JP2010265761A - Inducer device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロケットエンジンなどで使用されるポンプに設けられるインデューサ装置に関する。 The present invention relates to an inducer device provided in a pump used in a rocket engine or the like.
ロケットエンジンなどでは、液体水素または液体酸素などの極低温流体を加圧するために、ターボポンプなどの大吸込容量ポンプが用いられる。 In a rocket engine or the like, a large suction capacity pump such as a turbo pump is used to pressurize a cryogenic fluid such as liquid hydrogen or liquid oxygen.
このようなポンプは、例えば図9の構成を持つ。即ち、ポンプ(ターボポンプ)3は、回転軸3aと、回転軸3aに固定されたポンプ羽根車3bと、回転軸3aに固定されたタービン羽根車3cと、を有する。回転軸3aは、軸受5を介してケーシング7に回転自在に支持されている。
Such a pump has, for example, the configuration shown in FIG. That is, the pump (turbo pump) 3 includes a rotating
インデューサ装置は、ポンプ3の吸い込み性能を維持するために設けられる。即ち、インデューサ装置は、ターボポンプ3のポンプ羽根車3bの手前に設けられ、吸込流体を加圧してポンプ羽根車3bの流体吸込を補助する。ロケットが地表から発射され上昇していくと、高度が高くなるにつれ気圧が下がるため、ポンプ3の入口で十分な圧力が得られない場合がある。そのため、インデューサ装置で極低温流体の圧力を上げターボポンプ3が十分に吸い込めるくらいの圧力とする。
インデューサ装置は、図9に示すように、ポンプ羽根車3bの上流側にて回転軸3aの端部7aに固定された複数の翼9からなる羽根車を有する。回転軸3aがタービンにより回転駆動されることで、インデューサ装置の複数の翼9は、タービン羽根車3cおよびポンプ羽根車3bと同一速度で回転する。その回転速度は数万回転/分である。これにより、インデューサ装置が吸込流体を予圧してポンプ羽根車3bに送り込む。
The inducer device is provided to maintain the suction performance of the
As shown in FIG. 9, the inducer device has an impeller composed of a plurality of
上述のようなインデューサ装置は、例えば下記の特許文献1に記載されている。また、本発明の技術分野における他の先行技術文献として、下記の特許文献2、3がある。
The inducer apparatus as described above is described in, for example, Patent Document 1 below. Other prior art documents in the technical field of the present invention include the following
従来においては、インデューサ装置による流体加圧特性(揚程特性)が翼9の下流端である翼9後縁の形状に依存することを考慮して、翼9後縁の形状を設計していた。また、インデューサ装置のキャビテーション特性が翼9の上流端である翼9前縁の形状に依存することを考慮して、翼9前縁の形状を設計していた。
しかし、従来では、翼9全体の荷重(負荷)バランスを良好にしつつ、キャビテーションや逆流や2次流れなどによる回転軸振動を抑え、高い吸い込み性能を実現することは困難であった。
Conventionally, the shape of the trailing edge of the
However, conventionally, it has been difficult to achieve high suction performance by suppressing rotation shaft vibration due to cavitation, reverse flow, or secondary flow while improving the load balance of the
なお、キャビテーションとは、高速で流れる液体の中に圧力の低い領域が発生し、この低圧領域において気相または気液混相が発生する現象である。また、キャビテーションは、翼9の前縁の回転方向後方に発生する。また、2次流れとは、主流(回転軸3aの軸方向流)に対して垂直な面で発生する流れである。
Cavitation is a phenomenon in which a low pressure region is generated in a liquid flowing at high speed, and a gas phase or a gas-liquid mixed phase is generated in this low pressure region. Cavitation occurs behind the leading edge of the
そこで、本発明の目的は、翼全体の荷重バランスを向上させつつ、キャビテーションや逆流や2次流れなどによる振動を抑制し、高い吸込み性能を実現できるインデューサ装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an inducer device capable of realizing high suction performance by suppressing vibration due to cavitation, reverse flow, or secondary flow while improving the load balance of the entire blade.
上記目的を達成するため、本発明によると、流体を吸引するポンプ羽根車と、該ポンプ羽根車が固定され回転駆動される回転軸と、を有するポンプに設けられるインデューサ装置であって、
前記ポンプ羽根車の上流側において前記回転軸に固定される翼を備え、
該翼は、前記回転軸に結合される根元と前記根元と反対側の先端とを有するとともに、上流端である前縁と下流端である後縁とを有し、
前記回転軸の軸方向における流体速度成分ベクトル(U)を回転する前記翼から見た相対速度ベクトル(ω)と、前記翼の翼面との成す角度を前記流体の進入角度(α)として、
(1)前記進入角度は前記前縁よりも前記後縁のほうが大きく、
(2)前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差の大きさは、前記前縁と前記後縁とで少なくともほぼ同じであり、
(3)前記前縁での前記進入角度と前記後縁での前記進入角度との差の大きさは、前記根元と前記先端とで少なくともほぼ同じである、ことを特徴とするインデューサ装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an inducer device provided in a pump having a pump impeller for sucking fluid, and a rotary shaft on which the pump impeller is fixed and rotationally driven.
A blade fixed to the rotary shaft on the upstream side of the pump impeller,
The blade has a root coupled to the rotating shaft and a tip opposite to the root, and has a leading edge that is an upstream end and a trailing edge that is a downstream end,
The fluid velocity component vector (U) in the axial direction of the rotating shaft is defined as an angle formed by the relative velocity vector (ω) viewed from the blade and the blade surface of the blade as the fluid entrance angle (α).
(1) The approach angle is larger at the trailing edge than at the leading edge,
(2) The magnitude of the difference between the entry angle at the root and the entry angle at the tip is at least approximately the same at the front edge and the rear edge,
(3) The inducer device is characterized in that the magnitude of the difference between the approach angle at the leading edge and the approach angle at the trailing edge is at least substantially the same between the root and the tip. Provided.
上述の構成では、(1)前記進入角度は前記前縁よりも前記後縁のほうが大きいので、翼に作用する荷重を、前縁側に集中させずに後縁側に分散することができる。(2)また、前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差の大きさは、前記前縁と前記後縁とで少なくともほぼ同じであるので、翼が前縁において根元でする仕事量と先端でする仕事量との差と、翼が後縁において根元でする仕事量と先端でする仕事量との差とを同程度にでき、これにより、翼の荷重バランスおよび回転バランスを向上させることができる。(3)さらに、前記前縁での前記進入角度と前記後縁での前記進入角度との差の大きさは、前記根元と前記先端とで少なくともほぼ同じであるので、翼が根元において前縁でする仕事量と後縁でする仕事量との差と、翼が先端において前縁でする仕事量と後縁でする仕事量との差とを同程度にでき、これにより、翼の荷重バランスおよび回転バランスを向上させることができる。
このように、上記(1)のように、翼に作用する荷重を、前縁側に集中させずに後縁側に分散することができ、さらに上記(2)、(3)のように、翼の荷重バランスおよび回転バランスが向上し、これらが相俟って、翼全体の荷重バランスを向上させつつ、キャビテーションや逆流や2次流れなどによる振動を抑制でき、高い吸込み性能を実現できる。
In the above-described configuration, (1) the approach angle is larger at the trailing edge than at the leading edge, so that the load acting on the blade can be distributed to the trailing edge side without being concentrated on the leading edge side. (2) Since the magnitude of the difference between the approach angle at the root and the approach angle at the tip is at least approximately the same at the leading edge and the trailing edge, the wing is at the root at the leading edge. The difference between the amount of work done at the tip and the amount of work done at the tip and the difference between the amount of work done at the root of the blade and the amount of work done at the tip can be made the same, so that the load balance and rotation of the blade The balance can be improved. (3) Further, since the magnitude of the difference between the approach angle at the leading edge and the approach angle at the trailing edge is at least substantially the same at the root and the tip, the wing is at the leading edge at the root. The difference between the amount of work done at the trailing edge and the amount of work done at the trailing edge, and the difference between the amount of work done at the leading edge of the blade at the leading edge and the amount of work done at the trailing edge can be made comparable, and this makes the load balance of the blade In addition, the rotation balance can be improved.
Thus, as described in (1) above, the load acting on the wing can be distributed to the trailing edge without being concentrated on the leading edge, and further, as in (2) and (3) above, The load balance and the rotation balance are improved, and these combine to improve the load balance of the entire blade, while suppressing vibration due to cavitation, reverse flow, secondary flow, etc., and realizing high suction performance.
本発明の好ましい実施形態によると、前記進入角度は、前記前縁から前記後縁へ移行するにつれ次第に変化するとともに、前記根元から前記先端に移行するにつれ次第に変化する。 According to a preferred embodiment of the present invention, the approach angle gradually changes as it moves from the leading edge to the trailing edge, and gradually changes as it moves from the root to the tip.
上記構成では、前記進入角度は、前記前縁から前記後縁へ移行するにつれ次第に変化するとともに、前記根元から前記先端に移行するにつれ次第に変化するので、翼の荷重バランスおよび回転バランスを一層向上させることができる。 In the above configuration, the approach angle gradually changes as it moves from the leading edge to the trailing edge, and also gradually changes as it moves from the root to the tip, thereby further improving the load balance and rotation balance of the blade. be able to.
本発明の好ましい実施形態によると、
(1)前記進入角度は、前記根元および前記先端において前記前縁よりも前記後縁のほうが1度以上大きく、
(2)前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差の大きさが、前記後縁でΔTであり前記前縁でΔLであるとして、ΔT/ΔLが0.9以上1.1以下であり、
(3)前記前縁での前記進入角度と前記後縁での前記進入角度との差の大きさを、前記根元でΔhであり前記先端でΔtであるとして、Δh/Δtが0.9以上1.1以下であり、
(4)前記前縁および前記後縁において、前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差は、4.0度以下である。
According to a preferred embodiment of the present invention,
(1) The approach angle is 1 degree or more larger at the rear edge than at the front edge at the root and the tip,
(2) Assuming that the difference between the approach angle at the base and the approach angle at the tip is ΔT at the trailing edge and ΔL at the leading edge, ΔT / ΔL is 0.9 or more. 1.1 or less,
(3) Assuming that the difference between the approach angle at the leading edge and the approach angle at the trailing edge is Δh at the root and Δt at the tip, Δh / Δt is 0.9 or more. 1.1 or less,
(4) At the front edge and the rear edge, the difference between the entry angle at the root and the entry angle at the tip is 4.0 degrees or less.
上記構成では、(1)前記進入角度は、前記根元および前記先端において前記前縁よりも前記後縁のほうが1度以上大きいので、翼に作用する荷重を、前縁側に集中させずに後縁側に効果的に分散することができる。(2)また、前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差の大きさが、前記後縁でΔTであり前記前縁でΔLであるとして、ΔT/ΔLを0.9以上1.1以下にすることで、翼が前縁において根元でする仕事量と先端でする仕事量との差と、翼が後縁において根元でする仕事量と先端でする仕事量との差とを同程度にでき、これにより、翼の荷重バランスおよび回転バランスを向上させることができる。(3)さらに、前記前縁での前記進入角度と前記後縁での前記進入角度との差の大きさを、前記根元でΔhであり前記先端でΔtであるとして、Δh/Δtを0.9以上1.1以下にすることで、翼が根元において前縁でする仕事量と後縁でする仕事量との差と、翼が先端において前縁でする仕事量と後縁でする仕事量との差を同程度にでき、これにより、翼の荷重バランスおよび回転バランスを向上させることができる。(4)しかも、前記前縁および前記後縁において、前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差を4.0度以下にすることで、翼が前縁および後縁において根元でする仕事量と先端でする仕事量との差を小さく抑えることができ、これにより、翼の荷重バランスおよび回転バランスを向上させることができる。
このように、上記(1)のように、翼に作用する荷重を、前縁側に集中させずに後縁側に分散することができ、さらに上記(2)〜(4)のように、翼の荷重バランスおよび回転バランスが向上し、これらが相俟って、翼全体の荷重バランスを向上させつつ、キャビテーションや逆流や2次流れなどによる振動を抑制でき、高い吸込み性能を実現できる。
In the above configuration, (1) the approach angle is larger at the root and the tip at the trailing edge by 1 degree or more than the leading edge, so that the load acting on the wing is not concentrated on the leading edge side. Can be effectively dispersed. (2) Further, assuming that the magnitude of the difference between the approach angle at the root and the approach angle at the tip is ΔT at the trailing edge and ΔL at the leading edge, ΔT / ΔL is set to 0. By setting it to 9 or more and 1.1 or less, the difference between the amount of work performed at the base of the blade at the leading edge and the amount of work performed at the tip, and the amount of work performed at the root and the tip of the blade at the trailing edge The difference can be made substantially the same, thereby improving the load balance and rotation balance of the blade. (3) Further, assuming that the difference between the approach angle at the leading edge and the approach angle at the trailing edge is Δh at the root and Δt at the tip, Δh / Δt is set to 0. By setting it to 9 or more and 1.1 or less, the difference between the work done at the leading edge and the work done at the trailing edge at the root of the blade, and the work done at the leading edge and the trailing edge at the tip of the blade Can be made the same level, so that the load balance and rotation balance of the blades can be improved. (4) In addition, at the leading edge and the trailing edge, the difference between the approach angle at the root and the approach angle at the tip is 4.0 degrees or less, so that the wings are at the leading edge and the trailing edge. The difference between the amount of work at the root and the amount of work at the tip can be kept small, thereby improving the load balance and rotation balance of the blades.
Thus, as described in (1) above, the load acting on the blade can be distributed to the trailing edge side without being concentrated on the leading edge side. Further, as described in (2) to (4) above, The load balance and the rotation balance are improved, and these combine to improve the load balance of the entire blade, while suppressing vibration due to cavitation, reverse flow, secondary flow, etc., and realizing high suction performance.
上述した本発明によると、翼全体の荷重バランスを向上させつつ、キャビテーションや逆流や2次流れなどによる振動を抑制し、かつ、高い吸込み性能を実現できる。 According to the above-described present invention, it is possible to improve the load balance of the entire blade, suppress vibration due to cavitation, reverse flow, secondary flow, and the like, and realize high suction performance.
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通または対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a common or corresponding part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、図9のA−A線矢視図であるが、本発明の実施形態によるインデューサ装置を示す。図2は、図9の部分拡大図であるが、本発明の実施形態によるインデューサ装置を示す。図3は、本実施形態によるインデューサ装置の一例を示す斜視図である。 1 is an AA arrow view of FIG. 9, showing an inducer device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 9, but shows an inducer device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view showing an example of the inducer device according to the present embodiment.
本実施形態によるインデューサ装置10は、図9に示すターボポンプ3に設けられる。このターボポンプ3の構成は、図9に基づいて説明したものと同じ構成であってよい。即ち、ターボポンプ3は、図9に示すように、回転軸3aと、回転軸3aに固定されたポンプ羽根車3bと、回転軸3aに固定されたタービン羽根車3cと、を有する。回転軸3aは、軸受5を介してケーシング7に回転自在に支持されている。
The
本実施形態によるインデューサ装置10は、図1に示すように、前記ポンプ羽根車3bの上流側において前記回転軸3aに固定される翼9を備える。
As shown in FIG. 1, the
翼9は、本実施形態では、複数(図1の例では、3つ)設けられる。複数の翼9は、前記ポンプ羽根車3bの上流側において前記回転軸3aに固定され、前記回転軸3aの回転方向(以下、単に回転方向という)に配置される。各翼9は同一の寸法および形状を有する。また、複数の翼9は、前記回転方向に互いに等間隔だけずれている。なお、図1において、ケーシング7の内壁面7aは、複数の翼9を囲むように、前記回転軸3aの半径方向(以下、単に半径方向という)外側にて前記回転方向に延びている。
また、該翼9は、前記回転軸3aに結合される根元9aと、前記根元9aと反対側に位置するケーシング7側の先端9bとを有するとともに、上流端である前縁9cと、下流端である後縁9dとを有する。なお、前記半径方向は、根元9aから先端9bへ向かう方向である。
In the present embodiment, a plurality of wings 9 (three in the example of FIG. 1) are provided. The plurality of
The
図4は、図9の翼9を回転方向に展開して翼9を平面的に示した図であるが、本実施形態による場合を示す。即ち、図4は、図9において翼9を半径方向外側から見た図であるが、翼9を回転方向に展開して示している。なお、翼9は、各回転方向位置において、回転軸3aの軸方向(以下、単に軸方向という)と垂直に延びている。
FIG. 4 is a diagram showing the
図5に示す進入角度αを用いて、本実施形態による翼9の形状を説明する。図5は、図4の部分拡大図である。進入角度αは、相対速度ベクトルωと、前記翼9の(腹側の)翼面との成す角度である。相対速度ベクトルωは、軸方向における(翼9へ進入する)流体速度成分ベクトルCaを回転する前記翼9から見た速度ベクトルである。図5において、Uは、翼9の回転速度ベクトルを示し、βは、翼9の(腹側の)翼面が回転速度ベクトルUとなす角度である。
The shape of the
本実施形態によると、翼9の形状は次のようになっている。
(1)前記進入角度αは(各半径方向位置において)前記前縁9cよりも前記後縁9dのほうが大きい。
(2)前記根元9aでの前記進入角度αと前記先端9bでの前記進入角度αとの差の大きさは、前記前縁9cと前記後縁9dとで少なくともほぼ同じである。
(3)前記前縁9cでの前記進入角度αと前記後縁9dでの前記進入角度αとの差の大きさは、前記根元9aと前記先端9bとで少なくともほぼ同じである。
(4)また、好ましくは、前記前縁9cおよび前記後縁9dにおいて(即ち、各半径方向位置において)、前記根元9aでの前記進入角度αと前記先端9aでの前記進入角度αとの差は4.0度以下である。
According to the present embodiment, the shape of the
(1) The approach angle α is greater at the trailing
(2) The magnitude of the difference between the entry angle α at the
(3) The magnitude of the difference between the approach angle α at the
(4) Preferably, at the
図6、図7に基づいて、上述の条件(1)〜(4)について詳しく説明する。
図6は、図4の部分拡大図であり、前縁9cを示している。図6(A)は前縁9cの先端9bを示し、図6(B)は前縁9cの根元9aを示している。図7は、図4の部分拡大図であり、後縁9dを示している。図7(A)は後縁9dの先端9bを示し、図7(B)は後縁9dの根元9aを示している。
Based on FIGS. 6 and 7, the above-mentioned conditions (1) to (4) will be described in detail.
FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. 4 and shows a
図6(A)における各記号は以下のものである。
α1t:前縁9cかつ先端9bおける前記進入角度α。
ω1t:前縁9cかつ先端9bにおいて軸方向の流体速度成分ベクトルCa1を回転する前記翼9から見た相対速度ベクトル。
Ca1:前縁9cかつ先端9bにおいて流体が持つ軸方向の流体速度成分ベクトル。
U1t:前縁9cかつ先端9bおける翼9の回転速度ベクトル。
β1t:前縁9cかつ先端9bおいて翼9の(腹側の)翼面が回転速度ベクトルU1tとなす角度。
図6(B)における各記号は以下のものである。
α1h:前縁9cかつ根元9aおける前記進入角度α。
ω1h:前縁9cかつ根元9aにおいて軸方向の流体速度成分ベクトルCa1を回転する前記翼9から見た相対速度ベクトル。
Ca1:前縁9cかつ根元9aにおいて流体が持つ軸方向の流体速度成分ベクトル。
U1h:前縁9cかつ根元9aおける翼9の回転速度ベクトル。
β1h:前縁9cかつ根元9aおいて翼9の(腹側の)翼面が回転速度ベクトルU1hとなす角度。
図7(A)における各記号は以下のものである。
α2t:後縁9dかつ先端9bおける前記進入角度α。
ω2t:後縁9dかつ先端9bにおいて軸方向の流体速度成分ベクトルCa2を回転する前記翼9から見た相対速度ベクトル。
Ca2:後縁9dかつ先端9bにおいて流体が持つ軸方向の流体速度成分ベクトル。
U2t:後縁9dかつ先端9bおける翼9の回転速度ベクトル。
β2t:後縁9dかつ先端9bおいて翼9の(腹側の)翼面が回転速度ベクトルU2tとなす角度。
図7(B)における各記号は以下のものである。
α2h:後縁9dかつ根元9aおける前記進入角度α。
ω2h:後縁9dかつ根元9aにおいて軸方向の流体速度成分ベクトルCa2を回転する前記翼9から見た相対速度ベクトル。
Ca2:後縁9dかつ根元9aにおいて流体が持つ軸方向の流体速度成分ベクトル。
U2h:後縁9dかつ根元9aおける翼9の回転速度ベクトル。
β2h:後縁9dかつ根元9aおいて翼9の(腹側の)翼面が回転速度ベクトルU2hとなす角度。
Each symbol in FIG. 6 (A) is as follows.
α1t: The approach angle α at the
ω1t: Relative velocity vector viewed from the
Ca1: A fluid velocity component vector in the axial direction of the fluid at the
U1t: rotational speed vector of the
β1t: An angle formed by the blade surface of the
Each symbol in FIG. 6B is as follows.
α1h: The approach angle α at the
ω1h: a relative velocity vector viewed from the
Ca1: A fluid velocity component vector in the axial direction of the fluid at the
U1h: Rotational speed vector of the
β1h: an angle formed by the rotational speed vector U1h of the blade surface (on the ventral side) of the
Each symbol in FIG. 7A is as follows.
α2t: The approach angle α at the trailing
ω2t: A relative velocity vector viewed from the
Ca2: A fluid velocity component vector in the axial direction of the fluid at the trailing
U2t: Rotational speed vector of the
β2t: an angle formed by the rotational speed vector U2t of the blade surface (abdominal side) of the
Each symbol in FIG. 7B is as follows.
α2h: The approach angle α at the trailing
ω2h: A relative velocity vector viewed from the
Ca2: A fluid velocity component vector in the axial direction of the fluid at the trailing
U2h: Rotational speed vector of the
β2h: an angle formed by the blade surface (on the ventral side) of the
・条件(1)について
上記条件(1)は、翼9の各半径位置において、α2−α1>0となっているものである。好ましくは、翼9の各半径位置において、α2−α1≧1.0[度]となっている。
従って、好ましくは、条件(1)は、α2t−α1tが次の式(a),(b)を満たすことである。
α2t−α1t≧1.0[度] ・・・(a)
α2h−α1h≧1.0[度] ・・・(b)
Condition (1) The condition (1) is that α2−α1> 0 at each radial position of the
Therefore, preferably, the condition (1) is that α2t−α1t satisfies the following expressions (a) and (b).
α2t−α1t ≧ 1.0 [degree] (a)
α2h−α1h ≧ 1.0 [degree] (b)
・条件(2)について
条件(2)は、前記根元9aでの前記進入角度αと前記先端9bでの前記進入角度αとの差の大きさが、前記後縁9dでΔTであり前記前縁9cでΔLであるとして、ΔT/ΔLが1または1に近い値であることである。即ち、ΔT=α2h―α2tであり、ΔL=α1h−α1tであるので、(α2h―α2t)/(α1h−α1t)が、1または1に近い値であることである。好ましくは、条件(2)は、次の式(c)を満たすことである。
0.9≦(α2h―α2t)/(α1h−α1t)≦1.1 ・・・(c)
Condition (2) Condition (2) is that the magnitude of the difference between the approach angle α at the
0.9 ≦ (α2h−α2t) / (α1h−α1t) ≦ 1.1 (c)
・条件(3)について
条件(3)は、前記前縁9cでの前記進入角度αと前記後縁9dでの前記進入角度αとの差の大きさが、前記根元9aでΔhであり前記先端9bでΔtであるとして、Δh/Δtが1または1に近い値であることである。即ち、Δh=α2h―α1hであり、Δt=α2t−α1tであるので、(α2h―α1h)/(α2t−α1t)が、1または1に近い値であることである。好ましくは、条件(3)は、次の式(d)を満たすことである。
0.9≦(α2h―α1h)/(α2t−α1t)≦1.1 ・・・(d)
Condition (3) Condition (3) is that the difference between the approach angle α at the
0.9 ≦ (α2h−α1h) / (α2t−α1t) ≦ 1.1 (d)
・条件(4)について
この条件(4)は、次の式(e)、(f)を満たすことである。
|α1h−α1t|≦4.0[度] ・・・(e)
|α2h−α2t|≦4.0[度] ・・・(f)
-Condition (4) This condition (4) is to satisfy the following expressions (e) and (f).
| Α1h−α1t | ≦ 4.0 [degrees] (e)
| Α2h−α2t | ≦ 4.0 [degrees] (f)
好ましくは、前記進入角度αは、翼9の各半径方向位置において、前記前縁9cから前記後縁9dへ移行するにつれ次第に変化(図4の例では、増加)する。このようになるように、図4の例では、翼9の各回転方向位置において、βは、根元9aから先端9bへ移行するに従って次第に変化(図4の例では、増加)する。
また、前記進入角度αは、翼9の各半径方向位置において、前記根元9aから前記先端9bに移行するにつれ次第に変化(図4の例では、増加)する。
Preferably, the approach angle α gradually changes (in the example of FIG. 4) as it moves from the
Further, the approach angle α gradually changes (in the example of FIG. 4) as it moves from the
図8は、インデューサ装置の複数の翼形状についてのシミュレーション結果を示す表である。即ち、図8に示すように、A〜Pの各翼9形状について、旋回キャビテーション、非対称キャビテーション、キャビテーションサージが発生するかを、シミュレーションにより検査した。
FIG. 8 is a table showing simulation results for a plurality of blade shapes of the inducer device. That is, as shown in FIG. 8, whether or not swirl cavitation, asymmetric cavitation, and cavitation surge are generated for each of the
なお、旋回キャビテーションは、回転によって翼9の回転位置が変化するに伴い、キャビテーションが翼9を順に移っていく現象である。即ち、キャビテーションが回転方向に伝播する現象である。非対称キャビテーションは、各翼9に発生するキャビテーションの大きさが不均一となる現象である。キャビテーションサージは、流体が軸方向に脈動的に振動する現象である。
Note that swirl cavitation is a phenomenon in which cavitation sequentially moves through the
図8において、数式が記入されている枠と同列にある各枠については、次の通りである。丸印(即ち、「○」)が記入された枠は、同列の左側の枠にある式(即ち、上記の各式(a)〜(f)のいずれか)が満たされていることを示す。一方、バツ印(即ち、「×」)が記入された枠は、同列の左側の枠にある式(即ち、上記の各式(a)、(b)、(e)、(f)のいずれか)が満たされていないことを示す。また、「小」が記入された枠は、同列の左側の枠にある式(即ち、上記の各式(c)、(d)のいずれか)の値が、0.9より小さいことを示す。同様に、「大」が記入された枠は、同列の左側の枠にある式(即ち、上記の各式(c)、(d)のいずれか)の値が、1.1より大きいことを示す。
図8において、「旋回キャビテーション」、「非対称キャビテーション」または「キャビテーションサージ」の現象名が記入されている枠と同列にある各枠については、次の通りである。丸印(即ち、「○」)が記入された枠は、同列の左側の枠に記入された現象が発生しないことを示す。バツ印(即ち、「×」)が記入された枠は、同列の左側の枠に記入された現象が発生することを示す。
例えば、Aの場合には、上記式(a)〜(f)が全て満たされている。即ち、Aの場合には、条件(1)〜(4)の全てが満たされている。一方、B〜Pの場合には、上記式(a)〜(f)の少なくとも1つが満たされていない。即ち、B〜Pの場合には、条件(1)〜(4)の少なくとも1つが満たされていない。
図8から分かるように、上記式(a)〜(f)が全て満たされているAの場合(即ち、条件(1)〜(4)が満たされている場合)には、旋回キャビテーション、非対称キャビテーション、キャビテーションサージのいずれも発生しない。一方、上記式(a)〜(f)の少なくとも1つが満たされていないB〜Pの場合(即ち、条件(1)〜(4)の少なくともいずれかが満たされていない場合)には、旋回キャビテーション、非対称キャビテーション、キャビテーションサージの少なくともいずれかが発生する。
In FIG. 8, each frame in the same column as the frame in which the mathematical formula is entered is as follows. A box with a circle (that is, “◯”) indicates that the expression in the left frame in the same row (that is, any one of the above expressions (a) to (f)) is satisfied. . On the other hand, a box with a cross mark (that is, “×”) is written in any of the formulas in the left frame of the same row (that is, any of the above formulas (a), (b), (e), (f)). )) Is not satisfied. A box in which “small” is entered indicates that the value of the expression in the left frame in the same column (that is, one of the above expressions (c) and (d)) is less than 0.9. . Similarly, a frame in which “Large” is entered indicates that the value of the expression in the left frame of the same column (that is, any one of the above formulas (c) and (d)) is greater than 1.1. Show.
In FIG. 8, each frame in the same row as the frame in which the phenomenon name of “swivel cavitation”, “asymmetric cavitation” or “cavitation surge” is entered is as follows. A frame in which a circle (that is, “◯”) is written indicates that the phenomenon written in the left frame in the same row does not occur. A frame in which a cross mark (that is, “x”) is written indicates that the phenomenon written in the left frame in the same column occurs.
For example, in the case of A, the above formulas (a) to (f) are all satisfied. That is, in the case of A, all of the conditions (1) to (4) are satisfied. On the other hand, in the case of B to P, at least one of the above formulas (a) to (f) is not satisfied. That is, in the case of B to P, at least one of the conditions (1) to (4) is not satisfied.
As can be seen from FIG. 8, in the case of A where all the above formulas (a) to (f) are satisfied (that is, when the conditions (1) to (4) are satisfied), swirl cavitation, asymmetric Neither cavitation nor cavitation surge occurs. On the other hand, in the case of B to P where at least one of the above formulas (a) to (f) is not satisfied (that is, when at least one of the conditions (1) to (4) is not satisfied), turning At least one of cavitation, asymmetric cavitation, and cavitation surge occurs.
上述した本発明の実施形態によるインデューサ装置10では、(1)前記進入角度αは、前記根元9aおよび前記先端9bにおいて前記前縁9cよりも前記後縁9dのほうが(1度以上)大きいので、翼9に作用する荷重を、前縁9c側に集中させずに後縁9d側に効果的に分散することができる。(2)また、前記根元9aでの前記進入角度αと前記先端9bでの前記進入角度αとの差の大きさが、前記後縁9dでΔTであり前記前縁9cでΔLであるとして、ΔTとΔLとを少なくともほぼ同じ(ΔT/ΔLが0.9以上1.1以下)にすることで、翼9が前縁9cにおいて根元9aでする仕事量と先端9bでする仕事量との差と、翼9が後縁9dにおいて根元9aでする仕事量と先端9bでする仕事量との差とを同程度にでき、これにより、翼9の荷重バランスおよび回転バランスを向上させることができる。(3)さらに、前記前縁9cでの前記進入角度αと前記後縁9dでの前記進入角度αとの差の大きさを、前記根元9aでΔhであり前記先端9bでΔtであるとして、ΔhとΔtとを少なくともほぼ同じ(Δh/Δtを0.9以上1.1以下)にすることで、翼9が根元9aにおいて前縁9cでする仕事量と後縁9dでする仕事量との差と、翼9が先端9bにおいて前縁9cでする仕事量と後縁9dでする仕事量との差を同じまたは同程度にでき、これにより、翼9の荷重バランスおよび回転バランスを向上させることができる。(4)しかも、好ましくは、前記前縁9cおよび前記後縁9dにおいて、前記根元9aでの前記進入角度αと前記先端9bでの前記進入角度αとの差を4.0度以下にすることで、翼9が前縁9cおよび後縁9dにおいて根元9aでする仕事量と先端9bでする仕事量との差を小さく抑えることができ、これにより、翼9の荷重バランスおよび回転バランスをさらに向上させることができる。
このように、上記(1)のように、翼9に作用する荷重を、前縁9c側に集中させずに後縁9d側に分散することができ、さらに上記(2)〜(3)または上記(2)〜(4)のように、翼9の回転バランスが向上し、これらが相俟って、翼9全体の荷重バランスを向上させつつ、逆流や2次流れやキャビテーションなどによる振動を抑制でき、高い吸込み性能を実現できる。
In the
Thus, as described in (1) above, the load acting on the
また、前記進入角度αは、前記前縁9cから前記後縁9dへ移行するにつれ次第に変化(図4では、大きく)なるとともに、前記根元9aから前記先端9bに移行するにつれ次第に変化するので、翼9の荷重バランスおよび回転バランスを一層向上させることができる。
Further, the approach angle α gradually changes as the transition from the
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明のインデューサ装置は、ロケット用エンジンのターボポンプだけでなく、翼全体の荷重バランスを向上させつつ、キャビテーションや逆流や2次流れなどによる振動を抑制し、高い吸込み性能を実現することが望まれる他のポンプにも適用可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the inducer device of the present invention improves the load balance of not only the turbo pump of the rocket engine but also the entire wing, and suppresses vibrations due to cavitation, reverse flow, secondary flow, etc., and realizes high suction performance. It is also applicable to other pumps where it is desired.
3・・・ターボポンプ、3a・・・回転軸、3b・・・ポンプ羽根車、3c・・・タービン羽根車、5・・・軸受、7・・・ケーシング、7a・・・内壁面、9・・・翼、9a・・・根元、9b・・・先端、9c・・・前縁、9d・・・後縁、10・・・インデューサ装置
3 ... turbo pump, 3a ... rotating shaft, 3b ... pump impeller, 3c ... turbine impeller, 5 ... bearing, 7 ... casing, 7a ... inner wall surface, 9 ... Wings, 9a ... Root, 9b ... Tip, 9c ... Front edge, 9d ... Rear edge, 10 ... Inducer device
Claims (3)
前記ポンプ羽根車の上流側において前記回転軸に固定される翼を備え、
該翼は、前記回転軸に結合される根元と前記根元と反対側の先端とを有するとともに、上流端である前縁と下流端である後縁とを有し、
前記回転軸の軸方向における流体速度成分ベクトル(U)を回転する前記翼から見た相対速度ベクトル(ω)と、前記翼の翼面との成す角度を前記流体の進入角度(α)として、
(1)前記進入角度は前記前縁よりも前記後縁のほうが大きく、
(2)前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差の大きさは、前記前縁と前記後縁とで少なくともほぼ同じであり、
(3)前記前縁での前記進入角度と前記後縁での前記進入角度との差の大きさは、前記根元と前記先端とで少なくともほぼ同じである、ことを特徴とするインデューサ装置。 An inducer device provided in a pump having a pump impeller for sucking fluid, and a rotary shaft on which the pump impeller is fixed and driven to rotate,
A blade fixed to the rotary shaft on the upstream side of the pump impeller,
The blade has a root coupled to the rotating shaft and a tip opposite to the root, and has a leading edge that is an upstream end and a trailing edge that is a downstream end,
The fluid velocity component vector (U) in the axial direction of the rotating shaft is defined as an angle formed by the relative velocity vector (ω) viewed from the blade and the blade surface of the blade as the fluid entrance angle (α).
(1) The approach angle is larger at the trailing edge than at the leading edge,
(2) The magnitude of the difference between the entry angle at the root and the entry angle at the tip is at least approximately the same at the front edge and the rear edge,
(3) The inducer device characterized in that the difference between the approach angle at the leading edge and the approach angle at the trailing edge is at least substantially the same between the root and the tip.
(2)前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差の大きさが、前記後縁でΔTであり前記前縁でΔLであるとして、ΔT/ΔLが0.9以上1.1以下であり、
(3)前記前縁での前記進入角度と前記後縁での前記進入角度との差の大きさを、前記根元でΔhであり前記先端でΔtであるとして、Δh/Δtが0.9以上1.1以下であり、
(4)前記前縁および前記後縁において、前記根元での前記進入角度と前記先端での前記進入角度との差は、4.0度以下である、ことを特徴とする請求項1または2に記載のインデューサ装置。 (1) The approach angle is 1 degree or more larger at the rear edge than at the front edge at the root and the tip,
(2) Assuming that the difference between the approach angle at the base and the approach angle at the tip is ΔT at the trailing edge and ΔL at the leading edge, ΔT / ΔL is 0.9 or more. 1.1 or less,
(3) Assuming that the difference between the approach angle at the leading edge and the approach angle at the trailing edge is Δh at the root and Δt at the tip, Δh / Δt is 0.9 or more. 1.1 or less,
(4) In the front edge and the rear edge, the difference between the approach angle at the root and the approach angle at the tip is 4.0 degrees or less. The inducer described in 1.
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