WO2017110228A1 - 流量調整機構および流体継手 - Google Patents

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fluid
valve stem
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大洋 緒方
吉則 形谷
英俊 河西
隼人 池田
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Ebara Corp
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    • F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/06—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F16D33/08—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by devices incorporated in the fluid coupling, with or without remote control
    • F16D33/10—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by devices incorporated in the fluid coupling, with or without remote control consisting of controllable supply and discharge openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D33/06—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F16D33/08—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by devices incorporated in the fluid coupling, with or without remote control
    • F16D33/14—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by devices incorporated in the fluid coupling, with or without remote control consisting of shiftable or adjustable scoops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H41/00—Rotary fluid gearing of the hydrokinetic type
    • F16H41/24—Details

Definitions

  • the present invention relates to a flow rate adjusting mechanism that adjusts the flow rate of a working fluid in a fluid coupling. Moreover, this invention relates to the fluid coupling provided with such a flow volume adjustment mechanism.
  • the fluid coupling is a device that transmits the rotation of the input shaft to the output shaft via the working fluid that exists between the impeller that is the input-side impeller and the runner that is the output-side impeller.
  • the working fluid For example, hydraulic oil is used as the working fluid.
  • the fluid coupling includes a scoop tube (rake pipe) for increasing or decreasing the amount of working fluid in the fluid chamber formed between the impeller and the runner.
  • the amount of working fluid in the fluid chamber varies depending on the position of the scoop tube. By moving the scoop tube, the amount of working fluid, that is, the rotational speed of the output shaft can be changed.
  • the fluid coupling further includes a fluid cooling device for cooling the working fluid, and a working fluid circulation line extending through the fluid cooling device.
  • the inlet of the working fluid circulation line is connected to the scoop tube, and the outlet of the working fluid circulation line communicates with the fluid chamber.
  • the working fluid discharged through the scoop tube flows through the working fluid circulation line and is cooled by the fluid cooling device, and then returns to the fluid chamber through the working fluid circulation line. In this way, the working fluid circulates between the fluid chamber and the fluid cooling device.
  • the fluid coupling is a device that can change the rotation speed of the output shaft steplessly from low speed to high speed by moving the scoop tube, but it is known that slip loss occurs between the impeller and the runner. It has been.
  • the slip loss becomes the largest and the calorific value of the working fluid also increases. growing. For this reason, it is necessary to increase the flow rate of the working fluid flowing through the working fluid circulation line to suppress the temperature rise of the working fluid in the fluid chamber.
  • the slip loss is small, so that the stirring loss of the working fluid is reduced and the efficiency is improved.
  • the flow rate of the working fluid is preferably small.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a flow rate adjustment mechanism that can easily adjust the flow rate of a working fluid with a simple structure. Moreover, an object of this invention is to provide the fluid coupling provided with such a flow volume adjustment mechanism.
  • one aspect of the present invention is a flow rate adjusting mechanism for adjusting the flow rate of a working fluid in a fluid coupling, the housing having a flow path communicating with a working fluid circulation line, and the flow path.
  • a valve body movably accommodated therein, a cam movable with a scoop tube for adjusting the amount of the working fluid in a fluid chamber formed between the impeller and the runner, and one end of the cam
  • a valve rod contacting the cam and having the other end connected to the valve body is provided.
  • the one end of the valve stem is composed of a cam follower that is in rolling contact with the cam.
  • the cam is composed of a concave curved surface.
  • a preferred embodiment of the present invention further includes a valve stem guide that supports the valve stem so that the valve stem can move in an axial direction thereof, and the valve stem guide and the valve stem close an open end of the flow path. And the pressure equalizing hole is formed in the said valve body, It is characterized by the above-mentioned.
  • Another aspect of the present invention includes an impeller and a runner arranged to face each other, a scoop tube for adjusting the amount of working fluid in a fluid chamber formed between the impeller and the runner, and cooling the working fluid
  • a fluid cooling device a working fluid circulation line for circulating the working fluid between the fluid chamber and the fluid cooling device, and a flow rate adjusting mechanism for adjusting a flow rate of the working fluid circulating in the working fluid circulation line.
  • the flow rate adjusting mechanism includes a housing having a flow path communicating with the working fluid circulation line, a valve body movably accommodated in the flow path, a cam movable integrally with the scoop tube, and one end And a valve rod having the other end connected to the valve body and contacting the cam.
  • the one end of the valve stem is composed of a cam follower that is in rolling contact with the cam.
  • the cam is composed of a concave curved surface.
  • the flow rate adjusting mechanism further includes a valve stem guide that supports the valve stem so that the valve stem can move in an axial direction thereof, and the valve stem guide and the valve stem are arranged in the flow direction. The opening end of the passage is closed, and a pressure equalizing hole is formed in the valve body.
  • one end of the valve stem is in contact with the cam that can move integrally with the scoop tube, and the valve body is connected to the other end of the valve stem, so that the valve stem is interlocked with the movement of the scoop tube. And the valve body moves. Therefore, the flow rate of the working fluid flowing through the working fluid circulation line can be easily adjusted with a simple structure.
  • FIG. 1 It is a top view which shows typically one Embodiment of the fluid coupling of this invention. It is sectional drawing which shows a flow volume adjustment mechanism. It is a figure which shows a cam and a cam follower when a scoop tube advances. It is a figure which shows a cam and cam follower when a scoop tube reverse
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing one embodiment of the fluid coupling of the present invention.
  • the fluid coupling includes an impeller 1 and a runner 2 arranged to face each other, a drive shaft 11 to which the impeller 1 is fixed, and an output shaft 12 to which the runner 2 is fixed.
  • the impeller 1 is also called an input side impeller
  • the runner 2 is also called an output side impeller.
  • the impeller 1 and the runner 2 each have a hemispherical shape having a plurality of radial blades inside, and a fluid chamber 5 is formed between the impeller 1 and the runner 2.
  • the input shaft 15 is arranged in parallel with the drive shaft 11.
  • the input shaft 15 is supported by radial bearings 16 and 17.
  • a large gear 21 is fixed to the input shaft 15, and a small gear 22 that meshes with the large gear 21 is fixed to the drive shaft 11.
  • the end of the input shaft 15 is connected to a prime mover (not shown) such as an electric motor or a gas turbine. The rotation of the prime mover is transmitted from the input shaft 15 to the drive shaft 11 via the large gear 21 and the small gear 22.
  • the fluid coupling includes a working fluid circulation system 25 that supplies a working fluid to a fluid chamber 5 formed between the impeller 1 and the runner 2, and a scoop tube for increasing or decreasing the amount of the working fluid in the fluid chamber 5 ( Rake pipe) 30.
  • the tip 30 a of the scoop tube 30 is located in the impeller casing 7.
  • the impeller casing 7 is fixed to the impeller 1 and has a shape surrounding the runner 2.
  • the impeller casing 7 rotates together with the impeller 1.
  • An actuator (driving device) 31 is connected to the scoop tube 30, and the scoop tube 30 can be moved in the radial direction of the impeller 1 and the runner 2 by the actuator 31.
  • the actuator 31 is configured by a combination of a hydraulic servo and an electric or pneumatic actuator, but the actuator 31 may have other configurations.
  • the working fluid for example, hydraulic oil
  • the working fluid in the impeller casing 7 flows by the rotating impeller 1, and the flowing working fluid rotates the runner 2.
  • the working fluid circulation system 25 includes a fluid cooling device 26 for cooling the working fluid, and a working fluid circulation line 27 extending through the fluid cooling device 26.
  • the inlet of the working fluid circulation line 27 is connected to the scoop tube 30, and the outlet of the working fluid circulation line 27 communicates with the fluid chamber 5 between the impeller 1 and the runner 2.
  • the working fluid discharged from the impeller casing 7 through the scoop tube 30 flows through the working fluid circulation line 27 and is sent to the fluid cooling device 26.
  • the working fluid is cooled by heat exchange with the cooling water, and then returned to the fluid chamber 5 through the working fluid circulation line 27. In this way, the working fluid circulates between the fluid chamber 5 and the fluid cooling device 26 by its own pressure raised by the rotating impeller 1.
  • the impeller 1 is fixed to the drive shaft 11 and the runner 2 is fixed to the output shaft 12.
  • the rotation of the drive shaft 11 is transmitted from the impeller 1 to the runner 2 via the working fluid, and the output shaft 12 rotates.
  • the rotational speed of the runner 2 varies depending on the amount of working fluid in the fluid chamber 5 formed between the impeller 1 and the runner 2. Specifically, the rotation speed of the runner 2 increases as the amount of working fluid increases.
  • the amount of working fluid in the fluid chamber 5 varies depending on the position of the scoop tube 30. That is, when the tip 30a of the scoop tube 30 moves radially outward, the amount of working fluid decreases, and when the tip 30a of the scoop tube 30 moves radially inward, the amount of working fluid increases.
  • the amount of working fluid in the fluid chamber 5, that is, the rotational speed of the output shaft 12 can be changed.
  • the drive shaft 11 is rotatably supported by the two radial bearings 40 and 41 and the one thrust bearing 42.
  • the output shaft 12 is also rotatably supported by two radial bearings 45 and 46 and one thrust bearing 47.
  • the fluid coupling includes a lubricating oil supply system 50 that supplies lubricating oil to the radial bearings 16, 17, 40, 41, 45, 46 and the thrust bearings 42, 47.
  • the lubricating oil supply system 50 includes an oil cooling device 54 for cooling the lubricating oil, a lubricating oil supply line 51 extending through the oil cooling device 54, and an oil pump 53 connected to the lubricating oil supply line 51.
  • the oil pump 53 is a gear pump that is connected to the input shaft 15 and is operated as the input shaft 15 rotates.
  • the oil pump 53 may be a pump that is driven independently of the rotation of the input shaft 15 by an electric motor.
  • the lubricating oil is transferred by the oil pump 53 through the lubricating oil supply line 51 to the oil cooling device 54 where it is cooled by the cooling water.
  • the cooled lubricating oil is further supplied to the radial bearings 40, 41, 45, 46 and the thrust bearings 42, 47 through the lubricating oil supply line 51.
  • the cooled lubricating oil is also supplied to radial bearings 16 and 17 that support the input shaft 15.
  • the scoop tube 30 is driven by an actuator 31.
  • the actuator 31 includes a cylinder 35 and a piston 38 disposed in the cylinder 35 and connected to the scoop tube 30.
  • An oil supply line 57 for supplying oil that moves the scoop tube 30 into the cylinder 35 and an oil discharge line 58 for discharging the oil supplied to the cylinder 35 are connected to the cylinder 35.
  • the piston 38 and the scoop tube 30 are moved forward and backward by the pressure of the oil supplied into the cylinder 35.
  • the fluid coupling further includes a flow rate adjusting mechanism 60 that adjusts the flow rate of the working fluid circulating in the working fluid circulation line 27.
  • the working fluid that has passed through the fluid cooling device 26 flows through the working fluid circulation line 27 and the flow rate adjusting mechanism 60, and is supplied into the fluid chamber 5.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the flow rate adjusting mechanism 60.
  • the flow rate adjusting mechanism 60 includes a housing 75 having a flow path 76 communicating with the working fluid circulation line 27, a valve body 71 movably accommodated in the flow path 76, and a cam 80 movable integrally with the scoop tube 30. And a valve rod 72 whose one end is in contact with the cam 80 and whose other end is connected to the valve body 71.
  • the cam 80 may be formed integrally with the scoop tube 30, or may be attached to the scoop tube 30 as a separate body from the scoop tube 30.
  • the housing 75 has a working fluid inlet 75a connected to the upstream section 27a of the working fluid circulation line 27 and a working fluid outlet 75b communicating with the downstream section 27b of the working fluid circulation line 27.
  • the flow path 76, the working fluid inlet 75a, and the working fluid outlet 75b communicate with each other.
  • the working fluid that has flowed through the upstream section 27a of the working fluid circulation line 27 flows into the flow path 76 of the housing 75 through the working fluid inlet 75a, and is discharged from the flow path 76 through the working fluid outlet 75b. It is sent to the fluid chamber 5 through the downstream section 27 b of the fluid circulation line 27.
  • one end of the valve stem 72 is composed of a cam follower 81 that is in rolling contact with the cam 80, and the other end of the valve stem 72 is connected to the valve body 71.
  • the valve body 71 is fixed to the other end of the valve rod 72 by a screw (not shown).
  • the valve stem 72 extends perpendicular to the scoop tube 30. It should be noted that one end of the valve stem 72 may not be configured from the cam follower 81 that rolls into contact with the cam 80 as long as it can contact the cam 80.
  • the flow rate adjusting mechanism 60 further includes a valve rod guide 73 that supports the valve rod 72 so that the valve rod 72 can move in its axial direction (longitudinal direction).
  • the movement of the valve stem 72 is limited to straight movement by the valve stem guide 73.
  • the direction in which the valve stem 72 moves linearly is the axial direction (longitudinal direction) of the valve stem 72.
  • the valve body 71 moves integrally with the valve stem 72.
  • the valve stem guide 73 is fixed to a fixing member 33 such as a casing, and the valve stem guide 73 and the valve stem 72 block the opening end of the flow path 76 opposite to the working fluid inlet 75a.
  • the cam 80 is composed of a concave curved surface.
  • the cam follower 81 moves according to the shape of the cam 80, and the valve rod 72 and the valve body 71 move together with the cam follower 81. That is, when the scoop tube 30 moves, the valve body 71 moves in the flow path 76 of the housing 75.
  • the working fluid cooled by the fluid cooling device 26 flows into the flow path 76 from the working fluid inlet 75 a of the housing 75 through the upstream section 27 a of the working fluid circulation line 27.
  • the working fluid passes through the working fluid outlet 75 b of the housing 75 and is supplied into the fluid chamber 5 through the downstream section 27 b of the working fluid circulation line 27.
  • a plurality of working fluid outlets 75 b are formed at equal intervals along the circumferential direction of the housing 75. Although three working fluid outlets 75b are illustrated in FIG. 2, the number and shape of the working fluid outlets 75b are not limited to the present embodiment.
  • the valve element 71 is slidably disposed on the inner surface of the housing 75 that forms the flow path 76. More specifically, the valve body 71 is disposed at a position where the valve body 71 covers a part of the working fluid outlet 75b. Therefore, the flow rate adjusting mechanism 60 can adjust the flow rate of the working fluid flowing through the working fluid circulation line 27 by changing the position of the valve body 71 in the housing 75. As shown in FIG. 2, when the cam follower 81 contacts the central region of the cam 80 having a concave curved surface, the opening area of the working fluid outlet 75b is the largest.
  • FIG. 3 is a view showing the cam 80 and the cam follower 81 when the scoop tube 30 moves forward, that is, when the scoop tube 30 moves radially outward of the impeller 1 and the runner 2, and FIG. 4 shows the scoop tube 30 retracted.
  • the cam 80 and the cam follower 81 are shown.
  • the cam follower 81 When the scoop tube 30 moves forward or backward from the position shown in FIG. 2, the cam follower 81 is pushed by the cam 80, and the valve rod 72 and the valve body 71 move together. At this time, the valve body 71 moves in a direction to close most of the working fluid outlet 75b. As a result, the flow rate of the working fluid circulating through the working fluid circulation line 27 decreases.
  • the cam follower 81 In the example shown in FIGS. 3 and 4, the cam follower 81 is in contact with the end region of the cam 80 having a curved surface. At this time, the opening area of the working fluid outlet 75b of the housing 75 is the smallest. The working fluid outlet 75 b is not completely closed by the valve body 71, and the working fluid is always supplied into the fluid chamber 5.
  • the pressure of the working fluid flowing in the flow path 76 of the housing 75 acts on the valve body 71. Therefore, when the scoop tube 30 moves in a direction in which the cam follower 81 moves toward the central region of the cam 80, the valve follower 71 moves in a direction to open the working fluid outlet 75b while the cam follower 81 pushes the cam 80. As a result, the flow rate of the working fluid circulating through the working fluid circulation line 27 increases.
  • the valve body 71 is formed with a plurality of pressure equalizing holes 71 a extending in the axial direction of the valve rod 72. These pressure equalizing holes 71 a are through holes, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the valve body 71. When the valve body 71 moves, a part of the working fluid moves through the pressure equalizing hole 71a, so that the valve body 71 can move smoothly. Accordingly, it is possible to prevent a large load from being applied to the scoop tube 30 from the cam follower 81 when the scoop tube 30 moves.
  • the slip loss is small. Therefore, the operation is performed to reduce the stirring loss of the working fluid and improve the efficiency. A smaller fluid flow rate is preferred.
  • the cam follower 81 when the cam follower 81 is in contact with the end region of the cam 80, that is, when the output shaft 12 is rotating at high speed or low speed, the amount of the working fluid flowing through the working fluid circulation line 27. Can be reduced. Therefore, the efficiency of the fluid coupling can be improved.
  • the cam 80 that can move integrally with the scoop tube 30 is provided, and the valve rod 72 has a simple structure in which one end of the valve rod 72 is brought into contact with the cam 80. It is not necessary to provide an actuator.
  • the present invention can be used for a flow rate adjusting mechanism for adjusting the flow rate of the working fluid of the fluid coupling.
  • the present invention can be used for a fluid coupling including such a flow rate adjusting mechanism.

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Abstract

本発明は、流体継手の作動流体の流量を調整する流量調整機構に関するものである。また、本発明は、このような流量調整機構を備えた流体継手に関するものである。　流量調整機構（６０）は、作動流体循環ライン（２７）に連通する流路（７６）を有するハウジング（７５）と、流路（７６）内に移動可能に収容された弁体（７１）と、インペラ（１）とランナ（２）との間に形成される流体室（５）内にある作動流体の量を調整するためのスクープチューブ（３０）と一体に移動可能なカム（８０）と、一端がカム（８０）に接触し、他端が弁体（７１）に接続された弁棒（７２）とを備える。

Description

流量調整機構および流体継手
　本発明は、流体継手の作動流体の流量を調整する流量調整機構に関するものである。また、本発明は、このような流量調整機構を備えた流体継手に関するものである。
　流体継手は、入力側羽根車であるインペラと、出力側羽根車であるランナとの間に存在する作動流体を介して入力軸の回転を出力軸に伝達する装置である。作動流体には、例えば、作動油が使用される。インペラとランナとの間に存在する作動流体の量を増減することにより、入力軸に対する出力軸の回転速度を無段階に変えることができる。
　流体継手は、インペラとランナとの間に形成される流体室内にある作動流体の量を増減させるためのスクープチューブ（すくい管）を備えている。流体室内の作動流体の量は、スクープチューブの位置に依存して変わる。スクープチューブを移動させることにより、作動流体の量、すなわち、出力軸の回転速度を変えることができる。
　流体継手は、作動流体を冷却するための流体冷却装置と、流体冷却装置を貫通して延びる作動流体循環ラインとをさらに備えている。作動流体循環ラインの入口はスクープチューブに接続されており、作動流体循環ラインの出口は流体室に連通している。スクープチューブを通って排出された作動流体は、作動流体循環ラインを流れて流体冷却装置で冷却された後、さらに作動流体循環ラインを通って流体室に戻される。このように、作動流体は流体室と流体冷却装置との間で循環する。
特開平１０－１９６６８６号公報 実開昭６１－３２６０１号公報
　流体継手は、スクープチューブを移動させることにより、出力軸の回転速度を低速から高速まで無段階に変化させることができる装置であるが、インペラとランナとの間にはすべり損失が生じることが知られている。流体継手を備えたターボ機械を駆動する場合、入力軸の回転速度に対して出力軸が６６．７％の速度比で回転しているとき、すべり損失は最も大きくなり、作動流体の発熱量も大きくなる。このため、作動流体循環ラインを流れる作動流体の流量を増やして、流体室内の作動流体の温度上昇を抑える必要がある。これに対し、入力軸の回転速度に対して出力軸が最低回転速度または最高回転速度で回転しているとき、すべり損失は小さいので、作動流体の攪拌損失を低減させて効率を良くするために、作動流体の流量は少ない方が好ましい。
　このような観点から、出力軸の回転速度、すなわち、スクープチューブの位置に応じて作動流体の流量を調整する必要がある。しかしながら、従来、作動流体の流量を調整する機構は複雑であった。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、作動流体の流量を容易に調整することができる流量調整機構を提供することを目的とする。また、本発明は、このような流量調整機構を備えた流体継手を提供することを目的とする。
　上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、流体継手の作動流体の流量を調整する流量調整機構であって、作動流体循環ラインに連通する流路を有するハウジングと、前記流路内に移動可能に収容された弁体と、インペラとランナとの間に形成される流体室内にある前記作動流体の量を調整するためのスクープチューブと一体に移動可能なカムと、一端が前記カムに接触し、他端が前記弁体に接続された弁棒とを備えることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記弁棒の前記一端は、前記カムに転がり接触するカムフォロアから構成されていることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記カムは、窪んだ湾曲面から構成されていることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記弁棒がその軸方向に移動可能なように前記弁棒を支持する弁棒ガイドをさらに備え、前記弁棒ガイドおよび前記弁棒は前記流路の開口端を塞いでおり、前記弁体には均圧孔が形成されていることを特徴とする。
　本発明の他の態様は、互いに向き合って配置されたインペラおよびランナと、前記インペラと前記ランナとの間に形成される流体室内にある作動流体の量を調整するスクープチューブと、作動流体を冷却する流体冷却装置と、前記流体室と前記流体冷却装置との間で作動流体を循環させる作動流体循環ラインと、前記作動流体循環ラインを循環する作動流体の流量を調整する流量調整機構とを備え、前記流量調整機構は、前記作動流体循環ラインに連通する流路を有するハウジングと、前記流路内に移動可能に収容された弁体と、前記スクープチューブと一体に移動可能なカムと、一端が前記カムに接触し、他端が前記弁体に接続された弁棒とを備えることを特徴とする流体継手である。
　本発明の好ましい態様は、前記弁棒の前記一端は、前記カムに転がり接触するカムフォロアから構成されていることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記カムは、窪んだ湾曲面から構成されていることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記流量調整機構は、前記弁棒がその軸方向に移動可能なように前記弁棒を支持する弁棒ガイドをさらに備え、前記弁棒ガイドおよび前記弁棒は前記流路の開口端を塞いでおり、前記弁体には均圧孔が形成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、スクープチューブと一体に移動可能なカムに弁棒の一端が接触し、弁棒の他端には弁体が接続されているため、スクープチューブの動きに連動して弁棒および弁体が移動する。したがって、簡単な構造で、作動流体循環ラインを流れる作動流体の流量を容易に調整することができる。
本発明の流体継手の一実施形態を模式的に示す平面図である。 流量調整機構を示す断面図である。 スクープチューブが前進したときのカムおよびカムフォロアを示す図である。 スクープチューブが後退したときのカムおよびカムフォロアを示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の流体継手の一実施形態を模式的に示す平面図である。図１に示すように、流体継手は、互いに向き合って配置されたインペラ１およびランナ２と、インペラ１が固定された駆動軸１１と、ランナ２が固定された出力軸１２とを備える。インペラ１は入力側羽根車、ランナ２は出力側羽根車とも呼ばれる。インペラ１およびランナ２は、それぞれ内側に複数の放射状翼を有する半球形状を有しており、インペラ１とランナ２との間には流体室５が形成される。
　駆動軸１１と平行に、入力軸１５が配置されている。この入力軸１５は、ラジアル軸受１６，１７によって支持されている。入力軸１５には大歯車２１が固定され、駆動軸１１には、大歯車２１に噛み合う小歯車２２が固定されている。入力軸１５の端部は、図示しない原動機（電動機やガスタービンなど）に接続されている。原動機の回転は、入力軸１５から大歯車２１および小歯車２２を介して駆動軸１１に伝達される。
　流体継手は、インペラ１とランナ２との間に形成される流体室５に作動流体を供給する作動流体循環システム２５と、流体室５内にある作動流体の量を増減させるためのスクープチューブ（すくい管）３０とをさらに備えている。このスクープチューブ３０の先端３０ａは、インペラケーシング７内に位置している。インペラケーシング７は、インペラ１に固定され、ランナ２を囲む形状を有している。インペラケーシング７は、インペラ１とともに回転する。
　スクープチューブ３０には、アクチュエータ（駆動装置）３１が接続されており、このアクチュエータ３１によってスクープチューブ３０はインペラ１およびランナ２の半径方向に移動可能となっている。本実施形態では、アクチュエータ３１は、油圧サーボと電気式または空気式アクチュエータとの組み合わせから構成されているが、アクチュエータ３１は他の構成を備えてもよい。インペラ１およびインペラケーシング７が回転しているとき、作動流体（例えば作動油）は、回転するインペラケーシング７に保持される。このインペラケーシング７内の作動流体は、回転するインペラ１によって流動し、この流動した作動流体がランナ２を回転させる。
　インペラ１が回転しているとき、作動流体には遠心力が発生し、作動流体の圧力が高まる。スクープチューブ３０の先端３０ａは、インペラケーシング７内の作動流体をすくい取り、作動流体はスクープチューブ３０内を通ってインペラケーシング７から排出される。作動流体循環システム２５は、作動流体を冷却するための流体冷却装置２６と、この流体冷却装置２６を貫通して延びる作動流体循環ライン２７とを備えている。作動流体循環ライン２７の入口は、スクープチューブ３０に接続されており、作動流体循環ライン２７の出口は、インペラ１とランナ２との間の流体室５に連通している。
　インペラケーシング７からスクープチューブ３０を通って排出された作動流体は、作動流体循環ライン２７を流れて流体冷却装置２６に送られる。作動流体は、冷却水との熱交換によって冷却された後、さらに作動流体循環ライン２７を通って流体室５に戻される。このように、作動流体は、回転するインペラ１によって上昇された自身の圧力によって、流体室５と流体冷却装置２６との間を循環する。
　インペラ１は駆動軸１１に固定されており、ランナ２は出力軸１２に固定されている。駆動軸１１の回転は、インペラ１から作動流体を介してランナ２に伝えられ、出力軸１２が回転する。ランナ２の回転速度は、インペラ１とランナ２との間に形成された流体室５内の作動流体の量によって変化する。具体的には、作動流体の量が多いほど、ランナ２の回転速度は高くなる。
　流体室５内の作動流体の量は、スクープチューブ３０の位置に依存して変わる。すなわち、スクープチューブ３０の先端３０ａが半径方向外側に移動すると、作動流体の量が減り、スクープチューブ３０の先端３０ａが半径方向内側に移動すると、作動流体の量が増える。このように、アクチュエータ３１でスクープチューブ３０を操作することによって、流体室５内の作動流体の量、すなわち、出力軸１２の回転速度を変えることができる。
　インペラ１の回転によって作動流体に遠心力が付与されると、作動流体の圧力が上がり、インペラ１およびランナ２にはスラスト力が作用する。したがって、駆動軸１１は、２つのラジアル軸受４０，４１および１つのスラスト軸受４２によって回転自在に支持されている。同様に、出力軸１２も、２つのラジアル軸受４５，４６および１つのスラスト軸受４７によって回転自在に支持されている。
　流体継手は、ラジアル軸受１６，１７，４０，４１，４５，４６およびスラスト軸受４２，４７に潤滑油を供給する潤滑油供給システム５０を備えている。潤滑油供給システム５０は、潤滑油を冷却するための油冷却装置５４と、この油冷却装置５４を貫通して延びる潤滑油供給ライン５１と、潤滑油供給ライン５１に接続された油ポンプ５３を備えている。本実施形態では、油ポンプ５３は、入力軸１５に連結され、入力軸１５の回転に伴って運転されるギヤポンプである。一実施形態では、油ポンプ５３は、電動機によって入力軸１５の回転とは独立して駆動されるポンプであってもよい。潤滑油は、油ポンプ５３によって潤滑油供給ライン５１を通って油冷却装置５４に移送され、ここで冷却水によって冷却される。冷却された潤滑油は、さらに潤滑油供給ライン５１を通ってラジアル軸受４０，４１，４５，４６およびスラスト軸受４２，４７に供給される。冷却された潤滑油は、入力軸１５を支持するラジアル軸受１６，１７にも供給される。
　スクープチューブ３０はアクチュエータ３１によって駆動される。このアクチュエータ３１は、シリンダ３５と、シリンダ３５内に配置され、スクープチューブ３０に接続されたピストン３８とを備える。シリンダ３５には、スクープチューブ３０を移動させる油をシリンダ３５内に供給するための給油ライン５７、およびシリンダ３５に供給された油を排出するための排油ライン５８が接続されている。ピストン３８およびスクープチューブ３０は、シリンダ３５内に供給された油の圧力によって前進および後退する。
　流体継手は、作動流体循環ライン２７を循環する作動流体の流量を調整する流量調整機構６０をさらに備えている。流体冷却装置２６を通過した作動流体は、作動流体循環ライン２７および流量調整機構６０を流れて、流体室５内に供給される。
　図２は流量調整機構６０を示す断面図である。流量調整機構６０は、作動流体循環ライン２７に連通する流路７６を有するハウジング７５と、流路７６内に移動可能に収容された弁体７１と、スクープチューブ３０と一体に移動可能なカム８０と、一端がカム８０に接触し、他端が弁体７１に接続された弁棒７２とを備えている。カム８０は、スクープチューブ３０と一体的にスクープチューブ３０に形成されてもよいし、スクープチューブ３０とは別体として、スクープチューブ３０に取り付けられてもよい。
　ハウジング７５は、作動流体循環ライン２７の上流側区間２７ａに接続された作動流体入口７５ａと、作動流体循環ライン２７の下流側区間２７ｂに連通する作動流体出口７５ｂを有している。流路７６、作動流体入口７５ａ、および作動流体出口７５ｂは、互いに連通している。作動流体循環ライン２７の上流側区間２７ａを流れた作動流体は、作動流体入口７５ａを通ってハウジング７５の流路７６内に流入し、作動流体出口７５ｂを通って流路７６から排出され、作動流体循環ライン２７の下流側区間２７ｂを通って流体室５に送られる。
　図２に示すように、弁棒７２の一端は、カム８０に転がり接触するカムフォロア８１から構成されており、弁棒７２の他端は弁体７１に接続されている。弁体７１は図示しないねじによって弁棒７２の他端に固定されている。弁棒７２はスクープチューブ３０に対して垂直に延びている。なお、弁棒７２の一端は、カム８０に接触可能であれば、カム８０に転がり接触するカムフォロア８１から構成されていなくてもよい。
　流量調整機構６０は、弁棒７２がその軸方向（長手方向）に移動可能なように弁棒７２を支持する弁棒ガイド７３をさらに備えている。弁棒７２の動きは、弁棒ガイド７３によって直進運動に制限される。弁棒７２が直進運動する方向は、弁棒７２の軸方向（長手方向）である。弁体７１は弁棒７２と一体に移動する。弁棒ガイド７３はケーシングなどの固定部材３３に固定されており、弁棒ガイド７３および弁棒７２は、流路７６の、作動流体入口７５ａとは反対側の開口端を塞いでいる。
　カム８０は、窪んだ湾曲面から構成されている。スクープチューブ３０がその長手方向に移動すると、カムフォロア８１はカム８０の形状に従って移動し、弁棒７２および弁体７１はカムフォロア８１と一体に移動する。つまり、スクープチューブ３０が動くことによって、弁体７１がハウジング７５の流路７６内を移動する。
　流体冷却装置２６によって冷却された作動流体は、作動流体循環ライン２７の上流側区間２７ａを通ってハウジング７５の作動流体入口７５ａから流路７６内に流入する。作動流体は、ハウジング７５の作動流体出口７５ｂを通過して作動流体循環ライン２７の下流側区間２７ｂを通って流体室５内に供給される。本実施形態では、複数の作動流体出口７５ｂがハウジング７５の周方向に沿って等間隔に形成されている。図２には３つの作動流体出口７５ｂが図示されているが、作動流体出口７５ｂの数および形状は、本実施形態に限定されない。
　弁体７１は、流路７６を形成するハウジング７５の内面に摺動可能に配置されている。より具体的には、弁体７１は、弁体７１が作動流体出口７５ｂの一部を覆う位置に配置されている。したがって、流量調整機構６０は、ハウジング７５内の弁体７１の位置を変えることにより、作動流体循環ライン２７を流れる作動流体の流量を調整することができる。図２に示すように、カムフォロア８１が、窪んだ湾曲面からなるカム８０の中央領域に接触するとき、作動流体出口７５ｂの開口面積は最も大きくなる。
　図３はスクープチューブ３０が前進したとき、すなわちスクープチューブ３０がインペラ１およびランナ２の半径方向外側に移動したときのカム８０およびカムフォロア８１を示す図であり、図４はスクープチューブ３０が後退したとき、すなわちスクープチューブ３０がインペラ１およびランナ２の半径方向内側に移動したときのカム８０およびカムフォロア８１を示す図である。
　スクープチューブ３０が図２に示す位置から前進または後退すると、カムフォロア８１はカム８０に押され、弁棒７２および弁体７１は一体に移動する。このとき、弁体７１は作動流体出口７５ｂの大部分を塞ぐ方向に移動する。結果として、作動流体循環ライン２７を循環する作動流体の流量は低下する。図３および図４に示す例では、カムフォロア８１は湾曲面からなるカム８０の端部領域に接触している。このとき、ハウジング７５の作動流体出口７５ｂの開口面積は最も小さくなる。作動流体出口７５ｂは弁体７１によって完全には閉じられず、流体室５内には常に作動流体が供給される。
　弁体７１には、ハウジング７５の流路７６内を流れる作動流体の圧力が作用する。したがって、カムフォロア８１がカム８０の中央領域に向かう方向にスクープチューブ３０が移動すると、カムフォロア８１はカム８０を押しながら、弁体７１は作動流体出口７５ｂを開く方向に移動する。結果として、作動流体循環ライン２７を循環する作動流体の流量は増加する。
　弁体７１には、弁棒７２の軸方向に延びる複数の均圧孔７１ａが形成されている。これら均圧孔７１ａは貫通孔であり、弁体７１の周方向に等間隔に配列されている。弁体７１が移動するとき、作動流体の一部は均圧孔７１ａを通って移動するので、弁体７１はスムーズに動くことができる。したがって、スクープチューブ３０が移動するときに、カムフォロア８１から大きな負荷がスクープチューブ３０にかかることを防止することができる。
　図２に示すように、カムフォロア８１がカム８０の中央領域に接触しているとき、つまり、入力軸１５の回転速度に対して出力軸１２が６６．７％の速度比で回転しているとき、すべり損失は最も大きくなり、作動流体の発熱量も大きくなる。本実施形態によれば、カムフォロア８１がカム８０の中央領域に接触するとき、作動流体出口７５ｂの開口面積は最大となるため、作動流体循環ライン２７を流れる作動流体の流量を増加させることができる。したがって、流体室５内の作動流体の温度上昇を抑えることができる。
　入力軸１５の回転速度に対して出力軸１２が最低回転速度または最高回転速度で回転しているとき、すべり損失は小さいので、作動流体の攪拌損失を低減させて効率を良くするために、作動流体の流量は少ない方が好ましい。本実施形態によれば、カムフォロア８１がカム８０の端部領域に接触しているとき、つまり、出力軸１２が高速または低速で回転しているとき、作動流体循環ライン２７を流れる作動流体の量を低減することができる。したがって、流体継手の効率を向上させることができる。
　このように、スクープチューブ３０の移動によって流量調整機構６０を動作させることにより、適切な量の作動流体を循環させることができるので、作動流体の発熱量を小さくし、かつ作動流体の攪拌損失を低減させて効率を良くすることができる。特に、本実施形態によれば、スクープチューブ３０と一体に移動可能なカム８０を設け、弁棒７２の一端をカム８０に接触させるだけの簡単な構造であり、弁体７１を移動させるためのアクチュエータを設けることは不要である。
　上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
　本発明は、流体継手の作動流体の流量を調整する流量調整機構に利用可能である。また、本発明は、このような流量調整機構を備えた流体継手に利用可能である。
　１　　　インペラ
　２　　　ランナ
　５　　　流体室
　７　　　インペラケーシング
１１　　　駆動軸
１２　　　出力軸
１５　　　入力軸
１６，１７　　　ラジアル軸受
２１　　　大歯車
２２　　　小歯車
２５　　　作動流体循環システム
２６　　　流体冷却装置
２７　　　作動流体循環ライン
３０　　　スクープチューブ（すくい管）
３１　　　アクチュエータ（駆動装置）
３３　　　固定部材
３５　　　シリンダ
３８　　　ピストン
４０，４１，４５，４６　　　ラジアル軸受
４２，４７　　　スラスト軸受
５０　　　潤滑油供給システム
５１　　　潤滑油供給ライン
５３　　　油ポンプ
５４　　　油冷却装置
５７　　　給油ライン
５８　　　排油ライン
６０　　　流量調整機構
７１　　　弁体
７２　　　弁棒
７３　　　弁棒ガイド
７５　　　ハウジング
７５ａ　　作動流体入口
７５ｂ　　作動流体出口
７６　　　流路
８０　　　カム
８１　　　カムフォロア

Claims (8)

  1. 　流体継手の作動流体の流量を調整する流量調整機構であって、
    　作動流体循環ラインに連通する流路を有するハウジングと、
    　前記流路内に移動可能に収容された弁体と、
    　インペラとランナとの間に形成される流体室内にある前記作動流体の量を調整するためのスクープチューブと一体に移動可能なカムと、
    　一端が前記カムに接触し、他端が前記弁体に接続された弁棒とを備えることを特徴とする流量調整機構。
  2. 　前記弁棒の前記一端は、前記カムに転がり接触するカムフォロアから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整機構。
  3. 　前記カムは、窪んだ湾曲面から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流量調整機構。
  4. 　前記弁棒がその軸方向に移動可能なように前記弁棒を支持する弁棒ガイドをさらに備え、
    　前記弁棒ガイドおよび前記弁棒は前記流路の開口端を塞いでおり、
    　前記弁体には均圧孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流量調整機構。
  5. 　互いに向き合って配置されたインペラおよびランナと、
    　前記インペラと前記ランナとの間に形成される流体室内にある作動流体の量を調整するスクープチューブと、
    　作動流体を冷却する流体冷却装置と、
    　前記流体室と前記流体冷却装置との間で作動流体を循環させる作動流体循環ラインと、
    　前記作動流体循環ラインを循環する作動流体の流量を調整する流量調整機構とを備え、
    　前記流量調整機構は、
    　　前記作動流体循環ラインに連通する流路を有するハウジングと、
    　　前記流路内に移動可能に収容された弁体と、
    　　前記スクープチューブと一体に移動可能なカムと、
    　　一端が前記カムに接触し、他端が前記弁体に接続された弁棒とを備えることを特徴とする流体継手。
  6. 　前記弁棒の前記一端は、前記カムに転がり接触するカムフォロアから構成されていることを特徴とする請求項５に記載の流体継手。
  7. 　前記カムは、窪んだ湾曲面から構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の流体継手。
  8. 　前記流量調整機構は、前記弁棒がその軸方向に移動可能なように前記弁棒を支持する弁棒ガイドをさらに備え、
    　前記弁棒ガイドおよび前記弁棒は前記流路の開口端を塞いでおり、
    　前記弁体には均圧孔が形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の流体継手。
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