JP2014095375A - 回転式流体機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で、部品点数も少なく、しかも、低コスト生産が可能な回転式流体機械を提供するものである。
【解決手段】 ロータ作動室360に流体移送ロータ362を回転可能に収納し、第1のアウトレット358と第2のアウトレット358Aとに交差するように第1及び第2可動クロージャ368,368Aをハウジング352により支持し、第1のインレット356とアウトレット358同士の連通及び第2のインレット356Aとアウトレット358A同士の連通を遮断しながら、第1及び第2可動クロージャの曲面シール部376aを流体移送ロータの摺動凹部366A,366B,366Cにそれぞれ流体密的に摺接させ、曲面シール部の後方側に形成された開口部376bを介して流体を強制的に第1のアウトレットと第2のアウトレットから吐出させる構成により、回転式流体機械の構造簡略化を図る。
【選択図】図2
【解決手段】 ロータ作動室360に流体移送ロータ362を回転可能に収納し、第1のアウトレット358と第2のアウトレット358Aとに交差するように第1及び第2可動クロージャ368,368Aをハウジング352により支持し、第1のインレット356とアウトレット358同士の連通及び第2のインレット356Aとアウトレット358A同士の連通を遮断しながら、第1及び第2可動クロージャの曲面シール部376aを流体移送ロータの摺動凹部366A,366B,366Cにそれぞれ流体密的に摺接させ、曲面シール部の後方側に形成された開口部376bを介して流体を強制的に第1のアウトレットと第2のアウトレットから吐出させる構成により、回転式流体機械の構造簡略化を図る。
【選択図】図2
Description
本発明は流体機械に関し、特に、回転式流体機械に関する。
近年、回転式流体機械としてベーン型の回転式流体機械が注目されている。特許文献1には、ロータの多数の分割した位置にスロット状空間を放射状に設け、これらスロット状空間に多数のベーンを往復動自在に支持したベーン型の回転式流体機械が提案されている。
ところで、特許文献1で開示された回転式流体機械では、スロット状空間とベーンとの摺動部にコジリが発生して焼き付きや摩耗が発生するのを防止すべく、ロータおよびベーン間に静圧軸受けを構成し、この静圧軸受けでベーンを浮動状態で支持するようにしている。この構造の回転式流体機械では、部品点数が多く、摺動部分も多いため全体構造が複雑となり、多数部品の組み立てに多大の時間がかかっていた。多数の摺動部分は摩擦ロスを生じやすく、エネルギー消費も増加するため、スロット状空間とベーンとの間には円滑なベーンの往復動運動を許容するための隙間が形成されている。このため、これら隙間を介して加圧流体のリークが発生するため、圧力エネルギーから機械エネルギーへの変換効率を向上させることが困難であった。また、この構造の回転式流体機械では構造的な特徴から超高圧の吐出圧力を得ることができないため、コンプレッサやポンプなどの超高圧発生用の流体機械として利用することが困難であった。しかも、この構造の回転式流体機械では、その構造的な特徴から、加圧流体の吐出量を増大して大容量にすることはできなかった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、部品点数が少なく、構造が簡単であり、しかも、低コスト生産が可能な回転式流体機械を提供することを目的とする。
この発明によれば、回転式流体機械が、周方向において互いに隣接していて対をなしている第1のインレット及びアウトレットと、周方向において互いに隣接していて対をなしている第2のインレット及びアウトレットとを有するロータ作動室を備えたハウジングと、前記ロータ作動室の中心部で軸方向に延びる駆動軸に支持されていて前記ロータ作動室に回転可能に収納された流体移送ロータであって、前記ロータ作動室の内周面に沿って回転移動する少なくとも1つのローブと、前記ローブの周方向前縁部と周方向後縁部において前記ローブの径方向内側領域にそれぞれ形成された前縁摺動凹部と後縁摺動凹部とを有する流体移送ロータと、前記第1のアウトレットと前記第2のアウトレットとにそれぞれ交差するように前記ハウジングから延びていてそれぞれ前記第1のインレットとアウトレット同士の連通及び前記第2のインレットとアウトレット同士の連通を遮断しながら、前記流体移送ロータの前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部にそれぞれ気密的又は水密的に摺接する曲面シール部と、前記曲面シール部の後方側に形成されていて前記第1のアウトレットと前記第2のアウトレットとにそれぞれ連通する開口部とを有する第1及び第2可動クロージャとを備え、前記ロータ作動室と、前記流体移送ロータと、前記第1及び第2可動クロージャが、いずれも、表面処理した潤滑皮膜層を有することを特徴とする。
好ましくは、前記流体移送ロータが前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部の軸方向両側に配置された一対のラジアル壁部を備え、前記第1及び第2可動クロージャが、前記ハウジングからそれぞれ前記流体移送ロータの接線方向に延びていて前記一対のラジアル壁部に摺接する第1及び第2揺動部材と、前記第1及び第2揺動部材の先端部を前記流体移送ロータの外周に対してそれぞれ押圧する第1及び第2バネ手段とを備えることを特徴とする。
この発明においては、回転式流体機械が、ハウジングと、流体移送ロータと第1、第2可動クロージャ等の極めて少ない部品点数で構成される。ロータ作動室と、流体移送ロータと、第1及び第2可動クロージャが、いずれも、表面処理した潤滑皮膜層を介して気密的に密着するため、関連部材間の加圧流体の漏洩が抑制されて超高圧流体又は超高真空を発生させることができる。この回転式流体機械か構造が極めて簡単で部品点数も少ないため、軸方向にタンデム状に回転式流体機械を複数段配置することが可能で、容易に低コストで、空気やガス等の気体を1,000気圧以上、水、油等の液体を300MPa以上の超高圧で吐出させながら吐出量を飛躍的に増大させることもできる。したがって、本発明の回転式流体機械は、エアーコンプレッサー、プロセスガスコンプレッサー、LNGボイルオフガスコンプレッサー、天然ガス自動車用燃料充填コンプレッサー、ペットボトル成形用コンプレッサー等の各種コンプレッサーを始め、水道・下水道の送水ポンプ、非常用排水ポンプ、消防用ポンプ、化学プラント用プロセスポンプ、ボイラー給水ポンプ、食品・飲料水原料給送ポンプ等の様々なポンプ、超高真空型真空ポンプ、高圧型過給器、高圧流体膨張機、建設機械用油圧モータポンプ(モータ/ポンプ機能付)、船舶推進用超高圧ポンプ等の超高圧・大容量の流体機械として広い用途を有する。
以下、本発明の実施例による回転式流体機械について図面に基づき詳細に説明する。図1及び図2に示すように、本発明の回転式流体機械350は電動機200に同軸的に直結したものとして図示されているが、本発明はこの駆動方式に限定されず、その他の原動機により動力伝達手段を介して駆動されるに構成しても良い。
図2に示すように、回転式流体機械350は、電動機200に対して同心的に支持された円筒状ハウジング352と、エンドプレート354,355とを備える。ハウジング352は、流体を取り込む一対のインレット356,356Aと、加圧流体を吐出する一対のアウトレット358,358Aと、インレット356,356A及びアウトレット358,358Aが開口するロータ作動室360と、電動機200に駆動連結された駆動軸132に圧入その他の連結手段で駆動連結されていてロータ作動室360に回転可能に収納されたディスク状流体移送ロータ362とを備える。ディスク状流体移送ロータ362は、メイン潤滑油供給通路132Lから径方向外側に延びる潤滑油通路362aと、潤滑油供給ポート362bと、潤滑油供給ポート362bからローブ364の外周端部に微量の潤滑油を供給可能な多孔質プラグ362cとを備える。メイン潤滑油供給通路132Lは外部の潤滑油供給システム(図示せず)から潤滑油が供給される。他の態様としては、同一発明者の特許出願による特許第5103570号に開示されたものと同様な潤滑油供給システムを回転式流体機械350の内部に設け、このシステムの潤滑油ポンプをメイン潤滑油供給通路132Lに連通させるようにしても良い。しかしながら、回転式流体機械350の用途によって、潤滑剤による流体の汚染を望まない場合には、上記の潤滑構造を省いても良い。
ディスク状流体移送ロータ362は、ロータ作動室360の内周面に沿って回転移動しながらインレット356,356Aから流体を吸入すると共に吸入した流体を加圧しながらアウトレット358から吐出する、周方向に等間隔で形成されたローブ364A,364B,364Cと、ローブ364A,364B、364Cの径方向内側領域及びラジアル壁部362aの軸方向内側領域において形成された摺動凹部366A,366B、366Cを備える。ローブ364Aの摺動凹部366Aは後縁摺動凹部として機能し、ローブ364Aの摺動凹部366Bは前縁摺動凹部として機能する。図2において、上方のインレット356とアウトレット358は第1の対をなしていて、これらインレット356とアウトレット358を第1の対のインレットとアウトレットと称する。同様に、下方のインレット356Aとアウトレット358Aは第2の対をなしていて、これらインレット356Aとアウトレット358Aを第2の対のインレットとアウトレットと称する。
ディスク状流体移送ロータ362の外周に隣接した位置において、ハウジング352の内部には第1のアウトレット358と第2のアウトレット358Aと交差するように延びる第1及び第2可動クロージャ368,368Aが作動可能に収容される。第1及び第2可動クロージャ368,368Aは、それぞれ、ハウジング352にピボット軸374、374Aを介して回動する揺動部材376,376Aを備える。揺動部材376,376Aの先端部にはローブ364A,364B,364Cと摺動凹部366A,366B,366Cとラジアル壁部362aとに摺接する曲面シール部376a,376aと、その後方部に形成された開口部376b,376bとを備える。ハウジング352に形成されたバネ収納部378,378Aには押圧バネ380,380Aが揺動部材376,376Aを流体移送ロータ362側に押圧している。曲面シール部376aは、それぞれ、第1及び第2アウトレット358、358Aに隣接して配置され、それぞれ、第1のインレット356及びアウトレット358同士の連通を遮断しながらディスク状流体移送ロータ362の外周に流体密的に摺接する。ここで、「流体密的」とは、ガスや空気を取り扱う場合の「気密的」、水を取り扱う場合の「水密的」、油を取り扱う場合の「油密的」のことを意味し、ガス、空気、水、液体その他流体が密閉状態に維持され、互いに協同する構成部材間で漏洩しにくい関係であることを意味する。
ロータ作動室360において、第1可動クロージャ368と後縁摺動凹部366Aとの間には流体吸入チャンバ370Aが形成される。同様に、ロータ作動室360において前縁摺動凹部366Bと第2可動クロージャ368Aとの間に流体吐出チャンバ370Bが形成される。2つのローブ364B,364Cの間の摺動凹部366Cは流体移送チャンバ370Cとして機能する。
ロータ作動室360、ディスク状流体移送ロータ362及び第1及び第2可動クロージャ368,368Aは、何れも、ダイアモンド状カーボン又は二硫化タングステンにより表面処理した潤滑皮膜層を有する。ダイアモンド状カーボンは、プラズマスパッタリングとプラズマCVD処理による複合多層コーティングにより形成されるもので、無潤滑下で2000Kgfまで、潤滑下で2500Kgf以上の焼き付き限界荷重を達成することで知られている。また、二硫化タングステンによる潤滑層はNASAの宇宙技術開発の一環として活用されたもので、“DAICRONITE”(米国ダイクロナイト社の登録商標)によるコーティング技術により形成されるものである。
回転式流体機械350の作用において、流体移送ロータ362のローブ364Aが第1可動クロージャ368の曲面シール部376aを通過して図2に示した位置に移動すると、流体吸入チャンバ370Aに負圧が生じて第1のインレット356から流体が流体吸入チャンバ370Aに吸入される。このとき、流体吐出チャンバ370Aに存在している流体は流体移送ロータ362のローブ364Aにより強制的に周方向に移動させられて加圧下で第2のアウトレット358Aから外部に吐出される。一方、流体移送ロータ362のローブ364Cが第2可動クロージャ368Aの曲面シール部376aを通過する時に、負圧が生じて第2のインレット356Aから流体移送チャンバ370Cに流体が吸引される。流体移送チャンバ370Cの流体は、流体移送ロータ362の時計方向回転時に、ローブ364Bにより強制的に移送される。ローブ364Bが図2においてさらに時計方向に移動することによって、流体移送チャンバ370Cが第1可動クロージャ368を介して第1のアウトレット358に連通した時点で、流体は加圧下で外部に吐出される。このように、流体移送ロータ362の時計方向回転によって、インレットから吸入された流体は順次加圧下で強制的にアウトレットから外部に吐出される。
以上、本発明の実施例による回転式流体機械について図面に基づいて説明したが、これ等はあくまでも一実施形態を示すものであり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが出来る。例えば、ディスク状流体移送ロータのラジアル壁部はロータ本体と一体構造のものとして示されたが、ロータ本体とラジアル壁部とを別々の部品で構成し、ロータ本体を2枚の円板の間に挟みこんでノックピンその他の固定手段でこれら構成部材を一体構造にしても良い。また、第1、第2アウトレットに逆止弁からなる吐出弁装置を配置して吐出された流体の逆流を阻止するように構成しても良い。
132 駆動軸;200 電動機;352 ハウジング;362 ディスク状流体移送ロータ;356、356A 第1及び第2インレット;358,358A 第1及び第2アウトレット;362A,364B,364C ローブ;368,368A 第1、第2可動クロージャ
好ましくは、前記流体移送ロータが前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部の軸方向両側に配置された側壁面を備え、前記第1及び第2可動クロージャが、前記ハウジングからそれぞれ前記流体移送ロータの接線方向に延びている第1及び第2揺動部材と、前記第1及び第2揺動部材の先端部を前記流体移送ロータの外周に対してそれぞれ押圧する第1及び第2バネ手段とを備えることを特徴とする。
ディスク状流体移送ロータ362は、ロータ作動室360の内周面に沿って回転移動しながらインレット356,356Aから流体を吸入すると共に吸入した流体を加圧しながらアウトレット358から吐出する、周方向に等間隔で形成されたローブ364A,364B,364Cと、ローブ364A,364B、364Cの径方向内側領域及び側壁面362sの軸方向内側領域において形成された摺動凹部366A,366B、366Cを備える。ローブ364Aの摺動凹部366Aは後縁摺動凹部として機能し、ローブ364Aの摺動凹部366Bは前縁摺動凹部として機能する。図2において、上方のインレット356とアウトレット358は第1の対をなしていて、これらインレット356とアウトレット358を第1の対のインレットとアウトレットと称する。同様に、下方のインレット356Aとアウトレット358Aは第2の対をなしていて、これらインレット356Aとアウトレット358Aを第2の対のインレットとアウトレットと称する。
ディスク状流体移送ロータ362の外周に隣接した位置において、ハウジング352の内部には第1のアウトレット358と第2のアウトレット358Aと交差するように延びる第1及び第2可動クロージャ368,368Aが作動可能に収容される。第1及び第2可動クロージャ368,368Aは、それぞれ、ハウジング352にピボット軸374、374Aを介して回動する揺動部材376,376Aを備える。揺動部材376,376Aの先端部にはローブ364A,364B,364Cと摺動凹部366A,366B,366Cに摺接する曲面シール部376a,376aと、その後方部に形成された開口部376b,376bとを備える。ハウジング352に形成されたバネ収納部378,378Aには押圧バネ380,380Aが揺動部材376,376Aを流体移送ロータ362側に押圧している。曲面シール部376aは、それぞれ、第1及び第2アウトレット358、358Aに隣接して配置され、それぞれ、第1のインレット356及びアウトレット358同士の連通を遮断しながらディスク状流体移送ロータ362の外周に流体密的に摺接する。ここで、「流体密的」とは、ガスや空気を取り扱う場合の「気密的」、水を取り扱う場合の「水密的」、油を取り扱う場合の「油密的」のことを意味し、ガス、空気、水、液体その他流体が密閉状態に維持され、互いに協同する構成部材間で漏洩しにくい関係であることを意味する。
以上、本発明の実施例による回転式流体機械について図面に基づいて説明したが、これ等はあくまでも一実施形態を示すものであり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが出来る。例えば、ディスク状流体移送ロータの側壁面はロータ本体と一体構造のものとして示されたが、ロータ本体と側壁面とを別々の部品で構成し、ロータ本体を2枚の円板の間に挟みこんでノックピンその他の固定手段でこれら構成部材を一体構造にしても良い。また、第1、第2アウトレットに逆止弁からなる吐出弁装置を配置して吐出された流体の逆流を阻止するように構成しても良い。
Claims (2)
- 周方向において互いに隣接していて対をなしている第1のインレット及びアウトレットと、周方向において互いに隣接していて対をなしている第2のインレット及びアウトレットとを有するロータ作動室を備えたハウジングと、
前記ロータ作動室の中心部で軸方向に延びる駆動軸に支持されていて前記ロータ作動室に回転可能に収納された流体移送ロータであって、前記ロータ作動室の内周面に沿って回転移動する少なくとも1つのローブと、前記ローブの周方向前縁部と周方向後縁部において前記ローブの径方向内側領域にそれぞれ形成された前縁摺動凹部と後縁摺動凹部とを有する流体移送ロータと、
前記第1のアウトレットと前記第2のアウトレットとにそれぞれ交差するように前記ハウジングから延びていて、それぞれ、前記第1のインレットとアウトレット同士の連通及び前記第2のインレットとアウトレット同士の連通を遮断しながら、前記流体移送ロータの前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部に流体密的に摺接する曲面シール部と、前記曲面シール部の後方側に形成されていて前記第1のアウトレットと前記第2のアウトレットとにそれぞれ連通する開口部とを有する第1及び第2可動クロージャとを備え、
前記ロータ作動室と、前記流体移送ロータと、前記第1及び第2可動クロージャが、いずれも、表面処理した潤滑皮膜層を有することを特徴とする回転式流体機械。 - 前記流体移送ロータが前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部の軸方向両側に配置された一対のラジアル壁部を備え、前記第1及び第2可動クロージャが、前記ハウジングからそれぞれ前記流体移送ロータの接線方向に延びていて前記一対のラジアル壁部に摺接する第1及び第2揺動部材と、前記第1及び第2揺動部材の先端部を前記流体移送ロータの外周に対してそれぞれ押圧する第1及び第2バネ手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の回転式流体機械。
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JP5382559B1 JP5382559B1 (ja) | 2014-01-08 |
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