JP5382559B1

JP5382559B1 - 回転式流体機械

Info

Publication number: JP5382559B1
Application number: JP2012259090A
Authority: JP
Inventors: 武史畑中
Original assignee: 武史畑中
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: JP2014095375A

Abstract

【課題】簡単な構造で、部品点数も少なく、しかも、低コスト生産が可能な回転式流体機械を提供するものである。
【解決手段】ロータ作動室３６０に流体移送ロータ３６２を回転可能に収納し、第１のアウトレット３５８と第２のアウトレット３５８Ａとに交差するように第１及び第２可動クロージャ３６８，３６８Ａをハウジング３５２により支持し、第１のインレット３５６とアウトレット３５８同士の連通及び第２のインレット３５６Ａとアウトレット３５８Ａ同士の連通を遮断しながら、第１及び第２可動クロージャの曲面シール部３７６ａを流体移送ロータの摺動凹部３６６Ａ，３６６Ｂ，３６６Ｃにそれぞれ流体密的に摺接させ、曲面シール部の後方側に形成された開口部３７６ｂを介して流体を強制的に第１のアウトレットと第２のアウトレットから吐出させる構成により、回転式流体機械の構造簡略化を図る。
【選択図】図２

Description

本発明は流体機械に関し、特に、回転式流体機械に関する。

近年、回転式流体機械としてベーン型の回転式流体機械が注目されている。特許文献１には、ロータの多数の分割した位置にスロット状空間を放射状に設け、これらスロット状空間に多数のベーンを往復動自在に支持したベーン型の回転式流体機械が提案されている。

米国特許第６８８４０５１（特開２００１−３３６４９２）

ところで、特許文献１で開示された回転式流体機械では、スロット状空間とベーンとの摺動部にコジリが発生して焼き付きや摩耗が発生するのを防止すべく、ロータおよびベーン間に静圧軸受けを構成し、この静圧軸受けでベーンを浮動状態で支持するようにしている。この構造の回転式流体機械では、部品点数が多く、摺動部分も多いため全体構造が複雑となり、多数部品の組み立てに多大の時間がかかっていた。多数の摺動部分は摩擦ロスを生じやすく、エネルギー消費も増加するため、スロット状空間とベーンとの間には円滑なベーンの往復動運動を許容するための隙間が形成されている。このため、これら隙間を介して加圧流体のリークが発生するため、圧力エネルギーから機械エネルギーへの変換効率を向上させることが困難であった。また、この構造の回転式流体機械では構造的な特徴から超高圧の吐出圧力を得ることができないため、コンプレッサやポンプなどの超高圧発生用の流体機械として利用することが困難であった。しかも、この構造の回転式流体機械では、その構造的な特徴から、加圧流体の吐出量を増大して大容量にすることはできなかった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、部品点数が少なく、構造が簡単であり、しかも、低コスト生産が可能な回転式流体機械を提供することを目的とする。

この発明によれば、回転式流体機械が、周方向において互いに隣接していて対をなしている第１のインレット及びアウトレットと、周方向において互いに隣接していて対をなしている第２のインレット及びアウトレットとを有するロータ作動室を備えたハウジングと、前記ロータ作動室の中心部で軸方向に延びる駆動軸に支持されていて前記ロータ作動室に回転可能に収納された流体移送ロータであって、前記ロータ作動室の内周面に沿って回転移動する少なくとも１つのローブと、前記ローブの周方向前縁部と周方向後縁部において前記ローブの径方向内側領域にそれぞれ形成された前縁摺動凹部と後縁摺動凹部とを有する流体移送ロータと、前記第１のアウトレットと前記第２のアウトレットとにそれぞれ交差するように前記ハウジングから延びていてそれぞれ前記第１のインレットとアウトレット同士の連通及び前記第２のインレットとアウトレット同士の連通を遮断しながら、前記流体移送ロータの前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部にそれぞれ気密的又は水密的に摺接する曲面シール部と、前記曲面シール部の後方側に形成されていて前記第１のアウトレットと前記第２のアウトレットとにそれぞれ連通する開口部とを有する第１及び第２可動クロージャとを備え、前記ロータ作動室と、前記流体移送ロータと、前記第１及び第２可動クロージャが、いずれも、表面処理した潤滑皮膜層を有することを特徴とする。

好ましくは、前記流体移送ロータが前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部の軸方向両側に配置された側壁面を備え、前記第１及び第２可動クロージャが、前記ハウジングからそれぞれ前記流体移送ロータの接線方向に延びている第１及び第２揺動部材と、前記第１及び第２揺動部材の先端部を前記流体移送ロータの外周に対してそれぞれ押圧する第１及び第２バネ手段とを備えることを特徴とする。

この発明においては、回転式流体機械が、ハウジングと、流体移送ロータと第１、第２可動クロージャ等の極めて少ない部品点数で構成される。ロータ作動室と、流体移送ロータと、第１及び第２可動クロージャが、いずれも、表面処理した潤滑皮膜層を介して気密的に密着するため、関連部材間の加圧流体の漏洩が抑制されて超高圧流体又は超高真空を発生させることができる。この回転式流体機械か構造が極めて簡単で部品点数も少ないため、軸方向にタンデム状に回転式流体機械を複数段配置することが可能で、容易に低コストで、空気やガス等の気体を１，０００気圧以上、水、油等の液体を３００ＭＰａ以上の超高圧で吐出させながら吐出量を飛躍的に増大させることもできる。したがって、本発明の回転式流体機械は、エアーコンプレッサー、プロセスガスコンプレッサー、ＬＮＧボイルオフガスコンプレッサー、天然ガス自動車用燃料充填コンプレッサー、ペットボトル成形用コンプレッサー等の各種コンプレッサーを始め、水道・下水道の送水ポンプ、非常用排水ポンプ、消防用ポンプ、化学プラント用プロセスポンプ、ボイラー給水ポンプ、食品・飲料水原料給送ポンプ等の様々なポンプ、超高真空型真空ポンプ、高圧型過給器、高圧流体膨張機、建設機械用油圧モータポンプ（モータ／ポンプ機能付）、船舶推進用超高圧ポンプ等の超高圧・大容量の流体機械として広い用途を有する。

本発明の実施例による回転式流体機械の一部切欠き概略概観図を示す。図１の回転式流体機械のＩＩ−ＩＩ断面図を示す。

以下、本発明の実施例による回転式流体機械について図面に基づき詳細に説明する。図１及び図２に示すように、本発明の回転式流体機械３５０は電動機２００に同軸的に直結したものとして図示されているが、本発明はこの駆動方式に限定されず、その他の原動機により動力伝達手段を介して駆動されるに構成しても良い。

図２に示すように、回転式流体機械３５０は、電動機２００に対して同心的に支持された円筒状ハウジング３５２と、エンドプレート３５４，３５５とを備える。ハウジング３５２は、流体を取り込む一対のインレット３５６，３５６Ａと、加圧流体を吐出する一対のアウトレット３５８，３５８Ａと、インレット３５６，３５６Ａ及びアウトレット３５８，３５８Ａが開口するロータ作動室３６０と、電動機２００に駆動連結された駆動軸１３２に圧入その他の連結手段で駆動連結されていてロータ作動室３６０に回転可能に収納されたディスク状流体移送ロータ３６２とを備える。ディスク状流体移送ロータ３６２は、メイン潤滑油供給通路１３２Ｌから径方向外側に延びる潤滑油通路３６２ａと、潤滑油供給ポート３６２ｂと、潤滑油供給ポート３６２ｂからローブ３６４の外周端部に微量の潤滑油を供給可能な多孔質プラグ３６２ｃとを備える。メイン潤滑油供給通路１３２Ｌは外部の潤滑油供給システム（図示せず）から潤滑油が供給される。他の態様としては、同一発明者の特許出願による特許第５１０３５７０号に開示されたものと同様な潤滑油供給システムを回転式流体機械３５０の内部に設け、このシステムの潤滑油ポンプをメイン潤滑油供給通路１３２Ｌに連通させるようにしても良い。しかしながら、回転式流体機械３５０の用途によって、潤滑剤による流体の汚染を望まない場合には、上記の潤滑構造を省いても良い。

ディスク状流体移送ロータ３６２は、ロータ作動室３６０の内周面に沿って回転移動しながらインレット３５６，３５６Ａから流体を吸入すると共に吸入した流体を加圧しながらアウトレット３５８から吐出する、周方向に等間隔で形成されたローブ３６４Ａ，３６４Ｂ，３６４Ｃと、ローブ３６４Ａ，３６４Ｂ、３６４Ｃの径方向内側領域及び側壁面３６２ｓの軸方向内側領域において形成された摺動凹部３６６Ａ，３６６Ｂ、３６６Ｃを備える。ローブ３６４Ａの摺動凹部３６６Ａは後縁摺動凹部として機能し、ローブ３６４Ａの摺動凹部３６６Ｂは前縁摺動凹部として機能する。図２において、上方のインレット３５６とアウトレット３５８は第１の対をなしていて、これらインレット３５６とアウトレット３５８を第１の対のインレットとアウトレットと称する。同様に、下方のインレット３５６Ａとアウトレット３５８Ａは第２の対をなしていて、これらインレット３５６Ａとアウトレット３５８Ａを第２の対のインレットとアウトレットと称する。

ディスク状流体移送ロータ３６２の外周に隣接した位置において、ハウジング３５２の内部には第１のアウトレット３５８と第２のアウトレット３５８Ａと交差するように延びる第１及び第２可動クロージャ３６８，３６８Ａが作動可能に収容される。第１及び第２可動クロージャ３６８，３６８Ａは、それぞれ、ハウジング３５２にピボット軸３７４、３７４Ａを介して回動する揺動部材３７６，３７６Ａを備える。揺動部材３７６，３７６Ａの先端部にはローブ３６４Ａ，３６４Ｂ，３６４Ｃと摺動凹部３６６Ａ，３６６Ｂ，３６６Ｃに摺接する曲面シール部３７６ａ，３７６ａと、その後方部に形成された開口部３７６ｂ，３７６ｂとを備える。ハウジング３５２に形成されたバネ収納部３７８，３７８Ａには押圧バネ３８０，３８０Ａが揺動部材３７６，３７６Ａを流体移送ロータ３６２側に押圧している。曲面シール部３７６ａは、それぞれ、第１及び第２アウトレット３５８、３５８Ａに隣接して配置され、それぞれ、第１のインレット３５６及びアウトレット３５８同士の連通を遮断しながらディスク状流体移送ロータ３６２の外周に流体密的に摺接する。ここで、「流体密的」とは、ガスや空気を取り扱う場合の「気密的」、水を取り扱う場合の「水密的」、油を取り扱う場合の「油密的」のことを意味し、ガス、空気、水、液体その他流体が密閉状態に維持され、互いに協同する構成部材間で漏洩しにくい関係であることを意味する。

ロータ作動室３６０において、第１可動クロージャ３６８と後縁摺動凹部３６６Ａとの間には流体吸入チャンバ３７０Ａが形成される。同様に、ロータ作動室３６０において前縁摺動凹部３６６Ｂと第２可動クロージャ３６８Ａとの間に流体吐出チャンバ３７０Ｂが形成される。２つのローブ３６４Ｂ，３６４Ｃの間の摺動凹部３６６Ｃは流体移送チャンバ３７０Ｃとして機能する。

ロータ作動室３６０、ディスク状流体移送ロータ３６２及び第１及び第２可動クロージャ３６８，３６８Ａは、何れも、ダイアモンド状カーボン又は二硫化タングステンにより表面処理した潤滑皮膜層を有する。ダイアモンド状カーボンは、プラズマスパッタリングとプラズマＣＶＤ処理による複合多層コーティングにより形成されるもので、無潤滑下で２０００Ｋｇｆまで、潤滑下で２５００Ｋｇｆ以上の焼き付き限界荷重を達成することで知られている。また、二硫化タングステンによる潤滑層はＮＡＳＡの宇宙技術開発の一環として活用されたもので、“ＤＡＩＣＲＯＮＩＴＥ”（米国ダイクロナイト社の登録商標）によるコーティング技術により形成されるものである。

回転式流体機械３５０の作用において、流体移送ロータ３６２のローブ３６４Ａが第１可動クロージャ３６８の曲面シール部３７６ａを通過して図２に示した位置に移動すると、流体吸入チャンバ３７０Ａに負圧が生じて第１のインレット３５６から流体が流体吸入チャンバ３７０Ａに吸入される。このとき、流体吐出チャンバ３７０Ａに存在している流体は流体移送ロータ３６２のローブ３６４Ａにより強制的に周方向に移動させられて加圧下で第２のアウトレット３５８Ａから外部に吐出される。一方、流体移送ロータ３６２のローブ３６４Ｃが第２可動クロージャ３６８Ａの曲面シール部３７６ａを通過する時に、負圧が生じて第２のインレット３５６Ａから流体移送チャンバ３７０Ｃに流体が吸引される。流体移送チャンバ３７０Ｃの流体は、流体移送ロータ３６２の時計方向回転時に、ローブ３６４Ｂにより強制的に移送される。ローブ３６４Ｂが図２においてさらに時計方向に移動することによって、流体移送チャンバ３７０Ｃが第１可動クロージャ３６８を介して第１のアウトレット３５８に連通した時点で、流体は加圧下で外部に吐出される。このように、流体移送ロータ３６２の時計方向回転によって、インレットから吸入された流体は順次加圧下で強制的にアウトレットから外部に吐出される。

以上、本発明の実施例による回転式流体機械について図面に基づいて説明したが、これ等はあくまでも一実施形態を示すものであり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが出来る。例えば、ディスク状流体移送ロータの側壁面はロータ本体と一体構造のものとして示されたが、ロータ本体と側壁面とを別々の部品で構成し、ロータ本体を２枚の円板の間に挟みこんでノックピンその他の固定手段でこれら構成部材を一体構造にしても良い。また、第１、第２アウトレットに逆止弁からなる吐出弁装置を配置して吐出された流体の逆流を阻止するように構成しても良い。

１３２駆動軸；２００電動機；３５２ハウジング；３６２ディスク状流体移送ロータ；３５６、３５６Ａ第１及び第２インレット；３５８，３５８Ａ第１及び第２アウトレット；３６２Ａ，３６４Ｂ，３６４Ｃローブ；３６８，３６８Ａ第１、第２可動クロージャ

Claims

周方向において互いに隣接していて対をなしている第１のインレット及びアウトレットと、周方向において互いに隣接していて対をなしている第２のインレット及びアウトレットとを有するロータ作動室を備えたハウジングと、
前記ロータ作動室の中心部で軸方向に延びる駆動軸に支持されていて前記ロータ作動室に回転可能に収納された流体移送ロータであって、前記ロータ作動室の内周面に沿って回転移動する少なくとも１つのローブと、前記ローブの周方向前縁部と周方向後縁部において前記ローブの径方向内側領域にそれぞれ形成された前縁摺動凹部と後縁摺動凹部とを有する流体移送ロータと、
前記第１のアウトレットと前記第２のアウトレットとにそれぞれ交差するように前記ハウジングから延びていて、それぞれ、前記第１のインレットとアウトレット同士の連通及び前記第２のインレットとアウトレット同士の連通を遮断しながら、前記流体移送ロータの前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部に流体密的に摺接する曲面シール部と、前記曲面シール部の後方側に形成されていて前記第１のアウトレットと前記第２のアウトレットとにそれぞれ連通する開口部とを有する第１及び第２可動クロージャとを備え、
前記ロータ作動室と、前記流体移送ロータと、前記第１及び第２可動クロージャが、いずれも、表面処理した潤滑皮膜層を有することを特徴とする回転式流体機械。
前記流体移送ロータが前記前縁摺動凹部及び前記後縁摺動凹部の軸方向両側に配置された側壁面を備え、前記第１及び第２可動クロージャが、前記ハウジングからそれぞれ前記流体移送ロータの接線方向に延びている第１及び第２揺動部材と、前記第１及び第２揺動部材の先端部を前記流体移送ロータの外周に対してそれぞれ押圧する第１及び第２バネ手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の回転式流体機械。