JPS62182499A - タ−ボポンプ密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ターボポンプ密封装着、特にロケットモータ
の液体ブロバゴル（ｐｒｏｐｅｒｇｏｌ）供給ユニット
を装備するための装置に関する。

液体プロパゴル（通常は酸素および水素）を使用する近
代のロケットモータには、流体（液体水素）および酸化
剤（液体酸素）を溜めから燃焼室へ所定の圧力および流
速で輸送するポンプが装備されている。これらのポンプ
は、ガス発生器または予備燃焼室により供給される燃焼
ガスで操作するタービンによりギヤボックスを介してま
たは直接に駆動される。ポンプおよびタービンに共通な
軸は、通常水素の流れにより潤滑される軸受により支持
され、前記水素の流れの全部はたは一部はモータの操作
中にタービン隔室の方へ放出される。

タービンが２個の軸受間に支持されるか単一の軸受によ
り片持ちとされるかに拘わらず、軸受とタービンとの間
に下記の二つの役割を持つ密封手段を組み入れなければ
ならない。

ａ）冷期間 これはモータの始動に先立つ期間であって、ターボポン
プが溜めの温度、圧力に近い非常に低い温度、比較的に
低い圧力のエルゴル（ｅｒｇｏｌ）に接触して置かれ、
回転始動時に熱的操作条件が操作条件に近い状態で確立
されるような期間である。

この期間において、密封手段は安全の理由でタービン隔
室からエルゴルを完全に隔離せねばならない。

この機能が保証されない場合、水素がモータのレベルに
蓄積しまたは発射台の上段の一つにモータが用いられる
場合には中段スペースに蓄積し、またモータの点火時に
爆発の危険がある。

ｂ）操作 モータの全操作時間中、密封手段は軸受を通る水素をタ
ービン隔室の方へ放出させ得る必要があり、またある種
の潤滑システムでは、水素の流速を軸受の正しい操作に
必要な所定の値に固定せねばならない。

上記のことから明らかなごとく、タービン密封手段は特
に重要であり、故にその設計は確実な信頼性のある操作
を可能にすべきである。

現在用いられている密封手段には幾つかの型がある。即
ち、 −　ラビリンス −面接触シール −面後退可能シール −浮動リング −分割シール 上記基本的な手段は単独でまたは二つ以上を組み合わせ
て用いられている。ある種のアセンブリは加圧され、他
のものは流体力学効果を用いる。

本発明の装置は、上記基本的手段の幾つかを、既存の組
み合わせの性能よりも優れた性能を得るような新しい構
成で用いる。優れた性能としては特に下記のものがある
。

−冷期間中にタービンへの水素の漏洩の可能性がない、 −加圧ガスの消費量が少ない、 −小形軽爪である、 −信頼性が大きい。

本発明によれば、好適実施例では、密封装置はタービン
とポンプとの間で回転軸と同心のケースに装着され、適
切に言えば、前記ケースは加圧ガスのための空洞を形成
し、前記空洞はタービン側ではこれと一体でかつ回転し
ないように固定された第１浮動リングにより形成され、
またポンプ側では回転しないように固定された第２浮動
リングと一面が接触した付与殻体により形成され、第２
浮動リング自体は軸と一体の摩擦リングに押圧し、前記
各リングは曲記軸と同心のソケットに装着され、殻体は
更に空洞ヘベローにより接続される。

本発明の他の特色と利点は、添付図面に関する実施例に
ついての以下の記載から明らかになろう。

第１図に関し、タービンｌは、縦軸線Ｌ−Ｌを持ちポン
プ（図示せず）を駆動しボール軸受３のごとき軸受を含
む軸２上に回転可能に装着されている。密封装置は、一
般的のケーシング５に含まれたケース４を含む。ケース
４は、後述のごとくダクトＤを通る加圧ガスのための空
洞Ｃを形成し、空洞は下記の横゛成により形成される。

−　タービンＩ側では例えばナツト７によりケース内に
保持された軸受リング６により形成され、軸受リング６
には例えばスプリング９により押圧された第１浮動リン
グ８が押圧し、前記リング８はケース内の対応ハウジン
グの金属カラーのスタッドＩＯの係合により回転しない
ように固定された１１ｑ記カラー内に締着された炭素リ
ングから形成される。

−　ポンプ３側では付加殻体１１により形成され、この
殻体内には第１のものと同じ型の第２浮動リング１２が
配置されこれも同様に殻体ＩＩ内の対応軸受のカラーの
スタッド１３の係合により回転しないように固定されて
いる：浮動リング１２は接触面１４により殻体１１に押
圧し、他方ではこれは軸２と一体の摩擦リングＩ６に接
触面Ｉ５により押圧する。

前記のごとく、２個の浮動リング８、Ｉ２および軸受リ
ング６並びに摩擦リング１６は、軸２と同心のソケット
１７の回りに装着されている。有利には、振動ダンパＩ
８が殻体ｌ！とケース４内のハウジングとの間に挿入さ
れ、操作中に発生ずる振動の増幅を阻止する。装置全体
、即ち、ケース４は、適当な手段、例えばスタッドボル
ドーナツトアセンブリ１９により一般的なケーシング５
上に固定され、固定ンール２０はケーシングに対して密
封している。

第２浮動リング１２は後述のごとく縦方向に隙間を有し
殻体１１により接触面１４に沿って追従されるものであ
るが、殻体は金属ベロー２１によりケースへ取り付けら
れ、隙間Ｃの連続性を保証すると共に流体の通過を阻止
する。ベロー２１は、その剛性と組み立て時の予圧縮と
により、初期の殻体／浮動リング１２／摩擦リング１６
の接触力を与える。

前述のごとき操作のために、三つの期間、即ち冷期間、
転移期間、操作期間を識別すべきである。

第２図ないし第４図に関し、冷期間の装置の形態が第３
図に示されている。

空洞Ｃはヘリウムガス（引１ｅ）により常法により圧力
ＰＣで加圧され、軸受１２側のリングをその摩擦リング
に接触させる力はこれを引き離す力よりも大きい。即ち
、 ＰＣｘ　　（φ　２１−　　φ　８３）　ン　ＰＡ　　
ｘ　　（φ　２１−　　φ　２．）式中、φ１、φ３、
φ、はそれぞれ空洞、而１４の内縁、而１５の外縁の各
直径を示し、ＰＡはポンプのレベルにおける水素の圧力
である。第２図には面１４の外縁の直径φ、および面１
５の内縁の直径φ４が示されていることに注目されよう
。

ＰＣが課せられると、φ３およびφ、が決められ、上記
の不等式が守られる。

リング１２と殻体１１との間の接触を操作の総ての場合
に維持するために、下記が守られなければならない。

φ、〉φ。

軸受の空１１ｉｉｌＡでの密封は、金属ベロー２１によ
りかつ殻体１１、リング１２、軸受リング１６の間の接
触（例えばラップ仕上げ面）により与えられる。

軸受３がら空洞Ｃへ向かういかなる小さい漏洩と言えど
もこれを阻止するために、加圧に対して第２の条件が課
せられる（Ｃから軸受への漏洩）ＰＣ＞　　ＰＡ 而して、加圧ガスの漏洩、従ってその消費は軸受側では
実際上ゼロである。

タービン側では、リング８は、加圧ガスの消費（タービ
ン空洞Ｂへの漏洩流速Ｑｌｌｅ）を制限する。

転移期間中、タービン２は、全操作速度で回転され、タ
ービン圧力ＰＢが部分真空から増加しく発射台の上段モ
ータの場合）または常人気圧（第１段の場合）並びに軸
受圧力が増加する。

転移期間中、加圧が停止され、ベロー２１が後退し、リ
ング１２と摩擦リングとの間の接触が解除される。

操作期間中の装置の形態は、第４図に示されている。

ベロー２１が圧縮され、リングと軸受リングとの間に隙
間Ｊが生じる。

加圧が遮断されタービン圧力ＰＢが軸受圧力ＰＡ以下に
なると、流れＱ’ＬＩ＋２１２が軸受３からタービン２
へ向けて確立される。

密封装置は、次いで直列の２個の軸受を有するシステム
と同様に挙動し、圧力ＰＣが１）八とＰＢの間の値て確
立される。

次いて静１１一部分と回転叩分との間に接触のないシス
テムと成り、以下の利点かある。

−消費動力の減少、 −Ｐｆ擦従って厚比の除去（寿命の増加）、−信頼性の
増加。

システムが水素の流れをタービンの方へ設定しなければ
ならない場合、リング１２とソケット１７との間の隙間
ｒｅＪはこれに対応して決められる。

加圧ガスの消費は特に重大であり、以下の理由で可及的
に減少しなければならない。

−経済性・地上での消費 −空輸重量の減少：飛行時の消費 （地上／飛行加圧の切り換え）。

軸受側では、加圧消費は上記のごとくゼロであり、故に
消費を更に減少しようとするのであれば４慮しなければ
ならないのはタービン側である。

そのため、リング８の取り替えに当たり、分割リング２
２（第５図）を用いて冷期間中軸受リング６およびソケ
ット７との接触を保証でき、その場合漏洩の大きさはリ
ングの場合の１０分の１である。リング８の場合のごと
く、分割リング２２はススプリング２３により押圧され
て軸受リング６と接触する。

操作に当たり、ごの分割リング２２は冷却しなければな
らない。その場合流体力学的効果によ分割体が回転の作
用下でソケットから離れ、かくして水素の流れを許すリ
ングとソケットとの間に隙間を形成する。操作中に接触
がないことにより、動力の消費が減少し、冷却が可能に
なる。

消費の減少は第１リング８と直列に第２リングを用いる
ことにより得ることらできる。

信頼性を更に増加させるために、１個または２個のラビ
リンス２４．２５を、故障した場合に操作中水素の流れ
を制限する軸受リング６および摩擦リング１６のド流で
装置に付加してもよい。

特に重大な故障が発射台の上段に生じた場合の加圧の損
失も考慮しなければならない。

ベロー２１の剛性により与えられる初期力が下記の式に
より軸受圧力による操作力よりら大きくなるようにベロ
ー２１を形成することにより加圧の損失の影響が最小に
なる。

ＰＲ＋　Ｉ’ＣＸ　ｗ／４　（φ２．−φ”３）　＜　
ｐ’＾ｘｙｒ／４（φ′１−　φ２．） 再び第５図に関し、分割リング２２の利点としては、温
度勾配に起因する寸法変化に拘わらずリング２２かリン
グ６およびソケット！７と常に接触することが挙げられ
る。

本発明を実施例について説明、図示したが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、本発明の範囲、精神から逸
脱することなく改変できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の装置の略断面図、第２図
は最良の結果を得るために用いられる直径を示す第１図
の装置の略図、第３図および第４図は装置の操作状態を
示す図、第５図は第１図の装置の改変例を示す略図であ
る。 １０．　タービン、　４．　　ケース、　５．。 、ケーシング、　　６９０．軸受リング、　　８０．。 第１浮動リング、　　９１．、スプリング、　　１１゜
９．殻体、　　＋２．、、第２浮動リング、　　１６゜
４．摩擦リング、　　＋７．、、ソケット、　　＋８゜
１．振動ダンパ、　　＋９．、、固定シール、　２２９
９、分割リング、　２３．、、スプリング、２４．２４
．、、ラビリンス。 特許出願人　　　イージー・アンド・ジー・セア四ル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービンとポンプとを接続する回転軸と同心のケー
   ス内に装着された少なくとも一つの浮動リングを有する
   液体プロパゴル（ｐｒｏｐｅｒｇｏｌ）のごとき液体に
   対するターボポンプ密封装着において、前記ケースによ
   り加圧ガスのための空洞を形成し、前記空洞はタービン
   側ではこれと一体で、回転しないように固定された第１
   密封リングと接触した軸受リングにより形成され、前記
   空洞は前記ポンプ側では回転しないように固定された第
   ２密封リングと一面が接触した付加殻体により形成され
   、前記第２リングは前記軸と一体の摩擦リングを押圧し
   、前記軸受リングおよび摩擦リングは前記軸と同心のソ
   ケット上に装着され、前記殻体は更に前記空洞へベロー
   により接続された、ターボポンプ密封装着。 ２、前記ケースは固定シールによりケーシングへ固定さ
   れた特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、前記殻体と前記ケースとの間に振動ダンパが挿入さ
   れた特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４、タービン側の前記第１密封リングは、前記ソケット
   に装着されかつ前記軸受リングに接触したスプリングに
   より押圧される浮動リングにより形成される特許請求の
   範囲第１項記載の装着。 ５、タービン側の前記第１密封リングは、前記軸受リン
   グと接触したスプリングにより押圧される分割リングに
   より形成される特許請求の範囲第１項記載の装着。 ６、前記殻体は、ラビリンスによりポンプの下流へ延出
   された特許請求の範囲第１項記載の装着。 ７、前記軸受リングは、ラビリンスによりポンプの下流
   へ延出された特許請求の範囲第１項記載装着。 ８、前記殻体および前記軸受リングはいずれもラビリン
   スによりポンプの下流へ延出された特許請求の範囲第１
   項記載の装着。