知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2024-180403ハイブリッド動圧静水圧スラスト軸受のシステム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024180403
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】ハイブリッド動圧静水圧スラスト軸受のシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
F16C 32/06 20060101AFI20241219BHJP
F16C 17/04 20060101ALI20241219BHJP
F16C 17/02 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
F16C32/06 Z
F16C17/04 B
F16C17/02 Z
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024163976
(22)【出願日】2024-09-20
(62)【分割の表示】P 2021523831の分割
【原出願日】2019-10-29
(31)【優先権主張番号】16/180,264
(32)【優先日】2018-11-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】516099646
【氏名又は名称】エナジー リカバリー，インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(72)【発明者】
【氏名】アザム ミヒール タッテ
(72)【発明者】
【氏名】ビフザード ザマニアン ヤズディー
(57)【要約】
【課題】改良されたハイブリッド動圧静水圧スラスト軸受のシステム及び方法の提供。
【解決手段】システムは、第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムを備え、第１の流体は、第２の流体よりも高い圧力を有する。流体圧伝達システムは、回転軸線を中心に周方向に回転するように構成され、互いに対向して配置された第１の端面と第２の端面とを有する筒状の回転子と、筒状の回転子の第１の端面との界面を有する第１の端カバーと、筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える。
【選択図】図８
【解決手段】システムは、第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムを備え、第１の流体は、第２の流体よりも高い圧力を有する。流体圧伝達システムは、回転軸線を中心に周方向に回転するように構成され、互いに対向して配置された第１の端面と第２の端面とを有する筒状の回転子と、筒状の回転子の第１の端面との界面を有する第１の端カバーと、筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える、システム。
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える、システム。
【請求項2】
前記流体圧エネルギ伝達システムは、回転式圧力交換器を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された静水圧強化機構を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数のポートを備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数のポートを備え、前記第２の複数のポートは、前記長手軸線に対して前記第１の複数のポートの半径方向内側に位置する、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記第１の複数のポート及び前記第２の複数のポートは、前記第１の端カバー内に配置された複数のチャネルに連結されて静水圧チャネルネットワークを形成する、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記複数のチャネルの各チャネルは、前記長手軸線に対して軸線方向に延びる第１の部分と、前記長手軸線に対して半径方向に延びる第２の部分とを備え、前記第２の部分は、高圧流体を受け入れるように構成された入口に連結されており、前記第１の部分は、前記高圧流体を排出するように構成された前記第１の複数のポート又は前記第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートに連結されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記第２の部分の直径は、前記第１の部分の直径よりも大きい、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記静水圧強化機構は、前記複数のチャネルの内の少なくとも１つのチャネル内に配置されたオリフィス流量制限器を備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項10】
前記静水圧強化機構は、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された複数の凹部を備え、前記第１の複数のポート又は前記第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートが、前記複数の凹部のそれぞれの凹部内に配置されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項11】
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された動圧生成機構を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項12】
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された動圧生成機構が、前記長手軸線の周りに周方向に延びるへリングボーン形状の溝部を備え、前記第１の複数のポートが前記へリングボーン形状の溝部内に配置されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された表面上に配置された前記動圧生成機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した複数の溝部を備え、前記第１の複数のポートの各ポートは、前記複数の溝部の隣接する一対の溝部の間に配置されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項14】
前記複数の溝部の各溝部は、Ｖ字形又は螺旋状を備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記動圧生成機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した複数のテーパ付きランドを備え、前記第１の複数のポートの各ポートは、前記複数のテーパ付きランドのそれぞれのテーパ付きランドに配置されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項16】
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記筒状の回転子の前記第１の端面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項17】
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の外径に隣接する前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数の溝部を備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項18】
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の内径に隣接する前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数の溝部を備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
前記第１の複数の溝部の各溝部は、螺旋状を有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項20】
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の外径に隣接する前記筒状の回転子の長手軸線の周りに延びるへリングボーン形状の溝部を備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項21】
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数のポートを備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項22】
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数のポートを備え、前記第２の複数のポートは、前記長手軸線に対して前記第１の複数のポートの半径方向内側に位置する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項23】
前記第１の複数のポート及び前記第２の複数のポートは、前記第１の端カバー内に配置された複数のチャネルに連結されて静水圧チャネルネットワークを形成する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項24】
前記静水圧強化機構は、前記複数のチャネルの内の少なくとも１つのチャネル内に配置されたオリフィス流量制限器を備える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項25】
前記静水圧強化機構は、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された複数の凹部を備え、前記第１の複数のポート又は第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートが、前記複数の凹部のそれぞれの凹部内に配置されている、請求項２１記載のシステム。
【請求項26】
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムと、を備え、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記筒状の回転子の前記第１の端面上に配置された動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された静水圧強化機構とを備え、
前記動圧生成機構は、前記第１の表面上に配置された１つ以上の溝部を備え、前記静水圧強化機構は複数のポートを備える、システム。
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムと、を備え、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記筒状の回転子の前記第１の端面上に配置された動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された静水圧強化機構とを備え、
前記動圧生成機構は、前記第１の表面上に配置された１つ以上の溝部を備え、前記静水圧強化機構は複数のポートを備える、システム。
【請求項27】
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムと、を備え、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構との両方を備える、システム。
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムと、を備え、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構との両方を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハイブリッド動圧静水圧スラスト軸受のシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
このセクションは、下記において説明及び／又は特許請求されている本発明の様々な態様に関連しうる、当技術分野の様々な技術的態様を読者に紹介することが意図されている。この説明は、本発明の様々な態様のより適切な理解を容易にするために背景の情報を読者に提供することにおいて有用であると考えられる。したがって、これらの説明は、先行技術の承認としてではなく、この観点において認識されなければならないということを理解されたい。
【0003】
本明細書に開示される主題は、ポンプ、タービン及び他の回転機械と同様に、本明細書に記載される回転式圧力交換器と共に使用するためのハイブリッド動圧静水圧設計機構を有する軸線方向スラスト軸受システムのためのシステム及び方法に関する。
【0004】
ポンプなどの回転機器は、様々な流体を処理する（取り扱う）ことができる。特定の用途では、軸線方向圧力の不均衡（すなわち、２つの軸線方向面の間の平均圧力の差）が、回転機器の回転部品に実質的な正味の力を及ぼす可能性がある。また、回転部品の重量により軸力が発生する場合がある。回転機器の回転部品の回転を容易にするために様々な軸受を使用することができる。しかしながら、高圧及び／又は困難な環境を必要とする状況では、回転機器は、さらなる又は増大した支持能力及び機能性を必要とする場合がある。例えば、状況によっては、回転機器の支持能力が不十分であると、回転部品と静止部品との間の軸線方向接触をもたらし、ひいては、行き詰まり(stalling)、摩耗、応力をもたらし、機器の寿命を低減し、効率の損失をもたらしうる。従って、さらなる荷重支持能力又はさらなる剛性を提供する機構を回転機器に提供することは有益であろう。
【発明の概要】
【0005】
一実施形態では、システムが提供される。本システムは、第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムを備え、第１の流体は第２の流体よりも高い圧力を有する。流体圧伝達システムは、回転軸線を中心に周方向に回転するように構成されかつ互いに対向して配置された第１の端面と第２の端面とを有する筒状の回転子と、筒状の回転子の第１の端面との界面を有する第１の端カバーと、筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える。
【0006】
別の実施形態では、システムが提供される。本システムは、第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムを備え、第１の流体は、第２の流体よりも高い圧力を有する。流体圧伝達システムは、回転軸線を中心に周方向に回転するように構成されかつ互いに対向して配置された第１の端面と第２の端面とを有する筒状の回転子と、筒状の回転子の第１の端面との界面を有する第１の端カバーと、筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える。ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、筒状の回転子の第１の端面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、第１の端カバーの第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構とを備える。動圧生成機構は、第１の表面上に配置された１つ以上の溝部を備える。静水圧強化機構は、複数のポートを有する。
【0007】
さらなる実施形態では、システムが提供される。本システムは、第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムを備え、第１の流体は、第２の流体よりも高い圧力を有する。流体圧伝達システムは、回転軸線を中心に周方向に回転するように構成されかつ互いに反対して配置された第１の端面と第２の端面とを有する筒状の回転子と、筒状の回転子の第１の端面との界面を有する第１の端カバーと、筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える。ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、第１の端カバーの第１の表面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、第１の端カバーの第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構との両方を備える。
【0008】
本発明の様々な特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明を、添付の図全体を通して、類似の文字が類似の部品を表す図を参照して読み取ると、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の１つ以上の特定の実施形態について以下に記載する。これらの記載された実施形態は、本発明の例示に過ぎない。さらに、これらの例示的実施形態の説明を簡潔にするため、実際の実施形態の全ての特徴は、本明細書において記載されない場合がある。全ての実際の実施例の展開において、全ての技術又は設計の計画におけるのと同様に、システム関連の制約又はビジネス関連の制約へ追従することなどの開発者に特有の目標を成し遂げるために、多くの実施例特有の決定がなされなければならず、これらは実施例によって変えることができるということが認識されよう。更に、上記の開発作業は複雑かつ時間がかかるものでありうるが、本開示の利益を受ける当業者にとって、設計、作製及び製造の日常的な作業であるということが理解されよう。
【0011】
以下に詳述するように、本明細書に開示される実施形態は、一般に、様々な産業的用途で利用され得る回転システムのシステム及び方法に関する。本明細書に開示される回転システムは、さらなる支持能力を提供するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムを有することができ、その結果、回転システムは、回転子などの特定の回転機器を支持するための十分な耐荷重を提供する。実際、高圧又は他の困難な用途を伴う特定の産業的状況では、回転システムの軸受システムは、回転子などの回転機器を支持するための十分な耐荷重又は機能を有していない場合がある。このような状況は、回転子の失速及び／又は軸受システムの部分間の接触や摩擦を生じさせ、それによって、効率の損失、摩耗、応力、及び／又は、回転機器の寿命の低下をもたらす。従って、本明細書に開示される実施形態は、さらなる軸受又は耐荷重を処理するように構成されたアキシャル軸受領域（例えば、流体圧エネルギ伝達システムの回転子と端カバーとの間の界面）内にハイブリッド動圧静水圧軸受システムを有する回転システムを提供することができ、これは、例えば、回転子などの回転機器を支持するためのさらなる軸線方向耐荷重及びより大きな剛性を提供することができる。特に、ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、比較的に高い圧力（例えば、約６８，９４７ｋＰａ又は１０，０００ｐｓｉ）を有する産業的用途において、及び／又は、例えば、圧力交換器、アキシャルピストンポンプ、蒸気タービンスラスト軸受、ガスタービンスラスト軸受及び航空機エンジンなどのより困難な用途において、利用され得る。特定の実施形態では、ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、非回転機器に利用することができる。
【0012】
特定の実施形態では、回転システムは、様々な流体を処理するように構成された流体圧エネルギ伝達システムを有しうる。具体的には、流体圧エネルギ伝達システムは、回転機器の回転部品の回転を容易にするために使用され得るハイブリッド動圧静水圧軸受システムを介して、第１の流体と第２の流体の間で仕事及び／又は圧力を伝達しうる。一般に、流体圧エネルギ伝達システム内の静水圧軸受システムは、回転子と端カバー（例えば、回転子の支持体）との間に導入される流体源（例えば、高圧軸受流体）によって作動しうる。流体源の高圧は、流体薄膜上で回転子を支持するように構成することができ、回転構成要素の回転を容易にするように構成することができる。特に、回転子が端カバーから離れると、回転子と端カバーとの間の軸線方向クリアランス領域が増大することがある。軸線方向クリアランス領域の増大により、高圧流体を逃がし、それによって、回転子に作用する圧力を減少させうる。同様に、回転子と端カバーとの間の軸線方向クリアランス領域が小さい場合、アキシャル軸受領域内に高圧流体が生成される。（圧力ダムを形成する機構と併せて）回転子の高速度に依存するハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、同様に、流体薄膜上で回転子を支持し、（例えば、端カバー及び回転子に作用する）回転構成要素の回転を容易にする。
【0013】
ハイブリッド動圧静水圧軸受は、静水圧軸受システム及び動圧軸受システムの両方の特徴を強化する。例えば、比較的に高い速度（例えば、１０，０００ｒｐｍ）では、ハイブリッド動圧静水圧軸受は優れた動圧軸受として性能を発揮し、一方、低速及び中速（例えば、５，０００ｒｐｍ以下）では、ハイブリッド軸受はより優れた静水圧軸受として性能を発揮する。全ての動作速度において、ハイブリッド軸受は、荷重支持能力及び剛性を強化しつつ、（例えば、純粋な動圧軸受システムと比較して）動的安定性を改善し、冷却能力又は粘性除熱を改善する。ハイブリッド軸受は、また、（例えば、回転子及びハウジングなどの構成要素の）動的運動を調節するように軸受薄膜圧の調整能力及び自己補正挙動を提供する。さらに、ハイブリッド軸受は、信頼性のある作動を提供する（例えば、静水圧軸受システムが閉塞又は隙間の閉鎖に起因して急に止まっても流体軸受システムが作動する）。さらに、ハイブリッド軸受は、外部の可動部品なしに作動し、疲労によって制限されない。さらに、ハイブリッド軸受は、流体中の微粒子（例えば砂）に対してより耐性がある。更に、ハイブリッド軸受は機械加工及び製造が容易である。
【0014】
特定の実施形態では、ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、（例えば、回転等圧圧力交換器の）端カバー上に配置された静水圧強化機構と共に、回転子の端面上に配置された動圧生成機構と、を有しうる。他の実施形態では、ハイブリッド軸受システムは、回転子の端面に機構がなく端カバー上にのみ配置された動圧生成機構及び静水圧強化機構の両方を備えうる。動圧生成機構は、他の機構と共に、螺旋状の溝部、ヘリングボーン形状の溝部、テーパ付きランドを有しうる。静水圧強化機構は、他の機構と共に、ポート、ポケットと連動するポート、オリフィス流量制限器及びポケットの両方と連動するポートを有しうる。
【0015】
流体圧エネルギ伝達システムは、流体圧過給機、流体圧ポンプ、又は、回転圧力交換器（ＰＸ）などの流体圧交換システムを有しうる。いくつかの実施形態では、第１及び第２の流体の容積の圧力は、完全に均一化されない場合がある。したがって、特定の実施形態では、ＰＸは等圧で動作することができ、又は、ＰＸは、実質的に等圧で動作しうる（例えば、圧力は、約±１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０％の範囲内で等しくなる）。特定の実施形態では、（例えば、圧力交換流体、動流体などの）第１の流体の第１の圧力は、（例えば、腐食性流体などの）第２の流体の第２の圧力よりも高くしうる。例えば、第１の圧力は、約５，０００ｋＰａ～２５，０００ｋＰａ、２０，０００ｋＰａ～５０，０００ｋＰａ、４０，０００ｋＰａ～７５，０００ｋＰａ、７５，０００ｋＰａ～１００，０００ｋＰａ又は第２の圧力より大きくしうる。したがって、ＰＸは、比較的に高い圧力の第１の流体（例えば、圧力交換流体、駆動流体など）から、比較的に低い圧力の第２の流体（例えば、腐食流体など）に圧力を伝達するために使用されうる。特に、作動中、流体圧エネルギ伝達システムは、腐食性流体と産業的用途の他の装置（例えば、ポンプ）との間の接触を遮断又は制限するのに役立ちうる。ポンプと腐食性流体との間の接触を阻止又は制限することによって、流体圧エネルギ伝達システムは、寿命や性能を増大させつつ、以下に詳細に説明するように、様々な産業的用途における様々な高圧ポンプのすり減りや摩耗を減少させる。
【0016】
図１は、一実施形態の流体圧エネルギ伝達システム１０の模式図である。特に、図示の実施形態では、流体圧エネルギ伝達システム１０（例えば、流体圧過給機又はＰＸ）は、エネルギを第１の流体から第２の流体に伝達するように構成されうる。さらに、特定の実施形態では、流体圧エネルギ伝達システム１０は、さらなる支持能力及び／又はさらなる軸線方向耐荷重を流体圧エネルギ伝達システム１０に与えるのに役立つ機構を備えて構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システム１２を備えうる。
【0017】
特定の実施形態において、流体圧エネルギ伝達システム１０は、第１の流体及び第２の流体を受け入れるように構成された回転式ＰＸ２０を備えるように構成されうる。様々な方向（例えば、軸線方向３２、半径方向１４２、及び、周方向１４８）への参照は、以下の説明において参照され得ることに留意されたい。特定の実施形態では、高圧ポンプが、第１の流体を高圧で流体圧エネルギ伝達システム１０に圧送するように構成されうる。例えば、図示されるように、第１の流体は、流体圧エネルギ伝達システム１０への高圧の第１の流体入口１４として提供されうる。さらに、特定の実施形態では、低圧ポンプが、第２の流体を低圧で流体圧エネルギ伝達システム１０に圧送するように構成されうる。例えば、図示されているように、第２の流体は、エネルギ伝達システム１０への低圧の第２の流体入口として提供されうる。作動中、流体圧エネルギ伝達システム１０は、第１の流体と第２の流体との間で圧力を伝達するように構成することができる。
【0018】
本明細書で使用されるように、圧力交換器２０は、遠心技術を利用せずに、高圧入口流れと低圧入口流れとの間で流体圧力を約９０％を超える効率で伝達する装置として一般的に定義することができる。この文脈では、高圧とは、低圧よりも大きい圧力を指す。ＰＸ２０の低圧入口流れは、加圧されて高圧で（例えば、低圧入口流れよりも大きい圧力で）ＰＸから出ることができ、高圧入口流れは、減圧されて低圧で（例えば、高圧入口流れよりも低い圧力で）ＰＸ２０から出ることができる。さらに、ＰＸ２０は、高圧流体と低圧流体の間に流体分離器を備えているか又は備えていない状態で、高圧流体が力を低圧流体に直接的に加えて低圧流体を加圧することで作動しうる。ＰＸと共に使用され得る流体分離器の例としては、ピストン、ブラダ、ダイヤフラム等が挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、圧力交換器２０は回転装置としうる。米国カリフォルニア州のサンリアンドロのエナジー・リカバリー（Energy Recovery）社によって製造されたものなどの回転式圧力交換器２０は、図４～図７に関して以下に詳細に説明するように、有効な弁作用が、端カバーに対する回転子の相対運動を介して装置の内部で達成されるので、いかなる分離弁も有していなくてもよい。回転式ＰＸ２０は、流体同士を隔離し、入口流体の流れの混合を比較的少なくして圧力を伝達するために、内部ピストンで作動するように設計することができる。往復動ＰＸは、流体の流れ同士の間で圧力を伝達するためにシリンダ内で前後に移動するピストンを有しうる。開示された実施形態において、限定されないが、回転式ＰＸ 、往復動ＰＸ、又はこれらの任意の組合せ等の任意のＰＸ又は複数のＰＸ２０を使用することができる。さらに、ＰＸ２０は、流体処理システムの他の構成要素とは別個のスキッド上に配置することができ、これは、ＰＸ２０が既存の流体処理システムに追加される状況において望ましい場合がある。
【0019】
上述したように、特定の実施形態では、流体圧エネルギ伝達システム１０は、回転子４４などのシステム内の回転構成要素の回転を容易にするのを助けるように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システム１２を有しうる。一般に、高圧プロセス流体（例えば、第１の流体及び／又は第２の流体）は、軸受流体として作用し、軸線方向の荷重の支持に利用されうる。ＰＸ２０の回転子４４は、ハウジング２１のプレナム領域２２内に封入されている。回転子４４はスリーブ２４と共に配置されている。ＰＸシステム２０のスリーブ２４の内壁及びＰＸシステム２０内に配置された回転子４４の外壁は、スリーブ２４と回転子４４との間の半径方向の間隙２６を規定する。アキシャル軸受領域２８は、回転子４４と端カバー３０との間の軸線方向間隙２９（例えば、数十ミクロン）を備える。プレナム領域２２に導入された高圧軸受流体は、流体薄膜上で回転子４４を支持するように構成することができ、回転子４４の回転を容易にするように構成することができる。特に、回転子４４に作用する流体圧力差によって生じる外力によって回転子４４が端カバー３０に向かって軸線方向３２に移動すると、回転子４４と端カバー３０との間の軸線方向クリアランス領域３４が減少することがある。軸線方向クリアランス領域３４の低下により、軸受流体薄膜内の圧力を増加させ（軸受薄膜内の圧力は、軸受薄膜厚とほぼ逆三次関数の関係（inverse cubic relationship）を有する）、それによって、回転子４４に作用する力を、回転子４４を移動させ、軸受の隙間２９を低減させる原因となった本来の外力とは反対の方向に増加させる。この新しい支持力(bearing force)により、軸線方向クリアランス領域３４をより大きな量に増加させ、回転子４４を新しい力の平衡位置にもたらす。それゆえ、これは、実質的に、回転子４４が端カバー３０に対して擦れ、場合によってはシステムを動かなくさせるのを回避する「自己補正」機構である。同様に、外力によって回転子４４が軸線方向３２に軸受から離れて移動するように強いられると、回転子４４と端カバー３０との間の軸線方向クリアランス領域３４が増し、軸受流体薄膜内の圧力を減少させる。これにより、回転子４４を平衡位置に戻す軸受薄膜から回転子４４に作用する力を低減し、回転子４４の反対側での擦れを回避することとなる。このようにして、ハイブリッド動圧静水圧軸受の構成要素は、回転子４４の軸線方向変位に抵抗し、回転子４４の安定した回転を容易にする堅い軸受システムを作るように協働しうる。
【0020】
図２は、流体圧エネルギ伝達システム１０と共に使用され得る一実施形態のフラクシステム４６（例えば、流体処理システム）の模式図である。動作中において、フラクシステム４６は、岩石層における油及びガスの解放を増加させるための井戸完成作業を可能にする。フラクシステム４６は、１つ以上の第１の流体ポンプ４８と、流体圧エネルギ伝達システム１０に連結された１つ以上の第２の流体ポンプ５０とを有しうる。上述したように、流体圧エネルギ伝達システム１０は、流体圧過給機、回転式ＰＸ、往復動ＰＸ、又はこれらの任意の組合せを有しうる。さらに、流体圧エネルギ伝達システム１０は、フラクシステム４６の他の構成要素とは別個のスキッド上に配置することができ、流体圧エネルギ伝達システム１０が既存のフラクシステム４６に追加される状況において望ましい場合がある。動作中において、流体圧エネルギ伝達システム１０は、第１の流体ポンプ４８によってポンプされる第１の流体（例えば、プロパント非含有流体）と、第２の流体ポンプ５０によってポンプされる第２の流体（例えば、プロパント含有流体又はフラク流体）との間の実質的な混合なしに、圧力を伝達する。このようにして、流体圧エネルギ伝達システム１０により、第１の流体ポンプ４８（例えば、高圧ポンプ）上の摩耗を阻止又は制限しつつ、フラクシステム４６が高圧フラク流体をウェル５２内に圧送して油及びガスを解放することができる。さらに、流体圧エネルギ伝達システム１０は、第１及び第２の流体に曝されるように構成されているので、流体圧エネルギ伝達システム１０は、第１及び第２の流体のいずれかにおいて腐食性及び研磨性の物質に耐性のある材料で作製されうる。例えば、流体圧エネルギ伝達システム１０は、コバルトクロム（ＣｏＣｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）又はコバルト（Ｃｏ）のマトリックス中の炭化タングステンなどの金属マトリックス（例えば、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケル（Ｎｉ）、又はこれらの任意の組合せ）内のセラミック（例えば、アルミナ、炭化物、酸化物、窒化物、又はホウ化物の硬質相などのサーメット）から作ることができる。
【0021】
ハイブリッド動圧静水圧軸受システム１２を有する流体圧エネルギ伝達システム１０（例えばＰＸ）の使用が、フラクシステム４６の文脈で説明しているが、流体圧エネルギ伝達システムは、他のタイプの用途（例えば、淡水化、泥水圧送等）で利用されうる。更に、ハイブリッド動圧静水圧軸受システム１２は、他のタイプの機器と共に、特に、液体及びガス処理ターボ機械、蒸気タービン、ガスタービン、航空機エンジン、炭酸ガスコンプレッサと共に利用することができる。
【0022】
図１の流体圧エネルギ伝達システム１０に戻ると、ＰＸシステム２０は、図３～図７に関する説明においてさらに理解され得る。図３は、一実施形態の回転式ＰＸ２０の分解図である。図示の実施形態では、回転式ＰＸ２０は、ハウジング５６及び回転子４４を有する略筒状の本体部５４を備えうる。回転式ＰＸ２０は、また、マニホールド６２及び６４を備える２つの端部構造５８及び６０を有しうる。マニホールド６２は入口ポート６６及び出口ポート６８を備え、マニホールド６４は入口ポート７０及び出口ポート７２を備える。例えば、入口ポート６６は、高圧の第１の流体を受け入れ、出口ポート６８は、低圧の第１の流体をＰＸ２０から離れるように送るために使用されうる。同様に、入口ポート７０は、低圧の第２の流体を受け入れ、出口ポート７２は、高圧の第２の流体をＰＸ２０から離れて送るために使用されうる。端部構造５８及び６０は、ほぼ平坦な端板３１、３３（例えば、端カバー３０）を備え、これら端板３１、３３は、それぞれ、マニホールド６２及び６４内に配置され、回転子４４と流体シール接触するように適合されている。回転子４４は筒状とすることができ、ハウジング５６内に配置され、回転子４４の長手軸線７４を中心として回転するように配置されている。回転子４４は、長手軸線７４を中心として対称に配置された各端部に開口７８及び８０を有する回転子４４を通して実質的に長手方向に延びる複数のチャネル７６を有しうる。回転子４４の開口７８及び８０は、回転中に、高圧の流体と低圧の流体をそれぞれのマニホールド６２及び６４に交互に流体圧的に曝すように、端板６２及び６４並びに入口開口８２及び出口開口８４並びに開口８６及び開口８８と流体圧連通するように配置されている。マニホールド６２及び６４の入口ポート６６及び７０及び出口ポート６８及び７２は、１つの端部要素５８又は６０内の高圧流体のための少なくとも１対のポートと、反対の端部要素５８又は６０内の低圧流体のための少なくとも１対のポートを形成する。端板６２及び６４並びに入口開口８２及び８６及び出口開口８４及び８８は、円の弧又はセグメントの形態の垂直な流れ断面を有するように設計されている。
【0023】
ＰＸ２０に関して、プラント操作者は、第１の流体と第２の流体との間の混合の程度を制御し、これを使用して流体処理システムの操作性を改善することができる。例えば、ＰＸ２０に入る第１の流体と第２の流体の比率を変化させることによって、プラント操作者は、流体処理システム内の流体混合の量を制御することができる。特定の実施形態において、流体処理システム内の混合量を制御するために、駆動流体の腐食性流体に関する割合を変化させうる。他の実施形態では、プラント操作者は、混合量を制御するために回転子４４の回転角速度を制御することができる。混合に影響を及ぼすＰＸ２０の３つの特徴は、（１）回転子チャネル７６のアスペクト比、（２）第１の流体と第２の流体の間の曝露の短い持続時間、及び（３）回転子チャネル７６内の第１の流体と第２の流体の間の流体障壁（例えば、界面）の生成又は存在である。第１に、回転子チャネル７６は、概ね長く狭く、ＰＸ２０内の流れを安定化させる。さらに、第１及び第２の流体は、非常にわずかな軸線方向の混合で、プラグ流動様式でチャネル７６を通って移動しうる。第２に、特定の実施形態では、約１２００ＲＰＭの回転子速度で、第１の流体と第２の流体の間の接触時間は、約０．１５秒、０．１０秒、又は０．０５秒未満とし、これにより、再び、流れの混合を制限しうる。第３に、回転子チャネル７６の小さな部分が、第１の流体と第２の流体との間の圧力の交換のために使用される。したがって、流体の体積は、第１の流体と第２の流体との間の障壁として、チャネル７６内に残る。これらの機構は全て、ＰＸ２０内の混合を制限することができる。
【0024】
図４～図７は、チャネル７６が完全なサイクルを通して回転するときの回転子４４内の単一のチャネル７６の位置の順序を示す、一実施形態の回転式ＰＸ２０の分解図であり、回転式ＰＸ２０の理解に役立つ。図４～図７は、１つのチャネル７６を示す回転式ＰＸ２０の簡略図であり、チャネル７６は円形の断面形状を有するように示されていることに留意されたい。他の実施形態では、回転式ＰＸ２０は、異なる断面形状を有する複数のチャネル７６（例えば、２～１００）を有しうる。したがって、図４～図７は、説明の目的のための簡略化であり、回転式ＰＸ２０の他の実施形態は、図５～図８に示されるものとは異なる構成を有しうる。以下に詳細に説明するように、回転式ＰＸ２０は、回転チャンバ内に瞬間的に接触させることによって、２つの液体の間の圧力の流体圧交換を容易にする。特定の実施形態では、この交換は高速で行われ、液体の混合が非常に少なく非常に高い効率をもたらす。
【0025】
図４において、チャネル開口７８は、端板３１の開口８４と流体圧連通状態にあり、従って、回転子４４の第１の回転位置でマニホールド６２と流体圧連通状態にあり、反対側のチャネルの開口８０は端板３３の開口８８と流体圧連通状態にあり、従って、マニホールド６４と流体圧連通状態にある。後述するように、回転子４４は、矢印９０で示す時計回りの方向に回転する。図４に示すように、低圧の第２の流体９２は、端板３１を通過してチャネル７６に入り、の第２の流体９２は、チャネル７６から第１の流体９４を押し出し、端板３１を通って、回転式ＰＸ２０を出る。特定の実施形態では、第１の流体９４と第２の流体９２は界面９６で互いに接触し、接触の持続時間が短いため、液体の混合が最小限になる。特定の実施形態では、界面９６は、第２の流体９２が第１の流体９４と直接的に接触するため、直接接触界面としうる。他の実施形態では、界面９６は、第１の流体と第２の流体とを分離するために利用される動的障壁を有しうる。他の実施形態では、第１の流体と第２の流体の非対称の流れは、第１の流体と第２の流体の間に特定量の混合をもたらし得る。
【0026】
図５において、チャネル７６は、約９０度の弧を通って時計回りに回転し、この時、出口８０は、端板３３の開口８６と開口８８との間で遮断され、チャネル７６の出口７８は、端板３１の開口８２と開口８４との間に位置し、したがって、端部構造５８のマニホールド６２との流体圧連通から遮断される。したがって、低圧の第２の流体９２は、チャネル７６内に収容される。
【0027】
図６において、チャネル７６は、図４に示された位置から約１８０度の弧を通って回転した。開口８０は、端板３３内の開口８６と流体圧連通状態にありかつマニホールド６４と流体圧連通状態にあり、チャネル７６の開口７８は、端板３１の開口８２と流体圧連通状態にありかつ端部構造５８のマニホールド６２と流体圧連通状態にある。端部構造６０のマニホールド６４の圧力であったチャネル７６内の液体は、この圧力を、出口７８及び開口８２を通して端部構造５８に伝達し、端部構造５８のマニホールド６２の圧力に到達する。したがって、高圧の第１の流体９４は、第２の流体９２を加圧及び変位させる。
【0028】
図７において、チャネル７６は、図４に示す位置から約２７０度の弧を通して回転し、チャネル６８の開口７０及び７２は、端板３１の開口８２と開口８４の間、並びに、端板３３の開口８６と開口８８の間にある。したがって、高圧の第１の流体９４は、チャネル７６内に収容される。チャネル７６が、図４に示される位置から約３６０度の弧を通って回転すると、第２の流体９２が第１の流体９４を変位させ、サイクルを再開する。
【0029】
図８～２１の説明を参照することで回転式ＰＸシステム２０及びハイブリッド動圧静水圧軸受システム１２がさらに理解され得る。特定の実施形態において、回転子４０の端面１５０の両方が、動圧生成機構１５２を有することができ、複数の端カバー３０の一方又は両方は、ハイブリッド動圧静水圧軸受システムを形成するための静水圧強化機構１８４を備える。他の実施形態では、複数の端カバー３０の一方又は両方のみが、ハイブリッド動圧静水圧軸受システムを形成するために、動圧生成機構１５２及び静水圧強化機構１８４の両方を備える。
【0030】
図８は、一実施形態の動圧生成機構１５２（例えば螺旋状の溝部）を有するＰＸ２０の回転子４４の端面１５０の側面斜視図である。図示されるように、動圧生成機構１５２は、溝部１５４（例えば、螺旋状の溝部）である。第１の組１５６の溝部１５４（例えば、内向き圧送溝部）は、（例えば、チャネル７６の半径方向外側にある）端面１５０の外周又は直径１５８に沿って、長手軸線７４を中心に周方向１４８に配置される。第２の組１６０の溝部１５４（例えば、外向き圧送溝部）は、（例えば、チャネル７６の半径方向内側にある）端面１５０の内径１６２に沿って、長手軸線７４を中心に周方向１４８に配置される。溝部１５４の数及び形状は、変えることができる。
【0031】
螺旋状の溝部１５４は、浅い部分１６４と、深い部分１６６（すなわち、浅い部分１６４よりも長い）と、浅い部分１６４と深い部分１６６の間に配置されたダム部分１６８とを備える。螺旋状の溝部１５４は、螺旋に沿った流体の運動量の増加を、流体がダム部分１６８に衝突するときの動圧上昇に変換することによって、動圧を生成する。例えば、回転子４４が矢印１７０で示すように回転すると、流体がダム部分１６８に衝突する（例えば、圧送作用を発生する）まで、第１の組１５６及び第２の組１６０のそれぞれの溝部１５４に沿って（それぞれ矢印１７２、１７４で示すように）加速する。ダム部分１６８では、運動エネルギが圧力に変換されて高圧スパイクとなり、この圧力が溝部の領域にわたって統合されると、回転子４４を軸線方向３２に端カバー３０から押し離す力を発生させる。溝部の設計上の機構（例えば、溝部の螺旋角度、ダム対ランドの比、溝部のピッチ、溝部の深さなど）は、この圧力スパイクの大きさ、ひいては、溝部によって生成される抵抗力の大きさを微調整するために最適化され得る。内向き圧送溝部１５６の螺旋角度の方向は、外向き圧送溝部１６０の螺旋角度の方向とは逆である。これにより、流体は、溝部によってＩＤ方向（１５６の場合）及びＯＤ方向（１６０の場合）に旋回させられ、軸受流体がそれぞれのダムセクションに半径方向内側（１５６の場合）及び半径方向外側（１６０の場合）に衝突する直前に、軸受流体に高い運動エネルギを提供することが保証される。第１の組１５６及び第２の組１６０の両方の溝部１５４が存在することによって、回転子４４が端面１５０の全体にわたって支持されることが保証され、回転子４４内の一時的な傾斜又はＮＤ２振動（回転子面の曲げモード）による端カバー３０との擦れの可能性を減少させる。
【0032】
レイノルズ方程式は薄膜流れの物理特性を支配する。
このレイノルズ方程式は、以下の通りである。
この式において、ｐは流体薄膜圧力であり、ｒ及びθは軸受領域内の半径方向及び周方向座標であり、ｈは流体薄膜厚であり、μは流体速度であり、ρは流体密度であり、Ｕ１及びＵ２はそれぞれ境界面の速度（面の周方向速度×半径）であり、１及び２は回転子及び固定子面を示す添え字である。この方程式を解くことにより、動圧上昇は流体薄膜厚の逆三次関数であり、回転子速度と共に増加することが分かる。耐荷力と支持剛性は、溝部の深さ、溝部の数、及び溝部の螺旋角度、ダム半径、及び、ランド対幅比によって支配される。特定の実施態様において、溝部１５４の（例えば、軸線方向３２における）深さは、約数十ミクロンとしうる。溝部１５４は、（例えば、放電加工を用いて）回転子の端面１５０上に製造されうる。互いに対向する端面１５０の最外面と端カバー３０との間の隙間は、（機構１５２は存在しない場合に）約１０～２０μｍとしうる。
このレイノルズ方程式は、以下の通りである。
【数1】
【0033】
図９Ａ及び図９Ｂは、一実施形態の動圧生成機構１５２（例えば螺旋状の溝部）を有する回転式ＰＸ２０の回転子４４の両方の端面１５０、１５１の側面斜視図である。図９Ａは、回転子の端面１５０が外周１５８上の単一の組１５６の溝部１５４のみを備えることを除いて、図８と同様である。特定の実施形態では、端面１５０、１５１の両方が、図８と同様な内径に沿った溝部を備えうる。図９Ｂは、回転子４４の反対側の端面１５１である。図示のように、端面１５１上のいくつかの溝部１５４は、回転子４４を軸線方向に半分に切断する平面１５３の周りの端面１５０上の溝部１５４に関して鏡像である。端面１５０、１５１上のいくつかの溝部１５４は、端面１５０、１５１に対する回転方向１７０が反対であるため、鏡像である。これにより、内側及び外側への圧送が正しく機能する。
【0034】
図１０は、図８の端面１５０と対応する端カバー３０との間の軸受流体薄膜の（例えば、ミクロンスケールにおける）動圧分布の代表的なグラフである。例えば、高圧スパイク（例えば、領域１７５による表示）が、運動エネルギが圧力に変換されるために、第１の組１５６の溝部１５４のダム部分１６８において見える。図１１は、回転子の端面１５０上の螺旋状の溝部１５４の異なる溝部深さについて、（例えば、回転子の端面１５０と端カバー３０との間における）発生する流体力と流体薄膜厚のグラフ１７６である。グラフ１７８、１８０、１８２は、螺旋状の溝部１５４について溝部の深さがそれぞれ１０μｍ、２０μｍ、３０μｍであることを表す。グラフ１７６は、高い軸受剛性（薄膜厚の単位変化あたりに発生する流体力の変化）が、螺旋状の溝部１５４で得られ得ることを示している。特に、流体力は、回転子４４と端カバー３０との間の隙間を減少させると共に増加し、回転子４４を端カバー３０から押し離すための強い抵抗力を発生させる。
【0035】
回転子の端面１５０上の動圧生成機構１５２と併せて、静水圧強化機構が、回転子の端面１５０との界面を有する端カバー３０の表面上に存在しうる。図１２～１４は、一実施形態の静水圧強化機構１８４を有する回転式ＰＸ２０の端カバー３０の側面図である。図１２～図１４に示されているように、静水圧強化機構１８４は、回転子の端面１５０（又は回転子の端面１５１）との界面を有する端カバー３０の表面１８６（表面１８７）上に配置されている。端カバー３０は開口１８８、１９０を備え、特定の実施形態では、環状の溝部１９２（図１２及び１４参照）を備える。環状の溝部は、流体（例えば、ＨＰ第１の流体）を受け入れて、回転子４４の周囲の周方向の圧力分布を均一化しようとするプレナムを形成する。図１２～１４に示されているように、静水圧強化機構１８４は、ポート又は開口１９４を備える。ポート１９４の数及び形状は、変えることができる。具体的には、第１の組１９６のポート１９４は、溝部１９２に隣接して配置され、これらポート１９４は、半径方向１４６において溝部１９２よりも内側に配置されており、（例えば、長手軸線７４に対して）開口１８８、１９０よりも半径方向外側に配置されている。第２の組１９８のポート１９４は、半径方向１４６において溝部１９２及び開口１８８、１９０の両方よりも内側に配置される。
【0036】
第１の組１９６及び第２の組１９８のポート１９４は、図１５及び図１６に示されているように、静水圧チャネルネットワーク１９５を形成する。第１の組１９６及び第２の組１９８の両方の各ポート１９４は、端カバー３０を通って延びるそれぞれのチャネル１９７（例えば、Ｌ字形チャネル）に連結されている。特に、チャネル１９７は、表面１８６から端カバー３０内に軸線方向３２に延びる第１の部分１９９と、端カバー３０の外周又は直径２０３に半径方向１４６に延びる、第１の部分１９９に連結される第２の部分２０１とを含んでいる。高圧流体は、外周２０３から、第１の部分１９９を通って（例えば、入口２０９を介して）チャネル１９７の第２の部分２０１に流入し、半径方向１４６においてポート１９４（例えば、出口）から出て、アキシャル軸受薄膜内に圧力上昇を生成する。特定の実施形態では、（例えば、図１５に示されているように）第１の組１９６の外径ポート１９４は、第２の組１９８の半径方向に隣接する内径ポート１９４の同じチャネル１９７の一部（例えば、第２の部分２０１）を共有しうる。特定の実施形態では、（例えば、図１６に示されているように）第１の組１９６及び第２の組１９８の両方の各ポート１９４は、別個のチャネル１９７に連結されうる。端カバー３０内のチャネル１９７の製造中、第２の部分２０１は、第１の部分１９９の直径２０７よりも大きい直径２０５を有する。それぞれのチャネル１９７にわたる圧力降下は、それぞれの直径２０５、２０７及び部分２０１、１９９の長さによって規定され、したがって、ポート出口における圧力が、有効な静水圧軸受作用を生成するために十分に高くなるように最適化される。これにより、部分１９９、２０１が互いに合流してチャネル１９７を形成することを保証される。特定の実施形態では、チャネル１９７は、機械加工されうる（例えば、放電加工されうる）。
【0037】
図１２、図１３Ａ及び図１３Ｂに戻ると、第１の組１９６及び第２の組１９８のポート１９４は、（例えば、長手軸線７４に対して）図８の回転子の端面１５０の第１の組１５６及び第２の組１６０の溝部１５４と半径方向１４６に位置合わせされている。特定の実施形態では、ポート１９４及び溝部１５４は、共にハイブリッド動圧静水圧軸受システムとして作用する。溝部１５４によって生成される流体力は、ポート１９４によって生成される静水圧力を補う。静水圧強化機構（例えば、参照番号１８４）は、これらのポート１９４を通して供給される高圧流体によって、さらなる荷重支持能力を提供しつつ、動圧生成機構は、回転子４４の回転と運動エネルギの圧力上昇への変換とによって、さらなる荷重支持能力を提供することに留意することが重要である。動圧生成機構は、また、静水圧軸受単独で達成することができるものよりも高い流体薄膜剛性を提供し、ひいては、様々な振動モードによる回転子４４の高速の一時的な運動によって引き起こされる擦り事象に対して、比較的に高い抵抗を提供する。
【0038】
特定の実施形態では、端カバー３０は、動圧生成機構と静水圧強化機構の両方を有しうる。図１３Ａ及び１３Ｂは、一実施形態の静水圧強化機構１８４（例えば、ポート）と動圧生成機構１５２（例えば、螺旋状の溝部１５４）とを有する回転式ＰＸ２０の両方の端カバー３０の側面図である。端カバー３０の表面１８６、１８７は、それぞれ、回転子４４の両方の端面１５０、１５１との界面を有する。端カバー３０は、第１の組１９６のポート１９４に隣接する螺旋状の溝部１５４を有する。図示されているように、第１の組１９６のポート１９４は、周方向１４８に数個の溝部１５４ごとに分散されている（すなわち、ポートが数個の溝部１５４ごとに間に配置されている）。特定の実施形態において、ポート１９４は、各隣接する対の溝部１５４の間に配置されうる。端カバーの表面１８６上のいくつかの溝部１５４は、端回転子の端面１５０、１５１について上述したのと同じ理由により、平面１５３の周りの端カバーの表面１８７上の溝部１５４に関して鏡像である。端カバー３０の溝部１５４は、回転子４４の端面１５０、１５１上のものと同様に機能する。
【0039】
特定の実施形態では、静水圧強化機構１８４は、図１４に示すようにポケット又は凹部２００内に配置されたポート１９４を有しうる。ポケット２００の形状及び数は、変えることができる。図示のように、ポケットは矩形を有する。ポケット２００あたりのポート１９４の数は、変えることができる。さらに、ポケット２００に対するポート１９４の位置は、変えることができる。ポケット２００は、約３０μｍ～１００μｍの（例えば、軸線方向３２における）深さを有しうる。ポケット２００は、改善された圧力分布及び剛性を提供する。ポケット２００は、端カバー３０と回転子４４との間の隙間の完全な閉鎖が生じる場合に、軸受薄膜を通る流れを狭めるのを回避するのに役立つ。特定の実施形態では、（例えば、図１２～１４における）ポート１９４は、ポート１９４と関連付けられたチャネル１９７内に配置されたオリフィス流量制限器２１１を有しうる。図１７に示されているように、オリフィス流量制限器２１１は、第１の組１９６及び第２の組１９８の両方において、ポート１９４に関連するチャネル１９７内に配置される。特に、オリフィス流量制限器２１１は、第１の部分１９９内に配置される。特定の実施形態において、オリフィス流量制限器２１１は、第２の部分２０１に配置されうる。オリフィス流量制限器２１１は、ポケットの圧力に負荷された荷重をそれ自体で調整する能力を提供する。例えば、回転子４４が軸受隙間を閉じるように強いる、非常に高い負荷が回転子４４に加えられると、軸受薄膜からの流出はほとんどゼロになり、オリフィスを越える流れはない。これにより、オリフィスを越える圧力降下が無視できるほどになり、静水圧ポケット内の圧力が上昇することが可能になる。ポケット圧力の上昇により、回転子４４を端カバー３０から押し離し、自己補正挙動を提供する。回転子４４上の軸線方向スラストが無視できる値まで低下すると、軸受隙間の増加により、大きな漏れ流れが軸受隙間を通ることが可能となり、流れに対する唯一の抵抗がオリフィス流量制限器２１１によって提供される。これにより、オリフィスを越える圧力降下がポケット圧力を減らすのに十分になるまで、流量が増加する。これにより、また、自己補正挙動を介して、回転子４４を平衡位置に戻す。オリフィス流量制限器２１１及びポケット２００は、端カバー３０上に機械加工（例えば、放電加工）されうる。特定の実施形態では、外部オリフィス流量制限器を端カバー３０のＯＤ上に位置する静水圧ポートの開口に取り付けることもできる。
【0040】
図１４に戻ると、静水圧強化機構１８４（例えば、ポート１９４、ポケット２００、オリフィス流量制限器など）は、高圧流体がポート１９４及び／又はオリフィス流量制限器を通って圧送されるときに、アキシャル軸受薄膜内に圧力上昇を生成する。動作中において、ポート１９４は、ＨＰ流体（例えば、端カバー３０に応じて第１の流体又は第２の流体）の圧力を利用して、回転子４４に対して力を加えて、回転子４４が端カバー３０に接触する可能性を排除及び／又は実質的に低減する。特に、第１の外力（及び意図しない力）を介して、回転子４４が端カバー３０に向かって駆動されるとき、アキシャル軸受（すなわち、静水圧強化機構１８４）内の局所化された圧力が増加し、それによって、第１の力と等しいか又は僅かに大きい第２の内力（及び意図された力）を回転子４４に発生させる。その結果、アキシャル軸受によって生成される力により、回転子４４を均衡のとれた位置に維持する。
【0041】
図１８は、図１２の回転子と端カバー３０との間の界面における静水圧分布の二次元グラフである。図示されるように、高圧領域２１３が、第１の組１９６のポート１９４に対応する薄膜領域内に存在する。図１９は、ハイブリッド軸受システムを有する回転子と端カバー（例えば、図１３Ａの端カバー３０）との間の界面における静水圧分布の二次元グラフである。図１９に示されているように、高圧領域２１５は、第１の組１９６及び第２の組１９８の両方のポート１９４及び螺旋状の溝部１５４に対応する薄膜領域内に存在する。図２０は、ハイブリッド軸受システムを欠く回転子と端カバーとの間の界面における静水圧分布の二次元グラフである。 図２０に示されているように、図１９において観察される高圧領域が存在しない。図１９のこれらの高圧領域２１５は、ハイブリッド軸受なしの端カバー３０と比較して、さらなる荷重支持能力を提供する。
【0042】
図２１は、回転子４４の端面１５０上の動圧生成機構１５２についての代替の溝部形状を示す。動圧生成機構１５２はへリングボーン形状の溝部２０２を備える。この溝部２０２は、端面１５０の外周又は直径１５８に沿って（例えば、チャネル７６の半径方向外側において）、長手軸線７４を中心として周方向１４８に配置されている。溝部２０２は、中央円周部分２０４と、溝部２０２についてＹ字形部分を形成するために、中央円周部分２０４から離れる角度（例えば、斜角）で延びる分岐部２０６とを備える。へリングボーン形状の溝部２０２は、溝部２０２のＹ字型の分岐部による二方向の傾斜や撓みの補正能力を提供する。従って、回転子４４が内径に向かって傾斜又は変形する場合、半径方向１４６において内側の分岐部２０６は、比較的に小さい薄膜厚に支えられる。これにより、内側の分岐部２０６は、半径方向１４６において外側の分岐部２０６よりも大きな動圧を生じさせ、その結果、回転子４４をその平衡位置に押し戻す。回転子４４が外径に向かって傾斜又は変形する場合、半径方向１４６において外側の分岐部は、比較的に小さい厚さに支えられる。これにより、外側の分岐部２０６は、内側の分岐部２０６よりも多くの動圧を生じさせ、その結果、回転子４４をその平衡位置に押し戻す。いくつかのＹ字型部分の分岐部は、これら分岐部２０６の各々の分岐部２０６の端部に位置するダム部分に向かう流れを加速するのを助ける。溝部２０２の中央円周部分２０４は、Ｙ字型の部分の全てを越える流れを均一に循環させるのを助け、回転子４４上にモーメントの不均衡を作り出しうるいかなるチャネルを狭めるのを回避する。また、中央円周部分２０４は、Ｙ字型の分岐部で発生する熱を取り除く。特に、中央円周部分２０４は、面の反りや熱亀裂を回避するために、動圧の作用から生じる高粘性熱を消散させるための冷却流を提供する。溝部２０２は、端面１５０上に機械加工（例えば放電加工）されうる。
【0043】
特定の実施形態において、端面１５０上の溝部２０２は、端カバー３０上の静水圧強化機構１８４と併せて利用されうる。例えば、溝部２０２は、図１２～１４の端カバー３０上の静水圧強化機構１８４（例えば、ポート、ポケットなど）と併せて利用されうる。特定の実施形態では、端カバー３０上のいくつかのポート１９４は、半径方向１４６において中央円周部分２０４と位置合わせすることができる。
【0044】
特定の実施形態では、界面を有する回転子の端面１５０上に配置される機構１５２、１８４を有さず、動圧生成機構１５２及び静水圧強化機構１８４（例えば、溝部及びポート）の両方が端カバー３０の表面１８６上にのみ配置されうる。図２２及び図２３は、一実施形態の動圧生成機構１５２及び静水圧強化機構１８４（例えば、螺旋状の溝部２０８と、いくつかの溝部２０８同士の間のポート２１０）の両方を有する回転式ＰＸ２０の端カバー３０の側面図である。第１の組２１２の溝部２０８（例えば、内向き圧送溝部）が、（例えば、半径方向１４６においてチャネル７６と溝部１９２との間において）表面１８６上の長手軸線７４に対して周方向１４８に配置される。第２の組２１４の溝部２０８（例えば、外向き圧送溝部）が、（例えば、半径方向１４６においてチャネル７６及び溝部１９２の両方よりも内側において）表面１８６上の長手軸線７４に対して周方向１４８に配置される。溝部２０８の数及び形状は、変えることができる。機能的には、溝部２０８は、図８の溝部１５４と同様に動作する。図２２に示されているように、いくつかのポート２１０が、（例えば、いくつかの溝部２０８と周方向に位置合わせされて）いくつかの溝部２０８同士の間の表面１８０上に周方向に配置される。図２２に示されているように、いくつかのポート２１０は、数個の溝部２０８ごとの間に配置される。特定の実施形態において、いくつかのポート２１０は、隣接する各対の溝部２０８の間に配置されうる。図２３に示されているように、いくつかのポート２１０は、溝部２０８上の表面１８０上に周方向に配置される。図２３に示されているように、いくつかのポート２１０は複数の溝部２０８のいくつかに配置されている。特定の実施形態において、いくつかのポート２１０は、いくつかの溝部２０８のそれぞれに配置されうる。いくつかのポート２１０は、上述したポート１９４と機能的に同様に動作する。溝部２０８とポート２１０とが共に、ハイブリッド動圧静水圧軸受システムとして機能する。
【0045】
図２４は、一実施形態の動圧生成機構１５２と静水圧強化機構１８４（例えば、へリングボーン形状の溝部とポート）との両方を有する回転式ＰＸ２０の端カバー３０の側面図である。図示されるように、動圧生成機構１５２は、半径方向において（放射状に）溝部１９２と開口１８８、１９０との間の端カバー３０の表面１８６上に配置されたへリングボーン形状の溝部２１６を備える。構造的には、溝部２１６は、図２１の溝部２０２に類似した、中央部分２１８及び分岐部２２０を備える。さらに、溝部２１６は、図２１の溝部２０２と同様に機能する。図示されるように、静水圧強化機構１８４は、溝部２１６上に配置されたいくつかのポート２２２を備える。特に、いくつかのポート２２２は、いくつかのＹ字型部分同士の間の中央部分２１８上に配置される。図示されるように、いくつかのポート２２２は、溝部２１６の隣接する複数のＹ字形部分同士のいくつかの間に配置される。特定の実施態様において、いくつかのポート２２２は、溝部２１６の隣接する各対のＹ字形部分同士の間に配置されうる。ポート２２２の数及び形状は、変えることができる。いくつかのポート２２２は、図１２～１４のポート１９４と同様に機能する。ポート２２２と溝部２１６とが共に、ハイブリッド動圧静水圧軸受システムとして機能するように作用する。
【0046】
図２５は、一実施形態の動圧生成機構１５２及び静水圧強化機構１８４（例えば、Ｖ字形の溝部及びポート）の両方を有する回転式ＰＸ２０の端カバー３０の側面図である。図示されるように、動圧生成機構１５２は、半径方向において（放射状に）溝部１９２と開口１８８、１９０との間の端カバー３０の表面１８６上に配置された複数の溝部２２４（例えば、Ｖ字形の溝部）を備える。さらに、いくつかの溝部２２４は、互いに対して周方向に位置合わせされる。各溝部２２４は、中央部分２２８上に収束する一対の分岐部２２６を備える。「Ｖ」字形の２つの分岐の目的は、図２４におけるものと同様である。すなわち、「二方向」傾斜及びＮＤ２振動補正を提供することである。しかしながら、この場合には、全ての個々の溝部を接続する中央の周チャネルは含まれない。この理由は、軸受薄膜を通る漏れ流れを最小限に抑える必要がある特定の用途では、上記中央のより深い周チャネルがないことで、漏れを減少させるのに役立ちつつ、二方向傾斜補正機構からは依然として利益を得る。図示されるように、静水圧強化機構１８４は、隣接する各対の溝部２２４同士の間に配置されたいくつかのポート２３０を備える。いくつかのポート２３０は、いくつかの溝部２２４の中央部分と周方向に位置合わせされている。ポート２３０の数及び形状は、変えることができる。ポート２３０は、図１２～１４のポート１９４と同様に機能する。ポート２３０及び溝部２２４は共にハイブリッド動圧静水圧軸受システムとして機能するように作用する。
【0047】
図２６及び図２７は、それぞれ、一実施形態の動圧生成機構１５２及び静水圧強化機構１８４（例えば、テーパ付きランド、ポート、ポケット）の両方を有する回転式ＰＸ３０の端カバー３０の側面図及び斜視図である。図２８は、図２６の線２８－２８に沿った端カバー３０の断面図である。動圧生成機構１５２は、半径方向において溝部１９２と開口１８８、１９０との間において（放射状に）配置されたいくつかのテーパ付きランド２３２を備える。静水圧強化機構１８４は、ポケット２３４と、各テーパ付きランド２３２に隣接するプラトー(plateau)又は平坦領域２３８上に配置されたポケット２３４内に配置されたポート２３６とを備える。特定の実施形態では、平坦領域２３８は、ポート２３６のみを備える（すなわち、ポケット２３４を伴わない）。ポケット２３４及びポート２３６は、図１４で説明したように機能する。ポケット２３４の深さ、形状、及びサイズは、変えることができる。ポート２３６の形状、数、及び位置は、変えることができる。複数の対のテーパ付きランド２３２及び平坦領域２３８が、環状配置で長手軸線７４を中心として位置合わせされて周方向に配置される。図２８に示されているように、テーパ付きランド２３２は、周方向１４８に沿って、周方向位置θ０から平坦領域２３８に隣接するθ１まで（例えば、方向３２において）上昇する。図示されるように、テーパ付きランド２３２の長さは、平坦領域２３８の長さよりも大きい。テーパ付きランド２３２上の平坦面（例えば、回転子４４の端面１５０）の運動により、楔部を包囲する流体よりも高い圧力を楔部内に発生させる「絞り作用(squeeze action)」と呼ばれるものを使用して、収束する楔形状のゾーン２４０内に流体を引き込む。回転子４４が流体を平坦領域２３８にわたって押し広げるとき、流体薄膜の内部の圧力は、この上昇値で一定に保たれる。ポート２３６は、平坦領域２３８内の圧力を補うだけでなく、平坦領域内の隙間が薄膜に入ることができない完全に閉じられた場合に、平坦領域内の流体の供給源を提供するために、静水圧を生成する。したがって、ポート２３６（及び／又はポケット２３４）及びテーパ付きランド２３２は、共に、ハイブリッド動圧静水圧軸受システムとして機能するように作用する。ハイブリッドテーパ付きランド静水圧軸受の性能は、テーパ付きランド２３２の角度、テーパ領域の最大深さ及び最小深さ、静水圧ポート２３６の位置、及び、静水圧ポケット２３４のサイズの調整を介して最適化することができる。
【0048】
本発明は、様々な変形例及び代替形態が可能であるが、具体的な実施形態は図面において例として示されており、本明細書に詳細に記載されている。しかしながら、本発明は、開示された具体的な形態に限定されることは意図しないことが理解されるであろう。むしろ、本発明は以下の添付の特許請求の範囲によって規定される発明の精神及び範囲内にある全ての修正、均等物及び代替物に及ぶべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【手続補正書】
【提出日】2024-10-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0048】
本発明は、様々な変形例及び代替形態が可能であるが、具体的な実施形態は図面において例として示されており、本明細書に詳細に記載されている。しかしながら、本発明は、開示された具体的な形態に限定されることは意図しないことが理解されるであろう。むしろ、本発明は以下の添付の特許請求の範囲によって規定される発明の精神及び範囲内にある全ての修正、均等物及び代替物に及ぶべきである。
また、本開示は以下の発明を含む。
第１の態様は、
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える、システムである。
第２の態様は、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、回転式圧力交換器を備える、第１の態様におけるシステムである。
第３の態様は、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された静水圧強化機構を備える、第１の態様におけるシステムである。
第４の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数のポートを備える、第３の態様におけるシステムである。
第５の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数のポートを備え、前記第２の複数のポートは、前記長手軸線に対して前記第１の複数のポートの半径方向内側に位置する、第４の態様におけるシステムである。
第６の態様は、
前記第１の複数のポート及び前記第２の複数のポートは、前記第１の端カバー内に配置された複数のチャネルに連結されて静水圧チャネルネットワークを形成する、第５の態様におけるシステムである。
第７の態様は、
前記複数のチャネルの各チャネルは、前記長手軸線に対して軸線方向に延びる第１の部分と、前記長手軸線に対して半径方向に延びる第２の部分とを備え、前記第２の部分は、高圧流体を受け入れるように構成された入口に連結されており、前記第１の部分は、前記高圧流体を排出するように構成された前記第１の複数のポート又は前記第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートに連結されている、第６の態様におけるシステムである。
第８の態様は、
前記第２の部分の直径は、前記第１の部分の直径よりも大きい、第７の態様におけるシステムである。
第９の態様は、
前記静水圧強化機構は、前記複数のチャネルの内の少なくとも１つのチャネル内に配置されたオリフィス流量制限器を備える、第６の態様におけるシステムである。
第１０の態様は、
前記静水圧強化機構は、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された複数の凹部を備え、前記第１の複数のポート又は前記第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートが、前記複数の凹部のそれぞれの凹部内に配置されている、第５の態様におけるシステムである。
第１１の態様は、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された動圧生成機構を備える、第４の態様におけるシステムである。
第１２の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された動圧生成機構が、前記長手軸線の周りに周方向に延びるへリングボーン形状の溝部を備え、前記第１の複数のポートが前記へリングボーン形状の溝部内に配置されている、第１１の態様におけるシステムである。
第１３の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された表面上に配置された前記動圧生成機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した複数の溝部を備え、前記第１の複数のポートの各ポートは、前記複数の溝部の隣接する一対の溝部の間に配置されている、第１１の態様におけるシステムである。
第１４の態様は、
前記複数の溝部の各溝部は、Ｖ字形又は螺旋状を備える、第１３の態様におけるシステムである。
第１５の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記動圧生成機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した複数のテーパ付きランドを備え、前記第１の複数のポートの各ポートは、前記複数のテーパ付きランドのそれぞれのテーパ付きランドに配置されている、第１１の態様におけるシステムである。
第１６の態様は、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記筒状の回転子の前記第１の端面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構とを備える、第１の態様におけるシステムである。
第１７の態様は、
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の外径に隣接する前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数の溝部を備える、第１６の態様におけるシステムである。
第１８の態様は、
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の内径に隣接する前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数の溝部を備える、第１７の態様におけるシステムである。
第１９の態様は、
前記第１の複数の溝部の各溝部は、螺旋状を有する、第１７の態様におけるシステムである。
第２０の態様は、
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の外径に隣接する前記筒状の回転子の長手軸線の周りに延びるへリングボーン形状の溝部を備える、第１６の態様におけるシステムである。
第２１の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数のポートを備える、第１６の態様におけるシステムである。
第２２の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数のポートを備え、前記第２の複数のポートは、前記長手軸線に対して前記第１の複数のポートの半径方向内側に位置する、第２１の態様におけるシステムである。
第２３の態様は、
前記第１の複数のポート及び前記第２の複数のポートは、前記第１の端カバー内に配置された複数のチャネルに連結されて静水圧チャネルネットワークを形成する、第２２の態様におけるシステムである。
第２４の態様は、
前記静水圧強化機構は、前記複数のチャネルの内の少なくとも１つのチャネル内に配置されたオリフィス流量制限器を備える、第２３の態様におけるシステムである。
第２５の態様は、
前記静水圧強化機構は、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された複数の凹部を備え、前記第１の複数のポート又は第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートが、前記複数の凹部のそれぞれの凹部内に配置されている、第２１の態様におけるシステムである。
第２６の態様は、
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムと、を備え、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記筒状の回転子の前記第１の端面上に配置された動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された静水圧強化機構とを備え、
前記動圧生成機構は、前記第１の端面上に配置された１つ以上の溝部を備え、前記静水圧強化機構は複数のポートを備える、システムである。
第２７の態様は、
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムと、を備え、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構との両方を備える、システムである。
また、本開示は以下の発明を含む。
第１の態様は、
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える、システムである。
第２の態様は、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、回転式圧力交換器を備える、第１の態様におけるシステムである。
第３の態様は、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された静水圧強化機構を備える、第１の態様におけるシステムである。
第４の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数のポートを備える、第３の態様におけるシステムである。
第５の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数のポートを備え、前記第２の複数のポートは、前記長手軸線に対して前記第１の複数のポートの半径方向内側に位置する、第４の態様におけるシステムである。
第６の態様は、
前記第１の複数のポート及び前記第２の複数のポートは、前記第１の端カバー内に配置された複数のチャネルに連結されて静水圧チャネルネットワークを形成する、第５の態様におけるシステムである。
第７の態様は、
前記複数のチャネルの各チャネルは、前記長手軸線に対して軸線方向に延びる第１の部分と、前記長手軸線に対して半径方向に延びる第２の部分とを備え、前記第２の部分は、高圧流体を受け入れるように構成された入口に連結されており、前記第１の部分は、前記高圧流体を排出するように構成された前記第１の複数のポート又は前記第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートに連結されている、第６の態様におけるシステムである。
第８の態様は、
前記第２の部分の直径は、前記第１の部分の直径よりも大きい、第７の態様におけるシステムである。
第９の態様は、
前記静水圧強化機構は、前記複数のチャネルの内の少なくとも１つのチャネル内に配置されたオリフィス流量制限器を備える、第６の態様におけるシステムである。
第１０の態様は、
前記静水圧強化機構は、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された複数の凹部を備え、前記第１の複数のポート又は前記第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートが、前記複数の凹部のそれぞれの凹部内に配置されている、第５の態様におけるシステムである。
第１１の態様は、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された動圧生成機構を備える、第４の態様におけるシステムである。
第１２の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された動圧生成機構が、前記長手軸線の周りに周方向に延びるへリングボーン形状の溝部を備え、前記第１の複数のポートが前記へリングボーン形状の溝部内に配置されている、第１１の態様におけるシステムである。
第１３の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された表面上に配置された前記動圧生成機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した複数の溝部を備え、前記第１の複数のポートの各ポートは、前記複数の溝部の隣接する一対の溝部の間に配置されている、第１１の態様におけるシステムである。
第１４の態様は、
前記複数の溝部の各溝部は、Ｖ字形又は螺旋状を備える、第１３の態様におけるシステムである。
第１５の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記動圧生成機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した複数のテーパ付きランドを備え、前記第１の複数のポートの各ポートは、前記複数のテーパ付きランドのそれぞれのテーパ付きランドに配置されている、第１１の態様におけるシステムである。
第１６の態様は、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記筒状の回転子の前記第１の端面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構とを備える、第１の態様におけるシステムである。
第１７の態様は、
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の外径に隣接する前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数の溝部を備える、第１６の態様におけるシステムである。
第１８の態様は、
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の内径に隣接する前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数の溝部を備える、第１７の態様におけるシステムである。
第１９の態様は、
前記第１の複数の溝部の各溝部は、螺旋状を有する、第１７の態様におけるシステムである。
第２０の態様は、
前記第１の端面上に配置された前記動圧生成機構は、前記筒状の回転子の外径に隣接する前記筒状の回転子の長手軸線の周りに延びるへリングボーン形状の溝部を備える、第１６の態様におけるシステムである。
第２１の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記筒状の回転子の長手軸線に対して周方向に離間した第１の複数のポートを備える、第１６の態様におけるシステムである。
第２２の態様は、
前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された前記静水圧強化機構は、前記長手軸線に対して周方向に離間した第２の複数のポートを備え、前記第２の複数のポートは、前記長手軸線に対して前記第１の複数のポートの半径方向内側に位置する、第２１の態様におけるシステムである。
第２３の態様は、
前記第１の複数のポート及び前記第２の複数のポートは、前記第１の端カバー内に配置された複数のチャネルに連結されて静水圧チャネルネットワークを形成する、第２２の態様におけるシステムである。
第２４の態様は、
前記静水圧強化機構は、前記複数のチャネルの内の少なくとも１つのチャネル内に配置されたオリフィス流量制限器を備える、第２３の態様におけるシステムである。
第２５の態様は、
前記静水圧強化機構は、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された複数の凹部を備え、前記第１の複数のポート又は第２の複数のポートのいずれかのそれぞれのポートが、前記複数の凹部のそれぞれの凹部内に配置されている、第２１の態様におけるシステムである。
第２６の態様は、
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムと、を備え、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記筒状の回転子の前記第１の端面上に配置された動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置された静水圧強化機構とを備え、
前記動圧生成機構は、前記第１の端面上に配置された１つ以上の溝部を備え、前記静水圧強化機構は複数のポートを備える、システムである。
第２７の態様は、
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムと、を備え、
前記ハイブリッド動圧静水圧軸受システムは、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの動圧生成機構と、前記第１の端カバーの前記第１の表面上に配置されたいくつかの静水圧強化機構との両方を備える、システムである。
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の流体と第２の流体との間で圧力を交換するように構成された流体圧エネルギ伝達システムであって、前記第１の流体は前記第２の流体よりも高い圧力を有する、流体圧エネルギ伝達システムを備える、システムにおいて、
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える、システム。
前記流体圧エネルギ伝達システムは、
回転軸線を中心に周方向に回転するように構成された筒状の回転子であって、互いに対向して配置された、第１の端面と第２の端面とを有する、筒状の回転子と、
前記筒状の回転子の前記第１の端面との界面を有する第１の表面を有する第１の端カバーと、
前記筒状の回転子の軸線方向変位に抵抗するように構成されたハイブリッド動圧静水圧軸受システムとを備える、システム。
【外国語明細書】