘッドは、ロータアセンブリの円筒状の穴内に延びた周方向延長部を有する。円筒状の延長部の周りには、ポートスリーブが配置され圧入される。スリーブは、周方向溝と、複数の長手方向に延びるスロットを備える。スリーブはキャビテーションを低減する。

円錐型液封式ポンプに付随する手間のかかる機械加工及びシミングを低減することには利点がある。したがって、本発明では、液封式ポンプの一部にチャネルを設けている。チャネルは、ロータブレードによって形成された第１のバケット内に開口した第１の開口部を有する。第１の開口部は、吸入口の閉鎖端部と吐出口の先端部の間のアーチ状経路に沿って配置される。吸入口と吐出口は、液封式ポンプのポートプレート内にある。

チャネルは、ロータブレードによって形成された第２のバケット内に開口した第２の開口部を有する。第２の開口部は、吐出口の閉鎖端部と吸入口の先端部の間のアーチ状経路上にある。流体流路は第１と第２の開口部を相互連結する。液封式ポンプの少なくともチャネルを形成する部分が周方向の円筒状のキャビティに配置され、キャビティは、複数の軸方向に伸びるロータブレードの端部から形成される。液封式ポンプのチャネルとなる部分は、着脱式シリンダとしてもよい。
ポンプが作動モード中であるとき、チャネルは、ポートプレートの吐出口及び吸入口から分離され、密封される。本発明を説明する。本発明は図面に示される。

図１は、本発明の実施の形態における液封式ポンプのシャフトと平行に見たときの不規則部分断面図である。 図２Ａは、封止チャネルが形成されたシリンダの斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示すシリンダの右側面図である。 図２Ｃは、図２Ａに示すシリンダの上面図である。 図２Ｄは、図２Ｃの２Ｄ−２Ｄ線に沿った断面図である。 図２Ｅは、図２Ａに示すシリンダの背面図である。 図３は、ポンプが作動モード中のときの、シリンダ内に形成されたロータ、作動流体、ブレード間の空間、吸入口、吐出口及び流体流路の相対位置を強調するために、液封式ポンプのシャフトに対し垂直に見たときの概略的断面を図示したものである。 図４は、図１に示すロータの正面側斜視図である。

図１〜４を参照して理解できるように、液封式ポンプ２０は、環状ハウジング２２と、ハウジング内のロータ２４と、ハウジング内に延びるドライバ又は原動機２８のシャフト２６を含む。ロータ２４は、シャフト２６に固定的に取り付けられている。ハウジング２２は、ロータ２４と作動流体５３が配置されるキャビティ３６を提供するローブを形成する。ポートプレート３０は、ハウジング２２の開口端を覆っている。ポートプレートは、連続した又は隣接したロータブレード４６で構成された空間４９にガスが出入りするためのガス吸入口３２及びガス吐出口３４を有しており、前記空間はバケットと呼ばれる。ポンプが作動モードのとき、各バケットは、作動流体５３の内面により密封される。したがって、ポンプが作動モードのときのバケットは、封止されたバケットである。ポートプレート３０は、ネジ３８又はその他の適切な手段によりハウジング２０に固定される。接続プレート４０は、ネジ又はその他の適切な手段によりポートプレート３０に固定される。ハウジングは、閉端部２２２でドライバ２８に固定される。ここで示す例では、ドライバ２８はモータである。もちろん、ドライバは電気モータであってもモータ以外であってもよい。

ロータ２４はハブ４４を含み、ハブ４４からロータブレード４６が延びる。円筒状の穴４８は、ハブ内に延びる。ハウジング穴５０を通って延びるシャフト２６は、円筒状の穴４８内に延びている。図１に示す実施形態において、シャフトは、ポートプレート３０に向かって配置された自由端を有する。自由端はプラグ５２に隣接する。プラグ５２は、ハブ穴開口端５６に固定された本体部５４を有する。ハブ４４は、シャフト２６に固定的に取り付けられる。

各ロータブレード４６は、ポートプレート３０と隣接し、シャフト２６に対して径方向に延びる自由軸端５８を有する。各ロータブレード４６は、シャフト２６に対して軸方向に延び、かつ水平方向に延びる自由端６０を有する。各水平自由端６０は、シャフト２６と略平行である。水平自由端６０は、円周を画定する円形キャビティを形成するが、円錐形キャビティは形成しない。矢印５５は、ロータ２４の回転方向を示す。

デバイス６４は、ポートプレート３０とロータ２４の間に配置される。図１は、液封式ポンプ２０に取り付けられたデバイス６４を示す。デバイス６４は、液封式ポンプの構成部品である。図２Ａ〜２Ｅに見られるように、一般にデバイス６４は円形シリンダである。デバイス６４は、座ぐり穴６８により画定される円形穴６６を有する。デバイス６４は、外周面７０及び直径７２を有する。デバイス６４は、円形キャビティ６２に嵌合する寸法を有する。外周面７０と水平自由端６０の間には運転隙間がある。隙間の量は、ポンプ容量とその他既知の要因に依存する。デバイス６４の第１の端面７７から延びるのは、直径７２よりも小さい直径を有する円形のカラー、ボス又はリング７６である。円形カラー７６は、プレート３０に対しデバイス６４を位置決めするための位置決め部材である。位置決め部材の構造体の数はいくつであってもかまわない。デバイス６４は、第２の端面７８を有する。第２の端面７８は、環状凹部８０を形成する凹部を備えた平面を有する。凹部８０は、潤滑油用の通路となる。デバイス６４は、ガス放出チャネル８２とガス入口チャネル８４を有する。チャネル８２が、座ぐり穴６８を貫通して穴６６内に開口する第１の開口部８６、及び外周面７０を貫通して開口する第２の開口部８８を有するように、ガス放出チャネル８２はデバイス６４の一部を通って径方向に延びる。チャネル８２’は、開口部８６と８８を接続する。したがって、チャネル８２は、チャネル８２’、８６及び８８からなる。入口チャネル８４が座ぐり穴６８を貫通して穴６６内に開口する開口部９０を有するように、ガス入口チャネル８４はデバイス６４の一部を通って径方向に延びる。入口チャネル８４は、外周面７０を貫通して開口する開口部９２も有する。チャネル８４’は、開口部９０と９２を接続する。したがって、チャネル８４は、チャネル８４’、９０及び９２からなる。

デバイス６４を取り付ける際、第２の端面７８は、ポートプレート３０には対向せず、ハウジングの閉端部２２２に向くように配置される。第２の端面７８は、ロータハブの端面９６の近傍にある。隙間の量は、ポンプ容量とその他既知の要因に依存する。穴６６には、プラグカバー９８が嵌合する。

第１の端面表面７７は、ポートプレート３０と突合する。カラー７６は、環状ポートプレート凹部８１内に嵌合し、第１の端面表面７７で穴６６を密封する。デバイス６４は、ロータの円形キャビティ６２に嵌合し、その直径がシャフト２６に略垂直となるように配置される。第１の端面表面７７は、シリンダ６４をポートプレート３０に固定するために締め具を受容する１つ以上の締め具受け貫通孔７４を有する。

図３に見られるように、放出チャネル８２は、吸入口閉鎖端部３２’と吐出口先端部３４’’の間に周方向に設置される。放出チャネル８２の位置は、ロータブレード４６の形状、連続するブレード６４間の角度間隔、及び吸入口閉鎖端部３２’の位置によって決定される。閉鎖端部３２’とチャネル８２との接点又は始点（Ｂ点）の間の角度βが、連続するブレード６４間の狭角αより大きいことが好ましい。角度βは、角度α以上とすることができる。

入口チャネル８４は、吐出口閉鎖端部３４’と吸入口先端部３２’’との間に周方向に設置される。入口チャネル８４の位置は、ハウジング２２の内面の形状、ロータブレード４６の形状、連続するブレード６４間の角度間隔α、吐出口閉鎖端部３４’の位置、吸入口先端部３２’’の位置によって決定される。線６０１が、シャフト中心（点Ａ）から、ロータブレード４６の先端がハウジング２２の内面に最も近接する点（点Ａ’）までで構成されるとすれば、チャネル８４は、前記線の前２０度（角度γ）以内かつ前記線の後１０度（角度δ）以内に配置されることが好ましく、その変化はロータ２４の形状と狭角αに依存する。

作動モードにおいて、穴６６、放出チャネル８２及び入口チャネル８４からなるチャネルは、吐出口３４及び吸入口３２から分離され、密封される。従って、ポンプが作動モードのとき、デバイス６４は、分離され密封されたチャネル６６、８２及び８４を提供する。端面７８とハブ端面９６の間の隙間のような運転隙間が作動流体によって封止されることから、作動モードにおいては封止及び分離が生ずる。ポンプがシャット・ダウンし作動流体が欠如する場合には、運転隙間は封止されない。この場合、デバイス６４は、実質的に封止され分離されたチャネル６６、８２及び８４を有する、即ち、封止されていない運転隙間以外を封止したとみなすことができる。図から理解できるように、チャネル８２’、開口部８６、穴６６、開口部９０及びチャネル８４’は、開口部８８及び９２を相互接続する流体流路を形成する。

封止されたチャネル６６、８２及び８４により、位置５４９まで回転した封止バケット４９内に捕われたガス５５１がこのバケットから抜け、位置４４９まで回転した封止バケット４９内に溜まることができる。よって、圧縮部１００から吸入部１０２へ運ばれたガス５５１は、吸入部１０２を迂回し、圧縮部１００に再び入ることができる。これにより、ポンプの効率が改善される。一般に、ガス５５１は矢印５１の方向に流れる。

バケット４９は、ポートプレート吐出口閉鎖端部３４’は通過したがポートプレート吸入先端部３２’’をまだ通過し始めていないとき、位置５４９にある。バケット４９は、ポートプレート吸入閉鎖端部３２’は通過したがポートプレート吐出口先端部３４’’をまだ通過し始めていないとき、位置４４９にある。

本発明を単段液封式ポンプの例を参照して説明したが、本発明は、２段液封式ポンプ又は２つ以上の単段部を有するポンプにも同様に適用できる。上記は、本発明の実施形態の一例でしかない。本発明の異なる実施形態を含む別の例がある。例えば、チャネル６６、８２’及び８４’の出口はポートプレートにあってもよい。デバイスは、ポートプレートと一体であっても分離可能であってもよい。よって、上記開示を踏まえ、本発明においては様々な変形例及び変更が可能である。添付の請求項の範囲内において、特に本明細書に記載するように本発明を実行できることがわかる。請求項の記載は包括的に理解される。

Claims (16)

1. 液封式ポンプ内に形成されたチャネルであって、前記液封式ポンプは、環状ハウジングと、ポートプレートと、ロータと、シャフトからなり、前記ハウジングは、前記ロータが配置されるハウジングキャビティを形成し、前記シャフトは前記キャビティ及び前記ロータのハブに形成された穴の内部に延び、前記ロータの複数のロータブレードは前記ハブから外側に放射状に延び、前記ロータブレードは、前記シャフトに対し軸方向に延びる端部をそれぞれ有し、前記軸方向に延びる端部は、周方向の円筒状のキャビティを形成し、複数のバケットが前記複数のロータブレードにより形成され、前記ポートプレートは、前記ハウジングの開口端に連結され、前記ポートプレートは、それぞれ前記ハウジングキャビティに開口する吐出口と吸入口を有し、前記吐出口及び前記吸入口は、先端部及び閉鎖端部をそれぞれ有し、前記複数のバケットのうち第１のバケットは前記吸入口の閉鎖端部と前記吐出口の先端部の間にあり、前記複数のバケットのうち第２のバケットは前記吐出口の前記閉鎖端部と前記吸入口の前記先端部の間にあり、
   前記第１のバケット内に開口し、前記吸入口の前記閉鎖端部と前記吐出口の前記先端部の間にある第１の開口部と、
   前記第２のバケット内に開口し、前記吐出口の前記閉鎖端部と前記吸入口の前記先端部の間にある第２の開口部と、
   前記チャネルの前記第１及び第２の開口部を相互接続する流体流路とからなり、
   前記チャネルは、前記ポンプが作動モードのとき、前記ポートプレートの前記吐出口及び吸入口から分離され、密封されるように構成され、
   前記液封式ポンプの前記チャネルを形成する部分は、前記周方向の円筒状のキャビティ内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする前記液封式ポンプ内に形成された前記チャネル。
2. 液封式ポンプ内に形成されたチャネルであって、
   前記液封式ポンプのロータの隣接するロータブレードにより形成された第１のバケット内に開口し、前記液封式ポンプの吸入口の閉鎖端部と前記液封式ポンプの吐出口の先端部の間にある第１の開口部と、
   前記ロータの隣接するロータブレードにより形成された第２のバケット内に開口し、前記吐出口の閉鎖端部と前記吸入口の先端部の間にある第２の開口部と、
   前記チャネルの前記第１及び第２の開口部を相互接続する流体流路とからなり、
   前記液封式ポンプの前記チャネルを形成する部分は、前記ロータのロータブレードにより形成された周方向の円筒状のキャビティ内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする前記チャネル。
3. 液封式ポンプの構成部品であって、
   前記構成部品内に形成された第１の開口部と、
   前記構成部品内に形成された第２の開口部と、
   前記第１及び第２の開口部を相互接続する流体流路とからなり、
   前記液封式ポンプの前記構成部品が前記液封式ポンプに取り付けられるとき、前記第１の開口部は前記液封式ポンプのロータの隣接するロータブレードにより形成された第１のバケット内に開口し、前記第１の開口部は前記液封式ポンプの吸入口の閉鎖端部と前記液封式ポンプの吐出口の先端部の間にあり、
   前記第２の開口部は前記ロータの隣接するロータブレードにより形成された第２のバケット内に開口し、前記第２の開口部は前記吐出口の閉鎖端部と前記吸入口の先端部の間にあり、
   取り付けられるときに、前記液封式ポンプの前記構成部品は、前記ロータのロータブレードにより形成された周方向の円筒状のキャビティ内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする前記構成部品。
4. 液封式ポンプの構成部品であって、
   前記構成部品内に形成された第１の開口部と、
   前記構成部品内に形成された第２の開口部と、
   前記第１及び第２の開口部を相互接続する流体流路とからなり、
   前記液封式ポンプの前記構成部品が前記液封式ポンプに取り付けられるとき、前記第１の開口部の始点又は前記第１の開口部との接点は、前記液封式ポンプの吸入口の閉鎖端部から角度βをなし、角度βは、前記液封式ポンプのロータの連続するロータブレード間の狭角である角度α以上であり、
   前記液封式ポンプの前記構成部品が前記液封式ポンプに取り付けられるとき、前記第２の開口部は、前記液封式ポンプのシャフトの中心点からロータブレードの先端が前記ロータブレードを囲むハウジングの内面に最も近接する点まで延びる線の前の角度γから前記線の後の角度δ以内にあり、γはδ以上であることを特徴とする前記構成部品。
5. 液封式ポンプの一部に形成されたチャネルであって、
   前記液封式ポンプ内に形成された第１の開口部であって、前記第１の開口部の始点又は前記第１の開口部との接点は、前記液封式ポンプの吸入口の閉鎖端部から角度βをなし、βは、前記液封式ポンプのロータの連続するロータブレード間の狭角である角度α以上である第１の開口部と、
   前記液封式ポンプ内に形成された第２の開口部であって、前記第２の開口部が前記液封式ポンプのシャフトの中心点からロータブレードの先端が前記ロータブレードを囲むハウジングの内面に最も近接する点まで延びる線の前の角度γから前記線の後の角度δ以内にあり、γはδ以上である第２の開口部を含む前記チャネル。
6. 前記液封式ポンプの前記チャネルを形成する部分は、前記ロータのロータブレードにより形成された周方向の円筒状のキャビティ内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする請求項５記載のチャネル。
7. 前記構成部品は、前記ロータのロータブレードにより形成された周方向の円筒状のキャビティ内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする請求項４記載の構成部品。
8. 前記液封式ポンプの前記チャネルを形成する部分は、シリンダであることを特徴とする請求項１、２及び５に記載のチャネル。
9. 前記構成部品は、シリンダであることを特徴とする請求項３、４及び７に記載の構成部品。
10. 前記角度γ及びδは、前記ロータの形状と狭角αに依存することを特徴とする請求項４及び７に記載の構成部品。
11. 前記角度γ及びδは、前記ロータの形状と狭角αに依存することを特徴とする請求項５及び６に記載のチャネル。
12. 前記角度γは２０度以下であり、前記角度δは１０度以下であることを特徴とする請求項４及び７に記載の構成部品。
13. 前記角度γは２０度以下であり、前記角度δは１０度以下であることを特徴とする請求項５及び６に記載のチャネル。
14. 前記第１の開口部は、入口チャネルからの開口部であり、前記第２の開口部は、放出チャネルからの開口部であることを特徴とする請求項１、２、５及び６に記載のチャネル。
15. 前記放出チャネルは、前記入口チャネルの断面積より大きい断面積を有することを特徴とする請求項１４記載のチャネル。
16. 前記放出チャネルは、前記入口チャネルの断面積の２倍の断面積を有することを特徴とする請求項１４記載のチャネル。

Images