JP2021507163A - 回転式流体流動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[0001]本出願は、2017年12月13日に提出され、参照により本明細書に組み込まれる米国暫定出願番号62/598,260の優先権を主張するものである。
[0034]本書において「ハイブリッドベアリング」という用語は、本明細書で説明される特定の構造の静圧ベアリングをいう。いくつかの実施例を示すが、一例では、「流体力学効果」からの変位および/または偏向に抵抗する追加の機能を導出するように構成されている。したがって、「ハイブリッド」という用語は、本明細書では、いくつかの実施例では、「流体力学効果(hydrodynamic effect)」からの変位および/または偏向に抵抗する追加の機能を導出できる静圧ベアリングを説明するために使用される。ハイブリッドベアリングという用語は、ランディング、ベアリングポケット、およびベアリングポケットに供給される加圧流体の供給を含むベアリングを示し、ベアリングは、オプションとして、複数のベアリングポケットを具えてもよい。固定要素に対する構成要素の回転により、ベアリングギャップの対向する壁間にかなりの相対表面速度が生じる。ベアリングギャップの対向する壁間に十分なベアリング流体が存在する場合、静止面に対する移動面の速度により、2つの面の間でベアリング液が「ポンピング」される。ベアリング流体の動的膜(dynamic film)が2つの表面間で圧縮されると、流体の局所圧力がギャップ高さの変化に伴って変化する。これが「流体力学効果」として知られている。2つの表面間のベアリングギャップが小さくなると、流体の局所圧力が増加する。逆に、2つの表面間のベアリングギャップが大きくなると、流体の局所圧力が低下する。荷重によってギャップが減少する場合、「流体力学効果」から生じる反力は、初期荷重とは実質的に反対となる。このギャップが小さくなると、反力が大きくなり得る。一例において本明細書に開示されるハイブリッドベアリングは、構成要素間で接触が起こらないように構成される。したがって、実質的な相対速度を有する2つの実質的に同心または平行な表面間に形成される流体力学効果は、本当であれば接触が生じる荷重方向において構成要素の相対位置が実質的に変化しないという点で「自己補償的(self-compensating)」であり得る。この補償は、外部の制御方法なしで行われ得る。相対的な表面速度が低い場合、流体力学効果はほぼゼロになるが、流体静力学的寄与は、ベアリングギャップの対向する壁間の相対表面速度を必要としない。
[0037]図5〜8A、図56〜69に示す実施例にあるように、毛管供給静圧ベアリング134/136(図5)を用いて、高圧流体を長く細い穴(毛管オリフィス)340(図65)からベアリングの(凹んだ)ベアリングポケット208Aに圧送することができる。ベアリングポケットの周囲は、ランディング206A、206AB、206ALと呼ばれ、このポケットとランディングの相互関係は以降に詳述される。この例では、高圧流体600は、アイドラ後部ベアリングハウジング44のハウジング穴210(図60C)を介して回転式流体流動装置20に入ることができる。ハウジング穴210は、ハウジング内のシャフトの周りに、あるいはシャフト内に形成されたシャフト溝211と流体連通している。ハウジング穴210はまた、アイドラロータシャフト40の穴212(図61)を規定する面と流体連通している。同様に、一例では、高圧流体は、ドライバロータシャフト64の溝215および穴216(図59D)と流体連通しているドライバ後部ベアリングハウジング70内のハウジング穴214(図59C)を規定する表面を通って圧縮機20に入ってもよい。両方の場合に、流体は、ランディング206A、206AB、206ALでベアリングポケットの周囲を通過する前に、長く細い穴(毛管オリフィス)340A(図64)を通って凹んだベアリングポケット208Aに実質的に半径方向外側に移動する。穴340を規定する表面が適切な流体の拘束を提供すると、穴340は「毛管オリフィス」として作用する。いくつかの例では、穴340の直径は、1ミリメ−トル未満であり得る。一例における穴340の長さは、直径の実質的に100倍である。図示する実施例では、取り外し可能な構成要素(リストリクタ本体)またはピン348を固定して、穴340を通る流域の一部を阻害してもよい。図66〜69に示すように、この構成要素は、所定の位置に固定され、1または複数の細長い穴340を有するピン348/止めねじであり得る。止めねじという用語は、通常ナットを使用しないタイプのねじを意味する。通常、止めねじは通常頭部がなく(ブラインドとも呼ばれる)、すなわち、ねじは完全にねじ切りされており、ねじ山の主径を超えて突出する頭部がない。穴108を規定する表面の溝352は保持リング107を有してもよく、ピン348または止めねじ(図示せず)が保持リング107を取り外すことなく緩んだり穴108から出たりするのが防止される。溝354A/354Bはまた、リストリクタ本体348A/348Bの周りの漏れを最小限にするためにOリング355を含み得る。一例では、細管344が、リストリクタ本体(ピン)348Aの内部穴346にはんだ付け、ろう付け、圧入、または他の方法で固定されてもよい。細管344の内面は、長く細い穴(毛管オリフィス)340を規定し得る。他の穴に対しいくつかの穴340の直径が異なると、いくつかの用途では、負荷抵抗能力が低下し、および/またはポンピング条件が増加することにより、ベアリング134/136の性能を低下させる可能性がある。ベアリングの1以上の毛管オリフィス340が詰まると、この詰まりは、ベアリングの負荷抵抗能力に実質的な影響を与える可能性がある。したがって、一実施例は、図65〜67に示されるように、取り外し可能な構成要素を含む毛管オリフィスとして機能する細管344を具える。一例では、皮下注射針はバッチの内径や長さの変動が僅かしかないという点で、皮下注射針が細管344として使用される。ランディング206でのギャップ高さの変動は、異なるサイズ(すなわち、直径および/または長さ)の管344を用いることで補償できる。
[0043]上述のように、図61〜65の実施例は、球形ベアリングに供給するために、どのように高圧流体が回転アイドラロータシャフト40の1つの例を通して輸送され得るかを示す。この例では、球形ベアリング134/136(図2〜5)の位置で、回転部品が円周方向に連続していない場合がある。したがって、いくつかのアプリケ−ションでは、ベアリングポケットが固定部品に配置されている場合、ロータのバレー82(図5)が所定のベアリングポケットを通過するとき、漏れ率が大幅に高くなる可能性がある。一例では、図71A〜71Bおよび図73〜93に示される対向するベアリングポケットを有するハイブリッドベアリングを、偶数のローブ78が存在する場合、ポケットが直径の反対側に存在するとして、外側フルスト球形ロータ形状に適用することができる。しかしながら、ローブの数が奇数の実施例では、予想される最も高い圧力誘起荷重の方向に、かなり大きなベアリング表面積が提供される。負荷抵抗能力は最大負荷の方向に実質的に依存し得るため、非対称のベアリングアレイを設計する場合にこれは重要な考慮事項となり得る。「アレイ」という用語は、複数の同様の構成要素の規則的な順序または配置として定義される。
[0045]米国特許第5,281,032号に開示されているように、自己補償静圧ベアリングのいくつかの例は、他の動作原理を有し得る。この例では、米国特許第5,281,032号の図1は、流体導管[69A]を介してポケット[67A]と流体連通する静圧ベアリングポケット[62C]の1つを示している。本書において符号の括弧[]は、先行技術の構成要素を、本明細書に開示される新規の装置の構成要素から区別するためのものである。
[0047]以下に開示される新規の自己補償型フルスト球形ハイブリッドベアリングは、米国特許第5,281,032号に開示されているベアリング、およびそれを達成する方法の粘性抗力および漏れ/ポンピング要件を軽減することができる。このよりコンパクトな構成により、同等サイズのベアリングを比較すると、ベアリングの負荷容量が大幅に増加する。本明細書では、複数のベアリングポケットが開示されており、一例では、中央回転シャフト軸に対して実質的に円形パタ−ンの特徴で生成されている。読者の便宜のために、流体連通している正反対の2つのベアリングポケットの操作性のみに符号を付して説明するが、互いに流体連通している他のベアリングポケットも同様に動作する。
[0063]図73〜77のベアリング実施例Aを見ると、ハイブリッドベアリング282Aの固定の内側構成要素278Aが、固定の外側スリーブ280Aに焼きばめ(shrink-fit)、圧入、または他の方法で固定されている。焼きばめは、組み立て後の相対的なサイズ変化によって締まりばめを行う手法である。これは、組み立て前に一方の構成要素を加熱または冷却し、構成要素を組み立て後に周囲温度に戻すことにより、熱膨張の現象を利用して達成することができる。例えば、金属製排水管の一部の熱膨張により、組立工は冷たい部分を取り付けることができる。接合された部品が同じ温度に達すると、接合部は緊張して強くなる。内側構成要素278Aのすぐ半径方向内側の、実質的に円筒形の構成要素、例えば回転シャフト、すなわちシャフト64は、構成要素間に小さなギャップが形成されるという点で内側構成要素278Aの内面と実質的に同じ形状を有する外面を有し得る。ベアリングは、ベアリングポケットの投影領域にほぼ垂直な荷重に耐えるように構成されている。ハイブリッドベアリング282Aは、ラジアル荷重にのみ実質的に抵抗し得る。ただし、同じシャフト上で2以上のこれらのベアリングを組み合わせると、シャフトを曲げるように作用する実質的な曲げモーメント荷重に抵抗し得る。
[0065]図78〜82では、ハイブリッドベアリング282Bの静止した内側構成要素362Bは、構成要素280Bに固定されてもよい。流れは、供給穴270B(A〜L)を介してリストリクタ環状溝274BAと流体連通する供給ポート268Bを介してハイブリッドベアリング282Bに入る。274BAからの流れと圧力は、連続する流体導管604BG、606BGおよび286BGを介して対向するベアリングポケット284BGと流体連通している中央穴394BAに入る前に、内側ランディング272BAにわたって調節され得る。図72について説明したように、ベアリングポケットでギャップ高さが減少すると、当該ポケットの圧力と流れの抵抗が増加し、反対側のベアリングポケットの圧力と流れの抵抗が減少する。これは、加えられた負荷と平衡に達するまで、自己補償効果を生じ得る。本実施例は、円錐台形(frusto-conical)のベアリング表面を具える。軸方向の変位により、ギャップ高さが均一に増加または減少する。すべてのギャップ高さを均一に減少させると、必要なポンプ流量が減少し、予想される発熱と摩擦による粘性抵抗が増加し得る。そのような軸方向の動きにより、すべてのギャップ高さが均一に増加すると、反対の効果が期待される。流動抵抗は、すべてのベアリングランディングで均一に増加または減少し、純粋な軸方向移動によるベアリングポケットの圧力の変化がないことを意味する。シャフト(図示せず)を曲げるように機能する半径方向の変位または角度変位から、自己補償効果が期待され得る。
[0066]図83〜93に示すハイブリッドベアリング282CDは、ピストン構成要素292CD、中間スリーブ482CD、内側構成要素484CD、シ−ル486CDA、486CDB、486CDC、「ライダ−リング」488CDAと488CDB、およびエンドプレ−ト490CDを具え、これらは一例ではボルト、締まりばめ、圧入、溶接、ろう付け、または外側ハウジング494CD内の他の固定具や固定方法などで互いに固定されている。ガイドピン492A、492Bおよび492Cが、ピストン構成要素292CDに固定されている。図89にあるように、ガイドピン492CDCは、外側ハウジング280CDと共にキャビティ506Cを形成し得る。ガイドピン492CDAおよび492CDBは、同じ方法で構築することができる。組み合わせて使用する場合、2以上のガイドピンを使用して、外側ハウジング280CDとエンドプレ−ト490CDおよびピストン構成要素292CDの回転位置合わせを実質的に維持し、ドレン穴448CDがベアリングの下部にのみ必要になるようにする。これらのガイドピン492CDAおよび492CDBは、必要に応じて、ピストン構成要素292CDが軸方向に移動する動作を妨害しないように構成され得る。図89〜90を参照すると、ガイドピン492CDの流体導管508Cが十分に大きい場合、一例におけるキャビティ506Cの圧力は、キャビティ298CDの圧力と実質的に同じであり得る。ガイドピンを、本書記載の他のベアリングの実施例に用いて、スラスト荷重や曲げモーメント荷重に抵抗するようにしてもよいことを理解されたい。さらに、半径方向に延びる部材を具えた回転シャフトが、後述する隣接するベアリング面と実質的に小さなギャップを形成してもよい。
[0068]図2、図6〜7の実施例では、カラー38が、前部/後部ピストン32/42のすぐ隣の実質的に平坦な表面673を具えるように示されている。これらの平面はピストンからオフセットし、したがってベアリング118/120の間に実質的に小さなギャップを形成する。図示されている実施例の穴108は、リストリクタ本体348Aまたは384B(図65〜69)を固定できる場所を示す。この毛管リストリクタ設計の一例が図65〜69に示されている。カラー38の円周の周りに示される位置での毛管リストリクタの適用は、アイドラ/ドライバロータシャフト40/64を曲げるように作用し得る軸方向または角度の変位または偏向に抵抗し得る。
[0074]一例では、図83〜93のハイブリッドベアリングアセンブリ282CDは、図8Bにおける後部シリンダ42の代わりに使用されるように構成される。この例では、前部シリンダ32(図8A)はなくてもよい。ピストン構成要素292CDは、中間スリーブ482CD、内側構成要素484CD、エンドプレート490CD、および外側ハウジング280CDと組み立てられて、キャビティ298CDを形成する(図89)。このキャビティ298CDは、シール486CDA、486CDB、486CDCおよび外側ハウジング280CDを用いてシールされ得る。このようなキャビティは、図2または図8Aのキャビティ142と機能的に類似しており、本明細書で論じられるように、アイドラ/ドライバ後部ベアリングハウジング44/70に対して後部シリンダ42を軸方向に並進させるために使用される。ハイブリッドベアリングアセンブリ282CDはラジアル荷重に抵抗し、ライダーリング488CDAおよび488CDBを使用できる。これらのライダーリングは、図示のように取り外し可能な構成要素であってもよいし、ピストン構成要素292CDおよび外側ハウジング280CDの一部であってもよい。溝452CDが、ピストン構成要素292CD、中間スリーブ482CDおよび内側構成要素484CDが互いにしっかりと固定されるように、スプリットリングまたは同等物を保持するように構成され得る。ボルトや他の固定具または他の固定方法により、エンドプレート280CDが所定の位置に保持され、シール486CDAおよび486CDBとライダーリング488CDAが固定される。部品を固定するためにボルトを利用できる構造の例として、穴456CDが図89に示されている。溝454CDは、ライダーリング488CDBが外側構成要素280CDに固定されるように、保持リングを保持するように構成され得る。ライダーリング488CDAおよび488CDBにより、内側構成要素484CD(およびピストン292CDなどの取り付けられた構成要素)が、必要に応じて、最小限の摩擦で、固定の構成要素(例えば、外側構成要素280CD)に対して軸方向に並進することができる。ライダーリング488CDAは、エンドプレート490CDを固定することにより、ピストン292CDに動きが固定されており、これはライダーリング488CDBが固定の外側構成要素280CDに固定される方法とは異なる。どちらの場合も、ライダーリング488CDA/488CDBでは、相対的な軸方向の動きが予想される。ライダーリング488CDA/488CDBの摩擦係数が低いため、この動きは比較的容易である。また、柔らかい素材であるため、摩耗の兆候が見られると、必要に応じて隣接する外側ハウジング280CDまたは内側構成要素484CD上の摩耗が最小限またはまったくない状態で安価に交換できる。
[0075]一例では、溝間で相互のやりとり(cross-communication)が発生し得る。このような相互のやりとりにより、ベアリングの負荷容量が減少し得る。例えば、図84において、溝606DAは、溝606LAおよび606DBの近くに配置されており、したがって、ぴったり合わない構成で、いくらかの相互のやりとり(隣接する溝/ポケット間の流れ)が生じ得る。図84の中間スリーブ482CDは、多くのベアリングポケット284が望まれる実施例で利用することができる。ラジアルベアリングのベアリングポケットの数を増やすと、ラジアル荷重に耐えるベアリングの容量が増大し得る。追加のランディング領域は、それらの間の相対運動により、接触または近接触している構成要素の摩擦による粘性抗力と発熱を増大させ得る。さらに、ベアリング流体の出口温度が高いと、流体を供給温度まで冷却するためにより多くの動力が必要になり得る。温度が高いと粘度が低下し、ベアリングの負荷抵抗能力が低下し得るため、一部のアプリケ−ションでは、この温度上昇を制御するために漏れ率を上げることが望ましい場合がある。いくつかの例では、流体力学効果は理論的に最小限の影響しか及ぼさないかもしれないが、流体力学効果は粘度に特に敏感である場合がある。この追加のポンピング力と他の寄生力の増加は、ベアリングが最大負荷容量に近くなるように設計されている場合には正当化されるが、ベアリングポケットの数を決定する際にこれらのトレ−ドオフを理解する必要がある。本明細書に開示される「スラスト」ベアリングの実施形態は、複数のベアリングポケットが使用される場合、シャフトを曲げるように作用するモーメント荷重に抵抗するように構成され得る。同心環状ベアリングポケットを1つだけ用いる場合、いくつかの例のベアリングは、シャフトを曲げるように作用するモーメント荷重に抵抗できない場合がある。主にスラスト荷重が予想されるアプリケ−ションでは、8以下のベアリングポケットがいくつかのアプリケ−ションで最適な選択になり得るが、主に曲げモーメント荷重が予想されるアプリケ−ションでは、8以上のベアリングポケットが最適となり得る。
[0076]図示する実施例は、回転式流体流動装置20に組み込まれたときに、毛管供給自己補償ハイブリッドベアリングがどのように供給され得るかを示している。例えば、図60Aでは、単一の供給ライン218が、円周溝219と流体連通しており、複数の流体導管221(図60B)と流体連通して、アイドラシャフトハイブリッドベアリング138の複数のベアリングポケットに供給する。一例では、これらの同じ例を、ベアリングポケット284にリストリクタ277(71A)を有する無毛管自己補償ハイブリッドベアリング138/72/118/120を供給する際に適用することができる。
[0077]図71A〜71Bおよび図73〜93に示すハイブリッドベアリングの実施例では、リストリクタ277は、ベアリングポケット284QGの正反対のベアリングポケット284QA内に構成される。一例では、ベアリングポケット284QGは、供給ライン270QAを介して圧力下で流体供給されている。この構成は、奇数のローブを含み、バレー82がローブの正反対にある例(78Aおよび78B)では、アイドラ/ドライバロータハイブリッドベアリング136/134には通常適用されない。偶数のローブ78が用いられる実施例では、この構成が利用できる。別の例では、ローブ78の数が偶数であり、予想される最大の負荷は、ベアリングの支持が最小であるバレー82で発生すると予想される。さらに、アイドラ/ドライバロータハイブリッドベアリングで予想される負荷は、かなりのものになる可能性がある。顕著な圧力によって引き起こされる半径方向または軸方向の負荷は、圧縮チャンバ144から生じ得る。図103に示すアイドラ/ドライバのロータシャフト軸637/639のオフセット角度(「アルファ角度」)が増加すると、圧力によって引き起こされる負荷の半径方向部分が増大し、軸方向部分が減少する。オフセット角度が大きいほど、所定のロータ直径とインボリュートロータプロファイルの容積スル−プットが高くなるため、アイドラ/ドライバのロータシャフト41/65の最小直径によって通常規定される上限までは、一般的に好ましいと考えられている。アイドラ/ドライバのロータシャフト41/65のこのような最小直径は、それらの構造上の剛性と強度、および他の構成要素の組み立て方法を含む他の要因によって実質的に決定される。図103の実施例では、アイドラロータシャフト41は、内径に一次ゲート171や一次ゲートハウジング181などの構成要素を有するように示されている。アルファ角が増加すると、バレー82A(図115)がアイドラロータシャフト41に深く切り込まれる。同じ配置を可能にするために、アイドラカラー37Aおよびアイドラロータシャフト41の直径が減少され得る。アイドラロータシャフト41のこの同じ厚さを維持するために、一次ゲート171および一次ゲートハウジング181の直径が減少される場合もある。これにより、排出プレナム669内の流路が望ましい範囲を超えて制限されたり、構造剛性がこれらの構成要素の外径の大きさに実質的に比例するという点で、これらの構成要素やアイドラロータシャフト41の構造剛性に悪影響を及ぼしたりすることがある。
図120)は、毛管リストリクタを使用せずに、遠心荷重と熱膨張に対し自己補償し得る。アイドラ/ドライバのラジアルシャフト(137A/137B)、後部スラスト(139A/139B)、前部スラスト(129A/129B)のハイブリッドベアリングも、毛管リストリクタを用いることなく遠心荷重と熱膨張に対し自己補償し得る。
[0084]図72A/72B/149の実施例S/T/Uでは、流体導管609は正反対のリストリクタ274とベアリングポケット285の間に流体連通している。ハイブリッドベアリングの実施例E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、OおよびPが図137〜148および図152〜1632に示されており、同様の符号付けが用いられ、上記の説明は、流体導管609(E〜P)および他の同様の符号付けされた要素に適用され、開示を簡略化する。図102〜102Eに示される回転式流体流動装置20の例は、ハイブリッドベアリングの実施例E〜Jを含む(図137〜148)。図150〜151の回転式流体流動装置20の例は、ハイブリッドベアリングの実施例K〜Pを示す(図152〜163)。回転式流体流動装置20のこれらの例は、変動する圧力を有する個々の凹んだベアリングポケットの組み合わせを通じて、軸方向、半径方向、および/または曲げモーメント荷重に抵抗するように構成されたハイブリッドベアリングを具える。(ベアリングポケット内の)領域にかかるこの圧力により、ここで説明する「浮動」する構成要素の相対位置によって力が生じる。
[0107]272HAおよび272IA(図145)などのリストリクタランディングおよびリストリクタランディング272EA(図137)が、円筒表面上に示されている。他の例では、組み立て中に所望のギャップ高さを得るために、テ−パ形(円錐台)の表面が望ましい。テ−パは、ギャップの高さを簡単に測定でき、構成要素が最小数の高公差面を有する一部のアプリケーションで扱いやすい場合がある。図102〜103に示す例では、ベアリングスリーブ137A/137Bが省略されており、アイドラ/ドライバロータフランジ621A/621Bが半径方向内側に延長され、アイドラ/ドライバシャフトのベアリング137A/137Bのベアリングギャップを規定してもよい。この内面は、ほぼ円筒形である角度の小さな円錐台面であり得る。一例におけるアイドラ/ドライバシャフト41/65は、実質的に同一の表面トポロジを有し、ベアリング構成要素は、図137〜148に示されるものと実質的に同一であり得る。そのような例では、軸637/639に対するアイドラ/ドライバフランジ621A/621Bの軸方向の位置決めが、テ−パ付きシャフトベアリング137A/137Bでのギャップ高さを規定し得る。一例におけるこの軸方向の位置決めは、平面スラストベアリング139A/139Bにおけるギャップ高さを不都合に増加または減少させる場合がある。以下に説明するように、組み立て中にベアリングギャップの高さを設定/調整するための調整方法を別途用意することが望ましい場合がある。アイドラ/ドライバフランジ621A/621Bがアイドラ/ドライバハウジング617A/617Bに固定されたときに、ベアリング139A/139Bで望ましいギャップが得られるように、大きな第1シム619A/619Bを寸法決定することで、アイドラ/ドライバベアリングスリーブ625A/625Bは、ベアリングギャップの高さを独立して制御することができる。ベアリングスリーブ625A/625Bがアイドラ/ドライバフランジ621A/621Bに固定されたときに、アイドラ側のテ−パ面633Aおよび635Aと、ドライバ側のテ−パ面633Bおよび635Bとが、アイドラ/ドライバシャフトベアリング137A/137Bのそれぞれのギャップ高さ645A(図103B)と645B(図103A)に影響するように、小さな第2シム623A/623Bを寸法決定することができる。このようにして、ボルトなどの固定具を使用してベアリングスリーブ625A/625Bをアイドラ/ドライバフランジ621A/621Bに固定すると、ギャップの調整が固定方法によって生成される張力の変化に依存するのではなく、存在する場合にシムのサイズによって駆動されるため、固定具を所望のトルク仕様に締めることができる。図のように2つのテ−パ面を接合すると、構成要素の内径の部分にクランプ力がかかる(モ−ルステ−パなど)。ベアリングスリーブ625A/625Bは、アイドラ/ドライバフランジ621A/621Bよりも大きくなく(小さくて軽く)構成され、これにより、それぞれのアイドラ/ドライバシャフト41/65にタイトフィットする構成要素のはるかに簡単な組み立てが可能になる。さらに、ベアリングスリーブの調整可能な性質により、アイドラ/ドライバシャフトベアリング137A/137Bのギャップを微調整できる。図103A〜103Bをみると、テ−パ角度A/A’、および薄い方の端部の厚さC/C’は、小さな第2シム623A/623Bに必要な調整の範囲に影響を与える重要なパラメ−タであり得る。ベアリングスリーブ625A/625Bの軸方向調整に関して予想される半径方向の撓みを推定するために、当技術分野で既知の有限要素分析または他の計算方法を実行してもよい。これらの有限要素解析または計算方法の結果によっては、半径方向の撓みはシムの近く(すなわち、ベアリングスリーブのフランジの近く)で均一にならない場合がある。これらの結果は、例えば、ギャップ643A、643B、645A、645B、647Aおよび647Bを形成するベアリングスリーブ625A/625Bの部分が、軸方向の調整に関して実質的に均一な半径方向の撓みを有し、この領域がテ−パ係合部635A/633Aおよび635B/633Bの端からある程度の距離B/B’であることを示す。金属同士の接触を発生させずに、ベアリングリストリクタまたはベアリングポケットがドレン圧力または供給圧力に近い圧力に到達できるように、ベアリングリストリクタとベアリングポケットのギャップ高さを均一にすることが望ましい。そのため、ニュ−トラル位置でリストリクタまたはベアリングランディングのギャップ高さが均一でない場合、(金属同士の接触を避けながら)ベアリングの最大負荷容量が減少し得る。
[0108]上述のように、正反対のリストリクタおよびベアリングポケットを用いるハイブリッドベアリングの例が、図102〜103に示す実施例に適用されるように構成されて示され、ここでは、高圧ベアリング流体が供給ライン397HI、397EF、397J、および397Gを介して圧縮機に入る。ハイブリッドベアリングの実施例K〜Pが図150〜151に適用され、ここで、高圧ベアリング流体は、供給ライン397NOPおよび397KLMを介して圧縮機に入る。
[0109]いくつかの例に示される回転式流体流動装置20は、いくつかの点で公知の従来技術とは異なる。図1〜22に示す実施例「A」では、そのような回転式流体流動装置20は、多くの例において、同等の流体流動(容積)特性を有する装置の従来例よりも広い動作範囲、少ない部品、サイズの減少および重量の減少をもたらす。このような回転式流体流動装置20は、動作範囲内の中〜高流体流動(容積)シナリオで比較した場合、全体的な効率が改善され、従来技術よりも保守費用が削減されると考えられる。
[0117]一例では、アイドラロータ38とドライバロータ76が正しく噛み合うようにするために、図5、図39〜41に示されるように、それぞれのロータローブ78が、球体の円周の半分にわたって軸方向に広がっていてもよい。一例におけるこれらのローブ78は、図8A〜8Bに示されるようにオーバーハング(overhangs)80を形成してもよく。図39は、アイドラロータ28およびドライバロータ76のローブ78A/78Bおよびバレー82A/82Bをそれぞれ示す。一例のドライバロータ76は、図39に示すようにローブ78Bおよびバレー82Bを有し、一例においてアイドラロータ28と実質的に同一の表面(面)を形成し得ることを理解されたい。一例では、所与のロータの2つの対向するロータローブ78間の最小距離は、その空間を占め得る半径方向内側の球面96Aの直径よりも小さくあり得る(図39〜41)。
[0127]図102〜104Aおよび図113を見ると、回転式流体流動装置20の実施例Bは、一例では、以下のように組み立てられる。締結方法は、ボルトまたは当技術分野で知られている他の締結方法を含み得る。アイドラロータ28Bが、アイドラハウジング617Aに挿入される。次に、アイドラカラー37Aをアイドラロータ28Bに固定し、続いて大きなアイドラシム619Aおよびアイドラフランジ621Aをアイドラハウジング617Aに固定する。アイドラインサート91を、ドライバインサート95および内側球体97に連結し、次に、これらの噛み合った構成要素を、アイドラロータ28Bに挿入する。チューブ618が、ドライバインサート95に挿入される。次に、ドライバロータ76Bが、ドライバインサート95およびアイドラロータ28Bに同時に接続される。ドライバハウジング617Bが、アイドラハウジング617Aに固定され、続いて、ドライバカラー37Bがドライバロータ76Bに固定される。(大きな)第1のドライバシム619Bおよびドライバフランジ621Bが、ドライバハウジング617Bに固定され、続いて、(小さな)第2のドライバシム623Bがドライバフランジ621Bに固定され、小さなアイドラシム623Aとドライバベアリングスリーブ625Bがアイドラフランジ621Aに固定される。ハイブリッドベアリング用に選択されるギャップ高さはかなり小さく、いくつかの場合は数千分の1インチ以下であるため、上記構成要素は実質的に定位置に保持され、その撓みの機会はかなり小さい。
調整−実施例A
[0132]図1〜5に示す例では、球体の中心と同心のロータロータアセンブリ、ハウジング、その他の構成要素を製造する際に発生する以前の問題は、アイドラロータアセンブリ22とドライバロータアセンブリ24がハウジングベース58とハウジングカバー56内に組み立てられ、アイドラロータアセンブリ22とドライバロータアセンブリ24が内部調整のために構成される場合に軽減された。
[0134]図8Aに示す例では、前部シリンダ32とアイドラ前部ベアリングハウジング34との間のキャビティ140がある。同様に、キャビティ142が、後部シリンダ42とアイドラ後部ベアリングハウジング44との間に形成される。一例では、制御システムを使用して、アイドラロータアセンブリ22およびドライバロータアセンブリ24(図2)のこれらのキャビティ(140、142)に所望の量の流体を維持し、前部シリンダ32とカラー38の間の所望の公称ギャップと、後部シリンダ42とカラー38の間の所望の公称ギャップを維持する。このギャップは、位置センサ−からの平均出力を用いて計算され、熱膨張を補償するための補償が行われる。変動する負荷(圧力誘導など)によって生じる小さな変動は補償に影響しない。一例では、これらの位置センサ(図示せず)は、前部シリンダハイブリッドベアリング118と後部シリンダハイブリッドベアリング120に対するカラーの軸方向位置を感知してそれに反応するように、アイドラロータシャフト40のカラーに直接隣接するカラー38上、またはドライバロータシャフト64に配置される。
[0135]図102〜103の例では、カラー37A/37Bにおけるロータの球形中心77と後部/前部スラストベアリング(139A、139B、129Aおよび129B)の間の距離は、実施例A(図1〜2)における同等の体積容量と性能(例えば、最大圧縮比容量と最大吐出圧力)の回転式流体流動装置20のカラー38における、ロータの球形中心77と後部/前部スラストベアリング(118/120)の間の距離よりも大幅に小さくなり得る。熱膨張の範囲がベアリング性能に関して許容範囲内であり、金属同士の接触が予想されない場合、実施例Aの調整可能なピストンシステム(図1〜2)は必要なくてもよい。
[0136]図8Bは、例えば、いくつかの負荷シナリオで前部シリンダ32が使用されない例を示す。図8Aの前部シリンダ32は、アイドラ/ドライバのロータシャフト(40/64)の互いへの軸方向の動きに抵抗するために使用できる。いくつかの負荷シナリオでは、アイドラ/ドライバのロータシャフト(40/64)は、(自己補償型の)ロータハイブリッドベアリング(134および136)および後部シリンダハイブリッドベアリング120と均衡するように互いに分離するように作用する十分な力を有し得る。一例として、アイドラ/ドライバロータの内側フルスト球面(図2の92/98)における作動流体と加圧流体の圧力は、アイドラ/ドライバロータシャフト(40/64)を分離するように作業する軸方向の力を生じ得る。アイドラ/ドライバロータの内側フルスト球面(図2の92/98)でのシ−リング流体(一例ではベアリング流体および/または冷却流体)の表面積および/または圧力を増加させると、所与の負荷シナリオのセットについて、他の例に示される前部シリンダ32の要件を排除することができる。内側フルスト球面92のサイズ/直径を大きくすると、容積スループットが低下し、アイドラ/ドライバロータの内側フルスト球面(図2の92/98)に供給される圧力を上げると、全体的な効率が低下し得る。一例では、ロータのフルスト球形中心77の方向のカラー38に常に荷重が作用する可能性があるシナリオでは、図1〜8Bに示す実施例から後部シリンダ42を代替的に取り去ることができる。チャンバ144内の作動流体からの力の組み合わせと内側フルスト球面(図2の92/98)からの力の寄与が小さい場合、アイドラ/ドライバのロータベアリング136/134にかかる圧力により、このような撓みが発生することがある。この力の寄与を最小にするために、アイドラ/ドライバロータの内側フルスト球面92/98での流体の表面積および/または圧力を最小化することができる。アイドラ/ドライバロータのフルスト球面92/98での負荷は、作動流体と前部シリンダハイブリッドベアリング118からの圧力誘導負荷と組み合わされ、アイドラ/ドライバロータシャフト(40/64)を一緒に押すように作用する負荷と実質的に均衡し得る。アイドラ/ドライバロータシャフト(40/64)を一緒に押すために追加の荷重が必要な場合、これは、関連するアイドラ/ドライバロータシャフト(40/64)の面および/または後部シリンダ42が他の方法で配置される場所を含む、カラー38に作用する大気圧よりも高い圧力の形で適用できる。
[0137]図2〜3に示す例では、前部シリンダハイブリッドベアリング118および後部シリンダハイブリッドベアリング120は、それぞれのアイドラシャフト40またはドライバシャフト64のインラインで(軸方向に)作用する軸方向荷重(例えば、圧力誘起)に抵抗する。一例では、これらのハイブリッドベアリングは、潜在的に異なる(同時)圧力を有する複数のベアリングポケットを具える。一例では、ハイブリッドベアリング118、120はまた、それぞれのアイドラシャフト40またはドライバシャフト64をそれらの回転軸に沿って曲げるように作用する曲げモーメント荷重(例えば、圧力誘起)に抵抗する。一例では、トルクは、ドライバロータシャフト64のカラー38から、一例ではインデックスギヤ122を介して、アイドラロータシャフト40のカラー38に伝達される。各インデックスギア122は、インデックスギアシャフト126上の従来型ベアリング124によって支持され得る。一例におけるインデックスギア122のギア歯は、最大の異物粒子が潤滑流体濾過システムが許容するものよりも大きくならない清潔で制御された環境(ハウジング55A内)で接触するため、著しく摩耗しない。チャンバ144内の作動流体ははるかに大きな粒子を含み得るので、ロータローブ78間の直接トルク伝達が最小化され、および/または接触が実質的に低減または完全に排除され得る。潤滑流体は、これらの位置間に以前に可能であったよりも高い圧力で注入されて、作動流体がインデックスギア122の境界のギア歯の領域に入るのを防ぐことができる。ギア歯とハイブリッドベアリング118/120の両方をカラー38に配置すると、これらの構成要素をこの構成でチャンバ144に可能な限り近づけることができ、全体のサイズ、重量、漏れ/効率を犠牲にすることなく、部品とギャップのサイズを最小限に抑えることができる。前部シリンダハイブリッドベアリング118および後部シリンダハイブリッドベアリング120は、ロータシャフトの撓みを最小化することにより、必要なロータシャフト直径を最小化するために、球形キャビティ114の近くのモーメント荷重(例えば、圧力誘起)に抵抗する。同様に、インデックスギア122、従来型ベアリング124およびインデックスギアシャフト126からなるインデックスギア装置は、球形キャビティ114に近接しているため、以前の設計よりもコンパクトに製造することができる。
[0144]図102〜103および図111に示す例では、ギア664の接触領域は、ギアキャビティ445内に含まれる。ギアキャビティを大気圧または大気圧近くとし、空気で満たすことは一般的な手法である。表面速度が低いいくつかのアプリケーションでは、低圧で液体潤滑剤または流動性グリ−スで満たされてもよい。回転式流体流装置20の一例では、カラー37A/37Bのピッチ径は、約3600RPMの回転速度で約23インチであり得、高表面速度アプリケーションとして分類される。このキャビティ445が気体ではなくベアリング流体/潤滑剤で満たされている場合、粘性抗力(および必要な駆動トルク)と発熱の相対的な増加により、効率が低下し、ギアの寿命が短くなる可能性がある。一例では、当業者には理解されるように、ガスで満たされたキャビティ内の冷却用のギア(図示せず)の接触領域上に、液体が噴霧される。接触が生じる直前、接触が発生した後、またはその組み合わせで、噴霧を接触領域に向けることが最善となり得る。提供されている実施例では、どちらの方法も可能である。提供されている例には、ハイブリッドベアリングからの流体が、加圧ギアキャビティに排出するように示され、温度によっては、このベアリング流体と冷却流体の流れは、ギア接触領域をスカッフィングが最小限に抑えられる許容可能な低い温度に保つのに役立つ場合とそうでない場合がある。一例では、ランディング659Aが実質的に高い流動抵抗を有する場合、ギアキャビティ445に到達する冷却流体がほとんどないか、まったくない場合がある。
[0150]図2に示す例では、ドライバロータシャフト64およびアイドラロータシャフト40のベアリング構成により、ロータ・ロータ構成で遭遇する問題が最小限に抑えられる。上記のように、一例では、ハイブリッドベアリング(134、136、72、138、118、120)に厳しい公差(tight tolerances)がある(ギャップが小さい)。ドライバロータ76、ドライバロータシャフト64、アイドラロータ28およびアイドラロータシャフト40は、高い荷重の方向に構成要素を偏向させる力に遭遇し、ロータとロータ、またはロータとハウジングが接触する可能性が生じる。ねじり荷重により、ロータ間の撓みと摩擦が発生することがある。軸方向の荷重により、ロータが互いに離れる方向に撓む可能性があり、その結果、ロータとハウジングが接触し得る。アイドラロータシャフト40とドライバロータシャフト64の相対剛性が同等である場合、両方の浮動する構成要素が同じ半径方向に同時に移動し得るため、チャンバでのラジアル荷重または曲げモーメント荷重は、ロータとハウジングの接触を引き起こす可能性が高くなる。内側のボ−ルで接触が発生し得る。この接触は避けることが望ましいが、許容差の積み重ねによる。(駆動トルクの伝達による)インデックスギアでのラジアル荷重により、ロータ−ハウジングの撓みが発生し得る。この接触により、摩耗と発熱が増加する。このような摩耗は、その後、漏れの増加や故障の原因となることが予想される。一例では、シャフト40/64の曲がりを最小限に抑え、それによって各シャフトの直径を最小化するために、チャンバにおける高いラジアル荷重はチャンバに可能な限り近くで抵抗されるべきである。アイドラロータシャフト40とドライバロータシャフト64の間の角度が増加すると、特定の目標流量とRPMにおけるロータシャフト(40、64)の直径を最小化できるが、このアルファ角度の増加は、ロータに高いラジアル荷重が(28および76)作用し得る。発生し得る軸方向スラスト荷重は、吐出圧力が高いと潜在的に高く、吐出圧力が低い場合には潜在的に非常に低い。さらに、ハイブリッドベアリング(134、136、72、138、118、120)は、設置時に隣接する表面に接触しないように配置される。取り付け中に一時的なクランプを使用して、この接触および従来のベアリングの要件を回避することができる。ドライバ/回転動力源がロータシャフトの1つに結合されている場合、これは、一時的なクランプまたは従来型ベアリングによって緩和される潜在的な不整合の問題になる可能性がある。従来型ベアリング(46および50)を使用して、ハイブリッドベアリング(134、136、72、138,118,120)の位置決めを確実にしてもよい。従来型ベアリング46/50は、それらが容易に取り付けられる構成で提供されてもよい。
[0155]図102〜103に示す例では、アイドラ/ドライバシャフト41/65および対応するロータはそれぞれ、3つのハイブリッドベアリング137A/135A/139Aおよび137B/135B/139Bによって支持され、これらはそれぞれベアリングポケットに垂直な荷重に耐える。一例において、前部スラストハイブリッドベアリング129A/129Bを、上記列挙された後部スラストベアリング139A/139Bの代わりに、および/またはこれと組み合わせて使用されてもよい。一例において、これは、現在示されている実施例S(図72A)のハイブリッドベアリングよりむしろ、実施例T(図72B)のハイブリッドベアリングを実装することによって達成され得る。前述の後部スラストハイブリッドベアリング139A/139Bの代わりに前部スラストハイブリッドベアリング129A/129Bを使用する場合、前部スラストベアリングは一例として実施例S(図72A)一例としてのハイブリッドベアリングで実装することができる。
[0157]非常にコンパクトなロータア−キテクチャを採用すると、必要な場合に、噴霧化された冷却流体を圧縮チャンバ144(図11〜14)に噴霧するように構成された流体インジェクタ110の取り付けが困難になる。流体インジェクタ110A/110Bは時間の経過とともに摩耗する可能性があるため、接続されている導管から簡単に取り外すことができれば有益である。流体インジェクタ110をフルスト球形ハウジング表面114(図3)内の特定の場所に配置すると、ドライバ/アイドラロータハイブリッドベアリング(134/136)の動作に干渉し、液体リングがチャンバ114の外径に形成され得ることから、有効性が予測しづらくなる。流体インジェクタ110を静止した構成要素上に配置することにより、流体インジェクタ110が圧縮/膨張チャンバ144の動きに追従しないため、流体インジェクタ110が可能なインジェクションウィンドウの限られた範囲でチャンバに噴霧することができる。
[0160]図1〜2の例では、本書記載のロータベアリングリストリクタ348(図65〜67)または流体インジェクタ110のメンテナンスが必要な場合があり、メンテナンスは、吸入接続部112(および配管の取り付けられた部分)を緩めて、ハウジングカバー56を取り外すことによって実行することができる。
[0161]回転式流体流動装置20の実施例A(図1〜2)では、流体インジェクタ109は、アイドラインサート90の一部として示されている。回転式流体流動装置20の実施例B(図102〜103)では、流体インジェクタ109は、内側ボ−ル(凹状の内側フルスト球形チャンバ表面)97に含まれる。図103Cに示されるように、中空ピン618が、内側ボ−ルおよび組み立てられた流体インジェクタ109がドライバインサート95に取り外し可能に固定された状態のまま、冷却液を通過させる。これにより、流体インジェクタ109が、回転式流体流動装置20の典型的なアプリケーションのための圧縮行程全体にわたって圧縮チャンバ144に追従することができる。
[0163]図102〜103に提供される例では、ロータベアリング毛管リストリクタを有さず、冷却流体ノズル109を除去または整備するためにハウジングを取り外す必要がない。図105に示されるように、吸入導管を吸入接続部112から取り外すと、吸入ポート191を通して見たときに流体インジェクタ109が見える。交換を必要とする流体インジェクタ109への完全なアクセスを得るために、ドライバシャフトのいくつかの回転配置(rotational positioning)が望まれる場合がある。ドライバシャフトのこの回転配置は、ドライブシャフト65を回転させることにより手動で、またはドライバ(例えば、エンジンまたはモータ)を介して達成することができる。
[0166]圧縮比が低い場合は、冷却のために追加の冷却流体を注入する必要がない場合があり、一方で圧縮比が高い場合は、大量の冷却流体を注入する必要があり得る。小さな液滴がより大きな表面積対体積比を持つことから、利用可能な短い時間枠(例えば、数千分の1秒)で熱を伝達するために必要な冷却流体の流量は、小さい液滴を噴霧することによって最小限に抑えることができる。これにより、冷却流体は作動流体とより均一な温度になる。より大きな圧力差を用いて、液滴サイズを小さくすることができる。したがって、必要な冷却流体の量は、噴射が発生する時間の長さを調整しながら、供給圧力を一定に保つことによって最小限に抑えることができる。噴射の開始時期を制御することで、さらに効率が向上する。入口ガスの温度は、多くの場合5℃〜20℃の範囲である。ただし、周囲温度が20°C以上に達する可能性がある環境では、冷却流体を20℃以下に冷却するのはコスト効率が良くない場合がある。流体流動装置でガスが圧縮される場合、ガスが大幅に加熱され得る。冷却流体の温度がガス温度よりも高い状態でチャンバに注入されると、熱力学的プロセスが本来より効率的にならず、ドライバ動力がさらに必要になり得る。同様に、冷却流体の温度がガス温度よりも低い状態でチャンバに注入される場合も、これは理想的ではない。
[0173]図102〜103および図107に示す例では、ドライバエンドキャップ627が複数の凹んだ流体通路157(A〜E)を有する。一例では、これらの流体通路157は、シャフト65の所与の回転の間、ドライバシャフト65のチャンバごとに1つの噴射ポート155と断続的に流体連通している。図137〜142に示すように、流体が駆動シャフト65の噴射ポート155に入るとき、噴射ポート155は圧縮チャンバ144と流体連通している。流体インジェクタ109での流量/圧力/レ−トおよび可能な圧力を最大化するために、通路155自体の圧力降下が最小化される。任意でOリング溝618’(シ−リングOリングを保持する)を具えたチューブ618は、ドライバインサート95を回転的に固定するように作用し、かつ冷却流体をドライバインサート95に移送するときの漏れを最小限にするために使用され得る。スプレ−内の液滴サイズを最小化し、ノズル当たりの流量を最大化するために、流体インジェクタ109の入口ではより高い圧力が望ましい。
[0181]一例では、ロータのア−キテクチャは非常にコンパクトなので、従来のバルブ設計が導入する作動チャンバ内の再循環される容積は、流体流動装置の容積効率を著しく低下させる可能性があった。このコンパクトなアーキテクチャと、流体流動装置の高い設計RPM(すなわち、最大3600RPM以上)との組み合わせにより、作動チャンバに作動流体を効率的に取り入れたり排出したりすることが困難になる。チャンバに取り込める可能な流動領域を制限すると、潜在的に圧力低下が発生し、圧縮前にチャンバに入るガスの量が減少するため、体積効率が低下する。チャンバの排出における可能な流動面積を制限すると、流体速度と摩耗が増加し、予想される構成要素の寿命が短くなる。排出での厳しい制限により、チャンバ内の圧力が設計された排出圧力を大幅に上回り、ドライバに課される作業が増加する。設計圧力を超える十分に高い圧力の急上昇は、回転式流体流動装置20全体の壊滅的な故障をもたらし得る。入口または排出口の圧力作動バルブは、比較的高い設計RPM(例えば、3600RPM以上)で比較的高い持ち上げ(lifts)が必要となる。可動の構成要素は、十分な流動面積を提供するために、比較的大きく動く必要がある。いくつかの例では、可動の構成要素を開位置または閉位置へと加速させることは、たとえこの動作が高圧流体の力(例えば、油圧作動油)に支援されたとしても、回転式流体流動装置20の高回転速度でのチャンバ容積の変化に比べてかなりの時間(例えば数千分の1秒)を要する。可動構成要素が開位置に移動している間、それはまだ制限を生じている。同様に、バルブが閉じようとするとき、閉位置まで移動するのに時間がかかり、その間は排出口から流体がチャンバに入る。さらに、可動構成要素が比較的遠い距離を比較的短時間で移動する必要があることに基づき(最大設計速度3600RPM以上は、同じ出力範囲のほとんどの圧縮機よりもはるかに高い)、衝撃力が業界標準をはるかに超え、バルブの早期故障につながる可能性がある。衝撃力は可動構成部品の移動速度と質量の両方の積であるため、より低い質量の多くの構成部品を使用した構成が評価された。衝撃の前に可動構成要素を減速することも評価された。多くのバルブでは、ガス通路が必要に応じて開閉し、そして閉じたままとなることが非常に重要である。業界では、さまざまな吸入圧力と吐出圧力で適切な性能を維持するように、バルブの変更に多くの労力を費やしている。圧縮機が利用できる吸入圧力は時間とともに低下するのが一般的であり、これが生じると、バルブは特定の圧力に対してのみ最適設計されることになり、調整には圧縮機をオフにする必要があるため、圧縮機の効率が低下する。これは、生産の損失に伴う機会費用を考えると、かなりの費用になる場合がある。
[0195]図102〜103および図104Bに示す例では、ロータのバレー82A/82Bがカラー37A/37Bで覆われているため、図1〜2の実施例Aに示すロータハイブリッドベアリングの利用可能な領域を減らすことなく、カラー37A/37Bをコンパクトな配置で互いに近づけることができる。これらのコンパクトな軸方向位置が与えられると、アイドラ/ドライバのギアピッチ径は、ギアの歯665があるカラー37A/37Bの片持ち/軸方向に延びる部材663によってさらに減少する。片持ち部分663がない場合、アイドラ/ドライバギアのピッチ直径は、例えば寸法265/263で表されるように、著しく大きくなり得る。
[0206]本明細書に開示されるように、作動流体は、回転式流体流動装置20に出入りする。チャンバ近くのシールが、作動流体が回転式流体流動装置20の望まない領域に入るのを防ぐ。米国特許第4,078,809号は、回転機械用のシャフトシール組立体を提案している。しかしながら、ここで提案された発明は、「緩衝ガス」および追加の軸方向空間を必要とする。これらの要件は、回転式流体流動装置20の全体のサイズ、重量、およびコストに悪影響を及ぼす可能性があるので、以下に改善点を実施例A(図1〜2)について説明する。
[0209]図102〜103に示す例において、唯一の動的シールは、作動流体をシールするのに用いられる回転機械で使用されるベンダ−供給品であるドライブシャフト上のメカニカルシール631である。回転式流体流動装置20において摩耗部品をなくすと、保守費用および信頼性の観点から非常に望ましくなる。
[0210]回転式流体流動装置20が圧縮機および膨張機の両方として連続的に作動されることが望ましい用途があり得る。特許W2017/19872A1は、「本発明は、主に高圧のガス、特に空気の生産と、その動力伝達とエネルギー貯蔵の目的のためのその潜在エネルギーの使用を意図している」と述べている。これにより、「太陽光や風力などの一部の再生可能エネルギー源の間欠性を回避できる」。スクロールユニットまたはスクリュユニットは、一方向に実行すると圧縮機になり、シャフトを反対方向に回転させると膨張機になると記載されている。これらは両方とも、容積を小さくしてガスを圧縮するか、シャフトを反対方向に回転させて体積を増やしてガスを膨張させるチャンバを規定するシールラインを形成する容積式装置である。この出願は、他の多くと同様に、同じユニットで圧縮/膨張、特に等温の圧縮/膨張を実現する潜在的な利点を強調する。これは、同じシャフトが、回転方向に応じてモータまたは発動機のいずれかになり得るユニットに機械的に接続されている場合に特に当てはまる。この出願では、スクロール/スクリュユニットの吐出圧力は好適には10〜40bar(145〜580psig)である。著者の知る限りでは、350psigを超えて確実に動作することが証明されている市販の膨張機/圧縮機ユニットはない。580psigまでの吐出圧力を持つものがある場合でも、アプリケーションによってははるかに高圧の空気を生成し、圧縮空気エネルギー貯蔵(CAES)用に追加の発電を生成することが望ましい。これは、数千psigのオーダーになり得る。この特許W2017/19872A1で提案されている方法は、圧縮と膨張の両方が可能なユニットの能力を超える圧力を達成することを目的としている。この圧力範囲を超えて、取り付けられたモータを有する圧縮機(一体型ギア付き遠心圧縮機など)の個別トレインと、膨張機(ターボ膨張機など)の個別トレインを取り付けられた発動機とともに使用できる。これらは、一般的にステージ間冷却を必要とする比較的高価なマルチステージの断熱圧縮および断熱膨張トレインである。回転式流体流装置20が大気圧の空気をほぼ等温で数千psigまで確実に加圧することが証明されている場合、圧縮空気エネルギー貯蔵(CAES)用途において望ましいことは、当業者には明らかであろう。例として米国特許出願2017/19872A1を用いると、スクロール/スクリュユニットは、単ステージの回転式流体流動装置20に置き換えることができ、スクロール/スクリュユニット(圧縮時)の排出部であったバッファ−ガスタンクは、最終の空気貯蔵容器または空洞(cavern)となり、多くの機器を排除することができる。
[0214]本書で提示される主要な過去の課題を要約すると、回転式流体流動装置20の設計要件は、流体流動装置が可能であったものの極端な範囲を比較すると、大幅に変化する。高吐出圧力の場合、アイドラ/ドライバロータハイブリッドベアリング135A/136および135B/134の能力が大幅に損なわれ、ドレン圧力の増加の原因となる。いくつかの例では、吐出圧力が高い場合に供給圧力を上げることが望ましい場合がある。これらの高吐出圧力の場合、特に吸入圧力も高い場合、非常に高い負荷を生成し得る。カラーの球面ハイブリッドベアリング、シャフトハイブリッドベアリング、ハイブリッドベアリングの供給圧力は、必要に応じて調整できる。一例におけるこれらのハイブリッドベアリングとロータのギア/インデックスの組み合わせは、少なくとも2000psigの吸入圧または吐出圧が可能な大容量の回転圧縮機を提供する。この動作範囲は、これらの圧力が一般的なパイプラインの動作圧力を超えるという点で、現在市場に出ているほとんどの圧縮アプリケーションを表し得る。一例では、回転圧縮機は、作動流体の圧力をほぼ大気圧から少なくとも5000psigに上げることが可能である。この吸入圧力と排出圧力の組み合わせは、炭素捕捉イニシアチブ(carbon capture initiative)の一部として二酸化炭素を地下深くに注入することに何が望まれるかを表し得る。不要な動力消費を最小限に抑えるには、吐出圧力が低く、負荷が低い場合は、ベアリング供給圧力を最小限に抑える必要がある。高流量の高圧縮比のケースでは、冷却を必要としない低圧縮比のケースと比較して、大量の冷却流体を注入する必要がある。流体流動装置20へインジェクション冷却を追加すると、非常に高い圧縮比を可能にし得る。一例では、大気圧近くから少なくとも5000psigへの圧力ブ−ストは、単ステージの圧縮で実現し得る。実施例A(図9〜11)では、作動流体の排出温度を調整するために、スライド式液圧バルブ158および二次ゲート172の位置を調整することができる。実施例B(図102〜103)では、作動流体の放出温度は、どの流体通路157(図107〜109)に冷却剤を供給するかを切り替えることによって調整することができる。必要に応じて、回転式流体流動装置20の動作速度を低下させて、利用可能な短期間に追加の熱伝達が行われるようにして、必要に応じて冷却剤の必要量を減らすことができる。流体流動装置の構成要素は、コンパクトな構成で撓みを最小限に抑えたうえで、設計圧力に耐えるように設計する必要がある。アイドラハイブリッドベアリング135A/136、137A/138、129A/118、139A/120およびドライバハイブリッドベアリング135B/134、137B/72、129B/118、139B/120には小さなギャップがあり、これらのギャップの高さは、回転式流体流動装置が室温にあるときと、回転流体流動装置が熱平衡に達したときとで変化する。さらに、圧縮または膨張される作動流体の特性、および必要な圧縮/膨張比に応じて、ドライバロータシャフト64/65およびアイドラロータシャフト40/41の吐出圧力と熱膨張が変化し得る。熱膨張による撓みは、ハイブリッドベアリングについて説明したメカニズムによって自己補償され得る。しかしながら、熱膨張による撓みがニュートラル位置でのハイブリッドベアリングギャップ高さよりもはるかに大きい場合、ハイブリッドベアリングから期待される必要な反作用荷重は、チャンバ144からの圧力誘起の負荷または他の負荷の大部分かいくぶん大きい場合がある。したがって、図1〜2の実施例Aでは、本書記載の進歩がない場合、カラー38では、熱膨張(または収縮)の変化が設計ギャップサイズを超えようとする場合があり、場合によってはベアリングの負荷容量を超え、金属間接触が生じる。全体のサイズ、重量、コスト、機械効率、部品数、組み立ての容易さはすべて重要な設計パラメータである。図1〜8Bに示す実施例Aでは、流体流動装置は、以下の方法でこれらの課題を解決している。すべての構成要素は、幅広い設計範囲のどのケースでも発生する可能性がある最大負荷条件に耐えるように設計されている。ベアリングの供給圧力は、現在の設計の場合に必要な圧力に調整される。一例におけるスライドシールリングアセンブリ30は、構成要素を修正する必要がなく、かつ流体流動装置をシャットダウンする必要なく、0〜100%のターンダウン(摩擦などの寄生損失を除く)が可能である。液圧アセンブリ48の負荷平衡スライド式液圧バルブ158を使用して、冷却流体の流量をほぼゼロから100%流量の間、またはその間のどこかに調整することができる。カラー38での熱膨張を調整する機構により、隣接するハイブリッドベアリング表面(118/120)での小さなギャップ高さが実現する。代わりに、さらにコンパクトな実施例Bが図102〜103に示されており、ここで、ハイブリッドスラストベアリング面(129A、129B、139A、139B)は、ロータの球形中心77に軸方向に十分に近接し、熱膨張を大幅に低減して、望ましい動作温度範囲で十分小さいものとすることができる。
[0216]回転式流体流動装置(20)において:凹状フルスト球形のハウジング面(114)を有するハウジング(55)と;前記内側ハウジング面(114)に隣接する凸状フルスト球形の第1のロータ外面(62)と、少なくとも1つのバレー(82)を規定する少なくとも1つのローブ(78)と、前記第1のロータ外面(62)の半径方向中心にある第1のロータ中心(77)とを有する第1のロータ(76)と;前記第1のロータ外面(62)上に形成された第1のロータ静圧ベアリング(134)とを具え;当該第1のロータ静圧ベアリング(134)は、前記第1のロータ外面(62)を通る少なくとも1つの第1のロータ流体ポート(108)と、前記第1のロータ流体ポート(108)の周りのベアリングポケット(208)を規定する表面と、前記ベアリングポケット(208)の周りのランディング(206)とを具え;前記ランディング(206)は、前記第1のロータ(76)の中心(77)に対して前記ベアリングポケット(208)から半径方向外側に突出しており;前記ランディング(206)は、前記内側ハウジング面(114)に直接隣接してそこに流体シールを形成する。本書記載の回転式流体流動装置(20)はさらに、一例において:各ローブ(78)の前記第1のロータ外面(62)上の少なくとも1つの第1のロータのランディング(206)のアレイ(593)で形成された第1のロータ静圧ベアリング(134)を具え;前記アレイ(593)は、前記第1のロータ(76)の各ローブ(78)で実質的に同一である。前記回転式流体流動装置(20)は、前記第1のロータ静圧ベアリング(134)が多次元アレイ(593)であるように配置されてもよい。前記回転式流体流動装置(20)は、前記流体静圧ベアリング(134)が、ベアリング流体供給圧力で、前記第1のロータ流体ポート(108)と流体連通するベアリング流体の供給源と;前記ハウジング(55)を通り、前記第1のロータのバレー(82)によって部分的に規定されたチャンバ(144)への流体導管(186)を有する作動流体の供給源とを具え、前記作動流体は、前記第1のロータ(76)が前記ハウジング(55)に対して回転するのに伴って前記チャンバ(144)内で作動流体圧力へと圧縮され;前記ベアリング流体供給圧力は、前記作動流体圧力より上であるように構成され得る。前記回転式流体流動装置(20)は、さらに:前記内側ハウジング表面(114)に隣接する凸状フルスト球形の第1のロータ外面(36)を有する第2のロータ(28)と、少なくとも1つのバレー(82)を形成する少なくとも1つのローブ(78)とを具え、前記第2のロータのバレー(82)は前記第1のロータ(76)のローブ(78)の周りに配置され、前記第1のロータの外面(36)の半径方向中心にある第2のロータ中心(77)と;前記第2のロータ外面(36)上に形成された第2のロータ静圧ベアリング(136)を具え、前記第2のロータ静圧ベアリング(136)は;前記第2のロータ外面(36)を通る少なくとも1つの第2のロータ流体ポート(108)と、前記第2のロータ流体ポート(108)の周りにベアリングポケット(208)を規定する表面と、前記ベアリングポケット(208)の周りのランディング(206)とを具え;前記ベアリングのランディング(206)は、前記第1のロータ(76)の中心(77)に対して前記ベアリングポケット(208)から半径方向外側に突出しており、前記ランディング(206)は、前記内側ハウジング面(114)に直接隣接している。前記回転式流体流動装置(20)は、少なくとも前記第1のロータ静圧ベアリング(134)が、前記第1のロータ(76)のバレー(82)から半径方向にオフセットされるように配置され得る。前記回転式流体流動装置(20)は、前記第1のロータ静圧ベアリング(134)が、前記バレー(82)に排出するように構成されてもよい。前記回転式流体流動装置(20)はさらに、前記第1のロータ(76)から延びる第1のシャフト(64)を具え、当該第1のシャフト(64)は、前記第1のロータ(76)のローブ(78)に軸方向に対向し;前記第1のロータ流体ポート(108)と流体連通する流体導管(216)と;前記第1のシャフト(64)に沿ってほぼ軸方向に延びる流体導管(216)とを具え得る。前記回転式流体流動装置(20)はさらに:前記第2のロータ(28)のローブ(78)に軸方向に対向する前記第2のロータから延びる第2のシャフト(40)と;前記第2のロータ静圧ベアリング(136)と流体連通する流体導管(212)と;前記第2のシャフト(40)に沿ってほぼ軸方向に延びる流体導管(212)とを具え得る。
前記第1のロータの回転軸からオフセットされこれと交差する回転軸(637)とを有する第2のロータ(28B)とを具え;前記第1のロータのローブ、前記第2のロータのバレーが第1のロータチャンバ(144A)を形成し;前記第2のロータのローブ、前記第1のロータのバレーが第2のロータチャンバ(144B)を形成し;そして、前記第1のロータチャンバ(144A)と前記第2のロータチャンバ(144B)との間に流体導管を形成する第1のロータ軸面(83B)の溝(661)を具える。前記回転式流体流動装置(20)において、前記溝(661)によって形成された流体導管は断続的に封止されるように構成されてもよい。前記回転式流体流動装置(20)がさらに、前記第2のロータ(28)のバレー(82A)に排出ポート(197A)を具えてもよい。前記回転式流体流動装置(20)がさらに、前記排出ポート(197A)と流体連通する流体導管(669)と、前記第2のロータ(28)に固定されたシャフト(4141)とを具えることができる。
Claims (48)
- 回転式流体流動装置(20)において:
凹状フルスト球形のハウジング面(114)を有するハウジング(55)と;
前記内側ハウジング面(114)に隣接する凸状フルスト球形の第1のロータ外面(62)と、少なくとも1つのバレー(82)を規定する少なくとも1つのローブ(78)と、前記第1のロータ外面(62)の半径方向中心にある第1のロータ中心(77)とを有する第1のロータ(76)と;
前記第1のロータ外面(62)上に形成された第1のロータ静圧ベアリング(134)とを具え;
当該第1のロータ静圧ベアリング(134)は、前記第1のロータ外面(62)を通る少なくとも1つの第1のロータ流体ポート(108)と、前記第1のロータ流体ポート(108)の周りのベアリングポケット(208)を規定する表面と、前記ベアリングポケット(208)の周りのランディング(206)とを具え;
前記ランディング(206)は、前記第1のロータ(76)の中心(77)に対して前記ベアリングポケット(208)から半径方向外側に突出しており;
前記ランディング(206)は、前記内側ハウジング面(114)に直接隣接してそこに流体シールを形成することを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の回転式流体流動装置(20)がさらに:
各ローブ(78)の前記第1のロータ外面(62)上の少なくとも1つの第1のロータランディング(206)のアレイ(594)で形成された第1のロータ静圧ベアリング(134)を具え;
前記アレイ(594)は、前記第1のロータ(76)の各ローブ(78)で実質的に同一であることを特徴とする装置。 - 請求項2に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記第1のロータ静圧ベアリング(134)は多次元アレイ(594)のものであることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記流体静圧ベアリング(134)が:
ベアリング流体供給圧力で、前記第1のロータ流体ポート(108)と流体連通するベアリング流体の供給源と;
前記ハウジング(55)を通り、前記第1のロータのバレー(82)によって部分的に規定されたチャンバ(144)への流体導管(186)を有する作動流体の供給源とを具え、前記作動流体は、前記第1のロータ(76)が前記ハウジング(55)に対して回転するのに伴って前記チャンバ(144)内で作動流体圧力へと圧縮され;
前記ベアリング流体供給圧力は、前記作動流体圧力より上であることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の回転式流体流動装置(20)において、さらに:
第2のロータ(28)であって、前記内側ハウジング表面(114)に隣接する凸状フルスト球形の第1のロータ外面(36)と、少なくとも1つのバレー(82)を形成する少なくとも1つのローブ(78)とを具え、前記第2のロータのバレー(82)は前記第1のロータ(76)のローブ(78)の周りに配置され、前記第1のロータの外面(36)の半径方向中心にある第2のロータ中心(77)と
を有する第2のロータ(28)と;
前記第2のロータ外面(36)上に形成された第2のロータ静圧ベアリング(136)を具え、
前記第2のロータ静圧ベアリング(136)は;前記第2のロータ外面(36)を通る少なくとも1つの第2のロータ流体ポート(108)と、前記第2のロータ流体ポート(108)の周りにベアリングポケット(208)を規定する表面と、前記ベアリングポケット(208)の周りのランディング(206)とを具え;
前記ベアリングのランディング(206)は、前記第2のロータ(28)の中心(77)に対して前記ベアリングポケット(208)から半径方向外側に突出しており、
前記ランディング(206)は、前記内側ハウジング面(114)に直接隣接していることを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の回転式流体流動装置(20)において、少なくとも前記第1のロータ静圧ベアリング(134)が、前記第1のロータ(76)のバレー(82)から半径方向にオフセットされていることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記第1のロータ静圧ベアリング(134)が、前記バレー(82)に排出するように構成されることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の回転式流体流動装置(20)がさらに:
前記第1のロータ(76)から延びる第1のシャフト(64)を具え、当該第1のシャフト(64)は、前記第1のロータ(76)のローブ(78)に軸方向に対向し;
前記第1のロータ流体ポート(108)と流体連通する流体導管(216)とを具え、;
当該流体導管(216)は、前記第1のシャフト(64)に沿ってほぼ軸方向に延びることを特徴とする装置。 - 請求項8に記載の回転式流体流動装置(20)がさらに:
前記第2のロータ(28)のローブ(78)に軸方向に対向する前記第2のロータから延びる第2のシャフト(40)と;
前記第2のロータ静圧ベアリング(136)と流体連通する流体導管(212)とを具え;
当該流体導管(212)は、前記第2のシャフト(40)に沿ってほぼ軸方向に延びることを特徴とする装置。 - 回転式流体流動装置(20)において:
内側ハウジング面(114)に隣接する凸状フルスト球形の第1のロータ外面(62)と、少なくとも1つのバレー(82)を形成する少なくとも1つのローブ(78)と、前記第1のロータ外面(62)の半径方向中心にある第1のロータ中心(77)とを有する第1のロータ(76)を具え;
当該第1のロータ(76)は、前記ローブ(78)、バレー(82)の半径方向中心に第1のロータインサート表面(86)を具え、当該第1のロータインサート表面(86)は、前記第1のロータ(76)の回転軸(639)にほぼ平行な軸を有し;
前記第1のロータインサート表面(86)内に取り外し可能に配置されたインサート(94)を具え;
当該インサート(94)は、第2のロータ(28)と協働して、そこに流体シールを形成するように構成されている
ことを特徴とする装置。 - 請求項10に記載の回転式流体流動装置(20)はさらに:
前記インサート(94)が、フルスト球形の内面(98)を有し;
当該インサート(94)のフルスト球形の内面(98)に取り外し可能に挿入されたフルスト球形インサート(92/96)を具えることを特徴とする装置。 - 請求項10に記載の回転式流体流動装置(20)はさらに:
前記第2のロータ(28)が、当該第2のロータ(28)のローブ(78)、バレー(82)の半径方向中心に第2のロータインサート表面(86)を有し、前記第2のインサート表面(86)は、前記第2のロータ(28)の回転軸(637)にほぼ平行な軸を有し;
前記第2のロータインサート表面(86)内に取り外し可能に配置されたインサート(90)を具え;
前記第2のロータのインサート(90)は、前記第1のロータ(76)のインサート(94)と協働してそこに流体シールを形成するように構成されていることを特徴とする装置。 - 請求項12に記載の回転式流体流動装置(20)はさらに:
前記インサート(90)上の少なくとも1つの流体インジェクタ(110)を具え;
当該少なくとも1つの流体インジェクタ(110)は、前記第2のロータ(28)のバレー(82)と実質的に整列しており;
前記第2のロータ(28)の回転軸にほぼ平行な前記第2のロータ(28)まで前記インサート(90)を通って延びる少なくとも1つの流体インサート導管(153)を具え;
前記流体インサート導管(153)は、前記第2のロータ(28)を通って延びることを特徴とする装置。 - 請求項13に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記流体インジェクタ(110)がインサート(90)に取り外し可能に取り付けられることを特徴とする装置。
- 請求項16に記載の回転式流体流動装置において、前記流体インジェクタ(110)に選択的に冷却流体が供給されることを特徴とする装置。
- 請求項13に記載の回転式流体流動装置(20)において:
前記第2のロータ(28)が、ほぼ円筒形状の外面を有するシャフト(40)に取り付けられており;
前記流体インサート導管(153)から前記第2のシャフト(40)内をほぼ軸方向に延びる流体シャフト表面開口部(152)と;
前記シャフト(40)の周りのハウジング(55)から前記流体インジェクタ(110)への流体の通過を可能にするために前記シャフト表面開口部(152)と整列した前記ハウジング(55)上のハウジング導管(150)とを具えることを特徴とする装置。 - 請求項16に記載の回転式流体流動装置において:
各インサート導管(153)に流体接続された複数の半径方向に対向するシャフト表面開口部(152)を具えることを特徴とする装置。 - 請求項16に記載の回転式流体流動装置(20)において:
前記シャフト表面開口部(152)の周りで前記シャフト(40)を取り囲む、前記ハウジング(55)に取り付けられたスライドスリーブ(158)を具え;
当該スライドスリーブ(158)は、貫通する開口部(146)を規定する複数の表面を有し;
当該開口部(146)は、1つ以上のシャフト表面開口部(152)と順次整列して、前記ハウジング流体導管(150)と流体インジェクタ(110)との間に断続的な流体導管を提供することを特徴とする装置。 - 請求項18に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記スリーブ(154)が:
貫通する開口部(148)を規定する表面を有する内側スリーブ(156)と;
当該内部スリーブ(156)を通る開口部(148)を規定する表面と位置合わせされた貫通する開口部(146)を規定する表面を有するスライドスリーブ(158)とを具え;
当該スライドスリーブ(158)は、前記内側スリーブ(156)にシールされ、それに対して回転して、前記インジェクタ(110)への流体流動を選択的に制限するように、前記内側スリーブを通る開口部(148)を規定する表面に対して前記スライドスリーブを通る開口部(146)を規定する表面の位置合わせを調整するように構成されることを特徴とする装置。 - 請求項16に記載の回転式流体流動装置(20)において:
貫通する開口部(159)を規定する表面を有する内側スリーブ(627)を具え;
当該内側スリーブ(627)の開口部(159)は流体が選択的に供給されることを特徴とする装置。 - 請求項12に記載の回転式流体流動装置(20)において、
前記第1のロータ内面(86)が、フルスト円筒形(frusto-cylindrical)、円錐台形(frusto-conic)、および多面プリズムからなるリストから選択される幾何学的形状であることを特徴とする装置。 - 回転式流体流動装置(20)であって:
ハウジング(55)と;
当該ハウジング(55)内のロータシャフト(64)と、前記ハウジングの内面(114)に係合する静圧ベアリング(134)を有する外面とを有する第1のロータ(76)と;
前記ロータシャフト(64)に取り付けられたカラー(38)とを具え;
当該カラー(38)は、前記第1のロータ(76)に軸方向に面する前面を有し;
前記カラー(38)は、前記第1のロータ(76)から軸方向反対側に向いた後面を有し;
前記カラー(38)の前面に係合する前方自己補償静圧ベアリング(118)を具え;
当該前方自己補償静圧ベアリング(118)は、前記第1のロータ外面と前記ハウジング(55)の内面(114)との間に前記静圧ベアリング(134)によって及ぼされる力を相殺することを特徴とする装置。 - 請求項22に記載の回転式流体流動装置(20)がさらに:
前記カラー(38)の後面に係合する後方自己補償静圧ベアリング(120)を具え;
当該後方自己補償静圧ベアリング(120)は、前記ハウジング(55)によって部分的に規定された圧縮チャンバ(144)内の作動流体の圧力誘導力によって及ぼされる力を相殺するように構成されることを特徴とする装置。 - 請求項22に記載の回転式流体流動装置(20)がさらに:
前記第1のロータ(76)を第2のロータ(28)に機械的に接続するギア装置を具え;
前記カラー(38)は前記ギア装置と協働して、前記第1のロータ(76)を前記第2のロータ(28)に対して割り出す(index)ことを特徴とする装置。 - 回転式流体流動装置(20)において:
ハウジング(55)と;
前記ハウジング(55)内にロータシャフト(40)を有する第1のロータ(76)と;
前記ハウジングの内面(114)に係合する静圧ベアリング(134)を有する外面と;
前記ロータシャフト(40)に取り付けられたカラー(38)とを具え;
前記カラー(38)は、前記第1のロータ(76)に軸方向に面する前面を有し;
前記カラー(38)は、前記第1のロータ(76)から軸方向反対側に向いた後面を有し;
前記カラー(38)の後面と係合する後方自己補償静圧ベアリング(42120)を具え;
当該後方自己補償静圧ベアリング(42120)は、チャンバ(144)内の作動流体の圧力誘起の力によってかかる力を相殺するように構成されることを特徴とする装置。 - 回転式流体流動装置(20)において:
凸状フルスト球形の内側ハウジング面(114)を有するハウジング(55)と;
前記内側ハウジング面(114)に隣接する凸状のフルスト球形の第1のロータ外面(62)と、それらの間にバレー(82)を形成する複数のローブ(78)と;
前記第1のロータ外面(62)の半径方向中心にある第1のロータ中心(77)とを有する第1のロータ(76)と;
フルスト球形の第2のロータ外面(36)と、それらの間にバレーを形成する複数のローブと、前記第2のロータ外面(36)の半径方向中心にある第2のロータ中心(77)とを有する第2のロータ(28);
ギア装置であって:
前記第1のロータ(76)に連結された第1のギア(38B)と;
前記第2のロータ(28)に連結された第2のギア(38A)と;
前記第1のギア(38B)と係合する第3のギア(122B)と;
前記第3のギア(122B)および前記第2のギア(38A)と係合する第4のギア(122A)とを有するギア装置とを具え;
したがって、前記ギア装置は、前記第1のロータ(76)と第2のロータ(28)との間で回転トルクを伝達することを特徴とする装置。 - 請求項26に記載の回転式流体流動装置において、前記第3のギア(122B)および前記第4のギア(122A)は共通のシャフト(126’)に固定され共に回転することを特徴とする装置。
- 静圧ベアリング(620)において:
少なくとも1つのベアリングポケット(284)を囲む第1の外側ベアリングランディング(290)と;
前記第1の外側ベアリングランディング(290)のすぐ隣の当接面(671’)を有する当接構成要素(671)とを具え;
ここで、前記静圧ベアリング(620)は、前記当接構成要素(671)の当接面(671)に対して移動するように構成されており;
前記第1のベアリングランディングに囲まれた少なくとも1つの第1の流体ポート(270/394)を具え;
第1の流体ポート(270)は、ベアリングポケット(284)と表面(671’)との間の静圧ベアリング(620)を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成されていることを特徴とする装置。 - 請求項28に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
前記第1の流体ポート(270)を囲む制限部(restriction)を形成する少なくとも1つの第1のリストリクタランディング(272)と;
当該第1のリストリクタランディング(272)を囲む少なくとも1つの第1のリストリクタ溝(274)と;
前記当接面(671’)のすぐ隣の中間ランディング(276)とを具え;
当該中間ランディング(276)は前記第1のリストリクタ溝(274)を囲んでおり;
ベアリングポケット(284)と前記第1の外側ベアリングランディング(290)は前記中間ランディング(276)を囲んでいることを特徴とする静圧ベアリング。 - 請求項28に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
前記第1の流体ポート(270)を囲む制限部を形成する少なくとも1つの第1のリストリクタランディング(272)と;
当該第1のリストリクタランディング(272)を囲む少なくとも1つの第1のリストリクタ溝(274)と;
前記当接面(671’)のすぐ隣の中間ランディング(276)とを具え;
前記中間ランディング(276)は前記第1のリストリクタ溝(274)を囲んでおり;
ベアリングポケット(284)と前記第1の外側ベアリングランディング(290)は、前記中間ランディング(276)と向かい合っていることを特徴とする静圧ベアリング。 - 請求項28に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
前記第1の外側ベアリングランディングと正反対の第2の外側ベアリングランディング(290)を具え;
前記第2の外側ベアリングランディング(290)は少なくとも1つのベアリングポケット(284)を囲んでおり;
前記第2の外側ベアリングランディング(276)のすぐ隣の当接面(671’)を有する当接構成要素(671)と;
前記第2の外側ベアリングランディング290に囲まれた少なくとも1つの第1の流体ポート(270)と;
前記ベアリングポケット(284)と表面(671)との間の静圧ベアリング(620)を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成された第1の流体ポート(270)とを具えることを特徴とする静圧ベアリング。 - 請求項31に記載の静圧ベアリング(620)において、前記第2の外側ベアリングランディング(290)が、シャフトの表面の前記第1の外側ベアリングランディング(290)に対して正反対であり横方向にオフセットされていることを特徴とする静圧ベアリング。
- 請求項32に記載の静圧ベアリング(620)において、前記第2の外側ベアリングランディング(290)がシャフトの表面上の前記第1の外側ベアリングランディング(290)に対して正反対であり横方向にオフセットされて配置され、前記第2の外側ベアリングランディングは、シャフトの回転軸に対して、前記第1外側ベアリングランディングから半径方向に対向し横方向にオフセットされていることを特徴とする静圧ベアリング。
- 請求項28に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
前記第1の外側ベアリングランディングに横方向に隣接する第2の外側ベアリングランディング(290)と;
少なくとも1つのベアリングポケット(284)を囲む第2の外側ベアリングランディング(290)とを具え;
前記当接面(671’)は前記第2の外側ベアリングランディング(276)に直接隣接し;
前記第2のベアリングランディング(290)に囲まれた少なくとも1つの液体ポート(270)を具え;
当該流体ポート(270)は、前記ベアリングポケット(284)と表面(671’)との間の静圧ベアリング(620)を通して圧力下でベアリング流体を供給するように構成されていることを特徴とする静圧ベアリング。 - 請求項28に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
第2の流体ポート(286)を具え;
当該第2の流体ポート(286)は前記ベアリングポケット(284)と直接流体連通していることを特徴とする静圧ベアリング。 - 請求項35に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
第3の流体ポート(604)を具え;
当該第3の流体ポート(604)は、前記第1のリストリクタ溝(274)と直接流体連通していることを特徴とする静圧ベアリング。 - 請求項28に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
前記第1の外側ベアリングランディング(290)に対して正反対の第2の外側ベアリングランディングを具え;
当該第2の外側ベアリングランディング(290)は少なくとも1つのベアリングポケット(284)を囲んでおり;
前記第2の外側ベアリングランディング(276)のすぐ隣の当接面(671’)を有する当接構成要素(671)と;
前記第2の外側ベアリングランディング(290)に囲まれた少なくとも1つの第1の流体ポート(270)とを具え;
前記第1の流体ポート(270)は、前記第1のベアリングランディングに囲まれた流体ポート(270/394)と流体連通している第2の外側ベアリングランディング(290)によって囲まれていることを特徴とする静圧ベアリング。 - 請求項28に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
前記第1のロータ流体ポート(108)に設けられた毛管リストリクタ(348)を具えることを特徴とする静圧ベアリング。 - 請求項28に記載の静圧ベアリング(620)がさらに:
前記毛管リストリクタ(348)に取り付けられた毛管(344)を具えることを特徴とする静圧ベアリング。 - 回転式流体流動装置(20)において:
スライド一次ゲートアセンブリ(31)であって、
第1のロータ(76)のローブ(78)とバレー(82)、および第2ロータ(28)のローブ(78)とバレー(82)によって部分的に規定されたチャンバ(144)を選択的に流体結合する排出プレナム(669)と、前記第1のロータ(76)および前記第2のロータ(28)の周りのハウジング(55)の内面とを具えるスライド一次ゲートアセンブリ(31)と;
前記チャンバ(144)と流体連通している排出ポート(197)と;
前記排出ポート(197)と排出プレナム(669)との間に選択的に流体連通を提供する一次ゲート(171)とを具えることを特徴とする装置。 - 請求項40に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記排出プレナム(669)が、前記第2のロータ(28)に固定されたシャフト(41)の内面を有することを特徴とする装置。
- 請求項40に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記一次ゲート(171)が軸方向に前記排出プレナム(669)内に延びることを特徴とする装置。
- 請求項40に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記一次ゲート(171)は前記ハウジング(55)に固定されることを特徴とする装置。
- 回転式流体流動装置(20)において:
少なくとも1つのローブ(78B)と、少なくとも1つのバレー(82B)と、回転軸(639)とを有する第1のロータ(76)と;
少なくとも1つのローブ(78A)と、少なくとも1つのバレー(82A)と、前記第1のロータの回転軸からオフセットされこれと交差する回転軸(637)とを有する第2のロータ(28)とを具え;
前記第1のロータのローブ、前記第2のロータのバレーが第1のロータチャンバ(144A)を形成し;
前記第2のロータのローブ、前記第1のロータのバレーが第2のロータチャンバ(144B)を形成し;
前記第1のロータチャンバ(144A)と前記第2のロータチャンバ(144B)との間に流体導管を形成する第1のロータ軸面(83B)の溝(661)を具えることを特徴とする装置。 - 請求項44に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記溝(661)によって形成された流体導管は断続的に封止されることを特徴とする装置。
- 請求項44に記載の回転式流体流動装置(20)がさらに、前記第2のロータ(28)のバレー(82A)に排出ポート(197A)を具えることを特徴とする装置。
- 請求項46に記載の回転式流体流動装置(20)において、前記排出ポート(197A)と流体連通する流体導管(669)と、前記第2のロータ(28)に固定されたシャフト(4141)とを具えることを特徴とする装置。
- 流体インジェクタ(109)であって:
外面(125)と;
当該外面(125)を通る流体導管を形成する流体インジェクタ穴(121)を規定する少なくとも1つの表面とを具え;
前記流体インジェクタ(109)は、インジェクタ脚部(128)から突出するフット表面(117)を有する少なくとも1つのインジェクタ脚部(128)を具え;
前記フット表面(117)は、前記インジェクタ穴(121)と整列した先細りの流体インジェクタ表面(119)に隣接し;
前記流体インジェクタ(109)は、前記流体インジェクタ穴(121)を通るように向けられた力が前記先細りの流体インジェクタ表面(119)にかかると、前記流体インジェクタ(109)を偏向させ、受容構成要素(97)から前記流体インジェクタ(109)を解放するように構成されることを特徴とするインジェクタ。
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