專利名稱：旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用作膨脹機(jī)或壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械。
背景技術(shù)：
在日本特開昭59-41602號(hào)公報(bào)中記載有雙重多葉片式旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械。該旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械在橢圓形的外側(cè)凸輪環(huán)與橢圓形的內(nèi)側(cè)凸輪環(huán)之間配置圓形的葉片支承環(huán)，將沿徑向可自由滑動(dòng)地支承于該葉片支承環(huán)的多個(gè)葉片的外端和內(nèi)端分別接觸于外側(cè)的凸輪環(huán)的內(nèi)周面和內(nèi)側(cè)的凸輪環(huán)的外周面。因此，當(dāng)相對(duì)于外側(cè)凸輪環(huán)和內(nèi)側(cè)凸輪環(huán)使葉片支承環(huán)相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在外側(cè)凸輪環(huán)和葉片支承環(huán)之間由葉片劃分的多個(gè)葉片室的容積增大、縮小而作為膨脹機(jī)或壓縮機(jī)起作用，另外，在內(nèi)側(cè)凸輪環(huán)和葉片支承環(huán)之間由葉片劃分的多個(gè)葉片室的容積擴(kuò)大、縮小而作為膨脹機(jī)或壓縮機(jī)起作用。
在該雙重多葉片式旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械中，可將外側(cè)和內(nèi)側(cè)的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械作為分別獨(dú)立的膨脹機(jī)使用，或?qū)⑼鈧?cè)和內(nèi)側(cè)的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械作為分別獨(dú)立的壓縮機(jī)使用，或?qū)⑼鈧?cè)和內(nèi)側(cè)的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械中的一方和另一方分別用作膨脹機(jī)和壓縮機(jī)使用。
另外，在日本特開昭60-206990號(hào)公報(bào)中記載了可作為膨脹機(jī)或壓縮機(jī)使用的葉片式旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械。該旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械在同心配置的圓形的外側(cè)凸輪環(huán)與圓形的內(nèi)側(cè)凸輪環(huán)之間偏心地配置圓形的中間缸，可朝徑向自由滑動(dòng)地支承于該中間缸的多個(gè)葉片的外端和內(nèi)端分別接觸于外側(cè)的凸輪環(huán)的內(nèi)周面和內(nèi)側(cè)的凸輪環(huán)的外周面。因此，當(dāng)相對(duì)于外側(cè)的凸輪環(huán)和內(nèi)側(cè)的凸輪環(huán)使中間缸相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在外側(cè)凸輪環(huán)和中間缸之間由葉片劃分而獲得的多個(gè)葉片室的容積擴(kuò)大、縮小，作為膨脹機(jī)或壓縮機(jī)起作用，另外，在內(nèi)側(cè)凸輪環(huán)與中間缸之間由葉片劃分獲得的多個(gè)葉片室的容積擴(kuò)大和縮小，作為膨脹機(jī)或壓縮機(jī)起作用。
在該葉片式旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械中，可將外側(cè)和內(nèi)側(cè)的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械作為分別獨(dú)立的膨脹機(jī)使用，或?qū)⑼鈧?cè)和內(nèi)側(cè)的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械作為分別獨(dú)立的壓縮機(jī)使用，此外，還可通過(guò)使通過(guò)外側(cè)和內(nèi)側(cè)的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械中的一方的工作流體通過(guò)另一方，從而串聯(lián)地連接外側(cè)和內(nèi)側(cè)的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械，作為2級(jí)膨脹機(jī)或2級(jí)壓縮機(jī)作動(dòng)。
可是，過(guò)去的葉片式旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械由于支承缸和葉片的轉(zhuǎn)子由一個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，所以，難以提高葉片槽的加工精度，葉片槽和葉片間的間隙變得不均勻，可能導(dǎo)致耐磨損性下降或密封性下降。另外，收容缸的轉(zhuǎn)子的中心部成為高溫，由于轉(zhuǎn)子由一個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，所以，中心部的熱量易于傳遞到收容葉片的外周部，熱變形不僅使上述問(wèn)題加重，而且轉(zhuǎn)子的中心部的熱量易于散失到外部，存在熱效率下降的問(wèn)題。因此，由于轉(zhuǎn)子由一個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，所以，即使在其一部分存在問(wèn)題的場(chǎng)合，也需要更換轉(zhuǎn)子全體，在成本方面不利。
發(fā)明的公開本發(fā)明就是鑒于上述情況而作出的，其目的在于對(duì)具有支承缸和葉片的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的精度的提高、耐久性的提高、熱效率的提高、及成本的降低。
為了達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明的特征，旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械至少具有第1能量變換裝置和第2能量變換裝置，可將具有壓力能的工作流體輸入到第1、第2能量變換裝置，將上述壓力能變換成機(jī)械能，從而將第1、第2能量變換裝置分別產(chǎn)生的機(jī)械能統(tǒng)一后輸出，作為膨脹機(jī)起作用；而且，可將機(jī)械能輸入到第1、第2能量變換裝置，將上述機(jī)械能變換成壓力能，從而將第1、第2能量變換裝置分別發(fā)生的工作流體的壓力能統(tǒng)一后輸出，作為壓縮機(jī)起作用；其特征在于上述第1能量變換裝置具有以放射狀支承在可自由旋轉(zhuǎn)地收容于轉(zhuǎn)子室內(nèi)的轉(zhuǎn)子的缸和可自由滑動(dòng)地支承于該缸的活塞；上述第2能量變換裝置具有以放射狀形成于轉(zhuǎn)子的葉片槽和可自由滑動(dòng)地支承于該葉片槽并且外周面滑動(dòng)接觸于轉(zhuǎn)子室的內(nèi)周面的葉片；上述轉(zhuǎn)子由支承于旋轉(zhuǎn)軸并收容缸的轉(zhuǎn)子芯和沿圓周向被分割并圍住轉(zhuǎn)子芯的外周地被固定的轉(zhuǎn)子扇形塊構(gòu)成；在相鄰的轉(zhuǎn)子扇形塊之間形成可自由滑動(dòng)地支承葉片的葉片槽。
按照上述構(gòu)成，由支承于旋轉(zhuǎn)軸并收容缸的轉(zhuǎn)子芯和沿圓周向被分割并圍住轉(zhuǎn)子芯的外周地被固定的轉(zhuǎn)子扇形塊構(gòu)成旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子，所以，由最后組裝的轉(zhuǎn)子扇形塊的尺寸調(diào)整可補(bǔ)償其它所有轉(zhuǎn)子扇形塊的組裝導(dǎo)致的累積誤差，不需要進(jìn)行特別精密的加工即可提高形成于相鄰的轉(zhuǎn)子扇形塊之間的葉片槽的尺寸精度。
另外，由于位于徑向內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子芯和位于徑向外側(cè)的轉(zhuǎn)子扇形塊用分別獨(dú)立的構(gòu)件構(gòu)成，所以，不僅可隔斷從較高溫度的轉(zhuǎn)子芯向較低溫度的轉(zhuǎn)子扇塊的熱傳導(dǎo)，抑制向轉(zhuǎn)子外部的熱散失，提高熱效率，而且可緩和轉(zhuǎn)子各部的熱變形。
另外，由于可選擇分別適合于轉(zhuǎn)子芯和轉(zhuǎn)子扇形塊的功能的材質(zhì)和加工方法，所以，設(shè)計(jì)自由度和加工方法的自由度增加，可減輕各部分的滑動(dòng)面的摩擦，提高而久性和密封性。
另外，即使在轉(zhuǎn)子一部分產(chǎn)生問(wèn)題的場(chǎng)合，也不用更換或廢棄轉(zhuǎn)子整體，只需更換其一部分即可修補(bǔ)，所以，可降低成本。


圖1-圖12示出本發(fā)明的一實(shí)施例，圖1為內(nèi)燃機(jī)的廢熱回收裝置的示意圖，圖2為與圖4的2-2線剖面圖相當(dāng)?shù)呐蛎洐C(jī)的縱斷面圖，圖3為圖2的旋轉(zhuǎn)軸線周圍的放大斷面圖，圖4為圖2的4-4線斷面圖，圖5為圖2的-5-5線斷面圖，圖6為圖4的局部放大圖，圖7為圖3的7-7線放大圖，圖8為示出轉(zhuǎn)子室和轉(zhuǎn)子的斷面形狀的示意圖，圖9為轉(zhuǎn)子的分解透視圖，圖10為轉(zhuǎn)子扇形塊的分解透視圖，圖11為葉片的分解透視圖，圖12為旋轉(zhuǎn)閥的分解透視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，內(nèi)燃機(jī)1的廢熱回收裝置2具有蒸發(fā)器3、膨脹機(jī)4、冷凝器5、及供給泵6；該蒸發(fā)器3以內(nèi)燃機(jī)1的廢熱(例如廢氣)作為熱源，使高壓狀態(tài)的液體(例如水)氣化，產(chǎn)生高溫高壓狀態(tài)的蒸汽；該膨脹機(jī)4由該蒸汽的膨脹產(chǎn)生輸出；該冷凝器5在該膨脹機(jī)4中使壓力能變換成機(jī)械能，將溫度和壓力下降了的蒸汽液化；該供給泵6對(duì)來(lái)自冷凝器5的液體(例如水)加壓再次供給到蒸發(fā)器3。
首先，根據(jù)圖2-圖6說(shuō)明膨脹機(jī)4的整體的構(gòu)造。
膨脹機(jī)4的外殼11由金屬制的第1、第2外殼半體12、13構(gòu)成。第1、第2外殼半體12、13由協(xié)作構(gòu)成轉(zhuǎn)子室14的本體部12a、13a和分別一體連接到本體部12a、13a外周的圓形凸緣12b、13b構(gòu)成，兩圓形凸緣12b、13b通過(guò)金屬密封墊片15接合。第1外殼半體12的外面由構(gòu)成深缽形的中繼室外壁16覆蓋，一體地與其外周相連的圓形凸緣16a重合到第1外殼半體12的圓形凸緣12b的左側(cè)面。第2外殼半體13的外面由收容將膨脹機(jī)4的輸出傳遞到外部的電磁聯(lián)軸節(jié)(圖中未示出)的排氣室外壁17覆蓋，一體連接到其外周的圓形凸緣17a重合到第2外殼半體13的圓形凸緣13b的右側(cè)面上。上述4個(gè)圓形凸緣12a、13a、16a、17a由沿圓周向配置的多個(gè)螺栓18…一起連接。在中繼室外壁16和第1外殼半體12間劃分中繼室19，在排氣室外壁17與第2外殼半體13間分隔排氣室20。在排氣室外壁17上設(shè)置將由膨脹機(jī)4做完功的降溫降壓蒸汽引導(dǎo)至冷凝器5的排出口17b。
兩外殼半體12、13的本體部12a、13a具有朝外方凸出的空心軸承筒12c、13c，在這些空心軸承筒12c、13c上通過(guò)一對(duì)軸承構(gòu)件22、23可旋轉(zhuǎn)地支承具有空心部21a的旋轉(zhuǎn)軸21。這樣，旋轉(zhuǎn)軸21的軸線L通過(guò)構(gòu)成大體橢圓形的轉(zhuǎn)子室14的長(zhǎng)徑與短徑的交點(diǎn)。另外，旋轉(zhuǎn)軸21右端的小直徑部21b貫通第2外殼半體13的空心軸承筒13c延伸到排氣室20的內(nèi)部，在該處用花鍵連接電磁聯(lián)軸節(jié)的轉(zhuǎn)子輪轂24。旋轉(zhuǎn)軸21右端的小直徑部21b的外周與第2外殼半體13的空心軸承筒13c的內(nèi)周之間由密封構(gòu)件25密封，該密封構(gòu)件25由螺旋接合于空心軸承筒13c內(nèi)周的螺母26固定。
由圖4和圖8可知，在構(gòu)成準(zhǔn)橢圓狀的轉(zhuǎn)子室14的內(nèi)部可自由旋轉(zhuǎn)地收容呈圓形的轉(zhuǎn)子27。轉(zhuǎn)子27配合到旋轉(zhuǎn)軸21的外周，由銷28一體地接合，轉(zhuǎn)子27的軸線和轉(zhuǎn)子室14的軸線與旋轉(zhuǎn)軸21的軸線L一致。在軸線L方向觀看的轉(zhuǎn)子室14的形狀為與4個(gè)頂點(diǎn)倒圓的類似菱形的準(zhǔn)橢圓狀，具有長(zhǎng)徑DL和短徑DS。在軸線L方向上觀看的轉(zhuǎn)子27的形狀為正圓，具有比轉(zhuǎn)子室14的短徑DS稍小的直徑DR。
在與軸線L正交的方向上觀看到的轉(zhuǎn)子室14和轉(zhuǎn)子27的斷面形狀都呈田徑比賽跑道狀。即，轉(zhuǎn)子室14的斷面形狀由隔開距離d地平行延伸的一對(duì)平坦面14a、14a、圓滑地連接這些平坦面14a、14a的外周的中心角180°的圓弧面14b構(gòu)成，同樣，轉(zhuǎn)子27的斷面形狀由隔開距離d地平行延伸的一對(duì)平坦面27a、27a和圓滑地連接這些平坦面27a、27a的外周的中心角180°的圓弧面27b構(gòu)成。因此，轉(zhuǎn)子室14的平坦面14a、14a與轉(zhuǎn)子27的平坦面27a、27a相互接觸，在轉(zhuǎn)子室14內(nèi)周面與轉(zhuǎn)子27外周面之間形成月牙形的一對(duì)空間(參照?qǐng)D4)。
下面，參照?qǐng)D3、圖6、圖9、及圖10詳細(xì)說(shuō)明轉(zhuǎn)子27的構(gòu)造。
轉(zhuǎn)子27由固定于旋轉(zhuǎn)軸21外周的轉(zhuǎn)子芯31和覆蓋轉(zhuǎn)子芯31周圍地被固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)子27外廓的12個(gè)轉(zhuǎn)子扇形塊32…構(gòu)成。轉(zhuǎn)子芯31具有圓板狀的本體部31a和從本體部31a的中心部朝軸向兩側(cè)凸出的齒輪狀的輪轂部31b、31b。在本體部31a以30°間隔以放射狀安裝由陶瓷(或碳)制成的12個(gè)缸33…，由蓋34…和鍵35…防脫。在各缸33的內(nèi)端凸設(shè)小直徑部33a，小直徑部33a的基端通過(guò)O形密封圈36密封與轉(zhuǎn)子芯31的本體部31a之間。小直徑部33a的前端配合于空心的旋轉(zhuǎn)軸21的外周面，缸孔33b通過(guò)貫通小直徑部33a和旋轉(zhuǎn)軸21的12個(gè)第3蒸汽通道S3…連通到該旋轉(zhuǎn)軸21的空心部2 1a。在各 33的內(nèi)部可自由滑動(dòng)地配合陶瓷制的活塞37。當(dāng)活塞37最往徑向內(nèi)側(cè)移動(dòng)時(shí)，完全退沒(méi)到缸孔 33b的內(nèi)部，當(dāng)最往徑向外側(cè)移動(dòng)時(shí)，全長(zhǎng)的約一半凸出到缸孔33b的外部。
各轉(zhuǎn)子扇形塊32接舍5個(gè)部件地構(gòu)成。5個(gè)部件為具有空心部38a、38a的一對(duì)塊構(gòu)件38、38、由U字狀的板體構(gòu)成的一對(duì)側(cè)板39、39、及由矩形板體構(gòu)成的底板40，它們由釬焊一體化。
在各塊構(gòu)件38的外周面即與轉(zhuǎn)子室14的一對(duì)平坦面14a、14a相對(duì)的面形成以軸線L為中心按圓弧狀延伸的2個(gè)凹槽38b、38c，在該凹槽38b、38c的中央開設(shè)潤(rùn)滑水噴出 38d、38e。另外，在與塊構(gòu)件38的側(cè)板39的接合面凹設(shè)第20水通道W20和第2 1水通道W21。
在底板40的中央配合具有12個(gè)節(jié)流孔的節(jié)流孔形成構(gòu)件41，圍住節(jié)流孔形成構(gòu)件41地安裝于底板40的0形密封圈42密封與轉(zhuǎn)子芯3 1的本體部3 1a的外周面之間。在接合于塊構(gòu)件38的底板40的表面上凹設(shè)從節(jié)流孔形成構(gòu)件41沿放射方向延伸的各2個(gè)第14-第19水通道W14-W19，這些第14-第19水通道W14-W19朝與側(cè)板39的接合面延伸。
在各側(cè)板39的與塊構(gòu)件38、38和底板40的接合面上凹設(shè)第22-第27水通道W22-W27。底板40外側(cè)的第14水通道W14、第1 5水通道W1 5、第1 8水通道W18、及第1 9水通道W1 9連通到側(cè)板39的第22水通道W22、第23水通道W23、第26水通道W26及第27水通道W27，底板40的內(nèi)側(cè)的第16水通道W16和第1 7水通道W17通過(guò)塊構(gòu)件38的第20水通道W20和第2 1水通道W21連通到側(cè)板39的第24水通道W24和第25水通道W25。側(cè)板39的第22水通道W22、第25水通道W25、第26水通道W26、及第27水通道W27的外端在側(cè)板39的外面上作為4個(gè)潤(rùn)滑水噴出孔 39a…開口。另外，側(cè)板39的第23水通道W23和第24水通道W24的外端通過(guò)形成于塊板件38、38內(nèi)部的第28水通道W28和第29水通道W29分別連通到凹槽38b、38c內(nèi)的潤(rùn)滑水噴出 38d、38e。為了避免與朝朝徑向外側(cè)移動(dòng)的活塞37的干涉，在側(cè)板39的外面形成具有部分圓弧狀斷面的切口39b。不是在側(cè)板39而是在塊構(gòu)件38上形成第20水通道W20和第21水通道W21的原因在于，上述切口39b使側(cè)板39成為薄壁，不能確保形成第20水通道W20和第21水通道W21的壁厚。
如圖2、圖5、圖9、及圖11所示那樣，在轉(zhuǎn)子27的相鄰的轉(zhuǎn)子扇形塊32…間形成沿放射方向延伸的12個(gè)葉片槽43…，在這些葉片槽43…中分別可自由滑動(dòng)地配合板狀的葉片44…。各葉片44具有沿轉(zhuǎn)子室14的平行面14a、14a的平行面44a、44a、沿轉(zhuǎn)子室14的圓弧面14b的圓弧面44b、及位于兩平行面44a、44a之間的切44c，大體形成為U字狀，在從兩平行面44a、44a凸出的一對(duì)支軸44d、44d上可自由旋轉(zhuǎn)地支承滾柱軸承構(gòu)造的滾輪45、45。
在葉片44的圓弧面44b上保持形成為U字狀的合成樹脂制的密封構(gòu)件46，該密封構(gòu)件46的前端從葉片44的圓弧面44b稍凸出，滑動(dòng)接觸于轉(zhuǎn)子室14的圓弧面14b。在葉片44的平行部44a、44a上固定合成樹脂制的滑動(dòng)構(gòu)件47、47，這些滑動(dòng)構(gòu)件47、47滑動(dòng)接觸于轉(zhuǎn)子室14的平行面14a、14a。另外，在葉片44的切44c的兩側(cè)固定合成樹脂制的滑動(dòng)構(gòu)件48、48，這些滑動(dòng)構(gòu)件48、48滑動(dòng)接觸于轉(zhuǎn)子芯31的本體部31a。在葉片44的兩側(cè)面上各形成2個(gè)凹槽44e、44e，這些凹槽44e、44e與在轉(zhuǎn)子扇形塊32的各側(cè)板39、39的外面上開口的4個(gè)潤(rùn)滑水噴出孔39a…的徑向內(nèi)側(cè)的2個(gè)相對(duì)。在葉片44的切口44c的中央朝徑向內(nèi)方凸設(shè)的凸起44f接觸于活塞37的徑向外端。在葉片44的內(nèi)部形成朝徑向延伸的水排出通道44g，該徑向內(nèi)端在上述凸起44f的前端開口，其徑向外端在葉片44的一方的側(cè)面開口。當(dāng)葉片44最往徑向外側(cè)凸出時(shí)，水排出通道44g在葉片44的一方側(cè)面開口的位置比轉(zhuǎn)子27的圓弧面27b更臨徑向外側(cè)。
在由第1、第2外殼半體12、13分隔成的轉(zhuǎn)子室14的平坦面14a、14a上凹設(shè)使4個(gè)頂點(diǎn)變圓的類似于菱形的準(zhǔn)橢圓狀的環(huán)狀槽49、49，在兩環(huán)狀槽49、49可自由滾動(dòng)地接合各葉片44的一對(duì)滾輪45、45。這些環(huán)狀槽49、49中和轉(zhuǎn)子室14的圓弧面14b間的距離沿全周為一定。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子27旋轉(zhuǎn)時(shí)，將滾輪45、45被環(huán)狀槽49、49導(dǎo)引的葉片44在葉片槽43內(nèi)沿徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，安裝于葉片44的圓弧面44b的密封構(gòu)件46在壓縮一定量的狀態(tài)下沿轉(zhuǎn)子室14的圓弧面14b滑動(dòng)。這樣，防止轉(zhuǎn)子室14和葉片44…直接固體接觸，可在防止滑動(dòng)阻力的增加和磨損發(fā)生的同時(shí)可靠地密封劃分于相鄰的葉片44…之間的葉片室50…。
在轉(zhuǎn)子室14的平坦面14a、14a圍住上述環(huán)狀槽49、49的外側(cè)地形成一對(duì)圓形密封槽51、51。在各圓形密封槽51中可自由滑動(dòng)地配合具有2個(gè)O形密封圈52、53的一對(duì)環(huán)狀密封件54，其密封面與形成于各轉(zhuǎn)子扇形塊32的凹槽38b、38c相對(duì)。一對(duì)環(huán)狀密封件54、54分別由定位銷55、55相對(duì)第1、第2外殼半體12、13防轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子27的組裝如以下那樣進(jìn)行。在圖9中，在預(yù)先安裝了缸33…、蓋34…、及鍵35…的轉(zhuǎn)子芯31的外周配合12個(gè)轉(zhuǎn)子扇形塊32…，將葉片44…配合到形成于相鄰的轉(zhuǎn)子扇形塊32…間的12個(gè)葉片槽43…中。此時(shí)，為了在葉片44…和轉(zhuǎn)子扇形塊32…的側(cè)板39…間形成規(guī)定的間隙，在葉片44…的兩面間介入設(shè)置規(guī)定厚度的墊片。在該狀態(tài)下，使用夾具朝向轉(zhuǎn)子芯31往徑向內(nèi)方緊固轉(zhuǎn)子扇形塊32…和葉片44…，相對(duì)轉(zhuǎn)子芯31精密地對(duì)轉(zhuǎn)子扇形塊32…進(jìn)行定位后，由臨時(shí)定位螺栓58…(參照?qǐng)D2)將各轉(zhuǎn)子扇形塊32…臨時(shí)固定于轉(zhuǎn)子芯31上。接著，從夾具拆下轉(zhuǎn)子27，對(duì)各轉(zhuǎn)子扇形塊32一起加工貫通轉(zhuǎn)子芯31的銷孔56、56，將定位銷57、57壓入到這些銷孔56、56，將轉(zhuǎn)子扇形塊32…接合到轉(zhuǎn)子芯31。
如圖3、圖7、及圖12所示，支承旋轉(zhuǎn)軸21的外周面的一對(duì)軸承構(gòu)件22、23具有朝轉(zhuǎn)子27側(cè)擴(kuò)徑地形成錐形的內(nèi)周面，其軸向外端部凹凸接合于第1、第2外殼半體12、13的空心軸承筒12c、13c防轉(zhuǎn)。為了可相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸21安裝轉(zhuǎn)子27，支承于左側(cè)的空心軸承筒12c的旋轉(zhuǎn)軸21的左端外周部由另外的構(gòu)件21c構(gòu)成。
在中繼室外壁16的中心形成開口16b，配置于軸線L上的閥殼61的輪轂部61a在上述開口16b的內(nèi)面上由多個(gè)螺栓62…固定，而且由螺母63固定于第1外殼半體12。在旋轉(zhuǎn)軸21的空心部21a中可相對(duì)自由旋轉(zhuǎn)地配合圓筒狀的第1固定軸64，在該第1固定軸64的右端內(nèi)周同軸地配合第2固定軸65。從第1固定軸64凸出的第2固定軸65的右端外周部與旋轉(zhuǎn)軸21的空心部21a之間由O形密封圈66密封。延伸到第1固定軸64的內(nèi)部的閥殼61具有凸緣61b，在該凸緣61b的右側(cè)依次配合O形密封圈67、第1固定軸64的厚壁部64a、O形密封圈68、墊圈69、螺母70、及上述第2固定軸65。相對(duì)于閥殼61由螺紋接合螺母70和第2固定軸65，因此，第1固定軸64的厚壁部64a在閥殼61的凸緣61b與墊圈69之間通過(guò)一對(duì)O形密封圈66、67定位。
在第1外殼半體12的空心軸承筒12c的內(nèi)周上通過(guò)O形密封圈71支承的第1固定軸64的左端由環(huán)狀的十字頭聯(lián)軸節(jié)72連接到閥殼61的輪轂部61a，由該十字頭聯(lián)軸節(jié)72容許第1固定軸64的徑向擺動(dòng)，從而可容許通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸21支承于第1固定軸64外周的轉(zhuǎn)子27的擺動(dòng)。另外，由螺栓74、74將松動(dòng)嵌合在第1固定軸64的左端的止轉(zhuǎn)構(gòu)件73的臂部73a、73a固定于第1外殼半體12，從而可相對(duì)外殼11防止第1固定軸64旋轉(zhuǎn)。
在配置于軸線L上的閥殼61的內(nèi)部嵌合蒸汽供給管75，由螺母76固定于閥殼61，該蒸汽供給管75右端連接到壓入閥殼61內(nèi)部的噴嘴構(gòu)件77?？缭陂y殼61和噴嘴構(gòu)件77的前端部地以180°的相位差形成一對(duì)凹部81、81(參照?qǐng)D7)，在該處配合保持環(huán)狀的連接構(gòu)件78、78。在噴嘴構(gòu)件77的中心沿軸向形成連接到蒸汽供給管75的第1蒸汽通道S1，另外，在第1固定軸64的厚壁部64a上以180°的相位差沿徑向貫通一對(duì)第2蒸汽通道S2、S2。第1蒸汽通道S1的末端部和第2蒸汽通道S2、S2的徑向內(nèi)端部通過(guò)上述連接構(gòu)件78、78經(jīng)常連通。如上述那樣，12根第3蒸氣通路S3…貫通在固定于旋轉(zhuǎn)軸21上的轉(zhuǎn)子27上以30°間隔保持的12個(gè)缸33…的小直徑部33a和旋轉(zhuǎn)軸21，這些第3蒸汽通道S3…的徑向內(nèi)端部與上述第2蒸汽通道S2、S2的徑向外端部連通地與其相對(duì)。
在第1固定軸64的厚壁部64a的外周面以180°的相位差形成一對(duì)切口64b、64b，這些切口64b、64b可連通到上述第3蒸汽通道S3…。切口64b、64b和中繼室19通過(guò)傾斜形成于第1固定軸64的一對(duì)第4蒸汽通道S4、S4、沿軸向形成于第1固定軸64的第5蒸汽通道S5、形成于閥殼61的輪轂部61a的第6蒸汽通道S6、及開設(shè)于閥殼61的輪轂部61a外周的通孔61c…相互連通。
如圖5所示，在第1外殼半體12上以轉(zhuǎn)子室14的短徑方向?yàn)榛鶞?zhǔn)在轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)15°的位置形成沿放射方向排列的多個(gè)進(jìn)氣孔79…。由該進(jìn)氣孔79…將轉(zhuǎn)子室14的內(nèi)部空間連通到中繼室19。另外，在第2外殼半體13上以轉(zhuǎn)子室14的短徑方向?yàn)榛鶞?zhǔn)在轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)方向的后方側(cè)15°-75°的位置形成沿放射方向排列多列的多個(gè)排氣孔80…。由該排氣孔80…將轉(zhuǎn)子室14的內(nèi)部空間連通到排氣室20。
第2蒸汽通道S2、S2和第3蒸汽通道S3…及第1固定軸64的切口64b、64b和第3蒸汽通道S3…構(gòu)成由第1固定軸64和旋轉(zhuǎn)軸21的相對(duì)旋轉(zhuǎn)周期性地連通的旋轉(zhuǎn)閥V。
如圖2和圖3所示那樣，在配合于第1、第2外殼半體12、13的圓形密封槽51、51中的環(huán)封54、54的背面形成壓力室86、86，形成于第1、第2外殼半體12、13的第1水通道W1通過(guò)由管構(gòu)成的第2水通道W2和第3水通道W3連通到兩壓力室86、86。在第2外殼半體13的空心軸承筒13c的徑向外側(cè)形成由具有2個(gè)O形密封圈87、88的蓋89開閉的過(guò)濾器室13d，在其內(nèi)部收容環(huán)狀的過(guò)濾器90。第2外殼半體13的第1水通道W1通過(guò)由閥構(gòu)成的第4水通道W4連通到過(guò)濾器90的外周面，過(guò)濾器90的內(nèi)周面通過(guò)形成于第2外殼半體13的第5水通道W5連通到形成于第2外殼半體13和旋轉(zhuǎn)軸21間的環(huán)狀的第6水通道W6。第6水通道W6通過(guò)在旋轉(zhuǎn)軸21的內(nèi)部沿軸向延伸的12個(gè)第7水通道W7…、形成于旋轉(zhuǎn)軸21外周的環(huán)狀槽21d和在轉(zhuǎn)子芯31的內(nèi)部沿徑向延伸的12個(gè)第8水通道W8…分別連通到12個(gè)節(jié)流孔形成構(gòu)件41…。
另外，形成于旋轉(zhuǎn)軸21外周的環(huán)狀槽21d通過(guò)沿軸向延伸的12個(gè)第9水通道W9…(參照?qǐng)D7)連通到形成于旋轉(zhuǎn)軸21外周的環(huán)狀槽21e，環(huán)狀槽21e通過(guò)在旋轉(zhuǎn)軸21內(nèi)部沿軸向延伸的12個(gè)第10水通道W10…連通到形成于環(huán)狀槽21e左端和第1外殼半體12之間的環(huán)狀的第11水通道W11。環(huán)狀的第6水通道W6和第11水通道W11通過(guò)螺旋接合于軸承構(gòu)件22、23的節(jié)流孔形成螺栓91…的外周的節(jié)流孔，并經(jīng)過(guò)形成于軸承構(gòu)件22、23內(nèi)的第12水通道W12…連通到軸承構(gòu)件22、23內(nèi)周和旋轉(zhuǎn)軸21外周間的滑動(dòng)面。軸承構(gòu)件22、23的內(nèi)周和旋轉(zhuǎn)軸21的外周間的滑動(dòng)面經(jīng)過(guò)排泄用的第13水通道W13…連通到葉片槽43…。
環(huán)狀的第6水通道W6經(jīng)過(guò)沿軸向穿設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸21的2個(gè)第30水通道W30、30連通到旋轉(zhuǎn)軸21的空心部21a內(nèi)周面與第1固定軸64的右端外周面的滑動(dòng)部。形成于第1固定軸64的厚壁部64a右側(cè)的密封槽64c通過(guò)傾斜穿設(shè)于第1固定軸64的內(nèi)部的第31水通道W31、31連通到第5蒸汽通道S5。環(huán)狀的第11水通道W11連通到旋轉(zhuǎn)軸21的空心部21a內(nèi)周面與第1固定軸64左端外周面的滑動(dòng)部，形成于第1固定軸64的厚壁部64a左側(cè)的密封槽64d通過(guò)沿徑向貫通第1固定軸64的第32水通道W32、32和上述第31水通道W31、31連通到第5蒸汽通道S5。
下面，說(shuō)明具有上述構(gòu)成的本實(shí)施例的作用。
首先，說(shuō)明膨脹機(jī)4的作動(dòng)。在圖3中，來(lái)自蒸發(fā)器3的高溫高壓蒸汽供給到蒸汽供給管75、沿軸向形成于噴嘴構(gòu)件77的第1蒸汽通道S1、沿徑向貫通噴嘴構(gòu)件77、連接構(gòu)件78、78及第1固定軸64的厚壁部64a的一對(duì)第2蒸汽通道S2、S2。在圖6和圖7中，當(dāng)與轉(zhuǎn)子27一體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸21到達(dá)規(guī)定相位時(shí)，處于轉(zhuǎn)子室14的短徑位置的按箭頭R所示轉(zhuǎn)子27旋轉(zhuǎn)方向前方側(cè)的一對(duì)第3蒸汽通道S3、S3連通到一對(duì)第2蒸汽通道S2、S2，第2蒸汽通道S2、S2的高溫高壓蒸汽經(jīng)過(guò)上述第3蒸汽通道S3、S3供給到一對(duì)缸33、33的內(nèi)部，朝徑向外側(cè)推壓活塞37、37。當(dāng)由這些活塞37、37推壓的葉片44、44朝徑向外側(cè)移動(dòng)時(shí)，由設(shè)于葉片44、44上的一對(duì)滾輪45、45與環(huán)狀槽49、49的接合將活塞37、37的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)換為轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
隨著轉(zhuǎn)子27的箭頭R方向的旋轉(zhuǎn)，在第2蒸汽通道S2、S2與第3蒸汽通道S3、S3的連通被隔斷后，缸33、33內(nèi)的高溫高壓蒸汽通過(guò)進(jìn)一步持續(xù)膨脹，從而使活塞37、37進(jìn)一步前進(jìn)，由此使轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)葉片44、44到達(dá)轉(zhuǎn)子室14的長(zhǎng)徑位置時(shí)，與對(duì)應(yīng)的缸33、33相連的第3蒸汽通道S3、S3連通到第1固定軸64的切口64b、64b，由將滾輪45、45被環(huán)狀槽49、49導(dǎo)引的葉片44、44推壓的活塞37、37朝徑向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，從而使缸33、33內(nèi)的蒸汽通過(guò)第3蒸汽通道S3、S3、切口64b、64b、第4蒸汽通道S4、S4、第5蒸汽通道S5、第6蒸汽通道S6及通孔61c…成為第1降溫降壓蒸汽，供給到中繼室19。第1降溫降壓蒸汽為從蒸汽供給管75供給的高溫高壓蒸汽結(jié)束驅(qū)動(dòng)活塞37、37的工作后溫度和壓力下降了的蒸汽。第1降溫降壓蒸汽具有的熱能和壓力能比高溫高壓蒸汽低，但仍然具有足以驅(qū)動(dòng)葉片44…的熱能和壓力能。
中繼室19內(nèi)的第1降溫降壓蒸汽從第1外殼半體12的進(jìn)氣孔79…供給到轉(zhuǎn)子室14內(nèi)的葉片室50即由轉(zhuǎn)子室14、轉(zhuǎn)子27及相鄰的一對(duì)葉片44、44劃分的空間，在此外通過(guò)進(jìn)一步膨脹，使轉(zhuǎn)子27旋轉(zhuǎn)。然后，做完功后溫度和壓力進(jìn)一步下降后的第2降溫降壓蒸汽從第2外殼半體13的排氣孔80…排出到排氣室20，從該處經(jīng)過(guò)排出口17b供給到冷凝器5。
這樣，由高溫高壓蒸汽的膨脹使12個(gè)活塞37…依次作動(dòng)，通過(guò)滾輪45、45和環(huán)狀槽49、49使轉(zhuǎn)子27旋轉(zhuǎn)，另外，由高溫高壓蒸汽降溫降壓后的第1降溫降壓蒸汽的膨脹通過(guò)葉片44…使轉(zhuǎn)子27旋轉(zhuǎn)，從而從旋轉(zhuǎn)軸21獲得輸出。
下面，說(shuō)明上述膨脹機(jī)4的各滑動(dòng)部的水產(chǎn)生的潤(rùn)滑。
潤(rùn)滑用的水的供給利用將來(lái)自冷凝器5的水加壓供給到蒸發(fā)器3的供給泵6(參照?qǐng)D1)進(jìn)行，供給泵6排出的水的一部分作為潤(rùn)滑用供給到外殼11的第1水通道W1。這樣，通過(guò)將供給泵6用于向膨脹機(jī)4的各部的靜壓軸承供給水，從而不需要特別的泵，可減少部件數(shù)量。
供給到第1水通道W1的水經(jīng)過(guò)由管構(gòu)成的第2水通道W2和第3水通道W3供給到第1外殼半體12和第2外殼半體13的圓形密封槽51、51的底部的壓力室86、86，朝轉(zhuǎn)子27的側(cè)面對(duì)環(huán)封54、54施加壓力。另外，從第1水通道W1供給到由管構(gòu)成的第4水通道W4的水由過(guò)濾器90過(guò)濾雜質(zhì)后，供給到形成于第2外殼半體13的第5水通道W5、形成于第2外殼半體13和旋轉(zhuǎn)軸21之間的第6水通道W6、形成于旋轉(zhuǎn)軸21內(nèi)的第7水通道W7…、形成于旋轉(zhuǎn)軸21的環(huán)狀槽21d及轉(zhuǎn)子芯31上的第8水通道W8…，為此在轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下進(jìn)一步加壓，供給到轉(zhuǎn)子扇形塊32…的節(jié)流孔形成構(gòu)件41…。
在各轉(zhuǎn)子扇形塊32中，通過(guò)節(jié)流孔形成構(gòu)件41流出到底板40的第14水通道W14的水通過(guò)側(cè)板39的第22水通道W22從潤(rùn)滑水噴出孔39a…噴出，通過(guò)節(jié)流孔形成構(gòu)件41流出到底板40的第17水通道W17的水通過(guò)塊構(gòu)件38的第21水通道W21和側(cè)板39的第25水通道W25從潤(rùn)滑水噴出孔39a…噴出，通過(guò)節(jié)流孔形成構(gòu)件41流出到底板40的第18水通道W18的水通過(guò)側(cè)板39的第26水通道W26從潤(rùn)滑水噴出孔39a…噴出，經(jīng)過(guò)節(jié)流孔形成構(gòu)件41流出到底板40的第19水通道W19的水通過(guò)側(cè)板39的第27水通道W27從潤(rùn)滑水噴出孔39a…噴出。在側(cè)板39的表面開口的上述4個(gè)潤(rùn)滑水噴出孔39a…中的下側(cè)2個(gè)連通到葉片44的凹槽44e、44e內(nèi)。
通過(guò)節(jié)流孔形成構(gòu)件41流出到底板40的第15水通道W15的水通過(guò)側(cè)板39的第23水通道W23和塊構(gòu)件38的第29水通道W29從凹槽38c內(nèi)的潤(rùn)滑水噴出口38e噴出，通過(guò)節(jié)流孔形成構(gòu)件41流出到底板40的第16水通道W16的水通過(guò)塊構(gòu)件38的第20水通道W20、側(cè)板39的第24水通道W24及塊構(gòu)件38的第28水通道W28從凹槽38b內(nèi)的潤(rùn)滑水噴出口38d噴出。
然而，從各轉(zhuǎn)子扇形塊32的側(cè)板39的潤(rùn)滑水噴出孔39a…噴出到葉片槽43內(nèi)的水在與可自由滑動(dòng)地嵌合到葉片槽43中的葉片44之間構(gòu)成靜壓軸承，以浮動(dòng)狀態(tài)支承該葉片44，防止轉(zhuǎn)子扇形塊32的側(cè)板39與葉片44的固體接觸，防止發(fā)熱膠著和磨損的發(fā)生。這樣，通過(guò)將對(duì)葉片44的滑動(dòng)面進(jìn)行潤(rùn)滑的水通過(guò)以放射狀設(shè)置在轉(zhuǎn)子27的內(nèi)部的第8水通道W8供給，不僅可由離心力對(duì)水進(jìn)行加壓，而且可使轉(zhuǎn)子27周邊的溫度穩(wěn)定，受熱膨脹的影響少，可維持設(shè)定的間隙，將蒸汽的泄漏抑制到最小限度。
可是，加到各葉片44的圓周方向的負(fù)荷(相對(duì)板狀的葉片44垂直方向的負(fù)荷)為加到轉(zhuǎn)子室14內(nèi)的葉片44的前后面的蒸汽壓的差壓導(dǎo)致的負(fù)荷和設(shè)于葉片44的滾輪45、45從環(huán)狀槽49、49接受的反作用力在上述圓周方向的成分的合力，但這些負(fù)荷相應(yīng)于轉(zhuǎn)子27的相位周期性地變化。因此，接受了該偏負(fù)荷的葉片44周期性地示出在葉片槽43內(nèi)傾斜的那樣的舉動(dòng)。
這樣，當(dāng)上述偏負(fù)荷使葉片44傾斜時(shí)，在兩側(cè)的轉(zhuǎn)子扇形塊32的側(cè)板39、39上開口的各4個(gè)潤(rùn)滑水噴出孔39a…與葉片44的間隙變化，所以，間隙擴(kuò)大的部分的水膜流失，而且在間隙變窄的部分不易供水，所以，可能在滑動(dòng)部不建立壓力，葉片44直接接觸于側(cè)板39、39的滑動(dòng)面而產(chǎn)生磨損。然而，按照本實(shí)施例，由設(shè)于轉(zhuǎn)子扇形塊32的節(jié)流孔形成構(gòu)件41通過(guò)節(jié)流孔將水供給潤(rùn)滑水噴出孔39a…，所以，可消除上述問(wèn)題。
即，在潤(rùn)滑水噴出孔39a…與葉片44的間隙擴(kuò)大的場(chǎng)合，水的供給壓力一定，所以，在穩(wěn)定狀態(tài)下相對(duì)產(chǎn)生于節(jié)流孔前后的一定的差壓，由從上述間隙的流出量的增大使水的流量增大，從而由節(jié)流孔效果增大節(jié)流孔前后的差壓，減少上述間隙的壓力，結(jié)果，縮小擴(kuò)大了的間隙，產(chǎn)生恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的力。另外，當(dāng)潤(rùn)滑水噴出孔39a…與葉片44的間隙縮小時(shí)，從上述間隙的流出量減少，節(jié)流孔的前后的差壓減少，結(jié)果，上述間隙的壓力增大，將縮小了的間隙擴(kuò)大，產(chǎn)生恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的力。
這樣，即使由加到葉片44的負(fù)荷使?jié)櫥畤姵隹?9a…與葉片44的間隙變化，由于相應(yīng)于其間隙的大小的變化由節(jié)流孔自動(dòng)地調(diào)整供給到該間隙的水的壓力，所以，可將葉片44和兩側(cè)的轉(zhuǎn)子扇形塊32的側(cè)板39、39間的間隙穩(wěn)定地維持到所期望的大小。這樣，時(shí)常將水膜保持于葉片44與側(cè)板39、39間，在浮動(dòng)狀態(tài)下支承葉片44，確實(shí)地避免葉片44以固體形式接觸于側(cè)板39、39的滑動(dòng)面而發(fā)生磨損。
另外，將水保持在分別各2個(gè)地形成于葉片44的兩面的凹槽44e、44e，為此，該凹槽44e、44e成為壓力存留部，抑制水的泄漏導(dǎo)致的壓力下降。結(jié)果，夾于一對(duì)側(cè)板39、39的滑動(dòng)面的葉片44因水而成為浮動(dòng)狀態(tài)，可將滑動(dòng)阻力降低到接近全無(wú)的狀態(tài)。另外，當(dāng)葉片44往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉片44相對(duì)轉(zhuǎn)子27的在徑向的相對(duì)位置變化，但上述凹槽44e、44e不設(shè)置在側(cè)板39、39側(cè)，而是設(shè)置于葉片44側(cè)，而且，設(shè)置到負(fù)荷最作用于葉片44的滾輪45、45的近旁，所以，經(jīng)常將往復(fù)運(yùn)動(dòng)的葉片44保持為浮動(dòng)狀態(tài)，有效地降低滑動(dòng)阻力。
潤(rùn)滑葉片44相對(duì)于側(cè)板39、39的滑動(dòng)面的水由離心力的作用朝徑向外側(cè)移動(dòng)，對(duì)設(shè)于葉片44的圓弧面44b上的密封構(gòu)件46與轉(zhuǎn)子室14的圓弧面14b的滑動(dòng)部進(jìn)行潤(rùn)滑。然后，完成潤(rùn)滑后的水從轉(zhuǎn)子室14通過(guò)排氣孔80…排出。
如上述那樣，將水供給到第1外殼半體12和第2外殼半體13的圓形密封槽51、51底部的壓力室86、86，朝轉(zhuǎn)子27的側(cè)面對(duì)環(huán)封54、54施加壓力，而且，從形成于各轉(zhuǎn)子扇形塊32的凹槽38b、38c的內(nèi)部的潤(rùn)滑水噴出 38d、38e將水噴出，在轉(zhuǎn)子室14的平坦面14a、14a的滑動(dòng)面上構(gòu)成靜壓軸承，從而可由在圓形密封槽51、51的內(nèi)部處于浮動(dòng)狀態(tài)的環(huán)狀密封件54、54密封轉(zhuǎn)子27的平坦面27a、27a，結(jié)果可防止轉(zhuǎn)子室14內(nèi)的蒸汽通過(guò)與轉(zhuǎn)子27的間隙泄漏。此時(shí)，環(huán)狀密封件54、54與轉(zhuǎn)子27由從潤(rùn)滑水噴出口38d、38e供給的水膜隔絕，不進(jìn)行固體接觸，另外，即使轉(zhuǎn)子27傾斜，通過(guò)使圓形密封槽51、51內(nèi)的環(huán)狀密封件54、54隨之傾斜，可在將摩擦力抑制到最小限度的同時(shí)確保穩(wěn)定的密封性能。
對(duì)環(huán)狀密封件54、54與轉(zhuǎn)子27的滑動(dòng)部進(jìn)行潤(rùn)滑的水由離心力供給到轉(zhuǎn)子室14，從該處經(jīng)過(guò)排氣孔80…排出到外殼11的外部。
另一方面，從第6水通道W6供給的水經(jīng)過(guò)形成于軸承構(gòu)件23的節(jié)流孔形成螺栓91…外周的節(jié)流孔和第12水通道W12…在軸承構(gòu)件23內(nèi)周和旋轉(zhuǎn)軸21外周的滑動(dòng)面上形成水膜，由其水膜以浮動(dòng)狀態(tài)支承旋轉(zhuǎn)軸21的右半部的外周，從而防止旋轉(zhuǎn)軸21與軸承構(gòu)件23的固體接觸，不發(fā)生發(fā)熱膠著和磨損地進(jìn)行潤(rùn)滑。從第6水通道W6供給到旋轉(zhuǎn)軸21的第7水通道W7…、第9水通道W9…、第10水通道W10…及第11水通道W11的水經(jīng)過(guò)形成于軸承構(gòu)件22的節(jié)流孔形成螺栓91…的外周的節(jié)流孔和第12水通道W12…，在軸承構(gòu)件22內(nèi)周和旋轉(zhuǎn)軸21外周的滑動(dòng)面形成水膜，由該水膜以浮動(dòng)狀態(tài)支承旋轉(zhuǎn)軸21的左半部的外周，從而防止旋轉(zhuǎn)軸21與軸承構(gòu)件22的固定接觸，不發(fā)生發(fā)熱膠著和磨損地進(jìn)行潤(rùn)滑。對(duì)兩軸承構(gòu)件22、23的滑動(dòng)面進(jìn)行潤(rùn)滑的水經(jīng)過(guò)形成于其內(nèi)部的第13水通道W13…排出到葉片槽43…。
積存于葉片槽43…的水流入到連接葉片44…底部與葉片44…一側(cè)部的水排出通道44g…，但該水排出通道44g…的葉片44…在最從轉(zhuǎn)子27凸出的規(guī)定角度范圍對(duì)轉(zhuǎn)子室14開口，所以，由葉片槽43…與轉(zhuǎn)子室14的壓力差將葉片槽43…內(nèi)的水經(jīng)過(guò)水排出通道44g…排出到轉(zhuǎn)子室14。
另外，從第6水通道W6經(jīng)過(guò)形成于旋轉(zhuǎn)軸21的第30水通道W30…供給的水潤(rùn)滑第1固定軸64外周和旋轉(zhuǎn)軸21內(nèi)周的滑動(dòng)面的右半部，從第1固定軸64的密封槽64c經(jīng)過(guò)第31水通道W31、W31排出到第5蒸汽通道S5。另外，來(lái)自上述第11水通道W11的水潤(rùn)滑第1固定軸64外周和旋轉(zhuǎn)軸21內(nèi)周的滑動(dòng)面的左半部，從第1固定軸64的密封槽64d經(jīng)過(guò)第31水通道W31排出到第5蒸汽通道S5。
如以上那樣，由于將膨脹機(jī)4的轉(zhuǎn)子27分割成轉(zhuǎn)子芯31和多個(gè)轉(zhuǎn)子扇形塊32…地構(gòu)成，所以，可容易地提高轉(zhuǎn)子27的葉片槽43…的尺寸精度。即，雖然極難在單體的轉(zhuǎn)子27中以良好精度加工葉片槽43…的槽寬、改善滑動(dòng)面的面粗糙度，但通過(guò)將預(yù)先制作的多個(gè)轉(zhuǎn)子扇形塊32…組裝到轉(zhuǎn)子芯31，可解決上述問(wèn)題。而且，即使由多個(gè)轉(zhuǎn)子扇形塊32…的安裝累積誤差，通過(guò)調(diào)整最后1個(gè)轉(zhuǎn)子扇形塊32的尺寸，吸收上述誤差的累積，可整體上獲得高精度的轉(zhuǎn)子27。
另外，由于用分別獨(dú)立的構(gòu)件構(gòu)成供給高溫高壓蒸汽的內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子芯31和較低溫度的外側(cè)的轉(zhuǎn)子扇形塊32…，所以，不僅可抑制從高溫的轉(zhuǎn)子芯31向轉(zhuǎn)子扇形塊32…的熱傳導(dǎo)，防止熱向轉(zhuǎn)子27外部的散失，提高熱效率，而且可緩和轉(zhuǎn)子27的熱變形，提高精度。而且，由于可選擇與轉(zhuǎn)子芯31及轉(zhuǎn)子扇形塊32…的各功能對(duì)應(yīng)的材質(zhì)和加工方法，所以，設(shè)計(jì)自由度和加工方法的自由度增加，轉(zhuǎn)子扇形塊32…和葉片44…的滑動(dòng)面的磨損減輕，可提高耐久性和密封性。另外，即使在轉(zhuǎn)子27的一部分產(chǎn)生問(wèn)題時(shí)，由于通過(guò)更換其一部分即可修補(bǔ)，所以，與更換或廢棄轉(zhuǎn)子27全體的場(chǎng)合相比，可降低成本。
除了以上說(shuō)明的實(shí)施例以外，作為將活塞37…的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)變換成轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)成，也可不通過(guò)葉片44…地直接由滾輪45…承受活塞37…的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，由與環(huán)狀槽49、49的接合變換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另外，葉片44…也由滾輪45…與環(huán)狀槽49、49的協(xié)作如上述那樣從轉(zhuǎn)子室14的內(nèi)周面按大體一定間隔經(jīng)常離開即可，活塞37…和滾輪45…及葉片44…和滾輪45…也可分別獨(dú)立地與環(huán)狀槽49、49協(xié)作。
在將上述膨脹機(jī)4用作壓縮機(jī)的場(chǎng)合，由旋轉(zhuǎn)軸21使轉(zhuǎn)子27朝圖4的與箭頭R相反的方向旋轉(zhuǎn)，由葉片44…將作為流體的外氣從排氣孔80…吸入到轉(zhuǎn)子室14而進(jìn)行壓縮，從進(jìn)氣孔79…將這樣獲得的低壓縮空氣經(jīng)過(guò)中繼室19、通孔61c…第6蒸汽通道S6、第5蒸汽通道S5、S5、第4蒸汽通道S4、S4、第1固定軸64的切口64b、64b、及第3蒸汽通道S3…吸入到缸33…內(nèi)，在此處由活塞37…壓縮形成為高壓縮空氣。這樣獲得的高壓縮空氣從缸33…經(jīng)過(guò)第3蒸汽通道S3…、第2蒸汽通道S2、S2、第1蒸汽通道S1及蒸汽供給管75排出。在將膨脹機(jī)4用作壓縮機(jī)的場(chǎng)合，上述蒸汽通道S1-S5和蒸汽供給管75分別改寫成空氣通道S1～S5和空氣供給管75。
在以上說(shuō)明的膨脹機(jī)4中，在共用的轉(zhuǎn)子27上設(shè)置由缸33…和活塞37…構(gòu)成的第1能量變換裝置和由葉片44…構(gòu)成的第2能量變換裝置，由串聯(lián)地連接的第1、第2能量變換裝置的協(xié)作將高溫高壓蒸汽的能量作為機(jī)械能取出到旋轉(zhuǎn)軸21。因此，第1能量變換裝置輸出的機(jī)械能和第2能量變換裝置輸出的機(jī)械能通過(guò)轉(zhuǎn)子27自動(dòng)統(tǒng)一，不需要具有齒輪等動(dòng)力傳遞裝置的特別的能量統(tǒng)一裝置。
第1能量變換裝置由工作流體的密封容易、不易發(fā)生泄漏的缸33…和活塞37…的組合構(gòu)成，所以，可提高高溫高壓蒸汽的密封性，將泄漏導(dǎo)致的效率下降抑制到最小極限。另一方面，第2能量變換裝置由可在放射方向上自由移動(dòng)地支承于轉(zhuǎn)子27的葉片44…構(gòu)成，加到葉片44…的蒸汽壓直接變換成轉(zhuǎn)子27的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不需要將往復(fù)運(yùn)動(dòng)變換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的特別的變換機(jī)構(gòu)，構(gòu)造得到簡(jiǎn)化。而且，由于圍著第1能量變換裝置的外周地配置可有效地將低壓、大流量的蒸汽變換成機(jī)械能的第2能量變換裝置，所以，可將膨脹機(jī)4整體的尺寸緊湊化。
在由缸33…和活塞37…構(gòu)成的第1能量變換裝置將高溫高壓蒸汽作為工作流體的場(chǎng)合，壓力能和機(jī)械能之間的變換效率高，另外，由葉片44…構(gòu)成的第2能量變換裝置具有在將較低溫低壓的蒸汽作為工作流體的場(chǎng)合壓力能和機(jī)械能間的變換效率也較高的特性。因此，串聯(lián)地連接第1、第2能量變換裝置，先使高溫高壓蒸汽通過(guò)第1能量變換裝置變換成機(jī)械能，并使由此降低了壓力下降了的第1降溫降壓蒸汽通過(guò)第2能量變換裝置，再次變換成機(jī)械能，不會(huì)余下包含于當(dāng)初的高溫高壓蒸汽的能量地有效地變換成機(jī)械能。
即使在將本實(shí)施例的膨脹機(jī)4用作壓縮機(jī)的場(chǎng)合，由在較低溫低壓的工作流體的場(chǎng)合也有效地作動(dòng)的第2能量變換裝置對(duì)由來(lái)自外部的機(jī)械能使轉(zhuǎn)子27旋轉(zhuǎn)而吸入到轉(zhuǎn)子室14的空氣進(jìn)行壓縮使其升溫，由在相對(duì)高溫高壓的工作流體作用下有效地工作的第1能量變換裝置進(jìn)一步對(duì)該壓縮·升溫了的空氣進(jìn)行壓縮使其升溫，從而高效率地將機(jī)械能變換成壓縮空氣的壓力能(熱能)。通過(guò)組合由缸33…和活塞37…構(gòu)成的第1能量變換裝置和由葉片44…構(gòu)成的第2能量變換裝置可獲得兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)的高性能的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械。
另外，轉(zhuǎn)子27的軸線L(即旋轉(zhuǎn)軸21的軸線L)與轉(zhuǎn)子室14的中心一致，而且當(dāng)在圖4和圖5中使轉(zhuǎn)子27朝上下左右分別按90°分割時(shí)，在相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線L呈點(diǎn)對(duì)稱的右上的的1/4部和左下的1/4部進(jìn)行從壓力能到機(jī)械能的變換，所以，可防止在轉(zhuǎn)子27作用偏負(fù)荷，抑制振動(dòng)的發(fā)生。即，將工作流體的壓力能變換成機(jī)械能的部分或?qū)C(jī)械能變換成工作流體的壓力能的部分配置于以轉(zhuǎn)子27的軸線L為中心錯(cuò)開180°的2個(gè)部位，所以，作用到轉(zhuǎn)子27的負(fù)荷成為力偶，可進(jìn)行平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)，而且可使進(jìn)氣時(shí)刻和排氣時(shí)刻的高效化。
然而，在本實(shí)施例中，蘭肯循環(huán)由利用內(nèi)燃機(jī)1的廢氣的熱能對(duì)水進(jìn)行加熱從而產(chǎn)生高溫高壓蒸汽的蒸發(fā)器3、將從蒸發(fā)器3供給的高溫高壓蒸汽變換成一定轉(zhuǎn)矩的軸輸出的膨脹機(jī)4、將膨脹機(jī)4排出的降溫降壓蒸汽液化的冷凝器5、及將由冷凝器5液化的水供給到蒸發(fā)器3的供給泵6構(gòu)成；在該蘭肯循環(huán)中，該膨脹機(jī)4為容積型。該容積型的膨脹機(jī)4與渦輪機(jī)那樣的非容積型的膨脹機(jī)相比，可在從低速到高速的寬轉(zhuǎn)速范圍以高效率進(jìn)行能量回收，而且相對(duì)由內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速增減產(chǎn)生的廢氣的熱能變化(廢氣的溫度變化和流量變化)的跟隨性和響應(yīng)性也優(yōu)良。而且，由于將膨脹機(jī)4形成為串聯(lián)地連接由缸33…和活塞37…構(gòu)成的第1能量變換裝置和由葉片44…構(gòu)成的第2能量變換裝置并配置到徑向內(nèi)外的雙重膨脹型，所以，可使膨脹機(jī)4小型輕量化，提高空間效率，同時(shí)，可進(jìn)一步提高蘭肯循環(huán)的熱能回收效率。
以上詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施，但本發(fā)明在不脫離其要旨的范圍可進(jìn)行種種設(shè)計(jì)變更。
例如，在實(shí)施例的膨脹機(jī)4中，首先，在將高溫高壓蒸汽供給到作為第1能量變換裝置的缸33…和活塞37…后，將降溫降壓后的第1降溫降壓蒸汽供給到作為第2能量變換裝置的葉片44…，但也可通過(guò)例如形成使排出來(lái)自圖3所示第1能量變換裝置的第1降溫降壓蒸汽的第6蒸汽通道S6與中繼室19連通或非連通、并可通過(guò)中繼室外壁16獨(dú)立于第2能量變換裝置地將蒸汽分別供給中繼室19的裝置，從而分別將溫度和壓力不同的蒸汽分別供給到第1、第2能量變換裝置。另外，也可分別供給第1、第2能量變換裝置的各溫度和壓力不同的蒸汽，同時(shí)，通過(guò)第1能量變換裝置將降溫降壓后的蒸汽進(jìn)一步供給第2能量變換裝置。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械適合用作蘭肯循環(huán)裝置的膨脹機(jī)，但也可用作其它任意用途的膨脹機(jī)和其它任意用途的壓縮機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械，至少具有第1能量變換裝置和第2能量變換裝置，可通過(guò)將具有壓力能的工作流體輸入到第1、第2能量變換裝置，將上述壓力能變換成機(jī)械能，從而將第1、第2能量變換裝置分別產(chǎn)生的機(jī)械能統(tǒng)一后輸出，作為膨脹機(jī)(4)用；而且，可通過(guò)將機(jī)械能輸入到第1、第2能量變換裝置，將上述機(jī)械能變換成壓力能，從而將第1、第2能量變換裝置分別發(fā)生的工作流體的壓力能統(tǒng)一后輸出，作為壓縮機(jī)用；其特征在于上述第1能量變換裝置具有以放射狀支承在可自由旋轉(zhuǎn)地收容于轉(zhuǎn)子室(14)內(nèi)的轉(zhuǎn)子(27)上的缸(33)和可自由滑動(dòng)地支承于該缸(33)的活塞(37)；上述第2能量變換裝置具有以放射狀形成于轉(zhuǎn)子(27)上的葉片槽(43)和可自由滑動(dòng)地支承于該葉片槽(43)中并且外周面滑動(dòng)接觸于轉(zhuǎn)子室(14)的內(nèi)周面的葉片(44)；上述轉(zhuǎn)子(27)由支承于旋轉(zhuǎn)軸(21)并收容缸(33)的轉(zhuǎn)子芯(31)和沿圓周方向被分割并圍著轉(zhuǎn)子芯(31)的外周地被固定的轉(zhuǎn)子扇形塊(32)構(gòu)成；在相鄰的轉(zhuǎn)子扇形塊(32)之間形成可自由滑動(dòng)地支承葉片(44)的葉片槽(43)。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械具有配合于設(shè)于轉(zhuǎn)子(27)的缸(33)地往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞(37)和配合于設(shè)于轉(zhuǎn)子(27)上的葉片槽(43)中地往復(fù)運(yùn)動(dòng)的葉片(44)；其中，轉(zhuǎn)子(27)由支承于旋轉(zhuǎn)軸(21)對(duì)缸(33)進(jìn)行收容的轉(zhuǎn)子芯(31)和沿周向分割并圍住轉(zhuǎn)子芯(31)的外周地固定的(12)個(gè)轉(zhuǎn)子扇形塊(32)構(gòu)成，在相鄰的轉(zhuǎn)子扇形塊(32)之間形成葉片槽(43)。這樣，不需要特別精密的加工即可提高葉片槽(43)的尺寸精度，而且可隔斷從較高溫度的轉(zhuǎn)子芯(31)向較低溫度的轉(zhuǎn)子扇形塊(32)的熱傳導(dǎo)，抑制熱向轉(zhuǎn)子(27)外部的散失，提高熱效率，而且可緩和轉(zhuǎn)子(27)的各部的熱變形。
文檔編號(hào)F04B27/06GK1452696SQ01815160
公開日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2001年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月4日
發(fā)明者高橋勤, 本間健介, 伊藤直紀(jì), 遠(yuǎn)藤恒雄 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社