JP5964245B2 - スクリューマシンの潤滑 - Google Patents
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Description
xd = xd (φ) (1)
yd = yd (φ) (2)
x = x (φ,Ψ) = -acos(Ψ/i) + xd coskΨ + ydsinkΨ (3)
y = y (φ,Ψ) = asin(Ψ/i) - xd sinkΨ + ydcoskΨ (4)
(δxd/δφ)(δyd/δΨ) - (δxd/δΨ)(δyd/δφ) = 0 (5)
(δyd/δ xd)((a/i)sinΨ-kyd) - (-(a/i)cosΨ+kxd) = 0 (6)
xd = xd (φ) (7)
yd = yd (φ) (8)
x = x (φ,Ψ) = xd cosΨ -(yd-rwΨ)sinΨ (9)
y = y (φ,Ψ)+xd sinΨ+(yd-rw Ψ)cosΨ (10)
(dyd/dxd)(rwΨ-yd)-(rw-xd) = 0 (11)
axp d + byq d = 1 (12)
輪郭弧間における分割は、大文字アルファベットで示し、また、各弧は図2(c)に示すように、個別に規定する。
セグメントB−Cは、p=q=1としたラック上の直線ラインである。
セグメントC−Dは、p=q=2,a=bとしたラックにおける円弧である。
セグメントD−Eは、ラック上の直線ラインである。
セグメントE−Fは、p=q=2,a=bとしたラックにおける円弧である。
セグメントF−Gは、直線ラインである。
セグメントG−Hは、上述の式(12)のタイプであり、p=1,q=0.75としたメインロータにおけるの一般弧である弧G2−H2のアンダーカットである。
ラックにおけるセグメントH−Aは、上述の式(12)のタイプであり、p=1,q=0.25としたゲートロータにおける一般弧である弧A1−H1のアンダーカットである。
各接合ポイントA,…,…H、隣接するセグメントは、共通接線を有する。
ラック座標は、式(7)〜(11)に対して逆算する手順で得られる。
その結果、ラック曲線E−H−Aが得られ、図2(c)に示されるようになる。
y=R0cosτ−Rp,y=R0sinτ−Rpτ
ここで、R0 はメインロータ(したがって、メインロータのボア)の外側半径であり、Rpはメインロータのピッチ円半径である)。
コストの他に、オイルフリー型及びオイルフラッド型の双方のマシンにおける潤滑システムは、他の欠点がある。
上述したように、スクリューエキスパンダのロータはそれらロータの軸線周りに回転するよう軸受においてケーシングに取り付ける。様々なタイプの軸受を使用できる。潤滑は、もちろんこの軸受でも問題となる。
本発明は、この背景に対してなされたものである。
「N」ロータ輪郭を有するスクリューマシンの試験において、本出願人は、オイルフラッド型のエアコンプレッサで、調時ギアを使用することなく実験した。それ故、コンプレッサは、ロータを同期させるロータの螺旋形状部間における潤滑した接触に依存した。
試験1のコーティングしたロータに代えて、コーティングしてないスチール製の1対の「N」型輪郭ロータを使用し、さらに5時間稼働させた。その期間終了時に、コーティングしてないロータを検査したが、それらはやはり、摩耗の大きな徴候はなかった。
つぎに、コーティングしてない「N」輪郭ロータを有するコンプレッサを、作動流体に何ら水を注入せずに、誤って、2時間しか稼働させなかった。ロータには依然として損傷がなかったが、ロータの螺旋形状部に対する潤滑なしに、大幅により長い期間にわたって稼働させた場合には、若干の損傷が予想されることは否めなかった。
本発明がより容易に理解できるように、添付図面につき本発明の実施形態を説明する。
Claims (12)
- 作動流体として湿った蒸気を使用するスクリューエキスパンダであって、
互いに交わるボアを少なくとも2個有するケーシングであって、ボア軸線が対として同一平面上に存在するケーシングと、
前記ケーシングのボア軸線に一致する軸線を有し、当該軸線の周りに回転するように取り付けられる雄ロータ及び雌ロータと、を備えるエキスパンダにおいて、
前記ロータは、それぞれ螺旋状のランド部を有し、当該ランド部は、当該ランド部のロータとは異なる少なくとも1個の他のロータにおけるランド部間の溝部に対して噛み合い、
横断面において、前記雄ロータは、前記ランド部に対応し、ピッチ円から外方に突出する1組のローブのセットを有し、
横断面において、前記雌ロータは、ピッチ円から内方に凹み、当該雌ロータの前記溝部に対応する1組の窪みのセットを有し、
前記雄ロータの前記ランド部および前記溝部の個数は、前記雌ロータの前記ランド部および前記溝部の個数とは異なり、
横断面において、少なくとも前記雄ロータの前記ピッチ円から外方に突出する前記ローブの部分における輪郭、及び少なくとも前記雌ロータの前記ピッチ円で内方に凹む前記窪みの輪郭は、同一ラック構造によって形成され、
前記ラック構造は、前記雄ロータの軸線の周りに一方向に湾曲され、前記雌ロータの軸線の周りに反対方向に湾曲させ、前記ラックにおける前記ロータのより高い圧力側面を形成する部分は、前記ロータ相互間のロータ共役作用によって生じ、
使用にあたり、ほぼ排他的に、湿った蒸気である作動流体に含まれる水でのみ前記ロータの前記螺旋状ランド部及び前記螺旋状溝部を潤滑し、
使用にあたり、ほぼ排他的に、前記湿った蒸気である作動流体に含まれる水でのみ潤滑する少なくとも1個の軸受によって、前記ロータを支持し、
前記湿った蒸気である作動流体に含まれる、潤滑を行う水は、エキスパンダに流入する、湿った蒸気に由来するものとし、前記湿った蒸気に予め余分な水を加えることをしない、スクリューエキスパンダ。 - 請求項1記載のスクリューエキスパンダにおいて、前記螺旋状ランド部及び前記螺旋状溝部を低摩擦性のコーティングで被覆した、スクリューエキスパンダ。
- 請求項2記載のスクリューエキスパンダにおいて、前記コーティングは炭化物相およびカーボン相を含む、スクリューエキスパンダ。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項に記載のスクリューエキスパンダにおいて、前記軸受は、流体力学的な軸受とした、スクリューエキスパンダ。
- 請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のスクリューエキスパンダにおいて、前記軸受は、転動素子を有する軸受とした、スクリューエキスパンダ。
- 請求項1〜5のうちいずれか一項に記載のスクリューエキスパンダにおいて、前記ロータは、互いに噛み合う螺旋状ランド部及び螺旋状溝部を介して一方のロータから他方のロータに伝達される同期トルクによって同期回転する、スクリューエキスパンダ。
- 請求項6記載のスクリューエキスパンダにおいて、前記ロータ間で作用する調時ギアを持たない、スクリューエキスパンダ。
- 請求項1〜7のうちいずれか一項に記載のスクリューエキスパンダにおいて、さらに、前記ロータに加わる軸線方向荷重に抗して作用するスラストピストンを備える、スクリューエキスパンダ。
- 請求項8記載のスクリューエキスパンダにおいて、前記スラストピストンは、湿った蒸気である作動流体の圧力によって動作する、スクリューエキスパンダ。
- 作動流体として湿った蒸気を使用するスクリューエキスパンダであって、
互いに交わるボアを少なくとも2個有するケーシングであって、ボア軸線が対として同一平面上に存在するケーシングと、
前記ケーシングのボア軸線に一致する軸線を有し、当該軸線の周りに回転するように取り付けられる雄ロータ及び雌ロータと、を備え、
前記ロータは、それぞれ螺旋状のランド部を有し、当該ランド部は、当該ランド部のロータとは異なる少なくとも1個の他のロータにおけるランド部間の溝部に対して噛み合い、
横断面において、前記雄ロータは、前記ランド部に対応し、ピッチ円から外方に突出する1組のローブのセットを有し、
横断面において、前記雌ロータは、ピッチ円から内方に凹み、当該雌ロータの前記溝部に対応する1組の窪みのセットを有し、
前記雄ロータの前記ランド部および前記溝部の個数は、前記雌ロータの前記ランド部および前記溝部の個数とは異なり、
横断面において、少なくとも前記雄ロータの前記ピッチ円から外方に突出する前記ローブの部分における輪郭、及び少なくとも前記雌ロータの前記ピッチ円で内方に凹む前記窪みの輪郭は、同一ラック構造によって形成され、
前記ラック構造は、前記雄ロータの軸線の周りに一方向に湾曲され、前記雌ロータの軸線の周りに反対方向に湾曲させ、前記ラックにおける前記ロータのより高い圧力側面を形成する部分は、前記ロータ相互間のロータ共役作用によって生じるものとした、該スクリューエキスパングを潤滑する方法において、
ほぼ排他的に、湿った蒸気である作動流体に含まれる水でのみ前記ロータの前記螺旋状ランド部及び前記螺旋状溝部を潤滑し、
前記ロータを支持する軸受を潤滑するのに、ほぼ排他的に前記湿った蒸気である作動流体に含まれる水を使用し、
前記湿った蒸気である作動流体に含まれる、潤滑を行う水は、エキスパンダに流入する、湿った蒸気に由来するものとし、前記湿った蒸気に予め余分な水を加えることをしない、方法。 - 請求項10記載の方法において、互いに噛み合う螺旋状ランド部及び螺旋状溝部を介して一方のロータから他方のロータに伝達される同期トルクによって前記ロータを同期回転させる、方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のスクリューエキスパンダを備える、又は請求項10又は11に記載の方法により作動するスクリューエキスパンダを備えた、発電機。
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