JP2020143582A - Rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機械に関する。 The present invention relates to a rotating machine.
下記特許文献1には、軸線方向平衡装置を備えたポンプが開示されている。このポンプは、ステータとインペラを備えたロータと、インペラに設けられた軸線方向平衡装置とを備え、この軸線方向平衡装置は、インペラとステータとの間に設けられた後方平衡チャンバ及び通路を有し、通路により流体ダクトから後方平衡チャンバへの流体の排出を可能とし、平衡チャンバ内の流体圧力によって流体によりロータの残部に加えられる圧力を補償することにより、ロータを軸線方向に平衡させるものである。上記通路は、インペラの壁及びステータの壁の間に設けられた上流ノズル、下流ノズル及び中間環状チャンバを備えている。
The following
ところで、このようなポンプ(回転機械)において、インペラの背面におけるステータ形状(ケース形状)は、上述したロータを軸線方向に平衡させる原理上、軸線方向平衡装置の安定性に影響を与える。そして、このケース形状は、回転機械を組み立てた後に変更することはできないので、回転機械の実運転では、上記安定性が確保できる回転範囲(動作領域)でのみ運転させざるを得ない。 By the way, in such a pump (rotary machine), the stator shape (case shape) on the back surface of the impeller affects the stability of the axial equilibrium device in principle of equilibrating the rotor in the axial direction. Since this case shape cannot be changed after the rotating machine is assembled, in the actual operation of the rotating machine, the case must be operated only in the rotation range (operating range) where the above stability can be ensured.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、安定性が確保できる動作領域を従来よりも拡大させることを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to expand the operating range in which stability can be ensured.
上記目的を達成するために、本発明では、回転機械に係る第1の解決手段として、回転軸と、当該回転軸に装着された羽根車と、前記羽根車を収容すると共に前記回転軸を回転自在に支持するケーシングとを備え、前記ケーシングにおいて前記羽根車の背面に対向する壁面には、前記背面とで挟まれた空間の容積を可変する容積可変機構が設けられている、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution relating to a rotating machine, a rotating shaft, an impeller mounted on the rotating shaft, and the impeller are accommodated and the rotating shaft is rotated. A means is adopted in which a casing that freely supports the casing is provided, and a volume variable mechanism that changes the volume of the space sandwiched between the casing and the impeller is provided on the wall surface facing the back surface of the impeller. To do.
本発明では、回転機械に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記容積可変機構は、前記回転軸と同心状となるように前記壁面に設けられたリング部材と、当該リング部材を前記背面に対して進退移動させる駆動機構と、変形自在で前記リング部材と前記壁面との間の気密性を保持する気密部材とを備える、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solution for a rotating machine, in the first solution, the volume variable mechanism includes a ring member provided on the wall surface so as to be concentric with the rotation shaft, and the ring member. A means is adopted that includes a drive mechanism for moving the ring member forward and backward with respect to the back surface, and an airtight member that is deformable and maintains airtightness between the ring member and the wall surface.
本発明では、回転機械に係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記駆動機構は、前記壁面と前記リング部材との間に螺合するボールねじ機構である、という手段を採用する。 In the present invention, as a third solution relating to a rotary machine, in the second solution, the drive mechanism is a ball screw mechanism screwed between the wall surface and the ring member. adopt.
本発明では、回転機械に係る第4の解決手段として、上記第3の解決手段において、前記気密部材は、前記壁面と前記リング部材との間に介在するダイアフラムである、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solution for a rotating machine, in the third solution, the airtight member is a diaphragm interposed between the wall surface and the ring member.
本発明では、回転機械に係る第5の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記気密部材は、前記リング部材と前記壁面との間に介在するベローズであり、前記駆動機構は、前記ベローズ内に前記壁面側から駆動流体を給排気する流体供給手段である、という手段を採用する。 In the present invention, as a fifth solution relating to a rotating machine, in the second solution, the airtight member is a bellows interposed between the ring member and the wall surface, and the drive mechanism is the drive mechanism. A means of supplying and exhausting the driving fluid from the wall surface side into the bellows is adopted.
本発明では、回転機械に係る第6の解決手段として、上記第1〜第5のいずれかの解決手段において、ターボポンプである、という手段を採用する。 In the present invention, as the sixth solution for the rotating machine, the means of being a turbo pump is adopted in any of the first to fifth solutions.
本発明によれば、ケーシングの壁面とインペラの背面とで挟まれた空間の容積を可変することが可能であり、よって安定性が確保できる動作領域を従来よりも拡大させることが可能である。 According to the present invention, it is possible to change the volume of the space sandwiched between the wall surface of the casing and the back surface of the impeller, and thus it is possible to expand the operating area in which stability can be ensured as compared with the conventional case.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に本発明の第1実施形態について説明する。第1実施形態に係るターボポンプは、図1に示すようにケーシング1、回転軸2、羽根車3及び容積可変機構4等を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the turbo pump according to the first embodiment includes a
ケーシング1は、ターボポンプPの筐体であり、回転軸2及び羽根車3等を収容すると共に流体が流通する流路が形成されている。このケーシング1は、羽根車3の背面3aに対向する壁面1aを備える。この壁面1aは、図示するように回転軸2の軸線方向(延在方向)に略直行する直行面である。
The
このケーシング1には、図示するようにリング状の窪み部1bが形成されており、またこの窪み部1bに複数の側に位置する貫通孔1cが離散的に形成されている。窪み部1bは、後述するリング部材4aを収容する部位である。また、貫通孔1cは、内周面にネジ山(雌ネジ)が形成されており、後述するネジ棒4fと螺合する。
As shown in the drawing, a ring-shaped
回転軸2は、金属からなる円柱状(丸棒状)の部材であり、先端に羽根車3が同心状に装着され、また後端近傍部位が軸受(図示略)を介してケーシング1に支持されている。すなわち、上述したケーシング1は、軸受を介して回転軸2を回転自在に支持する支持部材でもある。
The rotating
羽根車3は、中心軸が回転軸2の軸心(回転中心)と同軸となるように回転軸2に固定されており、表面に中心軸から放射状に延在する複数の羽根(翼)を備える。この羽根車3は、回転することによって軸線方向(流入口m1)から液体酸素Rを吸引して周方向に送り出す遠心翼である。
The
また、この羽根車3は、上述したようにケーシング1の壁面1aに対向する背面3aを備える。この背面3aは、回転軸2の軸線方向(延在方向)に略直行する面であり、ケーシング1の壁面1aと略平行な関係にある。このような羽根車3は、図1(a)に矢印で示すように羽根車3の回転中心に直行する方向の端部においてケーシング1と微小ギャップを介して近接対峙している。
Further, the
容積可変機構4は、上述したケーシング1の壁面1aに設けられており、当該壁面1aと羽根車3の背面3aとで挟まれた空間の容積(体積)を可変するものである。この容積可変機構4は、リング部材4a、駆動機構4b及びダイアフラム4cとを備えている。
The volume variable mechanism 4 is provided on the
リング部材4aは、図1(a)に示すように、回転軸2と同心状となるように壁面1aに設けられており、ケーシング1の窪み部1bに収容されている。また、このリング部材4aは、図1(b)に示すように、羽根車3の背面3aと対峙する表面4dに複数の直線溝4eが放射状に形成されている。
As shown in FIG. 1A, the
駆動機構4bは、リング部材4aを背面3aに対して進退移動させる機構であり、例えば壁面1aとリング部材4aとの間に係合するボールねじ機構である。すなわち、この駆動機構4bは、周面にネジ山(雄ネジ)が形成されると共に先端部がリング部材4aの背面側に接続され、ケーシング1の貫通孔1cに螺合するネジ棒4fと、当該ネジ棒4fを回転駆動する駆動源4gを備えている。
The
ダイアフラム4cは、可撓性を有する金属製リング板であり、リング部材4aと壁面1a(窪み部1b)との間の気密性を保持する気密部材である。すなわち、このダイアフラム4cは、壁面1aとリング部材4aとの間に介在すると共に変形自在であり、内周端がリング部材4aの背面側に気密に接続され、外周端がケーシング1の窪み部1bに気密に接続されている。
The
このようなダイアフラム4cは、一種のシール部材である。すなわち、ダイアフラム4cは、貫通孔1cのネジ山(雌ネジ)と当該ネジ山(雌ネジ)に螺合するネジ棒4fのネジ山(雄ネジ)との噛み合い部から流体が外部に漏れることを防止する。
Such a
このようなターボポンプPは、羽根車3が回転することによって羽根車3の前方側から流路内に流体を吸い込んで羽根車3の周方向に送り出す。この周方向に送り出された流体の一部は、破線矢印で示すように、微小ギャップを通過して羽根車3の背面3aに回り込み、漏れ流体として回転軸2の周面を通過して外部に流れ出る。この漏れ流体の流量は、ターボポンプPの動作領域つまり回転軸2の回転域に応じて異なるものとなる。
As the
このような第1実施形態の容積可変機構4は、上記漏れ流体の流量を可変調節することにより、回転軸2の軸線方向における位置を安定化させる。すなわち、容積可変機構4は、羽根車3の表面側を流れる流体(主流体)と羽根車3の背面3a側を流れる漏れ流体との流量差に基づいて回転軸2の軸線方向における位置を所望位置に安定的に設定させる。
The volume variable mechanism 4 of the first embodiment stabilizes the position of the rotating
ここで、容積可変機構4は、駆動源4gを作動させることによってリング部材4aを羽根車3の背面3aに対して前進/後退させることが可能、つまりリング部材4aと羽根車3の背面3aとに挟まれた空間の容積(体積)を可変する機能を有する。
Here, the volume variable mechanism 4 can move the
すなわち、本実施形態における容積可変機構4は、ターボポンプPの動作領域つまり回転軸2の回転域に応じてリング部材4aと羽根車3の背面3aとの距離を調節することにより、回転軸2の軸線方向における位置が所望位置に安定するように上記空間の容積(体積)を設定する。
That is, the volume variable mechanism 4 in the present embodiment adjusts the distance between the
このような本実施形態によれば、ターボポンプPの動作領域に応じて回転軸2の軸線方向における位置を所望位置が安定するように上記空間の容積(体積)を最適設定することができるので、当該空間の容積(体積)が一定な従来よりも安定性が確保できるターボポンプPの動作領域を拡大させることが可能である。
According to the present embodiment as described above, the volume of the space can be optimally set so that the desired position of the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本第2実施形態に係るターボポンプは、図2に示すように、ケーシング1の壁面1aに上述した窪み部1bに加えて第2の窪み部1dが形成され。また上述した容積可変機構4に代えて第2の容積可変機構4Aを備えるものである。
Next, the second embodiment of the present invention will be described. In the turbo pump according to the second embodiment, as shown in FIG. 2, a second recessed
第2の窪み部1dは、窪み部1bの奥側つまり窪み部1bよりも羽根車3の背面3aから離間する側に設けられており、後述するベローズ4j(蛇腹)を収容するためのものである。
The second recessed
第2の容積可変機構4Aは、第2リング部材4h、ベローズ4i及びガス供給装置4jとを備えている。第2リング部材4hは、第1実施形態のリング部材4aと略同形状のリング状平板であり、表面4dに複数の直線溝4eが形成されているが、背面形状がリング部材4aとは若干異なっている。すなわち、この第2リング部材4hの背面にはベローズ4iの一端が同軸状に接続されており、よって背面にベローズ4iの直径に符合する大きさの凸部4kが形成されている。
The second
ベローズ4iは、略円筒状かつ軸線方向に伸縮自在な金属部品である。このベローズ4iは、第2リング部材4hの表面に直行する方向つまり図2の左右方向に伸縮自在であり、一端(左端)が第2リング部材4hの凸部4kに気密に接続され、また他端(右端)が第2の窪み部1dに気密に接続されている。このようなベローズ4iは、第2リング部材4hを羽根車3の背面3aに対して進退自在に支持する。
The
ガス供給装置4jは、ケーシング1内に形成されたマニホールドを介してベローズ4iの他端(右端)に接続されており、当該他端(右端)側つまり壁面1a側からベローズ4i内に駆動流体を給排気する流体供給手段である。すなわち、このガス供給装置4jは、ベローズ4iに対する駆動流体の供給量を制御することにより、ベローズ4iの伸縮度合い、つまり第2リング部材4hの羽根車3の背面3aに対する距離を調節する。なお、上記駆動流体は、例えば油等の液体である。
The
このような第2実施形態における第2の容積可変機構4Aは、第1実施形態の容積可変機構4と同様に、微小ギャップを通過して羽根車3の背面3aに回り込む漏れ流体の流量を可変調節することにより、回転軸2の軸線方向における位置を安定化させる。すなわち、第2の容積可変機構4Aは、ガス供給装置4jを作動させることによって第2リング部材4hを羽根車3の背面3aに対して前進/後退させることによって第2リング部材4hと羽根車3の背面3aとに挟まれた空間の容積(体積)を可変する。
Similar to the volume variable mechanism 4 of the first embodiment, the second
この結果、羽根車3の表面側を流れる流体(主流体)と羽根車3の背面3a側を流れる漏れ流体との流量差が変化するので、回転軸2の軸線方向における位置を所望位置に安定化する。すなわち、第2の容積可変機構4Aは、ターボポンプPの動作領域つまり回転軸2の回転域に応じて第2リング部材4hと羽根車3の背面3aとの距離を調節することにより、回転軸2の軸線方向における位置が所望位置に安定するように上記空間の容積(体積)を設定する。
As a result, the flow rate difference between the fluid (main fluid) flowing on the front surface side of the
このような第2実施形態によれば、ターボポンプPの動作領域に応じて回転軸2の軸線方向における位置を所望位置が安定するように上記空間の容積(体積)を最適設定することができるので、当該空間の容積(体積)が一定な従来よりも安定性が確保できるターボポンプPの動作領域を拡大させることが可能である。
According to such a second embodiment, the volume of the space can be optimally set so that the desired position of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、ターボポンプPにおける回転軸2の軸線方向における位置の安定化に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、ターボポンプP以外の様々な回転機械の回転軸の安定化に適用することがである。
The present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the present invention is applied to stabilize the position of the
(2)上記各実施形態では、容積可変機構4及び第2の容積可変機構4Aについて説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明における容積可変機構の構成は、容積可変機構4及び第2の容積可変機構4Aに限定されない。
(2) In each of the above embodiments, the volume variable mechanism 4 and the second
(3)上記実施形態では、リング部材4a及び第2リング部材4hの表面4dに複数の直線溝4eを設けたが、本発明はこれに限定されない。複数の直線溝4eは、羽根車3の背面3aにおける漏れ流体の流れを安定化させる機能を奏するが、必要に応じて省略してもよい。
(3) In the above embodiment, a plurality of
1 ケーシング
1a 壁面
1b 窪み部
1c 貫通孔
1d 第2の窪み部
2 回転軸
3 羽根車
3a 背面
4 容積可変機構
4A 第2の容積可変機構
4a リング部材
4b 駆動機構
4c ダイアフラム
4d 表面
4e 直線溝
4f ネジ棒
4g 駆動源
4h 第2リング部材
4i ベローズ
4j ガス供給装置
4k 凸部
1
Claims (6)
当該回転軸に装着された羽根車と、
前記羽根車を収容すると共に前記回転軸を回転自在に支持するケーシングとを備え、
前記ケーシングにおいて前記羽根車の背面に対向する壁面には、前記背面とで挟まれた空間の容積を可変する容積可変機構が設けられていることを特徴とする回転機械。 The axis of rotation and
The impeller mounted on the rotating shaft and
It is provided with a casing that accommodates the impeller and rotatably supports the rotating shaft.
A rotating machine characterized in that a wall surface of the casing facing the back surface of the impeller is provided with a volume variable mechanism that changes the volume of the space sandwiched between the casing and the back surface.
前記壁面に前記回転軸と同心状となるように設けられたリング部材と、
当該リング部材を前記背面に対して進退移動させる駆動機構と、
変形自在で前記リング部材と前記壁面との間の気密性を保持する気密部材と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の回転機械。 The volume variable mechanism is
A ring member provided on the wall surface so as to be concentric with the rotating shaft,
A drive mechanism that moves the ring member forward and backward with respect to the back surface,
The rotary machine according to claim 1, further comprising an airtight member that is deformable and maintains airtightness between the ring member and the wall surface.
前記駆動機構は、前記ベローズ内に前記壁面側から駆動流体を給排気する流体供給手段であることを特徴とする請求項2に記載の回転機械。 The airtight member is a bellows interposed between the ring member and the wall surface.
The rotary machine according to claim 2, wherein the drive mechanism is a fluid supply means for supplying and exhausting a drive fluid into the bellows from the wall surface side.
The rotary machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotary machine is a turbo pump.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2019038531A JP2020143582A (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Rotary machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019038531A JP2020143582A (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Rotary machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=72353501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2019038531A Pending JP2020143582A (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Rotary machine |
Country Status (1)
Country | Link |
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2019
- 2019-03-04 JP JP2019038531A patent/JP2020143582A/en active Pending
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