(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボポンプの軸線方向の安定性が確保できる動作領域を従来よりも拡大させる回転機械を提供する。【解決手段】回転軸２と、当該回転軸に装着された羽根車３と、羽根車を収容すると共に回転軸を回転自在に支持するケーシング１とを備え、ケーシングにおいて羽根車の背面３ａに対向する壁面には、背面とで挟まれた空間の容積を可変する容積可変機構４が設けられている。【選択図】図１
2020143582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
当該回転軸に装着された羽根車と、
前記羽根車を収容すると共に前記回転軸を回転自在に支持するケーシングとを備え、
前記ケーシングにおいて前記羽根車の背面に対向する壁面には、前記背面とで挟まれた空間の容積を可変する容積可変機構が設けられていることを特徴とする回転機械。
【請求項２】
前記容積可変機構は、
前記壁面に前記回転軸と同心状となるように設けられたリング部材と、
当該リング部材を前記背面に対して進退移動させる駆動機構と、
変形自在で前記リング部材と前記壁面との間の気密性を保持する気密部材と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記駆動機構は、前記壁面と前記リング部材との間に螺合するボールねじ機構であることを特徴とする請求項２に記載の回転機械。
【請求項４】
前記気密部材は、前記壁面と前記リング部材との間に介在するダイアフラムであることを特徴とする請求項３に記載の回転機械。
【請求項５】
前記気密部材は、前記リング部材と前記壁面との間に介在するベローズであり、
前記駆動機構は、前記ベローズ内に前記壁面側から駆動流体を給排気する流体供給手段であることを特徴とする請求項２に記載の回転機械。
【請求項６】
ターボポンプであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、軸線方向平衡装置を備えたポンプが開示されている。このポンプは、ステータとインペラを備えたロータと、インペラに設けられた軸線方向平衡装置とを備え、この軸線方向平衡装置は、インペラとステータとの間に設けられた後方平衡チャンバ及び通路を有し、通路により流体ダクトから後方平衡チャンバへの流体の排出を可能とし、平衡チャンバ内の流体圧力によって流体によりロータの残部に加えられる圧力を補償することにより、ロータを軸線方向に平衡させるものである。上記通路は、インペラの壁及びステータの壁の間に設けられた上流ノズル、下流ノズル及び中間環状チャンバを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１２−５１４７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなポンプ（回転機械）において、インペラの背面におけるステータ形状（ケース形状）は、上述したロータを軸線方向に平衡させる原理上、軸線方向平衡装置の安定性に影響を与える。そして、このケース形状は、回転機械を組み立てた後に変更することはできないので、回転機械の実運転では、上記安定性が確保できる回転範囲（動作領域）でのみ運転させざるを得ない。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、安定性が確保できる動作領域を従来よりも拡大させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、回転機械に係る第１の解決手段として、回転軸と、当該回転軸に装着された羽根車と、前記羽根車を収容すると共に前記回転軸を回転自在に支持するケーシングとを備え、前記ケーシングにおいて前記羽根車の背面に対向する壁面には、前記背面とで挟まれた空間の容積を可変する容積可変機構が設けられている、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、回転機械に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記容積可変機構は、前記回転軸と同心状となるように前記壁面に設けられたリング部材と、当該リング部材を前記背面に対して進退移動させる駆動機構と、変形自在で前記リング部材と前記壁面との間の気密性を保持する気密部材とを備える、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、回転機械に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記駆動機構は、前記壁面と前記リング部材との間に螺合するボールねじ機構である、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、回転機械に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記気密部材は、前記壁面と前記リング部材との間に介在するダイアフラムである、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、回転機械に係る第５の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記気密部材は、前記リング部材と前記壁面との間に介在するベローズであり、前記駆動機構は、前記ベローズ内に前記壁面側から駆動流体を給排気する流体供給手段である、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、回転機械に係る第６の解決手段として、上記第１〜第5のいずれかの解決手段において、ターボポンプである、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ケーシングの壁面とインペラの背面とで挟まれた空間の容積を可変することが可能であり、よって安定性が確保できる動作領域を従来よりも拡大させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るターボポンプの構成を示す断面図（ａ）及び容積可変機構の正面図（ｂ）である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るターボポンプの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態に係るターボポンプは、図１に示すようにケーシング１、回転軸２、羽根車３及び容積可変機構４等を備えている。
【００１５】
ケーシング１は、ターボポンプＰの筐体であり、回転軸２及び羽根車３等を収容すると共に流体が流通する流路が形成されている。このケーシング１は、羽根車３の背面３ａに対向する壁面１ａを備える。この壁面１ａは、図示するように回転軸２の軸線方向（延在方向）に略直行する直行面である。
【００１６】
このケーシング１には、図示するようにリング状の窪み部１ｂが形成されており、またこの窪み部１ｂに複数の側に位置する貫通孔１ｃが離散的に形成されている。窪み部１ｂは、後述するリング部材４ａを収容する部位である。また、貫通孔１ｃは、内周面にネジ山（雌ネジ）が形成されており、後述するネジ棒４ｆと螺合する。
【００１７】
回転軸２は、金属からなる円柱状（丸棒状）の部材であり、先端に羽根車３が同心状に装着され、また後端近傍部位が軸受（図示略）を介してケーシング１に支持されている。すなわち、上述したケーシング１は、軸受を介して回転軸２を回転自在に支持する支持部材でもある。
【００１８】
羽根車３は、中心軸が回転軸２の軸心（回転中心）と同軸となるように回転軸２に固定されており、表面に中心軸から放射状に延在する複数の羽根（翼）を備える。この羽根車３は、回転することによって軸線方向（流入口ｍ１）から液体酸素Ｒを吸引して周方向に送り出す遠心翼である。
【００１９】
また、この羽根車３は、上述したようにケーシング１の壁面１ａに対向する背面３ａを備える。この背面３ａは、回転軸２の軸線方向（延在方向）に略直行する面であり、ケーシング１の壁面１ａと略平行な関係にある。このような羽根車３は、図１（ａ）に矢印で示すように羽根車３の回転中心に直行する方向の端部においてケーシング１と微小ギャップを介して近接対峙している。
【００２０】
容積可変機構４は、上述したケーシング１の壁面１ａに設けられており、当該壁面１ａと羽根車３の背面３ａとで挟まれた空間の容積（体積）を可変するものである。この容積可変機構４は、リング部材４ａ、駆動機構４ｂ及びダイアフラム４ｃとを備えている。
【００２１】
リング部材４ａは、図１（ａ）に示すように、回転軸２と同心状となるように壁面１ａに設けられており、ケーシング１の窪み部１ｂに収容されている。また、このリング部材４ａは、図１（ｂ）に示すように、羽根車３の背面３ａと対峙する表面４ｄに複数の直線溝４ｅが放射状に形成されている。
【００２２】
駆動機構４ｂは、リング部材４ａを背面３ａに対して進退移動させる機構であり、例えば壁面１ａとリング部材４ａとの間に係合するボールねじ機構である。すなわち、この駆動機構４ｂは、周面にネジ山（雄ネジ）が形成されると共に先端部がリング部材４ａの背面側に接続され、ケーシング１の貫通孔１ｃに螺合するネジ棒４ｆと、当該ネジ棒４ｆを回転駆動する駆動源４ｇを備えている。
【００２３】
ダイアフラム４ｃは、可撓性を有する金属製リング板であり、リング部材４ａと壁面１ａ（窪み部１ｂ）との間の気密性を保持する気密部材である。すなわち、このダイアフラム４ｃは、壁面１ａとリング部材４ａとの間に介在すると共に変形自在であり、内周端がリング部材４ａの背面側に気密に接続され、外周端がケーシング１の窪み部１ｂに気密に接続されている。
【００２４】
このようなダイアフラム４ｃは、一種のシール部材である。すなわち、ダイアフラム４ｃは、貫通孔１ｃのネジ山（雌ネジ）と当該ネジ山（雌ネジ）に螺合するネジ棒４ｆのネジ山（雄ネジ）との噛み合い部から流体が外部に漏れることを防止する。
【００２５】
このようなターボポンプＰは、羽根車３が回転することによって羽根車３の前方側から流路内に流体を吸い込んで羽根車３の周方向に送り出す。この周方向に送り出された流体の一部は、破線矢印で示すように、微小ギャップを通過して羽根車３の背面３ａに回り込み、漏れ流体として回転軸２の周面を通過して外部に流れ出る。この漏れ流体の流量は、ターボポンプＰの動作領域つまり回転軸２の回転域に応じて異なるものとなる。
【００２６】
このような第１実施形態の容積可変機構４は、上記漏れ流体の流量を可変調節することにより、回転軸２の軸線方向における位置を安定化させる。すなわち、容積可変機構４は、羽根車３の表面側を流れる流体（主流体）と羽根車３の背面３ａ側を流れる漏れ流体との流量差に基づいて回転軸２の軸線方向における位置を所望位置に安定的に設定させる。
【００２７】
ここで、容積可変機構４は、駆動源４ｇを作動させることによってリング部材４ａを羽根車３の背面３ａに対して前進／後退させることが可能、つまりリング部材４ａと羽根車３の背面３ａとに挟まれた空間の容積（体積）を可変する機能を有する。
【００２８】
すなわち、本実施形態における容積可変機構４は、ターボポンプＰの動作領域つまり回転軸２の回転域に応じてリング部材４ａと羽根車３の背面３ａとの距離を調節することにより、回転軸２の軸線方向における位置が所望位置に安定するように上記空間の容積（体積）を設定する。
【００２９】
このような本実施形態によれば、ターボポンプＰの動作領域に応じて回転軸２の軸線方向における位置を所望位置が安定するように上記空間の容積（体積）を最適設定することができるので、当該空間の容積（体積）が一定な従来よりも安定性が確保できるターボポンプＰの動作領域を拡大させることが可能である。
【００３０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態に係るターボポンプは、図２に示すように、ケーシング１の壁面１ａに上述した窪み部１ｂに加えて第２の窪み部１ｄが形成され。また上述した容積可変機構４に代えて第２の容積可変機構４Ａを備えるものである。
【００３１】
第２の窪み部１ｄは、窪み部１ｂの奥側つまり窪み部１ｂよりも羽根車３の背面３ａから離間する側に設けられており、後述するベローズ４ｊ（蛇腹）を収容するためのものである。
【００３２】
第２の容積可変機構４Ａは、第２リング部材４ｈ、ベローズ４ｉ及びガス供給装置４ｊとを備えている。第２リング部材４ｈは、第１実施形態のリング部材４ａと略同形状のリング状平板であり、表面４ｄに複数の直線溝４ｅが形成されているが、背面形状がリング部材４ａとは若干異なっている。すなわち、この第２リング部材４ｈの背面にはベローズ４ｉの一端が同軸状に接続されており、よって背面にベローズ４ｉの直径に符合する大きさの凸部４ｋが形成されている。
【００３３】
ベローズ４ｉは、略円筒状かつ軸線方向に伸縮自在な金属部品である。このベローズ４ｉは、第２リング部材４ｈの表面に直行する方向つまり図２の左右方向に伸縮自在であり、一端（左端）が第２リング部材４ｈの凸部４ｋに気密に接続され、また他端（右端）が第２の窪み部１ｄに気密に接続されている。このようなベローズ４ｉは、第２リング部材４ｈを羽根車３の背面３ａに対して進退自在に支持する。
【００３４】
ガス供給装置４ｊは、ケーシング１内に形成されたマニホールドを介してベローズ４ｉの他端（右端）に接続されており、当該他端（右端）側つまり壁面１ａ側からベローズ４ｉ内に駆動流体を給排気する流体供給手段である。すなわち、このガス供給装置４ｊは、ベローズ４ｉに対する駆動流体の供給量を制御することにより、ベローズ４ｉの伸縮度合い、つまり第２リング部材４ｈの羽根車３の背面３ａに対する距離を調節する。なお、上記駆動流体は、例えば油等の液体である。
【００３５】
このような第２実施形態における第２の容積可変機構４Ａは、第１実施形態の容積可変機構４と同様に、微小ギャップを通過して羽根車３の背面３ａに回り込む漏れ流体の流量を可変調節することにより、回転軸２の軸線方向における位置を安定化させる。すなわち、第２の容積可変機構４Ａは、ガス供給装置４ｊを作動させることによって第２リング部材４ｈを羽根車３の背面３ａに対して前進／後退させることによって第２リング部材４ｈと羽根車３の背面３ａとに挟まれた空間の容積（体積）を可変する。
【００３６】
この結果、羽根車３の表面側を流れる流体（主流体）と羽根車３の背面３ａ側を流れる漏れ流体との流量差が変化するので、回転軸２の軸線方向における位置を所望位置に安定化する。すなわち、第２の容積可変機構４Ａは、ターボポンプＰの動作領域つまり回転軸２の回転域に応じて第２リング部材４ｈと羽根車３の背面３ａとの距離を調節することにより、回転軸２の軸線方向における位置が所望位置に安定するように上記空間の容積（体積）を設定する。
【００３７】
このような第２実施形態によれば、ターボポンプＰの動作領域に応じて回転軸２の軸線方向における位置を所望位置が安定するように上記空間の容積（体積）を最適設定することができるので、当該空間の容積（体積）が一定な従来よりも安定性が確保できるターボポンプＰの動作領域を拡大させることが可能である。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ターボポンプＰにおける回転軸２の軸線方向における位置の安定化に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、ターボポンプＰ以外の様々な回転機械の回転軸の安定化に適用することがである。
【００３９】
（２）上記各実施形態では、容積可変機構４及び第２の容積可変機構４Ａについて説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明における容積可変機構の構成は、容積可変機構４及び第２の容積可変機構４Ａに限定されない。
【００４０】
（３）上記実施形態では、リング部材４ａ及び第２リング部材４ｈの表面４ｄに複数の直線溝４ｅを設けたが、本発明はこれに限定されない。複数の直線溝４ｅは、羽根車３の背面３ａにおける漏れ流体の流れを安定化させる機能を奏するが、必要に応じて省略してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  ケーシング
１ａ  壁面
１ｂ  窪み部
１ｃ  貫通孔
１ｄ  第２の窪み部
２  回転軸
３  羽根車
３ａ  背面
４  容積可変機構
４Ａ  第２の容積可変機構
４ａ  リング部材
４ｂ  駆動機構
４ｃ  ダイアフラム
４ｄ  表面
４ｅ  直線溝
４ｆ  ネジ棒
４ｇ  駆動源
４ｈ  第２リング部材
４ｉ  ベローズ
４ｊ  ガス供給装置
４ｋ  凸部
【図１】
2020143582.tif 000003
【図２】
2020143582.tif 000004