JP2013189916A - Pump, and mechanism for suppressing interference of pump leakage flow - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インデューサを介して吸い込んだ流体を遠心力で加圧するポンプに関する。 The present invention relates to a pump that pressurizes fluid sucked through an inducer with centrifugal force.
特許文献1には、軸スラストを自動調芯できるとともに軸方向の推力バランスを容易に調整することが可能な軸スラストのバランス機構を備えたターボポンプが記載されている。
特許文献1に記載されているターボポンプのポンプは、インペラの前シュラウドの外周とケーシングとの間に形成された流路のシールを超えて還流する流体が漏れ流れとなり、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流と干渉するおそれがある。
In the pump of the turbo pump described in
本発明は上述した課題を解決するものであり、インペラの前シュラウドの外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体と、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減するポンプ及びポンプの漏れ流れ干渉抑制機構を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and a fluid that flows back beyond a seal portion of a flow path formed between the outer periphery of the front shroud of the impeller and the casing, and is sucked into the impeller through the inducer. An object of the present invention is to provide a pump that reduces interference with the main flow and a leakage flow interference suppression mechanism of the pump.
上記の目的を達成するために、ポンプは、ケーシング内で回転する主軸と、前記主軸と連動して回転するインペラと、前記インペラに流体を供給するインデューサと、前記インペラの前シュラウド外周と前記ケーシングとの間に形成される前記流体の還流流路のシール部と、前記シール部の下流側であって、かつ前記還流流路の延長線上にある前記ケーシングの一部を凹部としたキャビティと、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the pump includes a main shaft that rotates in a casing, an impeller that rotates in conjunction with the main shaft, an inducer that supplies fluid to the impeller, an outer periphery of a front shroud of the impeller, and the A seal part of the fluid return flow path formed between the casing and a cavity downstream of the seal part and on the extended line of the return flow path with a part of the casing as a recess. , Including.
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れを整流することができる。その結果、インペラの前シュラウド外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体の漏れ流れと、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減することができる。そして、ポンプは、高速回転することでシール部の漏れ流れが生じても、主流への干渉の影響を抑制することができる。また、ポンプは、高速回転可能となるので分子量の小さい流体でも圧縮することができる。 With this configuration, the leakage flow of the fluid that has passed through the seal portion can be rectified. As a result, the interference between the leakage flow of the fluid that flows back beyond the seal portion of the flow path formed between the outer periphery of the front shroud of the impeller and the casing and the main flow sucked into the impeller via the inducer is reduced. Can do. And even if the leak flow of a seal part arises because a pump rotates at high speed, the influence of interference to a mainstream can be controlled. Further, since the pump can rotate at a high speed, it is possible to compress even a fluid having a small molecular weight.
本発明の望ましい態様として、前記キャビティの前記凹部は、前記主軸の回転軸と直交する断面において円環状であることが好ましい。 As a desirable mode of the present invention, it is preferable that the concave portion of the cavity has an annular shape in a cross section orthogonal to the rotation axis of the main shaft.
この構成により、シール部を通過した流体の流速が緩和され、漏れ流れが主流と合流する速度分布の偏りを抑制することができる。その結果、ポンプは、漏れ流れが主流と合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。 With this configuration, the flow velocity of the fluid that has passed through the seal portion is relaxed, and the deviation of the velocity distribution at which the leakage flow joins the main flow can be suppressed. As a result, the pump can suppress the turbulent flow that occurs when the leakage flow merges with the main flow.
本発明の望ましい態様として、前記キャビティは、前記シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回を緩和する複数のスワール緩和部を前記円環状の凹部に配列することが好ましい。 As a desirable aspect of the present invention, it is preferable that the cavity has a plurality of swirl relaxation parts arranged in the annular recess for relaxing the swirling of the leakage flow of the fluid that has passed through the seal part.
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回(スワール)が緩和される。その結果、ポンプは、漏れ流れが主流と合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。 With this configuration, the swirl (swirl) of the leakage flow of the fluid that has passed through the seal portion is alleviated. As a result, the pump can suppress the turbulent flow that occurs when the leakage flow merges with the main flow.
上記の目的を達成するために、ポンプの漏れ流れ干渉抑制機構は、ケーシング内で回転する主軸と連動し、かつ回転するインペラと、前記インペラに流体を供給するインデューサと、前記インペラの前シュラウド外周と前記ケーシングとの間に形成される前記流体の還流流路のシール部と、前記シール部の下流側であって、かつ前記還流流路の延長線上にある前記ケーシングの一部を凹部としたキャビティと、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a leakage flow interference suppression mechanism of a pump includes an impeller that rotates in conjunction with a main shaft that rotates in a casing, an inducer that supplies fluid to the impeller, and a front shroud of the impeller. A seal portion of the fluid return flow path formed between the outer periphery and the casing; and a part of the casing on the downstream side of the seal portion and on the extension line of the return flow passage is a recess. And a cavity.
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れを整流することができる。その結果、インペラの前シュラウド外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体の漏れ流れと、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減することができる。そして、ポンプは、高速回転することでシール部の漏れ流れが生じても、主流への干渉の影響を抑制することができる。また、ポンプは、高速回転可能となるので分子量の小さい流体でも圧縮することができる。 With this configuration, the leakage flow of the fluid that has passed through the seal portion can be rectified. As a result, the interference between the leakage flow of the fluid that flows back beyond the seal portion of the flow path formed between the outer periphery of the front shroud of the impeller and the casing and the main flow sucked into the impeller via the inducer is reduced. Can do. And even if the leak flow of a seal part arises because a pump rotates at high speed, the influence of interference to a mainstream can be controlled. Further, since the pump can rotate at a high speed, it is possible to compress even a fluid having a small molecular weight.
本発明の望ましい態様として、前記キャビティの前記凹部は、前記主軸の回転軸と直交する断面において円環状であることが好ましい。 As a desirable mode of the present invention, it is preferable that the concave portion of the cavity has an annular shape in a cross section orthogonal to the rotation axis of the main shaft.
この構成により、シール部を通過した流体の流速が緩和され、漏れ流れが主流と合流する速度分布の偏りを抑制することができる。その結果、ポンプは、漏れ流れが主流と合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。 With this configuration, the flow velocity of the fluid that has passed through the seal portion is relaxed, and the deviation of the velocity distribution at which the leakage flow merges with the main flow can be suppressed. As a result, the pump can suppress the turbulent flow that occurs when the leakage flow merges with the main flow.
本発明の望ましい態様として、前記キャビティは、前記シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回を緩和する複数のスワール緩和部を前記円環状の凹部に配列することが好ましい。 As a desirable aspect of the present invention, it is preferable that the cavity has a plurality of swirl relaxation parts arranged in the annular recess for relaxing the swirling of the leakage flow of the fluid that has passed through the seal part.
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れの旋回(スワール)が緩和される。その結果、ポンプは、漏れ流れが主流と合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。 With this configuration, the swirl (swirl) of the leakage flow of the fluid that has passed through the seal portion is alleviated. As a result, the pump can suppress the turbulent flow that occurs when the leakage flow merges with the main flow.
本発明によれば、インペラの前シュラウドの外周とケーシングとの間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体と、インデューサを介してインペラに吸い込まれる主流との干渉を低減するポンプ及びポンプの漏れ流れ干渉抑制機構を提供することができる。 According to the present invention, the interference between the fluid that flows back beyond the seal portion of the flow path formed between the outer periphery of the front shroud of the impeller and the casing and the main flow sucked into the impeller via the inducer is reduced. A pump and a leakage flow interference suppression mechanism of the pump can be provided.
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.
(実施形態1)
図1は、実施形態に係るポンプが適用されるロケットエンジンの概略配管系統図である。ロケットエンジン100は、燃料の一部をロケット用燃焼器101の冷却材として用いると共に酸化剤及び燃料を加圧、圧送するターボポンプ50及びターボポンプ60の駆動媒体としても用いている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic piping system diagram of a rocket engine to which a pump according to an embodiment is applied. The rocket engine 100 uses part of the fuel as a coolant for the
<ロケットエンジン>
ロケットエンジン100は、酸化剤と燃料とを噴射可能な噴射器102を含み、酸化剤と燃料とが燃焼可能なロケット用燃焼器101を備える。さらに、ロケットエンジン100は、この酸化剤及び燃料をロケット用燃焼器101に供給すると共にロケットエンジン100の各部に循環させる配管系統として、燃料をロケット用燃焼器101に供給する燃料供給ライン90と、酸化剤をロケット用燃焼器101に供給する酸化剤供給ライン91と、ロケット用燃焼器101を冷却する冷却媒体として燃料をロケットエンジン100の各部に循環させる冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92とを備える。
<Rocket engine>
The rocket engine 100 includes an injector 102 that can inject oxidant and fuel, and includes a
燃料供給ライン90は、複数の配管により構成され、燃料としての液体水素(以下、「LH2」と称する。)を貯留する燃料タンクとロケット用燃焼器101の噴射器102とを接続し、燃料供給系を構成する。同様に、酸化剤供給ライン91は、複数の配管により構成され、酸化剤としての液体酸素(以下、「LOx」と称する。)を貯留する酸化剤タンクとロケット用燃焼器101の噴射器102とを接続し、酸化剤供給系を構成する。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、複数の配管により構成され、一端において燃料供給ライン90から分岐すると共に後述するロケット用燃焼器101における燃焼室103の壁面内の冷却通路105などを経由して他端がロケット用燃焼器101のノズル104内部に接続され、冷却媒体・駆動媒体供給系を構成する。
The fuel supply line 90 is composed of a plurality of pipes, and connects a fuel tank that stores liquid hydrogen as fuel (hereinafter referred to as “LH 2 ”) and the injector 102 of the
ロケットエンジン100は、燃料供給ライン90を介して燃料をロケット用燃焼器101に圧送可能な燃料用のターボポンプ50及び酸化剤供給ライン91を介して酸化剤をロケット用燃焼器101に圧送可能な酸化剤用のターボポンプ60と、ロケット用燃焼器101を冷却して気化した燃料と液体燃料とを混合するミキサ70と、酸化剤と燃料との混合気に点火する点火器80とを備える。
The rocket engine 100 can pump the oxidant to the
燃料用のターボポンプ50は、ポンプ51とタービン52を備える。タービン52は、冷却通路105を通過し気化した燃料としての水素ガス(以下、「GH2」と称する。)により回転駆動されることでポンプ51を駆動し、ポンプ51は、燃料供給ライン90のLH2を加圧して噴射器102に圧送する。酸化剤用のターボポンプ60は、ポンプ61とタービン62を備える。タービン62は、冷却通路105を通過し気化した燃料としてのGH2により回転駆動されることでポンプ61を駆動し、ポンプ61は、酸化剤供給ライン91のLOxを加圧して噴射器102に圧送する。
The
燃料供給ライン90は、LH2の流動方向に対して上流側から順に、燃料用のターボポンプ50のポンプ51と、主燃料バルブ93と、ミキサ70とを備える。酸化剤供給ライン91は、LOxの流動方向に対して上流側から順に、酸化剤用のターボポンプ60のポンプ61と、主酸化剤バルブ94とを備える。
Fuel supply line 90 includes, in order from the upstream side relative to the flow direction of the LH 2, it comprises a
冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、燃料供給ライン90のLH2の流動方向に対してポンプ51の下流側、主燃料バルブ93の上流側で燃料供給ライン90から分岐する。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、燃料供給ライン90のLH2の流動方向に対して上流側から順に、燃焼室冷却バルブ92cと、冷却通路105と、推力制御バルブ95と、燃料用のターボポンプ50のタービン52と、酸化剤用のターボポンプ60のタービン62を備える。
The cooling medium / turbo pump drive
燃料用のターボポンプ50のタービン52と、酸化剤用のターボポンプ60のタービン62とは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92に直列に配置される。また、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、他端においてノズル104内部に接続する部分の上流側にノズル104を冷却する冷却通路も備えている。なお、燃料用のターボポンプ50及び酸化剤用のターボポンプ60の具体的な構成は、後述する。
The
また、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、合流管96と、混合比制御管97と、バイパス管98を備える。合流管96は、冷却通路105の下流側、推力制御バルブ95の上流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92の主管から分岐してミキサ70に接続する。混合比制御管97は、酸化剤用のターボポンプ60のタービン62の上流側、燃料用のターボポンプ50のタービン52の下流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92の主管から分岐してタービン62の下流側に接続することで、タービン62をバイパスする。この混合比制御管97は、混合比制御バルブ99を備える。バイパス管98は、合流管96の分岐部の下流側、推力制御バルブ95の上流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92の主管から分岐して酸化剤用のターボポンプ60のタービン62の下流側に接続してタービン52及びタービン62をバイパスする。このバイパス管98は、ウエストバルブ98aを備える。
The cooling medium / turbo pump drive
主燃料バルブ93は、燃料供給ライン90を開閉することで噴射器102へのLH2の供給を調節する。主酸化剤バルブ94は、酸化剤供給ライン91を開閉することで噴射器102へのLOxの供給を調節する。燃焼室冷却バルブ92cは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92を開閉することで冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92におけるLH2、GH2の循環を調節する。推力制御バルブ95は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92を開閉することでタービン52に導入される駆動媒体としてのGH2の導入量を制御してこのタービン52の回転数を制御する。上記構成により、ポンプ51によるLH2の加圧を制御することで、ロケットエンジン100全体での推力が制御される。
The
混合比制御バルブ99は、混合比制御管97を開閉することでタービン62に導入される駆動媒体としてのGH2の導入量を制御してこのタービン62の回転数を制御する。この構成により、ポンプ61によるLOxの加圧を制御することで、ロケット用燃焼器101全体での混合比(LOx/GH2)、すなわち、噴射器102から噴射されるLOxとGH2との比率が制御される。ウエストバルブ98aは、冷却通路105を通過することで気化したGH2がタービン52、タービン62をバイパスする際に当該バイパス量に応じて開閉する。
The mixing
ミキサ70は、主燃料バルブ93を通過した極低温のLH2と、冷却通路105を通過して気化した高温のGH2とを混合し、GH2としてロケット用燃焼器101に供給可能とする。なお、燃料としての水素は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92における冷却通路105よりも下流側ではGH2及びLH2の気液二相が存在していることがある。
The
上記のように構成されるロケットエンジン100は、燃料供給ライン90を介して供給されるLH2を燃料用のターボポンプ50によってロケット用燃焼器101に圧送すると共に、酸化剤供給ライン91を介して供給されるLOxを酸化剤用のターボポンプ60によってロケット用燃焼器101に圧送する。
The rocket engine 100 configured as described above pumps LH 2 supplied through the fuel supply line 90 to the
ロケットエンジン100は、LOxとGH2とをロケット用燃焼器101の燃焼室103内で混合し、この混合気に点火器80により点火することで燃焼させて推力を得る。この間、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、燃料用のターボポンプ50により圧送されるLH2の一部をロケット用燃焼器101における燃焼室103の壁面に設けられる冷却通路105に導入する。そして、低温のLH2は、燃焼室103を冷却する。燃焼室103を冷却することでエネルギーを得たLH2は、その温度が上昇しガス化してGH2となる。ガス化したGH2の一部は、合流管96を介してミキサ70に導入され、このミキサ70でLH2と混合される。
Rocket engine 100, a LOx and GH 2 were mixed in the combustion chamber 103 of the
また、残りのGH2が燃料用のターボポンプ50のタービン52、酸化剤用のターボポンプ60のタービン62に順に導入され、タービン52、タービン62の駆動媒体として作用し、その膨張エネルギーによりタービン52、タービン62を回転駆動する。これにより、上述のように燃料用のターボポンプ50及び酸化剤用のターボポンプ60は、LH2、LOxを圧送する。そして、タービン52、タービン62を回転駆動したGH2は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92の他端からノズル104内に廃棄される。
The remaining GH 2 is sequentially introduced into the
なお、このロケットエンジン100では、密度が高く従って高出力が必要な燃料用のターボポンプ50をGH2により先に駆動し、その後に酸化剤用のターボポンプ60を駆動する。また、燃料用のターボポンプ50、酸化剤用のターボポンプ60を駆動した後のGH2の圧力は初めのタービン52入口前の圧力に比較してかなり低下しており、タービン52入口前の圧力と略等しい圧力の燃焼室103内には供給することはできないため、ロケット用燃焼器101の低圧部位としてノズル104内部に排出している。
In this rocket engine 100, the
<ターボポンプ>
図2は、実施形態に係るポンプを含むターボポンプの概略構成図である。ターボポンプ50またはターボポンプ60は、回転駆動される主軸1と、主軸1に固定されたインペラ10と、主軸1に固定されたタービン翼8と、液体を導入するインデューサ6と、ケーシング2と、主軸1の回転を支持する軸受4及び軸受5と、主軸1とケーシング2との隙間からLOx、LH2等の液体が漏洩することを防止するメカニカルシール7とを含む。ターボポンプ50またはターボポンプ60は、主軸1がインペラ10とタービン翼8とを直列に連結する。
<Turbo pump>
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a turbo pump including the pump according to the embodiment. The
インデューサ6は、軸流型の羽根車であって、ケーシング2内にタービン翼8及びインペラ10と主軸1の同軸上に連結されて収容されている。なお、矢印Piの向きは、燃料タンクまたは酸化剤タンクから供給されるLH2またはLOxの供給方向を示している。高温高圧のガスでタービン翼8を回転させ、連動するインペラ10が回転駆動すると、これと同期してインデューサ6の羽根車が回転する。このため、インデューサ6は、LH2またはLOxをインペラ10の吸込口まで導き、インペラ10の吸込性能を維持させるためにインペラ10の羽根車に発生するキャビテーションを抑制する。
The
インペラ10は、ケーシング2内で回転させて、遠心ポンプとして作用する。つまり、ポンプ51、61は、インデューサ6を介して吸い込んだ流体を遠心力で加圧する遠心式ポンプである。インペラ10は、インデューサ6を介して吸い込んだLOx、LH2等の液体(流体)を加圧し、LOx、LH2等の液体にエネルギーを与える。加圧されたLOx、LH2等の液体は、矢印Poの方向に排出され、図1に示す燃料供給ライン90または酸化剤供給ライン91に供給される。
The
タービン52、62は、上述したように図1に示す冷却通路105を通過し気化すると共に、矢印Giの方向から供給されるGH2により回転駆動する。つまり、駆動媒体であるGH2は、タービン翼8を押して、主軸1を回転させる。なお、駆動媒体であるGH2は、矢印Goの方向に排出され、図1に示すように、燃焼室103に送られる。
As described above, the
<ポンプ>
図3は、実施形態1に係るポンプを表す概略部分断面図である。図3に示すように、ケーシング2はインペラ10のタービン翼8側に位置する静止壁3を備えている。インペラ10は、インペラ10の外周面を覆うように前シュラウド11及び後シュラウド15を備えている。前シュラウド11の外周面と、対向するケーシング2との隙間には液体が通流する第1流路12が形成されている。ケーシング2には、還流流路である第1流路12の延長線上にあるケーシング2の一部を凹部としたキャビティ13が形成されている。
<Pump>
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view illustrating the pump according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the
インペラ10の後シュラウド15と、対向する静止壁3との隙間には、液体が通流する第2流路16が形成されている。第2流路16は、第1オリフィス17と第2オリフィス18とを含む多段オリフィスを備えている。第1オリフィス17と第2オリフィス18とは、第2流路16の圧力を調整し、軸方向のバランスを保ち、インペラ10が他部材と接触するおそれを低減する。
A
また、バランスホール19は、第2流路16と接続し、第2流路16の液体をインペラ10の翼入口に還流させている。バランスホール19は、翼に連通する側が第2流路16に連通する側よりも径方向外側に位置するように傾斜している。このため、バランスホール19から還流する液体は、インペラ10の主流の流入向きを乱す乱流を抑制できる。その結果、ポンプ51、61はポンプ性能を維持することができる。
Further, the
上述したキャビティ13を経由して、インデューサ6とインペラ10との間に噴出する漏れ流れCrは、インデューサ6が供給する流体の主流Cmに合流する。図4は、実施形態1に係るポンプの漏れ流れを説明するための説明図である。図4は、図3の部分拡大図である。
The leakage flow Cr ejected between the
図4に示すように、第1流路12には、インペラ10の前シュラウド11の内径側に設けた突起部11aと、この突起部11aに対向するケーシング2の還流内面2aとによりシール部が形成されている。キャビティ13は、シール部の下流側であって、第1流路12の延長線上にあるケーシング2の一部を凹部とし、図3に示す主軸1の回転軸と直交する断面において円環状である。
As shown in FIG. 4, in the
図4に示すシール部直後の漏れ流れCsは、突起部11aと還流内面2aとの間で加速し、流速が高まる傾向にある。また、インペラ10の回転に伴い、前シュラウド11の突起部11aも回転している。このため、漏れ流れCsは、インペラ10の回転方向と同じ方向に旋回する旋回流となる。キャビティ13は、漏れ流れCsを凹部に受け入れ、キャビティ13の底部で流れを反転させる漏れ流れChとする。漏れ流れCsと漏れ流れChとは対向する流れとなり、漏れ流れChの流速は低下する。漏れ流れChは、ケーシング2と前シュラウド11の端部との間に形成されている主流接続流路21に流れる。
The leakage flow Cs immediately after the seal portion shown in FIG. 4 is accelerated between the protruding
図5は、実施形態1に係るポンプの漏れ流れの流速分布を説明するための説明図である。図6は、比較例のポンプの漏れ流れの流速分布を説明するための説明図である。図5に示すように、実施形態1に係る漏れ流れCrの流速分布は、キャビティ13があるため、ケーシング2寄りの流速とシュラウド11寄りの流速との差が小さくなるような分布になる。上述したように、漏れ流れChは、キャビティ13の底部で流れを反転させている。このため、主流接続流路21において、漏れ流れCrは、インペラ10の前シュラウド11寄りに沿って流れる流速分布を高めることができる。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the flow velocity distribution of the leakage flow of the pump according to the first embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the flow velocity distribution of the leakage flow of the pump of the comparative example. As shown in FIG. 5, the flow velocity distribution of the leakage flow Cr according to the first embodiment is such that the difference between the flow velocity close to the
キャビティ13がない場合、漏れ流れCsが直接ケーシング2の壁面に衝突し、ケーシング2の壁面に沿ってインデューサ6とインペラ10との間に噴出する漏れ流れCrとなる。つまり、キャビティ13がない場合、図6に示す漏れ流れCrの流速分布は、ケーシング2寄りの流速が前シュラウド11寄りの流速よりも大きくなるような分布になる。その結果、漏れ流れCsの速度が大きくなり、漏れ流れCsと主流Cmとが干渉する影響を大きしてしまうおそれがある。
When there is no
図5及び図6の流速分布を比較して分かるように、実施形態1に係る漏れ流れCrの流速分布は、キャビティ13があるため、ケーシング2から前シュラウド11にかけて平準化される。このように、実施形態1に係るポンプ51、61は、主流接続流路21における漏れ流れCsをケーシング2から前シュラウド11にかけて流速分布が平準化するように整流することができる。実施形態1に係るポンプ51、61は、主流Cmに干渉する際の漏れ流れCsの最大流速を抑制することができる。
5 and 6, the flow velocity distribution of the leakage flow Cr according to the first embodiment is leveled from the
上述したように、実施形態1に係るポンプ51、61は、ケーシング2内で回転する主軸1と、主軸1と連動して回転するインペラ10と、インペラ10に流体を供給するインデューサ6と、インペラ10の前シュラウド11の外周とケーシング2との間に形成される流体の第1流路12のシール部と、シール部の下流側であって、かつ第1流路12の延長線上にあるケーシング2の一部を凹部としたキャビティ13と、を含む。
As described above, the
この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れを整流することができる。その結果、インペラ10の前シュラウド11の外周とケーシング2との間に形成された流路のシール部を超えて還流する流体の漏れ流れCrと、インデューサ6を介してインペラ10に吸い込まれる主流Cmとの干渉を低減することができる。つまり、漏れ流れCrと、主流Cmとの干渉を低減するポンプの漏れ流れ干渉抑制機構は、主軸1と連動して回転するインペラ10と、インペラ10に流体を供給するインデューサ6と、インペラ10の前シュラウド11の外周とケーシング2との間に形成される流体の第1流路12のシール部と、シール部の下流側であって、かつ第1流路12の延長線上にあるケーシング2の一部を凹部としたキャビティ13とを含む。そして、ポンプ51、61は、高速回転することでシール部の漏れ流れCrが生じても、主流Cmへの干渉の影響を抑制することができる。また、ポンプ51、61は、高速回転可能となるので分子量の小さい流体、例えばLH2でも圧縮することができる。
With this configuration, the leakage flow of the fluid that has passed through the seal portion can be rectified. As a result, the leakage flow Cr of the fluid that flows back beyond the seal portion of the flow path formed between the outer periphery of the
(実施形態2)
次に、実施形態2に係るポンプ51、61について説明する。図7は、実施形態2に係るポンプの漏れ流れを説明するための説明図である。図8は、図7に示すキャビティのA−A断面視の状態を説明するための説明図である。以下の説明においては、上述した実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next, pumps 51 and 61 according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a leakage flow of the pump according to the second embodiment. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a state of the cavity shown in FIG. In the following description, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図7及び図8に示すように、キャビティ13は、シール部を通過した流体の漏れ流れCsの旋回を緩和する複数のスワール緩和部13Aを円環状の凹部に配列する。本実施形態では、キャビティ13のスワール緩和部13Aは、図7に示すように凹部の底部の一部をさらに窪ませる複数の穴部である。この穴部は、図8に示すように、主軸1の回転軸と直交する断面において、円環状の凹部の周方向に等間隔に配列されていることが好ましい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
図7に示すシール部直後の漏れ流れCsは、突起部11aと還流内面2aとの間で加速し、流速が高まる傾向にある。また、インペラ10の回転に伴い、前シュラウド11の突起部11aも回転している。このため、漏れ流れCsは、インペラ10の回転方向と同じ方向に旋回する旋回流となる。
The leakage flow Cs immediately after the seal portion shown in FIG. 7 is accelerated between the protruding
キャビティ13は、漏れ流れCsを凹部に受け入れ、キャビティ13の底部またはスワール緩和部13Aで流れを反転させる漏れ流れChaとする。漏れ流れCsは、キャビティ13の底部で反転する場合と、スワール緩和部13Aで反転する場合とで主流接続流路21に到達する距離が異なる。このため、漏れ流れChaは、流れを反転させる距離が主軸1の回転軸と直交する断面において、スワール緩和部13Aの円環状の凹部の周方向に配列に応じて変化する。これにより、シール部を通過した流体の漏れ流れCsの旋回(スワール)が緩和される。そして、図7に示すように、漏れ流れCsと漏れ流れChaとは対向する流れとなり、漏れ流れChaの流速は低下する。漏れ流れChaは、主流接続流路21において前シュラウド11寄りに沿って流れ、インデューサ6とインペラ10との間に噴出する漏れ流れCrとなる。
The
以上説明したように、キャビティ13は、シール部を通過した流体の漏れ流れCsの旋回を緩和する複数のスワール緩和部13Aを円環状の凹部に配列する。この構成により、シール部を通過した流体の漏れ流れCsの旋回(スワール)が緩和される。その結果、ポンプ51、61は、漏れ流れCsが主流Cmと合流した場合に生じる乱流を抑制することができる。
As described above, the
スワール緩和部13Aは、凹部の底部の一部をさらに窪ませる複数の穴部としたが、シール部を通過した流体の漏れ流れCsの旋回(スワール)が緩和されれば、他の態様でもよい。例えば、スワール緩和部13Aは凹部の底部の一部をさらに隆起させる複数の凸部または隆起部としてもよい。なお、複数の凸部または隆起部は、主軸1の回転軸と直交する断面において、円環状の凹部の周方向に等間隔に配列されていることが好ましい。または、スワール緩和部13Aは凹部を仕切る複数の壁体としてもよい。なお、複数の壁体は、主軸1の回転軸と直交する断面において、円環状の凹部の周方向に等間隔に配列されていることが好ましい。
The
1 主軸
2 ケーシング
3 静止壁
4、5 軸受
6 インデューサ
7 メカニカルシール
8 タービン翼
10 インペラ
11 前シュラウド
12 第1流路
13 キャビティ
13A スワール緩和部
15 後シュラウド
16 第2流路
17 第1オリフィス
18 第2オリフィス
19 バランスホール
50、60 ターボポンプ
51、61 ポンプ
52、62 タービン
70 ミキサ
80 点火器
90 燃料供給ライン
91 酸化剤供給ライン
92c 燃焼室冷却バルブ
92 冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン
93 主燃料バルブ
94 主酸化剤バルブ
95 推力制御バルブ
96 合流管
97 混合比制御管
98a ウエストバルブ
98 バイパス管
99 混合比制御バルブ
100 ロケットエンジン
101 ロケット用燃焼器
102 噴射器
103 燃焼室
104 ノズル
Cs、Ch、Cha、Cr 漏れ流れ
Cm 主流
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記主軸と連動して回転するインペラと、
前記インペラに流体を供給するインデューサと、
前記インペラの前シュラウド外周と前記ケーシングとの間に形成される前記流体の還流流路のシール部と、
前記シール部の下流側であって、かつ前記還流流路の延長線上にある前記ケーシングの一部を凹部としたキャビティと、
を含むことを特徴とするポンプ。 A spindle that rotates in the casing;
An impeller that rotates in conjunction with the main shaft;
An inducer for supplying fluid to the impeller;
A seal portion of the fluid return flow path formed between the outer circumference of the front shroud of the impeller and the casing;
A cavity in which a part of the casing on the downstream side of the seal part and on the extension line of the reflux channel is a recess;
A pump characterized by including.
前記インペラに流体を供給するインデューサと、
前記インペラの前シュラウド外周と前記ケーシングとの間に形成される前記流体の還流流路のシール部と、
前記シール部の下流側であって、かつ前記還流流路の延長線上にある前記ケーシングの一部を凹部としたキャビティと、
を含むことを特徴とするポンプの漏れ流れ干渉抑制機構。 An impeller that rotates in conjunction with a main shaft that rotates in the casing;
An inducer for supplying fluid to the impeller;
A seal portion of the fluid return flow path formed between the outer circumference of the front shroud of the impeller and the casing;
A cavity in which a part of the casing on the downstream side of the seal part and on the extension line of the reflux channel is a recess;
A leakage flow interference suppression mechanism for a pump characterized by comprising:
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