説明

インデューサ装置

【課題】羽根の出口部分(下流側)に圧力変動が生じる不安定性を抑制することができるインデューサ装置を提供する。
【解決手段】液体燃料Lを加圧する高速ポンプ1のインペラ14上流側に配設され、回転駆動される軸部33とその外周部に螺旋状に形成された羽根34とを有し、上流側からの液体燃料Lを昇圧して下流側に流すインデューサ本体31と、これを囲むインデューサケーシング32とを備えたインデューサ装置30において、羽根34の下流側におけるインデューサケーシング32の内周面37に、背後にキャビティCを形成可能な突起部材38を設けた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インデューサ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来からロケットエンジン用など、高圧の液体水素或いは液体酸素を供給する装置としては、高速にて回転駆動される遠心型高速ポンプ(ターボポンプ)が使用されている。そして、このような高速ポンプでは、その吸込性能を維持させるために遠心インペラに発生するキャビテーションを抑制するインデューサ装置を設けている。図5は、従来の高速ポンプ100の一例を示すものであり、ポンプ本体110とインデューサ装置130とを備えている。ポンプ本体110は、本体ケーシング111内に遠心インペラ114が収容され、遠心インペラ114には回転軸112を介してタービン115が連結されている。インデューサ装置130は、インデューサケーシング132内にインデューサ本体131を収容し、インデューサ本体131は延長軸116を介して回転軸112と同軸上に連結されている。また、インデューサケーシング132はインデューサ本体131の羽根134を所定のチップクリアランスを空けて囲む部分141と、この部分の上流側に形成された拡径部142と、拡径部142の上流側に形成された段差部143と、段差部143の上流側に形成された傾斜部144とを有している。
【0003】
このように構成された高速ポンプでは、高温高圧のガスでタービンが回転して遠心インペラが回転すると、これと同期してインデューサ本体が回転することで、液体燃料を昇圧して高速ポンプの吸入口まで導き、遠心インペラの高速回転により加圧してエンジンなどに供給することができると共に、キャビテーションサージによる圧力変動を抑制することができ、ポンプの吸込性能を維持することができるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2006−258040号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、従来はインデューサ本体の上流側に発生するキャビテーションによる圧力変動を抑制すれば液体の流れの不安定さの問題が解決されるものと考えられていたが、インデューサ本体の下流側にも圧力変動が生じることで液体の流れが不安定になることを見出した。
ところで、上述の特許文献1の高速ポンプのインデューサ装置は、インデューサ本体の上流側のキャビテーションサージによる圧力変動を抑制することはできるものの、羽根の出口部分(下流側)に生じる圧力変動を抑制できないという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、羽根の出口部分(下流側)に圧力変動が生じる不安定性を抑制することができるインデューサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、液体を加圧するポンプのインペラ上流側に配設され、回転駆動される軸部とその外周部に螺旋状に形成された羽根とを有し、上流側からの前記液体を昇圧して下流側に流すインデューサ本体と、これを囲むインデューサケーシングとを備えたインデューサ装置において、前記羽根の下流側における前記インデューサケーシング内周面に、背後にキャビティを形成可能な突起部材を設けたことを特徴とする。
【0007】
請求項2に記載した発明は、前記突起部材が、前記インデューサケーシング内周面に周方向に沿って等間隔に設けられていることを特徴とする。
【0008】
請求項3に記載した発明は、前記突起部材が、前記羽根の枚数よりも多く設けられていることを特徴とする。
【0009】
請求項4に記載した発明は、前記突起部材が、前記軸部に指向した板状部材からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
請求項1に記載した発明によれば、突起部材により羽根の出口部分(下流側)に安定したキャビティを生成することができるため、羽根の出口部分(下流側)に圧力変動が生じる不安定性を抑制することができる効果がある。
【0011】
請求項2に記載した発明によれば、振動に対する影響を小さくすることができるため、より良好な性能を発揮することができる効果がある。
【0012】
請求項3に記載した発明によれば、羽根の出口部分(下流側)に数多くの安定したキャビティを生成することができるため、羽根の出口部分(下流側)に圧力変動が生じる不安定性を抑制することができる効果がある。
【0013】
請求項4に記載した発明によれば、羽根を通過してきた液体の流れ(旋回流)に対して確実に突起部材に当ててその背後に安定したキャビテーションを生成することができるため、羽根の出口部分(下流側)に圧力変動が生じる不安定性を抑制することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
次に、本発明の実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。なお、本実施形態においては、インデューサ装置を備えた遠心型高速ポンプ(以下、高速ポンプという)を用いて説明する。
図1に示すように、高速ポンプ1は、ポンプ本体10とインデューサ装置30とを備えて構成されている。ポンプ本体10は、中空の本体ケーシング11内に回転軸12が軸受13により回転自在に支持され、この回転軸12の一端側に遠心インペラ14が連結されており、他端側にタービン15が連結されている。また、回転軸12の一端側には同軸上に回転自在に支持された延長軸16が連結されている。延長軸16は、軸受17により回転自在に支持されている。さらに、本体ケーシング11にはインデューサ装置30により昇圧された液体燃料Lを遠心インペラ14へ導くための静翼18が設けられている。そして、遠心インペラ14の吸込側(上流側)にはインデューサ装置30が連結されている。
【0015】
インデューサ装置30は、インデューサ本体31と、このインデューサ本体31を囲むインデューサケーシング32とから構成されている。インデューサ本体31は延長軸16の先端部に装着されており、延長軸16に連結される軸部33と、この軸部33の外周面に螺旋状に固定された複数(本実施形態においては、3枚)の羽根34とから構成されている。
【0016】
また、インデューサケーシング32は、略中空円筒形をなしており、ポンプ本体10側に形成されたフランジ部35において本体ケーシング11の上流側に形成されたフランジ部19と図示しないボルトなどにより連結されている。そして、このインデューサ装置30の上流側には低温低圧の液体燃料Lが収容された図示しないタンクがフランジ部36を介して図示しないボルトなどにより連結されている。
【0017】
ここで、インデューサケーシング32の内周面37上で、インデューサ31本体の下流側(ポンプ本体10の軸受17の上流側)には、突起部材38が延長軸16を中心とする同心円上に複数設けられている。突起部材38は、略直方体の形状を有しており、その長辺方向が延長軸16と同じ方向を指向するように配設されている。
【0018】
図2に示すように、突起部材38はインデューサケーシング32の内周面37上に等間隔に設けられている(本実施形態では、8個)。ここで、突起部材38の取付個数は、羽根34の枚数(本実施形態では、3枚)よりも多いことが好ましく、羽根34の枚数の2倍程度であることがより好ましい。また、突起部材38の取付個数が、羽根34の枚数の3倍を超える個数になると、高速ポンプ1の運転効率が落ちるため好ましくない。さらに、突起部材38は、インデューサケーシング32と同じ材質で、溶接などにより強固に取付けられていることが好ましい。
【0019】
なお、インデューサ本体31の羽根34は3枚に限られず、例えば4枚など、ポンプの種類などに応じて適正数に設定することができる。また、羽根34の枚数に応じて、突起部材38の取付個数を変更して取り付けるようにすればよい。
さらに、図3に示すように、突起部材38は、直方体形状(断面長方形)だけでなく、延長軸16と並行する方向に長辺を有し、断面二等辺三角形の三角柱からなる突起部材41や断面直角三角形の三角柱からなる突起部材42であってもよい。
【0020】
このように構成された高速ポンプ1では、タービン15が高温高圧のガスの作用で回転させられると、これと同軸の遠心インペラ14が回転駆動されると共に、インデューサ本体31が回転駆動される。すると、この回転により、タンクからの液体燃料Lが昇圧され、軸方向へ送り出され、高速ポンプ1の吸込口39まで導かれる。高速ポンプ1は、タンクからの液体燃料Lをインデューサ本体31により昇圧して遠心インペラ14側に流し、遠心インペラ14の高速回転によりさらに高圧に加圧して吐出するように構成されている。
【0021】
次に、上述のインデューサ装置30の作用について説明する。
図4に示すように、高速ポンプ1が作動し、インデューサ本体31が回転させられると液体燃料Lがインデューサ本体31で昇圧され、インデューサ本体31の下流側へと送られる。液体燃料Lは旋回流となって下流側へと進む。液体燃料Lが、インデューサ本体31の下流側に設けた突起部材38にぶつかることより、その近傍(下流側)にキャビティCが複数箇所で生成される。
【0022】
ここで、突起部材38が取り付けられていないとインデューサ本体31の下流側(出口側)に圧力変動が生じる不安定領域Zが形成されることがある。この不安定領域Zは、圧力変動幅は小さいものの、周波数が高いため、遠心インペラ14、本体ケーシング11およびインデューサケーシング32などの各部材の疲労破壊につながる可能性がある。したがって、この不安定領域Zが形成されないように対策する必要がある。
そこで、突起部材38を設けてキャビティCを安定して生成することにより、不安定領域Zを取り除くことができ、液体燃料Lの流れを安定化することができる。
【0023】
また、突起部材38の高さHはあまり高くしない方がよく、羽根34の軸方向と直交する方向の周縁部と若干重なる程度の高さであることが好ましい。高さHを大きくすると、液体燃料Lの主流に与える影響が大きくなるためである。
【0024】
また、突起部材38の取付個数は、羽根34の枚数の2倍程度が好ましい。さらに、突起部材38の取付個数は、羽根34の枚数の整数倍の個数(例えば、羽根34が3枚の場合に、突起部材38を6個取り付けること)を避けることが好ましい。これは、整数倍にすると共振しやすくなるためである。
【0025】
さらに、突起部材38は、内周面37上に等間隔に取り付けることが好ましい。等間隔に突起部材38を設けることで、振動に対する影響を小さくすることができるためである。
【0026】
本実施形態によれば、液体燃料Lを加圧する高速ポンプ1における遠心インペラ14の上流側に、回転駆動される軸部33とその外周部に螺旋状に形成された羽根34とを有し、上流側からの液体燃料Lを昇圧して下流側に流すインデューサ本体31と、これを囲むインデューサケーシング32とを備えたインデューサ装置30において、羽根34の下流側におけるインデューサケーシング32の内周面37に突起部材38を設けた。
【0027】
このように構成することで、羽根34の出口部分(下流側)に生じていた不安定領域Zを、突起部材38を設け、突起部材38の背後に安定したキャビティCを生成するようにしたため、高速ポンプ1を安定的に運転することができる。
【0028】
また、突起部材38がインデューサケーシング32の内周面37に周方向に沿って等間隔に設けられているため、突起部材38の背後に均等にキャビティCを生成して、キャビティCにより高速ポンプ1の振動による影響をバランスさせることができる。したがって、より良好な運転性能を発揮することができる。
【0029】
また、突起部材38が、羽根34の枚数よりも多く設けるように構成したため、羽根34の出口部分(下流側)に数多くの安定したキャビティCを生成することができ、羽根34の出口部分(下流側)に圧力変動が生じる不安定領域Zが形成されるのを確実に抑制することができる。
【0030】
さらに、突起部材38が、軸部33に指向した板状部材としたため、羽根34を通過してきた液体燃料Lの流れ(旋回流)に対して確実に突起部材38に当ててその背後に安定したキャビティCを生成することができるため、羽根34の出口部分(下流側)に圧力変動が生じる不安定領域Zが形成されるのを抑制することができる。
【0031】
尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、突起部材の形状、材料、個数などの具体的な構成については上記実施形態に限ることなく適宜変更が可能である。
例えば、突起部材の形状は断面長方形、断面二等辺三角形、断面直角三角形の場合の説明をしたが、それに限らずキャビティを生成することができる形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の実施形態における高速ポンプの側断面図である。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】本発明の実施形態における突起部材の別の態様を示す説明図である。
【図4】本発明の実施形態におけるインデューサ装置の詳細説明図である。
【図5】従来の高速ポンプの側断面図である。
【符号の説明】
【0033】
1…高速ポンプ(ポンプ) 14…遠心インペラ(インペラ) 30…インデューサ装置 31…インデューサ本体 32…インデューサケーシング 33…軸部 34…羽根 37…内周面 38…突起部材 L…液体燃料(液体)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体を加圧するポンプのインペラ上流側に配設され、回転駆動される軸部とその外周部に螺旋状に形成された羽根とを有し、上流側からの前記液体を昇圧して下流側に流すインデューサ本体と、これを囲むインデューサケーシングとを備えたインデューサ装置において、
前記羽根の下流側における前記インデューサケーシング内周面に、背後にキャビティを形成可能な突起部材を設けたことを特徴とするインデューサ装置。
【請求項2】
前記突起部材が、前記インデューサケーシング内周面に周方向に沿って等間隔に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のインデューサ装置。
【請求項3】
前記突起部材が、前記羽根の枚数よりも多く設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のインデューサ装置。
【請求項4】
前記突起部材が、前記軸部に指向した板状部材からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のインデューサ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2008−184929(P2008−184929A)
【公開日】平成20年8月14日(2008.8.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−17524(P2007−17524)
【出願日】平成19年1月29日(2007.1.29)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】