JPS644079B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は遠心ポンプ、特に飛行機の燃料ポン
プに用いることができるような可変出力流量をも
つた型の遠心ポンプに関するものである。

飛行機のエンジンへの燃料の供給にては、大流
量および小流量の燃料系において、燃料ポンプを
通つて流れる燃料の温度上昇を最小に維持するこ
とが好ましい。燃料の温度上昇は、回転する羽根
車と羽根車を取り囲む燃料の間のエネルギの変換
によつて起こるものである。ドナルド・ワイ・デ
イビスの米国特許第3784318号明細書に示される
様に、燃料の温度上昇を最小に維持することを達
成する１つの方法は、デイフユーザ羽根を有する
遠心ポンプにおいて、羽根により形成されるデイ
フユーザ通路の選ばれたものを閉鎖する遮断弁を
設けることである。しかし、この型のポンプが小
吐出量で作動するときには、幾つかのデイフユー
ザ通路を閉鎖するために羽根車の下流の燃料供給
管路内に流体の不都合な脈動流れ、例えば燃料の
一定しない脈動する流れ、が生じることがみられ
る。更に、羽根に所要される正確な機械加工やポ
ンプハウジング内における羽根の複雑な組立がこ
の型のポンプの製作を一層高価にしている。

可変吐出をなすための遮断弁を有する別の遠心
ポンプが米国特許第3826586号明細書に記載され
ている。この米国特許に示されるポンプは羽根デ
イフユーザの代りに渦巻型のデイフユーザを用い
ている。可変流れは、先のデイビスの特許に示さ
れる弁と似た構造の遮断弁を用いて羽根車先端か
ら羽根車を囲む渦巻室への流れを抑制することに
より生じられる。この様な羽根車から渦巻室への
流体の出力流れの抑制によつて乱流が流体中に生
じられ、圧力水頭に変換される速度水頭に損失が
生じる。結果的に、低流量においては、吐出圧力
は飛行機エンジンの適切な作動に必要な大きさに
達せず、ポンプの効率は相当減少させる。更に、
ポンプから飛行機エンジンへの燃料の流入におい
て、燃料の一部が飛行機の種々な付属部品の冷却
材として用いることができ、これによりエンジン
に到達する燃料の温度が高められる。飛行機付属
部品から燃料に付与される熱に加えて、ポンプの
作動、例えば羽根車による燃料の撹拌によつて燃
料にまた熱が与えられる。例えば950リツトル／
分（250ガロン／分）ものポンプの大吐出流量に
て、与えられる熱の量は、燃料に対する実質的な
熱損失なしに、ポンプが効果的に作動するように
造られているために燃料の特性に大きく影響を及
ぼさない。しかし、飛行機がアイドリングすると
きの様な例えば８〜15リツトル／分（２〜４ガロ
ン／分）の同一圧力水頭の小吐出流量において
は、ポンプから燃料への熱伝達のような攪拌の如
き効果のないポンプ作用によつて燃料中に熱を発
生することがあり、飛行機付属部品によつて与え
られる熱と一緒になつたときに、燃料が不安定に
なつてコークス化したり分解し易くなる。これは
勿論不都合で、前述の米国特許第3784318号によ
り教えられるようにこの様な問題に対する１つの
解決は、吐出流量の要求が低いときに、ポンプの
１つ以上のデイフユーザ通路を遮断する装置と協
同する羽根型デイフユーザを用いることにある。
通路の選択的閉鎖と小吐出流量での燃料の温度上
昇との間の関係は、例えば一方の渦巻デイフユー
ザと関連して開かれるときの他方の渦巻デイフユ
ーザが、飛行機エンジンアフターバーナーが作動
している場合に要求されるような大きな吐出流量
を設けることである。一方の渦巻デイフユーザの
閉鎖は他方の渦巻デイフユーザから供給される減
少された量の燃料に基いている。減少された流量
にて、燃料の付随した温度上昇を伴つた上述した
攪拌状態が起こる。しかも、この様な試みでは、
幾つかの羽根デイフユーザ通路が閉じられるとき
に流体の脈動流れが生じる等の別の問題が見られ
る。更に、重量や製作費が重要であり、羽根型デ
イフユーザ装置よりも渦巻デイフユーザ装置を用
いる遠心ポンプの利用が一層好適である。これに
関して、米国特許第3826586号は、ポンプ羽根車
からデイフユーザへの流体流れのための環状開口
を選択的に開閉する渦巻デイフユーザ装置と閉鎖
装置と協同するポンプを示している。この米国特
許に示される閉実装置は、ポンプからの吐出流体
の流量を要求される小流量に有効に低減できる
が、閉鎖装置により生じられる障害と乱れによつ
て小流量の吐出流体の圧力水頭が低下されてしま
うので、吐出流体の圧力水頭は所要される圧力よ
りも低くなる。また、流体の温度上昇は、回転す
る羽根車と羽根車を取囲む流体の間のエネルギの
変換によつて生じられる。言い換えれば、閉鎖装
置またはシヤツターがデイフユーザへの流れを抑
制するように動かされるときに、羽根車が流体の
攪拌を生じてこの攪拌によつてエネルギが流体に
与えられ流体の温度上昇が生じられる。この発明
の主な目的は、流体の吐出圧力を犠牲にすること
なくポンプを流れる流体の温度上昇が小流量にお
いて最小に維持される可変出力遠心ポンプを提供
することにある。

この発明に従えば、遠心ポンプは、ハウジング
と、ハウジング内に回転すべく支承された軸と、
該軸と一緒に回転すべくハウジング内にて該軸に
設けられたらせん状の羽根を有する羽根車（以下
羽根車と称する）と、ハウジング内への流体を受
けて該流体を羽根車の一端に向ける入口室と、互
に軸方向に間隔を置いていて該羽根車から流体を
受けるよう羽根車の他端と連通する２つのデイフ
ユーザと、羽根車から一方のデイフユーザへの流
体を遮断すると共に他方のデイフユーザへの流体
の流れを許すよう羽根車と該一方のデイフユーザ
の間を閉鎖する伸長位置と羽根車から該一方のデ
イフユーザへの流体の流れを許す引込位置との間
を作動すべくハウジング内を移動可能なスリーブ
と、該スリーブを伸長位置または引込位置に向つ
て押圧するために該スリーブによつて形成される
対向した２つの圧力室のいずれか１つへの圧力流
体の供給を制御する制御装置とを備えている。こ
の発明のこの様な構成によつて、滑動可能なスリ
ーブによつて、流体が１つ又は両方の渦室を通つ
て流れることに係わりなく吐出流体を同じ圧力水
頭にて吐出するようになつたらせん状の羽根を有
する羽根車と関連した軸方向に隔たつた２つの渦
室を形成する２つのデイフユーザの一方への流体
の流れを、部分的にではなく、完全に遮断するこ
とによつて、残りの他方のデイフユーザによる所
要の小流量の吐出を効果的に為すことができ、吐
出圧力水頭の低下を何等生じることがなく、且つ
羽根車による流体の攪拌を生じることもないの
で、これに基ずく流体の温度上昇がなく、従つて
ポンプを流れる流体の温度上昇が小流量において
最小に維持することができる。

この発明のこれら並びに他の目的と利点は以下
の添付図面に沿つての詳細な説明から一層明らか
になろう。

図示のための図面に示される様に、この発明は
飛行機のエンジンに燃料を供給するポンプとして
特に使用できる遠心ポンプ１０に実施される。代
表的に、燃料は供給源（図示しない）から入口１
１を通つて或る流量および圧力でポンプに入り、
ポンプから更に高い圧力にて放出されて導管（図
示しない）を通つて燃焼のためにエンジンに流れ
る。特に、燃料は入口１１を通つてポンプハウジ
ング１３に流入し、羽根車１６の一端と連通した
入口室１４に流れる。羽根車１６は、ハウジング
１３内に支承されて飛行機エンジンにより駆動さ
れる軸１７と一緒に回転すべく設けられている。
燃料は入口室１４から羽根車１６を通つてほゞ軸
方向に流れ、羽根車１６のらせん状の羽根１９に
よつて加速され、ほゞ放射方向に羽根車１６の反
対の端部２０から加速された速度で羽根車１６か
ら流出する。羽根車１６から流出した燃料はデイ
フユーザ装置を通つて流れて少くとも燃料の速度
水頭の一部が圧力水頭に変換され、燃料はポンプ
から前述の導管を通つて燃焼のために飛行機エン
ジンへと流出される。

この発明に従えば、実施例のポンプ１０は、円
滑な小流量の吐出流れをもたらし、羽根車１６に
おける温度上昇を最小に維持し、大流量で吐出さ
れる流体の吐出圧力水頭に較べて吐出圧力水頭を
低下することのないように新規な具合に構成され
ている。このために、羽根車１６からの流体流れ
を受けるよう羽根車１６の出口端部分のまわりに
２つの軸方向に隔たつた渦巻デイフユーザ２１，
２２が形成されている。ポンプからの小吐出流量
のための要求によつて、閉鎖装置をなすスリーブ
２３は一方の渦巻デイフユーザへの流体流れを遮
断し、これによつて閉鎖された渦巻デイフユーザ
によりもたらされる量に従つて吐出流量を低減す
る。好適に、いづれの渦巻デイフユーザから吐出
される流体の圧力水頭も大体同じであるので、一
方の渦巻デイフユーザの閉鎖によつて、流量が相
当減少されてもポンプ吐出流体の圧力水頭に何等
変化がみられない。更に、渦巻型デイフユーザ装
置の使用によつて、ポンプからの円滑で連続した
吐出流体流れが確実にされると共に軽量で安価な
ポンプが提供される。

この実施例にては渦巻デイフユーザ２１，２２
はハウジング１３と一体につくられ、各渦巻デイ
フユーザ２１，２２は羽根車１６からの流体出力
の圧力水頭の特異な増大を生じるべく流体を扱う
ようつくられているが、同一流量を必要としてい
ない。ここにては、例えば渦巻デイフユーザ２１
は渦巻デイフユーザ２２よりも寸法が大きく、ほ
ぼ720リツトル／分（190ガロン／分）の流量を最
も効果的に扱う寸法をなしており、また渦巻デイ
フユーザ２２はほぼ230リツトル／分（60ガロ
ン／分）の流量を最も効果的に扱う寸法をなして
いる。第２，３図に示されるように、釣合いと小
形化のために、各渦巻デイフユーザ２１，２２は
互いに出口２４，２７がほぼ180゜間隔を置いて設
けられた２つの渦室２１ａ，２２ａを有してい
る。特に、大きい方の渦室２１ａはポンプ１０か
らの共通の出口管路２６と平行な導管２５により
連通した出口２４が設けられている。同様に、小
さい方の渦室２２ａはポンプ１０からの出口管路
２９（第４図）と連通する出口２７（第２図）が
設けられている。

第１，５，６図に示される様に、大きい渦室２
１を閉鎖する装置は羽根車１６を被うポンプハウ
ジング１３に伸縮自在に嵌合するほぼ円筒状のス
リーブ２３を有する。スリーブ２３の両端面３
０，３１は入口室１４と、羽根車１６の出口端部
および大きな渦室２１間にある環状通路３３とに
夫々露呈されている。スリーブ２３の両端の中間
には放射方向に外方に突出する環状フランジ３４
が一体的に設けられ、羽根車１６のまわりにハウ
ジング１３内に環状空所３５を形成している。フ
ランジ３４は空所３５を２つの圧力室３６，３７
に分けており、これら圧力室３６，３７は大きな
渦室２１ａに対して通路３３を閉鎖する伸長位置
と通路３３を開く引込位置と（第５，６図を比較
して）の間をスリーブ２３を動かすよう入口およ
び出口流体によつて選択的に加圧される。２つの
圧力室３６，３７間の流体の漏洩を阻止するよう
Ｏリングの形のシール部材３９が空所３５の軸方
向に延びる側壁４０に係合すべくフランジ３４の
外側に設けられる。また、フランジの代わりにピ
ストンとすることもできる。

圧力室３６，３７の加圧のために、通路４１
（第４図）が室３６（ポンプ入口室１４に最も近
接した）と出口管路２９との間に延び、小デイフ
ユーザ２２からの吐出流体が流入する。この様
に、ポンプ１０の正常作動中、大容量のデイフユ
ーザ２１に対する通路３３がスリーブ２３により
開閉されることに係わりなく、室３６は吐出流体
圧力に維持される。室３７を選択的に加圧する装
置は室３７と制御弁４４の間を連通する別の通路
４３を有し、制御弁４４は室３７への流体を入口
圧力か吐出圧力かのいづれかにするよう働く。第
４図に示されるように、通路すなわち管路４５，
４６は制御弁４４により入口室１４と出口管路２
９とを連通し、スプール４７はこれら管路４５，
４６のいずれかを室３７に延びる通路４３と連通
するよう軸方向に動かすことができる。小吐出流
量の需要にては、制御弁４４内のばね４９はスプ
ール４７を弁孔の反対端の位置に普通押してお
り、従つて入口圧力の流体が室３７に供給され
る。この結果、フランジ３４を介して圧力差が生
じるので、スリーブ２３は通路３３が閉じられた
作動位置に保持される。流体の需要が増加して大
吐出流量を必要とするときに、飛行機の燃料制御
装置４８からの圧力信号が管路５０を介してばね
４９と反対のスプール４７の端に作用されてばね
４９のばね力に打勝つてスプール４７を第４図で
左方に動かし、室３７を管路４６と通路４３とを
介して吐出圧力の流体と連通するようなし、同時
に制御弁４４を介して入口圧力の流体流れを遮断
する。スプール４７を再び戻し動かすために、圧
力信号が燃料制御装置４８により止められるの
で、ばね４９がそこでスプール４７を右方に戻す
よう押す。

スプール４７の左方への移動にて、両室３６，
３７は吐出圧力に加圧される。羽根車１６からの
流体が大きな渦室２１ａに流入できるようにスリ
ーブ２３を動かして通路３３を開くために、スリ
ーブ２３の両端面３０，３１に作用する流体圧力
差を利用することが好適である。先に述べた様
に、スリーブ２３の入口側の端面３０は入口室１
４と連通し、スリーブ２３の出口側の端３１はほ
ぼ吐出圧力の流体と連通する。この構成にて、入
口流体圧力はスリーブ２３の端部に対して作用し
てスリーブ２３を閉鎖位置に向かつて押し、吐出
流体圧力がスリーブ２３の他端に作用してスリー
ブ２３を開放位置に向かつて押す。従つて、入口
圧力および出口圧力によつてスリーブ２３の両端
に作用する圧力は勿論不平衡で、スリーブ２３の
出口側端部の圧力はスリーブ２３の入口側に作用
する圧力よりも実質的に大きい。室３６，３７内
の圧力が平衡されるときに、スリーブ２３はその
引込められた位置に動かされる。流体の需要が再
び低いときにスリーブ２３がその伸長された位置
に戻し動かされ、フランジ３４の両側の半径方向
の面が十分に大きいので、フランジ３４の両側に
作用する圧力の差はスリーブ２３の両端に作用す
る圧力の差よりも大きい。

以上にて、この発明が吐出流体の温度の実質的
な上昇および圧力を低下することなしに小流量の
吐出を効果的になすと共に、大流量の圧力水頭と
ほぼ同じに吐出圧力水頭を維持する新規で改良さ
れた可変出力遠心ポンプ１０が提供されることが
明らかであろう。これは単一の羽根車１６に関連
した２つの軸方向に隔つた渦室２１ａ，２２ａを
有するこの発明の新規な構造のポンプによつて達
成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は新規な特長のこの発明を実施した遠心
ポンプの断面概略図、第２，３図は第１図の２−
２線と３−３線に沿つた断面図、第４図はポンプ
の概要図、第５図は第１図に示されるポンプの一
部の拡大断面図、第６図はポンプの部材を動かさ
れた位置で示す第５図と同様な断面図である。 図中、１３：ハウジング、１４：入口室、１
６：羽根車、１７：軸、１９：らせん状の羽根、
２１，２２：デイフユーザ、２３：スリーブ、２
４，２７：出口、３６，３７：圧力室、４４：制
御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ハウジング１３、ハウジング内に回転すべく
   支承された軸１７、該軸と一緒に回転すべくハウ
   ジング内にて該軸に設けられ且つ流体を加速して
   他方の端部２０から加速された速度でほゞ放射方
   向に流体を流出させるらせん状の羽根１９を有し
   た羽根車１６、ハウジング内への流体を受けて該
   流体を羽根車の一端の入口室１４に向けて流体が
   羽根車を経てほゞ軸方向に流れるようになす入口
   １１、互いに軸方向に並置して設けられて該羽根
   車の他端の出口から流出する流体を受けるよう羽
   根車の他端の出口を囲み且つ羽根車の該出口と連
   通するよう形成され異なつた流量で各々流出する
   よう一方が他方よりも大きくなつた２つの渦巻形
   のデイフユーザ２１，２２、羽根車と一方のデイ
   フユーザの間の環状通路３３を遮断する伸長位置
   と、羽根車から他方のデイフユーザへの流体の流
   れを許すよう羽根車からデイフユーザの一方への
   流体の流れを遮断するが該他方へのデイフユーザ
   への流体の流れを許す引込位置との間を作動すべ
   くハウジング内を移動可能に且つ羽根車を取り囲
   んで設けられた円筒状のスリーブ２３、該スリー
   ブを伸長位置および引込位置に向かつて押圧する
   ために該スリーブによつて形成される対向した２
   つの圧力室３６，３７のいずれか１つへの圧力流
   体の供給を制御する制御装置４１，４３，４４，
   ４６，４７，４８，４９を備えて成る遠心ポン
   プ。