(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
少なくとも１つのインペラを備えたロータと、
前記ロータの少なくとも１つのインペラに配置された軸線方向平衡装置と、を有し、流体ダクトが前記インペラの中を通り、
前記平衡装置は、その吸込みホイールの各々について、前記吸込みホイールの壁と前記ステータとの間を延びる平衡チャンバを有し、
更に、通路を有し、前記通路は、前記吸込みホイールと前記ステータの間に配置され、前記流体ダクトから前記平衡チャンバへの流体の排出を可能にし、
前記ロータは、制限された軸線方向移動を可能にする僅かな軸線方向隙間を有し、
前記通路は、上流ノズル及び下流ノズルを含み、前記上流ノズル及び前記下流ノズルは、軸線方向に可変であり、互いに対向する吸込みホイールの段付きの壁とステータの段付きの壁の間を延び、前記吸込みホイールの段付きの壁と前記ステータの段付きの壁は、オーバーラップしていてもよいし、していなくてもよく、
更に、中間環状チャンバを有し、前記中間環状チャンバは、前記吸込みホイールの壁と前記ステータの壁の間に配置され、前記通路の上流ノズルの下流側に開口し、前記通路の下流ノズルの上流側に開口する、ポンプ。
【請求項２】
前記中間環状チャンバは、前記上流ノズルと前記下流ノズルを介する流路を除き、実質的に気密である、請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記上流ノズル及び前記下流ノズルの少なくとも一方は、ポンプの軸線に対して垂直な平面内で延びる、請求項１又は２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記通路は、更に、上流側軸線方向部分を有し、前記上流側軸線方向部分は、互いに対向する前記吸込みホイールの円形断面の実質的に円筒形の壁と前記ステータの円形断面の実質的に円筒形の壁の間を延び、前記上流ノズルの上流側に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項５】
前記通路は、更に、下流側軸線方向部分を有し、前記下流側軸線方向部分は、互いに対向する前記吸込みホイールの円形断面の実質的に円筒形の壁と前記ステータの円形断面の実質的に円筒形の壁の間を延び、前記下流ノズルの下流側に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項６】
更に、環状チャンバを有し、前記環状チャンバは、前記下流側軸線方向部分の上流側部分に且つ前記通路の下流ノズルの出口部分の近傍に配置される、請求項５に記載のポンプ。
【請求項７】
前記通路は、更に、互いに対向するロータの段付きの壁とステータの段付きの壁の間を延びる少なくとも１つの別の中間ノズルと、前記ロータと前記ステータの間に配置され且つ前記別の中間ノズルの下流側に開口する少なくとも１つの別の中間環状チャンバと、を有し、
前記少なくとも１つの別の中間ノズル及び前記少なくとも１つの別の中間環状チャンバは、前記中間環状チャンバの下流側及び下流ノズルの上流側の間の流体経路において交互に介在される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項８】
前記上流ノズル及び下流ノズルは、前記ロータの回転軸線に対して垂直な同じ平面内を実質的に延びる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項９】
前記ロータは、インペラを１つだけ有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記ロータは、複数のインペラを有し、前記唯一の吸込みホイールは、ポンプ内の流体の送り方向において最も下流側に位置する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記軸線方向平衡装置の少なくとも１つの吸込みホイールは、ベーンの前側でカバーによって閉じられたフランジ付ホイールであり、
前記平衡チャンバ及び前記通路は、前記フランジ付ホイールの後側に且つ前記フランジ付ホイールの後壁とステータの間に配置され、
前記軸線方向平衡装置は、更に、前記フランジ付ホイールのための別の平衡チャンバを有し、前記別の平衡チャンバは、前記カバーの前壁と前記ステータの間を延び、前方平衡チャンバとして知られ、
前記軸線方向平衡装置は、更に、前記カバーと前記ステータの間に配置された第２通路を有し、前記第２の通路により、流体を前記流体ダクトから前記前方平衡チャンバに排出することが可能であり、
前記第２の通路は、上流ノズル及び下流ノズルを有し、前記第２の通路の上流ノズル及び下流ノズルは、互いに対向する前側のカバーの段付きの壁と後側のステータの段付きの壁の間を延び、前記第２の通路は、更に、カバーの壁とステータの壁の間に配置された中間環状チャンバを有し、前記中間環状チャンバは、前記第２の通路の上流ノズルの下流側で開口し、前記第２の通路の下流ノズルの上流側で開口する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項１２】
前記吸込みホイールは、４００ｍ／ｓよりも速い周速に到達するように構成される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項１３】
液体水素をポンプ送りするように構成された、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載された、空間ターボポンプモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ、より詳しくはターボポンプ、特に空間モータ（moteur spatial）の軸線方向平衡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これらの機械のロータは、しばしば、ホイールの両側に生じる圧力差、搬送される流体の運動量の変化、及びいくつかの場合にはロータ自体の重量又はその部分的な重量により、かなりの大きさの軸線方向スラストを支持することが知られている。
【０００３】
このため、ポンプは、通常、ロータに作用する流体によって及ぼされる軸線方向スラストの補償を可能にする装置を収容している。
【０００４】
これらの装置は、遠心ホイールの前面（ベーンの側に対して前面）及びその反対側の後面（背面）の全ての表面を、流体を循環させる表面として使用して、回転部品に加えられる力の軸線方向衝撃を補償する。このため、よく知られているように、「平衡ピストン」として知られている最終の遠心ホイールの背面が、特にこの平衡を達成するために使用されている。
【０００５】
図１及び図２は、ホイール１１とステータ１２の間に配置された、かかる既知のスラスト平衡装置を示す。
【０００６】
図１のターボポンプは、本質的に、短い長さの中心シャフト２６の周りに配置された回転組立体を有し、回転組立体は、中心シャフト２６の中央に取付けられた一段遠心ポンプの単一のインペラ１１と、中心シャフト２６の後部に取付けられた２つのタービンホイール２２を有している。
【０００７】
中心シャフト２６の後部に張り出すように取付けられたタービンホイール２２は、ガス入口コア２４からタービンホイール２２の周囲に供給される高温ガス流の作用の下で、中心シャフト２６を回転駆動する。
【０００８】
図１は、一段ポンプのための開放型のインペラ１１を示し、インペラ１１は、ベーン６を有し、ベーン６は、作動流体を吸込みチャネル２を介して受入れ、加圧した作動流体を圧力通路３から噴出させる。
【０００９】
作動流体は、入口セクション２８から軸線方向に導入され、ポンプの吸込みチャネル２内に直接流入する。
【００１０】
ポンプの種々の構成要素は既知であり、図２に見ることができるポンプ部品の軸線方向平衡システム以外の構成要素について、更なる詳細を説明しない。
【００１１】
回転組立体の軸線方向平衡装置、すなわち、軸線方向スラスト平衡装置は、インペラ１１と一体化され、ホイール１１の後部とステータ１２の一部の間に介在する単一の後方平衡チャンバ１８と、この後方平衡チャンバ１８を流体ダクトに接続する通路２０とを有している。
【００１２】
後方平衡チャンバ１８は、流体圧力が作用するチャンバであり、この圧力が可動要素（ここではロータ）に作用すると、可動要素の位置を調整し且つ従属させる追従させるように作用する。
【００１３】
流体ダクト内に導かれる流体の一部が、通路２０を通して引かれ、ホイール１１の後面１６に位置する後方平衡チャンバ１８に供給される。
【００１４】
このホイール１１の前面は流体ダクト１４の圧力を受け、この圧力は、ロータ１０を後方に移動させる傾向がある。一方、後方平衡チャンバ１８内の流体圧力は、ロータ１０を前方に移動させる傾向がある。これらの力が互いに軸線方向に補償されるとき、平衡が達成される。すなわち、後方平衡チャンバ１８のレベルで流体によってロータ１０に及ぼされる力が、ポンプの種々の作動フェーズの間、流体によってロータ１０の他の部分に及ぼされる力の軸線方向衝撃を補償する。
【００１５】
この平衡に到達させ且つそれを維持するために、軸線方向平衡装置は、後方平衡チャンバ１８の供給圧力を、ロータの軸線方向移動によって次のように調節する。
【００１６】
流体搬送通路２０は、半径方向（放射状）ノズル４０を有し、半径方向ノズル４０は、ロータ１０すなわち遠心ホイール１１に連結された回転壁と、これに対向するステータ１２の壁すなわちポンプの固定壁との間を延びている。半径方向ノズル４０の流路の断面積は、ロータ１０とステータ１２の間の軸線方向相対位置に依存する。かかる断面積は、ロータが後方に移動するときに増大し、すなわち、図２において、ホイール１１が右方に移動するとき、通路２０を通る流体膜の厚さＡが増大する。それにより、後方平衡チャンバ１８に流入する流量、及び、後方平衡チャンバ１８内の圧力を増大させ、したがって、ロータ１０に作用する流体によって及ぼされる反動力の増大は、ロータ１０を前方に推進させる傾向がある。これとは逆に、ロータ１０が前方に移動して流体膜の厚さＡを減少させる傾向があれば、反動力を逆のメカニズムによって減少させ、ロータ１０を後方に移動させる。
【００１７】
ロータの移動によって、後方平衡チャンバ１８内の圧力を調整し、それにより、ロータを実質的に一定の軸線方向位置に、有利には最小の摩擦で保持することを理解すべきである。システムは自動であり、ロータをその平衡位置に保つ傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、このようなスラスト平衡システムでは、流体の流れ面積が本来的に変化するので、設計者は、装置の効果、したがって、通路の上流側と下流側の間の圧力損失を唯一の自由度で変化させなければならず、かかる唯一の自由度は、流体が通路のノズルに流入したときの半径方向距離Ｂである。この場合の半径方向距離Ｂは、このノズルによって形成された段付き部（couronne）の内側の半径と外側の半径の間の広がり（長さ）に等しい。
【００１９】
ここで、半径方向距離Ｂ及びそれに対応するロータ及び／又はステータの壁の寸法を過度に増大させることは、ポンプがこれらの部品の変形に非常に敏感であるため、また、ロータとステータの間の有害な接触の危険性のため、必ずしも望まれない。
【００２０】
また、特に開放型の遠心ホイールを備えた一段ポンプの場合、半径方向距離Ｂを増大させることにより、軸線方向スラストを平衡させるのに必要な圧力損失を充分に発生できないことがある。この特別な場合、流体を循環させることができる唯一の表面は、ホイールの後方に位置する平衡ピストンである。多段ポンプでは、各ホイールが、ポンプの軸線方向の平衡に寄与する。
【００２１】
既知の他の解決法によれば、半径方向ノズルの幅を増大させても、軸線方向の力を補償するのに不充分であるとき、オフセットした軸線方向平衡プレートが使用される。このことは、ポンプ及びその作動を複雑にし且つポンプの吐出損失を増大させる。また、特にシャフトが長くなってしまうため、ポンプの軸線方向及び／又は半径方向の大きさを増大させる。
【００２２】
本発明の目的は、以下のポンプを構成することによって上記欠点を改善することにあり、かかるポンプは、ステータと、少なくとも１つのインペラを備えたロータと、ロータの少なくとも１つのインペラに配置された軸線方向平衡装置と、を有し、インペラは、特に、排他的ではないが、壁、より詳しくは前壁を備え、流体ダクトがインペラの中を通り、平衡装置は、その吸込みホイールの各々について、吸込みホイールの壁とステータとの間を延びる平衡チャンバを有し、更に、通路を有し、通路は、吸込みホイールとステータの間に配置され、流体ダクトから平衡チャンバへの流体の排出を可能にし、ロータは、制限された軸線方向移動を可能にする僅かな軸線方向隙間を有し、その結果、平衡チャンバ（単一又は複数）内の流体圧力により、流体がロータの他の部分に及ぼす圧力を補償することができ、ロータの軸線方向に平衡させ、軸線方向スラストの平衡装置を備えたポンプは、在来の機械加工手段を用いて作られ、最適な半径方向寸法及び軸線方向寸法を有し、良好な液圧出力を有するコンパクトなポンプである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的は、通路が、上流ノズル及び下流ノズルを含み、上流ノズル及び下流ノズルは、軸線方向に可変であり、互いに対向する吸込みホイールの段付きの壁とステータの段付きの壁の間を延び、吸込みホイールの段付きの壁とステータの段付きの壁は、オーバーラップしていてもよいし、していなくてもよく、更に、中間環状チャンバを有し、中間環状チャンバは、吸込みホイールの壁とステータの壁の間に配置され、通路の上流ノズルの下流側に開口し、通路の下流ノズルの上流側に開口することにより達成される。上流ノズルと下流ノズルの間に配置された環状チャンバを備えた通路の構成により、流体のジェットが中間チャンバの中を通り且つその中で循環し、流体が旋回することによって、流体の運動エネルギーを散逸させ、その結果、通路の前後における圧力損失を増大させる。本明細書で使用する用語「チャンバ」は、環状チャンバが、上流ノズル及び下流ノズルと異なることを意味し、それは、環状チャンバの流れ面積が、上流ノズル及び下流ノズルの流れ面積よりも大きく、特に３倍以上にもなり得ることに基づく。上記用語において、上流ノズル及び下流ノズルは、通路の環状部分であり、通路の残部に比べて特に小さい断面積を有し、通路の残部の平均断面積よりも少なくとも小さい断面積を有する。上流ノズル及び下流ノズルは、軸線方向に可変であるとされ、その理由は、それらの流れ面積が、ステータに対するロータの軸線方向移動の関数として作用するからである。軸線方向可変ノズルの一例は、ポンプの回転軸線に対して垂直な、２つの平行な円形平面段付き部の間で半径方向に延びる通路である。これらの段付き部が軸線方向に近づいたり離れたりすることにより、段付き部の間の流れ面積を比例的に減少又は増大させる。
【００２４】
上流ノズル及び／又は下流ノズルの互いに対向する段付きの壁は、オーバーラップしていてもよいし（正のオーバーラップ）、オーバーラップしていなくてもよいし（負のオーバーラップ）、その間であってもよい（ゼロのオーバーラップ）ことが明らかである。かくして、これらの段付きの壁は、半径方向のオーバーラップがある場合とない場合とがある。ノズルを構成する互いに対向する２つの表面が半径方向の有効なオーバーラップを有するとき、すなわち、ポンプの軸線の方向に見たときにかかる２つの表面の少なくとも一部が対向しているとき（ポンプのロータをステータに対して軸線に沿って移動させたとき、かかる２つの表面が接触し得ることを意味する）とき、半径方向のオーバーラップがある。これとは逆に、オーバーラップがない場合は、かかる２つの表面が互いに対向し且つその法線が同じ方向であるが反対向きであっても、かかる２つの表面がポンプの軸線に沿って互いに対向していない状態に対応する。すべての場合（半径方向のオーバーラップを有する場合であっても有さない場合であっても）、ノズルの表面は、それらの相対的な軸線方向移動によりノズルの流れ面積の変化、すなわちノズルの表面間の流れ面積の変化を引き起こすように配置される。
【００２５】
一実施形態では、子午線平面内の環状チャンバの断面は、僅かに細長いに過ぎず、すなわち、その大きい方の寸法は、その小さい方の寸法の２倍よりも小さい。この構成は、旋回によるエネルギーの散逸に好ましい。
【００２６】
本発明は、液体水素をポンプ送りするように構成されたポンプの場合、特に有利である。このようなポンプでは、実際、１つのインペラ又は複数のインペラは、４００ｍ／ｓを超える周速、更には５００ｍ／ｓを超える周速に達し得る。
【００２７】
これらの条件では、インペラとステータの間においてホイールの周囲の部分で起こる任意の望まない接触により、無視できない結果を引き起こすことがあることを理解すべきである。したがって、流体排出領域の形態は、ポンプの上記部分に正確に関係するので、重要である。有利な点は、本発明により、軸線方向及び半径方向に小さい嵩しか有しないにもかかわらず、許容できない過剰製造コストを追加することなしに、通路が大きい圧力損失を発生させることを可能にすることにある。
【００２８】
一実施形態では、流体排出通路は、上流ノズルを通る流体の導入及び下流ノズルを通る流体の排出を除いて、実質的に気密である。このように、通路の上流側から下流側まで、流体の排出又は導入は行われない。特に、中間環状チャンバは、上流ノズル及び下流ノズルを介する流路を除いて、実質的に気密であり、上流ノズル及び下流ノズル以外によって設けられる流体の交換通路はない。
【００２９】
最後に、一実施形態では、上流ノズル及び下流ノズルは、半径方向に段状に配置されている。換言すれば、上流ノズル及び下流ノズルは、ポンプの回転軸線に対して、互いに異なる距離のところに配置されている。この構成により、軸線方向にコンパクトな、すなわちポンプの軸線に沿う長さが短い、軸線方向平衡装置を作ることができる。特に、環状チャンバが、半径方向において、上流ノズルの半径方向部分と下流ノズルの半径方向部分の間に配置される。ここで、ノズルの半径方向部分は、ノズルの小さい方の通路の断面の半径方向部分を指す。
【００３０】
一般に、ポンプの軸線周りの回転体の種々の形態を、ノズルごとに採用するのがよく、すべてのノズルは、必ず半径方向に延びていなければならないが、例えば円錐形又はその他の形状を有していてもよく、互いに対向するホイールの表面と及びステータの表面は、幾何学的形状が一致しなければならない。本明細書における用語「互いに対向する」は、各ノズルについて、ホイールの壁とステータの壁とが互いに実質的に対向していること、２つのノズルが互いに対して軸線方向及び／又は半径方向にずらされていることを指す。
【００３１】
与えられた軸線方向隙間について、単一の半径方向ノズルの通路ではなく、中間チャンバによって分離された２つのノズルの通路が存在することにより、通路に生じる圧力損失を、ノズルの半径方向長さを増大させることなしに増大させる。
【００３２】
これとは逆に、ロータの平衡を可能にする圧力損失があれば、この形態を選択することにより、ロータとステータとの間の軸線方向隙間が有利に増大され、これらの２つの構成要素の作動安全性を増大させる。
【００３３】
ポンプの軸線方向及び／又は半径方向のコンパクト性が、特に不整合の軸線方向平衡プレートを追加することを回避することによって、改善される。
【００３４】
一実施形態では、上流ノズル及び下流ノズルの少なくとも一方が、ポンプの軸線に対して垂直な平面内を延びる。
【００３５】
更に有利なことは、軸線方向スラスト平衡装置を、単一のインペラのみに配置することである。したがって、ロータが１つのみのインペラを有するとき、軸線方向スラスト平衡装置を利用することができる。
【００３６】
これは、スラスト平衡装置が、複数のインペラを備えたロータに首尾よく使用される場合である。
【００３７】
この場合、吸込みホイールだけが、ポンプの後部の最終ホイールである、すなわち、ポンプの流体の進行方向において最も下流側に位置するホイールであることが、提供される。
【００３８】
他の解決法として、更に、軸線方向スラスト平衡装置が少なくとも２つのホイール、特に全てのホイールに関連していることが確保される。したがって、ロータ内の力が、より均一に分散される。
【００３９】
最後に、半径方向ノズルによって分離された中間チャンバを介在させる原理が多数化され、すなわち、繰返されてもよいことに注目すべきである。本発明によれば、通路が、互いに対向するロータの段付きの壁とステータの段付きの壁の間を延びる少なくとも１つの他の中間ノズルと、ロータとステータとの間に配置された少なくとも１つの他の中間環状チャンバとを有し、他の中間環状チャンバが、他の中間ノズルの下流側に通じ、中間ノズルと中間環状チャンバが、第１の中間環状チャンバの下流側と下流ノズル上流側との間の流体経路において、交互に介在されることを確保することができる。
【００４０】
したがって、得られた形態において、複数の半径方向ノズルによって分離された一連の連続中間チャンバがある。同じ流量であれば、通路によって発生される圧力上昇は、単一の中間チャンバを有する場合よりもかなり大きい。
【００４１】
最後に、本発明は、特に、前述したようなタービンに結合したポンプに連結された、空間モータ用ターボポンプの製造に適用できる。
【００４２】
本発明及びその長所は、非制限的な例として示された実施形態についての以下の詳細な説明から一層明瞭に理解されよう。本発明を添付図面に関連して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来技術のスラスト平衡装置を備えた遠心ポンプの軸線方向断面図である。
【図２】図１のスラスト平衡装置の流体搬送通路の軸線方向断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による軸線方向平衡ポンプ装置の流体搬送通路の軸線方向断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による軸線方向平衡ポンプ装置の流体搬送通路の軸線方向断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による軸線方向平衡ポンプ装置の流体搬送通路の軸線方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
１つの要素が幾つかの図面において同じ又は同様の形態で示されている場合、その要素を、それを示している最初の図と関連して説明し、その後の図においては、最初の参照番号に１００、２００等を加えた参照番号で示す。また、その要素の説明を１回だけ行い、その後の図面では、省略又は簡略化する。
【００４５】
図３〜図５は、図１に関連して説明したポンプと同じようなポンプに使用されることが多い軸線方向平衡装置を示す。
【００４６】
これから、図３を参照して、本発明の第１実施形態によるポンプ用軸線方向平衡装置の作動を説明する。
【００４７】
図３は、図１に示したポンプと全体的に類似するポンプ、特に、開放型ホイール１１１を備えた一段ポンプの部分断面図である。しかしながら、図３のポンプの平衡装置は、図１のポンプの平衡装置とは異なっている。
【００４８】
図３に示すポンプは、ロータ１１４と、ステータ１１２と、スラスト方向平衡装置を有し、スラスト方向平衡装置は、ロータ１１４とステータ１１２との間に形成された流路１２０を特に備えている。
【００４９】
図３のポンプでは、スラスト方向平衡装置がインペラの後壁に配置されている。一般的に、スラスト方向平衡装置がホイール１１１の後壁にも前壁にも容易に配置されることをもちろん理解すべきである。
【００５０】
流路１２０は、流体ダクトの上流側において、上流側軸線方向部分１３０を有し、上流側軸線方向部分１３０は、互いに対向する円形断面の実質的に円筒形の２つの壁１３１、１３２の間を延び、２つの壁は、ホイール１１１（吸込みホイール）の壁１３１と、ステータ１１２の壁１３２であり、上流ノズル１４０の上流側に配置されている。上流側軸線方向部分１３０は、キャビティを形成し、流路１２０を通る流体の運動エネルギーの初期の散逸を可能にするのが有利である。
【００５１】
上流ノズル１４０は、上流側軸線方向部分１３０の直ぐ下流から延びている。上流ノズル１４０は、ホイール１１１の壁１４１とステータ１１２の壁１４２との間を半径方向に距離Ｂにわたって延びる通路である。したがって、半径方向の有効なオーバーラップ（重なり）が、壁面１４１と壁面１４２との間において距離Ｂにわたって存在する。
【００５２】
中間チャンバ１５０は、上流ノズル１４０の下流から延びている。中間チャンバ１５０は、環状の形状を有し、ホイール１１１の壁１５１とステータ１１２の壁１５２の間を延びている。中間チャンバ１５０は、ホイール及び／又はステータの間の容積が変化可能であるように配置されるのがよい。上流ノズル１４０及び下流ノズルを除き、中間チャンバ１５０は気密である。
【００５３】
中間環状チャンバ１５０は、上流ノズル１４０のところにおいて、半径方向にホイール１１１の半径の１０分の１よりも短い長さにわたってしか、より正確には２０分の１よりも短い長さにわたってしか、延びていないので、環状チャンバ１５０の半径方向の長さは短い。
【００５４】
また、環状チャンバ１５０は、上流ノズル１４０のところにおいて、軸線方向にホイール１１１の半径の１０分の１よりも短い長さにわたってしか、より正確には２０分の１よりも短い長さにわたってしか、延びていないので、環状チャンバ１５０の軸線方向長さも短い。
【００５５】
下流ノズル１６０が、中間チャンバ１５０の下流からホイール１１１の壁１６１とステータ１１２の壁１６２の間を延びている。ホイール１１１の壁１６１とステータ１１２の壁１６２は、オーバーラップ（正の重なり）を有している。
【００５６】
半径方向の上流ノズル１４０は、ホイール１１１とステータ１１２との間に軸線方向隙間Ａ１０１を有し、半径方向の下流ノズル１６０は、ホイール１１１とステータ１１２との間に軸線方向隙間Ａ１０２を有し、隙間Ａ１０１と隙間Ａ１０２は等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
【００５７】
また、上流ノズル１４０及び下流ノズル１６０は半径方向に段付き部を形成している。このように、上流ノズル１４０のポンプの回転軸線に対する半径方向距離は、下流ノズル１６０のポンプの回転軸線に対する半径方向距離よりも短い。上流ノズル１４０と下流ノズル１６０とは、ロータの壁１５１とステータの壁１５２を半径方向に分離する距離だけ分離され、かかる距離は、環状チャンバ１５０の半径方向の広がりに等しい。
【００５８】
最後に、流路１２０は、下流ノズル１６０の下流において、下流側軸線方向部分１７０を有し、下流側軸線方向部分１７０は、互いに対向する円形断面の実質的に円筒状の２つの壁１７１、１７２の間を延び、２つの壁は、ホイール１１１（吸込みホイール）の壁１７１と、ステータ１１２の壁１７２であり、下流ノズル１６０の下流側に配置されている。
【００５９】
下流側軸線方向部分１７０は、上流側軸線方向部分１３０と同様、流路１２０を通る流体の運動エネルギーの散逸を可能にするキャビティを形成している。
【００６０】
流路１２０の軸線方向上流側部分及び軸線方向下流側部分は、ポンプの軸線に対する円形断面の円筒形態であることが好ましいが、ポンプの軸線を中心とする他の形態の回転体であってもよく、かかる回転体は、例えば、互いに対向するホイール１１１の円錐面とステータ１１２の円錐面の間で上流に向かって先細りになる、すなわち、下流に向かって末広がりになる形態である。
【００６１】
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態による遠心ポンプ内の装置を説明する。
【００６２】
この実施形態では、軸線方向平衡装置の少なくとも１つの吸込みホイール（この場合にはインペラ２１１）は、閉鎖型又はフランジ付きホイールであり、すなわち、羽根の前側に対してカバー２９０（すなわち、フランジ）によって閉鎖されている。ポンプの軸線に沿う両方向での軸線方向平衡を可能にするために、軸線方向平衡装置は、２つあり、すなわち、図３を参照して説明した軸線方向平衡装置と非常に類似する第１の軸線方向平衡手段（特に、第１の通路２２０）と、それと反対方向に作用し且つカバー２９０の側方に配置された第２の軸線方向平衡手段を有している。
【００６３】
この実施形態では、第１軸線方向平衡手段の種々の要素、特に、通路２２０は、前の実施形態の要素と実質的に同じであるので、更なる詳細を説明しない。
【００６４】
ホイール２１１の後側に配置された第１軸線方向平衡手段に関し、相違点は次の通りである。
【００６５】
第１に、図４の実施形態では、半径方向の上流ノズル２４０及び半径方向の下流ノズル２６０は、ロータの回転軸線に対して垂直である実質的に同じ平面内を延びているのに対し、図３に示す実施形態では、半径方向の上流ノズル１４０及び半径方向の下流ノズル１６０は、ポンプの回転軸線に沿って僅かにずれている。図４の実施形態では、半径方向の上流ノズル２４０及び半径方向の下流ノズル２６０が同じ平面内にあるので、ホイール２１１の表面２４１、２６１及びステータ２１２の表面２４２、２６２を機械加工することが簡単化される。更に、結果として、軸線方向平衡装置の軸線方向の嵩は、図１に示す軸線方向平衡装置よりも大きくない。
【００６６】
中間チャンバ２４３がステータ内にだけ配置されていることにも注目すべきである。中間チャンバは、急速に摩耗したり、振動を受けたりするので、中間チャンバをステータ内に集中させ、ポンプの回転組立体内に集中させないのが有利である。
【００６７】
また、環状チャンバ２７３が、下流側軸線方向部分２７０の上流側部分に且つ通路２２０の下流ノズル２６０の出口セクションの近傍に配置されている。流体を環状チャンバ２７３内で強制的に循環させることは、通路２２０を通過する間の圧力損失を更に増大させる。対称的で同様のキャビティが、上流側軸線方向部分２３０の下流部分に且つ上流ノズル２４０の入口セクションの近傍に設けられてもよい。
【００６８】
最後に、軸線方向平衡装置は、ホイール２１１が前方に移動することを防止するために、ホイール２１１のための第２の軸線方向平衡手段を有している。
【００６９】
軸線方向平衡装置は、カバー２９０の前壁とステータ２１２との間を延び且つ前側平衡チャンバと呼ばれる別の平衡チャンバ２８８と、カバー２９０とステータ２１２との間に配置されて、流体ダクト２１４から前側平衡チャンバ２８８への流体の排出を可能にする第２の通路２９２とを有し、第２の通路２９２は、上流ノズル２９４と、ノズル２９６を有し、上流ノズル２９４及びノズル２９６は、互いに対向する２つの壁の間を延び、２つの壁は、前側のカバー２９０と、後側のステータ２１２である。軸線方向平衡装置は、更に、カバー２９０の壁とステータ２１２の壁の間に配置された中間環状チャンバ２９８を有し、中間環状チャンバ２９８は、上流ノズル２９４の下流側に開口し、第２の通路２９２の下流ノズル２９６の上流側に開口している。
【００７０】
第２の平衡手段の構造は、第１の平衡手段の構造と機能的に等しいが、第２の平衡手段は、ポンプの軸線に対して反対向きに配置されている。ホイールの両側に配置された互いに反対向きの平衡手段を有する軸線方向平衡装置の構成により、ロータの軸線方向移動が補償される。最後に、本発明によれば、両方向の平衡手段を備えた平衡装置が１つ以上のフランジ付ホイールに配置されてもよいことは明白である。
【００７１】
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態による遠心ポンプにおける装置を説明する。
【００７２】
この実施形態では、軸線方向平衡手段の種々の要素、特に通路３２０は、第１実施形態における軸線方向平衡手段の種々の要素と実質的に同じであるので、更なる詳細を説明しない。
【００７３】
第１実施形態と比較した第３実施形態の特別な特徴は、上流ノズル３４０の表面と下流ノズル３６０の表面の間に半径方向のオーバーラップ（重なり）が存在しないことである。
【００７４】
この実施形態では、実際、上流ノズル３４０及び下流ノズル３６０は、半径方向にオーバーラップしていない。実際、これらのノズルの各々について、ロータのノズル表面３４１、３６１及びステータのノズル表面３４２、３６２は、ポンプの軸線に沿って対向する部分を有していない。より正確には、上流ノズル３４０に関して、上流ノズル３４０を構成する表面３４１、３４２が半径方向距離Ｃだけ離れ、下流ノズル３６０に関して、下流ノズル３６０を構成する表面３６１、３６２が半径方向距離Ｄだけ離れている。この構造において重要なことは、上流ノズル３４０及び下流ノズル３６０の表面が、半径方向共通部分を有せず、換言すれば、半径方向にずらされているので、ステータに対するロータの軸線方向相対移動によるロータとステータの接触を生じさせないことである。この特性は、かかる接触により機械を加熱して機械を破壊させるおそれがある場合、絶対に必要である。
【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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