(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受を冷却するターボポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０８５２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図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。
【図２】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。
【図３】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４】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５】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。
【図６】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
＜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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
＜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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
【数１】
0005804989.tif 000002
【００４５】
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。
【００４６】
【数２】
0005804989.tif 000003
【００４７】
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。
【００４８】
【数３】
0005804989.tif 000004
【００４９】
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。
【００５０】
【数４】
0005804989.tif 000005
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
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
【図１】
0005804989.tif 000006
【図２】
0005804989.tif 000007
【図３】
0005804989.tif 000008
【図４】
0005804989.tif 000009
【図５】
0005804989.tif 000010
【図６】
0005804989.tif 000011
【図７】
0005804989.tif 000012