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JP2013189915A - Turbo pump - Google Patents

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JP2013189915A
JP2013189915A JP2012056494A JP2012056494A JP2013189915A JP 2013189915 A JP2013189915 A JP 2013189915A JP 2012056494 A JP2012056494 A JP 2012056494A JP 2012056494 A JP2012056494 A JP 2012056494A JP 2013189915 A JP2013189915 A JP 2013189915A
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bearing
main shaft
turbo pump
fluid
jet
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浩一 石坂
Takashi Sano
岳志 佐野
Kenichi Nibu
謙一 丹生
Yuya Fukuda
勇也 福田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo pump that can cool a bearing while reducing the bearing loss.SOLUTION: A turbo pump includes a main shaft 1 that is rotated by turbine blades in a casing 2; a bearing 4 that includes a bearing inner ring 42 connected with the main shaft 1, a bearing outer ring 43 connected with the casing 2, and a rolling element 41 rotationally moving between the bearing inner ring 42 and the bearing outer ring 43; and a bearing cooling mechanism. The bearing cooling mechanism includes an orifice 22 and a guide vane 31. The orifice 22 is a fluid restricting mechanism and generates a jet flow c1 in which fluid pressurized by the impeller 10 rotating in conjunction with the main shaft 1 is jetted out. The guide vane 31 is a fluid flow straightening part, straightens the jet flow c1 by controlling it so as to increase velocity components in the rotation direction (the revolution direction B) of the main shaft 1, and cools the rolling elements 41.

Description

本発明は、軸受を冷却するターボポンプに関する。   The present invention relates to a turbo pump for cooling a bearing.

特許文献1には、軸受に流入した液体が軸受の潤滑及び冷却に用いられるターボポンプが記載されている。   Patent Document 1 describes a turbo pump in which liquid flowing into a bearing is used for lubrication and cooling of the bearing.

特開2007−085223号公報JP 2007-085223 A

特許文献1に記載されているターボポンプは、軸受に流入した液体が軸受の転動体に押され、回転運動を受ける。そして、転動体が液体に作用するエネルギーは、ターボポンプの主軸の回転に対する抵抗となる。このため、軸受の冷却が必要なターボポンプでは、軸受の損失を低減することが求められている。   In the turbo pump described in Patent Document 1, the liquid that has flowed into the bearing is pushed by the rolling elements of the bearing and undergoes rotational motion. And the energy which a rolling element acts on a liquid becomes resistance with respect to rotation of the main shaft of a turbo pump. For this reason, in a turbo pump that requires cooling of the bearing, it is required to reduce the loss of the bearing.

本発明は上述した課題を解決するものであり、軸受の損失を低減しつつ軸受を冷却することができるターボポンプを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a turbo pump capable of cooling a bearing while reducing the loss of the bearing.

上記の目的を達成するために、ターボポンプは、ケーシング内のタービン翼により回転する主軸と、前記主軸と接続する軸受内輪と、前記ケーシングと接続する軸受外輪と、前記軸受内輪及び前記軸受外輪間を回転運動する転動体と、を含む軸受と、前記主軸と連動して回転するインペラにより加圧された流体を噴出させた噴流を生成する流体絞り機構と、前記主軸の回転方向と同じ向きに転動する前記転動体の周方向の速度成分を高めるように前記噴流の流れを整えて整流する流体整流部と、を含む軸受冷却機構と、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a turbo pump includes a main shaft that is rotated by turbine blades in a casing, a bearing inner ring that is connected to the main shaft, a bearing outer ring that is connected to the casing, and the bearing inner ring and the bearing outer ring. A rolling element that rotationally moves the fluid, a fluid throttle mechanism that generates a jet that ejects fluid pressurized by an impeller that rotates in conjunction with the main shaft, and the same direction as the rotational direction of the main shaft A bearing cooling mechanism including a fluid rectifying unit that regulates and rectifies the flow of the jet so as to increase a speed component in a circumferential direction of the rolling element that rolls.

この構成により、流体整流部は、転動体の周方向に転動する損失を低減することができる。そして、噴流は、転動する転動体の周方向の動きを補助することができる。その結果、転動体が液体に作用するエネルギーを低減し、ターボポンプの主軸の回転に対する抵抗を抑制することができる。このため、ターボポンプは、軸受の損失を低減しつつ軸受を冷却することができる。   With this configuration, the fluid rectifying unit can reduce a loss of rolling in the circumferential direction of the rolling element. And a jet can assist the motion of the rolling direction of the rolling element to roll. As a result, the energy that the rolling elements act on the liquid can be reduced, and the resistance against rotation of the main shaft of the turbo pump can be suppressed. For this reason, the turbo pump can cool the bearing while reducing the loss of the bearing.

本発明の望ましい態様として、前記流体整流部は、前記主軸と連動して回転しないことが好ましい。   As a desirable aspect of the present invention, it is preferable that the fluid rectifier does not rotate in conjunction with the main shaft.

この構成により、流体整流部は、主軸の回転方向と同じ向きに転動する転動体の周方向に、転動体の速度と同等以上の速度成分の噴流の流れを作り出すことができる。そして、噴流は、転動する転動体の周方向の動きを補助することができる。   With this configuration, the fluid rectifying unit can create a jet flow having a velocity component equal to or higher than the speed of the rolling element in the circumferential direction of the rolling element that rolls in the same direction as the rotation direction of the main shaft. And a jet can assist the motion of the rolling direction of the rolling element to roll.

本発明の望ましい態様として、前記流体整流部は、前記流体絞り機構と一体となり噴流の方向を規制することが好ましい。   As a desirable aspect of the present invention, it is preferable that the fluid rectifying unit is integrated with the fluid throttle mechanism to regulate a jet direction.

この構成により、流体絞り機構は、主軸の回転方向と同じ向きに転動する転動体の周方向に、転動体の速度と同等以上の速度成分の噴流の流れを作り出すことができる。そして、噴流は、転動する転動体の周方向の動きを補助することができる。   With this configuration, the fluid throttle mechanism can create a jet flow having a speed component equal to or higher than the speed of the rolling element in the circumferential direction of the rolling element that rolls in the same direction as the rotation direction of the main shaft. And a jet can assist the motion of the rolling direction of the rolling element to roll.

本発明の望ましい態様として、前記流体整流部は、前記主軸と連動して回転する動翼であることが好ましい。   As a desirable aspect of the present invention, it is preferable that the fluid rectifying unit is a moving blade that rotates in conjunction with the main shaft.

この構成により、噴流のエネルギーを主軸の周方向の回転として回収することができる。これにより、噴流の温度が下がり、キャビテーションマージンを広くすることができる。また、流体整流部が主軸と連動して回転しながら、噴流を整流する。このため、流体整流部は、主軸の回転方向と同じ向きに転動する転動体の周方向に、転動体の速度と同等以上の速度成分の噴流の流れを作り出すことができる。   With this configuration, the energy of the jet can be recovered as the rotation of the main shaft in the circumferential direction. Thereby, the temperature of a jet flow falls and a cavitation margin can be widened. Further, the fluid rectification unit rectifies the jet while rotating in conjunction with the main shaft. For this reason, the fluid rectification unit can create a jet flow having a velocity component equal to or higher than the speed of the rolling element in the circumferential direction of the rolling element that rolls in the same direction as the rotation direction of the main shaft.

本発明によれば、軸受の損失を低減しつつ軸受を冷却することができるターボポンプを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the turbo pump which can cool a bearing, reducing the loss of a bearing can be provided.

図1は、実施形態に係るターボポンプが適用されるロケットエンジンの概略配管系統図である。FIG. 1 is a schematic piping system diagram of a rocket engine to which a turbo pump according to an embodiment is applied. 図2は、本実施形態に係るターボポンプの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the turbo pump according to the present embodiment. 図3は、実施形態1に係るターボポンプのポンプを表す概略部分断面図である。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view illustrating the pump of the turbo pump according to the first embodiment. 図4は、実施形態1に係るターボポンプの軸受冷却機構を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a bearing cooling mechanism of the turbo pump according to the first embodiment. 図5は、実施形態2に係るターボポンプの軸受冷却機構を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a bearing cooling mechanism of the turbo pump according to the second embodiment. 図6は、実施形態3に係るターボポンプのポンプを表す概略部分断面図である。FIG. 6 is a schematic partial sectional view showing a pump of the turbo pump according to the third embodiment. 図7は、実施形態3に係るターボポンプの軸受冷却機構を説明するための説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a bearing cooling mechanism of the turbo pump according to the third embodiment.

本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.

(実施形態1)
図1は、実施形態に係るターボポンプが適用されるロケットエンジンの概略配管系統図である。ロケットエンジン100は、燃料の一部をロケット用燃焼器101の冷却材として用いると共に酸化剤及び燃料を加圧、圧送するターボポンプ50及びターボポンプ60の駆動媒体としても用いている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic piping system diagram of a rocket engine to which a turbo pump according to an embodiment is applied. The rocket engine 100 uses part of the fuel as a coolant for the rocket combustor 101 and also as a drive medium for the turbo pump 50 and the turbo pump 60 that pressurize and pump the oxidant and fuel.

<ロケットエンジン>
ロケットエンジン100は、酸化剤と燃料とを噴射可能な噴射器102を含み、酸化剤と燃料とが燃焼可能なロケット用燃焼器101を備える。さらに、ロケットエンジン100は、この酸化剤及び燃料をロケット用燃焼器101に供給すると共にロケットエンジン100の各部に循環させる配管系統として、燃料をロケット用燃焼器101に供給する燃料供給ライン90と、酸化剤をロケット用燃焼器101に供給する酸化剤供給ライン91と、ロケット用燃焼器101を冷却する冷却媒体として燃料をロケットエンジン100の各部に循環させる冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92とを備える。
<Rocket engine>
The rocket engine 100 includes an injector 102 that can inject oxidant and fuel, and includes a rocket combustor 101 that can combust oxidant and fuel. Furthermore, the rocket engine 100 supplies a fuel supply line 90 for supplying fuel to the rocket combustor 101 as a piping system for supplying the oxidant and fuel to the rocket combustor 101 and circulating the oxidant and fuel to each part of the rocket engine 100; An oxidant supply line 91 for supplying an oxidant to the rocket combustor 101; a cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 for circulating fuel to each part of the rocket engine 100 as a cooling medium for cooling the rocket combustor 101; Is provided.

燃料供給ライン90は、複数の配管により構成され、燃料としての液体水素(以下、「LH」と称する。)を貯留する燃料タンクとロケット用燃焼器101の噴射器102とを接続し、燃料供給系を構成する。同様に、酸化剤供給ライン91は、複数の配管により構成され、酸化剤としての液体酸素(以下、「LOx」と称する。)を貯留する酸化剤タンクとロケット用燃焼器101の噴射器102とを接続し、酸化剤供給系を構成する。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、複数の配管により構成され、一端において燃料供給ライン90から分岐すると共に後述するロケット用燃焼器101における燃焼室103の壁面内の冷却通路105などを経由して他端がロケット用燃焼器101のノズル104内部に接続され、冷却媒体・駆動媒体供給系を構成する。 The fuel supply line 90 is composed of a plurality of pipes, and connects a fuel tank that stores liquid hydrogen as fuel (hereinafter referred to as “LH 2 ”) and the injector 102 of the rocket combustor 101, to Configure the supply system. Similarly, the oxidant supply line 91 includes a plurality of pipes, and an oxidant tank that stores liquid oxygen (hereinafter referred to as “LOx”) as an oxidant, and the injector 102 of the rocket combustor 101. Are connected to form an oxidant supply system. The cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 includes a plurality of pipes, branches from the fuel supply line 90 at one end, and passes through a cooling passage 105 in the wall surface of the combustion chamber 103 in the rocket combustor 101 described later. The other end is connected to the inside of the nozzle 104 of the rocket combustor 101 to constitute a cooling medium / driving medium supply system.

ロケットエンジン100は、燃料供給ライン90を介して燃料をロケット用燃焼器101に圧送可能な燃料用のターボポンプ50及び酸化剤供給ライン91を介して酸化剤をロケット用燃焼器101に圧送可能な酸化剤用のターボポンプ60と、ロケット用燃焼器101を冷却して気化した燃料と液体燃料とを混合するミキサ70と、酸化剤と燃料との混合気に点火する点火器80とを備える。   The rocket engine 100 can pump the oxidant to the rocket combustor 101 via the fuel turbo pump 50 and the oxidant supply line 91 that can pump the fuel to the rocket combustor 101 via the fuel supply line 90. It includes an oxidant turbo pump 60, a mixer 70 that mixes fuel vaporized by cooling the rocket combustor 101 and liquid fuel, and an igniter 80 that ignites the mixture of oxidant and fuel.

燃料用のターボポンプ50は、ポンプ51とタービン52を備える。タービン52は、冷却通路105を通過し気化した燃料としての水素ガス(以下、「GH」と称する。)により回転駆動されることでポンプ51を駆動し、ポンプ51は、燃料供給ライン90のLHを加圧して噴射器102に圧送する。酸化剤用のターボポンプ60は、ポンプ61とタービン62を備える。タービン62は、冷却通路105を通過し気化した燃料としてのGHにより回転駆動されることでポンプ61を駆動し、ポンプ61は、酸化剤供給ライン91のLOxを加圧して噴射器102に圧送する。 The fuel turbo pump 50 includes a pump 51 and a turbine 52. The turbine 52 is driven to rotate by hydrogen gas (hereinafter referred to as “GH 2 ”) as fuel that has passed through the cooling passage 105 and is vaporized, thereby driving the pump 51. LH 2 is pressurized and fed to the injector 102. The oxidant turbo pump 60 includes a pump 61 and a turbine 62. The turbine 62 is driven to rotate by GH 2 as vaporized fuel that has passed through the cooling passage 105 to drive the pump 61, and the pump 61 pressurizes LOx of the oxidant supply line 91 and pumps it to the injector 102. To do.

燃料供給ライン90は、LHの流動方向に対して上流側から順に、燃料用のターボポンプ50のポンプ51と、主燃料バルブ93と、ミキサ70とを備える。酸化剤供給ライン91は、LOxの流動方向に対して上流側から順に、酸化剤用のターボポンプ60のポンプ61と、主酸化剤バルブ94とを備える。 Fuel supply line 90 includes, in order from the upstream side relative to the flow direction of the LH 2, it comprises a pump 51 of the turbo pump 50 for fuel, the main fuel valve 93, and a mixer 70. The oxidant supply line 91 includes a pump 61 of a turbo pump 60 for oxidant and a main oxidant valve 94 in order from the upstream side with respect to the flow direction of LOx.

冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、燃料供給ライン90のLHの流動方向に対してポンプ51の下流側、主燃料バルブ93の上流側で燃料供給ライン90から分岐する。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、燃料供給ライン90のLHの流動方向に対して上流側から順に、燃焼室冷却バルブ92cと、冷却通路105と、推力制御バルブ95と、燃料用のターボポンプ50のタービン52と、酸化剤用のターボポンプ60のタービン62を備える。 The cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 branches from the fuel supply line 90 on the downstream side of the pump 51 and the upstream side of the main fuel valve 93 with respect to the flow direction of LH 2 in the fuel supply line 90. The cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 is, in order from the upstream side with respect to the flow direction of LH 2 in the fuel supply line 90, the combustion chamber cooling valve 92c, the cooling passage 105, the thrust control valve 95, and the fuel The turbine 52 of the turbo pump 50 and the turbine 62 of the oxidant turbo pump 60 are provided.

燃料用のターボポンプ50のタービン52と、酸化剤用のターボポンプ60のタービン62とは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92に直列に配置される。また、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、他端においてノズル104内部に接続する部分の上流側にノズル104を冷却する冷却通路も備えている。なお、燃料用のターボポンプ50及び酸化剤用のターボポンプ60の具体的な構成は、後述する。   The turbine 52 of the turbo pump 50 for fuel and the turbine 62 of the turbo pump 60 for oxidant are arranged in series in the cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92. The cooling medium / turbo pump driving medium supply line 92 also includes a cooling passage for cooling the nozzle 104 on the upstream side of the portion connected to the inside of the nozzle 104 at the other end. The specific configurations of the fuel turbo pump 50 and the oxidant turbo pump 60 will be described later.

また、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、合流管96と、混合比制御管97と、バイパス管98を備える。合流管96は、冷却通路105の下流側、推力制御バルブ95の上流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92の主管から分岐してミキサ70に接続する。混合比制御管97は、酸化剤用のターボポンプ60のタービン62の上流側、燃料用のターボポンプ50のタービン52の下流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92の主管から分岐してタービン62の下流側に接続することで、タービン62をバイパスする。この混合比制御管97は、混合比制御バルブ99を備える。バイパス管98は、合流管96の分岐部の下流側、推力制御バルブ95の上流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92の主管から分岐して酸化剤用のターボポンプ60のタービン62の下流側に接続してタービン52及びタービン62をバイパスする。このバイパス管98は、ウエストバルブ98aを備える。   The cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 includes a merging pipe 96, a mixing ratio control pipe 97, and a bypass pipe 98. The merge pipe 96 branches from the main pipe of the cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 on the downstream side of the cooling passage 105 and the upstream side of the thrust control valve 95 and is connected to the mixer 70. The mixing ratio control pipe 97 is branched from the main pipe of the cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 on the upstream side of the turbine 62 of the turbo pump 60 for oxidant and on the downstream side of the turbine 52 of the turbo pump 50 for fuel. By connecting to the downstream side of the turbine 62, the turbine 62 is bypassed. The mixing ratio control pipe 97 includes a mixing ratio control valve 99. The bypass pipe 98 branches from the main pipe of the cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 on the downstream side of the branch portion of the merging pipe 96 and on the upstream side of the thrust control valve 95, and The turbine 52 and the turbine 62 are bypassed by connecting to the downstream side. The bypass pipe 98 includes a waist valve 98a.

主燃料バルブ93は、燃料供給ライン90を開閉することで噴射器102へのLHの供給を調節する。主酸化剤バルブ94は、酸化剤供給ライン91を開閉することで噴射器102へのLOxの供給を調節する。燃焼室冷却バルブ92cは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92を開閉することで冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92におけるLH、GHの循環を調節する。推力制御バルブ95は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92を開閉することでタービン52に導入される駆動媒体としてのGHの導入量を制御してこのタービン52の回転数を制御する。上記構成により、ポンプ51によるLHの加圧を制御することで、ロケットエンジン100全体での推力が制御される。 The main fuel valve 93 adjusts the supply of LH 2 to the injector 102 by opening and closing the fuel supply line 90. The main oxidant valve 94 adjusts the supply of LOx to the injector 102 by opening and closing the oxidant supply line 91. The combustion chamber cooling valve 92 c adjusts the circulation of LH 2 and GH 2 in the cooling medium / turbo pump driving medium supply line 92 by opening and closing the cooling medium / turbo pump driving medium supply line 92. The thrust control valve 95 controls the number of revolutions of the turbine 52 by opening and closing the cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 to control the amount of GH 2 introduced as the drive medium introduced into the turbine 52. With the above configuration, the thrust of the rocket engine 100 as a whole is controlled by controlling the pressurization of LH 2 by the pump 51.

混合比制御バルブ99は、混合比制御管97を開閉することでタービン62に導入される駆動媒体としてのGHの導入量を制御してこのタービン62の回転数を制御する。この構成により、ポンプ61によるLOxの加圧を制御することで、ロケット用燃焼器101全体での混合比(LOx/GH)、すなわち、噴射器102から噴射されるLOxとGHとの比率が制御される。ウエストバルブ98aは、冷却通路105を通過することで気化したGHがタービン52、タービン62をバイパスする際に当該バイパス量に応じて開閉する。 The mixing ratio control valve 99 controls the rotational speed of the turbine 62 by opening and closing the mixing ratio control pipe 97 to control the introduction amount of GH 2 as a driving medium introduced into the turbine 62. With this configuration, by controlling the pressurization of LOx by the pump 61, the mixing ratio (LOx / GH 2 ) in the entire rocket combustor 101, that is, the ratio of LOx and GH 2 injected from the injector 102. Is controlled. When the GH 2 vaporized by passing through the cooling passage 105 bypasses the turbine 52 and the turbine 62, the waist valve 98a opens and closes according to the bypass amount.

ミキサ70は、主燃料バルブ93を通過した極低温のLHと、冷却通路105を通過して気化した高温のGHとを混合し、GHとしてロケット用燃焼器101に供給可能とする。なお、燃料としての水素は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92における冷却通路105よりも下流側ではGH及びLHの気液二相が存在していることがある。 The mixer 70 mixes the cryogenic LH 2 that has passed through the main fuel valve 93 and the hot GH 2 that has vaporized after passing through the cooling passage 105, so that it can be supplied to the rocket combustor 101 as GH 2 . Note that hydrogen as a fuel may have gas-liquid two phases of GH 2 and LH 2 on the downstream side of the cooling passage 105 in the cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92.

上記のように構成されるロケットエンジン100は、燃料供給ライン90を介して供給されるLHを燃料用のターボポンプ50によってロケット用燃焼器101に圧送すると共に、酸化剤供給ライン91を介して供給されるLOxを酸化剤用のターボポンプ60によってロケット用燃焼器101に圧送する。 The rocket engine 100 configured as described above pumps LH 2 supplied through the fuel supply line 90 to the rocket combustor 101 by the fuel turbo pump 50 and also through the oxidant supply line 91. The supplied LOx is pumped to the rocket combustor 101 by the oxidant turbo pump 60.

ロケットエンジン100は、LOxとGHとをロケット用燃焼器101の燃焼室103内で混合し、この混合気に点火器80により点火することで燃焼させて推力を得る。この間、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92は、燃料用のターボポンプ50により圧送されるLHの一部をロケット用燃焼器101における燃焼室103の壁面に設けられる冷却通路105に導入する。そして、低温のLHは、燃焼室103を冷却する。燃焼室103を冷却することでエネルギーを得たLHは、その温度が上昇しガス化してGHとなる。ガス化したGHの一部は、合流管96を介してミキサ70に導入され、このミキサ70でLHと混合される。 Rocket engine 100, a LOx and GH 2 were mixed in the combustion chamber 103 of the rocket combustor 101, obtain the thrust by burning by ignition by the igniter 80 to the mixture. During this time, the cooling medium / turbo pump drive medium supply line 92 introduces part of the LH 2 pumped by the fuel turbo pump 50 into the cooling passage 105 provided on the wall surface of the combustion chamber 103 in the rocket combustor 101. . Then, the low temperature LH 2 cools the combustion chamber 103. LH 2 that has gained energy by cooling the combustion chamber 103 rises in temperature and gasifies to become GH 2 . A part of the gasified GH 2 is introduced into the mixer 70 through the junction pipe 96 and is mixed with LH 2 in the mixer 70.

また、残りのGHが燃料用のターボポンプ50のタービン52、酸化剤用のターボポンプ60のタービン62に順に導入され、タービン52、タービン62の駆動媒体として作用し、その膨張エネルギーによりタービン52、タービン62を回転駆動する。これにより、上述のように燃料用のターボポンプ50及び酸化剤用のターボポンプ60は、LH、LOxを圧送する。そして、タービン52、タービン62を回転駆動したGHは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン92の他端からノズル104内に廃棄される。 The remaining GH 2 is sequentially introduced into the turbine 52 of the turbo pump 50 for fuel and the turbine 62 of the turbo pump 60 for oxidant, and acts as a driving medium for the turbine 52 and the turbine 62. The turbine 62 is driven to rotate. Accordingly, as described above, the turbo pump 50 for fuel and the turbo pump 60 for oxidant pump LH 2 and LOx. The GH 2 that rotationally drives the turbine 52 and the turbine 62 is discarded into the nozzle 104 from the other end of the cooling medium / turbo pump driving medium supply line 92.

なお、このロケットエンジン100では、密度が高く従って高出力が必要な燃料用のターボポンプ50をGHにより先に駆動し、その後に酸化剤用のターボポンプ60を駆動する。また、燃料用のターボポンプ50、酸化剤用のターボポンプ60を駆動した後のGHの圧力は初めのタービン52入口前の圧力に比較してかなり低下しており、タービン52入口前の圧力と略等しい圧力の燃焼室103内には供給することはできないため、ロケット用燃焼器101の低圧部位としてノズル104内部に排出している。 In this rocket engine 100, the fuel turbo pump 50, which has a high density and therefore requires a high output, is first driven by GH 2 and then the oxidant turbo pump 60 is driven. The pressure of GH 2 after driving the fuel turbo pump 50 and the oxidant turbo pump 60 is considerably lower than the pressure before the first turbine 52 inlet, and the pressure before the turbine 52 inlet. Therefore, it is discharged into the nozzle 104 as a low pressure portion of the rocket combustor 101.

<ターボポンプ>
図2は、本実施形態に係るターボポンプの概略構成図である。ターボポンプ50またはターボポンプ60は、回転駆動される主軸1と、主軸1に固定されたインペラ10と、主軸1に固定されたタービン翼8と、液体を導入するインデューサ6と、ケーシング2と、主軸1の回転を支持する軸受4及び軸受5と、主軸1とケーシング2との隙間からLOx、GH等の液体が漏洩することを防止するメカニカルシール7とを含む。ターボポンプ50またはターボポンプ60は、主軸1がインペラ10とタービン翼8とを直列に連結する。
<Turbo pump>
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the turbo pump according to the present embodiment. The turbo pump 50 or the turbo pump 60 includes a main shaft 1 that is rotationally driven, an impeller 10 that is fixed to the main shaft 1, a turbine blade 8 that is fixed to the main shaft 1, an inducer 6 that introduces liquid, and a casing 2. The bearing 4 and the bearing 5 that support the rotation of the main shaft 1 and the mechanical seal 7 that prevents liquid such as LOx and GH 2 from leaking from the gap between the main shaft 1 and the casing 2 are included. In the turbo pump 50 or the turbo pump 60, the main shaft 1 connects the impeller 10 and the turbine blade 8 in series.

インデューサ6は、軸流型の羽根車であって、ケーシング2内にタービン翼8及びインペラ10と主軸1の同軸上に連結されて収容されている。なお、矢印Piの向きは、燃料タンクまたは酸化剤タンクから供給されるLHまたはLOxの供給方向を示している。高温高圧のガスでタービン翼8を回転させ、連動するインペラ10が回転駆動すると、これと同期してインデューサ6の羽根車が回転する。このため、インデューサ6は、LHまたはLOxをインペラ10の吸込口まで導き、インペラ10の吸込性能を維持させるためにインペラ10の羽根車に発生するキャビテーションを抑制する。 The inducer 6 is an axial flow type impeller, and is accommodated in the casing 2 so as to be coaxially connected to the turbine blade 8 and the impeller 10 and the main shaft 1. The direction of arrow Pi indicates the supply direction of LH 2 or LOx supplied from the fuel tank or oxidant tank. When the turbine blade 8 is rotated by high-temperature and high-pressure gas and the interlocking impeller 10 is rotationally driven, the impeller of the inducer 6 rotates in synchronization with this. For this reason, the inducer 6 guides LH 2 or LOx to the suction port of the impeller 10 and suppresses cavitation generated in the impeller of the impeller 10 in order to maintain the suction performance of the impeller 10.

インペラ10は、ケーシング2内で回転させて、遠心ポンプとして作用する。つまり、ポンプ51、61は、インデューサ6を介して吸い込んだ流体を遠心力で加圧する遠心式ポンプである。インペラ10は、インデューサ6を介して吸い込んだLOx、LH等の液体(流体)を加圧し、LOx、LH等の液体にエネルギーを与える。加圧されたLOx、LH等の液体は、矢印Poの方向に排出され、図1に示す燃料供給ライン90または酸化剤供給ライン91に供給される。 The impeller 10 is rotated in the casing 2 and acts as a centrifugal pump. That is, the pumps 51 and 61 are centrifugal pumps that pressurize the fluid sucked through the inducer 6 with centrifugal force. The impeller 10 pressurizes the liquid (fluid) such as LOx and LH 2 sucked through the inducer 6 and gives energy to the liquid such as LOx and LH 2 . Pressurized liquids such as LOx and LH 2 are discharged in the direction of the arrow Po and supplied to the fuel supply line 90 or the oxidant supply line 91 shown in FIG.

タービン52、62は、上述したように図1に示す冷却通路105を通過し気化すると共に、矢印Giの方向から供給されるGHにより回転駆動する。つまり、駆動媒体であるGHは、タービン翼8を押して、主軸1を回転させる。なお、駆動媒体であるGHは、矢印Goの方向に排出され、図1に示すように、燃焼室103に送られる。 As described above, the turbines 52 and 62 pass through the cooling passage 105 shown in FIG. 1 and vaporize, and are driven to rotate by GH 2 supplied from the direction of the arrow Gi. That is, GH 2 as a driving medium pushes the turbine blade 8 to rotate the main shaft 1. Note that the driving medium GH 2 is discharged in the direction of the arrow Go and is sent to the combustion chamber 103 as shown in FIG.

図3は、実施形態1に係るターボポンプのポンプを表す概略部分断面図である。図3に示すように、ケーシング2はインペラ10のタービン翼8側に位置する静止壁3を備えている。インペラ10は、インペラ10の外周面を覆うように前シュラウド11及び後シュラウド15を備えている。前シュラウド11の外周面と、対向するケーシング2との隙間には液体が通流する第1流路12が形成されている。第1流路12には、インペラ10の前シュラウド11の内径側に設けた突起部と、この突起部に対向するケーシング2に同様に形成された突起部により絞りが形成されている。   FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view illustrating the pump of the turbo pump according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the casing 2 includes a stationary wall 3 located on the impeller 10 on the turbine blade 8 side. The impeller 10 includes a front shroud 11 and a rear shroud 15 so as to cover the outer peripheral surface of the impeller 10. A first flow path 12 through which liquid flows is formed in a gap between the outer peripheral surface of the front shroud 11 and the casing 2 facing the front shroud 11. In the first flow path 12, a throttle is formed by a protrusion provided on the inner diameter side of the front shroud 11 of the impeller 10 and a protrusion formed in the casing 2 facing the protrusion.

インペラ10の後シュラウド15と、対向する静止壁3との隙間には、液体が通流する第2流路16が形成されている。第2流路16は、第1オリフィス17と第2オリフィス18とを含む多段オリフィスを備えている。第1オリフィス17と第2オリフィス18とは、第2流路16の圧力を調整し、軸方向のバランスを保ち、インペラ10が他部材と接触するおそれを低減する。   A second flow path 16 through which liquid flows is formed in a gap between the rear shroud 15 of the impeller 10 and the stationary wall 3 facing the impeller 10. The second flow path 16 includes a multistage orifice including a first orifice 17 and a second orifice 18. The 1st orifice 17 and the 2nd orifice 18 adjust the pressure of the 2nd flow path 16, maintain an axial direction balance, and reduce a possibility that the impeller 10 may contact with another member.

また、バランスホール19は、第2流路16と接続し、第2流路16の液体をインペラ10の翼入口に還流させている。バランスホール19は、翼に連通する側が第2流路16に連通する側よりも径方向外側に位置するように傾斜している。このため、バランスホール19から還流する液体は、インペラ10の主流の流入向きを乱す乱流を抑制できる。その結果、ポンプ51、61はポンプ性能を維持することができる。   Further, the balance hole 19 is connected to the second flow path 16, and the liquid in the second flow path 16 is returned to the blade inlet of the impeller 10. The balance hole 19 is inclined so that the side communicating with the wing is located on the radially outer side than the side communicating with the second flow path 16. For this reason, the liquid returning from the balance hole 19 can suppress turbulent flow that disturbs the inflow direction of the main flow of the impeller 10. As a result, the pumps 51 and 61 can maintain the pump performance.

<軸受冷却機構>
第2流路16から分枝させた軸受冷却流路21は、軸受4及び軸受5の潤滑及び冷却のため、軸受冷却機構に加圧されたLOx、LH等の液体の一部を導く流路である。軸受4及び軸受5は、主軸1と連結している軸受内輪42と、ケーシング2と連結する軸受外輪43と、軸受内輪42と軸受外輪43との間で自転するとともに、主軸1の回転方向と同じ向きに公転する転動体41とを含む。実施形態1に係る軸受冷却機構は、オリフィス22と、案内翼31と、整流空間24と、を含む。
<Bearing cooling mechanism>
The bearing cooling flow path 21 branched from the second flow path 16 is a flow for guiding a part of liquid such as LOx, LH 2 pressurized to the bearing cooling mechanism for lubrication and cooling of the bearing 4 and the bearing 5. Road. The bearing 4 and the bearing 5 rotate between the bearing inner ring 42 connected to the main shaft 1, the bearing outer ring 43 connected to the casing 2, the bearing inner ring 42 and the bearing outer ring 43, and the rotation direction of the main shaft 1. Rolling elements 41 revolving in the same direction. The bearing cooling mechanism according to the first embodiment includes an orifice 22, a guide vane 31, and a rectifying space 24.

整流空間24は、軸受4と隣接する空間であり、シール部材23で区画されている。シール部材23は、ケーシング2に固定されている。オリフィス22は、周方向に複数空けられた絞りであり、軸受冷却流路21と整流空間24との間に圧力差を生じさせる。これにより、オリフィス22は、外周側から主軸1に向かう噴流c1を生じさせる。案内翼31は、整流空間24において、噴流c1の方向を整流して旋回流とする。案内翼31は、主軸1の周囲に周方向に複数設けられている。この構成により、整流空間24において噴流c1の方向を均一にすることができる。例えば、オリフィス22の周方向に設けられている数がnである場合、案内翼31の周方向に設けられている数は、n+1以上であることが好ましい。   The rectifying space 24 is a space adjacent to the bearing 4, and is partitioned by the seal member 23. The seal member 23 is fixed to the casing 2. The orifices 22 are a plurality of constricted openings in the circumferential direction, and cause a pressure difference between the bearing cooling flow path 21 and the rectifying space 24. Thereby, the orifice 22 produces the jet c1 which goes to the main shaft 1 from the outer peripheral side. The guide vane 31 rectifies the direction of the jet flow c <b> 1 in the rectifying space 24 to make a swirl flow. A plurality of guide vanes 31 are provided in the circumferential direction around the main shaft 1. With this configuration, the direction of the jet flow c1 can be made uniform in the rectifying space 24. For example, when the number provided in the circumferential direction of the orifice 22 is n, the number provided in the circumferential direction of the guide blade 31 is preferably n + 1 or more.

整流空間24の噴流c1は、後述するように主軸1の回転方向に旋回しながら、軸受4における軸受内輪42及び軸受外輪43の間を通過する。噴流c1は、軸受4を冷却しながら軸受5に向かって送出される冷却流c2となる。冷却流c2は、軸受5における軸受内輪42及び軸受外輪43の間を通過し、軸受5を冷却しながらバランスホール19に向かって送出される冷却流c3となる。冷却流c3は、バランスホール19を介して、インペラ10の翼入口に放出される還流c4の一部となる。図4は、実施形態1に係るターボポンプの軸受冷却機構を説明するための説明図である。図4は、図3の主軸1の軸方向に直交する平面で整流空間24の断面をとり、軸受4の方向を見た説明図である。   The jet c1 in the rectifying space 24 passes between the bearing inner ring 42 and the bearing outer ring 43 in the bearing 4 while turning in the rotation direction of the main shaft 1 as described later. The jet flow c1 becomes a cooling flow c2 sent out toward the bearing 5 while cooling the bearing 4. The cooling flow c <b> 2 passes between the bearing inner ring 42 and the bearing outer ring 43 in the bearing 5 and becomes a cooling flow c <b> 3 that is sent toward the balance hole 19 while cooling the bearing 5. The cooling flow c <b> 3 becomes a part of the recirculation c <b> 4 discharged to the blade inlet of the impeller 10 through the balance hole 19. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a bearing cooling mechanism of the turbo pump according to the first embodiment. FIG. 4 is an explanatory view of the rectifying space 24 taken along a plane orthogonal to the axial direction of the main shaft 1 of FIG.

主軸1は、ケーシング2に対して相対的に回転する。図4に示すように、主軸1の回転中心をZrとすると、回転中心Zrを通る転動体41の公転直径D2は、主軸1の直径D1よりも大きくなる。ここで、主軸1の周方向の速度をV1、回転数をNとすると、V1は下記式(1)で示すことができる。   The main shaft 1 rotates relative to the casing 2. As shown in FIG. 4, when the rotation center of the main shaft 1 is Zr, the revolution diameter D2 of the rolling element 41 passing through the rotation center Zr is larger than the diameter D1 of the main shaft 1. Here, assuming that the circumferential speed of the main shaft 1 is V1 and the rotation speed is N, V1 can be expressed by the following formula (1).

Figure 2013189915
Figure 2013189915

また、図4に示す軸受4の転動体41は、主軸1の回転方向と同じ向きに公転し転動する。この軸受4の転動体41の公転方向Bに転動する速度をV2とすると、V2は同様に下記式(2)で示すことができる。ここで、kは、軸受4に固有の定数であり、1より小さい係数である。   Further, the rolling element 41 of the bearing 4 shown in FIG. 4 revolves and rolls in the same direction as the rotation direction of the main shaft 1. If the speed of rolling in the revolution direction B of the rolling element 41 of the bearing 4 is V2, V2 can be similarly expressed by the following formula (2). Here, k is a constant inherent to the bearing 4 and is a coefficient smaller than 1.

Figure 2013189915
Figure 2013189915

上述した噴流c1の速度Vθは、噴流c1を構成する液体の粘性をρとし、オリフィス22が生じさせる軸受冷却流路21と整流空間24との間の圧力差をΔPとして、Vθは、下記式(3)で示すことができる。   The velocity Vθ of the jet c1 described above is expressed by the following equation, where ρ is the viscosity of the liquid constituting the jet c1, and ΔP is the pressure difference between the bearing cooling flow path 21 and the rectifying space 24 generated by the orifice 22. (3).

Figure 2013189915
Figure 2013189915

軸受4の転動体41の公転は、軸受内輪42及び軸受外輪43の間で規制されるため、噴流c1の速度Vθの公転方向の成分がV2以上とすることで、噴流c1は、転動体41の公転を補助する力を加えることができる。つまり、軸受4の転動体41の公転方向の速度V2と噴流c1の速度Vθとの関係が下記式(4)で示す関係を満たす場合、噴流c1は、転動体41に対して仕事をすることができる。   Since the revolution of the rolling element 41 of the bearing 4 is regulated between the bearing inner ring 42 and the bearing outer ring 43, the jet flow c <b> 1 is caused by the rolling element 41 by setting the component in the revolution direction of the velocity Vθ of the jet c <b> 1 to V <b> 2 or more. You can apply a force to assist in the revolution. That is, when the relationship between the speed V2 of the rolling element 41 of the bearing 4 in the revolution direction and the speed Vθ of the jet c1 satisfies the relationship expressed by the following formula (4), the jet c1 works on the rolling element 41. Can do.

Figure 2013189915
Figure 2013189915

噴流c1の速度Vθの公転方向の成分を高めるために、図4に示す案内翼31は、噴流c1の方向を変え、噴流c1を軸受4の転動体41の公転方向Bに沿うように旋回させる。そして、このため、案内翼31は、オリフィス22から主軸1までの直線距離よりも噴流c1の噴出距離が長くなるように、公転方向Bに流れを傾けている。このように、案内翼31は、主軸1の回転方向の速度成分を高めるように噴流c1の流れを整える。   In order to increase the revolution direction component of the velocity Vθ of the jet flow c1, the guide vane 31 shown in FIG. 4 changes the direction of the jet flow c1 and turns the jet flow c1 along the revolution direction B of the rolling element 41 of the bearing 4. . For this reason, the guide vane 31 inclines the flow in the revolution direction B so that the jet distance of the jet flow c <b> 1 is longer than the linear distance from the orifice 22 to the main shaft 1. In this way, the guide vane 31 adjusts the flow of the jet c1 so as to increase the speed component of the main shaft 1 in the rotation direction.

上述したように、実施形態1に係るターボポンプは、ケーシング2内のタービン翼8により回転する主軸1と、主軸1と接続する軸受内輪42と、ケーシング2と接続する軸受外輪43と、軸受内輪42及び軸受外輪43間を回転運動する転動体41と、を含む軸受4と、軸受冷却機構とを含む。そして、軸受冷却機構は、オリフィス22と、案内翼31とを含む。オリフィス22は、流体絞り機構であって、主軸1と連動して回転するインペラ10により加圧された流体を噴出させた噴流c1を生成する。そして、案内翼31は、流体整流部であって、主軸1の回転方向、つまり公転方向Bの速度成分を高めるように噴流c1の流れを整えて整流する。   As described above, the turbo pump according to the first embodiment includes the main shaft 1 that is rotated by the turbine blades 8 in the casing 2, the bearing inner ring 42 that is connected to the main shaft 1, the bearing outer ring 43 that is connected to the casing 2, and the bearing inner ring. 42 and a rolling element 41 that rotates between the outer ring 43 and the bearing outer ring 43, and a bearing cooling mechanism. The bearing cooling mechanism includes an orifice 22 and guide vanes 31. The orifice 22 is a fluid throttle mechanism, and generates a jet c1 in which a fluid pressurized by an impeller 10 that rotates in conjunction with the main shaft 1 is ejected. The guide vane 31 is a fluid rectifier, and rectifies the flow of the jet c1 so as to increase the velocity component in the rotation direction of the main shaft 1, that is, the revolution direction B.

この構成により、噴流c1の流体が軸受4の潤滑及び冷却に用いられる。また、ターボポンプ50、60は、転動体41の周方向に転動する損失を低減することができる。これにより、噴流c1は、転動する転動体41の周方向の動きを補助することができる。その結果、転動体41が噴流c1に作用するエネルギーを低減し、ターボポンプ50、60の主軸1の回転に対する抵抗を抑制することができる。そして、ターボポンプ50、60は、軸受4の損失を低減しつつ軸受4を冷却することができる。   With this configuration, the fluid of the jet c <b> 1 is used for lubricating and cooling the bearing 4. Moreover, the turbo pumps 50 and 60 can reduce the loss of rolling in the circumferential direction of the rolling element 41. Thereby, the jet flow c1 can assist the movement in the circumferential direction of the rolling element 41 that rolls. As a result, the energy that the rolling element 41 acts on the jet c1 can be reduced, and the resistance to rotation of the main shaft 1 of the turbo pumps 50 and 60 can be suppressed. The turbo pumps 50 and 60 can cool the bearing 4 while reducing the loss of the bearing 4.

軸受4の転動体41が噴流c1に作用するエネルギーを低減しているので、冷却流c2の温度上昇を抑制することができる。このため、冷却流c2は、軸受5を冷却することができる。   Since the rolling element 41 of the bearing 4 reduces the energy which acts on the jet flow c1, the temperature rise of the cooling flow c2 can be suppressed. For this reason, the cooling flow c <b> 2 can cool the bearing 5.

ターボポンプ50、60は、主軸1と連動して回転しない案内翼31を備えている。案内翼31により、噴流c1は、主軸1の回転方向、つまり公転方向Bの方向に、転動体41の速度と同等以上の速度成分の流れを作り出すことができる。   The turbo pumps 50 and 60 include guide vanes 31 that do not rotate in conjunction with the main shaft 1. By the guide vanes 31, the jet flow c <b> 1 can create a flow of a speed component equal to or higher than the speed of the rolling elements 41 in the rotation direction of the main shaft 1, that is, the direction of the revolution direction B.

軸受4の転動体41が噴流c1に作用するエネルギーを低減しているので、冷却流c2の温度上昇を抑制することができる。このため、冷却流c2は、軸受5を冷却することができる。   Since the rolling element 41 of the bearing 4 reduces the energy which acts on the jet flow c1, the temperature rise of the cooling flow c2 can be suppressed. For this reason, the cooling flow c <b> 2 can cool the bearing 5.

(実施形態2)
次に、実施形態2に係る軸受冷却機構について説明する。図5は、実施形態2に係るターボポンプの軸受冷却機構を説明するための説明図である。以下の説明においては、上述した実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next, a bearing cooling mechanism according to the second embodiment will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a bearing cooling mechanism of the turbo pump according to the second embodiment. In the following description, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

実施形態2に係る軸受冷却機構は、オリフィス22と、流体整流面32と、整流空間24とを含む。流体整流面32は、流体整流部であって、流体絞り機構であるオリフィス22と一体で噴流c1の方向を規制する。実施形態2の噴流c1は、オリフィス22から噴出した時点で、流体整流面32により規制され軸受4の転動体41の公転方向Bに沿うように旋回する。流体整流面32は、主軸1の回転方向の速度成分を高めるように噴流c1の流れを整えている。そして、流体整流面32は、噴流c1の流れにより転動体41を冷却する。   The bearing cooling mechanism according to the second embodiment includes an orifice 22, a fluid rectifying surface 32, and a rectifying space 24. The fluid rectifying surface 32 is a fluid rectifying unit and regulates the direction of the jet c1 integrally with the orifice 22 which is a fluid throttle mechanism. The jet c <b> 1 of the second embodiment is restricted by the fluid rectifying surface 32 at the time when the jet c <b> 1 is ejected from the orifice 22 and turns along the revolution direction B of the rolling element 41 of the bearing 4. The fluid rectifying surface 32 adjusts the flow of the jet c1 so as to increase the velocity component in the rotation direction of the main shaft 1. And the fluid rectification | straightening surface 32 cools the rolling element 41 with the flow of the jet flow c1.

この構成により、噴流c1の流体が軸受4の潤滑及び冷却に用いられる。噴流c1は、主軸1の回転方向、つまり公転方向Bの方向に、転動体41の速度と同等以上の速度成分の流れを作り出すことができる。これにより、噴流c1は、転動する転動体41の周方向の動きを補助することができる。その結果、転動体41が噴流c1に作用するエネルギーを低減し、ターボポンプ50、60の主軸1の回転に対する抵抗を抑制することができる。そして、ターボポンプ50、60は、軸受4の損失を低減しつつ軸受4を冷却することができる。   With this configuration, the fluid of the jet c <b> 1 is used for lubricating and cooling the bearing 4. The jet flow c <b> 1 can create a flow of a speed component equal to or higher than the speed of the rolling element 41 in the rotation direction of the main shaft 1, that is, the direction of the revolution B. Thereby, the jet flow c1 can assist the movement in the circumferential direction of the rolling element 41 that rolls. As a result, the energy that the rolling element 41 acts on the jet c1 can be reduced, and the resistance to rotation of the main shaft 1 of the turbo pumps 50 and 60 can be suppressed. The turbo pumps 50 and 60 can cool the bearing 4 while reducing the loss of the bearing 4.

なお、軸受冷却機構は、上述した実施形態1の案内翼31をさらに含むことができる。この構造により、公転方向Bの速度成分をさらに高めるように噴流c1の流れを整えて整流する。   The bearing cooling mechanism can further include the guide blade 31 of the first embodiment described above. With this structure, the flow of the jet c1 is adjusted and rectified so as to further increase the velocity component in the revolution direction B.

(実施形態3)
次に、実施形態3に係る軸受冷却機構について説明する。図6は、実施形態3に係るターボポンプのポンプを表す概略部分断面図である。図7は、実施形態3に係るターボポンプの軸受冷却機構を説明するための説明図である。以下の説明においては、上述した実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
(Embodiment 3)
Next, a bearing cooling mechanism according to the third embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic partial sectional view showing a pump of the turbo pump according to the third embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a bearing cooling mechanism of the turbo pump according to the third embodiment. In the following description, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

実施形態3に係る軸受冷却機構は、オリフィス22と、案内翼33とを含む。図6及び図7に示すように、案内翼33は、流体整流部であって、主軸1と連動して回転する動翼である。上述したように、噴流c1の速度は、軸受冷却流路21と整流空間24との間の圧力差ΔPが大きい場合、主軸1の周方向の回転速度V1よりも大きくなる。噴流c1の速度が主軸1の周方向の回転速度V1よりも大きい場合、整流空間24内においてキャビテーションを生じるおそれがある。   The bearing cooling mechanism according to the third embodiment includes an orifice 22 and a guide vane 33. As shown in FIGS. 6 and 7, the guide vane 33 is a fluid rectifying unit and is a moving vane that rotates in conjunction with the main shaft 1. As described above, the speed of the jet c1 is higher than the rotational speed V1 in the circumferential direction of the main shaft 1 when the pressure difference ΔP between the bearing cooling flow path 21 and the rectifying space 24 is large. When the speed of the jet c <b> 1 is higher than the rotational speed V <b> 1 in the circumferential direction of the main shaft 1, cavitation may occur in the rectifying space 24.

実施形態3に係る軸受冷却機構は、案内翼33が主軸1と連動して回転する動翼であり、噴流c1のエネルギーを主軸1の周方向の回転として回収することができる。これにより、噴流c1の温度が下がり、キャビテーションマージンを広くすることができる。また、案内翼33が主軸1と連動して回転しながら、噴流c1を整流する。このため、噴流c1は、主軸1の回転に連動する案内翼33により、図4と同様に噴流c1の方向が整流され、噴流c1が軸受4の転動体41の公転方向Bに沿うように旋回する。案内翼33は、主軸1の回転方向の速度成分を高めるように噴流c1の流れを整えている。そして、案内翼33は、噴流c1の流れにより転動体41を冷却する。   The bearing cooling mechanism according to the third embodiment is a moving blade in which the guide vane 33 rotates in conjunction with the main shaft 1, and can recover the energy of the jet c <b> 1 as the rotation of the main shaft 1 in the circumferential direction. Thereby, the temperature of the jet c1 can be lowered and the cavitation margin can be widened. Further, the jet c1 is rectified while the guide vane 33 rotates in conjunction with the main shaft 1. For this reason, the jet flow c1 is rectified in the direction of the jet flow c1 by the guide vanes 33 interlocked with the rotation of the main shaft 1 in the same manner as in FIG. 4 and swirled so that the jet flow c1 follows the revolution direction B of the rolling element 41 of the bearing 4. To do. The guide vane 33 adjusts the flow of the jet c1 so as to increase the velocity component in the rotation direction of the main shaft 1. And the guide blade 33 cools the rolling element 41 with the flow of the jet flow c1.

なお、軸受冷却機構は、上述した実施形態1における案内翼31及び実施形態2における流体整流面32のうち1以上をさらに含むことができる。この構造により、公転方向Bの速度成分をさらに高めるように噴流c1の流れを整えて整流することができる。また、この構造により、噴流c1のエネルギーを主軸1の周方向の回転としてさらに回収することができる。   The bearing cooling mechanism may further include one or more of the guide vanes 31 in the first embodiment and the fluid rectifying surface 32 in the second embodiment. With this structure, the flow of the jet c1 can be adjusted and rectified so as to further increase the velocity component in the revolution direction B. Further, with this structure, the energy of the jet c1 can be further recovered as the rotation of the main shaft 1 in the circumferential direction.

1 主軸
2 ケーシング
3 静止壁
4、5 軸受
6 インデューサ
7 メカニカルシール
8 タービン翼
10 インペラ
11 前シュラウド
12 流路
15 後シュラウド
16 流路
17 第1オリフィス
18 第2オリフィス
19 バランスホール
21 軸受冷却流路
22 オリフィス
23 シール部材
24 整流空間
31 案内翼
32 流体整流面
33 案内翼
41 転動体
42 軸受内輪
43 軸受外輪
50、60 ターボポンプ
51、61 ポンプ
52、62 タービン
70 ミキサ
80 点火器
90 燃料供給ライン
91 酸化剤供給ライン
92 冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン
93 主燃料バルブ
94 主酸化剤バルブ
95 推力制御バルブ
96 合流管
97 混合比制御管
98 バイパス管
99 混合比制御バルブ
100 ロケットエンジン
101 ロケット用燃焼器
102 噴射器
103 燃焼室
104 ノズル
105 冷却通路
B 公転方向
c1 噴流
c2、c3 冷却流
c4 還流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main shaft 2 Casing 3 Static wall 4, 5 Bearing 6 Inducer 7 Mechanical seal 8 Turbine blade 10 Impeller 11 Front shroud 12 Channel 15 Rear shroud 16 Channel 17 First orifice 18 Second orifice 19 Balance hole 21 Bearing cooling channel 22 Orifice 23 Seal member 24 Rectifying space 31 Guide vane 32 Fluid rectifying surface 33 Guide vane 41 Rolling element 42 Bearing inner ring 43 Bearing outer ring 50, 60 Turbo pump 51, 61 Pump 52, 62 Turbine 70 Mixer 80 Igniter 90 Fuel supply line 91 Oxidant supply line 92 Cooling medium / turbo pump drive medium supply line 93 Main fuel valve 94 Main oxidant valve 95 Thrust control valve 96 Junction pipe 97 Mixing ratio control pipe 98 Bypass pipe 99 Mixing ratio control valve 100 Rocket engine 1 01 rocket combustor 102 injector 103 combustion chamber 104 nozzle 105 cooling passage B revolution direction c1 jet c2, c3 cooling flow c4 reflux

Claims (4)

ケーシング内のタービン翼により回転する主軸と、
前記主軸と接続する軸受内輪と、前記ケーシングと接続する軸受外輪と、前記軸受内輪及び前記軸受外輪間を回転運動する転動体と、を含む軸受と、
前記主軸と連動して回転するインペラにより加圧された流体を噴出させた噴流を生成する流体絞り機構と、前記主軸の回転方向の速度成分を高めるように前記噴流の流れを整えて整流し、前記転動体を冷却する流体整流部と、を含む軸受冷却機構と、
を含むことを特徴とするターボポンプ。
A main shaft rotated by turbine blades in the casing;
A bearing including a bearing inner ring connected to the main shaft, a bearing outer ring connected to the casing, and a rolling element that rotates between the bearing inner ring and the bearing outer ring;
A fluid throttle mechanism for generating a jet flow in which a pressurized fluid is jetted by an impeller that rotates in conjunction with the main shaft, and the flow of the jet flow is adjusted and rectified so as to increase a velocity component in the rotation direction of the main shaft, A fluid rectifier that cools the rolling elements, and a bearing cooling mechanism,
The turbo pump characterized by including.
前記流体整流部は、前記主軸と連動して回転しない請求項1に記載のターボポンプ。   The turbo pump according to claim 1, wherein the fluid rectifier does not rotate in conjunction with the main shaft. 前記流体整流部は、前記流体絞り機構と一体となり噴流の方向を規制する請求項1または請求項2に記載のターボポンプ。   The turbo pump according to claim 1, wherein the fluid rectifying unit is integrated with the fluid throttle mechanism and regulates a jet direction. 前記流体整流部は、前記主軸と連動して回転する動翼である請求項1に記載のターボポンプ。   The turbo pump according to claim 1, wherein the fluid rectifying unit is a moving blade that rotates in conjunction with the main shaft.
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