JP2000097108A - Bearing mechanism of turbo-pump - Google Patents

Bearing mechanism of turbo-pump

Info

Publication number
JP2000097108A
JP2000097108A JP10265518A JP26551898A JP2000097108A JP 2000097108 A JP2000097108 A JP 2000097108A JP 10265518 A JP10265518 A JP 10265518A JP 26551898 A JP26551898 A JP 26551898A JP 2000097108 A JP2000097108 A JP 2000097108A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotation speed
pressure
bearing
pump
turbo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10265518A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunichiro Nakai
俊一郎 中井
Minoru Tada
稔 多田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP10265518A priority Critical patent/JP2000097108A/en
Publication of JP2000097108A publication Critical patent/JP2000097108A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep away a dangerous rotation frequency from the rotation frequency of a turbo-pump which varies following to the thrust of an engine. SOLUTION: As a bearing to support the rotary shaft of a turbo-pump, a static pressure type slide bearing is used, and for the pressure feeding to the static pressure type slide bearing, the output pressure of the turbo-pump, that is, a part of the liquid fuel 1 from a liquid outlet, is utilized. The rigidity of the bearing is changed by regulating the feeding pressure, by a pressure governing mechanism 63 provided in a feeding route 61, to convert the natural frequency of the bearing, so as to keep away a dangerous rotation frequency area from the rotation frequency of the turbo-pump.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ポンプ式ロケッ
トエンジンにおいて液体燃料を高圧燃焼させるために設
けられるターボポンプの軸受機構に関し、特に、軸受の
剛性を変化させて危険回転数を変えることができるよう
にしたものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing mechanism of a turbopump provided for performing high-pressure combustion of liquid fuel in a pump-type rocket engine, and more particularly, to changing a critical rotation speed by changing the rigidity of the bearing. Regarding what you did.

【0002】[0002]

【従来の技術】液体燃料を用いるロケットエンジンの方
式には、燃料を高圧燃焼させるための2つの方式が提案
されている。1つは液体燃料を高圧タンクに貯蔵してお
き、その圧力によってエンジンへ供給するガス圧力供給
式である。もう1つは、液体燃料をターボポンプで昇圧
させてからエンジンへ供給するポンプ式であり、主に大
型のロケットエンジンに用いられる。また、このポンプ
式には、ロケットエンジンにおいて発生した高圧のガス
を用いてターボポンプを駆動するものがある。
2. Description of the Related Art Two types of rocket engines using liquid fuel for burning fuel at high pressure have been proposed. One is a gas pressure supply type in which liquid fuel is stored in a high-pressure tank and supplied to the engine by the pressure. The other is a pump type in which liquid fuel is boosted in pressure by a turbo pump and then supplied to an engine, and is mainly used for a large rocket engine. There is a pump type that drives a turbo pump using high-pressure gas generated in a rocket engine.

【0003】図7は、従来のポンプ式ロケットエンジン
のターボポンプの縦断面を示すものである。図7におい
て、液体水素などの液体燃料1あるいは酸化剤である液
体酸素3は、液体入口5から取り込まれ、回転するイン
デューサ7やインペラ9を有する遠心型ポンプ10に導
かれ遠心力により昇圧され、液体出口11から排出され
る。その後、液体燃料1を気化させること等により生じ
た水素ガスなどの作動ガス13は、ガス入口15から取
り込まれてタービン17を回転させる。すなわち、作動
ガス13は、タービン17を構成するタービンディスク
19の先端に設けられたタービン動翼21を押してター
ビン17及び回転軸23を回転させる。これにより、回
転軸23の他方に設けられている遠心型ポンプ10、す
なわちインデューサ7やインペラ9を回転させる。な
お、作動ガス13はガス出口24から燃焼室等に送られ
る。このようなポンプ式ロケットエンジンにおいて、回
転軸23は、従来、ハウジング25に対しボールベアリ
ング、すなわち転がり軸受27によって支持されてい
る。
FIG. 7 shows a longitudinal section of a turbo pump of a conventional pump type rocket engine. In FIG. 7, a liquid fuel 1 such as liquid hydrogen or a liquid oxygen 3 as an oxidant is taken in from a liquid inlet 5, guided to a centrifugal pump 10 having a rotating inducer 7 and an impeller 9, and is pressurized by centrifugal force. Is discharged from the liquid outlet 11. Thereafter, the working gas 13 such as hydrogen gas generated by vaporizing the liquid fuel 1 is taken in from the gas inlet 15 and rotates the turbine 17. That is, the working gas 13 pushes the turbine blade 21 provided at the tip of the turbine disk 19 constituting the turbine 17 to rotate the turbine 17 and the rotating shaft 23. Thus, the centrifugal pump 10 provided on the other side of the rotating shaft 23, that is, the inducer 7 and the impeller 9 are rotated. The working gas 13 is sent from a gas outlet 24 to a combustion chamber or the like. In such a pump type rocket engine, the rotating shaft 23 is conventionally supported by a ball bearing, that is, a rolling bearing 27 with respect to the housing 25.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ポンプ式ロ
ケットエンジンに用いられるターボポンプは、回転軸2
3の固有振動数(軸系の一次危険速度)に相当する回転
数付近、すなわち危険回転数(危険速度)付近での使用
による共振を回避するため、この危険回転数から離れた
回転数で使用され、一般には、より高回転側を定格点と
して使用している。しかしながら、ロケットエンジンに
よっては、推力調整のためにターボポンプの高回転状態
から徐々に回転数を落とすスロットリングを行う必要が
あるものがあり、その場合には高回転である定格点より
も低回転側で回転数を制御しなければならず、回転数が
危険回転数と干渉する可能性が生じる。従来は、この干
渉の可能性を避けた制御を行うため、ロケットエンジン
の推力制御の制約が大きなものであった。
The turbo pump used in the pump-type rocket engine has a rotating shaft 2
In order to avoid resonance due to use near the natural frequency (primary critical speed of the shaft system), that is, near the critical speed (critical speed), use at a rotational speed apart from this critical speed. Generally, the higher rotation side is used as the rated point. However, some rocket engines require throttling to reduce the rotation speed from the high rotation state of the turbo pump in order to adjust the thrust, in which case the rotation speed is lower than the rated point where the rotation speed is high. The speed must be controlled on the side and there is a possibility that the speed will interfere with the critical speed. Conventionally, the thrust control of a rocket engine has been greatly restricted in order to perform control that avoids the possibility of this interference.

【0005】この発明は、以上の課題を解決するために
成されたもので、危険回転数を変えることによりターボ
ポンプの回転軸の回転数が危険回転数と干渉しないよう
にすることができ、推力制御の制約を緩和できるように
したターボポンプの軸受機構を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and can prevent the rotation speed of the rotary shaft of the turbo pump from interfering with the dangerous rotation speed by changing the dangerous rotation speed. It is an object of the present invention to provide a turbopump bearing mechanism capable of relaxing restrictions on thrust control.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項1に係る発明は、ポンプ式ロケットエンジ
ンにおけるタ−ボポンプの回転軸を支持する静圧式滑軸
受と、回転軸の回転数に応じて静圧式滑軸受に所定圧力
を供給する圧力供給系とを備える技術が採用される。こ
のターボポンプの軸受機構によれば、ターボポンプの回
転数に応じて、その回転数が危険回転数に近付いたとき
は静圧式滑軸受の圧力を変化させて剛性を変化させるこ
とにより固有振動数を変化させ、危険回転数を変えて該
回転数から遠ざけることが可能となる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided with a hydrostatic sliding bearing for supporting a rotary shaft of a turbo pump in a pump-type rocket engine, and a rotation of the rotary shaft. A technology including a pressure supply system for supplying a predetermined pressure to the hydrostatic sliding bearings according to the number is adopted. According to the bearing mechanism of this turbo pump, when the rotation speed approaches the dangerous rotation speed according to the rotation speed of the turbo pump, the natural frequency is changed by changing the pressure of the hydrostatic sliding bearing to change the rigidity. Can be changed, and the critical rotation speed can be changed to move away from the rotation speed.

【0007】請求項2に係る発明は、請求項1のタ−ボ
ポンプの軸受機構において、圧力供給系が、ターボポン
プの駆動による出力圧を所定圧力として静圧式滑軸受に
供給する供給路を備える技術が適用される。このターボ
ポンプの軸受機構によれば、ターボポンプの出力圧を静
圧式滑軸受に供給することで、危険回転数よりも高回転
側で定格回転されていたターボポンプが回転数を徐々に
低くした場合にターボポンプの出力圧も徐々に低下し、
これにより静圧式滑軸受の圧力および剛性が自動的に小
さくなり、危険回転数を低回転側に遠ざけることが可能
となる。
According to a second aspect of the present invention, in the bearing mechanism for a turbo pump according to the first aspect, the pressure supply system includes a supply path for supplying an output pressure by driving the turbo pump as a predetermined pressure to the hydrostatic sliding bearing. Technology is applied. According to the bearing mechanism of this turbo pump, by supplying the output pressure of the turbo pump to the hydrostatic type smooth bearing, the turbo pump that has been rated at a higher rotation speed than the dangerous rotation speed gradually reduced the rotation speed. In that case, the output pressure of the turbo pump also gradually decreases,
As a result, the pressure and rigidity of the hydrostatic sliding bearing are automatically reduced, and the critical rotation speed can be kept away from the low rotation side.

【0008】請求項3に係る発明は、請求項1または2
のタ−ボポンプの軸受機構において、圧力供給系が、所
定圧力を変化させるための調圧機構を備える技術が適用
される。このターボポンプの軸受機構によれば、静圧式
滑軸受に供給する圧力を調圧機構により制御すること
で、供給圧力を積極的に変化させ、危険回転数を任意に
設定可能となり、ターボポンプ駆動時の回転数から危険
回転数を十分に遠ざけることが可能となる。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2
In the bearing mechanism of the turbo pump described above, a technique in which the pressure supply system includes a pressure adjusting mechanism for changing a predetermined pressure is applied. According to the bearing mechanism of this turbo pump, by controlling the pressure supplied to the hydrostatic slide bearing by the pressure regulating mechanism, the supply pressure can be positively changed, and the dangerous rotation speed can be set arbitrarily. It becomes possible to keep the dangerous rotation speed sufficiently away from the rotation speed at the time.

【0009】請求項4に係る発明は、請求項3のタ−ボ
ポンプの軸受機構において、回転軸の回転数と予め設定
されている危険回転数とを比較して、回転数が危険回転
数に近づいたときに調圧機構を制御して供給圧力を変化
させ、静圧式滑軸受の剛性を変化させることにより危険
回転数を回転数から遠ざける制御を行う制御手段を備え
る技術が適用される。このターボポンプの軸受機構によ
れば、制御手段により危険回転数をターボポンプの回転
数から適宜遠ざけるようにしているため、エンジンの推
力制御を行う場合において、迅速かつ適切に危険回転数
の変更が行われ、推力制御を行う際の自動化に容易に対
応可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the bearing mechanism for a turbo pump according to the third aspect, the rotation speed of the rotary shaft is compared with a preset dangerous rotation speed, and the rotation speed is set to the dangerous rotation speed. A technique including a control means for controlling the pressure regulating mechanism when approaching to change the supply pressure and changing the rigidity of the hydrostatic sliding bearing to control the dangerous rotation speed from the rotation speed is applied. According to the bearing mechanism of the turbo pump, the dangerous speed is controlled as appropriate by the control means so that the dangerous speed is quickly and appropriately changed when performing thrust control of the engine. Therefore, it is possible to easily cope with automation in performing thrust control.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図1〜図
6を参照して説明する。図1は、本発明に係る軸受機構
が適用されたターボポンプの縦断面を示している。図2
は、ロケットエンジンの燃焼室31へ第1及び第2ター
ボポンプ33,35を用いて昇圧した液体燃料1(液体
水素LH2 )や液体酸素3(LOX)を供給する回路の
全体概略図を示している。ロケットエンジンの燃焼室本
体37には、冷却ジャケット39が設けられるととも
に、上方に液体燃料1や液体酸素3が供給されるマニホ
ールド41を備えた噴射板43が取り付けられている。
この噴射板43の中央には、点火器45が備えられ、ま
た、燃焼室本体37の下方にはノズルエクステンション
(ノズルスカート)が設けられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a longitudinal section of a turbo pump to which a bearing mechanism according to the present invention is applied. FIG.
FIG. 2 is an overall schematic diagram of a circuit for supplying pressurized liquid fuel 1 (liquid hydrogen LH 2 ) and liquid oxygen 3 (LOX) to the combustion chamber 31 of the rocket engine using the first and second turbo pumps 33 and 35. ing. A cooling jacket 39 is provided in the combustion chamber body 37 of the rocket engine, and an injection plate 43 having a manifold 41 to which the liquid fuel 1 and the liquid oxygen 3 are supplied is attached above.
An igniter 45 is provided at the center of the injection plate 43, and a nozzle extension (nozzle skirt) is provided below the combustion chamber main body 37.

【0011】液体燃料1である液体水素(LH2)は、
燃料用の第1ターボポンプ(FUEL TURBOPU
MP)33の遠心型ポンプ10により昇圧され、流量計
47及び遠隔遮断弁(MAIN FUEL VALVE)
49を通って冷却ジャケット39に送られて気化し、水
素ガス50になった後に一部がスラストコントロール弁
(TURBOPUMP CONTROL VALVE)5
1を通った後に第1ターボポンプ33のタービン17を
回転させる。
Liquid hydrogen (LH 2 ) as liquid fuel 1 is:
FUEL TURBOPU for fuel
MP) 33, the pressure is increased by the centrifugal pump 10, and the flow meter 47 and the remote shutoff valve (MAIN FUEL VALVE)
After passing through 49 to the cooling jacket 39 to be vaporized and turned into hydrogen gas 50, a part of the thrust control valve (TURBOPUMP CONTROL VALVE) 5
After passing through 1, the turbine 17 of the first turbo pump 33 is rotated.

【0012】第1ターボポンプ33のタービン17を回
転させた水素ガス50は、さらに液体酸素用の第2ター
ボポンブ(LIQUID OXIDIZER TURBO
PUMP)35のタービン17aへ送られてこのタービ
ン17aを回転させた後に、絞り53を通って燃焼室3
1のノズルエクステンションへ排気される。
The hydrogen gas 50 rotating the turbine 17 of the first turbo pump 33 is further supplied to a second turbo pump (LIQUID OXIDIZER TURBO) for liquid oxygen.
PUMP) 35 to the turbine 17a and rotate the turbine 17a.
Air is exhausted to No. 1 nozzle extension.

【0013】このようにしてタービン17が回転された
第1ターボポンプ33の遠心型ポンプ10によって液体
燃料1が昇圧され、またタービン17aが回転されたび
第2ターボポンプ35の遠心型ポンプ10aによって酸
化剤である液体酸素3が昇圧される。なお、昇圧された
後に冷却ジャケット39に送られて気化した水素ガス5
0のうちの残りの大部分は、マニホールド41に送られ
る。
The liquid fuel 1 is pressurized by the centrifugal pump 10 of the first turbo pump 33 in which the turbine 17 is rotated as described above, and is oxidized by the centrifugal pump 10a of the second turbo pump 35 every time the turbine 17a is rotated. The pressure of the liquid oxygen 3 as the agent is increased. It should be noted that after the pressure is increased, the hydrogen gas 5
Most of the remaining zeros are sent to the manifold 41.

【0014】昇圧された液体酸素3は、流量計55を通
り、遠隔遮断弁であるMLV(MAIN LIQUID
OXIDIZER VALVE)57、および絞り59
を通って、マニホールド41に送られる。マニホールド
41に送られた水素ガス50と液体酸素3とは、それぞ
れ噴射板43からエンジン燃焼室31へ噴射され、点火
器45で点火されることにより燃焼ガスとなって燃焼室
31から噴射し、所定の推力を発生させる。
The pressurized liquid oxygen 3 passes through a flow meter 55, and is a remote shutoff valve MLV (MAIN LIQUID).
OXIDIZER VALVE) 57 and diaphragm 59
Through to the manifold 41. The hydrogen gas 50 and the liquid oxygen 3 sent to the manifold 41 are respectively injected from the injection plate 43 into the engine combustion chamber 31 and ignited by the igniter 45 to become combustion gas and injected from the combustion chamber 31, A predetermined thrust is generated.

【0015】ここで、前記した2つの第1及び第2ター
ボポンプ33,35の軸受には、静圧式滑軸受が用いら
れ、第1及び第2ターボポンプ33,35の出力圧の一
部がそれぞれ供給路61,61aを介して供給される。
すなわち、軸受への圧力供給系は、圧力供給源である第
1及び第2ターボポンプ33,35の各遠心型ポンプ1
0,10a、及びその圧力の供給路61,61aにより
構成される。なお、これら供給路61,61aにはそれ
ぞれ調圧機構63,63aが設けられ、これらを遠隔制
御または自動制御することにより、供給圧力を設定す
る。
Here, as the bearings of the two first and second turbo pumps 33 and 35, hydrostatic sliding bearings are used, and a part of the output pressure of the first and second turbo pumps 33 and 35 is reduced. These are supplied via supply paths 61 and 61a, respectively.
In other words, the pressure supply system for the bearings includes the centrifugal pumps 1 of the first and second turbo pumps 33 and 35, which are pressure supply sources.
0, 10a and supply paths 61, 61a for the pressure. The supply paths 61, 61a are provided with pressure regulating mechanisms 63, 63a, respectively, and the supply pressure is set by remotely controlling or automatically controlling these.

【0016】図1に戻り、第1ターボポンプ33(第2
ターボポンプ35)は、ハウジング25の中央に配置さ
れた回転軸23の両端に、それぞれタービン17(17
a)と遠心型ポンプ10(10a)が固定される。ター
ビン17はディスク19の周囲にタービン動翼21が設
けられる。この動翼21に向かって、作動ガス13であ
る気化した水素ガス50(図2参照)がガス入口15か
ら取り込まれ、タービン17を回転させた後にガス出口
24から送り出される。液体燃料1または液体酸素3
は、液体入口5から取り込まれ、遠心型ポンプ10の回
転部分を構成するインデューサ7やインペラ9及びイン
ペラシュラウド8によって昇圧して液体出口11から送
り出される。
Returning to FIG. 1, the first turbo pump 33 (second
Turbo pump 35) is provided at each end of rotating shaft 23 arranged at the center of housing 25 with turbine 17 (17).
a) and the centrifugal pump 10 (10a) are fixed. The turbine 17 has a turbine rotor blade 21 provided around a disk 19. A vaporized hydrogen gas 50 (see FIG. 2), which is the working gas 13, is taken in from the gas inlet 15 toward the rotor blade 21, and is sent out from the gas outlet 24 after rotating the turbine 17. Liquid fuel 1 or liquid oxygen 3
Is taken in from the liquid inlet 5, and is pressurized by the inducer 7, the impeller 9 and the impeller shroud 8 constituting the rotating part of the centrifugal pump 10, and sent out from the liquid outlet 11.

【0017】回転軸23とハウジング25との間には、
静圧式(ハイドロスタテック)滑軸受であるジャーナル
軸受65が2か所に用いられる。このジャーナル軸受6
5の給液ポート67へ、液体出口11から送り出された
液体燃料1または液体酸素3の一部が供給路61,61
a(図2参照)を介して導かれる。また、回転軸23と
ハウジング25との間には、スラスト軸受69が設けら
れる。
Between the rotating shaft 23 and the housing 25,
Journal bearings 65 which are hydrostatic (hydrostatic) plain bearings are used in two places. This journal bearing 6
The liquid fuel 1 or a part of the liquid oxygen 3 sent out from the liquid outlet 11 is supplied to the supply passages 61 and 61 to the liquid supply port 67 of FIG.
a (see FIG. 2). A thrust bearing 69 is provided between the rotating shaft 23 and the housing 25.

【0018】図3は、ジャーナル軸受65を示すもので
あり、(A)は縦断面図、(B)は(A)の一部を断面
とした側面図、(C)は軸受スリーブの展開図である。
このジャーナル軸受65は、軸受スリーブ71の内部を
回転軸23が貫通し、回転軸23の表面と軸受スリーブ
71の内表面との間に所定のクリアランス73が設けら
れ、このクリアランス73に液体75(液体燃料1また
は液体酸素3)が導かれる。
FIGS. 3A and 3B show the journal bearing 65, in which FIG. 3A is a longitudinal sectional view, FIG. 3B is a side view of a part of FIG. 3A, and FIG. It is.
In this journal bearing 65, the rotating shaft 23 passes through the inside of the bearing sleeve 71, and a predetermined clearance 73 is provided between the surface of the rotating shaft 23 and the inner surface of the bearing sleeve 71, and a liquid 75 ( Liquid fuel 1 or liquid oxygen 3) is led.

【0019】なお、ターボポンプによって昇圧される液
体が液体酸素の場合には、クリアランス73に供給され
る液体も液体酸素であることが望ましく、同様に昇圧さ
れる液体が液体水素の場合には、供給される液体も液体
水素であることが望ましい。これは、昇圧対象となる流
体とクリアランス73に供給される流体とが不用意に反
応することを回避するためである。
When the liquid to be pressurized by the turbo pump is liquid oxygen, it is preferable that the liquid supplied to the clearance 73 is also liquid oxygen. Similarly, when the liquid to be pressurized is liquid hydrogen, It is desirable that the liquid supplied is also liquid hydrogen. This is to prevent the fluid to be pressurized and the fluid supplied to the clearance 73 from reacting carelessly.

【0020】図3(A)及び(B)に示すように、クリ
アランス73に面した軸受スリーブ71内周面には、円
周方向に沿って複数の給圧ポート77が配列状態で形成
される。この給圧ポート77の奥には、給圧路79が形
成され、軸受スリーブ71を貫通し、スリーブ外周面の
給圧室67に連通する。すなわち、軸受スリーブ71の
外周面には給圧室67が存在することになる。なお、給
圧ポート77は図3(C)に示すように2列設けられ
る。
As shown in FIGS. 3A and 3B, a plurality of pressure supply ports 77 are formed in an array on the inner peripheral surface of the bearing sleeve 71 facing the clearance 73 along the circumferential direction. . A pressure supply path 79 is formed in the back of the pressure supply port 77, penetrates the bearing sleeve 71, and communicates with the pressure supply chamber 67 on the outer peripheral surface of the sleeve. That is, the pressure supply chamber 67 exists on the outer peripheral surface of the bearing sleeve 71. The pressure supply ports 77 are provided in two rows as shown in FIG.

【0021】このように、クリアランス73に供給され
る液体圧力は、給圧ポート77を介して供給される圧力
に応じて設定され、その結果、ジャーナル軸受65とし
ては、回転軸23を支持する剛性を変化させる。例え
ば、クリアランス73への供給圧力を高めると軸受の剛
性も高くなり、一方クリアランス73への供給圧力を低
くすると軸受の剛性も低くなる。そして、このような剛
性の変化に応じて、軸受の固有振動数も変化し、前記し
た危険回転数も変化させることが可能となる。
As described above, the liquid pressure supplied to the clearance 73 is set in accordance with the pressure supplied through the pressure supply port 77, and as a result, the journal bearing 65 has a rigidity supporting the rotary shaft 23. To change. For example, increasing the supply pressure to the clearance 73 increases the rigidity of the bearing, while decreasing the supply pressure to the clearance 73 decreases the rigidity of the bearing. Then, the natural frequency of the bearing also changes in accordance with such a change in the rigidity, and the above-mentioned dangerous rotation speed can be changed.

【0022】図4は、このような昇圧対象の液体の一部
を軸受に供給するタイプの軸受機構を用いて危険回転数
域を変化させるられることを確認するための実験を行っ
た結果を示すグラフ図である。図4(A)は、横軸が液
体75によって軸受に供給される圧力で、縦軸が軸受の
剛性を示している。圧力は、27.8kg/cm2 と2
2.5kg/cm2 の2通りで実験した。図中の斜線
は、測定誤差を見込んで、本来の値が存在するであろう
範囲を示している。この図4(A)から、圧力が低くな
ることで剛性が低くなることが確認できた。これらの範
囲が、予想値の曲線をわずかに外れているのは、軸受け
の剛性に関与する他の細かな条件を無視したためである
と思われる。
FIG. 4 shows the results of an experiment conducted to confirm that the dangerous speed range can be changed by using a bearing mechanism of the type that supplies a part of the liquid to be pressurized to the bearing. FIG. In FIG. 4A, the horizontal axis represents the pressure supplied to the bearing by the liquid 75, and the vertical axis represents the rigidity of the bearing. The pressure is 27.8 kg / cm 2 and 2
The experiment was performed in two ways of 2.5 kg / cm 2 . The oblique line in the figure indicates a range where an original value may exist in consideration of a measurement error. From FIG. 4 (A), it was confirmed that the rigidity was lowered by lowering the pressure. It is likely that these ranges deviate slightly from the expected curves, ignoring other minor conditions that contribute to bearing stiffness.

【0023】また、図4(B)は、横軸が時間で、縦軸
がターボポンプの回転数及び軸受の剛性を示している。
そして、図中の実線は回転数を示す。他の複数の鎖線
は、静圧式滑軸受の形状を種々に変化させた場合を示す
ものであり、いずれの場合も剛性が回転数に応じて変化
している。実験開始時に回転数が0から急に立ち上がる
時期と、終了時に0向かう時期を別にすれば、回転数が
低くなれば剛性が低くなる効果が存在することが確認で
きた。
In FIG. 4B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the rotational speed of the turbo pump and the rigidity of the bearing.
The solid line in the figure indicates the number of rotations. The other plural dashed lines show the case where the shape of the hydrostatic sliding bearing is variously changed, and in each case, the rigidity changes according to the rotation speed. Aside from the time when the rotation speed suddenly rises from 0 at the start of the experiment and the time when the rotation speed goes to 0 at the end of the experiment, it was confirmed that there is an effect that the rigidity decreases as the rotation speed decreases.

【0024】このことから、ターボポンプの回転数が低
くなり、よって軸受に供給する圧力が低くなると、軸受
の剛性が小さくなることが確認できた。そして、剛性が
小さくなれば危険回転数域を低回転側に移動させること
が可能である。より詳しく言うと、危険回転数はおおよ
そ軸受の剛性の平方根に比例することが理論付けられて
いる。
From this, it was confirmed that the rigidity of the bearing was reduced when the rotation speed of the turbopump was lowered and the pressure supplied to the bearing was lowered. Then, if the rigidity is reduced, it is possible to move the dangerous rotation speed range to the low rotation side. More specifically, it is theorized that the critical speed is approximately proportional to the square root of the stiffness of the bearing.

【0025】図5は、危険回転数域を変化させることで
ターボポンプの回転数と危険回転数との干渉を回避でき
ることを説明するグラフ図を示している。図5の横軸は
ロケットエンジンの推力であり、縦軸はターボポンプの
回転数を示す。曲線で示すように、ポンプの回転数が高
くなれば推力も大きくなる。そして、軸受の剛性によっ
ておよそ定まる危険回転数の高回転側にターボポンプの
定格回転数を設定する。そして、この定格回転数(点線
の丸)でターボポンプを運転した後に、スロットリング
を行って回転数を下げると、危険回転数域(点線の四
角)に近付くことになる。
FIG. 5 is a graph for explaining that interference between the rotation speed of the turbo pump and the dangerous rotation speed can be avoided by changing the dangerous rotation speed region. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the thrust of the rocket engine, and the vertical axis indicates the rotation speed of the turbo pump. As shown by the curve, the higher the rotational speed of the pump, the higher the thrust. Then, the rated rotation speed of the turbo pump is set on the high rotation side of the dangerous rotation speed which is approximately determined by the rigidity of the bearing. Then, when the turbo pump is operated at the rated rotation speed (dotted circle) and the rotation speed is reduced by throttling, the rotation speed approaches the dangerous rotation speed range (dotted square).

【0026】しかし、回転数が低くなると軸受に供給さ
れる圧力が低くなり、これにより軸受の剛性が小さくな
る。よって軸受の固有振動数も小さくなるので危険回転
数域が低回転側へ遠ざかる(実線の四角)ことが可能と
なる。この遠ざかった危険回転数域に対し新たな定格回
転数(実線の丸)を設定する。このようにすることで、
推力制御の制約を小さくすることが可能となる。
However, as the rotational speed decreases, the pressure supplied to the bearing decreases, and the rigidity of the bearing decreases. Therefore, the natural frequency of the bearing is also reduced, so that the critical rotation speed range can be moved away to the low rotation side (solid line square). A new rated rotation speed (solid circle) is set for the dangerous rotation speed region that has gone away. By doing this,
It is possible to reduce restrictions on thrust control.

【0027】図2に戻り、以上のような危険回転数の変
更は、制御手段70からの指示に基づいて行うようにし
てもよい。制御手段70は、各タービン17,17aの
回転数をモニタして、その回転数が予め設定された危険
回転数に近づいていないか否かを判断し、近づいた場合
は各調圧機構63,63aを調節することにより危険回
転数を遠ざけるように軸受の剛性を変化させる。
Returning to FIG. 2, the above-described change of the critical rotation speed may be performed based on an instruction from the control means 70. The control means 70 monitors the number of rotations of each of the turbines 17 and 17a, determines whether or not the number of rotations is approaching a preset dangerous number of rotations. By adjusting 63a, the rigidity of the bearing is changed so as to keep the critical rotation speed away.

【0028】[他の実施形態]以上の実施形態において
は、第1及び第2ターボポンプ33,35の出力圧すな
わち液体出口11(図1)からの液体酸素3または液体
燃料1の一部を静圧式滑軸受に供給することで、第1及
び第2ターボポンプ33,35の回転数が低くなり危険
回転数域に近付いたときは、危険回転数域を自動的に低
回転側に遠ざけることができるものとして説明したが、
他の実施形態においては、軸受へ供給する圧力を調圧機
構63,63aの操作によって積極的に調節することが
可能である。この調圧機構63,63aの操作として
は、回転軸23の回転数をモニタして作業員による遠隔
操作の他に、コントローラ等による自動制御も可能であ
る。なお、積極的な調圧によって、供給圧力をより低圧
としターボポンプの回転数を危険回転数から一層遠ざけ
ることができる。
[Other Embodiments] In the above embodiment, the output pressures of the first and second turbo pumps 33 and 35, that is, a part of the liquid oxygen 3 or the liquid fuel 1 from the liquid outlet 11 (FIG. 1) are used. When the rotation speeds of the first and second turbo pumps 33 and 35 decrease by approaching the dangerous rotation speed range by supplying to the hydrostatic slide bearing, the dangerous rotation speed range is automatically moved away to the low rotation speed side. I explained that you can do it,
In another embodiment, the pressure supplied to the bearing can be positively adjusted by operating the pressure adjusting mechanisms 63 and 63a. As the operation of the pressure adjusting mechanisms 63, 63a, the number of rotations of the rotating shaft 23 is monitored, and in addition to remote control by an operator, automatic control by a controller or the like is also possible. In addition, the supply pressure can be made lower by the positive pressure adjustment, and the rotation speed of the turbo pump can be further away from the dangerous rotation speed.

【0029】また、以上の実施形態においては、第1及
び第2ターボポンプ33,35の定格回転数を危険回転
数よりも高回転側に設定するものであったが、これに限
定するものではなく、低回転側に設定することも可能で
ある。この場合には、ターボポンプの回転数が高くなり
危険回転数に近付いた時には、軸受へ供給する圧力を調
圧機構63により高めることで、危険回転数を高回転側
へ遠ざける制御を行うことが可能である。
In the above embodiment, the rated rotation speeds of the first and second turbo pumps 33 and 35 are set to be higher than the dangerous rotation speed. However, the present invention is not limited to this. However, it is also possible to set to the low rotation side. In this case, when the rotation speed of the turbo pump increases and approaches the dangerous rotation speed, the pressure supplied to the bearing is increased by the pressure adjusting mechanism 63, so that the dangerous rotation speed can be controlled to move away from the high rotation side. It is possible.

【0030】また、以上の実施形態においては、軸受へ
圧力を供給する供給源として第1及び第2ターボポンプ
33,35の液体出口11から送り出される液体燃料1
または液体酸素3の出力圧の一部を利用するような圧力
供給系を用いているが、これに限定されず、他の供給源
から軸受へ圧力を供給するような圧力供給系を用いるこ
とも可能である。
In the above embodiment, the liquid fuel 1 sent out from the liquid outlet 11 of the first and second turbo pumps 33 and 35 is used as a supply source for supplying pressure to the bearing.
Alternatively, a pressure supply system that uses a part of the output pressure of the liquid oxygen 3 is used, but the present invention is not limited to this, and a pressure supply system that supplies pressure to the bearing from another supply source may be used. It is possible.

【0031】また、以上の実施形態においては、第1及
び第2ターボホンプ33,35のタービン17,17a
を回転させる作動ガス13(図1参照)がエンジン燃焼
室31の冷却ジャケット39を通って気化した水素ガス
50(図2参照)であったが、この作動ガス13にどの
ような流体を用いるかは、従来から複数の方式(図6に
概略を示す(図2と同様の部分については同一の符号を
付す))があり、いずれの方式もこの発明に実施が可能
である。
In the above embodiment, the turbines 17 and 17a of the first and second turbo pumps 33 and 35 are used.
Is the hydrogen gas 50 (see FIG. 2) vaporized through the cooling jacket 39 of the engine combustion chamber 31. What kind of fluid is used for this working gas 13? There are conventionally a plurality of methods (schematically shown in FIG. 6 (the same parts as in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals)), and any of these methods can be implemented in the present invention.

【0032】すなわち、図6(A)に示すように、昇圧
した液体燃料または液体酸素の一部を用いガス発生器8
1によりガスを発生させ、そのガスによりタービン1
7,17aを回転させることができる。また、図6
(B)に示すように、エンジン燃焼室31の燃焼ガスの
一部を導いてタービン17,17aを回転させることも
可能である。また、図6(C)に示すように、2つの第
1及び第2ターボポンプ33,35のタービン17,1
7aを駆動した後の作動ガスをノズルへ排気する(図
2)のではなく、噴射板43のマニホード41へ送り噴
射させることも可能である。また、図6(D)に示すよ
うに、噴射板43のマニホード41へ送られた液体燃料
1及び液体酸素3の一部を導いて予燃焼室(PREBU
RNER)83へ送り燃焼させ、その燃焼ガスでタービ
ン17,17aを回転させる2段燃焼方式とすることも
可能である。
That is, as shown in FIG. 6 (A), the gas generator 8 uses a part of the pressurized liquid fuel or liquid oxygen.
1 to generate gas, and the gas
7, 17a can be rotated. FIG.
As shown in (B), it is also possible to guide a part of the combustion gas in the engine combustion chamber 31 to rotate the turbines 17 and 17a. Also, as shown in FIG. 6C, the turbines 17 and 1 of the two first and second turbo pumps 33 and 35 are provided.
Instead of exhausting the working gas after driving 7a to the nozzle (FIG. 2), it is also possible to send and inject the operating gas to the manifold 41 of the injection plate 43. As shown in FIG. 6 (D), a part of the liquid fuel 1 and the liquid oxygen 3 sent to the manifold 41 of the injection plate 43 is guided to the pre-combustion chamber (PREBU).
RNER) 83 for combustion, and using the combustion gas to rotate the turbines 17 and 17a.

【0033】なお、前記実施の形態において示した各構
成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明
の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき
種々変更可能である。
The shapes, combinations, and the like of the components shown in the above embodiment are merely examples, and various changes can be made based on design requirements without departing from the spirit of the present invention.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係るタ
ーボポンプの軸受機構は、ターボポンプの回転数に応じ
て、その回転数が危険回転数に近付いたときは静圧式滑
軸受の圧力を変化させて剛性を変化させることにより固
有振動数を変化させ、危険回転数を変えて該回転数から
遠ざけることができる。これにより、エンジンの推力制
御に際して、ターボポンプの危険回転数による制限が緩
和され、広範囲なエンジン運転が可能となる。請求項2
に係るターボポンプの軸受機構は、ターボポンプの出力
圧を静圧式滑軸受に供給することで、危険回転数よりも
高回転側で定格回転されていたターボポンプが回転数を
徐々に低くした場合にターボポンプの出力圧も徐々に低
下し、これにより静圧式滑軸受の圧力および剛性が自動
的に小さくなり、危険回転数を自動的に低回転側に遠ざ
けることができる。請求項3に係るタ−ボポンプの軸受
機構は、静圧式滑軸受に供給する圧力を調圧機構により
制御することで、供給圧力を積極的に変化させ、危険回
転数を任意に設定可能となり、ターボポンプ駆動時の回
転数から危険回転数を十分に遠ざけることができる。請
求項4に係るターボポンプの軸受機構は、制御手段によ
り危険回転数をターボポンプの回転数から適宜遠ざける
ようにしているため、エンジンの推力制御を行う場合に
おいて、迅速かつ適切に危険回転数の変更が行われ、推
力制御を行う際の自動化に容易に対応することができ
る。
As described above, according to the bearing mechanism of the turbo pump according to the first aspect, when the rotation speed approaches the dangerous rotation speed in accordance with the rotation speed of the turbo pump, the pressure of the hydrostatic slide bearing is reduced. , The natural frequency can be changed by changing the rigidity, and the critical rotation speed can be changed to keep away from the rotation speed. Thereby, in controlling the thrust of the engine, the limitation due to the dangerous rotation speed of the turbo pump is relaxed, and the engine can be operated over a wide range. Claim 2
The turbopump bearing mechanism according to the above, by supplying the output pressure of the turbopump to the hydrostatic type smooth bearing, when the turbopump that has been rated at a higher rotation side than the dangerous rotation speed gradually reduces the rotation speed In addition, the output pressure of the turbo pump gradually decreases, whereby the pressure and rigidity of the hydrostatic slide bearing automatically decrease, and the dangerous rotation speed can be automatically moved away to the low rotation side. In the turbo pump bearing mechanism according to the third aspect, the supply pressure is positively changed by controlling the pressure supplied to the hydrostatic slide bearing by the pressure regulating mechanism, and the dangerous rotation speed can be arbitrarily set. The dangerous rotation speed can be sufficiently kept away from the rotation speed when the turbo pump is driven. In the bearing mechanism of the turbo pump according to claim 4, the dangerous speed is controlled as appropriate by the control means so that the dangerous speed is quickly and appropriately adjusted when performing thrust control of the engine. The change is made, and it is possible to easily cope with automation in performing thrust control.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】 液体燃料と液体酸素の流れを示す模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram showing flows of liquid fuel and liquid oxygen.

【図3】 静圧式滑軸受の概要を示すもので、(A)は
断面図、(B)はAの側面図、(C)は軸受スリーブの
展開図である。
3A and 3B show an outline of a hydrostatic sliding bearing, in which FIG. 3A is a sectional view, FIG. 3B is a side view of A, and FIG. 3C is a developed view of a bearing sleeve.

【図4】 静圧式滑軸受の試験結果を示すグラフ図で、
(A)は圧力と剛性との変化、(B)は回転数による剛
性の変化を表している。
FIG. 4 is a graph showing test results of a hydrostatic slide bearing;
(A) shows a change in pressure and rigidity, and (B) shows a change in rigidity according to the number of rotations.

【図5】 エンジン推力とターボポンプの回転数との関
係から、危険回転数の変化を説明するグラフ図である。
FIG. 5 is a graph illustrating a change in a critical rotation speed based on a relationship between an engine thrust and a rotation speed of a turbo pump.

【図6】 (A)〜(D)により他の実施形態を示す模
式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing another embodiment according to (A) to (D).

【図7】 従来のターボポンプの軸受機構を示す断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a bearing mechanism of a conventional turbo pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 液体燃料 3 液体酸素 10,10a 遠心型ポンプ(圧力供給系) 17,17a タービン 23 回転軸 33 第1ターボポンプ 35 第2ターボポンプ 61,61a 供給路 63,63a 調圧機構 65 静圧式滑軸受(ジャーナル軸受) 70 制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid fuel 3 Liquid oxygen 10, 10a Centrifugal pump (pressure supply system) 17, 17a Turbine 23 Rotary shaft 33 First turbo pump 35 Second turbo pump 61, 61a Supply path 63, 63a Pressure regulating mechanism 65 Static pressure type sliding bearing (Journal bearing) 70 Control means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H022 AA01 BA06 CA14 CA17 CA18 CA48 CA50 CA56 DA00 DA08 DA09 DA11 DA15 3J011 AA04 AA20 BA02 MA03 MA26 3J102 AA02 BA03 BA13 CA02 EA03 EA09 EA13 EA17 EB02 EB07 GA14 GA20  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3H022 AA01 BA06 CA14 CA17 CA18 CA48 CA50 CA56 DA00 DA08 DA09 DA11 DA15 3J011 AA04 AA20 BA02 MA03 MA26 3J102 AA02 BA03 BA13 CA02 EA03 EA09 EA13 EA17 EB02 EB07 GA14 GA20

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポンプ式ロケットエンジンにおけるタ−
ボポンプの回転軸を支持する静圧式滑軸受と、前記回転
軸の回転数に応じて該静圧式滑軸受に所定圧力を供給す
る圧力供給系とを備えることを特徴とするタ−ボポンプ
の軸受機構。
1. A pump in a pump type rocket engine.
A bearing mechanism for a turbo pump, comprising: a hydrostatic slide bearing for supporting a rotary shaft of a pump; and a pressure supply system for supplying a predetermined pressure to the hydrostatic slide bearing in accordance with the rotation speed of the rotary shaft. .
【請求項2】 前記圧力供給系は、前記ターボポンプの
駆動による出力圧を前記所定圧力として前記静圧式滑軸
受に供給する供給路を備えることを特徴とする請求項1
記載のタ−ボポンプの軸受機構。
2. The pressure supply system according to claim 1, further comprising a supply path for supplying an output pressure generated by driving the turbo pump as the predetermined pressure to the hydrostatic slide bearing.
A bearing mechanism for the turbo pump according to the above.
【請求項3】 前記圧力供給系は、前記所定圧力を変化
させるための調圧機構を備えることを特徴とする請求項
1または2記載のタ−ボポンプの軸受機構。
3. The turbo pump bearing mechanism according to claim 1, wherein said pressure supply system includes a pressure adjusting mechanism for changing said predetermined pressure.
【請求項4】 前記回転軸の回転数と予め設定されてい
る危険回転数とを比較して、該回転数が該危険回転数に
近づいたときに前記調圧機構を制御して供給圧力を変化
させ、前記静圧式滑軸受の剛性を変化させることにより
危険回転数を該回転数から遠ざける制御を行う制御手段
を備えることを特徴とする請求項3記載のターボポンプ
の軸受機構。
4. The method according to claim 1, further comprising: comparing the rotation speed of the rotating shaft with a preset dangerous rotation speed; and controlling the pressure regulating mechanism when the rotation speed approaches the dangerous rotation speed to reduce the supply pressure. 4. The turbo pump bearing mechanism according to claim 3, further comprising control means for changing the critical rotation speed and changing the rigidity of the hydrostatic slide bearing so as to keep the dangerous rotation speed away from the rotation speed.
JP10265518A 1998-09-18 1998-09-18 Bearing mechanism of turbo-pump Pending JP2000097108A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10265518A JP2000097108A (en) 1998-09-18 1998-09-18 Bearing mechanism of turbo-pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10265518A JP2000097108A (en) 1998-09-18 1998-09-18 Bearing mechanism of turbo-pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000097108A true JP2000097108A (en) 2000-04-04

Family

ID=17418269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10265518A Pending JP2000097108A (en) 1998-09-18 1998-09-18 Bearing mechanism of turbo-pump

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000097108A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009161990A (en) * 2008-01-07 2009-07-23 Sakase Chemical Industry Co Ltd Drawer locking device for carrying cabinet
JP2010223118A (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Ihi Corp Journaling structure of shaft part
CN117131710A (en) * 2023-10-26 2023-11-28 江苏深蓝航天有限公司 Vibration data processing method for liquid rocket engine test turbopump

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009161990A (en) * 2008-01-07 2009-07-23 Sakase Chemical Industry Co Ltd Drawer locking device for carrying cabinet
JP2010223118A (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Ihi Corp Journaling structure of shaft part
CN117131710A (en) * 2023-10-26 2023-11-28 江苏深蓝航天有限公司 Vibration data processing method for liquid rocket engine test turbopump
CN117131710B (en) * 2023-10-26 2024-03-19 江苏深蓝航天有限公司 Vibration data processing method for liquid rocket engine test turbopump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5752380A (en) Liquid fuel pressurization and control system
JP4386589B2 (en) Rocket engine
US6837676B2 (en) Gas turbine
JP6134508B2 (en) Turbine engine and method of flowing air in turbine engine
US8499541B2 (en) Method for starting premixed combustion in combustor for two-shaft gas turbine
JP6577509B2 (en) System and method for variable squeeze film damper
JP5511158B2 (en) Gas turbine with axial thrust compensation
JP2013140003A5 (en)
US7896620B1 (en) Integral gas turbine compressor and rotary fuel injector
JP2006037955A (en) Nose cone for turbo machine
JP2016211569A (en) System and method for flow control in turbine
US11466857B2 (en) Self-pumping fuel injector for a gas turbine engine and method of operation
CA3036970C (en) A technique for controlling rotating stall in compressor for a gas turbine engine
JP2010048160A (en) Centrifugal compressor
JP2016041909A (en) Turbo pump
US10309319B2 (en) Compressor arrangement and gas turbine engine
JP2000097108A (en) Bearing mechanism of turbo-pump
US6735952B2 (en) Single pump lubrication and starter system
US20140147247A1 (en) Method for operating a rotary machine
JP4702599B2 (en) High-speed pump inducer
JP2001263092A (en) Gas turbine
US20160222919A1 (en) Turbopump for a rocket engine having a radial stage
JP5907764B2 (en) Turbo pump
JP2005226561A (en) Low duty compressor control method in lng ship
WO2022105212A1 (en) Gas-blown miniature gas turbine and startup method therefor