DE69112369T2

DE69112369T2 - Einzeldurchfluss-Turbopumpe mit integrierter Überdruckpumpe.

Info

Publication number: DE69112369T2
Application number: DE69112369T
Authority: DE
Inventors: Jean-Philippe Girault
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1990-12-31
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: US5232333A; EP0494007B1; EP0494007A1; JPH04276142A; FR2671141A1; DE69112369D1; FR2671141B1

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbopumpe mit integrierter Einzeldurchfluß- oder -durchströmungsaufladung für das Unterdrucksetzen eines Fluids.
Die Turbopumpen werden in verschiedenen Bereichen verwendet und insbesondere in der Raumfahrt zum Unterdrucksetzen von Raketentreibstoffen.
Die Suche nach einer Erhöhung der Ausbeute und gleichzeitig einer Reduktion des Platzbedarfs und der Masse einer Turbopumpe führt dazu, daß hohe Drehgeschwindigkeiten ausgewählt werden.
Bei großen Drehgeschwindigkeiten ist die Gefahr der Kavitation erhöht. Deshalb hat man bereits ins Auge gefaßt, einer Niederdruckaufladungspumpe eine Hochdruckpumpe zuzuordnen, wobei erstere den notwendigen Druckanstieg am Eingang des Hochdruckflügelrades liefern würde, um jegliche Kavitation bei großen Drehgeschwindigkeiten zu vermeiden.

Stand der Technik

Verschiedene Antriebsarten einer Niederdruckaufladungspumpe und unterschiedliche Arten, Kreise geringen Drucks oder Niederdrucks (BP) und hohen Drucks oder Hochdrucks(HP) zu verbinden, wurden bereits vorgeschlagen.
So ist eine herkömmliche Antriebsart einer Niederdruckaufladepumpe 3 schematisch dargestellt in Figur 2A, gebildet aus einem Umleitungskreis. In diesem Fall wird ein Teil 7 des Fluids HP, der von der Hochdruckpumpe 1 befördert wird, von dem Ausgang der Pumpe HP 1 zur hydraulischen Niederdruckturbine 4 zurückgebracht, die dem Antrieb der Aufladepumpe BP 3 dient. Das in die Pumpe BP 3 eingeführte Fluid BP 5 weist am Ausgang von jener einen mittleren Druck (MP) derart auf, daß der Fluidstrom 6 mit mittlerem Druck, der am Eingang der Pumpe HP 1 aufgebracht wird, ermöglicht, jegliche Kavitation auf der Höhe der Pumpe HP 1 zu vermeiden, sogar wenn diese eine erhöhte Drehgeschwindigkeit aufweist. Das Fluid HP 7, das zur hydraulischen Turbine 4 zurückgeführt wird, die die Welle 42 der Pumpe BP 3 antreibt, bildet nur eine relativ kleine Fraktion des nützlichen Stromflusses HP 8. Die Welle 41 der Pumpe HP 1 wird selbst auf herkömmliche Weise durch eine Gasturbine 2 angetrieben, die einen Eingang 9 des Gases HP und einen Ausgang 10 des Gases BP aufweist.
Die Figur 28 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Pumpe, wie jene, die schematisch in Figur 2A dargestellt ist, vorgeschlagen in einer Veröffentlichung der NASA, genannt "Turbopump Systems for liquid rocket engines" SP- 8107, Seiten 53-55. Die Figur 28 zeigt so eine Aufladungspumpe BP 3, die durch eine hydraulische Turbine 4 angetrieben wird, die ausgehend von einer Fraktion 7 des Fluids HP 8, das von der Pumpe HP 1 kommt, gespeist wird, die ihrerseits ausgehend von einer Gasturbine, die in Figur 28 nicht dargestellt ist, angetrieben wird.
Die Systeme des Typs von jenem, der unter Bezugnahme auf Figuren 2A und 2B dargestellt ist, benötigen hydraulische Verbindungen Hochdruck - Niederdruck, die platzraubend sind und schwer abzudichten sind, wobei die Rückführung einer schwachen Rate unter großen Ladungsverlusten keineswegs den besten funktionellen Kompromiß liefert und nicht ermöglicht, alle Kavitationsprobleme auf der Höhe des Flügelrades HP der Pumpe HP 1 zu lösen. Darüber hinaus ist die Annahme einer "Reihenmontage", in der die Pumpe BP 3 vor der Pumpe HP 1 plaziert wird, eine platzraubende hydraulische Anordnung.
Die Figuren 3A bis 3D zeigen Systeme, die eine Aufladungspumpe BP 13 einer Pumpe HP 11 zuordnen, gemäß einem Kaskadenkreis. Die Figur 3A zeigt das Prinzipschema eines derartigen Systems, in dem die gesamte Fluidrate 17, die aus der Pumpe HP 11 hervorgeht, mit einer geringen Entspannung die hydraulische Turbine BP 14 betätigt, die durch die Welle BP 42 die Aufladungspumpe 13 antreibt, die den Eingangsfluidstrom BP 15 aufnimmt, um zum Eingang des Hochdruckflügelrades HP der Pumpe HP 11 einen Fluidstrom 16 mit mittlerem Druck zurückzuschicken. Wie in dem Fall des Systems von Figur 2A, liefert die Welle 41 der Pumpe HP 11 einen Ausgangsstrom 18 und wird auf herkömmliche Weise durch eine Gastubine 12 angetrieben, die einen Eingang 19 von Gas HP und einen Ausgang 20 von Gas BP aufweist.
Die Figuren 3B und 3C zeigen ein Anwendungsbeispiel des Kreises von Figur 3A im Falle einer Aufladungspumpe 13 von geringer Leistung. Die Figur 3B zeigt die Anordnung der verschiedenen Bestandteile des Systems von Figur 3A mit Ausnahme der Gasturbine 12, die nicht dargestellt ist, und die Figur 3C zeigt auf vereinfachte Weise die relativen Positionierungen in der Anordnung der Figur 3B, der Hauptantriebswelle 41, die von der Gasturbine 12 angetrieben wird, und der hydraulisch angetriebene Welle 42 mit ihren Lagern 43, 44 zum Stützen bezüglich des Gehäuses bzw. Rahmens. Die Figur 3C zeigt auf symbolische Weise die drehenden Elemente, die mit den Wellen 41 und 42 verbunden sind, d. h. die drehenden Elemente der hydraulischen Turbine 14 und der Pumpe BP 13, die mit der zweiten Welle BP 42 und den drehenden Elementen der Pumpe HP 11 verbunden sind, die mit der Hauptwelle HP 41 verbunden sind.
Die Figur 3D zeigt eine weitere spezielle Ausführungsform eines Schaltkreises, der einen Kaskadenzyklus impliziert, wie jener von Figur 3A, der in einer Veröffentlichung von O. E. BALJE beschrieben wurde, betitelt "Turbomachines", Seite 429, Verlag Edition Wiley, 1981. In diesem Fall wird die hydraulische Turbine 14 von einem drehenden Diffuser gebildet, der stromab des Rades HP der Pumpe HP 11 angeordnet ist und mit einem Induktor BP 13 verbunden ist, der eine Rolle derselben Art wie die Aufladungspumpe 13 der Figur 3A spielt, und sich stromauf des Rades der Pumpe HP 11 befindet.
Die experimentellen Versuche einer Anordnung, wie jener von Figur 3D, sind jedoch auf komplexe Lagerprobleme gestoßen und wurden auf Versuche mit geringer Geschwindigkeit und geringer Leistung begrenzt.
Die Figur 4 zeigt das Prinzipschema eines Turbopumpensystems mit Aufladungspumpe BP, in der eine Aufladungspumpe BP 23 mit einer Welle 42 verbunden ist, die durch eine Gasturbine 24 angetrieben wird, die ausgehend von einem Hauptgasantriebsstrom 31 der Pumpe HP 21 gespeist wird. In Figur 4 bezeichnet die Bezugsziffer 29 den Gasstrom HP, der auf die Hauptgasturbine 22 aufgebracht wird, während die Bezugsziffer 32 den Gasstrom BP bezeichnet, der von der Hilfsgasturbine 24 ausgeht. Die Bezugsziffern 25, 26 und 28 bezeichnen ihrerseits den Flüssigkeitsstrom BP am Eingang der Aufladungspumpe 23, den Flüssigkeitsstrom MP ausgehend von der Aufladungspumpe 23 und aufgebracht auf die Pumpe HP 21 bzw. den Flüssigkeitsstrom HP, der von der Pumpe HP 21 geliefert wird.
Ein System, wie jenes von Figur 4, ist durch Probleme der differentiellen Verzögerung zwischen den kalten Teilen auf der Pumpenseite und den heißen Teilen auf der Turbinenseite benachteiligt und durch die Dichtungsprobleme zwischen den Flüssigkeitskreisen und den Gaskreisen, die in diesem Zyklus inhärent sind. Ein Zyklus wie jener von Figur 4 ist darüber hinaus in dem Fall von sehr aktiven chemischen Fluiden, wie flüssigem Sauerstoff verboten.
Auf allgemeine Weise weisen die Systeme, wie jene in Figur 4 dargestellt, erhöhte Massenkräfte auf, sind komplex und sind aufgrund der Zuordnung von zwei Turbomaschinen sehr raumgreifend. Eine derartige Architektur impliziert eine Komplexität der Montage, eine große Zahl von Teilen und vielfältige Befestigungspunkte, was zu schwierigen Vibrationsproblemen in den Strukturen führen kann, die in der Brennkammer aufgehängt sind.

Aufgabe und kurze Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, und die Verwndung einer Niederdruckaufladungspumpe unter Zuordnung einer Turbopumpe zu ermöglichen, in dem Ziel, das Kavitationsphänomen abzuschaffen oder zu begrenzen in dem Bereich der Hochdruckpumpe bei großen Drehgeschwindigkeiten, unter Erreichen einer großen Kompaktheit der Anordnung, wobei ein erhöhtes Leistungsniveau beibehalten wird.
Diese Ziele werden erreicht dank einer Turbopumpe mit integrierter Einzeldurchfluß- oder -durchströmungsaufladung, gemäß den kennzeichnenden Eigenschaften von Anspruch 1.
Die Turbopumpe weist darüberhinaus einen Hochdruckinduktor auf, der auf der Hauptwelle zwischen dem Rücklaufkanal und dem Hochdruckflügelrad angeordnet ist.
Aufgrund des Prinzips, das darin besteht, die Kraft zwischen einer Niederdruckpumpe und einer Hochdruckpumpe, die in der Niederdruckpumpe eingebaut ist, zu teilen, ist es möglich, durch eine erfindungsgemäße Turbopumpe eine erhöhte Ausbeute zu erreichen, mit einer Möglichkeit der Optimierung der Pumpen, die genau so groß ist oder sogar größer ist als mit getrennten Pumpen, und eine erhöhte Drehgeschwindigkeit zu erreichen. Die Ausbeute kann umso höher sein, wie die Verkürzung der Kreise bezüglich des Standes der Technik vergrößert wird, wie jenem der Figuren 2A, 2B, 3A bis 3D und 4, was zu einer Verringerung der Leitungslastverluste führt.
Die besonders kompakte Architektur bzw. der besonders kompakte Aufbau der erfindungsgemäßen Turbopumpe mit Integration in der Turbomaschine einer drehenden Überdruckpumpe, gebildet durch ein Aufladeflügelrad, das durch ein seinerseits unter Druck gesetztes Fluid angetrieben wird, und dazu dient, den Druck des Fluids an seinem Eingang in die Hauptpumpe zu erhöhen, führt zu einer großen Verringerung der Gesamtmasse der Maschine und seines Platzbedarfs, unter Reduzierung der Anzahl der notwendigen Teile ohne Erhöhen der Schwierigkeiten der Produktion der Teile.
Diese Vorteile sind insbesondere wichtig im Rahmen einer Turbopumpe für den Raketenantrieb, in dem Maße, wo der Aufbau der Maschine und sein Montieren an der Gesamtrakete großenteils vereinfacht sind, durch die Verringerung der Anzahl der Teile und der Verbindungen zum Motor.
Die Reduktion der Montagezeit der Maschine und der Montage an der Rakete führen zu einer Verringerung der Kosten.
Die Verringerung der Anzahl der Organe, der Empfindlichkeit gegenüber Schwingungen und der Komplexität der Montage erhöht die Betriebssicherheit.
Die Konzeption der Gesamtanordnung wird vereinfacht aufgrund der Tatsache, daß spezielle Wiederauffangkreise und Betriebskreise der Flüssigkeits- oder Gasverluste wegfallen, und es ist möglich, einen Rückführkanal zu verwenden, der eine einfachere Form aufweist, als jener einer Spirale und kann sogar ein Torus sein, was die Kosten reduziert.
Dank der besonderen Struktur des mechanischen Energietauschers, der dem durch die Hauptpumpe unter Druck gesetzten Flüssigkeitsstrom ermöglicht, einen geringen Teil dieser Energie dem Aufladungsflügelrad abzugeben, überlagert sich quasi kein Wärmeaustausch über den mechanischen Energieaustausch hinaus.
Die Ausbildung des mechanischen Energietauschers in der Form eines Turbinenflügelrades mit hohlen Schaufeln nimmt an der Kompaktheit der Gesamtanordnung der Maschine durch die Kombination von zwei Funktionen teil, die von getrennten Organen übernommen werden, bei der Ausführungsart des Standes der Technik. So spielt gemäß der Erfindung das Innere der hohlen Schaufeln, das von dem durch die Hauptpumpe unter Druck gesetzten Strom durchquert wird, die Rolle der Turbine für die Niederdruckpumpe, während das Äußere dieser Schaufeln die Rolle des Flügelrads der Aufladungspumpe spielt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung definiert die Niederdruckaufladungspumpe einen Mitteldruckfluidstrom, der im wesentlichen parallel zur Achse der Turbopumpe ist, während die Hochdruckpumpe derart angeordnet ist, daß das Hochdruckflügelrad das Hochdruckfluid zum Inneren der gebogenen hohlen Schaufeln in einer Ebene zurückwirft, die senkrecht zur Achse der Turbopumpe ist.
Diese Anordnung, die im besonderen noch geringen spezifischen Geschwindigkeiten angepaßt ist, was zu Hochdruckzentrifugenflügelrädern führt, findet vornehmlich im Fall von dichten Fluiden Anwendung. Sie erleichtert die Einstellung der dynamischen Dichtheiten, wobei nur ausschließlich radiale Spiele eingeführt werden, die sich selbst kompensieren können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist die Niederdruckaufladungspumpe vom Schrauben- oder Spiralzentrifugentyp, und die Hochdruckpumpe ist derart angeordnet, daß das Hochdruckflügelrad das Hochdruckfluid zu dem Inneren der gebogenen hohlen Schaufeln des Niederdruckflügelrads in eine um einen Winkel geneigte Ebene zurückwirft, der bezüglich der Achse der Turbopumpe geringer als 90º ist.
Diese Anordnung ist insbesondere erhöhten spezifischen Geschwindigkeiten angepaßt, was zu schraubenzentrifugalen oder axialen Hochdruckflügelrädern führt, und sie findet eher Anwendung im Fall von Fluiden geringer Dichtheit. Sie erlaubt eine axiale Resultierende der gering erhöhten Kräfte zu erhalten, die leicht durch eine in die Aufladungspumpe beispielsweise eingebaute Ausgleichsvorrichtung ermittelt werden kann.
Die durch die Turbine auf eine hohe Geschwindigkeit angetriebene Hauptwelle ist bezüglich des Rahmens oder Gehäuses einerseits mit Hilfe eines hydrostatischen Lagers, das zwischen dem Niederdruckleitapparat und dem Hochdruckinduktor oder dem Hochdruckflügelrad angeordnet ist, und andererseits mit Hilfe eines Lagers gelagert, das hohen Geschwindigkeiten angepaßt ist, wobei es irn hinteren Boden des Rücklaufkanals angeordnet ist.
Die zweite Welle ist auf der ersten Welle mittels eines Rollenlagers und eines Doppelkugellagers gelagert.
Diese Anordnung mit vier Lagern ermöglicht, eine hohe Drehgeschwindigkeit für die Hauptwelle HP und die freie Drehung der Niederdruckanordnung zu erreichen, die von der hydraulischen Turbine angetrieben wird.
Es ist ersichtlich, daß die Lager, die zwischen der Pumpe BP und der Pumpe HP angeordnet sind, sich mit einer relativ geringen Geschwindigkeit drehen, die dem Drehgeschwindigkeitsunterschied zwischen der Hauptwelle HP und der zweiten Welle BP entspricht. Auf diese Weise sind die Lager wenig beansprucht und ihre Lebensdauer ist damit erhöht.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform, ist das Lager, das im hinteren Boden des Rückführkanals angebracht ist, ein Kugellager, das geschmiert und gekühlt wird durch eine geringe Rate von Hochdruckfluid, das dem axialen Kanal durch einen Rückspeisekanal von geringer Länge entnommen wird, der in der Hauptwelle ausgebildet ist, und in den Rückführkanal durch einen Rückspeisekanal geringer Länge zurückgeführt wird, der in der Seitenwand des Rücklaufkanals ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist das Lager, das im hinteren Boden des Rückführkanals angebracht ist, ein Fluid- oder ein Folienlager, gespeist durch eine schwache Rate von Mitteldruckfluid, das am Ausgang des Niederdruckleitapparats durch einen Rückspeisekanal von geringer Länge abgegriffen wird, der in der Seitenwand des Rückslaufkanals ausgebildet ist.
Gemäß noch einer anderen besonderen Ausführungsform ist das Lager, das im hinteren Boden des Rücklaufkanals ausgebildet ist, ein aktives magnetisches Lager, das durch eine geringe Rate von Mitteldruckfluid gekühlt wird, das am Ausgang des Niederdruckleitapparats durch einen Rückspeisekanal von geringer Länge abgegriffen wird, der in der Seitenwand des Rückslaufkanals ausgebildet ist.
Die schwache Mitteldruckfluidrate, die über den Rückspeisekanal abgegriffen wird, wird in einem Punkt der Turbopumpe mit geringem Druck zurückgeworfen, wie beispielsweise dem Eingang der Niederdruckaufladungspumpe, durch einen Kanal, der in der Hauptwelle enthalten ist, und zu dieser koaxial ist.
Diese Anordnung vermeidet jegliche äußeren Rohrleitungen, minimiert die Leitungsverluste und stellt die Betriebsbedingungen in Ausbringrate, Überdruck, Temperatur, sicher, die für die Lager optimal sind, die die Hauptwelle bei großer Geschwindigkeit lagern bzw. stützen. Sie stellt ebenfalls eine große Montageeinfachheit und eine Verringerung der Anzahl der Teile sicher, was dazu beiträgt, die Kosten zu reduzieren und die Betriebssicherheit zu steigern.
Das hydrostatische Lager, das zwischen dem Niederdruckleitapparat und dem Hochdruckinduktor oder dem Hochdruckflügelrad angeordnet ist, wird mit Hilfe eines kleinen Teils des Hochdruckaustrittsfluids gespeist, das in dem Rücklaufkanal vorliegt, mittels eines inneren kurzen Rückspeisekanals, der in dem Gehäuse integriert ist, und mittels Kanälen, die in dem Niederdruckleitapparat ausgebildet sind, wobei das Ausbringen dieses geringen Fluidteils, der in das hydrostatische Lager rückgespeist wird, direkt am Eingang der Hochdruckpumpe und am Austrittsende der Niederdruckpumpe vonstatten geht.
Diese Anordnung ermöglicht die Welle HP mit einem hohen Produkt oder Faktor D.N zu lagern (wobei D der Durchmesser der Welle und N die Drehgeschwindigkeit ist), und ermöglicht eine große Lebensdauer ohne Komplizierung der Montage und in Übereinstimmung mit dem allgemeinen Funktionsschema der Maschine zu erhalten.
Die Turbopumpe weist dynamische Dichtungseinrichtungen zwischen der zweiten Welle, die den Rotor der Niederdruckpumpe bildet, und den Organen auf, die mit der Hauptwelle verbunden sind, welche den Rotor der Hochdruckpumpe bilden, die Fluiddichtungen, wie Scheibchen- Labyrinthe, Ringe oder schwimmende Reifen aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Turbopumpe eine erste und eine zweite Anordnung von aufeinanderfolgenden Dichtungen von gegenwirkender Öffnung auf, die zwischen der zweiten Welle und dem Rotor der Hochdruckpumpe bzw. zwischen der zweiten Welle und dem Niederdruckleitapparat, der mit dem Gehäuse verbunden ist, angeordnet sind.
Die Fluiddichtungen weisen ein Spiel im Betrieb auf, das gleichzeitig erlaubt, die Leckraten des Fluids HP zum Ausgang der Pumpe BP zu minimieren und die Leckrate zum Eintritt der Pumpe BP auf die strikte Notwendigkeit der Lager einzustellen, die zwischen dem Niederdruckbereich und dem Hochdruckbereich angeordnet sind, und so an einer optimalen Kontrolle der Lecks teilzunehmen. Die so für das Schmieren der Lager in der bevorzugten Ausführungsform abgegriffene Rate wird ohne Montage oder zusätzliche Teile erhalten, in Übereinstimmung mit dem allgemeinen Funktionsschema der Maschine.
Gemäß einer weiteren besonderen Eigenschaft der Erfindung weist die Turbopumpe dynamische Dichtungseinrichtungen auf, zwischen den Organen, die mit der zweiten Welle verbunden sind, die einen Teil des Rotors der Niederdruckpumpe bilden und dem Rücklaufkanal, die Fluiddichtungen aufweisen, wie Scheibchen-Labyrinthe, die ein Betriebsspiel aufweisen, das die Fluidraten zwischen dem Hochdruck-Austrittsfluidstrom und dem Eingangsniederdruckfluidstrom minimiert.
Gemäß eines weiteren besonderen Aspektes der Erfindung wird der Rücklaufkanal durch ein im Gehäuse integriertes Gußteil begrenzt, das mit Verstärkungsrippen versehen ist, und eine ringförmige Dämpfungsdichtung ist zwischen das Gußteil und die Hauptwelle gesetzt.
Diese Eigenschaft stellt eine bessere Haltung der drehenden Anordnung sicher und trägt dazu bei, die Lebensdauer zu erhöhen.
Die Antriebsgasturbine der Hauptwelle weist einen Rahmen auf, der durch radiale Zapfen mit dem Gehäuse der Turbopumpe verbunden ist.
Die thermische Entkopplung zwischen der Pumpe und der Turbine wird so gut realisiert, ohne daß dabei die strukturelle Steifigkeit beeinträchtigt werden würde.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft angegeben sind, in denen:
- die Figur 1 eine axiale Schnittansicht einer Turbopumpe mit integrierter Einzeldurchströmungsaufladung, gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist,
- die Figur 2A eine Prinzipschema-Darstellung ist, die die bekannte Anordnung einer Turbopumpe und einer Niederdruckaufladungspumpe zeigt, die am Eingang der Turbopumpe angeordnet ist, und durch eine hydraulische Turbine angetrieben wird, die mit einem Hochdruckfluidstrom gespeist wird, der vom Austrittshochdruckfluidstrom der Turbopumpe abgeleitet ist,
- die Figur 2B eine axiale Halbschnittansicht eines bekannten Ausführungsbeispiels einer Turbopumpe ist, die mit einer Niederdruckaufladungspumpe gemäß dem Prinzipschema von Figur 2A verbunden ist,
- die Figur 3A ein Prinzipschema ist, das die bekannte Zuordnung einer Turbopumpe und einer Niederdruckaufladungspumpe zeigt, die am Eingang der Turbopumpe angeordnet ist und durch eine hydraulische Turbine angetrieben wird, die kaskadenförmig durch die Anordnung des Ausgangshochdruckfluidstromes der Turbopumpe gespeist wird,
- die Figur 3B eine axiale Halbschnittansicht einer ersten bekannten Ausführungsform der Turbopumpe ist, die mit einer Niederdruckaufladungspumpe von schwacher Leistung gemäß dem Prinzipschema von Figur 3A verbunden ist,
- die Figur 3C eine vereinfachte schematische Ansicht von bestimmten Elementen ist, die in der Ausbildung von Figur 3B Verwendung finden,
- die Figur 3D eine axiale Halbschnittansicht einer zweiten bekannten Ausführungsform einer Turbopumpe ist, die mit einem Niederdruckinduktor verbunden ist, gemäß dem Prinzipschema von Figur 3A, mit der Ausbildung einer gegenüber dem Fall der Ausbildungen der Figuren 3B und 3C erhöhten Leistung,
- die Figur 4 ein Prinzipschema ist, das die bekannte Zusammensetzung oder Verbindung einer Turbopumpe und einer Niederdruckaufladungspumpe zeigt, die am Eingang der Turbopumpe angeordnet ist und durch eine beigefügte Gasturbine angetrieben wird, die von einem Hochdruckgasstrom gespeist wird, der vom Hochdruckausgangsstrom der Hauptantriebsgasturbine der Turbopumpe abgeleitet wird, angetrieben wird,
- die Figur 5 eine Teilansicht im axialen Malbschnitt einer Ausführungsvariante der Turbopumpe von Figur 1 ist, die die Verwendung einer Niederdruckaufladungspumpe mit mehreren Stufen zeigt,
- die Figur 6 eine Teilansicht im axialen Halbschnitt einer Ausführungsvariante der Turbopumpe von Figur 1 ist, die eine Ausbildung zeigt, in der die die Turbopumpe durchlaufende Fluidschleife die Form einer acht aufweist, wobei die Niederdruckaufladungspumpe vom helikozentrifugalen oder schraubenzentrifugalen Typ ist,
- die Figur 7 eine perspektivische Ansicht des mechanischen Energietauschers ist, gebildet aus einem Turbinenflügelrad mit hohlen Schaufeln, das in der Turbopumpe von Figur 1 verwendet wird,
- die Figur 8 eine Detailansicht ist, die im axialen Halbschnitt eine besondere Ausführungsform der Zuführung oder Speisung eines hydrostatischen Lagers zeigt, das in der Turbopumpe von Figur 1 verwendet wird,
- die Figur 9 eine Detailansicht ist, die im axialen Halbschnitt eine besondere Ausführungsform der Rückspeisung des Fluids auf der Höhe eines Turbinenlagers der Turbopumpe von Figur 1 zeigt,
- die Figur 10 eine Detailansicht ist, die im axialen Halbschnitt eine Ausführungsform einer drehenden Spirale gemäß einer besonderen Ausführungsform der Turbopumpe von Figur 1 zeigt,
- die Figur 11 eine Detailansicht ist, die im axialen Halbschnitt ein Ausführungsbeispiel von dynamischen Dichtungen zwischen den Niederdruckbereichen und den Hochdruckbereichen gemäß einer besonderen Ausführungsform der Turbopumpe von Figur 1 zeigt, und
- die Figur 12 eine Detailansicht ist, die im axialen Halbschnitt ein Beispiel eines hinteren Bodens der Hochdruckhauptpumpe der Turbopumpe von Figur 1 zeigt.

Detaillierte Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen

Die Figur 1 zeigt die Gesamtansicht einer Turbopumpe 100 mit integrierter Einzeldurchströmungsaufladung, gemäß der vorliegenden Erfindung, die genauer dazu bestimmt ist, das Unter-Druck-setzen von Raketentreibstoffen einer Antriebsrakete sicherzustellen.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung findet man im Inneren eines selben Gehäuses 102 die aktiven Elemente einer Pumpe HP (HP = Hochdruck), die von einer Hauptwelle 101 ausgehend von einer äußeren Gasturbine 103 angetrieben wird, und die aktiven Elemente einer Pumpe BP (BP = Niederdruck), die mit einer zweiten Welle 104, koaxial zur Hauptwelle 101, verbunden ist, wobei die zweite Welle 104 selbst direkt durch das Flügelrad BP 110 angetrieben wird, das mit gekrümmten hohlen Schaufeln versehen ist, die von dem Austrittsfluid 108 der Pumpe HP durchflossen werden. Das Flügelrad MP 114 der Pumpe HP, das auf der Hauptwelle 101 angebracht ist, ist im Inneren des Flügelrads BP 110 integriert, um dem zentrifugalen Fluidstrom HP 108, der von dem Flügelrad HP 114 mit für die Gesamtanordnung der Maschine spezifiziertem Druck und spezifizierter Rate geliefert wird, zu ermöglichen, sich, bevor er durch einen Rücklaufkanal 106 zu den Verwendungsorganen geschickt wird, im Inneren 133 der gekrümmten hohlen Schaufeln 132 vorbeizubewegen, die Teil des Flügelrads BP 110 (Fig. 1, 5, 6, 7) sind.
Das Flügelrad BP 110, das in der Nähe des Eingangs 105 der Flüssigkeit 107 angeordnet ist, übt eine Aufladungsfunktion des Flügelrads HP 114 aus, das bezüglich des Flügelrads BP 110 kaskadenartig angeordnet ist, wobei es am Eintritt des Flügelrads HP 114 das Aufbringen eines Fluidstromes mit mittlerem Druck MP ermöglicht, der selbst die Kavitationsphänomene in dem Flügelrad HP 114 bei großen Drehgeschwindigkeiten verhindern kann.
Das erhöhte Leistungsniveau, das aufgrund des Vorhandenseins einer Überdruckstufe, gebildet von der Pumpe BP, vorhanden ist, ergibt sich nicht zum Schaden der Kompaktheit, in dem Maße, wo der Körper der Pumpe BP im Körper der Pumpe HP integriert ist, wobei die Pumpen BP und HP beide koaxial zur Maschine angeordnet sind.
Wie es weiter oben angegeben wurde, ist eine hydraulische Antriebsturbine des Flügelrads BP 110 mit einer Stufe der Pumpe BP kombiniert. Die Integration einer hydraulischen Antriebsturbine in das Aufladeflügelrad BP 110 nimmt an der Steigerung der Kompaktheit der Gesamtanordnung teil.
Die Pumpe BP weist einen Rotor auf, der von der zweiten Welle 104 gebildet wird, die am Eingang einen Induktor BP 105 trägt, der eine erste Ansaugstufe mit einem großen Eintrittsdurchmesser bildet, was eine erhöhte Ansaugkapazität fördert. Wenigstens eine Stufe der Pumpe BP, die das Flügelrad BP 110 bildet, ist mit Flanschen und hohlen Schaufeln 132 versehen, um einen Betrieb als hydraulische Turbine durch Zirkulation von Fluid HP 108 durch das Innere 131 der hohlen Schaufeln 132 zu ermöglichen.
In dem Fall der Ausführungsformen von Figur 1 und 6, weist die Pumpe BP nur einen Induktor BP 109 und ein Flügelrad BP 110, 110' auf, das ebenfalls eine hydraulische Turbine bildet, während in der Figur 5 eine Ausführungsform einer Pumpe BP mit einer größeren Anzahl von Stufen 109a, 109b, 109c zu sehen ist, die stromauf des stromlinienförmigen Flügelrades BP 110 angeordnet sind, wobei sie die Funktion der hydraulischen Turbine sicherstellen.
Die Verbindung zwischen dem Ausgang der Pumpe BP und dem Eingang der Pumpe HP weist einen Leitapparat 111 auf, der an dem Gehäuse 102 der Gesamtanordnung der Pumpen BP und HP, angeordnet ist, was ermöglicht, das hydraulische Fließen auf die Achse der Maschine auszurichten, und jegliche Vordrehung des Fluids am Eintritt des Flügelrads HP 114 zusammen mit einem Rücklaufkanal 112 zu vermeiden, der den Mitteldruckfluidstrom, der vom Leitapparat 111 ausgeht, um 180º umlenkt und jenen parallel zur Achse der Turbopumpe zu dem Flügelrad HP 114 zurückbringt.
Die Figur 12 zeigt auf genauere Weise die Gesamtheit des hinteren Bodens 153 der Pumpe mit dem Rücklaufkanal 112. Der Rücklaufkanal 112 wird durch einfache, offene Formen ausgehend von einem Gußteil 153 erhalten, das mit Rippen oder Flügelchen 151, 152 versehen ist, und im Gehäuse 102 der Pumpe integriert ist, auf eine Weise, die die strukturelle Steifigkeit erhöht, unter Schaffen eines Ortes 143 für das Einsetzen einer ringförmigen Dämpfungsdichtung 125 zwischen der Welle 101 und dem Rücklaufkanal 112. Die Eigenschaft ermöglicht ein besseres Halten der sich drehenden Anordnung und trägt zu einer verlängerten Lebensdauer bei.
Die Anordnung des hinteren Bodens 153 ermöglicht auf der äußeren Seitenwand des Rücklaufkanals 112 eine Aufnahme 149 für ein Lager 126 und dessen Dichtungssystem 140 (Figur 1) zu reservieren, die für die Montage der Hauptwelle 101 in ihrem hinteren Bereich, der mit der Gasturbine 103 verbunden ist, dient.
Das Gehäuse 120 der Gasturbine 103 kann mit Hilfe von radialen Zapfen 116 durch ein Ende 115 fixiert werden, das direkt in Flanschen 117 in Eingriff ist, die im hinteren Boden 153 ausgebildet sind (Figur 1).
Die oben genannten Maßnahmen ermöglichen, gut die Wärmeentkopplung zwischen der Pumpe und der Turbine zu realisieren, ohne die strukturelle Steifigkeit einzuschränken.
Der Rotor 130 der Pumpe HP, der direkt durch die Hauptzentralwelle 101 angetrieben wird, ist aus einem Induktor 113, der weggelassen sein kann, und einem mit Schaufeln versehenem Flügelrad 114 gebildet. Das Flügelrad HP 114 kann axial, spiralzentrifugal oder zentrifugal gemäß seiner spezifizierten Geschwindigkeit sein.
Die Pumpe HP wirft den Hochdruckzentrifugalfluß zur Stufe 110 der Pumpe BP zurück. Die gebogenen oder gekrümmten hohlen Schaufeln 132 des Flügelrads BP 110 werden von dem Fluid HP 108 durchquert, das durch den Rücklaufkanal 106 zurückgeworfen wird und ein Motormoment oder Antriebsmoment für das Flügelrad BP 110 erzeugt, wobei das Antriebsmoment aus der Veränderung der Quantität der Bewegung herrührt.
Die hohlen Schaufeln 132, die von der gesamten Hochdruckrate durchquert werden, werden so durch das Äußere angetrieben und durch das Innere aufgenommen, wobei die übertragene Leistung die Pumpe BP antreibt.
Die Verwendung dieses Prinzips bei hohen spezifischen Geschwindigkeiten für das Flügelrad HP 114 führt zum Erscheinen einer drehenden Spirale 169 stromab dieses Flügelrads, vor dem Durchgang der Rate in den hohlen Schaufeln 132 (Figur 10).
Der Rücklaufkanal 106 kann aus einer Spirale oder einem Torus gebildet sein.
Die Konzeption der Turbopumpe gemäß der Erfindung basiert auf einem Funktionsschema mit Fluidschleife, wobei die Form dieser offenen Schleife in Form einer acht von den Leistungen, die den verschiedenen Elementen (Aufladungspumpe, Pumpe HP) zugeordnet sind, und den Ausrüstungszwängen abhängt.
Beispielsweise zeigen die Figuren 1 und 5 eine Ausbildung, die dem Fall angepaßt ist, wo eine große Hydraulikkraft an der Pumpe HP ausgebildet wird, und die Figur 6 zeigt eine Ausbildung, die dem Fall angepaßt ist, wo die Leistungsverteilungen zwischen den Pumpen BP und HP symmetrischer sind. In dem letzteren Fall ergibt sich daraus eine spiralzentrifugale Form für die Pumpe BP und eine bessere Verteilung der Hydraulikkräfte auf die drehenden Gesamtanordnungen, was den axialen Ausgleich der Maschine erleichtert.
Auf genauere Weise zeigen die Figuren 1 und 5 einen hydraulischen Kreis, der in erster Linie aus einer Aufladungspumpe gebildet ist, deren hydraulische Ader parallel zur Achse der Maschine verläuft, sodann in zweiter Hinsicht aus einer Hochdruckpumpe gebildet ist, die das Fluid HP in einer Ebene senkrecht zur Achse der Maschine zurückbringt zur Stufe BP, die mit hohlen Schaufeln 132 versehen ist.
Diese Anordnung ist insbesondere geringen spezifischen Geschwindigkeiten angepaßt, die zu Flügelrädern HP 114 vom zentrifugalen Typ führen und allgemein dem Fall von dichten Fluiden entspricht. Sie erleichtert das Einstellen der dynamischen Dichtheiten wobei nur strikt radiale Spiele eingesetzt werden, die sich selbst kompensieren können. Demgegenüber wird eine große axiale Kraft erzeugt. In diesem Fall, wie übrigens bei herkömmlichen Maschinen, ist es notwendig, eine axiale Ausgleichsvorrichtung einzusetzen, die am hinteren Ende der Aufladungspumpe eingebaut werden kann oder durch eine aktive Ausgleichsplatte erzeugt werden kann, die mit der Hochgeschwindigkeitswelle 101 verbunden ist.
In der Ausführungsform gemäß Figur 6 wird der Hydraulikkreis in erster Linie durch eine spiralzentrifugale Pumpe BP 110' gebildet, der ein Induktor 109 vorhergeht, sodann in zweiter Linie von einer Pumpe HP gebildet, die das Fluid HP in einer geneigten Ebene um einen Winkel kleiner als 90º bezüglich der Achse der Maschine, zu der Stufe BP zurückschickt, die mit hohlen Schaufeln 132 versehen ist.
Diese Anordnung ist insbesondere den erhöhten spezifischen Geschwindigkeiten angepaßt, was zu Flügelrädern HP vom spiralzentrifugalen oder axialen Typ führt und im allgemeinen dem Fall von Fluiden geringer Dichtheit entspricht. Sie ermöglicht eine axiale Resultierende der gering erhöhten Kräfte zu erhalten, die leicht durch eine Ausgleichsvorrichtung aufgefangen werden kann, die beispielsweise in der Aufladungspumpe eingesetzt ist. Im Gegensatz dazu weist diese Anordnung erhöhte Rückspeisefluide auf.
Es werden nunmehr auf detailliertere Weise bestimmte Ausführungsformen der Montage der Hauptwelle 101 und der zweiten Welle 104 mit Hilfe von Lagern verschiedenen Typs beschrieben.
Die Hochgeschwindigkeits-Hauptwelle 101 ist einerseits mit Hilfe eines hydrostatischen Lagers 128 gelagert, das zwischen dem Leitapparat BP 111, der mit dem Gehäuse 102 verbunden ist, und dem Induktor HP 113, der mit der Hauptwelle 101 verbunden ist, und andererseits mit Hilfe eines Lagers 126 gelagert, das großen Geschwindigkeiten angepaßt ist, wie beispielsweise einem Doppelkugellager, das im hinteren Boden 153 des Rücklaufkanals 112 angebracht ist.
Die Niederdruckzweitwelle 104 ist selbst auf der Hauptwelle 101 mittels eines Rollenlagers 131 und einem Doppelkugellager 127 auf der Seite gelagert, die der Gasturbine 103 zugekehrt ist.
Diese Anordnung mit vier Lagern ermöglicht, eine erhöhte Drehgeschwindigkeit für die Hauptwelle 101 und die freie Drehung der Niederdruckanordnung, die von der hydraulischen Turbine angetrieben wird, zu erreichen.
Es ist ersichtlich, daß die zwischen der Pumpe BP und der Pumpe HP angeordneten Lager sich mit einer relativ geringen Geschwindigkeit drehen, die dem Unterschied zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Hauptwelle 101 und der zweiten Welle 104 entspricht, derart, daß die Abnutzung dieser Lager relativ langsam erfolgt.
Wie aus den Figuren 8 und 10 ersichtlich, verwendet das hydrostatische Lager 128 einen Teil der Pumprate der Pumpe HP, indem es durch einen direkten und kurzen Rückspeisekanal 134, 135, 136, der im Gehäuse integriert ist, einen Teil des Fluids HP 108, der in dem Rücklaufkanal 106 vorliegt, abgreift.
Die Ausbringung dieser schwachen Rate erfolgt bei mittlerem Druck (MP = Mitteldruck) einerseits (Strom 137) am Eingang der Pumpe HP und andererseits (Strom 138) am Ausgang der Pumpe BP, ohne zusätzliche Einrichtungen oder Organe.
Diese Anordnung ermöglicht, die Hauptwelle 101 mit einem Lager von großer Lebensdauer und hohem Produkt oder Faktor D.N. zu lagern, wobei D der Durchmesser der Welle 101 und N die Drehgeschwindigkeit ist, in Übereinstimmung mit dem allgemeinen Funktionsschema der Maschine.
Die Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Stützlagers 126 der Hauptwelle 101 auf der Seite der Gasturbine 103. Man sieht, daß dieses Lager 126, das beispielsweise durch ein Doppelkugellager gebildet wird, durch eine rückgespeiste Fluidrate HP geschmiert und gekühlt wird, die am Ausgang des Leitapparats in einer Zone mittleren Drucks durch die Seitenwand des hinteren Bodens 153, die den Rücklaufkanal 112 begrenzt, durch einen Rückspeisekanal 139 abgegriffen wird, der eine nahe Aufnahme des Lagers 126 bildet. Die abgegriffene und bei der Schmierung des Lagers 126 dienende Rate wird in einem Punkt der Niederdruckmaschine zurückgeworfen, wie beispielsweise dem Eingang der Pumpe BP durch einen Kreis, der einen Kanal 141, einen Kanal 142, der in der Hauptwelle 101 enthalten ist und coaxial zu dieser (Figur 9) verläuft, und einen Ausgangskanal 154 durch den zweiten Rotor 104 (Figur 1) aufweist. Eine derartige Anordnung vermeidet jegliche äußeren Rohrverbindungen, minimiert die Leitungsverluste und stellt Bedingungen in Abhängigkeit von der Rate, dem Überdruck, der Temperatur fest, die für das die Welle mit hoher Geschwindigkeit 101 tragende Lager 126 optimal sind.
Weiterhin ist ersichtlich, daß das Doppelkugellager 126, das in Figur 9 dargestellt ist, durch ein Lager ersetzt werden kann, das für große Geschwindigkeiten geeignet ist, welches von einem anderen Typ sein kann. Das Lager 126 kann so ein Fluidlager oder ein Folienlager sein, das mit Mitteldruckfluid gespeist wird, durch einen Rückspeisekanal ganz analog zum Kanal 139 von Figur 9.
Auf gleiche Weise, kann das Lager 126 auch aus einem magnetischen aktiven Lager gebildet sein, das mit einer geringen Rate von Mitteldruckfluid gekühlt wird, das durch den Rückspeisekanal 139 abgegriffen wird.
Die Dichtung 140 erlaubt in allen Fällen eine Dichtheit bezüglich der Zone sicherzustellen, in der die Gasturbine 103 angeordnet ist
Die Gasturbine 103 kann eine oder mehrere Stufen 121, 122 aufweisen, die direkt am Ende der Hauptwelle 101 angeordnet sind, und die die gesamte Leistung liefert, die die Pumpen HP und BP benötigen.
In der Ausführungsform, dargestellt in Figur 1 wird die Montage der Turbinenräder 121 durch einen Längszug 123 bewerkstelligt werden, der koaxial zur Hauptwelle 101 ist, und einem elastischen Andruckteil 124, das die unterschiedlichen Verschiebungen zwischen den Teilen begrenzt. Die Turbine 103 weist ein Gehäuse 120 auf, in das ein Kanal 118 zum Zuführen der heißen Gasen und ein ringförmiger Raum 119 zum Aufbringen der heißen Gase auf die Schaufeln der Turbinenräder 121, 122 integriert ist. Wie dies bereits gesagt wurde, kann ein Ende des Gehäuses 120 der Turbine 103 mit dem Gehäuse 102 der Pumpen RP und BP verbunden sein, durch eine Verbindung, die radiale Zapfen 116 umfaßt.
Die Figuren 10 und 11 zeigen Beispiele von dynamischen Dichtungen, die zwischen der zweiten Welle 104, die den Rotor der Pumpe BP bildet, und den Organen 130, 114 ausgebildet sind, die mit der Hauptwelle 101, die den Rotor der Pumpe HP bildet, verbunden sind. Fluiddichtungen 147, 148, wie beispielsweise Scheibchen-Labyrinthe, Ringe oder schwimmende Reifen, sind somit zwischen dem Rotor 104 und Träger 130 des Flügelrads HP 114 angeordnet. Eine Fluiddichtung 146 ist weiterhin zwischen dem zweiten Rotor 104 und dem Leitapparat BP 111 angeordnet, mit einer Öffnung, die jener der Fluiddichtungen 147, 148 entgegenwirkt beziehungsweise -steht.
Dynamische Dichtungseinrichtung 144 sind darüber hinaus zwischen dem Flügelrad BP 110, das auf dem zweiten Rotor 104 montiert ist, und dem Rücklaufkanal 106 angeordnet. Diese dynamischen Dichtungseinrichtungen weisen auf gleiche Weise Fluiddichtungen auf, wie beispielsweise Scheibchen- Labyrinthe, die ein Betriebsspiel aufweisen, das die Fluidraten zwischen dem Fluidausgangsstrom HP 108 und dem Eingangsfluidstrom BP 107 minimiert.
Die Betriebsspiele der verschiedenen Fluiddichtungen ermöglichen, die Austrittsrate zum Eingang der Pumpe BP auf die strikte Notwendigkeit der Niederdruck-/Hochdrucklager einzustellen und so an einer optimalen Leitung der Leckagen teilzunehmen. Die so abgegriffene Rate für die Schmierung dieser Lager in der bevorzugten Ausführungsform wird ohne zusätzliche Montage oder zusätzliche Teile erreicht.

Claims

1. Turbopumpe mit integrierter Einzeldurchfluß- Aufladung, für das Unterdrucksetzen eines Fluids, mit, im Inneren eines selben Gehäuses (102), einer Hauptwelle (101), die von einer Turbine (103) angetrieben ist und ein Hochdruckflügelrad (114) trägt, einer zweiten Welle (104), die zur Hauptwelle (101) koaxial verläuft, wenigstens einem Niederdruckinduktor (109), der in dem Gehäuse (102) auf der zweiten Welle (104) in der Nähe eines Eintritts (105) von Niedrigdruckfluid (107) angebracht ist, wenigstens einem Niederdruckflügelrad (110), das auf der zweiten Welle (104) stromab des Niederdruckinduktors (109) angeordnet ist, einem Niederdruckleitapparat (111), der mit dem Gehäuse (102) verbunden ist, und stromab des Niederdruckflügelrads (110) angeordnet ist, einem Rücklaufkanal (112), dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckleitapparat (111) derart angeordnet ist, daß er den Strom des Mitteldruckfluids, der parallel zur Achse der Turbopumpe erzeugt wird, zurückbringt, daß der Rücklaufkanal (112) so ausgebildet ist, daß er den Fluß des Mitteldruckfluids, das von dem Leitapparat (111) stammt, um 1800 umlenkt und diesen Fluß parallel zur Achse der Turbopumpe zum Hochdruckflügelrad (114) zurückbringt, welches an der Hauptwelle (101) im Inneren der zweiten Welle (104) derart angeordnet ist, daß der gesamte Hochdruckzentrifugalstrom, der von dem Hochdruckflügelrad (114) gebildet wird, nach dem inneren (133) von gekrümmten hohlen Schaufeln (132) gebracht wird, die Teil des Niederdruckflügelrads (110) sind, wobei dieser hochdruckzentrifugale Strom im Inneren der gekrümmten hohlen Schaufeln (132) zirkuliert, wodurch er ein Antriebsmoment für das Niederdruckflügelrad (110) erzeugt, und wobei ein Rückführkanal (106), der mit dem Gehäuse (102) verbunden ist, das Hochdruckfluid (108) nach seinem Durchtritt durch die gekrümmten hohlen Schaufeln (132) sammelt, wobei das Hochdruckflügelrad (114) eine Hochdruckpumpe bildet, die mit einer Niederdruckaufladungspumpe gekoppelt ist, die durch den Niederdruckinduktor (109) und das Niederdruckflügelrad (110) gebildet wird, und eine einzige Anordnung bildet.

2. Turbopumpe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen Hochdruckinduktor (113) aufweist, der an der Hauptwelle (101) zwischen dem Rückführkanal (112) und dem Hochdruckf lügelrad (114) angeordnet ist.

3. Turbopumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckaufladungspumpe einen Mitteldruckfluidstrom definiert, der im wesentlichen parallel zur Achse der Turbopumpe verläuft, während die Hochdruckpumpe derart ausgebildet ist, daß das Hochdruckflügelrad (114) das Hochdruckfluid (108) nach dem Inneren der gekrümmten hohlen Schaufeln (132) in eine Ebene zurückführt, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der Turbopumpe verläuft.

4. Turbopumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckaufladungspumpe vom spiralzentrifugalen Typ ist, und daß die Hochdruckpumpe derart angeordnet ist, daß das Hochdruckflügelrad (114) das Hochdruckfluid (108') nach dem Inneren der gekrümmten hohlen Schaufeln (132) des Niederdruckflügelrads (110) in eine Ebene zurückwirft, die um einen Winkel geringer als bezüglich der Achse der Turbopumpe geneigt ist.

5. Turbopumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwelle (101), die durch die Turbine (103) auf eine hohe Geschwindigkeit angetrieben wird, bezüglich des Gehäuses (102) einerseits mit Hilfe eines hydrostatischen Lagers (128), das zwischen dem Niederdruckleitapparat (111) und dem Hochdruckinduktor (113) oder dem Hochdruckflügelrad (114) angeordnet ist, und andererseits mit Hilfe eines Lagers (126) angeordnet ist, das den hohen Geschwindigkeiten angepaßt ist, wobei es im hinteren Boden der Rückführkanals (112) angeordnet ist.

6. Turbopumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (104) auf der Hauptwelle (101) mittels eines Rollenlagers (131) und eines Doppelkugellagers (127) montiert ist.

7. Turbopumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Lager (126), das im

hinteren Boden des Rücklaufkanals (112) angebracht ist, ein Lager mit geschmierten Kugeln und gekühlt durch eine schwache Rate von Mitteldruckfluid ist, das am Ausgang des Niederdruckleitapparats (111) durch einen Rückspeisekanal (139) von geringer Länge abgegriffen wird, der in der Seitenwand des Rücklaufkanals (112) ausgebildet ist.

8. Turbopumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (126), das im hinteren Boden des Rücklaufkanals (112) angeordnet ist, ein Flüssiglager oder ein Folienlager ist, das durch einen schwachen Fluß von Mitteldruckfluid gespeist wird, der am Ausgang des Niederdruckleitapparats (111) durch einen Rückspeisekanal (139) von geringer Länge abgegriffen wird, der in der Seitenwand des Rücklaufkanals (112) ausgebildet ist.

9. Turbopumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (126), das im hinteren Boden des Rücklaufkanals (112) montiert ist, ein aktives Magnetlager ist, das durch einen schwachen Fluß von Mitteldruckfluid gekühlt wird, der am Ausgang des Niederdruckleitapparats (111) durch einen Rückspeisekanal (139) von geringer Länge abgegriffen wird, der in der Seitenwand des Rücklaufkanals (112) ausgebildet ist.

10. Turbopumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schwache Mitteldruckfluidrate, die durch den Rückspeisekanal (139) abgegriffen wird, an einem

Punkt der Turbopumpe mit schwachem Druck zurückgeschleudert wird, wie beispielsweise dem Eintritt (105) der Niederdruckpumpe, durch einen Kanal (142), der in der Hauptwelle (101) enthalten ist und koaxial zu dieser verläuft.

11. Turbopumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Lager (128), das zwischen dem Niederdruckleitapparat (111) und dem Hochdruckinduktor (113) oder dem Hochdruckflügelrad (114) angeordnet ist, mit Hilfe eines geringen Teils von Hochdruckaustrittsfluid (108) gespeist wird, das in dem

Rückführkanal (106) vorhanden ist, mittels eines inneren kurzen Rückspeisekanals (134), der in dem Gehäuse (102) integriert ist, und mittels Kanälen (135, 136), die in dem Niederdruckleitapparat (111) ausgebildet sind, wobei das Ausbringen dieses geringen Teils von zurückgeführtem Fluid in das hydrostatische Lager (128) direkt am Eingang der Hochdruckpumpe und am Ausgang der Niederdruckpumpe vonstatten geht.

12. Turbopumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie dynamische Dichtungseinrichtungen zwischen der zweiten Welle (104), die den Rotor der Niederdruckpumpe bildet, und den Organen (130, 114) aufweist, die mit der Hauptwelle (101) verbunden sind, die den Rotor der Hauptpumpe bildet, welche Fluiddichtungen (147, 148), wie beispielsweise Scheibchen-Labyrinthe, Reifen oder schwimmende Ringe, aufweisen.

13. Turbopumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste (147, 148) und eine zweite (146) Anordnung von aufeinanderfolgenden Dichtungen mit gegenwirkender Öffnung aufweist, die zwischen der zweiten Welle (104) und dem Rotor der Hochdruckpumpe, bzw. zwischen der zweiten Welle (104) und dem Niederdruckleitapparat (111) angeordnet sind, der mit dem Gehäuse (102) verbunden ist.

14. Turbopumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie dynamische Dichtungseinrichtungen (144, 145) zwischen den mit der zweiten Welle (104) verbundenen Organen aufweist, die einen Teil des Rotors der Niederdruckpumpe bilden und den Rücklaufkanal (106), die Fluiddichtungen aufweisen, wie Scheibchen-Labyrinthe, die ein Spiel im Betrieb aufweisen, welches die Fluidraten zwischen dem Hochdruckfluidstrom (108) des Austritts und dem Niederdruckfluidstrom des Eintritts (107) minimiert.

15. Turbopumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklaufkanal (112) durch ein

Gußteil (153) begrenzt wird, das in dem Gehäuse (102) integriert ist, wobei es mit Verstärkungsrippen (151,152) versehen ist, und daß eine ringförmige Dämpfungsdichtung (143) zwischen dem Gußteil (153) und der Hauptwelle (101) angeordnet ist.

16. Turbopumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsgasturbine (103) der

Hauptwelle (101) ein Gehäuse (120) aufweist, das durch radiale Zapfen (116) an dem Gehäuse (102) der Turbopumpe angebracht ist.