JPS63134802A - アイドラ・ディスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は渦巻きポンプ、水車とガスタービン、電動モー
ター、及び発電機のような任意の形式の回転機械に関す
る０本発明は、機械の回転成分のためにこれらの形式の
機械に存在する摩擦抗力を減少させる方法を取り扱って
いる。

［先行技術］ このような機械上の回転成分が、回転成分を取り巻く流
体によって発現される妨害的な抗力を経験するのは避け
がたい。本発明の説明を容易にするため、回転成分はケ
ーシングで囲まれたロータとして記述されよう、ケーシ
ングを充填しているのは空気や水のような流体である。

実際の機械では、ロータは渦巻きポンプやコンプレッサ
の場合のようにポンプインペラであるか、或いは電動モ
ーターや発電機の場合のようにアーマチュアでありうる
。

ロータが回転している時、ロータの回転方向に対抗する
抗力が発生する。発生する抗力は、機械内の流体塊が運
動中のロータと機械の静置されたケーシングに同時に接
触するという事実の直接の結果である。ロータは必然的
に、流体粘度のためにロータの回転方向に流体を回転さ
せる。しかし、流体は静止した外部ケーシングにも接触
しているため、流体の運動はケーシングの抵抗を受ける
。

その結果、ロータはケーシング内の流体によって起こる
妨害的な抗力を経験する。この流体が通常の機械操作の
避けえない帰結として存在することに注目すべきである
。例えば、流体は水（渦巻きポンプの場合）か空′ｊｃ
（電動モーターの場合）でありうる。

ロータの回転で発生する妨害的な抗力は動力を吸収する
。動力の吸収量はロータの大きさ、ロータ回転速度、周
囲の流体の物理性状（密度と粘度）及びロータと周囲の
ケーシングとの間隙によって変わる。よく設計された機
械は、通常、ロータへの流体抗力から生ずる抗力損失の
低減化を達成するために、適切なロータ形状と、ケーシ
ング／ロータ間の適切な間隙をもっている。

［発明が解決すべき問題点］ 適切なロータ形状と、ロータ／ケーシング間の間隙をも
ってしても、ロータの抗力損失は非常に大きなものとな
りうる。ロータへの妨害的な抗力の結果として発生する
動力損失の目だった一例を挙げてみよう。直径１３イン
チのインペラをもち水中で３６００　ｒｐｍで回転する
渦巻きポンプは、２０馬力を越える抗力を経験するだろ
う。これはポンプ操作に必要な動力の３０％にもなる。

本発明の操作原理を理解するために、ロータへ作用する
流体抗力の量を決定する基本的因子について、まず理解
する必要がある。説明を簡単にするため、ロータが無視
できる厚さのディスクのような形のものと仮定しよう、
所定の流体中で作動するロータの抗力損失に影響するも
のとして、三つの主な因子がある。第一の因子はロータ
とケーシングの一般的形状、ロータと周囲のケーシング
の表面粗さ、及びロータとケーシングとの間の間隙であ
る。設計のすぐれた機械では、ロータとケーシングの表
面は滑らかで無傷であり、ロータとケーシングの間隙は
比較的小さい。これらの設計特徴はすべて、ロータの回
転に対抗する流体抗力の量を減少させる傾向がある。

もう一つの因子はロータの回転速度である。ロータに作
用する抗力は、回転速度の平方にほぼ比例している。例
えば、回転速度が２倍になると、抗力は４倍（すなわち
２２）に増加し、回転速度が３倍になると、抗力は９倍
（すなわち３３）に増加する。

同様に回転速度を半分に落とすと、ロータに作用する流
体抗力は元の値の４分のｌ（すなわち０．５２）に落ち
る。

第三の因子はロータ直径である。所定の回転速度に対し
、抗力は直径の５乗で変化する。例えば、直径を２倍に
すると、抗力損失は３２倍（すなわち２５）増加する。

直径を３倍にすると、抗力損失は２４３倍（すなわち３
５）増加する。

設計上の多くの理由から、直径の大きいロータが望まし
い。例えば、渦巻きポンプの場合には、大直径ロータ（
又は渦巻きポンプでのロータの通常の呼名では、インペ
ラ）は同じｒｐｎ＋で作動する小直径ロータより高圧を
発生する。

渦巻きポンプの設計者は、ポンプの流体抗力損失を低減
化するために、非常な苦心の構成に頼らざるをえなかっ
た。最も一般的な方法は多段階を使用することである。

多段階は、比較的小さい直径の二つ以上のインペラを使
用する技術である。

ポンプ輸送する流体は各インペラを次々に通過し、各イ
ンペラが全体の圧力上昇の一部を提供する。

多段階ポンプは流体をインペラに通すのに非常に複雑な
流路を必要とし、従って製造が非常に高くつく。このよ
うな多段階ポンプは、高い磨耗条件を受けるような多く
の表面を含んでいるため、ポンプの保全も高いものにつ
く。

特に渦巻きポンプてロータへ作用する流体抗力損失を低
減化するために用いられたもう一つの手法は、非常な高
速（時には１０，０００　ｒｐＨを越す速度）で回転す
る小さなインペラを使用することである。

この手法は非常に小さな直径のインペラを使用して、所
定の圧力増加を達成し、それによってインペラに作用す
る流体抗力損失を低減化するものである。この手法には
、二つの大きな欠点がある。

一つの欠点は、高い回転速度をつくりだすために、ギヤ
ボックスのような速度増大装置がポンプを駆動するモー
ターとポンプとの間にしばしば必要とされることである
。このような機器はポンプの購入価格と保全経費を押し
上げる。もう一つの大きな欠点は、高速渦巻きポンプが
インペラ内部の流体によって経験される急激な加速のた
め、キャビテーションのような破壊的な流体流れ条件を
受けやすいことである。

高圧を発生させる理想的なポンプは、１個の大直径イン
ペラをもち、比較的低速で作動するものであろう、しか
し、上に指摘されたように、大直径インペラはロータ回
転に対抗する大きな流体抗力損失をつくりだす。

ロータに隣接して自由に回転するディスクを使用するこ
とにより、ローフへの流体抗力損失を理論的に大幅に低
減化できる概念が、１９００年代初年代間発された。こ
の概念は、運動するロータとロータケーシングの静止側
壁との間に自由回転ディスクを置くことである。

ロータへ作用する抗力の量は、隣接のケーシング側壁に
対してロータがとの程度早く回転するかにかかっている
。典型的な回転機械では、ケーシングは静止している。

しかし、ロータとほぼ同じ直径のディスクを、ロータと
ケーシング側壁との間に同軸的に配置できる。このディ
スクがロータと同方向に回転するなら、ロータと隣接デ
ィスクとの間の相対的速度が減少し、ロータへの流体抗
力を低減化する結果になるであろう。

回転表面に隣接する流体塊は、流体の内部粘度のため回
転方向に引張られ、流体塊はロータと同じ方向に回転す
る。流体の回転速度はロータとケーシング側壁の回転速
度の平均にほぼ等しい。例えば、ロータが３６００　ｒ
ｐｍで回転している場合、ケーシングは（典型的な場合
としては）回転しないから、流体塊は約１８００　ｒｐ
ｍで回転するだろう。

自由に回転するディスクがロータと静止ケーシングとの
間に同軸的に置かれる場合、ディスクはロータ速度の約
半分の速度で回転することが示されている。

例えば、ロータが３６００　ｒｐｍで回転している場合
、自由に回転する隣接ディスクは、ディスクの各々の側
で流体塊から生ずる抗力の組合わせのために約１８０Ｏ
ｒ＋１鋼で回転するだろう。自由回転ディスクとロータ
との間に位置する流体塊は約２７０Ｏｒｐｍで回転する
。これはロータの回転速度３６００　ｒｐｍと自由回転
ディスクの回転速度１８００　ｒｐｍとの平均である。

ディスクと静止ケーシング側壁との間の流体塊は、約９
００　ｒｐ−で回転するが、これはディスクの回転速度
１８００　ｒｐｍと静止側壁の回転速度０との平均であ
る。自由回転ディスクなしに、流体塊は１８００　ｒｐ
ｍで回転し、自由回転ディスクがあると、ロータに隣接
する流体塊は２７０Ｏｒｐｍで回転する。

これは相対的回転速度で９００　ｒｐｍの減少、又は５
０′＆の減少率である。前に論じたように、流体抗力損
失は平方関係に従うから、相対速度のこの５ｏｚ減少率
は抗力を４倍下げる。この例では、流体が水で、ロータ
とディスク（ロータの各々の側に一つずつのディスク）
は直径１２インチの場合、ロータの抗力損失は約３．５
馬力であろう。自由回転ディスクが存在しなければ、ロ
ータ抗力損失は約１４馬力となる。この例で、自由回転
ディスクの使用はポンプ作動に要する動力を１１馬力以
上減らしている。

自由回転ディスクの概念は１９００年代初頭に示唆され
たものであるが、流体抗力損失を低減化するためにこの
技術を実際に応用することはなかった。

この技術は、回転機械内部に生ずる流体圧力の動力学の
ため、特定的な理由で利用されなかった。

これについては、下に更に詳しく説明されている。

回転する流体塊は、流体の回転速度に依存する強度をも
った半径方向の圧力勾配を発生する。特定的には、回転
流体で生じる圧力は平方関係に従う。回転速度を２倍に
すると、圧力勾配は４倍に増加する。回転速度を３倍に
すると、圧力勾配は９倍に増加する。例えば、３６００
　ｒｐｍで回転する直径１２インチの氷塊は、回転中心
よりその周縁部で平方インチ当たり２４０１ｂｓ高い静
圧を示す。

前に述べたように、自由回転ディスクとロータとの間に
ある流体は、自由回転ディスクと静止ケーシングとの間
で回転する流体より約３倍速く回転する。従って、ディ
スクとロータとの間の回転流体は、ディスクとケーシン
グ側壁との間の流体に発生する圧力勾配より約９倍大き
い圧力勾配を発生させる。例えば、１２インチの自由回
転ディスクをもち３６００　ｒｐｍで水中を回転する直
径１２インチのロータは、ディスクとロータの間の空間
（ここの流体回転速度は２７００　ｒｐｍ）で、ロータ
中心とロータ外端との間に平方インチ当たり＋３５１ｂ
ｓの圧力差を生ずる。ディスクと静止ケーシング側壁と
の間にある流体（ここでの流体回転速度は９００　ｒｐ
ｍ）は、ディスク中心と外端との間で平方インチ当たり
約１５１ｂｓの圧力差を生じるだろう。これらの不均等
な圧力勾配は自由回転ディスクへ非常に強力な力をつく
りだし、これが軸方向に作用する。この軸方向の力は、
自由回転ディスクの商業的応用を妨げていた主要な問題
である。

この場合、ディスクとロータとの間の空間にある流体塊
の中心での圧力は、ディスク外端での圧力より平方イン
チ当たり１３５　Ｉｂｓ低いであろう。

また、ディスクと静止側壁との間の空間にある流体塊の
中心での圧力は、ディスク外端での圧力より１５１ｂｓ
低いであろう、上から明らかなように、ディスクとロー
タの閏の流体塊の圧力は、一般にディスクと静止側壁の
閏の流体塊の圧力より低い。

ディスクと静止側壁との間の流体塊の一般的に高めの圧
力は、この例では３，０００　Ｉｂｓを越える力でディ
スクをロータ側へ軸方向に押す。

他方、圧力がディスク中心でディスク両面において等し
く、かつディスク外端にあるシールのため外端に圧力差
が存在するならば、ディスクとロータの間にある流体塊
の外端における圧力は、流体塊の中心にある圧力より平
方インチ当たり１３５Ｉｂｓ高くなる。また、ディスク
と静止側壁の間にある流体塊の外端での圧力は、ディス
ク中心に存在する圧力より平方インチ当たり１５１ｂｓ
高いであろう。ディスクとロータの間の流体塊の一般的
に高めの圧力は、この例では３，０００　Ｉｂｓを越え
る力でディスクを静止側壁の方へ軸方向に押す。

上から明らかなように、ディスクの各々の側への異なる
圧力勾配から生しる強力な軸方向の力が、ディスクをロ
ータの方へ、或いは静止側壁の方へ押すように働くだろ
う。この力の方向は、圧力が外端でディスクの両面に対
して均等化されるのか、或いはディスク中心で均等化さ
れるのかによって変わってくる。

過去において、このような回転ディスクの適切な位置を
保持するのに軸受を使用できることが指摘された。しか
し、軸方向の力と許容できる軸受抗力との比は、１００
０：１を容易に越しうる（例えば、軸受抗力は３１ｂｓ
の力を越えるべきではないが、その同じ軸受が３，００
０１ｂｓの軸方向の力を扱えなければならない）。摩擦
スラスト軸受はこの水準の性能を確実には達成できない
。抗摩擦スラスト軸受（例えば、ころ軸受）は必要な大
きさく内径がしばしば１２インチ以上になりうる規模）
で非常に高価であり、ロータを取り巻く流体中で作動し
なければならず（典型的には非潤滑性で、腐食、ｍ粍及
び／又は高温）、また絶対的な最小限度の余地しか取れ
ない。抗摩擦スラスト軸受は高い保守経費を生じ、不慣
れな現場保守手順を導入することになる。このため、軸
受の使用は、ディスクの各面に発生する軸方向の力を取
り扱うために自由回転ディスクを適切に位置づけるには
妥当な解決ではなかった。

［問題点を解決する手段］ 本発明は、自由回転ディスクへ作用する軸方向の力を打
消すことにより、軸方向の高いスラスト荷重を取り扱え
る高価な大型軸受の必要を排除できる構造を利用してい
る。本発明は、アイドラ・ディスクの各側に配置できる
シールと、軸方向の力を完全に打消すための均圧口を利
用している。

これらの成分は、軸方向の力の不均衡のため自由回転デ
ィスクがその所望の作動位置から動くと、シールと均圧
口が不均衡な力と反対の方向へ作用する復元力をつくり
だし、それによって自由回転ディスクを所望の作動位置
に復元させる。復元力は１秒の何分の１かに発生し、必
要に応じてロータから、又は外側ケーシング側壁から自
由回転ディスクを引き離すように作用する。

本発明は、回転成分をもつ機械で流体抗力を低減化する
ためのアイドラ・ディスクに関する。機械は外側ケーシ
ングと、外側ケーシング内に範囲を限定されたキャビテ
ィとを含む。キャビティは相対する側壁をもっている。

回転成分はキャビティ内に置かれ、キャビティ側壁から
間隔を置いて配置されている。少なくとも一つの自由に
回転できるアイドラ・ディスクがキャビティ内に置かれ
る。アイドラ・ディスクはキャビティ側壁内の回転成分
と隔たった位置関係にある。アイドラ・ディスクはキャ
ビティ内を回転成分の全長の少なくとも一部に沿って伸
びている。アイドラ・ディスクは、キャビティ内の流体
を回転させることによって回転成分と同じ方向に回転さ
せられる。流体は回転成分の回転によって回転させられ
る。回転するアイドラ・ディスクは回転成分に隣接して
回転する流体の速度を高めることによって、回転成分へ
の流体抗力を減少させる。外部シール手段が、アイドラ
・ディスクと回転成分との間の流体の流れを制御するた
めに、アイドラ・ディスクと回転成分の間にシールを形
成する。外部シール手段は、アイドラ・ディスク中の回
転成分の外端に隣接して置かれる。アイドラ・ディスク
内に少なくとも一つの流路が置かれる。流路はアイドラ
・ディスクの中心に隣接して置かれ、キャビティ内の流
体は二〇流路を通って流れる。流路はアイドラ・ディス
クの側面への圧力を均等化して、アイドラ・ディスクを
所望の平衡位置に維持するように作用する。平衡位置で
アイドラφディスクは回転成分とキャビティ側壁から隔
たった位置関係に保たれる。

本発明に従って、回転機械中の流体摩擦抗力による損失
を減少させるための方法も提供される。

この方法で、機械の成分はキャビティ内で回転させられ
る。キャビティ内に置かれる少なくとも一つのアイドラ
・ディスクが、回転成分によってつくられるキャビティ
内の流体運動のために回転させられる。アイドラ・ディ
スクは成分とキャビティ側壁の間に位置している。シー
ルがアイドラ・ディスク外端と成分との間で造られる。

このシールはアイドラ・ディスクと成分の間の流体を制
御する働きがある。流体はアイドラ・ディスク内端内の
少なくとも一つの流路に通される。シールを渡る流体と
流路を通る流体の流れは、アイドラ・ディスクの相対す
る側面への軸方向の力から発生する圧力を均等化するよ
うに作用する。軸方向の力を均等化すると、アイドラ・
ディスクが側壁と成分の間の所望の位置に保たれ、それ
によってアイドラ・ディスクは自由に回転し、回転成分
への流体摩擦抗力を低減化できる。

本発明の一つの目的は、回転成分をもつ機械で流体抗力
を低減化するために自由に回転するアイドラ・ディスク
を提供するにある。

本発明のもう一つの目的は、機械の運転中に所望の平衡
位置又はその近辺に保持された自由に回転するアイドラ
・ディスクを提供するにある。

本発明の更に一つの目的は、アイドラ・ディスクへ作用
する流体の圧力差が打消され、アイドラ・ディスクを所
望の平衡位置又はその近辺に維持するように復元力が発
生する形で建造された、アイドラ・ディスクを提供する
にある。

本発明のこれらとその他の目的及び利点は、以下の説明
に関連して添付された図面を参照しながら、より十分に
理解されよう。

本発明は渦巻きポンプ、遠心圧縮機及び送風機、水車と
ガスタービン、電動モーター及び発電機のような回転機
械の効率を改良するために使用できる自由回転式ディス
クに間する。このような機械の任意の回転成分は、回転
成分を取り巻く流体によってつくられる妨害的な抗力を
経験するだろう。

この流体は空気のような気体か水のような液体でありう
る。機械の正常な運転中に何らかの形の流体が常に存在
し、流体は回転要素に対して妨害的な抗力をつくりだす
。下記の自由回転ディスクはアイドラ・ディスクと呼ば
れる。

本発明の説明を単純化するために、ロータと周囲のケー
シングとからなる一般化された回転装置が、第１図と第
２図に記述されている。回転装置１は、ロータキャビテ
ィ５の範囲を定める外部ケーシング３をもっている。外
部ケーシング３は実質的に円筒形で、外部ケーシングの
外周にある円筒形の末端壁７を含み、相対する実質的に
平行な側壁９が末端壁７に連結されて、ロータキャビテ
ィ５を取囲んでいる。各側壁９のほぼ中心に通路１１が
配置されている。通路ｌＩ内に回転自在に配置されてい
るのがシャフト１３である。シャフトは実質的に円筒形
で、シャフトの一方の側に刻まれたキーみぞ１５をもっ
ている。キーみぞはシャフトの縦軸に対して実質的に垂
直である。シャフト１３上にロータ２１が円筒状に据え
られている。ロータ２１はシャフト！３に隣接して配置
された円筒形の肩２３をもっている。通路２５は円筒形
の肩２３を通って伸びている。

この通路はシャフト１３を受は入れるように設計されて
いる。キーみぞ２７は、シャフト１３上のキーみぞ１５
と整合的に円筒形の肩２３内に配置される。キー２９は
、ロータ２１を回転シャフト１３に固定するために、キ
ーみぞ１５とキーみぞ２７内に配置される。

円筒形の肩２３から伸びているのはロータ２１のセクシ
ョン３３である。セクション３３は肩２３からシャツ）
１３の縦軸に実質的に垂直な方向に伸びている。

セクション３３は外部ケーシング３の末端壁７に隣接す
る外端で終わっている。

円筒形の肩２３の各末端にはプレート３９が配置されて
いる。プレート３９は実質的に円筒形で、プレートの中
心を実質的に通る開口部４１をもっている。

開口部４１はロータ２１を通って伸びる通路２５と実質
的に整合している。プレート３９はシャフト１３の縦軸
に実質的に垂直な方向に伸びるように配置される。プレ
ート３９の一部は円筒形の肩２３を越えて外部ケーシン
グ３の末端壁７へ向かフて伸びている。

通常、プレート３９はロータ２１の直径の約１／１５な
いし約１／８の距離だけ肩２３を越えて伸びている。

ロータ２１の円筒形の肩２３に、アイドラ・ディスク４
５が据え付けられる。ロータ２１のセクション３３の各
側にアイドラ・ディスク４５が配置される。アイドラ・
ディスクは実質的に円筒形で、アイドラ・ディスク中心
を実質的に通って伸びる穴４７をもっている。穴４７は
ａ−夕２１の円筒形の肩２３を受は入れるように設計さ
れ、肩とアイドラ・ディスクの間には動きばめがある。

アイドラ・ディスクは自由に回転し、セクション３３と
プレート３９の間で肩２３に沿って軸方向に移動するの
も自由である。

アイドラ・ディスク４５は、穴４７に隣接して、アイド
ラ・ディスクの残りの部分より幅の広いセクション４９
をもちうる。セクション４９は、ロータ２１の円筒形の
肩２３へのアイドラ・ディスク４５の滑り自在な据え付
けのため、より大きな゛軸受表面を提供している。より
大きな軸受表面は、アイドラ・ディスク４５への半径方
向の力の荷重に耐える助けになる。アイドラ・ディスク
４５の穴４７とロータ２１の円筒形の肩２３の間の半径
方向の間隙は、半径方向の運動を最少限度にするほど小
さくなければならない。半径方向の間隙は、通常、穴４
７の直径インチ当たり約ｏ、ｏｏｉインチが必要である
。アイドラ・ディスクは肩２３から、外部ケーシング３
の末端壁７の方向へ伸びている。アイドラ・ディスク４
５はロータ２１のセクション３３に実質的に平行に配置
される０通常、アイドラ・ディスクはロータ２１の直径
の少なくとも約１／２の直径をもつだろう。実際上、ア
イドラ・ディスクがロータ２１の直径の約３／４から約
１１７４の直径をもつと有利であることがわかった。ア
イドラ・ディスクは回転の遠心力に耐え、ディスクの側
面への不均等な圧力分布から生ずるねじれにも耐えるほ
ど強力な材料から製造されなければならない。アイドラ
・ディスク材料は、ロータキャビティ５内の流体と両立
もしなければならない。はとんどの応用で、３１６ステ
ンレス鋼がアイドラ・ディスク４５に満足できる材料で
あろう。

内部シール５３がアイドラ・ディスク４５から、プレー
ト３９の方向へ伸びている。内部シール５３はプレート
３９に隣接配置されるように、円筒形の肩２３に隣接し
て配置される。内部シールはプレート３９から、約ｏ、
ｏｔｏないし約０．０７５インチの距離で隔たってい４
（アイドラ・ディスク４５がロータの方へてきるだけ押
された時に測定）。アイドラ・ディスクは外部シール５
７ももっており、これはアイドラ・ディスク４５の、外
部ケーシング３の末端壁７に隣接する部分に配置される
。外部シール５７はロータ２１のセクション３３の方向
へ伸びている。外部シール５７は約ｏ、ｏｔｏないし約
０．００２インチの距離でインペラ部分３３から隔たっ
ている（アイドラ・ディスクがその正常な操作位置にあ
る時）。外部シール５７と外部ケーシング３の末端壁７
の間で間隔を置いて配置されるアイドラ・ディスク４５
の末′４４６は、ロータ２１の方向に先細にして、外周
にナイフリッジを形成できる。アイドラ・ディスク４５
の先細末端４６は、非対称圧力の場が対抗できるような
ディスク部分の有効面積を接線の方向に減少させ、これ
がアイドラ・ディスクへの半径方向の荷重を減らす。内
部シール５３と外部シール５７はロータキャビティ内の
流体と両立できる材料で製造されるべきであり、プレー
ト３９又はセクション３３の材料に対し低いゴーリング
傾向をもつべきである。相対するシール面の材料に対し
て可能な選択は、鋼鉄上のテフロン、鋼鉄上の黄銅、鋼
鉄上の鋳鉄又は他の適当な材料でありうる。

内部シール５３は、プレート３９の表面に隣接し平行な
平らな面をもち、外部シール５７はロータ２１のセクシ
ョン３３の表面に隣接し平行な平らな面をもっている。

内外部シールは隣接表面（プレート３９又はセクション
３３）へシール面がごく接近していることだけに基づい
たシーリング効果をつくりだしている。典型的には、内
部シールとプレートとの間、及び外部シールとロータ２
１のセクション３３との間の間隙の合計は、約０．０１
５ないし約０．０７５インチである。シールの有効性、
すなわちシールからの多量の漏れを伴わずに異なる圧力
の２領域を隔てる能力は、部分的にはシールと隣接表面
との間の距離によって決まる。隔たりが広くなれば、シ
ールの有効性が減り、漏れが増える。シールはアイドラ
・ディスクと一体的に形成してもよく、別個に取り付け
てもよい。シールを別個に取り付けると、シール用に使
用できる材料の範囲が広くなる。別個に取り付けられる
シールは、抵抗溶接、ざらねじ、接着又は他の適当な固
定手段によってアイドラ・ディスク４５に固定できる。

内部シール５３は円筒形の肩２３にできるだけ近づけて
置かれるべきである。実際上、内部シール５３は、肩２
３から、アイドラ・ディスク４５０半径の約１／８はど
の間隔を置いて配置されるへきである。外部シール５７
は、外部ケーシング３の末端壁７に隣接するロータ２１
のセクション３３の外半分に隣接するように配置される
べきである。実際上、外部シールが肩２３から、ロータ
２１のセクション３３の半径の約１／２ないし約９／１
０の距離で隔たっているのが好ましいとわかった。外部
シールがロータ２１のセクション３３０半径の約５７６
の距離で肩から隔たっていて、内外シールが円筒形の肩
２３上のアイドラ・ディスクの軸方向の運動を制限する
ように作用するのが好ましいとわかった。

外部シールの半径方向の幅は、実際上できるだけ大きく
すべきである。アイドラ・ディスク直径の約１／１００
ないし約１７４の半径方向の幅が、所望のシーリング効
果を提供するのに十分であることがわかったが、それよ
り大きい半径方向の幅も改良されたシーリング効果を提
供するだろう。

アイドラ・ディスク４５には、複数のスロット６１が内
部シール５３とアイドラ・ディスクのセクション４９の
間に配置されている。スロットは、外部ケーシング３の
側壁９に面したアイドラ・ディスクの側面とロータ２１
に面したアイドラ・ディスクの側面との間の自由な連絡
を提供している。このため、スロット６１は、ロータ２
１のセクション３３に隣接するアイドラ・ディスク側面
から、プレート３９に隣接するアイドラ・ディスク４５
の側面への流路を提供している。スロットは多くの流れ
抵抗を生じずにアイドラ・ディスク４５の一方の側から
他の側へのシール漏れを通すように設計されている。こ
のため、スロワ）６１は内部シール５３と外部シール５
７からの漏れを効果的に処理できる大きさのものとすべ
きである。実際上、流体が水の時には、スロワ）６１か
らの圧力損失が平方インチ当たり約３ボンド未満である
のが望ましいことがわかった。また、アイドラ舎ディス
クの直径が大きくなるにつれて、スロット６１の大きざ
を増す必要があることもわかった。これは、アイドラ・
ディスクの直径が大きくなるとともに、シール漏れの量
も多くなるためである。通常、スロット６１はアイドラ
・ディスク表面積の約１７４ないし約３／４χの面積を
もち、アイドラ・ディスク表面積の約１／２にの面積が
特に順調に作動する。

ロータ２１のセクション３３０表面に、アイドラ・ディ
スク４５に隣接して配置されるのが羽根６５である。羽
根６５は円筒形の肩２３から末端壁７の方向へ、セクシ
ョン３３に沿って外側に仲ひている。羽根６５は通常、
円筒形の肩２３から、セクション３３０半径の約１７３
ないし約２／３の距離で伸びており、セクション３３の
半径の約１／２の距離が特に順調に作動する。しかし、
羽根は常にアイドラ・ディスク４５上の外部シール５７
と円筒形の屑２３の間に配置されるべきである。このた
め、羽根は決して外部シール５７を越えて伸びることは
ない。羽根はロータの一部として鋳造されてもよく、又
はセクション３３に結合される別個のピースでもよい。

羽根６５はボルト締め、溶接、接着又は他の固定手段に
よってインペラ部分に固定できる。羽根は直線状又は曲
線状であるが、実際上、羽根６５が直線状で、円筒形の
肩２３から放射状に外へ伸びるのが望ましいとわかった
。羽根が使用されるのは、すぐ近くの流体塊の回転速度
を高め、それによって円筒形の肩２３と外部シール５７
の間、及びアイドラ・ディスクとロータ３３の間にある
圧力差を高めるためである。

運転において、シャフト１３を回転させると、これが今
度はシャフトに固定されたロータ２１を回転させる。ロ
ータ２１が回転するにつれて、ロータに結合されたセク
ション３３と羽根６５（存在する場合）がロータとアイ
ドラ・ディスクとの間の流体を外部ケーシング３の末端
壁７の方へ半径方向に前進させる。この流体運動はロー
タ３３とプレート３９の閏の円筒形の肩２３近くの圧力
を下げる。この減圧により、流体はアイドラ・ディスク
４５とケーシング側壁９の間の区域から流れる。アイド
ラ・ディスクとロータの回りの流体循環が、第３図と第
４図に描かれろようにつくりだされる。

ロータ２１が回転するにつれて、ロータ２１のセクショ
ン３３の各側に配置されたアイドラ・ディスク４５は、
ロータで動かされた流体と関連する摩擦抗力によって回
転する。このアイドラ舎ディスク４５は、ロータキャビ
ティ５内の流体の内部粘度のため、ロータ２１の回転方
向に引張られる。アイドラ・ディスク４５は回転するロ
ータ２１と外部ケーシング３の静止壁との間に置かれる
ため、アイドラ舎ディスクはロータ２１の回転速度の実
質的に１／２の速度で回転する。これは、アイドラ・デ
ィスクが外部ケーシング３の静止側壁と回転ロータ２１
のほぼ中間に置かれることを仮定している。アイドラ・
ディスク４５がロータ側に近い場合は、アイドラ・ディ
スクはやや速い速度で回転し、アイドラ・ディスク４５
が外部ケーシング３の静止側壁側に近い配置の場合は、
アイドラ・ディスクはやや遅い速度で回転しよう。便宜
上、アイドラ・ディスク４５がロータ２１と外部ケーシ
ング３の静止壁の間のほぼ中間にあると仮定すると、ア
イドラ・ディスクの回転速度はアイドラ・ディスクの各
側の境界面の平均速度にほぼ等しい。外部ケーシング壁
は静止して動かないから、これらは速度ゼロであり、回
転ディスクの各側での境界面の平均速度は回転ロータ２
１の速度の１／２である。

ロータキャビティ５内でアイドラ・ディスク４５とロー
タ２１の間にある流体塊は、境界面のほぼ平均速度で回
転する。アイドラ・ディスクはロータ速度の約１７２の
速度で回転しているから、流体塊は回転ロータ速度の約
３／４で回転する。アイドラ・ディスク４５と外部ケー
シング３の静止側壁の間にある流体塊は、流体境界面の
ほぼ平均速度で回転する。アイドラ・ディスク４５はロ
ータ速度の１／２の速度で回転し、外部ケーシング３の
壁は静止しているから、アイドラ・ディスク４５と外部
ケーシング側壁の間の流体塊はロータ回転速度の約１／
４の平均速度をもつ。

回転する流体塊は半径方向の圧力勾配を発生し、この勾
配の強度は流体の回転速度に依存している。

特定的には、回転流体によって発現される圧力は平方関
係に従う。例えば、回転速度が２倍になると、圧力勾配
は４倍になる。上に述べたように、回転アイドラ・ディ
スク４５とロータ２１の間にある流体は、アイドラ・デ
ィスク４５と外部ケーシング３の静止壁の間にある流体
より約３倍速い速度で回転する。従って、アイドラ・デ
ィスクとロータの間の回転流体塊は、アイドラ・ディス
ク４５と外部ケーシング３の壁の間で発生する圧力勾配
より約９倍大きい圧力勾配を生ずる。不均等な圧力勾配
はアイドラ・ディスク４５への軸方向の非常に強い力を
つくりだす。アイドラ・ディスク４５は軸方向にロータ
２１の円筒形の肩２３に沿って自由に移動するから、ア
イドラ・ディスク４５の各側での流体塊の不均等な回転
速度から生じる不均等な圧力勾配のため、アイドラ・デ
ィスク４５へ作用する軸方向の力を打消す方法を開発す
る必要がある。

第３図に示すように、アイドラ・ディスクとロータの間
、及びアイドラ・ディスクと外部ケーシング３の側壁と
の間の流体回転速度の差が、アイドラ・ディスク４５と
ロータ２１の間に高い圧力差を発生させ、またアイドラ
・ディスク４５と外部ケーシング３の側壁の間では、か
なり低めの圧力差を発生させる。圧力差の結果、ロータ
キャビティ５内の流体は、第３図と第４図中の矢印で示
すように循環する。見て取れるように、流体はアイドラ
・ディスクとロータの間でらせん運動によって外側ヘポ
ンブ軸送され、外部シール５７とロータのセクション３
３の間を通り抜ける。流体はまた、らせん運動でアイド
ラ・ディスク４５と外部ケーシング３の壁の間で内側へ
引き寄せられる。この流体は内部シール５３とプレート
３９の間を通る。流体はスロット６４も通過するので、
流体は再びアイドラ・ディスク４５とロータ２１のセク
ション３３の間で外側ヘポンブ軸送される。

運転中、不均衡な圧力差はアイドラ・ディスク４５をロ
ータ２１の方へ移動するように作用しろる。

これが起きると、アイドラ・ディスク４５上の外部シー
ル５７もロータ２１のセクション３３の方へ前進する。

これが外部シール５７とセクション３３０間の間隙を狭
め、それによって外部シールのシーリングの有効性を高
める。それと同時に、内部シール５３とプレート３９の
間の通行が増加し、それによってこのシールのシーリン
グ有効性を低下させる。内部シールの有効性が下がるか
ら、シールの圧力損失は少なくなり、室６６内のプレー
トとアイドラ・ディスクの間の圧力が高くなる。均圧ス
ロワ）６１は、この高めの圧力がアイドラ・ディスク４
５とロータ２１のセクション３３０間にも存在すること
を確保している。それと同時に、外部シール５７はロー
タ３３に近づき、これはシール有効性を高める傾向があ
り、これは外部シール５７での圧力損失が高まることを
意味している。この高まったシーリング有効性のため、
アイドラ・ディスク４５とセクション３３の間に存在す
る流体回転が強化され、それによって高めの圧力が生じ
、アイドラ・ディスクへの圧力が生して、アイドラ・デ
ィスク４５をロータ２１から軸方向に引き離す。更に、
内部シール５３の低下した有効性から生ずる円筒形の肩
２３近辺の高めの圧力も、アイドラ・ディスク４５とロ
ータ２１の間に存在する高圧に寄与している。

圧力勾配がアイドラ・ディスク４５を外部ケーシング３
の側壁の方へ移動させる場合は、外部シール５７とロー
タのセクション３３の間の間隙が広がリ、内部シール５
３とプレート３９の間の間隙が狭まる。外部シール５７
とセクション３３との間隔が開けば、シール５７の有効
性が低くなり、それによってアイドラ・ディスク４５と
ロータ２１の間にある流体の回転から生ずる圧力増大が
落ちて、より多くの流体がこのシールを通過できる。そ
れと同時に、内部シール５３とプレート３９の間の間隙
が挟まり、これが内部シールのシーリング有効性を改良
する。

これが内部シールにおける高い圧力損失をもたらし、プ
レート３９とアイドラ・ディスク４５の間の室６６にあ
る圧力を下げる。この低めの圧力は均圧スロット６１を
経てアイドラ・ディスクの他の側面に伝えられる。内部
シールの増大する有効性と外部シール５７の低下するシ
ーリング有効性から生ずる低い圧力が一緒に作用して、
アイドラ・ディスク４５とロータ２１の間の流体の全体
的な圧力を下げる。

これがアイドラ・ディスクをロータ側へ押出すように作
用する復元力を生じさせ、そのためケーシング３の側壁
の方へ向かう元の移動が打ち消される。

上から明らかなように、アイドラ・ディスク４５が内外
部シーリング表面の軸上のどこかにある平衡な位置を離
れる時はいっでも、反対方向に作用する強い圧力が発生
する。従って、アイドラ・ディスクは平衡位置に押戻さ
れ、反対の力が平衡となる位置でアイドラ・ディスクは
作動しよう、内外部シールの半径方向の位置、シール間
隙、シール設計、及びケーシング内の流体の物理的性状
が平衡位置を保とうとする力の強さに影響する。関与す
る因子の分析は、アイドラ・ディスクがその平衡位置か
ら離れると、復元力が非常に急激に高まることを示して
いる。復元力が移動する力より大きくなる前に、アイド
ラ・ディスクはわずかの距離を移動するにすぎず、平衡
位置まで、又は少なくともその近くまで戻る。わずか０
．００２インチの動きが数千ボンドの復元力を生じうろ
ことを分析は示した。復元力は、アイドラ・ディスクが
最初に移動する時から１秒のごくわずかの一部分という
短時間に発生し、運転中いかなる時も、内部シール５３
がプレート３９に接触したり、外部シール５７がロータ
２１のセクション３３と接触したりすることはない。ア
イドラ・ディスク４５の操作の一例として、典型的な応
用ではアイドラ・ディスクに可能な軸方向の運動は約０
．０１５インチである。平衡時に、アイドラ・ディスク
は、外部シール間隙５７が約ｏ、ｏｏｓインチ、内部シ
ール間隙が約ｏ、ｏｏｉインチとなるような位置を取る
。アイドラ・ディスクをロータ２１のセクション３３に
０．００１インチでも近づけるには、１，０００　ｌｂ
ｓ以上の力を必要とするだろう。同様にアイドラ・ディ
スクをケーシング３の側壁へ０．００１インチ近づける
には、やはり１，０００１ｂｓ以上の力がいる。軸方向
の移動に対するこの抵抗は、軸方向にアイドラ・ディス
クを移動させるように作用する力の程度を大幅に上回る
。

正常な運転中いかなる時も、内部シール５３はプレート
３９と接触せず、また外部シール５７もロータ２１のセ
クション３３と接触しない。このため、普通には内外部
シールの磨耗がほとんどなく、これらはアイドラ・ディ
スク４５を所望の操作位置に保持するために非常にうま
く機能する。ある場合には、内部シール５３と外部シー
ル５７は特定のアイドラ・ディスク操作環境（例えば磨
耗性スラリーを扱う渦巻きポンプなど〉のため、幾分の
浸蝕を受けることがある。この結果、内部シール５３と
プレート３９の間、及び外部シール５７とセクション３
３の間の間隙は広がってくる。この拡大された間隙はア
イドラ・ディスクの機能を混乱させず、アイドラ・ディ
スクは平衡位置で作動し続ける。拡大した間隙は、内外
部シールからの増大する漏れによる抗力のため、動力損
失がやや高くなる。

第５図と第６図は、上に説明されたアイドラ・ディスク
が、どのように末端吸込み式一段階渦巻きポンプ７１に
使用できるかを例示している。アイドラ・ディスクを渦
巻きポンプにいかに応用するかを例示するために末端吸
込み式一段階渦巻きポンプが使用されるが、アイドラ・
ディスクがいかなる構造の渦巻きポンプにも応用できる
ことは明らかにされるべきである。この態様では、回転
インペラ７３（又はロータ）は回転シャフト７５上に配
置される０通常、インペラ７３はシャフト７５にキーみ
ぞで合わせて取り付けられ、ナツト７７でシャフトに固
定される。インペラは、一段階渦巻きポンプ７！の外部
ケーシング８１で形成されるボンピングキャビティ７９
内に置かれる。シャフト７５は第一軸受８３と第二軸受
８５によって支持される。第一及び第二軸受は、ボンピ
ングキャビティ７９から隔てられた軸受ハウジング８７
内に置かれる。外部ケーシング８１と軸受ハウジング８
７０間に配置されているのはアダプター区域８９である
。第一軸受８３はアダプター区域８９に隣接して配置さ
れ、第二軸受８５はアダプター区域から隔てて配置され
る。シャフト７５は、第一軸受と第二軸受の間に置かれ
た直径の大きい区域９１をもっている。直径の大きい区
域９１は第一軸受に隣接する肩９３と第二軸受に隣接す
る肩９３を形成している。直径の大きい区域９１の肩９
３は第一軸受８３及び第二軸受８５と協力して、シャフ
ト７５を支持するとともに、シャフトに沿って軸方向の
荷重を取り扱う、アダプター区域８９から隔たった軸受
ハウジング８７の末端に配置されているのは末端キャッ
プ９５である。シール９７が末端キャップ９５の中心に
配置され、シャフト７５の回りに広がっている。末端キ
ャップとシールは、汚染物質が軸受ハウジング８７に入
るのを予防している。

外部ケーシング８１に連結されているのがカバー９９で
ある。カバー９９は、インペラ７３が置かれているボン
ピングキャビティ７９の他方の側を形成している。アダ
プターセクション８９はカバー９９と軸受ハウジング８
７の間に伸びている。シャフト７５はカバーを通り、開
口部１０３を通って伸びている。シャフトとカバーの間
の漏れは、シャフト７５の周囲に置かれたパツキンリン
グ１０９を含有するスタッフィング・ボックス１０？に
より低減化される。スタッフィング・ボックスのパツキ
ン押え１１１はパツキンリング＋０９をシャフト７５の
周囲に締めつけて適切なシールを確保するために使用さ
れる。

アイドラ・ディスク１１５はインペラ７３の各側に配置
される。アイドラ・ディスク１１５は、内部シール１１
９用シール・キャリアー１１７上に動きばめで据え付け
られる。このため、内部シール■９はアイドラ・ディス
ク１１５上に配置されるのでなく、シール・キャリアー
１１７上に支持される。外部シール１２１はインペラ７
３上に置かれ、シール・キャリアー１１７から外側へ半
径方向に配置される。従って、本発明のこの態様におい
ては、シールはアイドラ・ディスク＋１５上に置かれず
、インペラ７３とシール◆キャリアー目７上に置かれる
。流路＋２３が、アイドラ・ディスク内端に隣接してア
イドラ・ディスク１１５内に配置される。ｔｌＬ路１２
３はシール・キャリアー１１７上に配置されたアイドラ
・ディスク末端と内部シール１１９の間に置かれる。流
路は、アイドラ・ディスク１１５の各側にある流体間の
連絡を提供している。

正常な運転では、シャフトを回転させると、インペラ７
３が回転する。この回転がインペラ内に遠心力を発生さ
せ、それによってインペラ内の流体が外側へ向かい、ケ
ーシング外縁へ、次いで排出路１２７へ人っていく、イ
ンペラ流路内から流体が回収され冠と、更に流体が吸込
み流路！２５から入ってくる。この流体が同様にポンプ
輸送されて、連続的なポンプ作用が生じることになる。

ポンプの通常操作の当然の帰結として、インペラ７３と
外部ケーシング８１及びカバー９９との間の空間が、ポ
ンプ輸送される流体で満たされることになる（産業界の
ポンプ軸送例で出会う典型的な流体は水、石油とその誘
導体類、及びスラリーを包含する）。

アイドラ・ディスク１１５は自由に回転し、ポンピング
・キャビティ７９内の回転流体はインペラ７３の回転と
同じ方向にアイドラ・ディスクを回転させる。アイドラ
◆ディスクは既述のようにポンプ送りされる流体の摩擦
抗力に寄与する損失を減らし、またアイドラ・ディスク
は既に述べた方法で内外部シールに対して軸方向に移動
する。上に説明されたように、アイドラ・ディスクは通
常、内外部シールのほぼ中間にあり、これがアイドラ・
ディスクの平衡位置を定めている。しかし、アイドラ・
ディスクの平衡位置は内外部シールの間の実質的に中間
である必要はない、平衡位置を、シャフト沿いの軸方向
に、内外部シールの間のほとんどいかなる場所に置くこ
ともできる。アイドラ・ディスクがこの平衡位置から動
く時は、シールがアイドラ・ディスクに作用する流体圧
力を生じさせて、ディスクを実質的に平衡位置に戻すよ
うに作用する。

第８図は、アイドラ・ディスク発明品のもう一つの態様
を例示している。この態様では、単一の外部シールのみ
がアイドラ・ディスク用に使用される。アイドラ・ディ
スクは、第５図に示すポンプと非常によく似た末端吸込
み式一段階渦巻きポンプのケーシング内に示される。こ
の態様で、インペラ＋３３は回転シャフト１３５に連結
されている。

インペラ１３３を取り巻くのは外部ケーシング１３７で
ある。外部ケーシングはインペラ１３３周囲のポンプ室
１３９の境界を定めている。インペラ＋３３の各側にア
イドラ・ディスク！４１が配置され、アイドラ・ディス
クはインペラと外部ケーシング１３７の側壁の間に置か
れている。アイドラ・ディスク１４１はインペラ１３３
の肩＋４３上に動きばめによって据え付けられる。アイ
ドラ・ディスクは肩上で自由に回転し、肩に沿って軸方
向に自由に移動する。外部シール＋４５はインペラ＋３
３の各側からアイドラ・ディスク＋４１の方向へ伸びて
いる。外部シールは、シャフト１３５から隔たったイン
ペラ１３３の部分に配置される。アイドラ・ディスク１
４１の内端に複数のスロットリング・ボート１４７が置
かれる。スロットリング・ボートは肩１４３とインペラ
１３３に隣接して、アイドラ・ディスク１４１内に配置
される。

スロットリング・ボートは外部ケーシング１３７とアイ
ドラΦディスク１４１０間のポンプ室１３９部分と、イ
ンペラ１３３とアイドラ・ディスク１４１０間のポンプ
室部分との連絡流路を提供している。

運転において、この態様のポンプは、第５図に示す態様
に間して既に述べた方法によく似た形で機能する。流体
は回転インペラ１３３を通って引張られ、ここで回転イ
ンペラから発生する遠心力が流体の圧力を高め、流体を
半径方向に外側へ移動させる。最終的に流体は外部ケー
シング１３７の外端にある出口から排出される。アイド
ラ・ディスク＋４１は既に述べた方法で、外部ケーシン
グ１３７で決るポンプ室１３９内の流体抗力を下げるよ
うに作用する。しかし、内部シールがこの態様からは除
かれたので、アイドラ・ディスク１４１の動きはやや異
なっている。アイドラ・ディスクとインペラの間の流体
の回転は、アイドラ・ディスクと外部ケーシングの間よ
り速い。この速い回転が、アイドラ・ディスクのケーシ
ング側で発生する圧力より高い圧力を、アイドラ・ディ
スクのインペラ側で発生させる。この異なる二つの圧力
の結果は、流体がアイドラ・ディスクとインペラの間で
は、らせん運動で外側へ押出され、アイドラ・ディスク
と外部ケーシング１３７の間では、らせん運動で内側へ
引張られるように、流体の循環が形成されることである
。既に論じたように、第３図は流体のこの回転の基本的
特徴を示している。ポンプ作動中に、アイドラ・ディス
クがインペラ１３３から軸方向に離れる場合、外部シー
ル１４５とアイドラ・ディスク！４１の間の間隙が広が
る。これが外部シール１４５とアイドラ・ディスク１４
１の間のシーリング効果を減少させる。外部シールとア
イドラ・ディスクの間の広がった間隙は、シールを通る
流体の流量を増す。流体の流量が増すと、アイドラ・デ
ィスク１４１とインペラ１３３の間のポンプ室１３９部
分で圧力低下をもたらす。その結果、アイドラ・ディス
ク１４１の内端にあるスロットリング拳ボー　）　１４
７からの圧力損失が大きくなる。外部シールの有効性低
下とスロットリング・ボー）１４７からの圧力損失の増
大とがあいまって、アイドラ・ディスク１４１とインペ
ラ１３３０間にある流体の平均圧力を下げるように作用
する。このため、外部ケーシング１３７とアイドラ・デ
ィスク１４１０間のポンプ室１３９部分の流体圧力がア
イドラ・ディスクに作用して、アイドラ・ディスクをイ
ンペラ１３３の方へ引戻す。

ポンプ作動中にアイドラやディスク１４１がインペラの
方へ移動する場合は、外部シール１４５とアイドラ・デ
ィスク１４１０間の間隙が挟まり、外部シールの有効性
が高まる。従って、シールからの流体の漏れが減る。外
部シール１４５を通る流体の流量が下がると、スロット
ル・ボート１４７からの圧力損失が低下し、その結果、
アイドラ・ディスク１４１とインペラ１３３の間にある
ポンプ室１３９部分に高圧が発生する。この高圧がアイ
ドラ・ディスクをインペラ１３３から引き離す。このよ
うに、アイドラ会ディスク＋４５とスロ・ント曹ノング
争ボート１４７が協力してアイドラ・ディスク１４１を
平衡位置に保つとともに、アイドラ・ディスクの各側の
平均圧力を確実に平衡化する。アイドラ・ディスク１４
１の平衡位置の軸方向の位置決定は、部分的にはスロッ
トリング拳ボート＋４７の大きさに左右されることを理
解すべきである。

アイドラ・ディスク１４１を適切な平衡位置に確実に保
持するためには、アイドラ・ディスク上に置かれるスロ
ットリング◆ボート１４７の全面積が、アイドラ・ディ
スク面積の約０．０Ｈないし約ｏ、ｏｓｘとすべきであ
る。これによって、アイドラ会ディスク１４１を所望の
平衡位置に保持するのに十分な流量の流体がスロットリ
ング・ボートを通り、またスロットリング・ボートでの
十分な圧力損失がある。−例として、直径１２インチの
アイドラ・ディスクを使用すると、それぞれ直径約１／
８インチの実質的に４個のスロットリング争ボート１４
７をもつ必要があることがわかった。この組合わせによ
り、外部シール１４５とアイドラ・ディスク１４１の間
に約０．００２インチの間隙があるように、アイドラ・
ディスク１４１が平衡位置に保持される。

第７図はアイドラ・ディスク発明のもう一つの！Ｊ様を
示す。このｌ！！！様では、アイドラ・ディスクは外部
ケーシングに結合された静止表面上を回転し、アイドラ
・ディスクとロータの間にはシールがない。この態様を
説明するために、既述のポンプによく似た渦巻きポンプ
を使用してみよう。ポンプは、ポンプ室＋５７の境界を
定める外部ケーシング１５５をもっている。インペラ１
５９はポンプ室１５７内を回転するように配置される。

突起１６１がインペラ１５９の中心に隣接して、外部ケ
ーシング１５５がらポンプ室＋５７へ伸びている。突起
！６１は、アイドラ・ディスク１６３を取り付けるため
の軸受表面を提供している。突起＋６１は静止暦粍リン
グ１６２としても役立つ。磨耗リングは、インペラ付近
の高圧領域から吸込み流路とインペラ背面の低圧領域へ
の漏れの程度を下げる手段として、回転インペラと静止
ケーシングの間に狭い運転すき間をもたせるために渦巻
きポンプで使用される。前及び後磨耗リングがポンプ室
＋５７内に置かれる。各組の磨耗リングはインペラ１５
９上に取り付けられるリング１６４と、外部ケーシング
１５５に取り付けられる静止リング１６２とからなる。

通常、直径で０．０２０インチ未満の非常に狭い間隙が
回転リングと静止リングを隔てている。これらのリング
は、インペラ付近の比較的高圧の領域と吸込み流路内や
インペラ後部の低圧領域との間の漏れを減らすために、
渦巻きポンプにしばしば使用される。アイドラ・ディス
ク１６３は、突起１６１によって提供される軸受表面に
沿って軸方向に自由に移動する。内部シール１６５は外
部ケーシング１５５からアイドラ・ディスク！６３の方
向へ伸びている。内部シールはアイドラ・ディスク１６
３の中心近くにある。均圧口１６７は、内部シール１６
５と突起１６１の間のアイドラ・ディスク内端に提供さ
れる。外部シール１６９は外部ケーシング１５５の外端
からアイドラ・ディスク！６３の方向へ伸びている。ア
イドラ・ディスク１６３の外端には、外部シール１６９
と協力してアイドラ・ディスクの外端にシールを提供す
るための穴ぐり１７１がある。外部シールに対するこの
ｆｆｉ！置は、アイドラ・ディスク１６３と外部シール
１６９０間にフラッシュ表面を提供している。フラッシ
ュ表面はアイドラ・ディスクとインペラ１５９０間の乱
流と効力損失を低下させる。

運転において、流体は基本的に既述のとおりに、本態様
のポンプを通って送られる。しかし、アイドラ・ディス
クの操作は既述のものとは、やや異なっている。アイド
ラ・ディスク１６３がインペラ１５９の方へ移動する場
合、外部シール１６９０間隙が挟まり、内部シール＋６
５の間隙が広がる。その結果、外部ケーシング１５５に
面したアイドラ・ディスクの側が、アイドラ・ディスク
の内端近くで比較的低圧になる。従って、アイドラ・デ
ィスクのケーシング側の平均圧力は、アイドラ・ディス
クのインペラ側の平均圧力よりかなり小さくなる。

この圧力差はアイドラ・ディスクをケーシング側壁の方
へ移動させるように働く。アイドラ・ディスフが外部ケ
ーシング１５５の方へ動く場合は、外部シールの間隙が
広がり、内部シールの間隙が狭まる。その結果、アイド
ラ・ディスクのケーシング側がインペラの外端で高圧を
受ける。これがアイドラ・ディスクのケーシング側の平
均圧力を、アイドラ・ディスクのインペラ側の平均圧力
より高い値に上昇させ、この圧力がアイドラ・ディスク
をインペラ側へ移動させる。このように、アイドラ・デ
ィスクがその平衡位置から移動すれば、内外部シールに
よってつくられるアイドラ・ディスクへの圧力がアイド
ラ・ディスクに対抗して、アイドラ・ディスクへの軸方
向の圧力を打消すような実質的に平衡な位置へディスク
を戻す。

第７図に示す態様の操作において、冴耗リングの漏れは
、インペラ外端からインペラとアイドラ・ディスクの間
を内部へ半径方向に通る。次に漏れは磨耗リング間を通
って出ていく。アイドラ・ディスクとインペラの間には
、流体の非常に強力な回転が存在する（特に羽根を使用
する場合）。

この回転はインペラで発生する圧力に等しい圧力を発生
させる。従って、磨耗リングのインペラ側近くの圧力は
、吸込み流路内の圧力はど高くはなく、漏れをすべて磨
耗リングの間から排除する。

第９図はアイドラ・ディスク発明品のもう一つの態様を
示す。この態様では、渦巻きポンプ１７３はポンプ室１
７７の境界を定める外部ケーシング１７５をもち、回転
インペラ１７９をポンプ室内に配置している。

第９図に示すように、アイドラ・ディスクの内部シール
１８７を着脱式静止リング１８５上に取り付けることが
できる。内部シールは第９図に示すように調節自在にで
きる。この態様では、所望の間隙がアイドラ・ディスク
で得られるまで、内部シールを支持肩１８９に沿って滑
らせることができる。

次に内部シールを所望の位置に固定するために、止めね
じを進めて内部シールを位置に固定できる。

第９図は本発明のもう一つの態様ないし特徴を示してい
る。渦巻きポンプには、インペラ外端と外部ケーシング
の間に輪状の空間がある。この輪状の空間は、インペラ
で排出される回転流体がその高速を圧力エネルギーに転
換できるようにするための領域を提供している。この輪
状空間は羽根なしディフューザと呼ばれ、流体にその流
動角を排出角に調整させるものである。流動角の漸進的
な調整は輪状空間の大きさを高めることによって達成さ
れる。流動角の漸進的調整は、ポンプの排出区域でノイ
ズと振動とすりへり型の磨耗を低下させる。しかし、回
転流体塊と静止ケーシング側壁の間の高い流体効力損失
のため、速度から圧力への転換効率が低く、羽根なしデ
ィフューザの使用はやや限定的なもので、あった。この
ため、はとんどのポンプはポンプ効率を改良するため、
輪状空間の大きさをできるだけ減らすように設計されて
いる。しかし、輪状空間が減るにつれて、ポンプのノイ
ズも、振動、乱流も増すので、輪状空間を減らすにも限
度がある。このため、ポンプ設計では、輪状空間の大き
さを設計する時に、効率と許容できる運転上の特徴との
間に妥協がある。

第９図に示すように、アイドラ・ディスク１７４はイン
ペラ１７９の外端を越えて輪状空間１７６へ伸びている
。このようにアイドラ・ディスク１７４は回転する羽根
なしディフューザを形成する。アイドラ・ディスクはイ
ンペラ＋７９の外端を越えた領域で、インペラ排出口と
ケーシング外端の間で流体の誘導路を提供している。更
に、アイドラ・ディスク・はインペラから排出される流
体と隣接境界面の間で相対速度を低下させ、それによっ
てインペラから排出される流体とケーシングの静止側壁
の間で流体効力損失を低下させる。この低下した流体効
力損失はポンプで発生する圧力を高める。こうして、ア
イドラ・ディスク１７４をインペラ１７９の外端の先ま
で輪状空間中へ伸ばすことによって、ポンプ効率を低下
させるという著しい影響を与えずに、大きめの輪状空間
を使用できる。

本発明のアイドラ・ディスクは、形態的に直線状又は平
坦である必要がないことも認められるへきである。運転
の基本的原理に影響せずに、特定インペラの形状に合わ
せてアイドラ・ディスクを形造ることができる。

第１０Ａ−Ｄは、本発明のアイドラ・ディスク用の内外
部シールに利用できる種々の構造を示す。前の態様に示
すように、シールは第１図に示すようにアイドラ・ディ
スク上、第８図に示すようにロータ上、又は第７図に示
すように外部ケーシング上に配置することができる。こ
のように、第１０Ａ−０図に示す構造がアイドラ・ディ
スク、インペラ又は外部ケーシングのいずれの上にもあ
りうることは認められるべきであろう。

第１０Ａ図は放射状に方向づけられたシールを示す。こ
の態様では、シール１９３はアイドラ・ディスク＋９５
から放射状に外側へ伸び、回転インペラ１９７に隣接し
て終わっている。第１０Ｂ図はシールに対する円錐状配
置を示す。シール２０１は回転インペラ２０３から放射
状に伸びている。インペラ２０３から隔たっているシー
ル末端２０５は、角度をなして形成されている。図示し
た角度は実質的に４５°の角度であるが、所望により、
他の角度も使用できることを了解すべきである。アイド
ラ・ディスクの外端２０７は角度を付けて配置され、外
端２０７の角度はインペラ２０３の末端２０５の角度と
実質的に同じである。このように、インペラ２０３の末
端２０５がアイドラ・ディスク２０９の外端２０７と協
力してシールを形成している。。

第１０Ｃ図では、シール２１＋はケーシング２１３から
外側へ放射状に伸びている。シール２目はアイドラ・デ
ィスク２１７の外端２１５の少なくとも一部の上に伸び
ている。シール２１１と外＃２１５の間のこの軸上の方
向づけがアイドラ・ディスク２１７に対するシールを形
成している。

第１００図はアイドラ・ディスク用シールの異なる配置
を示す。この態様では複数の段付き部２２＋がアイドラ
◆ディスク２２３から回転インペラ２２５の方向に伸び
ている。インペラ２２５からは複数のフランジ２２７が
アイドラ・ディスク２２３の方へ伸びている０段付き部
２２１とフランジ２２７は互い違いの関係にあり、段付
き部とフランジはアイドラ会ディスク２２３とインペラ
２２５の間で空間的に重なるように伸びている。互い違
いに重なる端付き部２２１とフランジ２２７は、アイド
ラ会ディスク２２３とインペラ２２５の間でシールを形
成する。

第１０Ａ−［）図に示すシールはアイドラ・ディスク、
インペラ又は外部ケーシング上に配置されるものとして
説明されたが、これらのシール構造がアイドラ会ディス
クとのシールを形成するために、これらの成分上に異な
る配置で置けることは認められるへきである。上に説明
されたように、シール機能にほとんど影響を与えずに、
シールをアイドラ俸ディスク上、ロータ上、又はケーシ
ング上に置くことができる。

第１１図はアイドラ・ディスク発明品のもう一つの態様
を示す。この態様では、回転インペラ２３７をもつ渦巻
きポンプ２３５がある。渦巻きポンプ２３５の特徴は第
８図に示すポンプの特徴によく似ており、渦巻きポンプ
の説明のすべてをくり返すことはしない。しかし、イン
ペラ２３７を取り巻くポンプ室２３９内に二つのアイド
ラ・ディスク配置されるという大きな違いがある。イン
ペラ２３７に隣接して配置される中央寄りの一対のアイ
ドラ・ディスク２４１がある。中央寄りのアイドラ・デ
ィスク２４１とポンプ室２３９の側壁２４５との間に配
置される外側寄りの一対のアイドラ・ディスク２４３が
ある。

中央寄り及び外側寄りアイドラ・ディスクは、インペラ
２３７の肩２４７上に滑り自在に配置される。中央寄り
のアイドラ・ディスク２４１は回転インペラ２３７に隣
接して配置される外部シール２５１をもっている。外側
寄りのアイドラ・ディスク２４３は中央寄りのアイドラ
・ディスクに隣接して配置された外部シール２５３をも
っている。中央寄りのアイドラ・ディスク上の外部シー
ル２５１と外側寄りのアイドラ・ディスク上の外部シー
ル２５３は、実質的に同じ面に配置され、肩２４７から
実質的に同じ距離だけ半径方向に外へ間隔を置いている
。中央寄りのアイドラ会ディスクは複数のスロットル・
ボート２５５をもち、これらは中央寄りアイドラ・ディ
スクの肩２４７に隣接する部分に配置されている。

外側寄りアイドラ会ディスクは複数のスロットル・ボー
ト２５７をもち、これらも外側寄りアイドラ・ディスク
の肩２４７に隣接する部分に配置されている。スロット
ル・ボート２５５の中央線とスロットル・ボート２５７
の中央線は、いずれも肩２４７から実質的に同じ距離だ
け隔たっている。しかし、スロットル・ボート２５７は
スロットル・ボート２５５の直径より大きい直径をもつ
。外側寄りアイドラ・ディスク２４３のスロットル・ボ
ート２５７は、外側寄りアイドラ・ディスクと中央寄り
アイドラ・ディスクの双方からポンプ輸送される流体を
通さなければならないため、スロットル・ボート２５７
が大きめの直径をもつことが大切である。

インペラの各側に二つのアイドラ・ディスクを利用する
と、このような渦巻きポンプの摩擦抗力損失が更に低下
する。インペラ２３７が３６００　ｒｐｍで回転する場
合、中央寄りアイドラ・ディスク２４１は約２４００　
ｒｐｍで回転し、外側寄りアイドラ・ディスク２４３は
約１２００　ｒｐｍで回転する。ポンプ室２３９の側壁
２４５と中央寄りアイドラ・ディスク２４＋の間の速度
減少は、インペラの各側に１個のアイドラ・ディスクを
使用する時より大きな摩擦抗力の減少をもたらす。例え
ば、単一アイドラ・ディスクの使用は、インペラに隣接
する流体塊の回転速度をインペラに比べて＋８００ｒｐ
ｍから９００ｒｐ１１へ、すなわち５０Ｘ減速させる０
片側２個のアイドラ・ディスクの場合には、インペラに
隣接する流体塊はインペラに比べてわずか６００　ｒｐ
ｍ減少するだけであり、減少程度は元の６６χである。

既に論じたように、流体の抗力損失は通常、速度との平
方関係に従う。

従って、速度が元の値の半分になれば、抗力はその元の
値の４分の１に下がる。速度が元の値の３分の１になれ
ば、抗力は元の値のわずか９分の１に下がる。このため
、インペラの各側に２個のアイドラ・ディスクを利用す
ることは、渦巻きポンプの摩擦損失をなおも低減化する
有効な方法である。

渦巻きポンプで更に摩擦損失を減らすために、追加のア
イドラ・ディスクを使用できることは理解されるところ
である。主な制限は、アイドラ・ディスク用に利用でき
る空間の量、ポンプに加わる複雑さ、このような複雑な
ポンプをつくるコストの増大、及び追加アイドラ・ディ
スクを使用することから受ける付加的利益である。各々
の追加アイドラ・ディスクはポンプの摩擦抗力の減少に
寄与するとしても、各ディスクの低減化比率は小さくな
ろう。

第１２図と第１３図は、アイドラ・ディスク発明品のも
う一つの態様である。この態様では、回転インペラ２６
２とアイドラ・ディスク２６３をもつ渦巻きボン１２６
１がある。渦巻きポンプ２旧の特徴は第８図に示すポン
プの特徴とよく似ており、渦巻きポンプの説明の詳細を
すべてくり返すことはしない。

しかし、二つの主要な相違がある。一つの主要な相違は
、アイドラ・ディスク２６３が既述のような均圧口やス
ロットル・ボートのような流路を内端近くにもたないこ
とである。従って、アイドラ・ディスク２６３の内端近
くでケーシング側壁２６４とインペラ２６２の間に連絡
がない。もう一つの主要な相違は、インペラとアイドラ
・ディスクの間に潜舵リングが使用されないことである
。アイドラ・ディスク２６３とインペラ２６２の間にあ
る室２７１は、多少とも吸込み流路２６５と自由な連絡
がある。インペラ２６２に結合される羽根２６６は、羽
根近くの領域で流体回転を強化するために使われる。外
部シール２６７はディスク２６３の外端近くに配置され
る。

外部シール２６７は、アイドラ・ディスク２６３の外端
上の拡大横断面部２７３によって形成される。セクショ
ン２７３はインペラ２６２の方へ伸びて、外部シール２
６７を形成する。拡大横断面部２７３は、アイドラ・デ
ィスク半径の約１／８ないし約１／３の長さをもち、ア
イドラ・ディスク外端からアイドラ・ディスク中心の方
へ伸びている。

ケーシング側壁から伸びる肩２６９には、内部リテーナ
リング２６８が結合される。内部リテーナリングはケー
シング側壁２６４の方へ向かうディスク２６３の軸方向
の運動を制限するために使用される。

内部リテーナリングの目的は、ポンプ始動時又は停止時
、又はポンプ内部の正常運転条件を一時的に混乱させる
ような他の条件下に、ケーシング側壁へ向かうディスク
の軸方向の運動を制限するにある。

運転において、回転インペラ２６２とそれに結合された
羽根２６６がインペラ２６２とディスク２６３の間に強
力な流体回転を起こす。この流体回転運動は、インペラ
２６２で生じる圧力と同程度又はそれより大きな圧力差
を発生させるほど強力である。その結果、少量の流体が
吸込み流路２６５から、アイドラ・ディスク２６３とイ
ンペラ２６２の間の空間を通って、ケーシング外端の排
出流路２７３ヘボンブ軸送される。

アイドラ・ディスク２６３がインペラ２６２の方へ移動
する場合、外部シール間隙が狭まることにより、シーリ
ング有効性を改良する。外部シールの有効性増加はイン
ペラとアイドラ・ディスクの間の漏れ率を低下させ、そ
れによってアイドラ・ディスク２６３とインペラ２６２
０間の外部シール２６７内の領域で圧力を増大させる。

この高圧がアイドラ・ディスクをインペラから引き離す
。アイドラ・ディスクがケーシング側壁２６４の方へ移
動する場合は、外部シール間隙が広がることにより、シ
ーリング有効性を下げる。外部シールの有効性低下はイ
ンペラとアイドラ・ディスクの間の漏れ率を高め、それ
によってアイドラ・ディスク２６３とインペラ２６２の
間の外部シール２６７内の領域の圧力を低下させる。こ
の減圧の結果、アイドラ・ディスクはインペラの方へそ
の平衡位置まで引戻す。

大型渦巻きポンプでは、毎分２００ガロンまでの流体が
磨耗リングを通り、ロータキャビティ２７０から吸込み
流路２６５へ漏れる。上の配置のアイドラ・ディスクは
、この漏れを完全に排除するだろう。更に、磨耗リング
は定期的に消耗し、取替える必要がある。アイドラ・デ
ィスクは、外部シールで起こりうる磨耗量に関係なく、
その平衡位置を自動的に保持する。

本発明を特定的な材料を参照しつつ詳細に説明したが、
このような説明は説明のためにのみ与えられているもの
であることを理解すべきである。

添付の特許請求の範囲で定義された発明の範囲から逸脱
せずに、引用されたもの以外に種々の変更と置換を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアイドラ・ディスク発明品の横断側面図である
。 第２図は第１１２１の線２−２に沿って取った横断面図
、第３図は本発明の横断側面図、 第４図は第３図の線４−４に沿った横断面図、第５図は
本発明の別の態様の横断側面図、第６図は第５図の線６
−６に沿った横断面図、第７図は本発明の別の態様の部
分横断側面図、第８図は本発明の別の態様の部分横断側
面図、第９図は本発明の別の態様の部分横断側面図、第
１０図は本発明の異なる態様の一連の部分横断側面図、 第１１図は本発明の別の態様の横断側面図、第１２図は
本発明の別の態様の部分横断側面図、第１３図は第１２
図の線＋３−１３に沿った横断面図である。 シ９ 出願人　←−季４　オフレジヤス　ジュニア（外１名） 代理人　佐々井　弥太部　　　（外１名）−モＥ”ＩＧ
、　　６ −モＥ’ＩＧ、２ 二モＦ丁（３，３ −子ｒ丁６．７ −Ｅ″’ＩＧ、　９ ２ＴＧ−１０ＡぞＩＧ、１０日 −Ｆ”工Ｇ、１０Ｄ　　、−Ｔ’ＬＧ、１０Ｃ−モモＦ
１Ｇ、１１ −モＦ工６．１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、以下のものを含む回転成分をもつ機械の、流体抗力
   を下げるためのアイドラ・ディスク：この機械の外側ハ
   ウジング； 外側ハウジング内に範囲を限定されるキャビティで、相
   対する側壁をもつもの。 キャビティ内に位置し、キャビティ側壁から隔てられて
   いる回転成分； キャビティ内に位置する少なくとも一つの自由に回転で
   きるアイドラ・ディスクであって、このアイドラ・ディ
   スクが回転成分及びキャビティ側壁と隔てられた位置関
   係にあり、回転成分の長さの少なくとも一部に沿ってキ
   ャビティ内に伸びており、かつ回転成分の回転によって
   回転させられたキャビティ内の回転流体によって回転成
   分と同じ方向に回転させられ、この回転するアイドラ・
   ディスクで回転成分に隣接して回転する流体の速度が高
   まることにより、回転成分への流体抗力の減少をもたら
   すアイドラ・ディスク； アイドラ・ディスクと回転成分との間の流体の流れを制
   御するために、アイドラ・ディスクと回転成分との間で
   シールを形成する外部シール手段であって、回転成分と
   アイドラ・ディスクの外端に隣接して置かれる外部シー
   ル手段；及び アイドラ・ディスクの中心に隣接してアイドラ・ディス
   ク内に位置する少なくとも一つの流路であって、キャビ
   ティ内の流体がこの流路を通って流れ、外部シール手段
   と流路が、アイドラ・ディスクをアイドラ・ディスクが
   回転成分とキャビティ側壁とから隔てられた位置関係に
   保持されるような所望の平衡な位置に保つために、アイ
   ドラ・ディスクの側面への軸方向の力を均等化するよう
   に働くようにするための流路。 ２、回転成分の両側にアイドラ・ディスクが置かれてい
   る、特許請求の範囲第１項のアイドラ・ディスク。 ３、アイドラ・ディスクが実質的に回転成分の全長にわ
   たって伸びている、特許請求の範囲１項のアイドラ・デ
   ィスク。 ４、アイドラ・ディスクが、キャビティ内で自由に回転
   できるように据え付けられた実質的に円形の薄いディス
   クである、特許請求の範囲第２項のアイドラ・ディスク
   。 ５、回転成分が実質的に円形であり、アイドラ・ディス
   クが回転成分の直径の約２分の１ないし約３分の１の直
   径をもつ、特許請求の範囲第４項のアイドラ・ディスク
   。 ６、アイドラ・ディスクが平衡な位置からはずれた場合
   に、アイドラ・ディスクに復元力をつくりだし、それに
   よってアイドラ・ディスクが実質的に平衡な位置に戻る
   ように、外部シール手段と流路がキャビティ内の流体の
   流れを制御している、特許請求の範囲第１項のアイドラ
   ・ディスク。 ７、アイドラ・ディスクとキャビティとの間の流体の流
   れを制御するために、アイドラ・ディスクの中心に隣接
   した内部シール手段があって、これがアイドラ・ディス
   クとキャビティとの間のシールを形成している、特許請
   求の範囲第１項のアイドラ・ディスク。 ８、内部シールが流路の隣接位置にある、特許請求の範
   囲第７項のアイドラ・ディスク。 ９、流路が内部シールとアイドラ・ディスクの中心との
   間に位置している、特許請求の範囲第８項のアイドラ・
   ディスク。 １０、アイドラ・ディスクに約２本ないし約８本の流路
   が置かれている、特許請求の範囲第１項のアイドラ・デ
   ィスク。 １１、アイドラ・ディスク内の流路がアイドラ・ディス
   ク表面積の約１／４％ないし約１％の面積をもつ、特許
   請求の範囲第１０項のアイドラ・ディスク。 １２、内部シール手段と外部シール手段がアイドラ・デ
   ィスク上に位置している、特許請求の範囲第７項のアイ
   ドラ・ディスク。 １３、内部シール手段がアイドラ・ディスクからキャビ
   ティの方向へ伸びており、外部シール手段がアイドラ・
   ディスクから回転成分の方向へ伸びている、特許請求の
   範囲第１２項のアイドラ・ディスク。 １４、外部シール手段が回転成分上に位置し、アイドラ
   ・ディスクの方へ伸びており、内部シール手段がキャビ
   ティに位置し、アイドラ・ディスクの方へ伸びている、
   特許請求の範囲第７項のアイドラ・ディスク。 １５、アイドラ・ディスクに隣接するキャビティからプ
   レートが伸びており、内部シール手段がプレート上に位
   置している、特許請求の範囲第１４項のアイドラ・ディ
   スク。 １６、内外部シール手段がアイドラ・ディスクに対して
   軸方向の運動の限界を定めている、特許請求の範囲第７
   項のアイドラ・ディスク。 １７、流体をポンプ送りする時に流体の抗力を減少させ
   る渦巻きポンプであって、以下を含むもの： ポンプの外側ハウジング； 外側ハウジング内に位置するポンピング・キャビティで
   、相対する実質的に平行な側壁をもつもの。 ポンピング・キャビティ内に位置する回転インペラであ
   って、ポンピング・キャビティ側壁から実質的に隔てら
   れて配置され、インペラ側面がポンプ室側壁から隔てら
   れているもの； ポンプ室内の回転インペラの各側に位置する少なくとも
   一つの回転できるアイドラ・ディスクであって、このア
   イドラ・ディスクがインペラやポンプ室側壁と隔てられ
   た位置関係にあり、インペラに実質的に平行に配置され
   、実質的にインペラの全長にわたって配置され、かつイ
   ンペラの回転によって回転させられたポンピング・キャ
   ビティ内の回転流体によってインペラと同じ方向に回転
   させられ、この回転するアイドラ・ディスクでインペラ
   に隣接して回転する流体の速度が高まることにより、イ
   ンペラへの流体抗力の減少をもたらすアイドラ・ディス
   ク； アイドラ・ディスクとキャビティとの間の流体の流れを
   制御するために、アイドラ・ディスクとキャビティとの
   間でシールを形成する内部シール手段であって、インペ
   ラの中心に隣接して位置する内部シール手段； インペラの外端に隣接するアイドラ・ディスクの末端に
   隣接して置かれる外部シール手段であって、アイドラ・
   ディスクとインペラとの間の流体の流れを制御するため
   にアイドラ・ディスクとインペラとの間にシールを形成
   する外部シール手段；及び 内部シール手段に隣接するアイドラ・ディスクの末端に
   位置する少なくとも一つの流路であって、インペラの中
   心に隣接するアイドラ・ディスクの末端と内部シール手
   段との間に配置され、キャビティ内の流体がこの流路を
   通って流れ、外部シール手段と流路が、アイドラ・ディ
   スクの各面への軸方向の力を均等化するように働かせる
   ための流路。 １８、アイドラ・ディスクが、キャビティ内で自由に回
   転できるように据え付けられている実質的に円形の薄い
   ディスクであり、インペラが実質的に円形である、特許
   請求の範囲第１７項のポンプ。 １９、アイドラ・ディスクとインペラが実質的に同じ軸
   の回りを回転するように据え付けられる、特許請求の範
   囲第１８項のポンプ。 ２０、アイドラ・ディスクがインペラの直径の約２分の
   １ないし約３分の１の直径をもつ、特許請求の範囲第１
   ９項のポンプ。 ２１、ポンピング・キャビティがインペラ外端の周囲に
   室を形成し、この室がポンピング・キャビティからの排
   出口を定めており、アイドラ・ディスクがインペラの外
   端を越えて室内に伸び、流体が室からポンプ輸送される
   とアイドラ・ディスクが回転し、回転するアイドラ・デ
   ィスクがポンピング・キャビティから排出される流体へ
   の抗力を減少させる、特許請求の範囲第２０項のポンプ
   。 ２２、アイドラ・ディスクが平衡な位置からはずれた場
   合に、アイドラ・ディスクに復元力をつくりだし、それ
   によってアイドラ・ディスクが実質的に平衡な位置に戻
   るように、内部シール手段、外部シール手段及び流路が
   ポンピング・キャビティ内の流体の流れを制御している
   、特許請求の範囲第１７項のポンプ。 ２３、約２本ないし約８本の流路がアイドラ・ディスク
   上に位置している、特許請求の範囲第１７項のポンプ。 ２４、アイドラ・ディスク上の流路がアイドラ・ディス
   ク表面積の約１／４％ないし約１％の面積をもつ、特許
   請求の範囲第２３項のポンプ。 ２５、内部シール手段と外部シール手段がアイドラ・デ
   ィスク上に位置している、特許請求の範囲第１７項のポ
   ンプ。 ２６、内部シール手段がアイドラ・ディスクから外側ハ
   ウジング壁の方向へ伸びており、外部シール手段がアイ
   ドラ・ディスクからインペラの方向へ伸びている、特許
   請求の範囲第２５項のポンプ。 ２７、プレートが外側ハウジングから伸びており、内部
   シールがプレートとアイドラ・ディスクの間にシールを
   形成する、特許請求の範囲第２６項のポンプ。 ２８、外部シール手段がインペラ上に位置し、アイドラ
   ・ディスクの方へ伸びている、特許請求の範囲第１７項
   のポンプ。 ２９、アイドラ・ディスクに隣接する外側ハウジングか
   らプレートが伸びており、内部シールがプレート上に位
   置している、特許請求の範囲第２８項のポンプ。 ３０、インペラが肩の範囲を定め、アイドラ・ディスク
   が肩上に位置し、アイドラ・ディスクが内外部シール手
   段の間で肩に沿って軸方向に自由に移動する、特許請求
   の範囲第１７項のポンプ。 ３１、流体をポンプ送りする時に流体の抗力を減少させ
   る渦巻きポンプであって、以下を含むもの： ポンプの外側ハウジング； 外側ハウジング内に位置するポンピング・キャビティで
   、相対する実質的に平行な側壁をもつもの。 ポンピング・キャビティの実質的に中心を通過する回転
   シャフトで、ポンピング・キャビティ側壁に実質的に垂
   直に配置されているもの。 回転シャフト上に据え付けられ、ポンピング・キャビテ
   ィ内に位置する回転インペラであって、ポンピング・キ
   ャビティ側壁に実質的に平行に配置され、インペラ側面
   がポンプ室側壁から隔てられているインペラ； ポンプ室内の回転インペラの各側に位置する少なくとも
   一つの回転できるアイドラ・ディスクであって、このア
   イドラ・ディスクがインペラやポンプ室側壁と隔てられ
   た位置関係にあり、インペラに実質的に平行に配置され
   、実質的にインペラの全長に沿ってポンプ室内に伸びて
   おり、ポンプ室内で軸方向に自由に移動し、かつインペ
   ラの回転によって回転させられたポンピング・キャビテ
   ィ内の流体の回転によってインペラと同じ方向に回転さ
   せられ、この回転するアイドラ・ディスクでインペラに
   隣接して回転する流体の速度が高まることにより、イン
   ペラへの流体抗力の減少をもたらすアイドラ・ディスク
   ； アイドラ・ディスク上に位置する第一シールであって、
   回転シャフトに隣接するアイドラ・ディスクの末端に位
   置し、アイドラ・ディスクからポンプ室壁の方向へ伸び
   ていて、アイドラ・ディスクとキャビティとの間の流体
   の流れを制御するために、アイドラ・ディスクとキャビ
   ティとの間でシールを形成する第一シール； 回転シャフトから隔たったアイドラ・ディスクの末端に
   位置する第二シールであって、アイドラ・ディスクから
   インペラの方向へ伸びていて、アイドラ・ディスクとイ
   ンペラとの間の流体の流れを制御するためにアイドラ・
   ディスクとインペラの間にシールを形成する第二シール
   ； 回転シャフトに隣接するアイドラ・ディスクの末端に位
   置する複数の流路であって、回転シャフトに隣接するア
   イドラ・ディスク末端と第一シールとの間に配置され、
   アイドラ・ディスク面積の約１／４％ないし約１％の面
   積をもち、アイドラ・ディスクを所望の平衡位置に保つ
   ために、アイドラ・ディスクの各面への軸方向の力を均
   等化するように作用し、その位置でアイドラ・ディスク
   がインペラとポンピング・キャビティ側壁とから隔てら
   れた位置関係に保持されるようにするための複数の流路
   ；及び インペラ上に位置する放射羽根であって、インペラの各
   側に位置し、インペラに沿って回転シャフトの隣接地点
   からインペラの実質的に中点まで伸びていて、回転シャ
   フトの縦軸に実質的に垂直な方向に伸びている放射羽根
   。 ３２、シール表面がアイドラ・ディスク表面に実質的に
   平行であるように第一及び第二シールが位置している、
   特許請求の範囲第３１項のポンプ。 ３３、第一シールがアイドラ・ディスク表面に対してあ
   る角度で配置されたシール表面をもち、プレートがポン
   ピング・キャビティ側壁から伸びていて、アイドラ・デ
   ィスクの隣りに位置し、プレート末端がシール表面上の
   角度と実質的に同じ角度で配置され、角度を付けた末端
   をもつプレートが角度を付けたシール表面に隣接してい
   る、特許請求の範囲第３１項のポンプ。 ３４、第二シールがアイドラ・ディスク表面に対してあ
   る角度で配置されたシール表面をもち、インペラが、第
   二シールと一直線上に位置し第二シールの方へ伸びてい
   る突起をもち、インペラから離れて置かれた突起の末端
   が、シール表面上の角度と実質的に同じ角度で配置され
   ている、特許請求の範囲第３３項のポンプ。 ３５、プレートがポンピング・キャビティの各側から伸
   び、アイドラ・ディスクに実質的に平行に位置し、アイ
   ドラ・ディスク表面に実質的に垂直に位置する末端で終
   わり、第一シールがアイドラ・ディスクからこのプレー
   ト末端の少なくとも一部にわたって伸びていて、プレー
   ト末端にすぐ隣接した位置にある、特許請求の範囲第３
   １項のポンプ。 ３６、第一及び第二シールがアイドラ・ディスクから伸
   びる複数の段付き部を含めてなり、段付き部がアイドラ
   ・ディスク表面に実質的に垂直に配置され、複数のフラ
   ンジがインペラとポンピング・キャビティ壁上に位置し
   、アイドラ・ディスク表面に実質的に垂直に配置され、
   壁上のフランジが第一シールの方へ伸びていて、第一シ
   ールの段付き部と互い違いに重なった関係にあり、イン
   ペラ上の第二フランジが第二シールの方へ伸びていて、
   第二シールの段付き部と互い違いに重なった関係にある
   、特許請求の範囲第３１項のポンプ。 ３７、回転成分をもつ機械の流体抗力を下げるための、
   以下のものを含むアイドラ・ディスク：この機械の外側
   ハウジング； 外側ハウジング内に範囲を限定されるキャビティで、相
   対する側壁をもつもの。 キャビティ内に位置し、キャビティ側壁から隔てられて
   いる回転成分； キャビティ内に位置する少なくとも一つの自由に回転で
   きるアイドラ・ディスクであって、このアイドラ・ディ
   スクが回転成分やキャビティ側壁と隔てられた位置関係
   にあり、回転成分の全長の少なくとも一部に沿ってキャ
   ビティ内に伸びており、かつ回転成分の回転によって回
   転させられたキャビティ内の回転流体によって回転成分
   と同じ方向に回転させられ、この回転するアイドラ・デ
   ィスクで回転成分に隣接して回転する流体の速度が高ま
   ることにより、回転成分への流体抗力の減少をもたらす
   アイドラ・ディスク； アイドラ・ディスクとキャビティ側壁との間の流体の流
   れを制御するために、アイドラ・ディスクとキャビティ
   側壁との間でシールを形成する外部シール手段であって
   、アイドラ・ディスクの外端に隣接して置かれる外部シ
   ール手段；及びアイドラ・ディスクの中心に隣接してア
   イドラ・ディスク内に位置する少なくとも一つの流路で
   あって、キャビティ内の流体がこの流路を通って流れ、
   外部シール手段と流路が、アイドラ・ディスクを所望の
   平衡な位置に保つために、アイドラ・ディスクの側面へ
   の軸方向の力を均等化するように働き、その位置でアイ
   ドラ・ディスクが回転成分とキャビティ側壁とから隔て
   られた位置関係に保持されるようにするための流路。 ３８、アイドラ・ディスクが回転成分の各側に位置して
   いる、特許請求の範囲第１項のアイドラ・ディスク。 ３９、内部シール手段がアイドラ・ディスクとキャビテ
   ィ側壁との間の流体の流れを制御するためにアイドラ・
   ディスクとキャビティ側壁との間でシールを形成する、
   特許請求の範囲３７項のアイドラ・ディスク。 ４０、回転機械内の流体摩擦抗力による損失を減少させ
   るための以下の段階を含む方法： キャビティ内の機械成分を回転させ； キャビティ内の回転成分とキャビティ側壁との間に位置
   するアイドラ・ディスクを、成分の回転から生じるキャ
   ビティ内の流体運動によって回転させ； アイドラ・ディスクの外端と成分との間にシールを形成
   させて、アイドラ・ディスクと成分との間の流体の流れ
   を制御するようにシールを作用させ；かつ アイドラ・ディスクの内端内の少なくとも一つの流路に
   流体を通し、アイドラ・ディスクを側壁と成分の間の所
   望の位置に保つために、シールを横断して流路内を流れ
   る流体に、アイドラ・ディスクの相対する面への軸方向
   の力を均等化するように作用させ、その位置でアイドラ
   ・ディスクが自由に回転し、回転成分への流体摩擦抗力
   が減少するようにさせる。 ４１、アイドラ・ディスクの運動がシールの有効性を変
   え、かつアイドラ・ディスクと成分との間の流体の流れ
   を変え、このシール有効性の変化がアイドラ・ディスク
   の各々の側への圧力を変えるように作用する、特許請求
   の範囲４０項の方法。 ４２、流体が流路を通って、アイドラ・ディスクの相対
   する側に存在する圧力差に依存する方向と速度で流れる
   、特許請求の範囲第４１項の方法。 ４３、シール有効性及び流路を通る流体流の変化がアイ
   ドラ・ディスクに復元力を生じさせ、それによってアイ
   ドラ・ディスクが成分とキャビティ側壁の間の所望の平
   衡位置に戻るようにさせる、特許請求の範囲第４２項の
   方法。 ４４、アイドラ・ディスク内端とキャビティ側壁との間
   にシールが形成される、特許請求の範囲第４０項の方法
   。 ４５、アイドラ・ディスクが成分の各々の側に配置され
   る、特許請求の範囲第４０項の方法。 ４６、成分の各々の側に少なくとも二つのアイドラ・デ
   ィスクが位置し、回転成分から生ずるキャビティ内の流
   体運動によって回転させられる、特許請求の範囲第４５
   項の方法。 ４７、回転機械内の流体摩擦抗力による損失を減少させ
   るための以下の段階を含む方法： キャビティ内の機械成分を回転させ； キャビティ内の回転成分とキャビティ側壁との間に位置
   する少なくとも一つのアイドラ・ディスクを、成分の回
   転から生じるキャビティ内の流体運動によって回転させ
   ；かつ アイドラ・ディスク外端と成分との間にシールを形成さ
   せ、アイドラ・ディスクと成分との間の流体の流れを制
   御するようにシールを作用させて、アイドラ・ディスク
   を側壁と成分の間の所望の位置に保つために、アイドラ
   ・ディスクの相対する面への軸方向の力を均等化させ、
   その位置でアイドラ・ディスクが自由に回転し、回転成
   分への流体摩擦抗力を減少するようにさせる。 ４８、アイドラ・ディスクの運動がシールの有効性を変
   え、かつアイドラ・ディスクと成分との間の流体の流量
   を変え、シール有効性の変化がアイドラ・ディスクの各
   々の側への圧力を変えるように作用する、特許請求の範
   囲４７項の方法。 ４９、キャビティ側壁へ向かう方向のアイドラ・ディス
   クの運動が、アイドラ・ディスクとキャビティ側壁との
   間に位置するストップによって制御される、特許請求の
   範囲第４７項の方法。 ５０、回転成分をもつ機械の流体抗力を下げるための、
   以下のものを含むアイドラ・ディスク：この機械の外側
   ハウジング； 外側ハウジング内に範囲を限定されるキャビティで、相
   対する側壁をもつもの。 キャビティ内に位置し、キャビティ側壁から隔てられて
   いる回転成分； キャビティ内に位置する少なくとも一つの自由に回転で
   きるアイドラ・ディスクであって、このアイドラ・ディ
   スクが回転成分やキャビティ側壁と隔てられた位置関係
   にあり、回転成分の全長の少なくとも一部に沿ってキャ
   ビティ内に伸びており、かつ回転成分の回転によって回
   転させられたキャビティ内の回転流体によって回転成分
   と同じ方向に回転させられ、この回転するアイドラ・デ
   ィスクで回転成分に隣接して回転する流体の速度が高ま
   ることにより、回転成分への流体抗力の減少をもたらす
   アイドラ・ディスク； アイドラ・ディスクと回転成分との間の流体の流れを制
   御するために、アイドラ・ディスクと回転成分との間で
   シールを形成する外部シール手段であって、回転成分と
   アイドラ・ディスクの外端に隣接して置かれており、ア
   イドラ・ディスクを側壁と成分の間の所望の位置に保つ
   ために、アイドラ・ディスクの相対する面への軸方向の
   力を均等化するように作用させて、その位置でアイドラ
   ・ディスクを回転成分とキャビティ側壁とから隔てられ
   た位置関係に保持するための外部シール手段。 ５１、アイドラ・ディスクが回転成分の各々の側に位置
   している、特許請求の範囲第５０項のアイドラ・ディス
   ク。 ５２、ストップがアイドラ・ディスクの内端に隣接して
   、アイドラ・ディスクとキャビティ側壁との間に位置し
   、側壁の方向にアイドラ・ディスクの運動を制御するよ
   うに作用する、特許請求の範囲第５０項のアイドラ・デ
   ィスク。 ５３、アイドラ・ディスクがその外端に位置する拡大さ
   れた横断面の区域をもち、この拡大横断面区域が回転成
   分の方へ伸びて、外部シール手段を形成している、特許
   請求の範囲第５０項のアイドラ・ディスク。 ５４、拡大横断面区域が回転成分の半径の約１／８ない
   し約１／３の長さをもち、アイドラ・ディスクの外端か
   ら中心方向へ伸びている、特許請求の範囲第５３項のア
   イドラ・ディスク。