JPH074381A - ターボポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、高速で回転する高圧ポンプ
に生じるキャビテーションを除去するための予圧ポンプ
を備え、そして高い性能を保ちながら全体として高いコ
ンパクト性能を有するターボポンプを提供することにあ
る。 【構成】 上述の目的を達成するために本発明では、低
圧の予圧ポンプと高圧ポンプとを具備し両者は直列に連
結されており、予圧ポンプにより予圧された中圧流体
を、戻り経路により高圧インペラの方向に１８０゜流れ
の向きを変更して高圧インペラに供給し、該高圧インペ
ラにより昇圧した高圧流を、第２軸に固定された前記予
圧ポンプを駆動する水車に供給して以て予圧ポンプを駆
動し、次いで該高圧流を腕部内に形成された半径方向の
経路を介してターボポンプの入口の低圧流を横切るよう
にして環状経路に排出し、該環状経路はターボポンプの
吐出口に連通している吐き出し経路に連通する構成と
し、そして前記高圧ポンプをガスタービンにより駆動す
る構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体を予圧する予圧ポ
ンプを一体的に有する分流ターボポンプに関する。ター
ボポンプは、様々な分野において利用されているが、特
に宇宙において推進剤を加圧するために利用されてい
る。ターボポンプの流量を増加させると同時にサイズと
重量を小さくする研究により、高速で回転するターボポ
ンプが利用されるようになった。高速回転させると、キ
ャビテーションの発生する危険性が増加する。そのため
に、高圧インペラの入口の圧力を高めてキャビテーショ
ンの発生を防止する予圧ポンプを有した高圧ポンプがす
でに提案されている。

【０００２】

【従来の技術】様々な低圧予圧ポンプの駆動方法や、低
圧系と高圧系の様々な系統がすでに提案されている。図
２に線図で示す予圧ポンプの従来の駆動方法は、分岐系
統により構成されてきた。この場合、高圧ポンプ１によ
り吐き出された高圧流体の一部７は、高圧ポンプの出口
から、予圧ポンプ３を駆動する低圧水車（ハイドローリ
ックタービン）４へ循環される。低圧ポンプ３に供給さ
れた低圧流体５は昇圧されて、高圧ポンプ１の入口に連
通するその出口において中圧流体６となり、たとえ高圧
ポンプ１が高速回転しても、該高圧ポンプ１内において
キャビテーションの発生は防止される。前記高圧流体７
は、前記低圧軸３を駆動する前記水車４を通って循環
し、そして該高圧流体７の流量は、高圧の作動流体８に
対して僅かな流量となっている。高圧ポンプ１の軸４１
は、高圧ガス入口９と低圧ガス出口１０を有する従来の
ガスタービンにより駆動される。

【０００３】線図２に示されたポンプの実施例を図３に
図示する。このポンプは、“液体ロケットエンジンのタ
ーボポンプ”と題されたナサ（ＮＡＳＡ）の論文（ＳＰ
−８１０７の５３頁から５５頁）に掲載されている。図
３には予圧ポンプ３が図示されており、該予圧ポンプ３
は、高圧ポンプ１から吐き出された高圧流体８の一部７
により駆動される水車４により駆動され、前記高圧ポン
プ１はガスタービン（図示せず）により駆動される。図
２、３を参照して説明したシステムは、シール手段する
ことが困難で嵩高な高圧部から低圧部への接続が必要と
なり、大きな圧損を伴う小さな流量の循環流が必要とな
り、機能的妥協を提供せず、そして高圧ポンプの高圧イ
ンペラにおけるキャビテーションを防止できな。更に、
低圧ポンプを高圧ポンプの前方に配置する、“直列（イ
ンライン）構造”は、水車装置を増加させ嵩高くなる。

【０００４】図４から図７は、予圧ポンプ１３と高圧ポ
ンプ１１が協働する、翼列系統（カスケードサーキッ
ト）を利用したシステムを示している。図４はこのシス
テムの理論的線図を示しており、該システムにおいて高
圧ポンプ１１から吐き出された全流量が、僅かに膨張し
ながら低圧予圧ポンプ１３を駆動する水車１１に作用
し、前記水車１１は低圧軸４２により前記予圧ポンプ１
３を駆動し、前記低圧ポンプは入口で低圧流体１５を吸
入し、高圧ポンプ１１に供給される中圧流体１１に昇圧
する。図４のシステムでは従来高圧ポンプ１１の軸４１
から、ポンプの出口流体が、高圧ガスの入口と低圧ガス
の出口を有したガスタービン１２に取り込まれる。図
５、６は、図４の実施例を予圧ポンプ１３へ適用を示し
ている。図５はガスタービン１２（図示せず）から離隔
した構成要素を図示しており、図６は、ガスタービン１
２２により駆動される主軸軸４１と、水車により駆動さ
れる軸４２の配置を略示し、前記軸４１、４２は夫々軸
受４３、４４によりフレームに対して支持されている。
図６は、前記軸４１、４２と共に回転する回転要素を略
示している。すなわち水車１４と、低圧第２軸４２に固
定された低圧ポンプ１３と、高圧主軸４１に固定された
高圧ポンプ１１である。

【０００５】図７は、カスケードサイクルを利用した図
４と同様の系統による他の実施例を示しており、そして
それは、また１９８１にウィリーにより出版された、
Ｏ．Ｅ．バルジェの“ターボマシン“の４２９頁に記載
されている。この場合水車１４は、高圧ポンプ１１の高
圧インペラの下流に配置された回転ディフューザにより
構成されており、そしてそれは図４の予圧ポンプと同様
の機能を有する低圧インデューサ１３に固定されてお
り、そして該インデューサ１３は前記高圧ポンプ１１の
上流に配置されている。図７に示した装置による実験で
は、軸受の複雑な問題や、或いは低速、低出力に限定さ
れるという問題が生じた。

【０００６】図８は、ガスタービン２４により駆動され
る軸４２に予圧ポンプ２３が据え付けられ、前記ガスタ
ービン２４は、主軸２１を駆動する１次ガス（メインガ
スフロー）がら供給される。図８において参照番号２９
は１次ガスタービン（メインガスタービン）２２に供給
される高圧ガスを示しており、参照番号３２は、２次ガ
スタービン（オーグジュアリガスタービン）から排気さ
れる低圧ガスを示している。参照番号２５、２６、２８
は夫々予圧ポンプ２３の入口の低圧流体と、予圧ポンプ
２３から吐き出され、そして高圧ポンプ２１に供給され
る中圧流体と、そして高圧ポンプ２１から吐き出された
高圧流体を示している。図８に示されたシステムは、然
しながらポンプ近傍の低温部とガスタービン近傍の高温
部との膨張の差から生じる問題があり、その問題により
液体の系統とガスの系統との間のシール手段が問題とな
り、その結果図示されたサイクルを害することとなる。
図８に示されたサイクルは利用される液体が、液体酸素
等の化学的に非常に活性な場合には禁止されなければな
らない。一般的に図８に示されたシステムは、ユニット
重量に対して高い出力が得られるが、然しながら複雑な
システムであり、２つのターボ機械を備えることからか
なり嵩高くなる。こうした構成は組み立てることが困難
であり、多くの部品点数を必要とし、推進チャンバから
吊り下げられる構造に困難な振動問題を生じさせる、複
数の固定点を必要とする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、非常
に高速で回転する高圧ポンプに生じるキャビテーション
を除去、或いは発生を制限するための予圧ポンプを備
え、そして高い性能を保ちながら全体として高いコンパ
クト性能を有するターボポンプを提供して、上述した従
来技術の問題点を解決することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明では、低圧の予圧ポンプを一体化して具備し
たターボポンプであって、単一のケーシング内に、ター
ビンにより駆動される主軸と、前記主軸と同軸の第２軸
と、前記ケーシングの内側で、低圧流体の入口近傍に、
前記第２軸に据え付けられた少なくとも１つの低圧イン
デューサと、前記低圧インデューサの下流に前記第２軸
に据え付けられた少なくとも１つの低圧インペラと、前
記ケーシングに固定され、そして前記低圧インペラの下
流に配置され、該ターボポンプの軸線に平行な方向に中
圧流体を整流する（レストア）ための低圧バッフルと、
前記バッフルから出た中圧流を、該ターボポンプの軸線
と平行に高圧インペラの方向に１８０゜流れの向きを変
える戻り経路とを具備し、前記高圧インペラは、前記第
２軸の内側に前記主軸に据え付けられ、該高圧インペラ
により作られた高圧の全遠心流を、ブーストタービンに
向けて主軸に沿って吐き出すようになっており、該ブー
ストタービンは前記第２軸と前記低圧の予圧ポンプに固
定され、そして前記主軸と前記第２軸との間に配置され
ており、そしてオリフィスと、前記ブーストタービンか
ら吐き出された流体を通過させるための前記主軸に形成
された軸経路とを通過させて、次いで該ターボポンプの
入口に配置された半径方向の腕部を介して、前記ケーシ
ングに固定された吐き出し経路に吐き出されるようにな
っており、前記高圧インペラは高圧ポンプを構成し、該
高圧ポンプは前記低圧ポンプにより構成される低圧の予
圧ポンプと接続されており、前記低圧ポンプは前記低圧
インデューサと前記低圧インペラより構成されることを
特徴とするターボポンプが提供される。前記ターボポン
プは好ましくは、前記戻り経路と前記高圧インペラとの
間に前記主軸に据え付けられた高圧インデューサを更に
具備している。

【０００９】低圧ポンプと、該低圧ポンプと協働する高
圧ポンプとの間で動力を分け合う原理により、本発明の
ターボポンプは、分割されたタイプのポンプよりも同じ
か、或いはそれ以上の高い効率と、高い回転速度をえる
ことが可能となる。図２、３、４から７に示した従来技
術による系統よりも短い系統により、より小さな直列
（インライン）の圧力損失と、従って高い効率が得られ
る。１次ポンプ（メインポンプ）入口の流体を昇圧す
る、昇圧された流体により駆動される予圧ポンプから構
成されるスーパチャージャーと一体化されたターボ機械
を組み込んだ本発明によるターボポンプの、特にコンパ
クトな構造は、機械の全重量、体積を著しく削減すると
共に、製造困難な部品を必要とせずに部品点数を削減す
る。これらの利点は、特にロケットエンジンのターボポ
ンプとの関係において重要である。と言うのは、機械の
構造やその推進系への組み付けは、部品点数や、ロケッ
トエンジンとの接合部を削減することにより一般的に単
純化されるからである。

【００１０】機械を組み立て、そして推進系に組みつけ
る時間を削減することは、製造費を削減することとな
る。部品点数や、振動に対する感受性や、部品を組み立
てる際の複雑さを削減することは、操作の信頼性を向上
させることとなる。液体やガスの回収、取り扱いのため
の特別の系統が必要でないことや、渦巻き形やトーラス
形に比較して単純な吐き出し経路を使用することができ
るために、全体のデザインは簡単化され、それにより製
造費用が削減される。

【００１１】本発明による他の実施例において、前記予
圧ポンプは前記低圧流を画定し、該低圧流は該ターボポ
ンプの軸線に実質的に平行な流れであり、それに対して
前記高圧インペラは、高圧流を、前記腕部を介して前記
低圧流の機械的エネルギ変換を伴わずに同低圧流を通過
させることによって、該ターボポンプの軸線に実質的に
垂直な面内で前記吐き出し経路に吐き出す。前記タービ
ンにより高速で駆動される前記主軸は、第１に前記バッ
フルと、前記高圧インデューサまたは高圧インペラとの
間に配置された静圧軸受により前記ケーシングに対して
据え付けられ、第２に前記戻り経路のバックプレートに
備えられた軸受により支持されており、該軸受は、高速
回転する軸を支持するのに適している。前記第２軸はロ
ーラ軸受と玉軸受を介して前記主軸に据え付けられてい
る。この４つの軸受の配置により高圧の主軸の高速回転
と、前記水車により駆動される低圧部の自由な回転が達
成される。前記低圧ポンプと高圧ポンプとの間に配置さ
れた軸受は、高圧の主軸と低圧の第２軸との回転さに相
当する比較的低速な回転をすることとなる。その結果、
軸受の損摩は小さくなり、寿命が長くなる。

【００１２】更に他の実施例において、前記戻り経路の
バックプレートに据え付けられた前記軸受は玉軸受であ
って、前記低圧流により潤滑、冷却され、該低圧流は前
記主軸に形成された短い再循環経路を介して前記軸経路
から供給され、そして短い経路を介して前記戻り経路に
吐き出される。また他の実施例において、前記戻り経路
のバックプレートに据え付けられた前記軸受は、前記中
圧流は前記戻り経路の壁部内の短い再循環経路を介して
前記低圧バッフルの出口から供給される中圧流の供給を
受ける流体軸受（フルードベアリング）またはフォイル
軸受である。更に他の実施例において、前記戻り経路の
バックプレートに据え付けられた前記軸受はアクティブ
マグネティック軸受であって、該軸受は前記高圧流によ
り冷却され、該高圧流は短い経路を介して前記主軸に形
成された軸経路から供給される。該ターボポンプは、前
記腕部と、前記主軸の前縁端部との間に配置された上述
の全ての軸受が、前記軸経路から供給される高圧流によ
り冷却され、そして該高圧流は前記吐き出し経路に吐き
出される点に特徴がある。このような配置により余分な
配管を除去し、損失を最小限に押さえ、そして流量、圧
力、温度を前記主軸を支持する軸受の最適な条件にする
ことが可能となる。またこの配置は構造を単純なものと
し、そして部品点数を削減し、以て製造費用の削減と操
作の信頼性の向上に寄与する。

【００１３】該ターボポンプは、前記低圧ポンプのロー
タを形成する前記第２軸と、前記高圧ポンプのロータを
形成する前記主軸に固定された部材との間に、動的（ダ
イナミック）シール手段を具備しており、該動的シール
手段はワイパーラビリンス、或いはリング、または浮動
（フローティング）リング等の流体シール手段を具備し
て成る。更に好ましい実施例において、反対に方向付け
られた一連の第１、第２のシール手段を具備し、該シー
ル手段は、夫々前記第２軸（１０４）と高圧ポンプのロ
ータとの間に、前記第２軸と前記ケーシングに固定され
た低圧バッフルとの間に配置されている。前記流体シー
ル手段は、高圧ポンプから低圧ポンプへの漏れを最小限
にし、そして低圧部と高圧部との間の漏れを所要量に厳
しく調節して、以て漏れの最適な制御に寄与する。従っ
て好ましい実施例において、これらの軸受を潤滑する流
量は付加的な部品やアッセンブリを必要とせず、そして
これは機械を操作する一般的な構成（スキーム）と矛盾
しない。

【００１４】本発明の他の実施例によれば該ターボポン
プは、動的シール手段を具備し、該シール手段は、先ず
前記低圧ポンプのロータの一部を形成する前記第２軸に
固定された部材と、前記分流経路との間に、第２に前記
半径方向の腕部と前記主軸との間に配置され、そして該
シール手段は、ワイパラビリンス等の流体軸受手段を具
備して成り、前記高圧流と入口の前記低圧流との間の流
量を最小にするようなクリアランスをとる。本発明の他
の特徴によれば、ターボポンプは動的（ダイナミック）
シール手段を具備し、該シール手段は、前記低圧ポンプ
のロータの一部を形成する前記第２軸に固定された部材
と、前記分流経路との間に配置されたワイパラビリンス
等の流体軸受手段であって、そして該流体軸受手段は前
記高圧流と入口の前記低圧流との間の流量を最小にする
ようなクリアランスをとる。更に他の実施例において、
前記ケーシングと一体化された部材（キャスティング）
は、補強リブを具備し、そして戻り経路を画定し、該部
材と前記主軸との間に衝撃吸収環状ガスケットが配置さ
れている。この構造は、回転アッセンブリの強固にし、
それにより寿命が長くなる。

【００１５】前記主軸を駆動する前記ガスタービンは、
該ターボポンプのケーシングに半径方向のスタッドによ
り結合されたケーシングを具備している。従って好まし
くない構造上の硬直することなく、ポンプとタービンと
の間の断熱が達成される。

【００１６】前記腕部内に形成された経路は、環状経路
（トーラス）に連通し、該環状経路はそれ自体前記吐き
出し経路に連通している。前記前記主軸、及び同主軸の
軸経路と前記半径方向の腕部との間に配置されたオリフ
ィスは、前記低圧インペラと高圧インペラとに隣接する
前記半径方向の腕部の内面に接している。この配置によ
り圧損が減少し、組み立てが簡略化されることとなる。
以下に本発明の特徴や利点を、添付図面を参照する本発
明の好ましい実施例に基づき更に詳細に説明する。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明による予圧ポンプを一体的に
有するターボポンプの全体図であり、該ターボポンプは
特にロケットエンジンの推進剤を加圧するのに使用され
ることを予定している。本発明の本質的特徴によれば、
単一のケーシング１０２は高圧ポンプ（ＨＰポンプ）の
アクティブコンポーネントを含んで成り、該高圧ポンプ
は、主軸１０１を介して外部ガスタービン１０３によ
り、低圧ポンプ（ＬＰポンプ）のアクティブコンポーネ
ントと共に駆動され、該低圧ポンプのアクティブコンポ
ーネントは、前記主軸１０１と同軸の第２次軸１０４に
接合されており、該第２次軸１０４は、水車（ハイドロ
ーリックタービン）（１３２）に固定された低圧インペ
ラ（ＬＰインペラ）により直接駆動され、該水車（１３
２）は前記高圧ポンプの出口から供給される。前記主軸
１０１に備えられた高圧ポンプの高圧インペラ１１４
は、低圧インペラ１１０の内側に一体化されており、前
記高圧インペラ１１４から所定の圧力、流量にて機械の
ため吐き出された高圧流が、吐き出し経路１０６を全体
として通過できるようになっており、それにより高圧流
体を使用するように製造されている要素に供給される吐
出流１０８を画定し、同時に前記水車１３２を駆動する
ようになっている。

【００１８】前記低圧インペラ１１０は、流体１０７の
入口１０５の近傍に配置されており、同低圧インペラ１
１０に対して翼列に（インカスケード）装着された高圧
インペラ１１４の入口に中圧流体の流れを供給すること
により、同高圧インペラ１１４に予圧作用を果たし、前
記中圧流体は、高速回転中の高圧インペラ１１４内のキ
ャビテーションの発生を防止する。低圧ポンプにより構
成される入口の予圧ステージが存在することによる高い
レベルの性能によりコンパクト性が損なわれることは無
い。と言うのは、前記低圧ポンプと前記高圧ポンプを機
械と同軸にして、低圧ポンプ本体を高圧ポンプの本体と
一体化するためである。上述したように、前記低圧イン
ペラ１１０を駆動するために水車（ハイドローリックタ
ービン）１３２が低圧ポンプステージに結合されててお
り、そして該水車１３２は、前記第２軸１０４の内側
に、前記高圧インペラ１１４の出口の直近の前記低圧イ
ンペラ１１０と同じ半径平面（ラジアルプレーン）内に
ほぼ設置されている。該駆動水車を前記低圧の予圧イン
ペラ１１０内に一体化することは、装置のコンパクト性
を高めるのに寄与している。前記低圧ポンプは、前記第
２シャフト１０４から構成されるロータを具備し、該ロ
ータはその入口にインデューサ１０９を備え、該インデ
ューサ１０９は大きな入口直径を有した第１吸引ステー
ジを構成し、高い吸引容量を得ることを容易にしてい
る。前記低圧インペラ１１０を構成する低圧ポンプの少
なくとも１つのステージは、前記水車を動作可能にする
ための整流作用を果たす中空の翼１３２を具備してい
る。

【００１９】図１に示す実施例において前記低圧ポンプ
は、ただ１つのインデューサ１０９と、１つの低圧イン
ペラ１１０を有しており、該インデューサ１０９と低圧
インペラ１１０は前記水車１３２と同軸に構成されてい
るが、然しながら他の実施例において、低圧ポンプは水
車の機能を有する整流されたインペラ１１０から上流に
配置された複数のステージ１０９ａ、１０９ｂ、１０９
ｃを有することも可能である。前記低圧ポンプの出口と
高圧ポンプの入口の接続は、前記バッフル１１１を含ん
で成り、該バッフル１１１は、低圧ポンプと高圧ポンプ
を組み合わせたケーシングに据え付けられており、そし
て機械の軸上に水圧流（ハイドローリックフロー）を戻
して、前記高圧インペラ１１４の入口において液体の渦
流（プレローテーション）を除去するようになってお
り、前記高圧インペラ１１４の入口は、戻り経路１１２
と協働して前記バッフル１１１から出た中圧流をその出
口で、該ターボポンプの軸線と平行に前記高圧インペラ
１１４の方向に１８０゜流れの向きを変える。

【００２０】図１０は、前記戻り経路１１２と共にポン
プのバックプレート１５３の拡大図を図示する。前記戻
り経路１１２は、リブまたはフィン１５１、１５２を具
備し、そして前記ケーシング１０２と一体化され、それ
によって衝撃吸収のためのガスケット１２５の備えられ
ている前記シャフト１０１と戻り経路１１２の間の位置
１４３から離隔しても構造的な剛性を増加するようにな
っている。こうした特徴によりロータリアッセンブリの
強度と長寿命を得ることができる。前記バックプレート
アッセンブリ１５３にハウジング１４９を設け、該ハウ
ジング１４９は、前記戻り経路１１２の外側に軸受け１
２６をシーリングシステム１４０と共に受承し（図
１）、該軸受１２６は前記ガスタービン１０３に結合し
た主軸１０１の後端部を受承する。

【００２１】前記ガスタービン１０３のケーシング１２
０は、端部１１５を貫通する半径方向のスタッド１１６
により固定され、前記端部１１５は、前記バックプレー
ト１５３に形成されたフランジ１１７と係合する（図
１）。上述の方法は、構造的な強度を損なうことなくポ
ンプとタービンとの間の良好な熱的衝撃を吸収するよう
に成っている。

【００２２】前記主軸１０１により直接駆動される高圧
ポンプのロータ１３０は、インデューサ（該インデュー
サは必要に応じて備えられる）１１３とインペラ１１４
により構成される。前記高圧インペラ１１４から吐き出
された軸方向の高圧流は、半径方向の経路１６３を通過
して、前記主軸１０１に形成された軸経路１４２に入る
前に、前記第２軸を駆動する水車１３２の翼を通過す
る。前記高圧流は、短い半径方向の経路１５４を介して
前記主軸１０１の前縁端部近傍から吐出され、前記半径
方向の経路１５４は前記腕部１６２に形成された経路内
に連通し、該腕部１６２内に形成された経路は、環状経
路１６１に連通し、該環状経路１６１は前記吐き出し経
路１０６に連通している（図１、９参照）。該高圧流は
同時に、該ターボポンプに使用されている様々な軸受を
潤滑、冷却する。

【００２３】前記主軸１０１と第２軸１０４を支持する
様々な種類の軸受けを使用した実施例を以下に詳細に説
明する。高速で回転する前記主軸１０１は、第１に前記
ケーシング１０２に一体化された前記腕部１６２と、該
主軸１０１の端部との間に配置された一対の玉軸受１２
８により支持され、第２に高速回転する軸を支持するの
に適した、例えば前記戻り経路のバックプレート１５３
に備えられた一対の玉軸受等の軸受手段により支持され
る。前記第２低圧軸１０４は、それ自体ローラ軸受１３
１と一対の玉軸受１２７を介して、前記主軸１０１に据
え付けられており、前記ローラ軸受１３１は該第２軸の
後縁端部と、前記高圧インペラ１１４の整流器との間に
配置され、前記一対の玉軸受１２７は、前記水車１３２
から吐き出された高圧流により潤滑、冷却するために前
記半径方向の経路１６３近傍で、該第２軸１０４と主軸
１０１との間に配置されている。この４つの軸受の配置
により前記主軸１０１の高速回転と、水車による低圧部
の自由な回転（フリーローテーション）が可能となる。
前記低圧ポンプと高圧ポンプとの間に配置される軸受
は、前記主軸１０１の回転速度と前記第２軸の回転速度
との回転数の差に対応する比較的低速で回転するため、
損傷が比較的遅くなる。

【００２４】図１は、前記ガスタービン１０３に隣接す
る位置に配置された前記主軸１０１を支持する軸受１２
６の実施例を示している。図１から理解されるように、
例えば一対の玉軸受により構成されている該軸受１２６
は、高圧の再循環流により潤滑、冷却され、該高圧の再
循環流は、短い経路１４１を介して前記軸経路１４２よ
り供給され、次いで短い再循環経路１１２により前記戻
り経路を画定する前記バッフル１５３を貫通して、前記
インデューサ１１３の上流の中圧領域に排出される。こ
うした配置により余分な配管を除去し、損失を最小限に
押さえ、そして流量、圧力、温度を前記主軸１０１を支
持する軸受１２６の最適な条件にすることができる。図
１に図示される前記一対の軸受１２６は、高速回転に適
した他の種の軸受とすることもできる。従って該軸受１
２６は、図１に図示した経路１３９と相似する再循環経
路を介して供給される中圧流体の流体軸受、或いはフォ
イル軸受とすることもできる。同様に該軸受１２６は、
再循環経路１３９を介して供給される中圧流体により冷
却されるアクティブマグネティック軸受とすることもで
きる。前記ガスケット（シーリングシステム）１４０
は、前記ガスタービン１０３が配置されている領域に対
して全ての状態下でシール作用を果たす。

【００２５】前記ガスタービン１０３は、前記主軸１０
１の端部に直接装着された１段またはそれ以上の翼列１
２１、１２２を具備して成り、前記高圧ポンプ、及び低
圧ポンプに必要な動力を供給する。タービン車１２１は
長接続手段（ロングタイ）１２３により前記主軸１０１
上に同主軸１０１と同軸に装着されており、そし弾性ス
ラスト部材により各部品間の伸び差（ディファレンシャ
ルエキスパンジョン）が制限される。前記タービン１０
３は、高温ガス供給経路１１８と、環状の画室１１９と
を具備して成るケーシング１２０を具備して成り、前記
環状の画室１１９により高温ガスは、前記タービン車１
２１の翼列に供給される。上述のように前記タービン１
０３のケーシング１２０の一方端部１１５は、前記高圧
ポンプ、及び低圧ポンプのケーシング１０２に、半径方
向のスタッド１１６を含んで成る接続手段により接続可
能である。

【００２６】図１は、前記低圧ポンプを構成する前記第
２軸１０４と、前記高圧ポンプのロータを構成する前記
主軸１０１に取着された部材１３０、１１４との間の、
動的シール手段（ダイナミックシーリング）を図示す
る。ワイパーラビリンスや、リング、或いは浮動リング
といった流体シール手段１４７、１４８が、前記ロータ
１０４と前記高圧インペラ１１４の支持部１３０との間
に配置される。流体シール手段１４６が前記第２軸１０
４と、前記低圧バッフル１１１との間に、前記流体シー
ル手段１４７、１４８とは反対の向きに配置される。動
的シール手段１４４、１４５が、前記第２軸の低圧イン
ペラ１１０と、前記分流経路１６２との間に配置され、
同様にこれら動的シール手段は、ワイパーラビリンスと
いった流体密封手段を含んで成り、該シール手段によれ
ば、出口の高圧流１６３と入口１０７の低圧流との間の
流量を最小限にすることができる。様々の流体シール手
段の作動クリアランスが、低圧ポンプへの漏れ（リー
ク）流量を低圧／高圧軸受の厳しい要求に規制し、それ
により漏れの取扱を最適化する。従って本発明の好まし
い実施例において、前記軸受を潤滑する流体は付加的な
装置、或いは部品を必要とせずに得られる。

【００２７】図１１は前記主軸１０１が、前記腕部１６
２の経路を越えて延設されていない場合の実施例を示し
ている。該主軸１０１の端部１５４と、前記軸経路１４
２の端部は、前記インペラ１１０、１１４に隣接して配
置された前記半径方向の経路１４２の内壁面に接する平
面上に配置されている。この構成により圧力損失が減少
し、図１において前記オリフィス１５４を越えて配置さ
れた軸受１２８の１つを支持する部材を無くすことが可
能となる。残された軸受１２８は、強化されるか、一対
の軸受としなければならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による予圧ポンプを一体
的に具備した分流ターボポンプの軸線で切断した断面図
である。

【図２】従来技術による予圧ポンプを具備したターボポ
ンプの系統図である。

【図３】図２の系統図で示される予圧ポンプを具備した
ターボポンプの一実施例の略示構造図である。

【図４】従来技術による予圧ポンプを具備したターボポ
ンプの系統図である。

【図５】図４の系統図で示される予圧ポンプを具備した
ターボポンプの一実施例の略示構造図である。

【図６】図５を更に簡略化して示した構造図である。

【図７】図４の系統図で示される予圧ポンプを具備した
ターボポンプの第２の実施例の略示構造図である。

【図８】従来技術による予圧ポンプを具備したターボポ
ンプの系統図である。

【図９】図１のターボポンプの入口の正面図であり、一
部を切断して図示している。

【図１０】図１のターボポンプの実施例の高圧ポンプの
バックプレートの詳細断面図である。

【図１１】本発明による第２の実施例のターボポンプ
を、その軸線で切断した断面図である。

【符号の説明】

１０１…主軸 １０２…ケーシング １０３…ガスタービン １０４…第２軸 １０５…ターボポンプの入口 １０６…吐き出し経路 １０７…低圧流 １０９…低圧インデューサ １１０…低圧インペラ １１１…バッフル １１２…戻り経路 １１４…高圧インペラ １３２…ブーストタービン １４２…軸経路 １５４…オリフィス １６３…オリフィス

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低圧の予圧ポンプを一体化して具備した
   ターボポンプであって、 単一のケーシング（１０２）内に、 タービン（１０３）により駆動される主軸（１０１）
   と、 前記主軸（１０１）と同軸の第２軸（１０４）と、 前記ケーシング（１０２）の内側で、低圧流体（１０
   ７）の入口（１０５）近傍に、前記第２軸（１０４）に
   据え付けられた少なくとも１つの低圧インデューサ（１
   ０９）と、 前記低圧インデューサ（１０９）の下流に前記第２軸に
   据え付けられた少なくとも１つの低圧インペラ（１１
   ０）と、 前記ケーシング（１０２）に固定され、そして前記低圧
   インペラ（１１０）の下流に配置され、該ターボポンプ
   の軸線に平行な方向に中圧流体を整流する（レストア）
   ための低圧バッフル（１１１）と、 前記バッフル（１１１）から出た中圧流を、該ターボポ
   ンプの軸線と平行に高圧インペラ（１１４）の方向に１
   ８０゜流れの向きを変える戻り経路（１１２）とを具備
   し、 前記高圧インペラ（１１４）は、前記第２軸（１０４）
   の内側に前記主軸（１０１）に据え付けられ、該高圧イ
   ンペラ（１１４）により作られた高圧の全遠心流を、ブ
   ーストタービン（１３２）に向けて主軸に沿って吐き出
   すようになっており、該ブーストタービン（１３２）は
   前記第２軸と前記低圧の予圧ポンプに固定され、そして
   前記主軸と前記第２軸との間に配置されており、そして
   オリフィス（１６３、１５４）と、前記ブーストタービ
   ン（１３２）から吐き出された流体を通過させるための
   前記主軸（１０１）に形成された軸経路（１４２）とを
   通過させて、次いで該ターボポンプの入口に配置された
   半径方向の腕部（１６２）を介して、前記ケーシング
   （１０２）に固定された吐き出し経路（１０６）に吐き
   出されるようになっており、 前記高圧インペラ（１１４）は高圧ポンプを構成し、該
   高圧ポンプは前記低圧ポンプにより構成される低圧の予
   圧ポンプと接続されており、前記低圧ポンプは前記低圧
   インデューサ（１０９）と前記低圧インペラ（１１０）
   より構成されることを特徴とするターボポンプ。
2. 【請求項２】 前記戻り経路（１１２）と前記高圧イン
   ペラ（１１４）との間に前記主軸（１０１）に据え付け
   られた高圧インデューサ（１１３）を更に具備すること
   を特徴とする請求項１に記載のターボポンプ。
3. 【請求項３】 前記予圧ポンプは、前記低圧流を画定
   し、該低圧流は該ターボポンプの軸線に実質的に平行な
   流れであり、それに対して前記高圧インペラ（１１４）
   は、高圧流を前記主軸（１０１）の内部に軸方向に吐き
   出し、次いで該ターボポンプの軸線に略垂直な面内で前
   記吐き出し経路（１０６）に吐き出し、化学的に交換さ
   れることなく前記半径方向の腕部（１６２）を介して前
   記低圧流を通過させるように成っていることを特徴とす
   る請求項１または２に記載のターボポンプ。
4. 【請求項４】 前記タービン（１０３）により高速で駆
   動される前記主軸（１０１）は、第１に前記バッフル
   （１１１）と、前記半径方向の腕部（１６２）と、前記
   主軸（１０１）の前縁端部との間に配置された転がり軸
   受（１２８）により前記ケーシング（１０２）に対して
   据え付けられ、第２に前記戻り経路（１１２）のバック
   プレートに備えられた軸受（１２６）により支持されて
   おり、該軸受（１１２）は、高速回転する軸を支持する
   のに適していることを特徴とする請求項２に記載のター
   ボポンプ。
5. 【請求項５】 前記第２軸（１０４）は、ローラ軸受
   （１３１）と玉軸受（１２７）を介して前記主軸（１０
   １）に据え付けられていることを特徴とする請求項４に
   記載のターボポンプ。
6. 【請求項６】 前記戻り経路（１１２）のバックプレー
   トに据え付けられた前記軸受（１２６）は、前記高圧流
   の少ない流量により潤滑、冷却され、前記高圧流は、短
   い再循環経路（１４１）を介して前記軸経路（１４２）
   から供給され、前記再循環経路（１４１）は前記主軸
   （１０１）内に形成されており、短い経路（１３９）を
   介して前記戻り経路（１１２）に循環されることを特徴
   とする請求項４または５に記載のターボポンプ。
7. 【請求項７】 前記戻り経路（１１２）のバックプレー
   トに据え付けられた前記軸受（１２６）は、高圧流の供
   給を受ける流体軸受（フルードベアリング）またはフォ
   イル軸受であり、該軸受（１２６）は、前記高圧流の少
   ない流量により潤滑、冷却され、前記高圧流は、短い再
   循環経路（１４１）を介して前記軸経路（１４２）から
   供給され、前記再循環経路（１４１）は前記主軸（１０
   １）内に形成されており、短い経路（１３９）を介して
   前記戻り経路（１１２）に循環されることを特徴とする
   請求項４または５に記載のターボポンプ。
8. 【請求項８】 前記戻り経路（１１２）のバックプレー
   トに据え付けられた前記軸受（１２６）は、アクティブ
   マグネティック軸受であり、該軸受（１２６）は、高圧
   流の供給を受ける流体軸受（フルードベアリング）また
   はフォイル軸受であり、該軸受（１２６）は、前記高圧
   流の少ない流量により潤滑、冷却され、前記高圧流は、
   短い再循環経路（１４１）を介して前記軸経路（１４
   ２）から供給され、前記再循環経路（１４１）は前記主
   軸（１０１）内に形成されており、短い経路（１３９）
   を介して前記戻り経路（１１２）に循環されることを特
   徴とする請求項４または５に記載のターボポンプ。
9. 【請求項９】 前記半径方向の腕部（１６２）と前記主
   軸（１０１）の前縁端部との間に配置された転がり軸受
   （１２８）は、高圧の作動流体により潤滑、冷却され、
   該高圧の作動流体は前記軸経路（１４２）から供給さ
   れ、そして前記吐き出し経路（１０６）に循環されるこ
   とを特徴とする請求項４に記載のターボポンプ。
10. 【請求項１０】 前記低圧ポンプのロータを形成する前
    記第２軸（１０４）と前記高圧ポンプのロータを形成す
    る前記主軸（１０１）に固定された部材（１３０、１１
    ４）との間に動的（ダイナミック）シール手段を具備
    し、 該動的シール手段はワイパーラビリンス、或いはリン
    グ、または浮動（フローティング）リング等の流体シー
    ル手段を具備して成ることを特徴とする請求項１から１
    ０の何れか１項に記載のターボポンプ。
11. 【請求項１１】 反対に方向付けられた一連の第１、第
    ２のシール手段（１４７、１４８；１４６）を具備し、 該シール手段（１４７、１４８；１４６）は、夫々前記
    第２軸（１０４）と高圧ポンプのロータ（１３０）との
    間に、前記第２軸（１０４）と前記ケーシング（１０
    ２）に固定された低圧バッフル（１１１）との間に配置
    されていることを特徴とする請求項１０に記載のターボ
    ポンプ。
12. 【請求項１２】 動的シール手段（１４４）を具備し、 該シール手段（１４４）は、先ず前記低圧ポンプのロー
    タの一部を形成する前記第２軸に固定された部材と、前
    記分流経路（１６２）との間に、第２に前記半径方向の
    腕部（１６２）と前記主軸（１０４）との間に配置さ
    れ、そして該シール手段は、ワイパラビリンス等の流体
    軸受手段を具備して成り、前記高圧流（１６３）と入口
    の前記低圧流（１０７）との間の流量を最小にするよう
    なクリアランスをとることを特徴とする請求項１から１
    １の何れか１項に記載のターボポンプ。
13. 【請求項１３】 前記ケーシング（１０２）と一体化さ
    れた部材（キャスティング）（１５３）は、補強リブ
    （１５１、１５２）を具備し、そして戻り経路（１１
    ２）を画定し、該部材（１５３）と前記主軸（１０１）
    との間に衝撃吸収環状ガスケット（１４３）が配置され
    ていることを特徴とする請求項４または５に記載のター
    ボポンプ。
14. 【請求項１４】 前記主軸（１０１）を駆動する前記ガ
    スタービン（１０３）は、該ターボポンプのケーシング
    （１０２）に半径方向のスタッド（１１６）により結合
    されているケーシング（１２０）を具備していることを
    特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のター
    ボポンプ。
15. 【請求項１５】 前記腕部（１６２）内に形成された経
    路は、環状経路（トーラス）（１６１）に連通し、該環
    状経路（１６１）はそれ自体前記吐き出し経路（１０
    ６）に連通していることを特徴とする請求項１から１５
    の何れか１項に記載のターボポンプ。
16. 【請求項１６】 前記前記主軸（１０１）、及び同主軸
    （１０１）の軸経路（１４２）と前記半径方向の腕部
    （１６２）との間に配置されたオリフィス（１５４）
    は、前記低圧インペラ（１１０）と高圧インペラ（１１
    ４）とに隣接する前記半径方向の腕部（１６２）の内面
    に接する平面内に配置されていることを特徴とする請求
    項１から１５に記載のターボポンプ。