JPS5811969Y2 - 軸推力平衡装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は圧力容器の器壁をその一端が貫通する回転軸
に作用する軸推力をなくすための推力平衡装置に関する
。

以下の説明は圧力容器が可動翼形回転膨張機の筐体であ
る場合を例に行なうものとする。

第１図は従来の可動翼形回転膨張機の構成を示す断面図
である。

図において、１は圧力容器を形成する筐体、２は筐体１
内に固着されたシリンダ、３はこのシリンダ２内にジャ
ーナル軸受４を介して回転自由に嵌挿されたロータ、５
はこのロータ３の外周面に放射状に形成された複数枚の
羽根、６はロータ３の一方から軸心方向に突出する回転
軸で、軸封装置７を介して筐体１の外部にとり出されて
いる。

８はシリンダ２内に圧力気体を導入する導入管、９はシ
リンダ２内で膨張された圧力気体を排出する排出管、１
０はシリンダ２内に設けられたロータ３に作用する軸推
力を支えるためのスラスト軸受であり、Ｄｌは回転軸６
の軸封装置７を貫通する部分の直径、Ｐｈは筐体１内部
の圧力、ＰＯは筐体１外部の圧力、δ１．δ２はシリン
ダ２の内壁とロータ３との間の軸方向隙間、Ｆｔは圧力
Ｐｈ、圧力Ｐｏの圧力差によって回転軸６に作用する軸
推力をそれぞれ示す。

次に上記のように構成された従来の可動翼形回転膨張機
の作用を図に基づいて説明する。

まず高圧力気体を導入管８からシリンダ２内に導入して
低圧力まで膨張させた後に排出管９から外部に排出する
。

この際、気体の膨張によって得られる仕事量を回転軸６
から回転出力としてとり出すものであるが、例えばフロ
ンガス等のように空気以外の気体を作動気体として用い
る場合、一般に筐体１外部の空気が筐体１内部に侵入し
て作動気体の純度を低下させるのを防止するためにＰｈ
＞ Ｐｏとなるように設計されるから、この圧力差に
よって回転軸６には式（１）に示す値の軸推力Ｆｔが図
中矢印方向に作用する。

従って、この軸推力Ｆｔを支えるためにスラスト軸受１
０が設けられている。

又、可動翼形膨張機は容積形流体機械の一種であるが、
この容積形流体機械は密閉した空間を作りその空間の容
積変化により膨張、圧縮作用を行なうものであるから、
もし密閉空間に隙間が存在するなら流体の漏洩が発生し
性能の大幅な低下が起るので隙間を出来るだけ小さく保
持する必要があることは周知の通りである。

第１図における軸方向隙間δ１．δ２の場合も非常に小
さく（数μ〜１０数μ程度）作られており、シリンダ２
、ロータ３の加工には非常に高精度が要求されると共に
スラスト軸受１０についても同様に寸法、平面度等の点
で高精度が要求され更に停止時と駆動時の作動流体中雰
囲気温度差及び作動流体の流入側と排出側との温度差が
比較的大きい（一般に数１０℃以上）ことから、スラス
ト軸受１０には特殊な材質のものが要求されると共に、
機械損失の増大やロータ焼付等のトラブルが頻繁の発生
していた。

この考案は上記従来装置におけるトラブルの解消を目的
として威され、圧力容器内の圧力を圧力容器外に導き、
この圧力を回転軸の軸端面に作用させるようにしたもの
である。

以下、この考案の一実施例における可動翼形回転膨張機
の構成を第２図に基づいて詳細に説明する。

図において、筐体１、シリンダ２、ロータ３、ジャーナ
ル軸受４、羽根５、回転軸６、軸封装置７、導入管８、
吐出管９、直径Ｄ、圧力Ｐｏ、 Ｐｈ、隙間δ□、δ２
、軸推力Ｆｔは上記従来装置のものと同様なので説明を
省略する。

１１は回転軸６内に穿たれ筐体１の内外を連通し連通手
段を構成する導圧孔、１２は回転軸６の軸端面に設けら
れ軸径の調整を行なうバランスリング、１３はバランス
リング１２が軸方向に摺動可能に嵌合するバランスキャ
ップでバランスリング１２と共働して加圧室１４を回転
軸６の軸端面と相対向する位置に形成する。

１５はバランスキャップ１３に緩衝材１６を介して連結
された第２の回転軸で、回転軸６の軸線上に配設されて
いる。

１７は筐体１外部に設けられたスラストベアリングで、
第２の回転軸１５に設けられた突起部１５ ａと当接さ
れている。

１８は回転軸６の駆動力を第２の回転軸１５に伝達する
ためのフレキシブル力ツプノング、Ｆｅは回転軸６に作
用する軸推力Ｆｔ以外の軸推力、Ｄ２はバランスリング
１２の直径、Ｆｅは第２の回転軸１５に作用する軸推力
をそれぞれ示す。

次に上記のように構成されたこの考案における可動翼形
回転膨張部の作用を図に基づき′説明する。

まず、従来装置と同様に高圧力流体を導入管８からシリ
ンダ２内に導入して低圧力まで膨張させた後に排出管９
から外部に排出し、この流体の膨張によって得られる仕
事量で羽根５を介してロータ３を回転させ回転軸６から
出力としてとり出すので゛あるが、図においても明らか
なように筐体１内部の圧力ｐｈは回転軸６内に穿たれた
導圧孔１１により圧力室１４内にも導かれるので筐体１
の内外の軸端部に作用する圧力を同一に保持することが
可能になり、筐体１内外の圧力差による軸推力Ｆｔは下
記式（２）で求められるようにバランスリング１２の直
径Ｄ２を変えることによって任意の値に設定することが
出来る。

式（２）から明らかなように回転軸６の軸封装置７を貫
通する部分の直径Ｄ１とバランスリング１２の直径Ｄ２
とを同一にするならば軸推力Ｆｔを零にすることが可能
となるだけでなく、圧力差によるもの以外の軸推力Ｆｅ
が存在する場合でも次式（３）で求められるような値に
バランスリング１２の直径Ｄ２を設定すると、回転軸６
に作用する推力を全て零にすることが可能になる。

一方、密室１４内の圧力をＰｈに保持するとバランスキ
ャップ１３を通して第２の回転軸１５に次式（４）で求
められる軸推力Ｆ２が作用することになる。

この軸推力Ｆ２は第２の回転軸１５側に設けられたスラ
スト軸受１７によって保持されるが、回転軸６と第２の
回転軸１５とは緩衝材１６、フレキシブルカップリング
１８によって接続されているので、スラスト軸受１７の
取付精度、回転精度に対する制限は比較的少なくてすむ
だけでなく、その作動雰囲気は常温の大気中なのでボー
ルベアリング等の安価なものを採用することが出来る。

また一般にはスラスト軸受１７は負荷側回転体（図示せ
ず）の支持軸受と共用することが可能であり実質上は新
たに設ける必要がない場合が多い。

なお上記実施例は可動翼形回転膨張機について述べたが
、他の形式の膨張機、圧縮機、ポンプ等にも適用できる
ことはもちろんである。

以上、要するにこの考案における軸推力平衡装置は圧力
容器の器壁をその一端が貫通し軸推力を受けて一端方向
に移動し得る第１の回転軸の一端側端面に相対向し且つ
圧力容器内と連通された圧力室を設けることにより第１
の回転軸の一端側端面に圧力容器内の圧力をかけて上記
軸推力を雰にすることを可能として、従来この軸推力を
支持するために必要であった圧力容器内の特殊な材質を
要するスラスト軸受を不要とし、例えば膨張機等に適用
すると機械損失の増大やロータ焼付等のトラブルを除去
した点における実用上の効果は大である。

また圧力室の圧力と圧力容器外の圧力差に基づく軸方向
の推力を第２の回転軸に働かせ、それをスラスト軸受け
で受けているので、スラスト軸受けを圧力容器外に設け
ることができスラスト軸受けの形成が容易に行われ、さ
らにまた上記圧力室を有するバランスキャップを上記第
１の回転軸の一端側端面に軸方向にしゆう動自在に設け
ているのでスラスト軸受けの摩耗やその取付位置の多少
の変動は上記バランスキャップの軸方向の移動により吸
収され、上記第１の回転軸はスラスト軸受けの摩耗やそ
の取り付は位置に影響されることなく常に所定位置に保
持される等効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の可動翼形回転膨張機の構成を示す断面図
、第２図はこの考案の一実施例における可動翼形回転膨
張機の構成を示す断面図である。 図において、１は圧力容器を構成する筐体、２はシリン
ダ、３はロータ、６は回転軸、７は軸封装置、１０はス
ラスト軸受、１１は連通手段を構成する導圧孔、１４は
圧力室である。 尚、各図中同一符号はそれぞれ同−又は相当部分を示す
ものである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 第１端部が圧力容器内にまた第２端部が上記圧力容器の
   器壁を回転自在にかつ気密に貫通する第１の回転軸と、
   上記第１の回転軸の上記第２端部側に気密にかつ軸方向
   にしゆう動自在にがん合し内部に上記第２端部側の端面
   に隣接する圧力室を有するバランスキャップと、上記バ
   ランスキャップと係合し上記圧力室の圧力に基づいて軸
   方向の推力を受ける第２の回転軸と、上記第２の回転軸
   に働く軸方向の推力を受けるスラスト軸受けと、上記第
   １と第２の回転軸とを結合するカップリングと、および
   上記圧力容器内の圧力を上記圧力室に導く連通手段とを
   備えていることを特徴とする軸推力平衡装置。