DE60214685T2

DE60214685T2 - Expansionsmaschine

Info

Publication number: DE60214685T2
Application number: DE60214685T
Authority: DE
Inventors: KK Honda Gijutsu Kenkyusho Makoto Wako-shi UDA; KK Honda Gijutsu Kenkyusho Hiroyuki Wako-shi MAKINO; KK Honda Gijutsu Kenkyusho Kouhei Wako-shi OHSONO
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2007-01-04
Also published as: DE60214685T8; US7406911B2; WO2002077415A1; BR0207848A; KR20030078955A; EP1367218A4; US20040144088A1; DE60214685D1; EP1367218B1; EP1367218A1; CN1494632A; CA2439600A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Expander, der ein Gehäuse; eine Ausgangswelle zum Ausgeben einer Antriebskraft; einen Rotor, der mit der Ausgangswelle einstückig ist und in dem Gehäuse drehbar gelagert ist; eine Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern, die ringförmig in dem Rotor entlang der radialen Richtung angeordnet sind, so dass sie eine Achse der Ausgangswelle umgeben; und eine gemeinsame Taumelscheibe, die an dem Gehäuse befestigt ist und Kolben der Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern in Richtung der Achse führt, umfasst.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Das japanische Patent Nr. 2874300 und die japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 48-54702 offenbaren eine Kolbenpumpe oder einen Kolbenmotor, der zwei Gruppen von Axialkolbenzylindern enthält, die an radial inneren und äußeren Seiten angeordnet sind. Diese verwenden jeweils ein inkomprimierbares Fluid wie etwa Öl als Arbeitsmedium, wobei die Gruppen von Axialkolbenzylindern an den radial inneren und äußeren Seiten so angeordnet sind, dass ihre Phasen über den Umfang versetzt sind, und im ersteren Fall ist der Kolbendurchmesser der Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial inneren Seite kleiner als der Kolbendurchmesser der Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial äußeren Seite.
Ferner offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-320453 einen Expander, in dem eine Gruppe von Axialkolbenzylindern und eine Gruppe von Flügeln jeweils an der radial inneren Seite und der radial äußeren Seite eines Rotors angeordnet sind, und wobei die Zufuhr von Hochtemperatur-Hochdruckdampf zu den Flügelgruppen über die Gruppe von Axialkolbenzylindern die Druckenergie in mechanische Energie umwandelt.
Expander, die Hochtemperatur-Hochdruckdampf als Arbeitsmedium verwenden, können unterteilt werden in einen Flügeltyp, in dem ein einen Flügel verschiebbar haltender Rotor innerhalb eines Nockenrings angeordnet ist, und einen radialen Typ, in dem eine Mehrzahl von Zylindern und Kolben radial relativ zu einer Achse angeordnet sind, und einen axialen Typ, worin eine Mehrzahl von Zylindern und Kolben parallel zu einer Achse angeordnet sind.
Obwohl der Flügelexpander den Vorteil hat, dass ein hohes Dampfexpansionsverhältnis erreicht werden kann, ist, relativ zum Volumen, eine relativ lange Abdichtung zwischen dem Außenende der Flügel und dem Innenumfang des Nockenrings erforderlich, und da die Abdichtung schwierig ist, entsteht eine große Menge an Leckagedampf, was ein Problem ist.
Da in dem radialen Expander die Zylinder und die Kolben relativ zur Achse radial angeordnet sind, erzeugt nicht nur ein fächerförmiger Totraum zwischen benachbarten Zylindern eine Zunahme der Abmessungen, sondern es entsteht auch ein Problem einer Zunahme der Dampfleckagemenge im Vergleich zu einem Drehventil mit einer flachen Gleitoberfläche dann, wenn eine Gleitoberfläche eines Drehventils zum Verteilen des Dampfs entlang den Zylindern zylindrisch ist und ein Gleitspiel vorgesehen ist.
Da hingegen beim axialen Expander dessen Zylinder und Kolben in der axialen Richtung angeordnet sind, kann der Totraum zwischen den Zylindern klein gemacht werden und kann das Layout im radialen Querschnitt kompakt gemacht werden, und die Dimensionen davon können kleiner gemacht werden als bei radialen Expandern, wo der Totraum groß ist. Ferner ist die zwischen den Zylindern und den Kolben leckende Dampfmenge kleiner als die zwischen dem Flügel und dem Nockenring leckende Dampfmenge, und da es ferner möglich ist, ein Drehventil mit einer flachen Gleitoberfläche und geringer Dampfleckage zu verwenden, kann, im Vergleich zu Flügeln oder radialen Expandern, eine höhere Ausgangsleistung erzielt werden.
Die JP-A-10-184532 zeigt eine Axialkolbenmaschine mit zwei Sätzen von nicht drehenden Zylindern, die auf zwei unterschiedlichen Radien angeordnet sind. In dieser Vorrichtung haben alle Zylinder die gleiche Größe.
Es gibt auch eine Art von Vorrichtung, die für die GB-A-240 107 als Stand der Technik gedient hat. Dort sind die Vorteile angegeben, die sich mit nicht rotierenden Zylindern unterschiedlicher Größen erzielen lassen, und die Niederdruckzylinder werden von den Hochdruckzylindern gespeist. Die Hochdruckzylinder sind zwischen den Niederdruckzylindern auf einem kleineren Radius angeordnet. Für die Versorgung und den Auslass der Hoch- und Niederdruckzylinder sind unterschiedliche Ventile vorgesehen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände erreicht worden, und eine Aufgabe davon ist es, eine weitere Abnahme der Dimensionen und eine weitere Zunahme der Ausgangsleistung des Axialexpanders zu erreichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Expander vorgeschlagen, der enthält: ein Gehäuse; eine Ausgangswelle zum Ausgeben einer Antriebskraft; einen Rotor, der mit der Ausgangswelle einstückig ist und in dem Gehäuse drehbar gelagert ist; eine Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern, die ringförmig in dem Rotor entlang der radialen Richtung angeordnet sind, so dass sie eine Achse der Ausgangswelle umgeben; und eine gemeinsame Taumelscheibe, die an dem Gehäuse befestigt ist und Kolben der Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern in Richtung der Achse führt; wobei, je weiter radial außen die Kolben der Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern angeordnet sind, desto größer der Durchmesser ist; und ein Hochtemperatur-Hochdruckarbeitsmedium vor der Expansion der Gruppe von radial inneren Axial kolbenzylindern zugeführt wird, und ein Niedertemperatur-Niederdruckarbeitsmedium nach der Expansion, welches das Arbeitsmedium ist, das von der Gruppe der radial inneren Axialkolbenzylinder ausgegeben wird, der Gruppe von radial äußeren Axialkolbenzylindern zugeführt wird, worin die Zufuhr und Ausgabe des Arbeitsmediums zu und von der Gruppe der radial inneren Axialkolbenzylinder sowie zu und von der Gruppe der radial äußeren Axialkolbenzylinder von einem gemeinsamen Drehventil durch Dichtungen gesteuert wird, worin das Drehventil in einer Vertiefung kreisförmigen Querschnitts aufgenommen ist, die an einer Endoberfläche des Rotors offen ist, worin das Drehventil mit den radial äußeren Axialkolbenzylindern durch einen ersten Durchgang verbunden ist, der sich durch eine über den Umfang zylindrische Gleitoberfläche des Drehventils erstreckt, wohingegen das Drehventil mit den radial inneren Axialkolbenzylindern durch einen zweiten Durchgang verbunden ist, der sich durch eine zur Achse normal erstreckende flache Gleitoberfläche des Drehventils erstreckt.
Da gemäß dieser Anordnung die mehreren Gruppen von Axialkolbenzylindern entlang der radialen Richtung relativ zur Ausgangswelle angeordnet sind und die Kolben jeder Gruppe von Axialkolbenzylindern alle von der gemeinsamen Taumelscheibe geführt werden, so dass mehrere Stufen kontinuierlich funktionieren, nimmt nicht nur die Leckagemenge des Arbeitsmediums im Vergleich zum Flügelexpander ab, sondern kann auch die Raumausnutzung des Axialexpanders, der inhärent eine hohe Raumausnutzung im Vergleich mit den Flügel- und Axialexpandern hat, weiter erhöht werden, um hierdurch einen klein bemessenen Hochleistungsexpander vorzusehen.
Da ferner die radial weiter außen angeordneten Kolben der mehreren Gruppen von Axialkolbenzylindern den größeren Durchmesser haben und das Hochtemperatur-Hochdruckarbeitsmedium von der Gruppe der Axialkolbenzylinder an der radial inneren Seite aufeinander folgend zur Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial äußeren Seite zugeführt wird, die in Reihe miteinander verbunden sind, kann nicht nur der Totraum minimiert und die Abmessungen des Expanders reduziert werden, sondern, da auch ein klein volumiges Hochdruckarbeitsmedium auf die Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial inneren Seite wirkt, die einen kleineren Durchmesser haben, und eingroßvolumiges Niederdruckarbeitsmedium auf die Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radialen äußeren Seite wirkt, die einen großen Durchmesser haben, kann die Druckenergie des Arbeitsmediums verlustlos in mechanische Energie umgewandelt werden. Ferner kann die Fläche von Gleittteilen der Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial inneren Seite dort, wo Hochdruckarbeitsmedium wirkt und leicht eine Leckage auftritt, minimiert werden, um hierdurch die Leckage des Arbeitsmediums weiter zu unterdrücken.
Da ferner das Hochdruckarbeitsmedium vor der Expansion auf die Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial inneren Seite wirkt, und das Niederdrucktemperaturarbeitsmedium anschließend an die Expansion auf die Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial äußeren Seite wirkt, kann die Wärme, die von der Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial inneren Seite abgegeben wird, auf die das Hochtemperaturarbeitsmedium wirkt, durch die Gruppe von Axialkolbenzylindern an der radial äußeren Seite, auf die das Niedertemperaturarbeitsmedium wirkt, wiedergewonnen werden, wodurch ein etwaiger Verlust an thermischer Energie verringert wird. Diese spezifische relative Anordnung einer Mehrzahl von Zylindergruppen ermöglicht, dass der begrenzte Raum unter die Ausgangswellenachse herum effizienter genutzt wird, und dass der Axialkolbenexpander insgesamt noch kompakter ausgebildet wird.
Ferner wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum ersten Aspekt, ein Expander vorgeschlagen, worin die Teilungen, mit denen die radial benachbarten Gruppen von Axialkolbenzylindern angeordnet sind, über den Umfang versetzt sind.
Da gemäß dieser Anordnung die Teilungen, an denen die radial benachbarten Gruppen von Axialkolbenzylindern angeordnet sind, über den Umfang versetzt sind, können nicht nur die Außenabmessungen des Expanders weiter reduziert werden, indem die Zylinder an der radial inneren Seite in Zwischenräumen zwischen den Zylindern an der radial äußeren Seite angeordnet werden, sondern kann auch eine Änderung im Ausgangsdrehmoment der Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern reduziert werden.
Ferner wird gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum ersten oder zweiten Aspekt, ein Expander vorgeschlagen, worin ein Arbeitsmediumzufuhr/ausgabeteil, das aus dem gemeinsamen Drehventil ausgebildet ist, um das Arbeitsmedium der Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern zuzuführen und davon abzugeben, ein Energieumwandlungsteil, das aus dem Rotor gebildet ist, sowie ein Ausgabeteil, das aus der Ausgangswelle und der Taumelscheibe gebildet ist, aufeinander folgend vom einen Ende der Achse zum anderen Ende davon angeordnet sind.
Da gemäß dieser Anordnung das Arbeitsmediumzufuhr/ausgabeteil und das Ausgangsteil an separaten Positionen an jeder Seite des Kraftumwandlungsteils angeordnet sind, kann verhindert werden, dass Öl, das einen Gleitabschnitt des Ausgangsteils schmiert, aufgrund der Wärme von dem Arbeitsmediumzufuhr/ausgabeteil, durch das Hochtemperaturarbeitsmedium hindurchtritt, verschlechtert wird, um hierdurch die Schmierleistung des Ausgangsteils beizubehalten.
Ein Drehventil 61 der Ausführungen entspricht dem Einlass/Auslassventil der vorliegenden Erfindung.
KURZEBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 18 stellen eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung dar; 1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Expanders; 2 ist eine Schnittansicht entlang Linie 2-2 in 1; 3 ist eine vergrößerte Ansicht von Teil 3 in 1; 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht von Teil 4 in 1 (Schnittansicht entlang Linie 4-4 in 8); 5 ist eine Ansicht von der Pfeillinie 5-5 in 4; 6 ist eine Ansicht von der Pfeillinie 6-6 in 4; 7 ist eine Schnittansicht entlang Linie 7-7 in 4; 8 ist eine Schnittansicht entlang Linie 8-8 in 4; 9 ist eine Schnittansicht entlang Linie 9-9 in 4; 10 ist eine Ansicht von der Pfeillinie 10-10 in 1; 11 ist eine Ansicht von der Pfeillinie 11-11 in 1; 12 ist eine Schnittansicht entlang Linie 12-12 in 10; 13 ist eine Schnittansicht entlang Linie 13-13 in 11; 14 ist eine Schnittansicht entlang Linie 14-14 in 10; 15 ist ein Graph, der Drehmomentveränderungen einer Ausgangswelle zeigt; 16 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Betrieb eines Einlasssystems einer Hochdruckstufe zeigt; 17 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Betrieb eines Auslasssystems der Hochdruckstufe und eines Einlasssystems einer Niederdruckstufe zeigt; und 18 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Betrieb eines Auslasssystems der Niederdruckstufe zeigt.
19 entspricht 6 und stellt eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
20 entspricht 6 und stellt eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf 1 bis 18 erläutert.
Wie in 1 bis 3 gezeigt, wird ein Expander M der vorliegenden Ausführung zum Beispiel in einem Rankine-Zyklus-System verwendet, und die thermische Energie und die Druckenergie von Hochtemperatur-Hochdruckdampf als Arbeitsmedium werden in mechanische Energie und Ausgangsleistung umgewandelt. Ein Gehäuse 11 des Expanders M ist gebildet aus einem Gehäusehauptkörper 12, einem vorderen Deckel 15, der über eine Dichtung 13 in eine vordere Öffnung des Gehäusehauptkörpers 12 eingesetzt und damit über eine Mehrzahl von Bolzen 14 verbunden ist, sowie einen hinteren Deckel 18, der über eine Dichtung 16 in eine hintere Öffnung des Gehäusehauptkörpers 12 eingesetzt und damit über eine Mehrzahl von Bolzen 17 verbunden ist. Eine Ölwanne 19 stützt sich gegen eine untere Öffnung des Gehäusehauptkörpers 12 über eine Dichtung 20 ab und ist damit über eine Mehrzahl von Bolzen 21 verbunden. Ferner ist eine Belüftungskammertrennwand 23 oben auf einer Oberseite des Gehäusehauptkörpers 12 über eine Dichtung 22 aufgesetzt (siehe 12), ist ein Lüftungskammerdeckel 25 weiter auf einer Oberseite der Lüftungskammertrennwand 23 über eine Dichtung 24 aufgesetzt (siehe 12), und diese sind aneinander an dem Gehäusehauptkörper 12 mittels einer Mehrzahl von Bolzen 26 gesichert.
Ein Rotor 27 und eine Ausgangswelle 82, die sich um eine Achse L herumdrehen können, die sich in der Längsrichtung in der Mitte des Gehäuses 11 erstrecken, sind durch Schweißen miteinander vereinigt. Ein hinterer Teil des Rotors 27 ist in dem Gehäusehauptkörper 12 über ein Schrägkugellager 29 und eine Dichtung 30 drehbar gelagert, und ein vorderer Teil der Ausgangswelle 28 ist in dem vorderen Deckel 15 über ein Schrägkugellager 31 und eine Dichtung 32 drehbar gelagert. Ein Taumelscheibenhalter 36 ist über zwei Dichtungen 33 und 34 und einen Passstift 35 in eine Rückseite des vorderen Deckels 15 eingesetzt und daran über eine Mehrzahl von Bolzen 37 befestigt, und eine Taumelscheibe 39 ist in dem Taumelscheibenhalter 36 über ein Schrägkugellager 38 drehbar gelagert. Die Drehachse der Taumelscheibe 39 ist relativ zur Achse L des Rotors 27 und der Ausgangswelle 28 schräg gestellt, und der Neigungswinkel ist fest.
Sieben Buchsen 41, die aus von dem Rotor 27 separaten Elementen gebildet sind, sind in dem Rotor 27 so angeordnet, dass sie die Achse L mit gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung umgeben. Hochdruckkolben 43 sind in Hochdruckzylinder 42 verschiebbar eingesetzt, die an Innenumfängen der Buchsen 41 ausgebildet sind, die an Buchsentragbohrungen 27a des Rotors 27 angebracht sind. Halbkugelförmige Teile der Hochdruckkolben 43, die aus vorderen Endöffnungen der Hochdruckzylinder 42 vorste hen, sind gegen sieben Pfannen 39a, die in einer Rückseite der Taumelscheibe 39 vertieft sind, abgestützt und drücken gegen diese. Wärmebeständige Metalldichtungen 44 sind zwischen die Hinterenden der Buchsen 41 und die Buchsentragbohrungen 27a des Rotors 27 eingesetzt, und eine einzige Stellplatte 45, die vordere Enden der Buchsen 41 in diesem Zustand hält, ist an einer Vorderseite des Rotors 27 mittels einer Mehrzahl von Bolzen 46 befestigt. Die Buchsentragbohrungen 27a haben in der Nähe ihrer Basen einen etwas größeren Durchmesser, um hierdurch einen Spalt α(siehe 3) zwischen sich selbst und den Außenumfängen der Buchsen 41 zu bilden.
Die Hochdruckkolben 43 enthalten Druckringe 47 und Ölringe 48 zum Abdichten der Gleitoberflächen mit den Hochdruckzylindern 42, und der Gleitbereich der Druckringe 47 und der Gleitbereich der Ölringe 48 sind so eingestellt, dass sie einander nicht überlappen. Wenn die Hochdruckkolben 43 in die Hochdruckzylinder 42 eingesetzt werden, sind, um für einen glatten Eingriff der Druckringe 47 und der O-Ringe 48 mit den Hochdruckzylindern 42 zu sorgen, in der Stellplatte 45 verjüngte Öffnungen 45a ausgebildet, die sich zur Vorderseite hin aufweiten.
Da, wie zuvor beschrieben, der Gleitbereich der Druckringe 47 und der Gleitbereich der O-Ringe 48 so eingestellt sind, dass sie einander nicht überlappen, wird Öl, das an den Innenwänden der Hochdruckzylinder 42 anhaftet, gegenüber denen die Ölringe 48 gleiten, durch die Gleitbewegung der Druckringe 47 nicht in die Hochdruckarbeitskammern 82 mitgenommen, um hierdurch zuverlässig zu verhindern, dass das Öl den Dampf verunreinigt. Insbesondere haben die Hochdruckkolben 43 einen Teil mit etwas größerem Durchmesser zwischen den Druckringen 47 und den O-Ringen 48 (siehe 3), um hierdurch effizient zu verhindern, dass sich das Öl, das an den Gleitoberflächen der Ölringe 48 anhaftet, zu den Gleitoberflächen der Druckringe 47 bewegt.
Da die Hochdruckzylinder 42 durch Einsetzen der sieben Buchsen 41 in die Buchsentragbohrungen 27a des Rotors 27 ausgebildet sind, kann für die Buchsen 41 ein Material ausgewählt werden, das eine exzellente thermische Leitfähigkeit, Wärmebeständigkeit, Verschleißbeständigkeit, Festigkeit etc. hat. Dies verbessert nicht nur die Leistung und die Zuverlässigkeit, sondern die Bearbeitung wird auch einfach im Vergleich zu einem Fall, wo die Hochdruckzylinder 42 direkt in den Rotor 27 eingearbeitet werden, und es nimmt auch die Bearbeitungspräzision zu. Wenn eine der Buchsen 41 verschleißt oder beschädigt wird, ist es möglich, nur die abnormal gewordene Buchse 41 auszutauschen, ohne den gesamten Rotor 27 auszutauschen, und dies ist wirtschaftlich.
Da ferner der Spalt α zwischen dem Außenumfang der Buchsen 41 und dem Rotor 27 durch leichte Durchmesservergrößerung der Buchsentragbohrungen 27a in der Nähe der Basis gebildet ist, wird auch dann, wenn der Rotor 27 durch den den Hochdruckarbeitskammern 82 zugeführten Hochdruck-Hochtemperaturdampf thermisch verformt wird, verhindert, dass dies die Buchsen 41 beeinträchtigt, um hierdurch zu verhindern, dass sich die Hochdruckzylinder 42 verziehen.
Die sieben Hochdruckzylinder 42 und die dort eingesetzten sieben Hochdruckkolben 43 bilden eine erste Gruppe von Axialkolbenzylindern 49.
Sieben Niederdruckzylinder 50 sind mit gleichen Umfangsintervallen an dem Außenumfangsteil des Rotors 27 so angeordnet, dass sie die Achse L und die radial äußere Seite der Hochdruckzylinder 42 umgeben. Diese Niederdruckzylinder 50 haben einen größeren Durchmesser als die Hochdruckzylinder 42, und die Teilung, mit der die Niederdruckzylinder 50 in der Umfangsrichtung angeordnet sind, ist um eine halbe Teilung relativ zur Teilung, mit der die Hochdruckzylinder 42 in der Umfangsrichtung angeordnet sind, versetzt. Dies macht es möglich, dass die Hochdruckzylinder 42 in Zwischenräumen angeordnet werden, die zwischen benachbarten Niederdruckzylindern 50 ausgebildet sind, um hierdurch die Zwischenräume effizient zu nutzen und zu einer Durchmesserverringerung des Rotors 27 beizutragen.
In die sieben Niederdruckzylinder 50 sind Niederdruckkolben 51 verschiebbar eingesetzt, und diese Niederdruckkolben 51 sind über Zwischenglieder 52 mit der Taumelscheibe 39 verbunden. Das heißt, kugelförmige Teile 52a am Vorderende der Zwischenglieder 52 sind in kugelförmigen Lagern 54, die an der Taumelscheibe 39 über Muttern 53 befestigt sind, schwenkbar gelagert, und die kugelförmigen Teile 52b am Hinterende der Zwischenglieder 52 sind in kugelförmigen Lagern 56, die durch Clips 55 an den Niederdruckkolben 51 befestigt sind, schwenkbar gelagert. Ein Druckring 78 und ein Ölring 79 sind um den Außenumfang jedes der Niederdruckkolben 51 in der Nähe ihrer Oberseite so eingesetzt, dass sie aneinandergrenzen. Da die Gleitbereiche des Druckrings 78 und des Ölrings 79 einander überlappen, wird an der Gleitoberfläche des Druckrings 78 ein Ölfilm ausgebildet, um hierdurch die Gleiteigenschaften und die Schmierung zu verbessern.
Die sieben Niederdruckzylinder 50 und die darin eingesetzten sieben Niederdruckkolben 51 bilden eine zweite Gruppe von Axialkolbenzylindern 57.
Da, wie zuvor beschrieben, die vorderen Enden der Hochdruckkolben 43 der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 halbkugelförmig ausgebildet sind und sich gegen die in der Taumelscheibe 39 ausgebildeten Pfannen 39a abstützen, ist es nicht notwendig, die Hochdruckkolben 43 mit der Taumelscheibe 39 mechanisch zu verbinden, wodurch die Anzahl der Teile reduziert wird und die Montage vereinfacht wird. Andererseits sind die Niederdruckkolben 51 der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 mit der Taumelscheibe 39 über die Zwischenglieder 52 und ihre vorderen und hinteren kugelförmigen Lager 54 und 56 verbunden, und selbst wenn die Temperatur und der Druck des der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 zugeführten Mitteltemperatur-Mitteldruckdampfs ungenügend wird und der Druck der Niederdruckarbeitskammern 84 negativ wird, besteht keine Möglichkeit, dass sich die Niederdruckkolben 51 von der Taumelscheibe 39 lösen und ein Klopfen oder eine Beschädigung hervorrufen.
Wenn ferner die Taumelscheibe 39 an dem vorderen Deckel 15 über die Bolzen 37 gesichert wird, ermöglicht die Änderung der Phase, mit der die Taumelscheibe 39 um die Achse L herum gesichert ist, eine Steuerzeitverschiebung der Zufuhr und Ausgabe des Dampfs zu und von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57, um hierdurch die Ausgabecharakteristiken des Expanders M zu verändern.
Weil darüber hinaus der Rotor 27 und die Ausgangswelle 28, die vereinigt sind, jeweils an dem am Gehäusehauptkörper 12 vorgesehenen Schrägkugellager 29 und dem am vorderen Deckel 15 vorgesehenen Schrägkugellager 31 gelagert sind, kann durch Einstellen der Dicke einer Zwischenlage 58, die zwischen dem Gehäusehauptkörper 12 und dem Schrägkugellager 29 angeordnet ist, und der Dicke einer Zwischenlage 59, die zwischen dem vorderen Deckel 15 und dem Schrägkugellager 31 angeordnet ist, die Längsposition des Rotors 27 entlang der Achse L eingestellt werden. Durch Einstellen der Position des Rotors 27 in Richtung der Achse L kann die relative Positionsbeziehung in Richtung der Achse L zwischen den Hochdruck- und Niederdruckkolben 43 und 51, die von der Taumelscheibe 39 geführt werden, und den Hochdruck- und Niederdruckzylindern 42 und 50, die in dem Rotor 27 vorgesehen sind, verändert werden, um hierdurch das Expansionsverhältnis des Dampfs in den Hochdruck- und Niederdruckarbeitskammern 82 und 84 einzustellen.
Wenn der die Taumelscheibe 39 tragende Taumelscheibenhalter 36 integral mit dem vorderen Deckel 15 ausgebildet wäre, dann wäre es schwierig, einen Zwischenraum zum Anbringen und Abnehmen des Schrägkugellagers 31 oder des Zwischenlagers 59 zu und von dem vorderen Deckel 15 sicherzustellen, aber weil der Taumelscheibenhalter 36 von dem vorderen Deckel 15 abnehmbar gemacht ist, kann das oben erwähnte Problem überwunden werden. Wenn darüber hinaus der Taumelscheibenhalter 36 integral mit dem vorderen Deckel 15 wäre, dann wäre es beim Zusammenbau und Zerlegen des Expanders M notwendig, mühsame Vorgänge zum Verbinden und Trennen der sieben Zwischenglieder 52, die im begrenzten Raum innerhalb des Gehäuses 11 vorgesehen sind, zu und von der an dem vorderen Deckel 15 vormontierten Taumelscheibe 39 durchzuführen, wobei es aber, weil der Taumelscheibenhalter 36 von dem vorderen Deckel 15 abnehmbar gemacht ist, möglich wird, durch vorherigen Zusammenbau der Taumelscheibe 39 und des Taumelscheibenhalters 36 an dem Rotor 27 eine Unterbaugruppe zu bilden, was die Einfachheit des Zusammenbaus stark verbessert.
Systeme zum Zuführen und Abführen von Dampf zu und von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 werden nun in Bezug auf 4 bis 9 erläutert.
Wie in 4 gezeigt, ist ein Drehventil 61 in einer Vertiefung 27b kreisförmigen Querschnitts aufgenommen, die sich an der hinteren Endoberfläche des Rotors 27 öffnet, und einer Vertiefung 18a kreisförmigen Querschnitts, die sich an einer Vorderseite des hinteren Deckels 18 öffnet. Das Drehventil 61, das entlang der Achse L angeordnet ist, enthält einen Drehventilhauptkörper 62, eine stationäre Ventilplatte 63 und eine bewegliche Ventilplatte 64. Die bewegliche Ventilplatte 64 ist an dem Rotor 27 über einen Passstift 66 und einem Bolzen 67 befestigt, während sie auf der Basis der Vertiefung 27b des Rotors 27 über einer Dichtung 65 sitzt. Die stationäre Ventilplatte 63, die sich gegen die bewegliche Ventilplatte 64 über eine flache Gleitoberfläche 68 abstützt, ist über einen Passstift 69 mit dem Drehventilhauptkörper 62 verbunden, so dass dazwischen keine Relativdrehung vorliegt. Wenn sich der Rotor 27 dreht, drehen sich die beweglche Ventilplatte 64 und die stationäre Ventilplatte 63 daher relativ zueinander auf der Gleitoberfläche 68 in einem Zustand, in dem sie in engem Kontakt miteinander stehen. Die stationäre Ventilplatte 63 und die bewegliche Ventilplatte 64 sind aus einem Material mit exzellenter Härte hergestellt, wie etwa superharter Legierung oder Keramik, und die Gleitoberfläche 68 kann mit einem Element, das Wärmebeständigkeit, Schmierfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit hat, versehen oder beschichtet sein.
Der Drehventilhauptkörper 62 ist ein gestuftes zylindrisches Element, das einen Teil 62a großen Durchmessers, einen Teil mittleren Durchmessers 62b und einen Teil kleinen Durchmessers 62c aufweist; ein ringförmiges Gleitelement 70, das auf den Außenumfang des Teils großen Durchmessers 62a aufgesetzt ist, ist in die Vertiefung 27b des Rotors 27 über eine zylindrische Gleitoberfläche 71 gleitend eingesetzt, und das Teil mittleren Durchmessers 62b und das Teil kleinen Durchmessers 62c sind in die Vertiefung 18a des hinteren Deckels 18 über Dichtungen 72 und 73 eingesetzt. Das Gleitelement 70 ist aus einem Material mit exzellenter Härte hergestellt, wie etwa superharter Legierung oder Keramik. Ein Passstift 74, der in den Außenumfang des Drehventilhauptkörpers 62 eingesetzt ist, steht mit einem Langloch 18b in Eingriff, das in der Vertiefung 18a des hinteren Deckels 18 in Richtung der Achse L ausgebildet ist, und der Drehventilhauptkörper 62 ist daher so gelagert, dass er sich in Richtung der Achse L bewegen kann, sich aber relativ zum hinteren Deckel 18 nicht drehen kann.
Eine Mehrzahl von (zum Beispiel sieben) Vorlastfedern 75 sind in dem hinteren Deckel 18 so abgestützt, dass sie die Achse L umgeben, und der Drehventilhauptkörper 62, der eine Stufe 62d zwischen dem Teil mittleren Durchmessers 62b und dem Teil kleinen Durchmessers 62c, der durch diese Vorlastfedern 75 unter Druck gesetzt wird, aufweist, ist nach vorne vorgespannt, damit die Gleitoberfläche 68 der stationären Ventilplatte 63 und die bewegliche Ventilplatte 64 in engen Kontakt miteinander kommen. Eine Druckkammer 76 ist zwischen dem Boden der Vertiefung 18a des hinteren Deckels 18 und der hinteren Endoberfläche des Teils kleinen Durchmessers 62c des Drehventilhauptkörpers 62 definiert, und ein Dampfzufuhrrohr 77, das so angeschlossen ist, dass es durch den hinteren Deckel 18 hindurchläuft, steht mit der Druckkammer 76 in Verbindung. Der Drehventilhauptkörper 62 wird daher durch den Dampfdruck, der auf die Druckkammer 76 wirkt, zusätzlich zur Federkraft der Vorlastfedern 75 nach vorne vorgespannt.
Ein Hochdruckstufen-Dampfeinlassweg zum Zuführen von Hochtemperatur-Hochdruckdampf zur ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 ist in 16 durch ein Gittermuster gezeigt. Wie aus 16 zusammen mit 5 bis 9 klar wird, läuft ein erster Dampfdurchgang P1, dessen stromaufwärtiges Ende mit der Druckkammer 76 in Verbindung steht, dem der Hochtemperatur-Hochdruckdampf von dem Dampfzufuhrrohr 77 zugeführt wird, durch den Drehventilhauptkörper 62, öffnet sich an der Oberfläche, an der der Drehventilhauptkörper 62 mit der stationären Ventilplatte 63 verbunden ist, und steht mit einem zweiten Dampfdurchgang P2 in Verbindung, der durch die stationäre Ventilplatte 63 hindurchläuft. Um zu verhindern, dass der Dampf an der Oberfläche, an der der Drehventilhauptkörper 62 und die stationäre Ventilplatte 63 verbunden sind, vorbeileckt, ist die Verbindungsoberfläche mit einer Dichtung 81 (siehe 7 und 16) ausgestattet, die den Außenumfang eines Verbindungsteils zwischen den ersten und zweiten Dampfdurchgängen P1 und P2 abdichtet.
Sieben dritte Dampfdurchgänge P3 (siehe 5) und sieben vierte Dampfdurchgänge P4 sind jeweils in der beweglichen Ventilplatte 64 und dem Rotor 27 mit gleichen Umfangsintervallen ausgebildet, und die stromabwärtigen Enden der vierten Dampfdurchgänge P4 stehen mit sieben Hochdruckdampfkammern 82 in Verbindung, die zwischen den Hochdruckzylindern 42 und den Hochdruckkolben 43 der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 definiert sind. Wie aus 6 klar wird, öffnet sich eine Öffnung des in der stationären Ventilplatte 63 ausgebildeten zweiten Dampfdurchgangs P2 nicht gleichmäßig zur Vorder- und Rückseite des oberen Totpunkts (OT) der Hochdruckkolben 43, sondern öffnet sich in der Drehrichtung des Rotors 27 etwas nach vorne versetzt, wie mit dem Pfeil R gezeigt ist. Dies ermöglicht, dass eine längstmögliche Expansionsdauer, d.h. ein ausreichendes Expansionsverhältnis, erhalten bleibt, das negative Arbeit, die erzeugt werden würde, wenn die Öffnung gleichmäßig zur Vorder- und Rückseite des OT gelegt würde, minimiert ist, und darüber hinaus expandierter Dampf, der in den Hochdruckarbeitskammern 82 verbleibt, reduziert wird, um hierdurch eine ausreichende Ausgangsleistung (Effizienz) zu bekommen.
Ein Hochdruckstufen-Dampfausgabeweg und ein Niederdruckstufen-Dampf einlassweg zum Ausgeben von Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und Zuführen desselben zu der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 sind in 17 durch ein Gittermuster gezeigt. Wie aus 17 zusammen mit 5 bis 8 klar wird, öffnet sich ein bogenförmiger fünfter Dampfdurchgang P5 (siehe 6) an einer Vorderseite der stationären Ventilplatte 63, und dieser fünfte Dampfdurchgang P5 steht mit einem kreisförmigen sechsten Dampfdurchgang P6 in Verbindung, der sich an der Rückseite der stationären Ventilplatte 63 öffnet (siehe 7). Der fünfte Dampfdurchgang P5 öffnet sich von einer Position, die in der Drehrichtung des Rotors 27, die mit dem Pfeil R gezeigt ist, relativ zum unteren Totpunkt (UT) der Hochdruckkolben 43 etwas nach vorne versetzt ist, zu einer Position, die in der Drehrichtung relativ zum OT etwas nach hinten versetzt ist. Dies ermöglicht, dass die dritten Dampfdurchgänge P3 der beweglichen Ventilplatte 64 mit dem fünften Dampfdurchgang P5 der stationären Ventilplatte 63 über einen Winkelbereich in Verbindung stehen, der am UT beginnt und mit dem zweiten Dampfdurchgang P2 nicht überlappt (bevorzugt unmittelbar vor der Überlappung des zweiten Dampfdurchgangs P2), und in diesem Bereich wird der Dampf von den dritten Dampfdurchgängen P3 zu dem fünften Dampfdurchgang P5 ausgegeben.
In dem Drehventilhauptkörper 62 sind ein siebter Dampfdurchgang P7, der sich in Richtung der Achse L erstreckt, und ein achter Dampfdurchgang P8, der sich im Wesentlichen in der radialen Richtung erstreckt, ausgebildet. Das stromaufwärtige Ende des siebten Dampfdurchgangs P7 steht mit dem stromabwärtigen Ende des sechsten Dampfdurchgangs P6 in Verbindung. Das stromabwärtige Ende des achten Dampfdurchgangs P8 steht mit einem zehnten Dampfdurchgang P10, der radial durch das Gleitelement 70 hindurchläuft, über einen neunten Dampfdurchgang P9 mit einem Kupplungselement 83 in Verbindung, das so angeordnet ist, dass es eine Brücke zwischen dem Drehventilhauptkörper 62 und dem Gleitelement 70 herstellt. Der zehnte Dampfdurchgang P10 steht mit den sieben Niederdruckarbeitskammern 84, die zwischen den Niederdruckzylindern 50 und den Niederdruck kolben 44 der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 definiert sind, über sieben elfte Dampfdurchgänge P11, die radial in dem Rotor 27 ausgebildet sind, in Verbindung.
Um zu verhindern, dass der Dampf an den Verbindungsoberflächen des Drehventilhauptkörpers 62 und der stationären Ventilplatte 63 vorbeileckt, ist der Außenumfang eines Teils dort, wo die sechsten und siebten Dampfdurchgänge P6 und P7 verbunden sind, abgedichtet, indem die Verbindungsoberflächen mit einer Dichtung 85 ausgestattet sind (siehe 7 und 17). Es sind zwei Dichtungen 86 und 87 zwischen dem Innenumfang des Gleitelements 70 und dem Drehventilhauptkörper 62 angeordnet, und eine Dichtung 88 ist zwischen dem Außenumfang des Kupplungselements 83 und dem Gleitelement 70 angeordnet.
Die Innenräume des Rotors 27 und der Ausgangswelle 28 sind ausgehöhlt, um eine Druckregelkammer 89 zu definieren, und diese Druckregelkammer 89 steht mit dem achten Dampfdurchgang P8 über einen zwölften Dampfdurchgang P12 und einen im Drehventilhauptkörper 62 ausgebildeten dreizehnten Dampfdurchgang P13, einen in der stationären Ventilplatte 63 ausgebildeten vierzehnten Dampfdurchgang P14 sowie einen durch den Innenraum des Bolzens 67 verlaufenden fünfzehnten Dampfdurchgang P15 in Verbindung. Der Druck des Mitteltemperatur-Mitteldruckdampfs, der von den sieben dritten Dampfdurchgängen P3 in den fünften Dampfdurchgang P5 abgegeben wird, pulsiert sieben Mal pro Umdrehung des Rotors 27, aber weil der achte Dampfdurchgang P8, der teilweise entlang der Zufuhr des Mitteltemperatur-Mitteldruckdampfs zur zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 verläuft, mit der Druckregelkammer 89 in Verbindung steht, werden die Druckpulse gedämpft, wird Dampf mit konstantem Druck der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 zugeführt und kann der Wirkungsgrad, mit dem die Niederdruckarbeitskammern 84 mit dem Dampf geladen werden, verbessert werden.
Da die Druckregelkammer 89 durch Nutzung der Toträume in den Mitten des Rotors 27 und der Ausgangswelle 28 ausgebildet ist, nehmen die Dimensionen des Expandes M nicht zu, wobei das Aushöhlen einen Gewichtsminderungseffekt erbringt, und weil darüber hinaus der Außenumfang der Druckregelkammer 89 von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 umgeben ist, die durch den Hochtemperatur-Hochdruckdampf angetrieben werden, besteht kein resultierender Wärmeverlust in dem Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf, der der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 zugeführt wird. Wenn ferner die Temperatur der Mitte des Rotors 27, der von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 umgeben ist, zunimmt, kann der Rotor 27 durch den Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf in der Druckregelkammer 89 gekühlt werden, und der dementsprechend erhitzte Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf ermöglicht, dass die Ausgangsleistung der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 erhöht wird.
Ein Dampfausgabeweg zum Ausgeben des Niedertemperatur-Niederdruckdampfs von der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 ist in 18 mit einem Gittermuster gezeigt. Wie aus dem Bezug auf 18 zusammen mit 8 und 9 klar wird, ist ein bogenförmiger sechzehnter Dampfdurchgang P16, der mit den im Rotor 27 ausgebildeten sieben elften Dampfdurchgängen P11 in Verbindung stehen kann, in der Gleitoberfläche 71 des Gleitelements 70 ausgeschnitten. Dieser sechzehnte Dampfdurchgang P16 steht mit einem siebzehnten Dampfdurchgang P17 in Verbindung, der in einer Bogenform im Außenumfang des Drehventilhauptkörpers 62 ausgeschnitten ist. Der sechzehnte Dampfdurchgang P16 öffnet sich von einer Position, die in der Drehrichtung des Rotors 27, die mit dem Pfeil R gezeigt ist, relativ zum UT der Niederdruckkolben 51 etwas nach vorne versetzt ist, zu einer Position, die relativ zum OT etwas nach hinten drehversetzt ist. Dies erlaubt, dass die elften Dampfdurchgänge P11 des Rotors 27 mit dem sechzehnten Dampfdurchgang P16 des Gleitelements 70 über einen Winkelbereich in Verbindung stehen, der am UT beginnt und mit dem zehnten Dampfdurchgang P10 nicht überlappt (bevorzugt unmittelbar vor der Überlappung des zehnten Dampfdurchgangs P10), und in diesem Bereich wird der Dampf von dem elften Dampfdurchgang P11 zu dem sechzehnten Dampfdurchgang P16 ausgegeben.
Der siebzehnte Dampfdurchgang P17 steht ferner mit einer Dampfausgabekammer 90, die zwischen dem Drehventilhauptkörper 62 und dem hinteren Deckel 18 ausgebildet ist, über einen achtzehnten Dampfdurchgang P18 mit einem zwanzigsten Dampfdurchgang P20 in Verbindung, der in dem Drehventilhauptkörper 62 und einen Ausschnitt 18d des hinteren Deckels 18 ausgebildet ist, und diese Dampfausgabekammer 90 steht mit einem Dampfausgabeloch 18c in Verbindung, das in dem hinteren Deckel 18 ausgebildet ist.
Da, wie zuvor beschrieben, die Zufuhr und Abfuhr des Dampfs zu und von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und die Zufuhr und Abfuhr des Dampfs zu und von der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 durch das gemeinsame Drehventil 61 gesteuert werden, können, im Vergleich zu einem Fall, worin für die jeweiligen separate Drehventile verwendet werden, die Dimensionen des Expanders M reduziert werden. Weil darüber hinaus ein Ventil zum Zuführen des Hochtemperatur-Hochdruckdampfs zur ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 an der flachen Gleitoberfläche 68 am Vorderende der stationären Ventilplatte 63 ausgebildet ist, die integral mit dem Drehventilhauptkörper 62 ist, lässt sich wirkungsvoll verhindern, dass der Hochtemperatur-Hochdruckdampf leckt. Dies ist so, weil die flache Gleitoberfläche 68 sehr leicht mit hoher Präzision bearbeitet werden kann, und eine Steuerung des Spiels leichter ist als für eine zylindrische Gleitoberfläche.
Da insbesondere die Mehrzahl von Vorlastfedern 75 auf den Drehventilhauptkörper 62 eine eingestellte Last ausüben und ihn in Richtung der Achse L nach vorne vorspannen, und der Hochtemperatur-Hochdruckdampf, der von dem Dampfzufuhrrohr 77 der Druckkammer 66 zugeführt wird, den Drehventilhauptkörper 62 in Richtung der Achse L nach vorne vorspannt, wird auf der Gleitoberfläche 68 zwischen der stationären Ventilplatte 63 und der beweglichen Ventilplatte 64 in Antwort auf den Druck des Hochtempera tur-Hochdruckdampfs ein Oberflächendruck erzeugt, und es lässt sich noch wirkungsvoller verhindern, dass der Dampf an der Gleitoberfläche 68 vorbeileckt.
Obwohl ein Ventil zum Zuführen des Mitteltemperatur-Mitteldruckdampfs zur zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 an der zylindrischen Gleitoberfläche 71 am Außenumfang des Drehventilhauptkörpers 62 ausgebildet ist, kann die Leckage des Dampfs auf ein praktisch akzeptables Niveau gedrückt werden, indem ein vorbestimmtes Spiel eingehalten wird, ohne einen Oberflächendruck an der Gleitoberfläche 71 zu erzeugen, da der Druck des Mitteltemperatur-Mitteldruckdampfs, der an dem Ventil vorbeiströmt, niedriger ist als der Druck des Hochtemperatur-Hochdruckdampfs.
Da ferner der erste Dampfdurchgang P1, durch den der Hochtemperatur-Hochdruckdampf hindurchtritt, der siebte Dampfdurchgang P7 und der achte Dampfdurchgang P8, durch die der Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf hindurchtritt, und der sechzehnte Dampfdurchgang P17 bis zum zwanzigsten Dampfdurchgang P20, durch die der Niedertemperatur-Niederdruckdampf hindurchtritt, gemeinsam in dem Drehventilhauptkörper 62 ausgebildet sind, lässt sich nicht nur verhindern, dass die Dampftemperatur abfällt, sondern können auch die Teile (zum Beispiel die Dichtung 81), die den Hochtemperatur-Hochdruckdampf abdichten, durch den Niedertemperatur-Niederdruckdampf gekühlt werden, um hierdurch die Haltbarkeit zu verbessern.
Weil darüber hinaus das Drehventil 61 lediglich durch Entfernen des hinteren Deckels 18 von dem Gehäusehauptkörper 12 an dem Gehäusehauptkörper 12 angebracht und davon abgenommen werden kann, kann die Einfachheit von Wartungsvorgängen wie etwa Reparatur, Reinigung und Ersatz, stark verbessert werden. Obwohl ferner die Temperatur des Drehventils 61, durch das der Hochtemperatur-Hochdruckdampf hindurchtritt, hoch wird, wird, da die Taumelscheibe 39 und die Ausgangswelle 28, wo eine Ölschmierung erforderlich ist, an der relativ zum Rotor 27 entgegengesetzten Seite des Drehventils 61 angeordnet sind, verhindert, dass das Öl durch die Hitze des Drehventils 61 erhitzt wird, wenn dieses eine hohe Temperatur hat, was die Schmiereigenschaften der Taumelscheibe 39 und der Ausgangswelle 28 verschlechtern würde. Darüber hinaus kann das Öl eine Funktion aufzeigen, das Drehventil 61 zu kühlen, um hierdurch ein Überhitzen zu vermeiden.
Nun wird die Struktur einer Lüftung in Bezug auf 10 bis 14 erläutert.
Eine untere Lüftungskammer 101, die zwischen einer oberen Wand 12a des Gehäusehauptkörpers 12 und der Lüftungskammertrennwand 23 definiert ist, steht mit einer Schmiermittelkammer 102 innerhalb des Gehäuses 11 über ein Durchgangsloch 12b in Verbindung, das in der oberen Wand 12a des Gehäusehauptkörpers 12 ausgebildet ist. Öl wird in der Ölwanne 19 aufbewahrt, die in einem unteren Teil der Schmiermittelkammer 102 vorgesehen ist, und der Ölpegel ist etwas höher als das Unterende des Rotors 27 (siehe 1). Innerhalb der unteren Lüftungskammer 101 stehen drei Trennwände 12c bis 12e nach oben vor, deren Oberenden mit einer Unterseite der Lüftungskammertrennwand 23 in Kontakt stehen. Das Durchgangsloch 12b öffnet sich am einen Ende eines Labyrinths, das durch diese Trennwände 12c bis 12e gebildet ist, und vier Ölrücklauflöcher 12f, die durch die obere Wand 12a hindurchlaufen, sind teilweise entlang dem Weg zum Außenende des Labyrinths ausgebildet. Die Ölrücklauflöcher 12f sind an der tiefsten Stelle der unteren Lüftungskammer 101 (siehe 14) ausgebildet, und das in der unteren Lüftungskammer 101 kondensierte Öl kann daher zuverlässig zur Schmiermittelkammer 102 zurückgeführt werden.
Eine obere Lüftungskammer 103 ist zwischen der Lüftungskammertrennwand 23 und dem Lüftungskammerdeckel 25 definiert, und diese obere Lüftungskammer 103 steht mit der unteren Lüftungskammer 101 über vier Durchgangslöcher 23a und 23b in Verbindung, die durch die Lüftungskammertrennwand 23 hindurchlaufen und kaminförmig in die obere Lüftungskammer 103 vorstehen. Eine Vertiefung 12g ist in der oberen Wand 12a des Gehäusehauptkörpers 12 an einer Stelle unterhalb eines Kondenswasser rücklauflochs 23c ausgebildet, das durch die Lüftungskammertrennwand 23 hindurchläuft, und der Umfang der Vertiefung 12g ist mit einer Dichtung 104 abgedichtet.
Ein Ende eines ersten Lüftungsdurchgangs B1, der in der Lüftungskammertrennwand 23 ausgebildet ist, öffnet sich in mittlerer Höhe in der oberen Lüftungskammer 103. Das andere Ende des ersten Lüftungsdurchgangs B1 steht mit der Dampfausgabekammer 90 über einen im Gehäusehauptkörper 12 ausgebildeten zweiten Lüftungsdurchgang B2 und einen im hinteren Deckel 18 ausgebildeten dritten Lüftungsdurchgang B3 in Verbindung. Ferner steht die in der oberen Wand 12a ausgebildete Vertiefung 12g mit der Dampfausgabekammer 90 über einen im Gehäusehauptkörper 12 ausgebildeten vierten Lüftungsdurchgang B4 und den dritten Lüftungsdurchgang B3 in Verbindung. Der Außenumfang eines Teils, das für eine Verbindung zwischen dem ersten Lüftungsdurchgang B1 und dem zweiten Lüftungsdurchgang B2 sorgt, ist mit einer Dichtung 105 abgedichtet.
Wie in 2 gezeigt, sind eine mit dem unteren Lüftungsdurchgang 101 verbundene Kupplung 106 und eine mit der Ölwanne 19 verbundene Kupplung 107 durch einen transparenten Ölpegelmesser 108 verbunden, und der Ölpegel in der Schmiermittelkammer 102 kann von der Außenseite her durch den Ölpegel dieses Ölpegelmessers 108 geprüft werden. Das heißt, die Schmiermittelkammer 102 hat eine abgedichtete Struktur, wobei von dem Blickpunkt, die Dichteigenschaften einzuhalten, es schwierig ist, einen Ölpegelmesser von außen her einzusetzen, und die Struktur wird unvermeidlich kompliziert. Jedoch ermöglicht dieser Ölpegelmesser 108 eine leichte Prüfung des Ölpegels von der Außenseite her, während die Schmiermittelkammer 102 im abgedichteten Zustand bleibt.
Nun wird der Betrieb des Expanders M der vorliegenden Ausführung mit der oben erwähnten Anordnung erläutert.
Wie in 16 gezeigt, wird Hochtemperatur-Hochdruckdampf, der durch Er hitzung von Wasser in einem Verdampfer erzeugt wird, der Druckkammer 76 des Expanders M über das Dampfzufuhrrohr 77 zugeführt, und erreicht die Gleitoberfläche 68 mit der beweglichen Ventilplatte 64 über den ersten Dampfdurchgang P1, der in dem Drehventilhauptkörper 62 des Drehventils 61 ausgebildet ist, und den zweiten Dampfdurchgang P2, der in der stationären Ventilplatte 63 ausgebildet ist, die mit dem Drehventilhauptkörper 62 einstückig ist. Der zweite Dampfdurchgang P2, der sich an der Gleitoberfläche 68 öffnet, steht zeitweilig mit den dritten Dampfdurchgängen P3 in Verbindung, die in der sich integral mit dem Rotor 27 drehenden beweglichen Ventilplatte 64 ausgebildet sind, und der Hochtemperatur-Hochdruckdampf wird, über den im Rotor 27 ausgebildeten vierten Dampfdurchgang P4, von den dritten Dampfdurchgängen P3 zu jener Hochdruckarbeitskammer 82, die sich gegenwärtig im oberen Totpunkt befindet, von den sieben Hochdruckarbeitskammern 82 der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 zugeführt.
Auch nachdem die Verbindung zwischen dem zweiten Dampfdurchgang P2 und den dritten Dampfdurchgängen P3 aufgrund der Drehung des Rotors 27 blockiert worden ist, dehnt sich der Hochtemperatur-Hochdruckdampf in der Hochdruckarbeitskammer 82 aus und bewirkt, dass der in den Hochdruckzylinder 42 der Buchse 41 eingesetzte Hochdruckkolben 43 von dem oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt hingeschoben wird und das Vorderende des Hochdruckkolbens 43 gegen die Pfanne 39a der Taumelscheibe 39 drückt. Im Ergebnis gibt die Reaktionskraft, die die Hochdruckkolben 43 von der Taumelscheibe 39 erhalten, dem Rotor 27 ein Drehmoment. Für jedes eine Siebtel einer Umdrehung des Rotors 27 wird der Hochtemperatur-Hochdruckdampf in eine frische Hochdruckarbeitskammer 82 geleitet, um hierdurch den Rotor 27 fortdauernd zu drehen.
Während, wie in 17 gezeigt, der Hochdruckkolben 43, der einhergehend mit der Drehung des Rotors 27 den unteren Totpunkt erreicht hat, sich zum oberen Totpunkt hin zurückzieht, wird der Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf, der aus der Hochdruckarbeitskammer 82 hinausgeschoben wird, dem elften Dampfdurchgang P11 zugeführt, der mit jener Niederdruckarbeitskammer 84 an der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 in Verbindung steht, die einhergehend mit der Drehung des Rotors 27 den oberen Totpunkt erreicht hat, und zwar über den vierten Dampfdurchgang P4 des Rotors 27, den dritten Dampfdurchgang P3 der bewglichen Ventilplatte 64, die Gleitoberfläche 68, den fünften Dampfdurchgang P5 und den sechsten Dampfdurchgang P6 der stationären Ventilplatte 63, den siebten Dampfdurchgang P7 des zehnten Dampfdurchgangs P10 des Drehventilhauptkörpers 62 sowie die Gleitoberfläche 71. Da sich der der Niederdruckarbeitskammer 84 zugeführte Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf innerhalb der Niederdruckarbeitskammer 84 ausdehnt, selbst nachdem die Verbindung zwischen dem zehnten Dampfdurchgang P10 und dem elften Dampfdurchgang P11 blockiert ist, wird der in den Niederdruckzylinder 50 eingesetzte Niederdruckkolben 51 von dem oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt hin nach vorne geschoben, und das mit dem Niederdruckkolben 51 verbundene Zwischenglied 52 drückt gegen die Taumelscheibe 39. Im Ergebnis wird die Druckkraft des Niederdruckkolbens 51 in eine Drehkraft der Taumelscheibe 39 über das Zwischenglied 52 umgewandelt, und diese Drehkraft überträgt ein Drehmoment von dem Hochdruckkolben 43 auf den Rotor 27 über die Pfanne 39a der Taumelscheibe 39. Das heißt, das Drehmoment wird auf den Rotor 27 übertragen, der sich synchron mit der Taumelscheibe 39 dreht. Um zu verhindern, dass sich der Niederdruckkolben 51 von der Taumelscheibe 39 löst, wenn während des Expansionshubs ein Unterdruck erzeugt wird, übernimmt das Zwischenglied 52 die Funktion, eine Verbindung zu dem Niederdruckkolben 51 und der Taumelscheibe 39 einzuhalten, und es ist so angeordnet, dass das Drehmoment aufgrund der Expansion von dem Hochdruckkolben 43 auf den Rotor 27, der sich synchron mit der Taumelscheibe 39 dreht, über die Pfanne 39a der Taumelscheibe 39 übertragen wird, wie oben beschrieben. Für jedes eine Siebtel einer Umdrehung des Rotors 27 wird der Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf in eine frische Niederdruckarbeitskammer 84 geleitet, um hierdurch den Rotor 27 fortdauernd zu drehen.
Wie oben beschrieben, pulsiert während dieses Prozesses der Druck des Mitteltemperatur-Mitteldruckdampfs, der von den Hochdruckarbeitskammern 82 der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 ausgegeben wird, sieben Mal bei jeder Umdrehung des Rotors 27, aber durch Dämpfung dieser Pulse durch die Druckregelkammer 89 kann Dampf mit konstantem Druck der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 zugeführt werden, um hierdurch den Wirkungsgrad zu verbessern, mit dem die Niederdruckarbeitskammern 84 mit dem Dampf geladen werden.
Während, wie in 18 gezeigt, der Niederdruckkolben 51, der einhergehend mit der Drehung des Rotors 27 den unteren Totpunkt erreicht hat, sich zum oberen Totpunkt zurückzieht, wird der Niedertemperatur-Niederdruckdampf, der aus der Niederdruckarbeitskammer 84 hinausgedrückt wird, über den elften Dampfdurchgang P11 des Rotors 27, die Gleitoberfläche 71, den sechzehnten Dampfdurchgang P16 des Gleitelements 70 und den siebzehnten Dampfdurchgang P17 bis zwanzigsten Dampfdurchgang P20 des Drehventilhauptkörpers 62 in die Dampfausgabekammer 90 ausgegeben und von dort über das Dampfausgabeloch 18c in einen Kondensator geleitet.
Wenn der Expander M wie oben beschrieben arbeitet, dann können, da die sieben Hochdruckkolben 43 der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und die sieben Niederdruckkolben 51 der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 mit der gemeinsamen Taumelscheibe 39 verbunden sind, die Ausgangsleistungen der ersten und zweiten Gruppen von Axialkolbenzylindern 49 und 57 kombiniert werden, um die Ausgangswelle 28 anzutreiben, um hierdurch eine hohe Ausgangsleistung zu erreichen, während die Größe des Expanders M reduziert wird. Da während dieses Prozesses die sieben Hochdruckkolben 43 der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und die sieben Niederdruckkolben 51 der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 um eine halbe Teilung in der Umfangsrichtung versetzt sind, wie in 15 gezeigt, werden die Pulse im Ausgangsdrehmoment der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und die Pulse im Ausgangsdrehmoment der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 gegenseitig ausgeglichen, wo durch das Ausgangsdrehmoment der Ausgangswelle 28 flach gemacht wird.
Obwohl ferner Axialexpander charakteristischerweise eine hohe Raumausnutzung im Vergleich zu Radialexpandern haben, kann durch die Anordnung der zwei Stufen in der radialen Richtung die Raumausnutzung weiter verbessert werden. Da insbesondere die erste Gruppe von Axialkolbenzylindern 49, die nur einen kleinen Durchmesser zu haben brauchen, weil sie durch Hochdruckdampf mit kleinem Volumen betrieben werden, an der radial inneren Seite angeordnet sind, und die zweite Gruppe von Axialkolbenzylindern 57, die einen großen Durchmesser benötigen, weil sie mit Niederdruckdampf großen Volumens betrieben werden, an der radial äußeren Seite angeordnet sind, kann der Platz effizient genutzt werden, um hierdurch den Expander M noch kleiner zu machen. Weil darüber hinaus die Zylinder 42 und 50 und die verwendeten Kolben 43 und 51 kreisförmige Querschnitte haben, die die Ausführung der Bearbeitung mit hoher Präzision ermöglichen, kann die Dampfleckagemenge reduziert werden im Vergleich zu einem Fall, in dem Flügel verwendet werden, und es lässt sich eine noch höhere Ausgangsleistung vorhersagen.
Da ferner die erste Gruppe von Axialkolbenzylindern 49, die mit Hochtemperaturdampf betrieben werden, an der radial inneren Seite angeordnet ist, und die zweite Gruppe von Axialkolbenzylindern 57, die mit Niedertemperaturdampf betrieben werden, an der radial äußeren Seite angeordnet ist, kann die Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 und der Außenseite des Gehäuses 11 minimiert werden, und die zur Außenseite des Gehäuses 11 freigesetzte Wärmemenge kann minimiert werden, und der Wirkungsgrad des Expanders M kann verbessert werden. Weil darüber hinaus die Wärme, die von der ersten Hochtemperaturgruppe von Axialkolbenzylindern 49 an der radial inneren Seite entweicht, durch die zweite Niedertemperaturgruppe von Axialkolbenzylindern 57 an der radial äußeren Seite wiedergewonnen werden kann, kann der Wirkungsgrad des Expanders M noch weiter verbessert werden.
Wenn man darüber hinaus aus einem zur Achse L orthogonalen Winkel blickt, kann, da das Hinterende der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 in Bezug auf das Hinterende der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 vorne angeordnet ist, die Wärme, die in Richtung der Achse L von der ersten Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 nach hinten entweicht, von der zweiten Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 wiedergewonnen werden und kann der Wirkungsgrad des Expanders M noch weiter verbessert werden. Weil darüber hinaus die Gleitoberfläche 68 an der Hochdruckseite innerhalb der Vertiefung 27b des Rotors 27 tiefer liegt als die Gleitoberfläche 71 an der Niederdruckseite, kann der Druckunterschied zwischen der Außenseite des Gehäuses 11 und der Gleitoberfläche 71 an der Niederdruckseite minimiert werden und kann die Dampfleckagemenge von der Gleitoberfläche 71 an der Niederdruckseite reduziert werden, und darüber hinaus kann der Druck des Dampfs, der von der Gleitoberfläche 68 an der Hochdruckseite her leckt, durch die Gleitoberfläche 71 an der Niederdruckseite wiedergewonnen und effizient genutzt werden.
Während der Expander M arbeitet, wird das in der Ölwanne 19 aufbewahrte Öl durch den Rotor 27, der sich innerhalb der Schmiermittelkammer 102 des Gehäuses 11 dreht, aufgerührt und verspritzt, um hierdurch einen Gleitabschnitt zwischen den Hochdruckzylindern 42 und den Hochdruckkolben 43, einem Gleitabschnitt zwischen den Niederdruckzylindern 50 und den Niederdruckkolben 51, das die Ausgangswelle 28 tragende Schrägkugellager 31, das den Rotor 27 tragende Schrägkugellager 29, das die Taumelscheibe 39 tragende Schrägkugellager 38, einen Gleitabschnitt zwischen den Hochdruckkolben 43 und der Taumelscheibe 39, die kugelförmigen Lager 54 und 56 an entgegengesetzten Enden der Zwischenglieder 52 etc. zu schmieren.
Der Innenraum der Schmiermittelkammer 102 wird mit Ölnebel, der durch das Verspritzen während des Umrührens des Öls erzeugt wird, und Öldampf, der durch Verdampfung aufgrund der Erhitzung durch einen Hochtemperaturabschnitt des Rotors 27 erzeugt wird, gefüllt, und dieser wird mit Dampf vermischt, der von den Hochdruckarbeitskammern 82 und den Niederdruckarbeitskammern 84 in die Schmiermittelkammer 102 leckt. Wenn aufgrund der Dampfleckage der Druck der Schmiermittelkammer 102 höher wird als der Druck der Dampfausgabekammer 90, fließt das Gemisch von Ölanteil und Dampf durch das Durchgangsloch 12b, das in der oberen Wand 12a des Gehäusehauptkörpers 12 gebildet ist, in die untere Lüftungskammer 101. Der Innenraum der unteren Lüftungskammer 101 hat aufgrund der Trennwände 12c bis 12e eine Labyrinthstruktur; das Öl, das während des Durchtritts dort kondensiert, tropft durch die vier Ölrücklauflöcher 12f hindurch, die in der oberen Wand 12a des Gehäusehauptkörpers 12 ausgebildet sind, und wird zur Schmiermittelkammer 102 zurückgebracht.
Der Dampf, aus dem der Ölanteil beseitigt worden ist, tritt durch die vier Durchgangslöcher 23a und 23b der Lüftungskammertrennwand 23 hindurch, fließt in die obere Lüftungskammer 103 und kondensiert durch Wärmeverlust an der Außenluft über die Lüftungskammerabdeckung 25, die eine obere Wand der oberen Lüftungskammer 103 definiert. Wasser, das in der oberen Lüftungskammer 103 kondensiert ist, tritt durch das Kondenswasserrücklaufloch 23c hindurch, das in der Lüftungskammertrennwand 23 ausgebildet ist, und tropft in die Vertiefung 12g, ohne in die vier Durchgangslöcher 23a, 23b zu fließen, die kaminförmig in die obere Lüftungskammer 10 vorstehen, und wird von dort in die Dampfausgabekammer 90 über den vierten Lüftungsdurchgang B4 und den dritten Lüftungsdurchgang B3 ausgegeben. Hier entspricht die Kondenswassermenge, die in die Dampfausgabekammer 90 zurückkehrt, der Dampfmenge, die aus den Hochdruckarbeitskammern 82 und den Niederdruckarbeitskammern 84 in die Schmiermittelkammer 102 geleckt hat. Da ferner die Dampfausgabekammer 90 und die obere Lüftungskammer 103 über den ersten Dampfdurchgang B1 bis zum dritten Dampfdurchgang B3, die als Druckausgleichsdurchgänge fungieren, immer miteinander in Verbindung stehen, kann ein Druckgleichgewicht zwischen der Dampfausgabekammer 90 und der Schmiermittelkammer 102 eingehalten werden.
Wenn während einer Übergangsperiode vor dem vollständigen Warmwerden der Druck der Schmiermittelkammer 102 niedriger wird als der Druck der Dampfausgabekammer 90, könnte man erwarten, dass der Dampf in der Dampfausgabekammer 90 über den dritten Lüftungsdurchgang B3, den zweiten Lüftungsdurchgang B2, den ersten Lüftungsdurchgang B1, die obere Lüftungskammer 103 und die untere Lüftungskammer 101 in die Schmiermittelkammer 102 fließt, aber weil nach Abschluss des Aufwärmens, wegen der Dampfleckage in die Schmiermittelkammer 102, der Druck der Schmiermittelkammer 102 höher wird als der Druck der Dampfausgabekammer 90, beginnt die oben erwähnte Öl- und Dampftrennung.
In einem Rankine-Zyklus-System, in dem Dampf (oder Wasser) als das Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, gebildet durch einen Verdampfer, einen Expander, einen Kondensator und eine Umwälzpumpe, muss man so weit wie möglich vermeiden, dass sich das Öl mit dem Arbeitsmedium vermischt und das System verunreinigt; die Vermischung des Öls mit dem Dampf (oder Wasser) kann durch die das Öl abtrennende untere Lüftungskammer 101 und die das Kondenswasser abtrennende obere Lüftungskammer 103 minimiert werden, um hierdurch die Belastung auf einen das Öl abtrennenden Filter zu reduzieren, eine Größenreduktion und Kostenreduktion zu erreichen und hierdurch eine Verunreinigung und Verschlechterung des Öls zu verhindern.
Nun wird die zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 19 erläutert.
19 zeigt eine Gleitoberfläche 68 einer stationären Ventilplatte 63 und entspricht 6, die die erste Ausführung zeigt. Die Federkraft der Vorlastfedern 75 und der Druck des auf eine Druckkammer 78 wirkenden Hochtemperatur-Hochdruckdampfs ergeben einen Dichtungsoberflächendruck an der Gleitoberfläche 68, wobei es aber schwierig ist, über die Gesamtfläche der Gleitoberfläche 68 einen gleichmäßigen Dichtungsoberflächendruck sicherzustellen. Dies ist so, weil der Hochtemperatur-Hochdruckdampf einem zweiten Dampfdurchgang P2 und dritten Dampfdurchgängen P3 zugeführt wird, die durch die Gleitoberfläche 68 hindurchtreten, und dieser Hochtemperatur-Hochdruckdampf die Wirkung hat, die stationäre Ventilplatte 63 von der beweglichen Ventilplatte 64 abzulösen und hierdurch den Dichtungsoberflächendruck zu reduzieren. Andererseits wird Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf einem fünften Dampfdurchgang P5 und den dritten Dampfdurchgängen P3 zugeführt, die durch die Gleitoberfläche 68 hindurchlaufen, und da der Druck davon niedriger ist als der Druck des Hochtemperatur-Hochdruckdampfs, ist auch dessen Wirkung, die Gleitoberfläche 68 abzulösen und hierdurch den Dichtungsoberflächendruck zu reduzieren, klein. Im Ergebnis üben die Dampfdurchgänge des zweiten Dampfdurchgangs P2, der dritten Dampfdurchgänge P3 und des fünften Dampfdurchgangs P5 auf die Gleitoberfläche 68 eine unausgeglichene Last aus, wodurch die Dichtleistung der Gleitoberfläche 68 schlechter wird.
In der vorliegenden zweiten Ausführung ist ein ringförmiger erster Druckkanal G1 in die Gleitoberfläche 68 der stationären Ventilplatte 63 eingearbeitet, so dass er den Außenumfang eines vierzehnten Dampfdurchgangs P14, der entlang der Achse L verläuft, umgibt, wobei der erste Druckkanal G1 so ausgebildet ist, dass er mit dem fünften Dampfdurchgang P5 in Verbindung steht, durch den der Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf hindurchtritt, und ein bogenförmiger zweiten Druckkanal G2 ist so eingearbeitet, dass er den Außenumfang des ersten Druckkanals G1 umgibt, wobei der zweite Druckkanal G2 so ausgebildet ist, dass er mit dem zweiten Dampfdurchgang P2 in Verbindung steht, durch den der Hochtemperatur-Hochdruckdampf hindurchtritt. Die Wirkung in den ersten und zweiten Druckkanälen G1 und G2 lindert den ungleichmäßigen Dichtungsoberflächendruck auf die Gleitoberfläche 68 und eine Verschlechterung der Dichtungseigenschaften, und die Entstehung von Reibung aufgrund des ungleichmäßigen Kontakts mit der Gleitoberfläche 68 kann verhindert werden. Wenn ferner der Dampf, der aus dem zweiten Hochdruckkanal G2 leckt, in den ersten Niederdruckkanal G1 fließt, wird Abriebpulver in den ersten Druckkanal G1 abgegeben, und somit erzielt man einen Effekt, zu verhindern, dass dieser in die Hochdruckarbeitskammern 82 fließt. Darüber hinaus wird der Dampf auf der Gleitoberfläche 68 gleichmäßig verteilt, wo kein Schmieren durch Öl erwartet werden kann, wodurch die Schmierleistung verbessert wird.
Nun wird die dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 20 erläutert.
Die dritte Ausführung ist eine Modifikation der zweiten Ausführung; ein zweiter Druckkanal G2, der mit einem zweiten Dampfdurchgang P2 in Verbindung steht, durch den Hochtemperatur-Hochdruckdampf hindurchtritt, ist weggelassen, und es ist nur ein erster Druckkanal G1 vorgesehen, der mit einem fünften Dampfdurchgang P5 in Verbindung steht, durch den Mitteltemperatur-Mitteldruckdampf hindurchtritt. Gemäß der vorliegenden dritten Ausführung wird nicht nur die Struktur im Vergleich zur zweiten Ausführung einfach, sondern kann auch der Effekt, Abriebpulver abzufangen, verbessert werden, und darüber hinaus kann die Menge an Leckagedampf im Vergleich zur zweiten Ausführung reduziert werden.
Obwohl oben Ausführungen der vorliegenden Erfindung erläutert sind, kann die vorliegende Erfindung auf zahlreiche Weisen modifiziert werden, ohne vom Umfang davon abzuweichen.
Zum Beispiel sind in den Ausführungen die erste Gruppe von Axialkolbenzylindern 49 und die zweite Gruppe von Axialkolbenzylindern 57 vorgesehen, wobei aber auch drei oder mehr Sätze von Gruppen von Axialkolbenzylindern vorgesehen werden können.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie zuvor beschrieben, kann der sich auf die vorliegende Erfindung beziehende Expander gewünschtenfalls an einem Rankine-Zyklus-System angewendet werden, kann aber auch auf einen beliebigen Zweck angewendet werden und ist nicht auf das Rankine-Zyklus-System beschränkt.

Claims

Expander, umfassend: ein Gehäuse (11); eine Ausgangswelle (28) zum Ausgeben einer Antriebskraft; einen Rotor (27), der mit der Ausgangswelle (28) einstückig ist und in dem Gehäuse (11) drehbar gelagert ist; eine Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern (49, 57), die ringförmig in dem Rotor (27) entlang der radialen Richtung angeordnet sind, so dass sie eine Achse (L) der Ausgangswelle (28) umgeben; und eine gemeinsame Taumelscheibe (39), die an dem Gehäuse (11) befestigt ist und Kolben (43, 51) der Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern (49, 57) in Richtung der Achse (L) führt; wobei, je weiter radial außen die Kolben (43, 51) der Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern (49, 57) angeordnet sind, desto größer der Durchmesser ist; und ein Hochtemperatur-Hochdruckarbeitsmedium vor der Expansion der Gruppe von radial inneren Axialkolbenzylindern (49) zugeführt wird, und ein Niedertemperatur-Niederdruckarbeitsmedium nach der Expansion, welches das Arbeitsmedium ist, das von der Gruppe der radial inneren Axialkolbenzylinder (49) ausgegeben wird, der Gruppe von radial äußeren Axialkolbenzylindern (57) zugeführt wird, worin die Zufuhr und Ausgabe des Arbeitsmediums zu und von der Gruppe der radial inneren Axialkolbenzylinder (49) sowie zu und von der Gruppe der radial äußeren Axialkolbenzylinder (57) von einem gemeinsamen Drehventil (61) durch Dichtungen (81, 85–88) gesteuert wird, worin das Drehventil (61) in einer Vertiefung kreisförmigen Querschnitts (27b) aufgenommen ist, die an einer Endoberfläche des Rotors (27) offen ist, worin das Drehventil (61) mit den radial äußeren Axialkolbenzylindern (57) durch einen ersten Durchgang (P10) verbunden ist, der sich durch eine über den Umfang zylindrische Gleitoberfläche (71) des Drehventils (61) erstreckt, wohingegen das Drehventil (61) mit den radial inneren Axialkolbenzylindern (49) durch einen zweiten Durchgang (P3, P4) verbunden ist, der sich durch eine zur Achse (L) normal erstreckende flache Gleitoberfläche (68) des Drehventils (61) erstreckt.
Expander nach Anspruch 1, worin die Teilungen, mit denen die radial benachbarten Gruppen von Axialkolbenzylindern (49, 57) angeordnet sind, über den Umfang versetzt sind.
Expander nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin ein Arbeitsmediumzufuhr/ausgabeteil, das aus dem gemeinsamen Drehventil (61) ausgebildet ist, um das Arbeitsmedium der Mehrzahl von Gruppen von Axialkolbenzylindern (49, 57) zuzuführen und davon abzugeben, ein Energieumwandlungsteil, das aus dem Rotor (27) gebildet ist, sowie ein Ausgabeteil, das aus der Ausgangswelle (28) und der Taumelscheibe (39) gebildet ist, aufeinander folgend vom einen Ende der Achse (L) zum anderen Ende davon angeordnet sind.