JP2013189915A - Turbo pump - Google Patents
Turbo pump Download PDFInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bearing
- main shaft
- turbo pump
- fluid
- jet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 63
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 46
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 36
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 36
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 8
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
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。
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
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.
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
<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
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、「LH2」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
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
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、「GH2」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LH2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GH2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
燃料供給ライン90は、LH2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。
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LH2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LH2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
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
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
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LH2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LH2、GH2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GH2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LH2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
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GH2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/GH2)、すなわち、噴射器102から噴射されるLOxとGH2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GH2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
ミキサ70は、主燃料バルブ93を通過した極低温のLH2と、冷却通路105を通過して気化した高温のGH2とを混合し、GH2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GH2及びLH2の気液二相が存在していることがある。
The
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LH2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
ロケットエンジン100は、LOxとGH2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LH2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LH2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LH2は、その温度が上昇しガス化してGH2となる。ガス化したGH2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LH2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
また、残りのGH2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、LH2、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GH2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
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GH2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GH2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
<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、GH2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
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LH2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、LH2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
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、LH2等の液体(流体)を加圧し、LOx、LH2等の液体にエネルギーを与える。加圧されたLOx、LH2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
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GH2により回転駆動する。つまり、駆動媒体であるGH2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GH2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
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
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
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
<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、LH2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
(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
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
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
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
Claims (4)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012056494A JP5804989B2 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Turbo pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012056494A JP5804989B2 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Turbo pump |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013189915A true JP2013189915A (en) | 2013-09-26 |
JP5804989B2 JP5804989B2 (en) | 2015-11-04 |
Family
ID=49390420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012056494A Active JP5804989B2 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Turbo pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5804989B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105065319A (en) * | 2015-08-28 | 2015-11-18 | 江苏永一泵业科技集团有限公司 | Hot water circulating pump bearing box with cooling cavity |
CN113482964A (en) * | 2021-08-23 | 2021-10-08 | 江苏永一泵业科技集团有限公司 | High-temperature hot water circulating pump with guide bearing lubricating and cooling structure |
CN114352549A (en) * | 2022-01-05 | 2022-04-15 | 西安航天动力研究所 | Motor-driven hydraulic test device for pre-pressed turbine pump |
-
2012
- 2012-03-13 JP JP2012056494A patent/JP5804989B2/en active Active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105065319A (en) * | 2015-08-28 | 2015-11-18 | 江苏永一泵业科技集团有限公司 | Hot water circulating pump bearing box with cooling cavity |
CN105065319B (en) * | 2015-08-28 | 2017-12-01 | 江苏永一泵业科技集团有限公司 | A kind of hot water circuit pump bearing box with cooling chamber |
CN113482964A (en) * | 2021-08-23 | 2021-10-08 | 江苏永一泵业科技集团有限公司 | High-temperature hot water circulating pump with guide bearing lubricating and cooling structure |
CN114352549A (en) * | 2022-01-05 | 2022-04-15 | 西安航天动力研究所 | Motor-driven hydraulic test device for pre-pressed turbine pump |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5804989B2 (en) | 2015-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2905477B1 (en) | Centrifugal compressor diffuser and method for controlling same | |
JP6779651B2 (en) | Systems and methods with fuel nozzles | |
US7828511B1 (en) | Axial tip turbine driven pump | |
EP1806479A2 (en) | Gas turbine engine and method of operation thereof | |
US11754021B2 (en) | Propulsion systems for aircraft | |
US8763405B2 (en) | Gas turbine engine rotary injection system and method | |
US7937946B1 (en) | Small gas turbine engine with lubricated bearings | |
JP5804989B2 (en) | Turbo pump | |
US9032736B2 (en) | Method for operating a burner and burner, in particular for a gas turbine | |
JP5907764B2 (en) | Turbo pump | |
US20160222919A1 (en) | Turbopump for a rocket engine having a radial stage | |
JP2013189916A (en) | Pump, and mechanism for suppressing interference of pump leakage flow | |
US7931441B1 (en) | Inducer with tip shroud and turbine blades | |
US20160146089A1 (en) | Compressor cooling | |
JP6028043B2 (en) | Rocket engine with optimized fuel supply | |
US10458266B2 (en) | Forward facing tangential onboard injectors for gas turbine engines | |
US20180142570A1 (en) | Purging liquid fuel nozzles and supply tubing with the assistance of a flow divider | |
US8613189B1 (en) | Centrifugal impeller for a rocket engine having high and low pressure outlets | |
US11808286B2 (en) | Jet pump for a turbomachine, comprising blading for imparting rotation to active fluid | |
JP6264161B2 (en) | Jet engine | |
JP7193962B2 (en) | Combustor and gas turbine equipped with the same | |
JP7443087B2 (en) | axial compressor | |
US12241406B1 (en) | Turbine engine including a steam system | |
US20250198624A1 (en) | Nozzle assembly having swirl-free air and hydrogen inflow | |
EP4560129A1 (en) | Turbine engine including a steam system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140910 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150716 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150804 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150901 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5804989 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |