JP2023534398A - 流体処理装置用補償アセンブリ並びに関連する装置、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

流体の少なくとも１つの特性を変更するためのポンプ及び流体処理装置、並びに関連する方法は、液圧インサートがハウジング内で移動できるようにする少なくとも１つの付勢要素を含む補償アセンブリを備える。

Description

この出願は、「流体処理装置用補償アセンブリ並びに関連する装置、システム、及び方法」に関して２０２０年７月１４日に提出されたに対するイタリア特許出願第１０２０２０００００１７０９５号、及び、「流量制御装置並びに関連するシステム及び方法」に関して２０２０年１０月１３日提出された米国特許出願第１７／０６９，６４５号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ａ）に基づく利益を主張し、これらの出願のそれぞれの開示内容は、これを参照することによりその全体が本願に組み入れられる。

本開示は、一般に、流体処理装置用の補償アセンブリに関する。より詳細には、本開示の実施例は、ポンプ及び関連する装置、システム、及び方法などの流体処理装置の内部構成要素を付勢するための補償アセンブリに関する。

産業プロセスは、ポンプ、バルブ、インペラなどを含む液圧システムを伴うことが多い。ポンプ及びバルブは、液圧プロセスで使用される流体の流れを制御するために使用され得る。例えば、一部のポンプは液圧システム内の圧力を増大させる（例えばブーストする）ために使用され、他のポンプは流体をある場所から別の場所に移動させるために使用される。

ポンプインペラ及びディフューザは、互いに協働してターボ機械を回転させ、作動流体にエネルギーを与える周知の構成要素である。１つの従来のポンプ設計では、インペラ（例えばロータ）が回転して流体の運動エネルギーを増大させ、一方、ディフューザ又はハウジング（例えば、しばしばベーンの配列の形態にある）は、インペラの径方向外側で静止したままであり、運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する。ロータを駆動するのに必要なトルクは、一般に、モータによって供給され、回転シャフトを介して、ポンプハウジング内で回転するロータに伝達される。同様に、従来のタービン設計の場合、流体の流れと圧力とがロータに加えられ、これにより、ロータが静止したタービンケーシング内で回転し、ロータによって生成された回転及びトルクが回転シャフトを介して外部発電機に伝達される。

ポンプ又はタービンに関連する難点の１つは、所与の用途の要件を満たすために既存のポンプ又はタービン設計の容量を拡大する能力であり、これには、一般に、ロータの物理的形状及びサイズを再設計し、ロータをより高速に動作させる、及び／又は、更なるロータを追加する必要がある。

ポンプによって生成される全揚程は、ロータ直径及びその回転速度の関数であり、一方、所与のロータ直径及び速度における流量送出は、ロータ幅によって決定される。所与のロータ設計について、最大ロータ速度は、モータが発生できるトルクの量によって制限される。回転速度は、モータの駆動に使用されるインバータの周波数制限と、ロータの入口で利用可能な正味吸込みヘッド（ＮＰＳＨ）の両方によっても制限される。

ロータの数を増やすことによって出力を増大させることは、ポンプ又はタービンの設計にとって問題になる可能性もある。例えば、多段ポンプ又はタービンでは、単一の大型モータが共通シャフトを介して複数のロータにトルクを供給する、又は、単一の大型の発電機が共通シャフトを介して複数のロータからトルクを受ける。この手法は、一般に、大きく嵩張るモータ又は発電機を必要とし、更に、ロータの段数が増えるにつれて、シャフトの直径を大きくし、長さを長くする必要があるため、全てのロータのトルクと重量とを合わせて受け入れる可能性がある。シャフトの長さ（２つの支持ベアリング間の距離など）を最小限に抑えると、ポンプの回転力学の問題を回避するために、的確なシャフト剛性を保証できる利点がある。

更に、各インペラ段の固有の機能特性に起因して、生成された液圧がそれぞれの個々のインペラで軸方向スラストを生み出す。それぞれの個々のインペラによって決定される全ての個々のスラスト荷重の合計が非常に大きくなり、通常のポンプ動作を可能にするために同時スラスト荷重を実質的に等しくすることができる反対のスラスト荷重をもたらすバランス装置（例えば、バランスドラム）の使用を必要とし得る。

様々な実施例は、流体の少なくとも１つの特性を変更するためのポンプを含むことができる。ポンプは、外側ハウジングと、外側ハウジング内に配置されるポンプ段とを含むことができる。ポンプ段の各ポンプ段は、インペラと、インペラを少なくとも部分的に収容するディフューザとを含むことができる。ポンプは、外側ハウジング内に配置されるシャフトを更に含むことができ、ポンプ段のそれぞれのインペラがシャフトに結合され、流体がポンプ段のそれぞれを通じて移動するときに流体の少なくとも１つの特性を変更するためにシャフトが該シャフトの軸の周りで各インペラを回転させるようになっている。ポンプは、ポンプ段の第１のセットとポンプ段の第２のセットとの間に配置されるクロスオーバー要素を更に含むことができ、クロスオーバー要素は、ポンプ段の第１のセットとポンプ段の第２のセットとの間の流体連通を可能にするようになっている。ポンプは、外側ハウジング内に配置される補償アセンブリを更に含むことができ、補償アセンブリは、該補償アセンブリを初期位置に付勢するための少なくとも１つの付勢要素を備え、この場合、補償アセンブリは、ポンプ段の第２のセットが外側ハウジング内において、ポンプ段の第１のセット又はクロスオーバー要素のうちの少なくとも一方に対してシャフトの軸に沿う軸方向で少なくとも１つの付勢要素の付勢力に抗して移動できるようにするようになっている。

他の実施例は、流体の少なくとも１つの特性を変更するための流体処理装置を含むことができ、該流体処理装置は、外側ハウジングと、外側ハウジング内に配置される第１の液圧インサートであって、流体が第１の液圧インサートの１つ以上の段を通じて移動するときに流体の少なくとも１つの特性を変更するようになっている、第１の液圧インサートとを含む。流体処理装置は、第１の液圧インサートと流体連通状態で外側ハウジング内に配置される第２の液圧インサートであって、流体が第２の液圧インサートの１つ以上の更なる段を通じて移動するときに流体の少なくとも１つの特性を変更するようになっている、第２の液圧インサートを更に含むことができる。流体処理装置は、第１の液圧インサートと第２の液圧インサートとの間に配置されるクロスオーバー要素であって、第１の液圧インサートと第２の液圧インサートとの間の流体連通を可能にするようになっている、クロスオーバー要素を更に含むことができる。流体処理装置は、外側ハウジング内に配置され、１つ以上の付勢要素を備える補償アセンブリであって、１つ以上の付勢要素の付勢力に打ち勝つのに十分な第２の液圧インサートに加えられる力に応答して第２の液圧インサートが外側ハウジング内で外側ハウジングに対して軸方向に移動できるようにするようになっている、補償アセンブリを更に含むことができる。

他の実施例は、ポンプ内の少なくとも１つの液圧インサートに予荷重を加える方法を含むことができ、該方法は、ポンプの外側ハウジング内に少なくとも１つの液圧インサートを配置するステップと、外側ハウジング内の補償アセンブリの少なくとも１つの付勢要素に予荷重を加えるために、少なくとも１つの液圧インサートを外側ハウジング内のクロスオーバー要素内へと押し込むステップであって、クロスオーバー要素が、少なくとも１つの液圧インサートとポンプの他の部分との間で流体の流れを可能にする、ステップと、補償アセンブリの少なくとも１つの付勢要素に予荷重が加えられた状態で外側ハウジング内の少なくとも１つの液圧インサートを囲繞するステップとを含む。

本明細書は、本開示の実施例と見なされるものを特に指摘して明確に主張する請求項で結論付けているが、本開示の実施例の様々な特徴及び利点は、以下の添付図面と併せて読むと、本開示の実施例の実例の以下の説明からより容易に確認することができる。

本開示の一実施例に係る補償アセンブリを含むポンプの断面図である。 本開示の一実施例に係る補償アセンブリの部分切断等角図である。 本開示の一実施例に係るポンプ内に配置される補償アセンブリの断面図である。 本開示の一実施例に係る第１の無負荷位置にあるポンプ内に配置される補償アセンブリの断面図である。 本開示の一実施例に係る第２の部分負荷位置にあるポンプ内に配置される補償アセンブリの断面図である。 本開示の一実施例に係る第３の最大負荷位置にあるポンプ内に配置される補償アセンブリの断面図である。

本明細書に提示される図は、特定の流体交換器又はその構成要素の実際の図であることを意味するものではなく、例示的な実施例を説明するために使用される単なる理想化された表示である。図面は必ずしも原寸に比例しない。図間で共通の要素は、同じ番号指定を保持する場合がある。

本明細書で使用される「第１」、「第２」、「上端」、「下端」などの関係用語は、一般に、本開示及び添付図面を理解する上での明確さと便宜のために使用され、文脈が明確にそうでないことを示している場合を除き、生得的なものではない、特定の好み、向き、又は順序に依存する。

本明細書で使用される用語「及び／又は」は、関連する列挙項目のうちの１つ以上の任意の及び全ての組み合わせを意味して含む。

本明細書で使用される「垂直」及び「横方向」という用語は、図に示される際の向きを指す。

本明細書で使用される用語「実質的に」又は「約」は、所与のパラメータに関して、所与のパラメータ、特性、又は状態が許容可能な製造公差内などの僅かな程度の不一致を伴って満たされることを当業者が理解する程度まで意味して含む。例えば、実質的に満たされるパラメータは、少なくとも９０％満たされ、少なくとも９５％満たされ、少なくとも９９％満たされ、或いは更には１００％満たされ得る。

本明細書で使用される「流体」という用語は、任意のタイプ及び組成の流体を意味して含むことができる。流体は、液体の形態、気体の形態、又はそれらの組み合わせをとることができ、場合によっては、何らかの固体材料を含むことができる。幾つかの実施例において、流体は、本明細書に記載の冷却又は加熱プロセス中に液体形態と気体形態との間で変換し得る。幾つかの実施例において、流体という用語は、気体、液体、及び／又は液体と固体との圧送可能な混合物を含む。

本開示の実施例に係る補償アセンブリは、ポンプ又はタービンなどの流体処理装置における荷重及び熱膨張の補償をもたらすことができる。例えば、幾つかの実施例は、スラスト荷重（例えば、対向段ポンプ設計における対向スラスト荷重）を補償することができ且つ液圧カートリッジの内部構成要素（例えば、それぞれがインペラを含む段の１つ以上のインサート）の軸方向予荷重をもたらすことができる一体型補償アセンブリ又はシステムを含むことができる。

本開示の実施例は、タービンとしても特徴付けられ得るポンプを含む。幾つかの実施例では、多段ポンプは、以下で論じるように、幾つかの対向する段を含むことができる。そのような押し付け型多段ポンプは、インライン段を有する多段ポンプのポンプ特性の大部分又は全てを含み、インライン段はそれぞれ一般に整列されている。しかしながら、押し付け型多段ポンプは、液圧スラスト荷重を実質的に自己平衡化するという利点を有し得る。結果として得られるポンプ設計は、実質的に残留する全体的なスラスト荷重を有することができ、比較的安定し、動作状態及び内部構成要素の摩耗の影響を受けにくくなる可能性がある。更に、そのような設計により、大幅なコスト削減と操作の簡素化とともに、自己潤滑式の標準スラストベアリングの使用が可能になる場合がある。

対向インペラポンプに実装される場合、補償要素又はアセンブリは、液圧セットの最終段とポンプの対向段を分離する中央要素との間でポンプの中央に設置され得る（例えば、中央要素にある又は中央要素と一体化する）。そのような実施例では、そのようなポンプ設計における対向段を容易にするために、中央要素（例えば、クロスオーバー要素）を対向段間に配置し、２つの対向するインサート又は液圧段のバンクの間のクロスフローを可能にし得る。本開示の実施例に係る補償要素を含む（例えば、補償要素を収容する）中央要素は、対向段のロータを駆動するシャフトの中央流体軸受として作用する中央スリーブを保持又は固定するように作用し得るとともに、ポンプハウジングに対して段を整列させることができる。本開示の実施例に係る補償要素を含む中心要素は、液圧要素の２つのブロック間の２つの異なる圧力をシールするガスケットを更に保持又は固定することができるとともに、液圧推力を平衡させ、例えばバヨネットタイプのクロージャなど、様々なタイプのクロージャの使用のために内部要素の圧縮を可能にし得る。

本開示の実施例は、ポンプの最終段に一体型補償アセンブリ又はシステムを含むことができる。例えば、一体型補償アセンブリは、ポンプの中央要素に近接して（例えば、中央要素に）配置されてもよく、中央要素は、ポンプの段の１つ以上のセット（例えば、対向段）を分離する。幾つかの実施例において、一体型補償アセンブリは、段のセットの端部に段ディフューザの少なくとも一部（例えば、段ディフューザのセットにおける最後の段ディフューザ）を画定することができる。前述のように、中央要素は、段の対向するセット間での流体の流れを可能にするクロスオーバー要素であってもよい。

補償要素又はアセンブリは、ポンプの１つ以上の段がポンプの軸方向に沿って（例えば、縦軸に沿って、ロータの回転軸に沿ってなど）移動できるようにし得る。そのような移動は、補償アセンブリに軸方向で荷重を加える場合がある。例えば、ポンプ段の１つ以上のセットは、ポンプハウジングに結合されない場合があり、ポンプハウジング内に段を保持するポンプハウジングの部分（例えば、１つ以上のハウジングエンドキャップ）によってのみ拘束される場合がある（例えば、段は、ポンプハウジング内で実質的に自由に浮動することができる）。段の更なる軸方向移動を可能にしながら段に予荷重を加えるために、段のセットのうちの１つ以上が補償要素に押し込まれる場合がある。

本明細書に開示される補償アセンブリの幾つかの実施例は、１つ以上の付勢要素（例えば、ベルビル、クレセント、ドーム、フィンガ、ウェーブ、シングルウェーブワッシャなどのスプリングワッシャなど）を含み、この場合、１つ以上の付勢要素の圧縮振幅により、熱膨張やその他の可変荷重及び／又はポンプの動きの動的補償が可能になる。そのような補償アセンブリは、従来のスタッド及びボルトとは異なる方法で、例えばバヨネットタイプのクロージャを用いて、ハウジング部分（例えば、ポンプケーシングカバークロージャ）の使用を可能にし得る。

本開示の実施例は、段の対向するセットを伴う多段インペラポンプを特に参照して補償アセンブリを議論するが、更なる実施例が他のタイプのポンプ、タービン、及び他の流体処理装置（例えば、インラインインペラポンプなど）において実施されてもよい。

図１は、補償アセンブリ１０２を含むポンプ１００の断面図を示す。図示のように、ポンプ１００は、１つ以上の段１０４を含む多段ポンプ１００を備えることができ、各段１０４はインペラ１０６（例えばロータ）及びディフューザ１０８（例えば、ステータ、段ハウジングなど）を含む。各インペラ１０６は、ポンプ１００の軸（例えば、縦軸）に沿って延在してその軸の周りで回転するとともに外部及び／又は内部モータによって又は別のエネルギー源によって駆動され得る共通シャフト１１０に結合され得る。

対向形態において、隣接する段１０４の各セットは、インサート（例えば、第１のインサート１１２及び第２のインサート１１４）を画定することができる。例えば、第１のインサート１１２は、流体入口１１６に近接して（例えば、流体入口１１６に）配置され得る。入口１１６からの流体を段１０４内へと供給することができ、この場合、各段１０４は、流体が段１０４を通過する際に流体の少なくとも１つの特性（例えば、運動エネルギー、圧力など）を変える。前述したように、各インペラ１０６は、流体を加圧するために、流体をそれぞれの各段１０４に強制的に通す。

流体は、第１のインサート１１２を通過した後、第１のインサート１１２を第２のインサート１１４から分離する中央要素（例えばクロスオーバー要素１１８）に流入することができる。図示のように、クロスオーバー要素１１８は、第１のインサート１１２の最終段１０４のディフューザ１０８の一部（例えば、ディフューザ１０８の軸方向の一方側、ディフューザ１０８の大部分）を画定することができる。クロスオーバー要素１１８内の１つ以上のチャネル１２０により、流体は、第２のインサート１１４に近接する容積まで通過することができる。例えば、流体は、クロスオーバー要素１１８から、第２のインサート１１４と、第２のインサート１１４及び第１のインサート１１２の一方又は両方が受けられる外側ポンプハウジング１２４との間に画定される環状部１２２へと通過することができる。環状部１２２は、第２のインサート１１４の段１０４の周りで軸方向に延在し、径方向チャネル１２６と流体連通することができる。径方向チャネル１２６は、流体を第２のインサート１１４の各段１０４に通過させることができるようにする第２のインサート１１４の第１の段１０４の開口に流体を接続することができる。

流体は、第２のインサート１１４の最後の段又は最終段１０４を通過した後、ポンプ１００の出口１２８へと通過することができる。例えば、流体は最終階１０４を出てクロスオーバー要素１１８に（例えば、クロスオーバー要素１１８内の更なるチャネル１２０を介して）戻ることができる。上記のように、クロスオーバー要素１１８（例えば、及び／又はクロスオーバー要素１１８と一体の補償アセンブリ１０２の一部）は、第２のインサート１１４の最終段１０４のディフューザ１０８の一部（例えば、軸方向の一方側、大部分、全体）を画定することができる。クロスオーバー要素１１８内のチャネル１２０は、第２のインサート１１４と外側ポンプハウジング１２４との間に画定される他の環状部１３０を介して出口１２８と流体連通することができる。

幾つかの実施例では、図示のように、クロスオーバー要素１１８の一部は、外側ポンプハウジング１２４と共に環状部１２２及び他の環状部１３０の一方又は両方の一部を画定することができる。

図示のように、補償アセンブリ１０２は、ポンプ１００の１つ以上の要素の一体部分として画定され得る。例えば、補償アセンブリ１０２は、クロスオーバー要素１１８の一方の軸方向端部に位置することができ、第２のインサート１１４の最終段１０４のディフューザ１０８の少なくとも一部（例えば大部分、全体）を画定できる。例えば、補償アセンブリ１０２は、クロスオーバー要素１１８のチャネル１２０と接続するインペラ１０６から外向きに延びる径方向チャネル１２７を画定することができる。更なる実施例において、補償アセンブリ１０２は、ディフューザ１０８の一部（例えば、軸方向の一方側又はその一部）のみを画定することができ及び／又は別個のディフューザ１０８に結合され得る。

以下でより詳細に説明するように、補償アセンブリ１０２は、ポンプ１００の軸方向で（例えば、ポンプ１００の縦軸に沿って及び／又はインペラ１０６及び／又はシャフト１１０の回転軸に沿って）段１０４（例えば、第２のインサート１１４の段１０４）の１つ以上の移動を可能にし得る。図示のように、補償アセンブリ１０２は一体型ディフューザ１０８を含むことができる。幾つかの実施例において、補償アセンブリ１０２は、第２のインサート１１４の各段１０４と一体化することができ、補償アセンブリ１０２及び第２のインサート１１４は、全体として一緒に単一のユニットとして移動することができる。

補償アセンブリ１０２は、第２のインサート１１４がポンプ１００の別の部分（例えば、クロスオーバー要素１１８、第１のインサート１１２、及び／又は外側ポンプハウジング１２４）に対して移動できるようにし、一方、そのような移動を制動する１つ以上の付勢要素１３２を含むことができる。幾つかの実施例において、付勢要素は、ばねワッシャ（例えば、ベルビル、クレセント、ドーム、指、波、単波ワッシャ）、ばね（例えば、圧縮ばね、板ばね、渦巻きばね）、及び／又は他の弾性的に圧縮可能又は変形可能な材料などのうちの１つ以上を備え得る。

幾つかの実施例において、付勢要素１３２は、クロスオーバー要素１１８から離れた（例えば、離間した）位置に第２のインサート１１４を付勢することができる。付勢要素１３２の変形（例えば、圧縮などの弾性変形）は、第２のインサート１１４がクロスオーバー要素１１８に対して（例えば、クロスオーバー要素１１８に向かって）移動できるようにし得る。例えば、付勢要素１３２の変形は、第２のインサート１１４がクロスオーバー要素１１８に相対的に近づくことができるようにし得る。このように、補償アセンブリ１０２は、付勢要素１３２の付勢力に打ち勝つのに十分な第２のインサート１１４に加えられる力に応答してクロスオーバー要素１１８に比較的近づくことができる。

幾つかの実施例において、補償アセンブリ１０２には、インサート１１２，１１４のうちの１つ以上が外側ポンプハウジング１２４内に配置されるときに荷重が加えられ（例えば、軸方向で予荷重が加えられ）得る。第１のインサート１１２、第２のインサート１１４、及びクロスオーバー要素１１８は、外側ポンプハウジング１２４内に配置され得る（例えば、別々に、１つ以上のグループで、又は組み立てられたユニットとして配置される）。第１のインサート１１２、第２のインサート１１４、及びクロスオーバー要素１１８を外側ポンプハウジング１２４に固定するために、１つ以上のエンドキャップ１３４（例えば、外側ポンプハウジング１２４の各端部にある）を外側ポンプハウジング１２４に結合することができる。

第１のインサート１１２、第２のインサート１１４、及びクロスオーバー要素１１８は、エンドキャップ１３４のうちの少なくとも１つ（例えば、第２のインサート１１４に近接したエンドキャップ１３４）が外側ポンプハウジング１２４内に固定されるときに補償アセンブリ１０２に少なくとも部分的に予荷重が加えられるように寸法付けられてもよい。例えば、付勢要素１３２を変形させる（例えば、弾性的に変形させる）ために、第２のインサート１１４を補償アセンブリ１０２内に押し込むことができる。

以下でより詳細に説明するように、そのような設置予荷重は、付勢要素１３２を部分的にのみ変形させるように選択することができる。補償アセンブリ１０２は、ポンプ１００の動作中及び／又は選択された動作状態中に付勢要素１３２の更なる変形を可能にし得る。

エンドキャップ１３４は、外側ハウジング１２４に（例えば、ボルトで）締結されているように示されるが、幾つかの実施例では、補償アセンブリ１０２は、他の閉鎖アセンブリの使用を可能にし得る。例えば、急速開放クロージャ（例えば、バヨネットクロージャ）がエンドキャップ１３４の一方又は両方で使用されてもよく、バヨネットクロージャは、外側ポンプハウジング１２４内のインサート１１２，１１４に予荷重を加える及び／又はインサート１１２，１１４を固定することができる。

図示のように、エンドキャップ１３４のうちの１つ（例えば、第１のインサート１１２に近接するエンドキャップ１３４）は、外側ハウジング１２４内に挿入することができ、１つ以上の段１０４のディフューザ１０８の少なくとも一部を画定することができる。

図２は、補償アセンブリ２００の部分切断等角図であり、図３は、ポンプ（例えば、ポンプ１００）内に配置された補償アセンブリ２００の断面図である。幾つかの実施例において、補償アセンブリ２００及びポンプ１００の一方又は両方、又はそれらの構成要素は、図１に関して前述したものと同様であり、同じ構成要素を含み得る。

図２及び図３に示されるように、補償アセンブリ２００は、クロスオーバー要素２０２の一部に隣接して配置される。例えば、補償アセンブリ２００は、クロスオーバー要素２０２の一部分内に少なくとも部分的に受けられてもよく、クロスオーバー要素２０２に対して移動してもよい。補償アセンブリ２００及び／又はクロスオーバー要素２０２は、ポンプ１００のシャフト１１０の周りで延在する環状要素として形成されてもよい。上記のように、補償アセンブリ２００は、ポンプ１００の１つ以上のディフューザ１０８の一部、大部分、又は全てを画定することができる。例えば、補償アセンブリ２００は、インペラ１０６にクリアランスを与える１つ以上の内側凹部２０１を画定することができ（図１）、インペラ１０６に流体を供給する及び／又はインペラから流体を導くための１つ以上の流体チャネルを画定する。

補償アセンブリ２００の軸方向端部２０４は、クロスオーバー要素２０２の軸方向端部との界面を成すことができ、クロスオーバー要素２０２の凹部２０６内に少なくとも部分的に受けられ得る。例えば、補償アセンブリ２００の軸方向端部２０４は、凹部２０６内に受けられ得るとともに、クロスオーバー要素２０２に対して（例えば、軸方向に）移動（例えば、スライド、平行移動）し得る。

補償アセンブリ２００の軸方向端部２０４の動きは、１つ以上の方向で拘束され得る。例えば、付勢要素２０８（例えば、ばね、ディスクワッシャ又はばね、ベルビルワッシャ又はばね、それらの組み合わせなど）を補償アセンブリ２００とクロスオーバー要素２０２との間に配置し、これらの要素２００，２０２間の移動を可能にすることができ、一方、補償アセンブリ２００をクロスオーバー要素２０２から離間させるように付勢することによってその動きを制限することもできる。図示のように、付勢要素２０８は、金属材料を備える環状要素（例えば、リング）であってもよい。幾つかの実施例において、付勢要素２０８は、補償アセンブリ２００の軸方向端部２０４の切り欠き又は段部２０９、及びクロスオーバー要素２０２の切り欠き又は段部２１１に配置されてもよい。

補償アセンブリ２００は、付勢要素２０８を少なくとも部分的に取り囲む第１の軸方向アーム又は部分２１０と、補償アセンブリ２００とクロスオーバー要素２０２との間に（例えば、Ｏリングにより）シールを画定する第２の軸方向アーム又は部分２１２とを含むことができる。幾つかの実施例において、第１のアーム２１０及び第２のアーム２１２は、階段状の形態にあり径方向にオフセットされ、クロスオーバー要素２０２の相補的な階段状の凹部２０６に受けられてもよい。

補償アセンブリ２００の移動又は動作の制限は、補償アセンブリ２００及びクロスオーバー要素２０２の軸方向に対向する表面によって規定され得る。例えば、クロスオーバー要素２０２の１つ以上の軸方向表面２１４は、補償アセンブリ２００の動きが凹部２０６内のクロスオーバー要素２０２に向かって更に移動する（例えば、付勢要素２０８の付勢力に抗して移動する）のを防止するために補償アセンブリ２００の１つ以上の軸方向表面２１６又は隣接する段１０４と当接し得る。

反対の軸方向側では、他の表面（例えば停止要素２１８）が、補償アセンブリ２００がクロスオーバー要素２０２から相対的に更に離れて（例えば、凹部２０６から出ることによって）移動することを阻止することができる。停止要素２１８は、クロスオーバー要素２０２内の相補的な径方向に延在する凹部２２０内に着座するリングを備えることができる。図示のように、クロスオーバー要素２０２に対する補償アセンブリ２００の移動は、補償アセンブリ２００及びクロスオーバー要素２０２のそれぞれの軸方向表面２１４，２１６間の１つ以上の隙間２２２を開閉することができる。

幾つかの実施例において、補償アセンブリ２００及びクロスオーバー要素２０２の一方又は両方は、付勢要素２０８のいずれかの軸方向側で流体力を少なくとも部分的に（例えば、実質的に）均衡させるための１つ以上の特徴を含むことができる。例えば、ポンプ１００内の流体が付勢要素２０８の軸方向両側に到達できるようにする１つ以上のスカラップ２２４を補償アセンブリ２００内に画定することができる。１つ以上のスカラップ２２４は、流体によって付勢要素２０８の一方側に加えられる力と、同じ流体により付勢要素２０８の反対側に作用する実質的に同様の力とを釣り合わせるように作用することができる（例えば、圧力差を最小限に抑えるため）。

幾つかの実施例において、クロスオーバー要素２０２は、ポンプ１００内でのクロスオーバー要素２０２の移動を少なくとも部分的に（例えば、完全に）禁止するために、外側ポンプハウジング１２４に（例えば、相補的な階段状の径方向表面により）少なくとも部分的に固定（例えば、シール）され得る。例えば、クロスオーバー要素２０２は、クロスオーバー要素２０２及び外側ポンプハウジング１２４の相補的な階段状表面を用いて外側ポンプハウジング１２４内で実質的に中心付けられ得る。

幾つかの実施例において、補償アセンブリ２００及びクロスオーバー要素２０２の一方又は両方は、付勢要素２０８に予荷重を加えるべく補償アセンブリ２００をクロスオーバー要素２０２に固定するために使用され得る締結機能２２６を含み得る。例えば、締結機能２２６は、ポンプ１００に設置する前に付勢要素２０８を調整するために及び／又は停止要素２１８をその座部に挿入するために、付勢要素２０８に予荷重を加えるべく使用することができ、この場合、締結具は、ポンプ１００に取り付ける前に取り外される。

図４は、第１の無負荷位置でポンプ１００内に配置された補償アセンブリ３００の断面図である。幾つかの実施例において、補償アセンブリ３００及びポンプ１００の一方又は両方、又はそれらの構成要素は、図１～図３に関して前述したものと同様であってもよく、それらと同じ構成要素を含み得る。図４に示されるように、付勢要素３０８は、補償アセンブリ３００とクロスオーバー要素３０２との間の無負荷（例えば、応力のない）位置にあってもよい。

図５は、第２の部分負荷位置でポンプ１００内に配置された補償アセンブリ３００の断面図である。図５に示されるように、付勢要素３０８には、図３に示される態様と同様の態様で予荷重が加えられ得る。幾つかの実施例において、予荷重は、補償アセンブリ３００とクロスオーバー要素３０２とを分離するときの付勢要素３０８の公称応力状態であってもよい。幾つかの実施例において、この予荷重位置は、ポンプ１００の部分間（例えば、段１０４間）に最適な位置合わせをもたらして、例えば、流体漏れを最小限に抑え、更には防止するように設計することができる。

図６は、第３の最大負荷位置でポンプ１００内に配置された補償アセンブリ３００の断面図である。図６に示されるように、付勢要素３０８は最大撓み位置にあってもよい。例えば、補償アセンブリ３００及びクロスオーバー要素３０２の対向する軸方向表面の１つ以上のセットは、補償アセンブリ３００の更なる移動及び／又は付勢要素３０８の更なる撓みを防止するために接触していてもよい。そのような実施例において、任意の更なる軸方向荷重は、補償アセンブリ３００及びクロスオーバー要素３０２の接触面によって直接に吸収され、ポンプハウジング１２４及び／又はエンドキャップ１３４（図１）にしっかりと伝達される。そのような構成は、付勢要素３０８の過負荷を少なくとも部分的又は完全に防止することができる。

前述のように、本開示の実施例は、ポンプ又はタービンなどの流体処理装置における負荷及び熱膨張の補償をもたらすことができる。例えば、幾つかの実施例は、スラスト荷重を補償することができる（例えば、対向段ポンプ設計において）一体型補償アセンブリ又はシステムを含むことができ、液圧カートリッジの内部構成要素（例えば、段のセット）の軸方向予荷重をもたらし得る。そのような一体型補償システムは、付勢要素がポンプの軸方向に沿って選択された最適位置に段を付勢するように作用する際、ポンプ内の段の液圧カートリッジを、作動状態の大部分又は全ての作動状態において機能的平衡状態に保つように機能することができる。また、補償アセンブリは、液圧カートリッジを構成するポンプの内部構成要素の最適な整列及び簡素化された取り付け又は設置を可能にすることができる。

本明細書に開示される実施例に係るポンプ又は流体処理装置は、比較的高い内部生成圧力に耐える能力が比較的高く、内部流体の漏れ、並びにポンプの外側への液体の漏れを回避し、負荷サイクル及び熱、及び／又は、様々な動作温度条件での拡張及び／又は衝撃に耐えることができる。更に、本開示の実施例に係る補償アセンブリは、複数の構成要素（例えば、ポンプ又はタービン段）のアセンブリにおける機械公差の積み上げを考慮するのを支援し、設計見込みと一致するアセンブリを実質的に確保できる。例えば、本明細書に開示される補償アセンブリの幾つかの実施例は、ポンプの内部スラスト負荷、熱膨張、及び／又は製造機械加工公差積み上げ変動に対するロータのスタックの圧縮及び減圧を可能にし得る。

特定の図示された実施例に関して本開示を本明細書で説明してきたが、当業者は、本開示がそのように限定されないことを認識及び理解し得る。むしろ、説明された実施例に対する多くの追加、削除、及び修正は、その法的な同等物を含めて、以下に請求される開示の範囲から逸脱することなく行なうことができる。更に、一実施例の特徴を別の実施例の特徴と組み合わせることができるが、発明者が企図する本開示の範囲内に依然として包含される。

Claims (20)

1. 流体の少なくとも１つの特性を変更するためのポンプであって、
   外側ハウジングと、
   前記外側ハウジング内に配置されるポンプ段であって、前記ポンプ段の各ポンプ段が、
   インペラと、
   前記インペラを少なくとも部分的に収容するディフューザと、
   を備える、ポンプ段と、
   外側ハウジング内に配置されるシャフトであって、前記ポンプ段のそれぞれの前記インペラが前記シャフトに結合され、流体が前記ポンプ段のそれぞれを通じて移動するときに流体の少なくとも１つの特性を変更するために前記シャフトが該シャフトの軸の周りで各インペラを回転させる、シャフトと、
   前記ポンプ段の第１のセットと前記ポンプ段の第２のセットとの間に配置されるクロスオーバー要素であって、前記ポンプ段の前記第１のセットと前記ポンプ段の前記第２のセットとの間の流体連通を可能にする、クロスオーバー要素と、
   前記外側ハウジング内に配置される補償アセンブリであって、前記補償アセンブリを初期位置に付勢するための少なくとも１つの付勢要素を備え、前記ポンプ段の前記第２のセットは、前記外側ハウジング内において、前記ポンプ段の前記第１のセット又は前記クロスオーバー要素のうちの少なくとも一方に対してシャフトの軸に沿う軸方向で前記少なくとも１つの付勢要素の付勢力に抗して移動できるようにする、補償アセンブリと、
   を備えるポンプ。
2. 前記補償アセンブリは、前記クロスオーバー要素内に少なくとも部分的に配置されて前記クロスオーバー要素と一体化される、請求項１に記載のポンプ。
3. 前記補償アセンブリは、前記クロスオーバー要素に対して移動するように構成される、請求項２に記載のポンプ。
4. 前記少なくとも１つの付勢要素は、前記補償アセンブリと前記クロスオーバー要素との間に可撓性がある接続部を画定し、前記ポンプは、第２のインサートが前記外側ハウジング内に受けられるときに前記少なくとも１つの付勢要素を変形させるように構成される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のポンプ。
5. 前記少なくとも１つの付勢要素及び前記補償アセンブリの少なくとも一部は、前記クロスオーバー要素内に画定される凹部内に受けられ、前記補償アセンブリは、前記少なくとも１つの付勢要素の付勢力に打ち勝つのに十分な前記ポンプ段の前記第２セットに加えられる力に応答して前記凹部内へと更に移動するように構成される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のポンプ。
6. 前記少なくとも１つの付勢要素は、前記クロスオーバー要素に対する前記ポンプ段の前記第２のセットの移動を制動するように構成される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のポンプ。
7. 前記シャフトの前記軸に沿う少なくとも１つの移動方向で前記ポンプ段の前記第２セットの軸方向移動を制限する少なくとも１つの停止面を更に備える、請求項１から３までのいずれか一項に記載のポンプ。
8. 前記少なくとも１つの停止面は、前記少なくとも１つの付勢要素の過負荷を少なくとも部分的に防止するように配置される、請求項７に記載のポンプ。
9. 前記少なくとも１つの付勢要素が皿ばねを備える、請求項１から３までのいずれか一項に記載のポンプ。
10. 前記補償アセンブリは、前記補償アセンブリに隣接して配置されるポンプ段のディフューザを画定する、請求項１から３までのいずれか一項に記載のポンプ。
11. 流体の少なくとも１つの特性を変更するための流体処理装置であって、
    外側ハウジングと、
    前記外側ハウジング内に配置される第１の液圧インサートであって、流体が前記第１の液圧インサートの１つ以上の段を通じて移動するときに流体の少なくとも１つの特性を変更する、第１の液圧インサートと、
    前記第１の液圧インサートと流体連通状態で前記外側ハウジング内に配置される第２の液圧インサートであって、流体が前記第２の液圧インサートの１つ以上の更なる段を通じて移動するときに流体の少なくとも１つの特性を変更する、第２の液圧インサートと、
    前記第１の液圧インサートと前記第２の液圧インサートとの間に配置されるクロスオーバー要素であって、前記第１の液圧インサートと前記第２の液圧インサートとの間の流体連通を可能にする、クロスオーバー要素と、
    前記外側ハウジング内に配置され、１つ以上の付勢要素を備える補償アセンブリであって、
    前記１つ以上の付勢要素の付勢力に打ち勝つのに十分な前記第２の液圧インサートに加えられる力に応答して第２の液圧インサートが前記外側ハウジング内で前記外側ハウジングに対して軸方向に移動できるようにする、補償アセンブリと、
    を備える流体処理装置。
12. 前記外側ハウジングに結合されるエンドキャップを更に備え、前記装置は、前記エンドキャップが前記外側ハウジングと結合されるときに前記１つ以上の付勢要素に予荷重を加えるように構成される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記エンドキャップは、１つ以上の締結具又はバヨネットクロージャによって前記外側ハウジングに結合される、請求項１２に記載の装置。
14. 前記装置は、前記第２の液圧インサートが前記外側ハウジング内に受けられるときに少なくとも１つの皿ばねを備える前記１つ以上の付勢要素を変形させるように構成される、請求項１１から１３までのいずれか一項に記載の装置。
15. 前記装置がポンプを備え、前記第１の液圧インサートの１つ以上の段及び前記第２の液圧インサートの１つ以上の更なる段がそれぞれハウジング内にインペラを備える、請求項１１から１３までのいずれか一項に記載の装置。
16. ポンプ内の少なくとも１つの液圧インサートに予荷重を加える方法であって、
    前記ポンプの外側ハウジング内に少なくとも１つの液圧インサートを配置するステップと、
    前記外側ハウジング内の補償アセンブリの少なくとも１つの付勢要素に予荷重を加えるために、前記少なくとも１つの液圧インサートを前記外側ハウジング内のクロスオーバー要素内へと押し込むステップであって、前記クロスオーバー要素が、前記少なくとも１つの液圧インサートと前記ポンプの他の部分との間で流体の流れを可能にする、ステップと、
    前記補償アセンブリの前記少なくとも１つの付勢要素に予荷重が加えられた状態で前記外側ハウジング内の前記少なくとも１つの液圧インサートを囲繞するステップと、
    を含む方法。
17. 前記補償アセンブリの一部分により前記少なくとも１つの液圧インサートのインペラのハウジングを画定するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つの付勢要素により前記ハウジングを画定する前記補償アセンブリの前記部分を前記クロスオーバー要素に移動可能に接続するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. エンドキャップを前記外側ハウジングに固定することによって前記補償アセンブリの前記少なくとも１つの付勢要素を選択された量だけ弾性的に変形させるステップを更に含む、請求項１６から１８までのいずれか一項に記載の方法。
20. 前記ポンプの前記外側ハウジング内に配置される前記少なくとも１つの液圧インサートと他の液圧インサートとの間に流体の流れを供給するように前記クロスオーバー要素を構成するステップを更に含む、請求項１６から１８までのいずれか一項に記載の方法。

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