(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【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。
【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）
【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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