JPH07167083A

JPH07167083A - ポンプ

Info

Publication number: JPH07167083A
Application number: JP6196116A
Authority: JP
Inventors: John Scott Kidger; キドガー・ジョン・スコット; John Charles Gibbons; ギボンス・ジョン・チャールズ; Roger John Cumming; カミング・ロジャー・ジョン
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1995-07-04
Also published as: EP0636791A1; GB9315630D0

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】過度の圧力や流量を減少、回避出来る再生ポ
ンプを提供する。【構成】ハウジング１と、吸込口と吐出し口との間の
流路４内の羽根車５の回転軸を中心として配された複数
のベーン１３を備えた羽根車５と、吸込口と吐出口との
間に位置し、ベーン１３が通過する流量ストリッパ１７
と、吸込口と吐出口との間の流路４内に開口する第２の
流体吸込口３３と、流体吸込口の一方又は両方に選択的
に流体を供給するように制御し、ポンプの出力を変更す
る制御手段とを備えストリッパ１７には、ベーン１３の
回転方向と交差する流体流ループ２２が取付られ、第１
の流体吸込口は、ストリッパ１７の下流に位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、再生ポンプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】再生ポンプは、流体吸込口及び流体吐出
し口が設けられたハウジングと、このハウジング内に回
転可能に取り付けられた羽根車とを備えている。かかる
羽根車は、該羽根車の回転軸を中心として一定の角度で
間隔をあけ、ハウジング内で前記吸込口及び吐出し口の
間に延びる流路内に組み込まれた複数のベーンを有し、
これらベーンは、羽根車の回転につれて、該流路の長さ
に沿ってうず巻き流或はらせん流を生じさせるためのも
のである。かかるうず巻き流は、ベーンの流体に対する
遠心力及び摩擦力により生じ、それが流体を吸込口と吐
出し口との間で複数のベーンを横切って繰り返し再循環
させており、それによって流体圧が徐々に上昇するので
ある。該吸込口と吐出し口との間にはストリッパ・ブロ
ック（stripper block）が、羽根車及びベーンを通過さ
せるのに十分であるが、高圧流体吐出し口から低圧流体
吸込口への直行する流体流を制限するクリアランスをも
って配置されている。

【０００３】よく知られた種類の再生ポンプでは、環状
コアが流路内に設けられ、流体は該コアを取り巻く前記
うず巻き経路内を流れる。ベーンは、羽根車から流路内
に突き出されて、固定コアのちょうど手前に端部がくる
ように設けられているか、或はコアが回転子と共に回転
するようにコアに接続されている。ベーンは、流体流量
効率を高めるためにエーロフォイル（aerofoil）断面を
有するようにしてもよく、また吸込口で流体の初期うず
巻き流を促進する手段を設けてもよい。そのような再生
ポンプの一例が英国特許番号第２０６８４６１号に示さ
れている。英国特許番号第２０７４２４２号には、吸込
口と吐出し口との間において、コアを取り巻くうず巻き
経路内を流体が流れる再生ポンプが開示されており、該
再生ポンプには、かかる吸込口と吐出し口との間にスト
リッパ・ブロックが取り付けられ、羽根車のベーンと共
にストリッパ・ブロックを通過する流体の環状運動を保
持するようになっている。これは、ストリッパ・ブロッ
ク内にベーンの回転方向と交差する流体流ループ（flui
d flow loop）を設けることによって成されている。か
かる流体流ループは１以上の閉ループからなり、各ルー
プはベーンを通過する流体を再循環させる個々のダクト
（duct）によって形成されていてもよく、あるいはスト
リッパ・ブロックの吐出口と吸込口との間にダクトの連
続体で形成された単一の準らせんループから形成されて
いてもよい。後者の形態では、準らせん流ループは、ポ
ンプ効率の増進及び圧力上昇を維持するように流体の環
状運動を最大に保つためのものである。上述した種類の
再生ポンプは、機械的に単純で信頼性があり、高速で操
作することが出来、また重量が極めて軽い。また、再生
ポンプにより、高圧かつ高流量をもたらすことが可能で
あり、通常、その圧力は羽根車速度の二乗に比例し、そ
の流量は羽根車速度に比例している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、応用に
よっては、例えば航空ガスタービンエンジン用のエンジ
ン駆動燃料ポンプとしては、この圧力／流量速度特性は
操作条件によって問題となるかもしれない。そのため
に、再生燃料ポンプは、低速での所望の燃料圧及び流量
やエンジン着火条件が得られるように設計され得るが、
最高エンジン速度では、それら燃料圧及び／又は流量は
過度となる恐れがあり、ポンプの高エネルギー入力のた
めに燃料加熱や高デルタＴ（Delta T ）が惹起される。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述の
問題である高速度での過度圧力及び／又は過度流量を減
少あるいは回避し得る再生ポンプを提供することにあ
る。１つの態様によれば、本発明は、流体吸込口及び流
体吐出し口を有するハウジングと、該ハウジング内に回
転可能に取り付られた、またその回転軸を中心として一
定の角度で間隔をあけ、該吸込口と吐出し口との間に延
びるハウジング内の流路に組み込まれた複数のベーンを
備えた羽根車と、該吸込口と吐出し口との間に配置さ
れ、その中をベーンが通過する流量ストリッパとを備え
る再生ポンプにおいて、第２の流体吸込口が前記ハウジ
ング内に設けられて前記流体吸込口と流体吐出し口との
間の流路に対して開口し、また制御手段が設けられて、
前記流体吸込口の一方又は他方、或は片方又は両方に対
して選択的に流体を供給するよう制御することによって
ポンプの出力が変更されることを特徴とするものであ
る。該第２の吸込口が第１の吸込口に代えて使用される
場合には、流路の有効長さが短縮され、それによって該
流路内に生じる昇圧がいかなる特殊の出力流量に対して
も減少されることが明かである。前記ストリッパから第
２の吸込口の間の流路部分は余分となるが、減小した圧
力がそこに生じて、吸い込まれた流体が液体である場合
には気化させることが出来る。それによって羽根車に対
する抗力が減少させられる。

【０００６】該第２の吸込口が第１の吸込口と共に使用
される場合には、圧力上昇及び出力流量がそれぞれ減少
するが、第２の吸込口のみが使用される場合に比して、
減少度合は少ない。

【０００７】本発明の他の具体例として、円周状に配置
された３つ以上の流体吸込口が流路の経路に沿って設け
られてもよく、また流体の吸込供給口がそれら選択的に
何れか１つの流体吸込口に或はそれらの流体吸込口の組
み合わせにより連繋されていてもよい。従って、本発明
は、選択的吸込口への流体の供給を制御して再生ポンプ
の出力を変えることができ、それによってポンプ出力の
選択可能性が広くなった。得られる個々の出力は、前記
経路長さに沿う吸込口と吐出し口との位置関係による。

【０００８】好ましくは、前記ストリッパは、流体がス
トリッパを通過するときに流体の環状運動を維持するよ
うに構成されており、また該ストリッパにベーンの回転
方向に交差する流体流ループが設けられてもよい。さら
に、第１の流体吸込口は、該ストリッパ・ブロックの直
後に位置されるよりも該ストリッパ・ブロックの下流に
離れて配置されることが好ましい。それによって該スト
リッパ・ブロックからの流体の環状流が吸込口からの流
れと接触する前にそれに自体を確立させるのである。最
適位置は、好適には、らせん流をそれが前記吸込口に達
するまでは消えないように確保し、しかも吸込口に続く
流路長さが出来るだけ長くされるように設定されてい
る。通常、該吸込口の中心は、ストリッパ・ブロックの
流体出口から１５゜〜９０゜の角度範囲に、好ましくは
該出口から４５゜〜７５゜の範囲に位置されている。

【０００９】他の態様に従えば、本発明は、流体吸込口
及び流体吐出し口を有するハウジングと、該ハウジング
内に回転可能に取り付られた、またその回転軸を中心と
して一定の角度で間隔をあけ、該吸込口と吐出し口との
間に延びるハウジング内の流路に組み込まれた複数のベ
ーンを備えた羽根車と、該吸込口と吐出し口との間に配
置され、その中をベーンが通過する流量ストリッパとを
備える再生ポンプにおいて、前記流体吸込口が前記スト
リッパの下流に離れて設けられ、それによって該ストリ
ッパからの流体の環状流が、前記吸込口からの流れに接
触する前に確立されることに特徴がある。好適には、前
記吸込口は、該ストリッパ・ブロックの出口より下流に
おいて１５゜〜９０゜の範囲、あるいは該出口より下流
で４５゜〜７５゜のより好ましい範囲内の最適位置に配
置されている。

【００１０】

【実施例】図１〜図３に示される再生ポンプはハウジン
グ１を備え、それは２つの部材２、３が向かい合って連
結されて、それらの間に内部空間４が形成されてなり、
そこに駆動軸６に取り付けられた羽根車５が収納され、
また駆動軸６は複合ジャーナル・スラストベアリング７
によってハウジング内に支持されている。かかる駆動軸
６の一方の端部はエンド・プレート９のブラインド孔８
に収納され、他方の端部は、メカニカルシール１０によ
ってハウジングに密封固定されて、また動力源への駆動
接続用内歯スプライン１１が形成されている。

【００１１】前記羽根車５は、内部環状体１２と外部ト
ロイダルリング１４（outer toroi-dal ring）と、それ
らを連結する複数の放射状突出曲がり断面ベーン１３か
ら形成されている。前記羽根車５の環状体１２は、ハウ
ジング１の空間４の内壁１５に対する締りばめとなって
いるが、ベーン１３及びトロイダルリング１４は、トロ
イダル・チャンバー１６となる該空間４の拡大円周部に
放射状に突出している。該トロイダル・チャンバー１６
は、駆動軸６と同心上にあり、且つハウジング部材２、
３が接触する放射状に広がる分割面を中心として羽根車
５に対して対称である。

【００１２】流量ストリッパ・ブロック１７は、前記ト
ロイダル・チャンバー１６内に配置され、一対のブロッ
ク１８からなるものである。該ブロック１８は、ハウジ
ング部材２、３の対向する溝に固定され、図１に示され
るように、それらの内面によりベーン１３とトロイダル
リング１４を密接に囲んでいる。第１の吸込口１９は、
ハウジング部材２に、ストリッパ・ブロック１７の下流
側に隣接するトロイダル・チャンバー１６に開口するよ
うに設けられ、図２に示されるように、羽根車５が矢印
Ｒ方向に回転するようにされている。吐出し口２０はハ
ウジング部材２に設けられ、ストリッパ・ブロックの上
流側寄りでトロイダル・チャンバー１６に開口するよう
にされている。前記吸込口及び吐出し口１９、２０間で
チャンバー１６により流路が形成され、該流路内で前記
羽根車の回転により、流体がベーン１３を通って繰り返
し通過し、圧力が徐々に上昇して、トロイダルリング１
４の周りに流体のらせん流が生じさせられる。

【００１３】前記流量ストリッパ・ブロック１７は、流
路１６の高圧吐出端を低圧吸込端から隔て、両端間を直
接に流体が流れることを制限するためのものである。し
かしながら、該ストリッパ・ブロックは内部らせん流路
又はループ２２からなり、図３に示されるように、それ
は流路１６内のトロイダルリング１４の周りのらせん流
体流と同様な向きに進んでいる。該らせん流ループ２２
の上流端部は、成形口（shaped port ）２３が流路１６
の吐出し口端に開口し、その下流端部は、成形出口２９
が流路１６の吸込口に開口している。該成形出口２９に
より、前記ループ２２からの流体流がトロイダルリング
１４の円周上においてベーン１３を通過して流路１６の
吸込口端に導かれている。前記ループ２２に供給された
流体は該ループ内をらせん状に流れ、出口２９から出た
後、流路１６内を同様ならせん経路に流れることにな
る。該出口２９から円周状に導かれた流体の噴出は、吸
込口１９の辺りでらせん流の発生に役立ち、それによ
り、流体がベーン１３中を繰り返し通過することによっ
て惹起される流路１６内の昇圧が高められることにな
る。

【００１４】上述したように、前記ポンプは流体吸込口
１９と流体吐出し口２０を備えている。しかしながら、
該ポンプは第２の流体吸込口３３も備えており、該吸込
口３３は、吸込口１９と吐出し口２０との間の径の略半
分のところで流路１６に開口している。前記吸込口１
９、３３は、図４に示されるように、両方とも切換えバ
ルブ３４に接続されており、その切換えバルブ３４は、
吸込供給口３５からの流体の供給を前記吸込口１９、３
３の何れか一方に切り換えるか、或は両吸込口１９、３
３間で流体の吸込供給を設定割合において分割するよう
に形成されている。またこの切換バルブ３４は、両吸込
口１９、３３を特定の流量条件において流体がバルブ３
４を通過して両吸込口間で再循環するように接続するも
のである。

【００１５】図６に示されるように、バルブ３４への流
体の供給が第２の吸込口３３へ完全に切り換えられる
と、ポンプの出力は、曲線Ａで示されるポンプの出力と
比較して、同様な出力流量Ｑに対して減少した昇圧δＰ
を示す図８中の曲線Ｃで示される形となり、その時吸込
供給口３５は第１の吸込口１９に接続されることにな
る。この圧力減少は、流路１６の長さが実際上短縮さ
れ、それによって流体がより狭い範囲でベーン１３中を
再循環させられることにより説明される。吸込口１９及
び３３間の流路長さは余分となるが、流体が液体である
時にその流体の羽根車に対する抗力は、羽根車の連続し
た吸込み動作のために減少する圧力によって生じる流路
内の液体の蒸発によって減少させられる。

【００１６】前記切換バルブ３４は、図５に示されるよ
うに、２つの吸込口１９と３３との間で流体の吸込量を
分割するように調節される。そのときのポンプの出力
は、図８の曲線Ｅで示されており、出力流量Ｑは、第２
の吸込口３３のみが使用された時の曲線Ｃで示される出
力と比較して、昇圧値δＰ全てにおいて増加している
が、昇圧δＰは、図７で示されるように第１の吸込口１
９のみが使用された時の曲線Ａで示される出力と比較し
て流量値Ｑの殆どで減少している。出力流量Ｑがある程
度高い値を越えると、図５に示されるように対の吸込供
給口を備えたポンプの昇圧δＰは、図７に示される第１
の吸込口１９のみを使用するポンプの昇圧よりも高い。

【００１７】図９は本発明の他の実施例を示す。ここで
は、吸込口１９、３３への流体流を制御する切換バルブ
３４に代えて、吸込口１９への吸込接続部３６に可変絞
り弁３５が、また吸込口３３への吸込接続部３８に逆止
め弁３７が設けられている。流体供給接続部３９は、前
記絞り弁３５と逆止め弁３７との間の接続部４０へ流体
を供給し、両弁へ同時に流体を供給するようにされてい
る。かかる逆止め弁３７は、高圧第２吸込口３３と低圧
第１吸込口１９との間で接続部４０を介しての流体の再
循環を防止しているが、可変絞り弁３５の調節により吸
込口３３で出される圧力要求信号に対応している。例え
ば、絞り弁３５が完全に開かれている場合には、羽根車
によって第２の吸込口３３で生じる圧力は最大となり、
逆止め弁３７の開口が閉じられるか又は制限される。そ
の結果、第２の吸込口３３を通る流体が零または最低量
となる。しかしながら、絞り弁３５が部分的に開かれる
にすぎない場合には、第２の吸込口３３で生じる圧力は
低く、従って逆止め弁３７は、第２の吸込口３３を通る
流体量を増加させるために、より開かれることとなる。
反対に、絞り弁３５が閉じられると、逆止め弁３７は、
第２の吸込口３３への流体を供給するために最大まで開
かれる。

【００１８】上記では、前記流路１６に２つの吸込口１
９、３３だけを備えたポンプを説明してきたが、３つ以
上の吸込口を流路１６の径に沿って間隔をあけて設け、
そのそれぞれに対する流体の供給を制御する適当な手段
を備えることも可能であることは明かである。３つの吸
込口を有するポンプの一例が図１０に示されており、そ
れは３つの吸込口１９、４２、３３のそれぞれに対する
流体の供給を制御する切換バルブ４１を備えている。

【００１９】上記各実施例において、ポンプによる特定
出力は、流路１６における吸込口１９、３３若しくは１
９、３３、４２及び吐出し口２０の位置関係に依存して
いる。しかし、第１の吸込口１９が図２に示されるよう
にストリッパ・ブロック１７の下流に離れて設けられる
と、ストリッパ・ブロック１７の直後に配置されるより
も、出力値の改善が得られる。このような吸込口１９の
下流配置によって、出口２９からの流体のらせん流は、
吸込口１９からの流体と接触する前に確立される。しか
し、もし下流に離れすぎていると、らせん流は消散して
しまい、しかも吐出し口２０の設定位置に対して流路１
６の有効長さが短縮されることになる。かかる吸込口１
９の最適位置は出口２９の下流１５゜〜９０゜の範囲内
にあり、より好適には４５゜〜７５゜の範囲内にある。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明に従う再生ポンプでは、圧力及び／又は流量が高速
で過度なるのを減少あるいは回避させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う再生ポンプにおける、図２のＩ−
Ｉ線概略断面図である。

【図２】図１のポンプハウジングにおける左手部分の内
面の概略図である。

【図３】図１のポンプの流量ストリッパの動作を示す概
略図である。

【図４】図１乃至は図３のポンプの概略側面図であり、
２つの吸込口、吐出し口及び切換バルブの外部流体接続
部を示す図である。

【図５】図４と同様な図において、ポンプ吸込口の制御
手段の異なる設定を示す図である。

【図６】図４と同様な図において、ポンプ吸込口の制御
手段の異なる設定を示す図である。

【図７】図４と同様な図において、ポンプ吸込口の制御
手段の異なる設定を示す図である。

【図８】図５乃至図７の異なる制御設定に対する昇圧δ
Ｐ及び流量Ｑに関するポンプ特性を示すグラフである。

【図９】ポンプ吸込口に対する選択制御手段以外は、図
４のものと同様なポンプの概略側面図である。

【図１０】共同制御手段によって制御される３つのポン
プ吸込口以外は、図４のものと同様なポンプの概略側面
図である。

【符号の説明】

１ハウジング４内部空間５羽根車６駆動軸１３ベーン（羽根）１４外部トロイダル・リング１６トロイダルチャンバ１７ストリッパ・ブロック１９第１吸込口２０吐出し口２２らせん流ループ３３第２吸込口３４切換バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ギボンス・ジョン・チャールズイギリス国、ジーエル18、１エスエス、グロスターシャー州ニューアント、フォーレイ・ロード 317 (72)発明者カミング・ロジャー・ジョンイギリス国、ジーエル52、６エイチジェイ、グロスターシャー州チェルトナム、ロンドン・ロード 128

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体吸込口及び流体吐出し口を有する
ハウジングと、該ハウジング内に回転可能に取り付られ
た、またその回転軸を中心として一定の角度で間隔をあ
け、該吸込口と吐出し口との間に延びるハウジング内の
流路に組み込まれた複数のベーンを備えた羽根車と、該
吸込口と吐出し口との間に配置され、その中をベーンが
通過する流量ストリッパとを備える再生ポンプにおい
て、第２の流体吸込口が前記ハウジング内に設けられて、前
記流体吸込口と流体吐出し口との間の流路に対して開口
し、また制御手段が設けられて、前記両流体吸込口の一
方又は他方、或は片方又は両方に対して選択的に流体を
供給するよう制御することによってポンプの出力が変更
されることを特徴とするポンプ。
【請求項２】円周上に離れて配された３つ以上の吸
込口が流路の径に沿って設けられており、また前記制御
手段は、それら吸込口に対して何れか１つ或はそれらを
組み合わせた何れかに選択的に流体を供給するよう制御
するものであることを特徴とする請求項１に記載のポン
プ。
【請求項３】前記ストリッパは、流体が該ストリッ
パを通過するときに流体の環状運動を維持するように構
成されており、また該ストリッパにベーンの回転方向に
交差する流体流ループが備えられている請求項１又は２
に記載のポンプ。
【請求項４】前記第１の流体吸込口は、前記ストリ
ッパ・ブロックの下流に離れて配置されている請求項１
乃至３に記載のポンプ。
【請求項５】前記第１の吸込口の中心は、前記スト
リッパ・ブロックの流体出口から１５゜〜９０゜の角度
範囲に位置されている請求項４に記載のポンプ。
【請求項６】前記第１の吸込口は、前記ストリッパ
・ブロックの前記流体出口から４５゜〜７５゜の角度範
囲に位置されている請求項５に記載のポンプ。
【請求項７】流体吸込口及び流体吐出し口を有する
ハウジングと、該ハウジング内に回転可能に取り付られ
た、またその回転軸を中心として一定の角度で間隔をあ
けて、該吸込口と吐出し口との間に延びるハウジング内
の流路に組み込まれた複数のベーンを備えた羽根車と、
該吸込口と吐出し口との間に配置され、その中をベーン
が通過する流量ストリッパとを備える再生ポンプにおい
て、前記流体吸込口が前記ストリッパの下流に離れて設けら
れ、それによって該ストリッパからの流体の環状流が、
前記吸込口からの流れに接触する前に確立されることを
特徴とするポンプ。
【請求項８】前記吸込口は、前記ストリッパ・ブロ
ックの出口より下流１５゜〜９０゜の範囲に位置されて
いる請求項７に記載のポンプ。
【請求項９】前記吸込口は、前記ストリッパ・ブロ
ックの出口より下流４５゜〜７５゜の範囲に位置されて
いる請求項８に記載のポンプ。