(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内で一組のベアリングによって回転可能に支持されたシャフトと、
前記シャフトに連結された軸流ポンプと、
前記軸流ポンプと流体的に連結された周方向吐出渦形室と、
前記シャフトに連結されたタービンであって、前記周方向吐出渦形室と流体的に連結された軸流タービン流路吐出部を有する軸流タービン流路内に配置された、ブレードの列を含んだタービンと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間で一組のベアリングの周りに配置された冷却流路であって、前記周方向吐出渦形室と流体的に連結されるとともに前記軸流タービン流路吐出部と隣接した冷却流路吐出部を有する、冷却流路と、
前記軸流タービン流路吐出部から前記冷却流路吐出部を隔離するシールと、
を備えたターボポンプ装置。
【請求項２】
前記シールが、ラビリンスシール、クリアランスシール、シールリング、およびダンパシールからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のターボポンプ装置。
【請求項３】
前記軸流ポンプが、前記周方向吐出渦形室に開口する軸流ポンプ吐出部を含み、前記冷却流路が、前記軸流ポンプ吐出部において開口する入口を含むことを特徴とする請求項１に記載のターボポンプ装置。
【請求項４】
前記冷却流路が、前記入口から前記軸流ポンプに向かって前方に延在する逆行セクションを含むことを特徴とする請求項３に記載のターボポンプ装置。
【請求項５】
前記逆行セクションが、ベーンを含むことを特徴とする請求項４に記載のターボポンプ装置。
【請求項６】
前記タービンが、複数の径方向ポンプ要素を有する軸方向面を備えたタービンディスクを含み、前記径方向ポンプ要素の各々に亘って前記冷却流路の一部が延在することを特徴とする請求項１に記載のターボポンプ装置。
【請求項７】
前記径方向ポンプ要素が、フィンを含むことを特徴とする請求項６に記載のターボポンプ装置。
【請求項８】
前記冷却流路吐出部が、流れリストリクタを含むことを特徴とする請求項１に記載のターボポンプ装置。
【請求項９】
前記流れリストリクタが、前記冷却流路を狭くする隆起端部を含むことを特徴とする請求項８に記載のターボポンプ装置。
【請求項１０】
前記冷却流路吐出部が、前記軸流タービン流路吐出部の径方向内側にあることを特徴とする請求項１に記載のターボポンプ装置。
【請求項１１】
ハウジングと、
前記ハウジング内で一組のベアリングによって回転可能に支持されたシャフトと、
周方向吐出渦形室と、
前記シャフトに連結されるとともに、前記周方向吐出渦形室と流体的に連結された軸流ポンプ吐出部を含む、軸流ポンプと、
前記シャフトに連結されたタービンであって、
複数の径方向ポンプ要素を有する軸方向面と、
前記周方向吐出渦形室と流体的に連結された軸流タービン流路吐出部を有する軸流タービン流路に配置されたブレードの列と、を備えたタービンディスクを含んだタービンと、
冷却流路であって、前記軸流ポンプ吐出部において開口する入口と、前記ハウジングと前記シャフトとの間で一組のベアリングの周りに配置された第１の中間セクションと、前記タービンの前記径方向ポンプ要素に亘って延在する第２の中間セクションと、前記周方向吐出渦形室において前記軸流タービン流路吐出部に隣接して開口する冷却流路吐出部と、を有する冷却流路と、
を備えたターボポンプ装置。
【請求項１２】
前記冷却流路が、前記入口から前記軸流ポンプに向かって前記第１の中間セクションへと前方に延在する逆行セクションを含むことを特徴とする請求項１１に記載のターボポンプ装置。
【請求項１３】
前記逆行セクションが、ベーンを含むことを特徴とする請求項１２に記載のターボポンプ装置。
【請求項１４】
前記径方向ポンプ要素が、フィンを含むことを特徴とする請求項１１に記載のターボポンプ装置。
【請求項１５】
前記フィンが、径方向に細長いリブであることを特徴とする請求項１４に記載のターボポンプ装置。
【請求項１６】
前記冷却流路吐出部を前記軸流タービン流路吐出部から隔離するシールをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のターボポンプ装置。
【請求項１７】
前記冷却流路吐出部が、前記軸流タービン流路吐出部の径方向内側にあることを特徴とする請求項１１に記載のターボポンプ装置。
【請求項１８】
ターボポンプ装置の作動方法であって、
シャフトに連結されたタービンからのガスを、軸流タービン流路を通して周方向吐出渦形室に吐出し、
前記シャフトに連結された軸流ポンプからの液体酸化剤を前記周方向吐出渦形室に吐出し、
前記周方向吐出渦形室における前記液体酸化剤を用いて、前記周方向吐出渦形室内の前記ガスを凝縮し、
前記周方向吐出渦形室から上流の位置において、前記液体酸化剤の一部を、前記シャフトを回転可能に支持する一組のベアリングの周りのハウジングと前記シャフトとの間に配置された冷却流路へと放出し、
前記液体酸化剤の一部を、前記冷却流路から、軸流タービン流路吐出部に隣接する冷却流路吐出部を通して、前記周方向吐出渦形室へと吐出し、
前記冷却流路吐出部を前記軸流タービン流路吐出部から隔離することにより、前記冷却流路吐出部の前記液体酸化剤の一部が、前記軸流タービン流路吐出部における前記ガスを凝縮するのを抑制する、
ことを備えたターボポンプ装置の作動方法。
【請求項１９】
前記冷却流路吐出部を前記軸流タービン流路吐出部から隔離することが、前記冷却流路吐出部を前記軸流タービン流路吐出部から封止することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の作動方法。
【請求項２０】
前記タービンのタービンディスク上の複数の径方向ポンプ要素を用いて、前記液体酸化剤の一部の流れを、前記冷却流路に通すように促すことをさらに備えた、請求項１８に記載の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本発明は２０１４年１１月１２日に出願された米国特許仮出願第６２／０７８，８９４号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットエンジンシステムにおいて、液体酸化剤などの液体推進薬をポンプ輸送するようにターボポンプが使用される。こうしたターボポンプは、共通のシャフトに取り付けられたポンプセクションと、タービンセクションと、を含む。タービンセクションは、システム内における熱ガスなどの作動流体の膨張によって駆動される。タービンセクションは、ポンプセクションを駆動し、ポンプセクションは、液体推進薬を加圧して、エンジンシステムにおける燃焼器やその他の下流のコンポーネントに液体推進薬を供給する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一実施例のターボポンプ装置が、ハウジングと、ハウジング内で一組のベアリングによって回転可能に支持されたシャフトと、シャフトに連結された軸流ポンプと、軸流ポンプと流体的に連結された周方向吐出渦形室と、シャフトに連結されたタービンと、を含む。タービンは、周方向吐出渦形室と流体的に連結された軸流タービン流路吐出部を有する軸流タービン流路に配置された、ブレードの列を含む。冷却流路が、ハウジングとシャフトとの間で一組のベアリングの周りに配置される。冷却流路は、周方向吐出渦形室と流体的に連結された冷却流路吐出部を有する。冷却流路吐出部は、軸流タービン流路吐出部と隣接する。シールが、冷却流路吐出部を軸流タービン流路吐出部から隔離する。
【０００４】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、シールが、ラビリンスシール、クリアランスシール、シールリング、およびダンパシールからなる群から選択される。
【０００５】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、軸流ポンプが、周方向吐出渦形室に開口する軸流ポンプ吐出部を含み、冷却流路が、軸流ポンプ吐出部において開口する入口を含む。
【０００６】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、冷却流路が、入口から軸流ポンプに向かって前方に延在する逆行セクション（retrograde section）を含む。
【０００７】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、逆行セクションが、ベーンを含む。
【０００８】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、タービンが、複数の径方向ポンプ要素を有する軸方向面を備えたタービンディスクを含み、径方向ポンプ要素の各々に亘って冷却流路の一部が延在する。
【０００９】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、径方向ポンプ要素が、フィンを含む。
【００１０】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、冷却流路吐出部が、流れリストリクタを含む。
【００１１】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、流れリストリクタが、冷却流路を狭くする隆起端部を含む。
【００１２】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、冷却流路吐出部が、軸流タービン流路吐出部の径方向内側にある。
【００１３】
本発明の一実施例のターボポンプ装置が、ハウジングと、ハウジング内で一組のベアリングによって回転可能に支持されたシャフトと、周方向吐出渦形室と、シャフトに連結されるとともに、周方向吐出渦形室と流体的に連結された軸流ポンプ吐出部を含む、軸流ポンプと、シャフトに連結されたタービンと、を含む。タービンは、複数の径方向ポンプ要素を有する軸方向面と、軸流タービン流路に配置されたブレードの列と、を有するタービンディスクを含む。軸流タービン流路は、周方向吐出渦形室と流体的に連結された軸流タービン流路吐出部を有する。冷却流路は、軸流ポンプ吐出部において開口する入口と、ハウジングとシャフトとの間で一組のベアリングの周りに配置された第１の中間セクションと、タービンの径方向ポンプ要素に亘って延在する第２の中間セクションと、周方向吐出渦形室において軸流タービン流路吐出部に隣接して開口する冷却流路吐出部と、を有する。
【００１４】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、冷却流路が、入口から軸流ポンプに向かって第１の中間セクションへと前方に延在する逆行セクションを含む。
【００１５】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、逆行セクションが、ベーンを含む。
【００１６】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、径方向ポンプ要素が、フィンを含む。
【００１７】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、フィンは、径方向に細長いリブである。
【００１８】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、冷却流路吐出部を軸流タービン流路吐出部から隔離するシールを含む。
【００１９】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、冷却流路吐出部が、軸流タービン流路吐出部の径方向内側にある。
【００２０】
本発明の一実施例のターボポンプ装置の作動方法が、シャフトに連結されたタービンからのガスを吐出することを含む。そのガスは、軸流タービン流路を通して周方向吐出渦形室に吐出される。液体酸化剤が、シャフトに連結された軸流ポンプから吐出される。液体酸化剤は、周方向吐出渦形室に吐出される。周方向吐出渦形室内のガスは、周方向吐出渦形室における液体酸化剤を用いて凝縮される。液体酸化剤の一部は、周方向吐出渦形室から上流の位置において、シャフトを回転可能に支持する一組のベアリングの周りのハウジングとシャフトとの間に配置された冷却流路へと放出（bled）される。液体酸化剤の一部は、冷却流路から、軸流タービン流路吐出部に隣接する冷却流路吐出部を通して、周方向吐出渦形室へと吐出される。冷却流路吐出部を軸流タービン流路吐出部から隔離することにより、冷却流路吐出部の液体酸化剤の一部が、軸流タービン流路吐出部におけるガスを凝縮するのを抑制する。
【００２１】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、冷却流路吐出部を軸流タービン流路吐出部から隔離することが、冷却流路吐出部を軸流タービン流路吐出部から封止（seal）することを含む。
【００２２】
上記の実施例のいずれかの更なる実施例では、タービンのタービンディスク上の複数の径方向ポンプ要素を用いることにより、液体酸化剤の一部の流れを、冷却流路に通すように促す。
【００２３】
以下の詳細な説明から、本発明の様々な特徴や利点が当業者にとって明らかとなるであろう。詳細な説明に添付の図面を次のように簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】軸流タービン流路吐出部から冷却流路吐出部を隔離するシールを有する一例のターボポンプ装置を示す図。
【図１Ｂ】図１Ａのターボポンプ装置を通る冷却流路を示す図。
【図２】径方向ポンプ要素を有するタービンの一部を分離した図。
【図３Ａ】冷却流路吐出部と軸流タービン流路吐出部との間のシールの拡大図。
【図３Ｂ】一例のラビリンスシールを示す図。
【図３Ｃ】一例のシールリングを示す図。
【図３Ｄ】一例のダンパシールを示す図。
【図４】冷却流路内にベーンを有するターボポンプ装置の一部を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１Ａは、ロケットエンジンシステム（限定せず）に用いられるターボポンプ装置２０を概略的に示す。以下に記載するように、このターボポンプ装置２０は、動作が妨げられうる領域における凝縮体の発達を制限しながら、冷却および／または潤滑を向上させる特徴部を含む。
【００２６】
ターボポンプ装置２０は、ハウジング２２と、周方向吐出渦形室２４と、軸流ポンプ２６と、タービン２８と、を含む。ハウジング２２は、周方向吐出渦形室２４の幾何形態を含むまたは画定する。軸流ポンプ２６およびタービン２８は、共通のシャフト３０上で共に回転するように連結される。シャフト３０は、一組のベアリング３２ａ／３２ｂに取り付けられる。この例では、ベアリング３２ａは、前方すなわち先端のベアリングであり、ベアリング３２ｂは、後方すなわち終端のベアリングである。
【００２７】
軸流ポンプ２６は、インペラブレード２６ａの複数の列と、周方向吐出渦形室２４へと開口する軸流ポンプ吐出部２６ｂと、を含む。インペラブレード２６ａは、液体酸化剤などの流体を加圧して周方向吐出渦形室２４へと移動させる役割を果たす。最終的に、液体酸化剤は、燃焼器またはその他の下流のコンポーネントへと送られる。
【００２８】
タービン２８は、タービンディスク２８ａと、タービンブレード２８ｂの一つまたは複数の列と、を含む。図示の例では、タービン２８は、タービンブレード２８ｂの２つの列を含む。タービンブレード２８ｂの一つまたは複数の列が軸流タービン流路３４に配置されており、この軸流タービン流路３４は、周方向吐出渦形室２４に開口しかつ流体連通する軸流タービン流路吐出部３６を有する。タービン入口３８が軸流タービン流路３４と流体連通する。タービン入口３８は、タービンブレード２８ｂに亘って高温加圧ガスを供給する役割を果たす。
【００２９】
この例では、軸流タービン流路吐出部３６は、シャワーヘッド形の出口３６ａを含み、この出口は、軸流タービン流路吐出部３６を通して吐出される高温加圧ガス流を分散させる役割を果たす複数のオリフィスを有する。シャワーヘッド形の出口３６ａの代わりにその他の種類または形状の出口を代替的に用いてもよい。
【００３０】
ターボポンプ装置２０は、内部冷却剤および／または潤滑剤として液体酸化剤を利用する。この点に関し、ターボポンプ装置２０は、一組のベアリング３２ａ／３２ｂの周りのハウジング２２とシャフト３０との間に配置された冷却流路４０を含む。冷却流路４０は、軸流ポンプ吐出部２６ｂにおいて開口するインレット４０ａから、周方向吐出渦形室２４に開口しかつ流体連通する冷却流路吐出部４０ｂへと延在する。
【００３１】
冷却流路吐出部４０ｂは軸流タービン流路吐出部３６に隣接する。この例では、冷却流路吐出部４０ｂは、ターボポンプ装置２０の中心回転軸「Ａ」に関して、軸流タービン流路吐出部３６の径方向内側である。冷却流路吐出部４０ｂ（静止）と軸流タービン流路吐出部３６の回転部（すなわち、タービンディスク２８ａのリム４７）との間にはシール４２がある。シール４２は、冷却流路吐出部４０ｂを、軸流タービン流路吐出部３６から隔離し、その効果は以下に詳述する。
【００３２】
冷却流路４０は、概ね入口４０ａと冷却流路吐出部４０ｂとの間に複数のセクションを含む。入口４０ａから連続的に、冷却流路４０は、逆行（retrograde）セクション４０ｃと、第１の中間セクション４０ｄと、第２の中間セクション４０ｅと、を含む。逆行セクション４０ｃは、入口４０ａから軸流ポンプ２６に向かって第１の中間セクション４０ｄへと前方に傾斜する。第１の中間セクション４０ｄは、先端ベアリング３２ａに亘って延在し、シャフト３０に沿って軸方向に延在し、後端ベアリング３２ｂに亘って延在する。第２の中間セクション４０ｅは、第１の中間セクション４０ｄから径方向外側にタービンディスク２８ａに沿って冷却流路吐出部４０ｂへと延在する。
【００３３】
冷却流路４０を通る流れを図１Ｂに「Ｆ」で示す。作動中、ターボポンプ装置２０は液体酸化剤を（図１Ａの左から）軸流ポンプ２６に受け入れる。軸流ポンプ２６は、液体酸化剤を加圧して、これを、軸流ポンプ吐出部２６ｂを通して周方向吐出渦形室２４へと移動させる。加圧された液体酸化剤の一部は、入口４０ａを通して冷却流路４０の逆行セクション４０ｃへと放出（bleed）される。液体酸化剤の放出部（bleed portion）は次いで第１の中間セクション４０ｄを通してベアリング３２ａ／３２ｂに亘って流れ、ベアリング３２ａ／３２ｂを冷却および／または潤滑する。液体酸化剤放出部は、次いでタービン２８に沿って第２の中間セクション４０ｅを通して流れ、そして冷却流路吐出部４０ｂを通して軸方向前方に周方向吐出渦形室２４へと流れる。
【００３４】
タービン２８は高温加圧ガスをタービン入口３８に受け入れる。タービン入口３８は、ロケットエンジンシステムのプレバーナまたはガス発生器などの、高温加圧ガス源に接続される。高温加圧ガスは、酸素、二酸化炭素、水素、またはそれらの混合物を含む。タービン入口３８は、高温加圧ガスをタービンブレード２８ｂに亘って膨張させるように供給し、それによりシャフト３０を回転させて軸流ポンプ２６を駆動させる。膨張した高温加圧ガスは、軸流タービン流路吐出部３６を通して軸方向に流れ、周方向吐出渦形室２４へと流入し、ここで液体酸化剤と混合して凝縮されうる。
【００３５】
軸流タービン流路吐出部３６と冷却流路吐出部４０ｂとの間のシール４２によって提供される隔離、分離された配列により、冷却流路吐出部４０ｂ内またはその近傍での液体酸化剤と高温加圧ガスとの早すぎる混合を防止または制限する。換言すれば、液体酸化剤と高温加圧ガスは周方向吐出渦形室２４内でのみ混合される。例えば、高温吐出ガスが周方向吐出渦形室２４に吐出される前に液体酸化剤と混合される場合、ガスは凝縮して氷になり、冷却流路４０内またはその周りに蓄積するおそれがある。氷の蓄積は潜在的に冷却流路４０および／または軸流タービン流路吐出部３６を通る流れを制限しうる。さもなければこうした流れの制限が過熱をもたらし、ターボポンプに損傷を及ぼしうる。
【００３６】
図２はタービン２８の一部の分離された図を示す。タービンディスク２８ａは、軸方向面４４を含む。軸方向面４４は、ターボポンプ装置２０内において軸流ポンプ２６を向いており、冷却流路４０の第２の中間セクション４０ｅが軸方向面４４に亘って延在する。軸方向面４４は、径方向ポンプ要素４６と、軸方向に突出したリム４７と、を有する。この例では、径方向ポンプ要素４６は、径方向に細長いリブ４８の形態のフィンを含む。複数の径方向に細長いリブ４８は、軸方向面４４の周囲で周方向に離間される。図示のように径方向に細長いリブ４８は直線形であるが、代替的に曲線形でもよく、あるいはポンプ輸送用の別の流体力学的な形状を有してもよい。
【００３７】
径方向ポンプ要素４６が、冷却流路４０の第２の中間セクション４０ｅに位置決めされる。タービン２８が回転すると、径方向ポンプ要素４６が回転して、冷却流路４０を通る液体酸化剤の流れを補助する能動ポンプ作用を提供する。ポンプ作用により、ベアリング３２ａ／３２ｂを横切る液体酸化剤の継続的かつ一貫した移動を維持し、それによりベアリング３２ａ／３２ｂの優れた冷却および／または潤滑を容易にする。軸方向に突出したリム４７は径方向に細長いリブ４８からの液体酸化剤の流れを受け入れ、その流れを冷却流路吐出部４０ｂへと前方に転換させるまたは導く。
【００３８】
冷却流路４０を通る液体酸化剤の継続的かつ一貫した流れにより、冷却流路吐出部４０ｂを介した冷却流路４０内への高温加圧ガスの逆流を防止または制限する。さもなければこうした逆流は、高温加圧ガスが凝縮して冷却通路４０に蓄積される可能性を増大させる。
【００３９】
図３Ａは、冷却流路吐出部４０ｂおよびシール４２周辺の拡大図を示す。この例では、冷却流路吐出部４０ｂは一つ以上の流れリストリクタ（flow restrictor）４９を含み、冷却流路吐出部４０ｂを通る流れを調節する役割を果たす。図示されるように、流れリストリクタすなわちリストリクタ４９は、冷却流路４０を狭くする隆起端部（raised edges）である。この例では、隆起端部はターボポンプ装置２０の非回転（ステータ）部に位置決めされるが、隆起端部は代替的または付加的に回転部（ロータ）に位置決めされうることを理解されたい。
【００４０】
記載されたシール４２は、タービン２８のリム４７との調節された隙間Ｇを有するテーパ状リッジ（tapered ridge）４２ａを含んだ、クリアランス型のシールである。概して、隙間Ｇは厳しく調節されて、（図３Ａに部分的に示す）軸流タービン流路吐出部３６から冷却流路吐出部４０ｂおよび冷却流路４０内への高温加圧ガスの侵入を防止または実質的に制限する。
【００４１】
代替的に、図３Ｂは、別の例のシール１４２を示す。この例では、シール１４２は、複数の隆起端部１４２ａを含んだラビリンスシールである。隆起端部１４２ａは、冷却流路吐出部４０ｂ（ステータ）上に配置されたものとして示される。しかしながら、隆起端部１４２ａは、代替的にリム４７（ロータ）上に配置されうることを理解されたい。
【００４２】
図３Ｃは、別の例のシール２４２を示す。この例では、シール２４２は、冷却流路吐出部４０ｂ内の周方向ポケット２４２ｂから部分的に突出するシールリング２４２ａを含む、フローティングリングシールである。任意選択的に、スプリング部材２４２ｃがポケット２４２ｂ内でシールリング２４２ａを付勢する。シールリング２４２ａは、ポケット２４２ｂに関して移動すなわち「浮動」するが、リム４７と近接することによりポケット２４２ｂ内に保持される。シールリング２４２ａおよびポケット２４２ｂは、冷却流路吐出部４０ｂ（ステータ）内に配置されるものとして示される。しかしながら、シールリング２４２ａおよびポケット２４２ｂは、代替的にリム４７（ロータ）内に配置されうることを理解されたい。
【００４３】
図３Ｄは別の例のシール３４２を示す。この例では、シール３４２は、冷却流路吐出部４０ｂ内において周方向ポケット３４２ｂから部分的に突出するダンパリング３４２ａを含む、ダンパシールである。ダンパリング３４２ａは、摩擦嵌め、締結具などにより、ポケット２４２ｂ内に固定される。ダンパリング３４２ａおよびポケット３４２ｂは、冷却流路吐出部４０ｂ（ステータ）内に配置されるものとして示される。しかしながら、ダンパリング３４２ａおよびポケット３４２ｂは、代替的にリム４７（ロータ）内に配置されうることを理解されたい。更なる例では、流れリストリクタ４９は、シール４２／１４２／２４２／３４２のうちのいずれかと同一または類似するように構成されたシールを含みうる。理解されるように、それらまたはその他の種類のシールは、冷却流路吐出部４０ｂおよび冷却流路４０を、軸流タービン流路吐出部３６から隔離するように用いられる。
【００４４】
タービンポンプ装置２０を特定の特徴部とともに図示し記載したが、修正された実施形態は記載の特徴部の全てを含まなくてもよいことを理解されたい。例えば、更なる非限定的な例では、冷却流路４０のセクションまたは形状は、逆行セクション４０ｃを無くすなど、異なってもよい。付加的または代替的に、更なる実施例は径方向ポンプ要素４６を除外しうる。付加的または代替的に、更なる実施例は流れリストリクタ４９を除外し、異なるまたは追加の流れリストリクタを利用し、かつ／または、軸流タービン流路吐出部３６から冷却流路吐出部４０ｂを隔離するように異なる種類のシールを利用しうる。こうした特徴部は性能を向上させるが、これらの特徴部は性能の変化が許容可能な場合には潜在的に除外または修正してもよい。
【００４５】
図４は別の例のターボポンプ装置１２０の一部を示す。図示の部分は軸流ポンプ２６および軸流ポンプ吐出部２６ｂの周辺である。この例では、ハウジング１２２は、冷却流路４０の逆行セクション４０ｃ内の複数のベーン（一つを示す）を含む。ベーン１５０がハウジング１２２の第１の表面から突出するとともに、概ね軸流ポンプ２６の内側面との小さな隙間を有する。冷却流路４０を通る液体酸化剤の流れを補助するように、タービンディスク２８ａの径方向ポンプ要素４６の代わりにまたはこれに加えて、ベーン１５０が用いられうる。径方向に細長いリブ４８と同様、ベーン１５０は互いに周方向に離間されたリブであってもよく、直線形、曲線形、またはその他の流体力学的な形状を有してもよい。
【００４６】
開口部４０ａを通して流入する液体酸化剤は、軸流ポンプ２６の回転作用により渦巻形の乱流特性（profile）を有する。こうした流れ特性は、液体酸化剤の圧力変動および圧力差を増大させる。その結果、高温加圧ガスが冷却流路４０に逆流して、そこに氷として蓄積される可能性が増加する。ベーン１５０は、液体酸化剤の流れを円滑にし、圧力変動を低減し、圧力差を低減し、延いては高温加圧ガスの逆流の可能性を低減する役割を果たす。付加的または代替的に、こうしたベーン１５０は冷却流路４０の第１の中間セクション４０ｄ内に設けてもよいが、ベーン１５０は開口部４０ａにより近い位置のほうがより効果的である。
【００４７】
本発明の実施例はまたターボポンプ装置の作動方法を含む。その方法は、ターボポンプ装置３０に関して記載される。こうした方法は、タービン２８から軸流タービン流路を通して周方向吐出渦形室２４へと高温加圧ガスを吐出することを含む。その方法は、さらに液体酸化剤を軸流ポンプ２６から周方向吐出渦形室２４へと吐出することを含む。周方向吐出渦形室２４内の液体酸化剤は、周方向吐出渦形室２４内で高温加圧ガスを凝縮する。液体酸化剤の一部が、周方向吐出渦形室２４から上流の位置において、冷却流路４０内に放出される。放出された液体酸化剤が冷却流路吐出部４０ｂを通して周方向吐出渦形室２４に吐出される。冷却流路吐出部４０ｂは軸流タービン流路吐出部３６から隔離されており、それにより放出された液体酸化剤が軸流タービン流路吐出部３６内およびその周辺で高温加圧ガスを凝縮するのを抑制する。その方法は、タービンディスク２８ａ上の径方向ポンプ要素４６を用いることにより、冷却流路４０を通る放出された液体酸化剤の流れを推進することをさらに含む。
【００４８】
特徴部の組合せを図示の例に示すが、本発明の様々な実施例の利点を実現するように必ずしもそれらの全てを組み合わせる必要はない。換言すれば、本発明の実施例に従って設計されたシステムは図の１つに示された特徴部の全て、または図に概略的に示す部位の全てを必ずしも含む必要はない。さらに、一実施例の選択された特徴部をその他の実施例の選択された特徴部と組み合わせても良い。
【００４９】
上記の記載は本質的に限定するものではなく例示に過ぎない。開示の実施例に対する変形および修正が、本開示を必ずしも逸脱することなく、当業者にとって明らかとなるであろう。本開示に付与の法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定される。
【図１Ａ】
0006619430.tif 000002
【図１Ｂ】
0006619430.tif 000003
【図２】
0006619430.tif 000004
【図３Ａ】
0006619430.tif 000005
【図３Ｂ】
0006619430.tif 000006
【図３Ｃ】
0006619430.tif 000007
【図３Ｄ】
0006619430.tif 000008
【図４】
0006619430.tif 000009