(57)【要約】【課題】オープン羽根車型よりもポンプ効率を向上させるとともに、インペラ加工のコストダウンを図る。【解決手段】液体酸素や液体水素などの流体を昇圧する遠心ポンプであって、高速回転するシュラウド無しインペラＡと、該インペラＡのブレード５の側面とわずかな隙間を介して対峙する曲面７ａを有し、ケーシング６内に回転可能に支持された自由回転シュラウド７とを有してなる。したがって、オープン羽根車型ａよりもポンプの効率を向上させるとともに、インペラ加工のコストダウンを図ることができる。【選択図】  図１
2004150364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体酸素や液体水素などの流体を昇圧する遠心ポンプであって、高速回転するシュラウド無しインペラと、該インペラのブレードの側面とわずかな隙間を介して対峙する曲面を有し、ケーシング内に回転可能に支持された自由回転シュラウドとを有してなることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項２】
自由回転シュラウドは、液体軸受によってケーシング内に支持されている請求項１記載の遠心ポンプ。
【請求項３】
ポンプの形式は、単段または多段である請求項１記載の遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心ポンプに係り、特に液体酸素や液体水素などの流体を昇圧する遠心ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心ポンプは、液体酸素や液体水素などの液体または気体の流体を昇圧して連続的に送り出す機械である。遠心ポンプの羽根車（インペラ）には、シュラウド（側板）の無いオープン羽根車と、羽根車の前面、すなわち、ディスクに対向してシュラウドを取り付けたクローズ羽根車がある。
【０００３】
図３は従来のオープン羽根車型の遠心ポンプの部分断面図である。図において、Ａは羽根車（インペラ）である。ａは遠心ポンプである。ｂは遠心ポンプａの回転軸である。ｃは回転軸ｂに設けられた円環状のハブであり、ｄはディスクである。ｅはディスクｄ上に配置された多数の羽根（ブレード）である。ハブｃを介して回転軸ｂに取り付けられている。ｆは流体通路である。ｇはケーシングである。
【０００４】
図２は従来のクローズ羽根車型の遠心ポンプの部分断面図である。なお、図３と共通する部分は、同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略する。図において、Ｂはクローズ羽根車（インペラ）である。ａは遠心ポンプ、ｂは遠心ポンプａの回転軸、ｃはハブ、ｄはディスク、ｅは羽根（ブレード）、ｆは流体通路である。ｈはブレードｅの側面に取り付けた円盤状のシュラウドである。ｉはケーシングである。
【０００５】
図３に示す従来のオープン羽根車型の遠心ポンプ、すなわち、シュラウド無しのインペラ（羽根車）Ａでは、インペラで加速された流体は固定されたシュラウドケーシングの壁面との間で摩擦力が働くので、壁面に近い部分の流速が低下して遠心力が小さくなり、ポンプ効率が低下する。さらにブレードの側面とケーシングの間の隙間流れも効率低下の原因になる。
【０００６】
そこで、ポンプ効率の向上を図るため、図２に示すクローズ羽根車型の遠心ポンプ、すなわち、シュラウド付きインペラ（羽根車）Ｂを採用している。このシュラウド付きインペラＢによって、ポンプ効率は向上するようになるが、シュラウドｈが付いていてブレードｅ間の流体通路がトンネル状になっているので、加工が難しい。すなわち、耳掻き状の切削具によって硬い合金を少しずつ削らなければならず、手間がかかり加工コストが嵩む。なお、シュラウド付きインペラは、鋳物製であれば切削は不要であるが、負荷が大き過ぎて極低温での高速回転に耐えられず、破損する恐れがあるため、チタンやインコネル等の合金の塊から削り出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、シュラウド無しインペラは、ポンプの効率が低く、一方、シュラウド付きインペラは、ブレード間の流体通路の加工が難しく、手間がかかり加工コストが嵩む。
【０００８】
本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、オープン羽根車型とクローズ羽根車型の中間的な構成を有し、クローズ羽根車型よりはポンプの効率が多少低下するが、オープン羽根車型よりもポンプの効率を向上させるとともに、インペラ加工のコストダウンを図ることができる遠心ポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の遠心ポンプは、液体酸素や液体水素などの流体を昇圧する遠心ポンプであって、高速回転するシュラウド無しインペラと、該インペラのブレードの側面とわずかな隙間を介して対峙する曲面を有し、ケーシング内に回転可能に支持された自由回転シュラウドとを有してなるものである。
【００１０】
自由回転シュラウドは、液体軸受によってケーシング内に支持されているのが好ましい。
【００１１】
また、ポンプの形式は、単段または多段であってもよい。
【００１２】
次に本発明の作用を説明する。ケーシング内に回転可能に支持された自由回転シュラウドは、インペラの流体通路内を流れる流体との摩擦力によってインペラとつれまわりする。つれまわりの回転速度は、ケーシングと自由回転シュラウドとの間の摩擦力の大きさによって変化するが、インペラの回転速度の半分程度と考えられる。したがって、自由回転シュラウドとインペラの流体通路内を流れる流体との摩擦力は、オープン羽根車型の遠心ポンプの場合よりも小さくなる。また、インペラのブレードと自由回転シュラウドとの間の隙間は、もし、接触したとしても問題が無いので、従来のオープン羽根車型の遠心ポンプの場合よりも、ずっと小さくすることができ、隙間流れによる効率の低下も小さくなる。以上２つの理由でポンプの効率はオープン羽根車型の遠心ポンプよりも大幅に向上する。
【００１３】
また、羽根車はオープン型なので、切削加工が容易であり、加工コストを大幅に削減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は発明の遠心ポンプの部分断面図である。図において、Ａはインペラである。インペラＡは４０，０００から９０，０００ｒｐｍの高速で回転する。１は遠心ポンプである。２は遠心ポンプ１の回転軸である。３は回転軸２に設けられた円環状のハブであり、４はディスクである。５はディスク４上に配置された多数のブレードである。６はケーシングである。６ａはケーシング６の壁に設けた円環状の凹部である。７はケーシング６の凹部６ａ内に液体軸受によって回転可能に支持された自由回転シュラウドである。
【００１５】
液体軸受は、液体膜による液体潤滑によって支持される軸受である。液体潤滑は、互いに相対運動をする２表面間に、十分に厚い液体膜を形成して荷重を支える潤滑状態をいう。固体表面どうしの直接接触が無く、摩擦特性は液体のせん断力に依存するようになる。このため摩擦力が小さく、摩耗も皆無に近い。液体膜を形成する方法には、外部から加圧した潤滑液を摩擦面に供給する静圧潤滑と、２面間の相対運動によって生ずる動圧効果を利用する動圧潤滑がある。後者には液体のくさび作用によるものと絞り膜作用によるものとがある。
【００１６】
自由回転シュラウド７は、インペラＡの側面とわずかな隙間を介して対峙する曲面７ａを有している。８は流体通路である。９はケーシング６に設けた給液孔で、ケーシング６と自由回転シュラウド７との間の隙間に給液する。給液する液体は昇圧した流体である。
【００１７】
次に本実施形態の作用を説明する。ケーシング６内に回転可能に支持された自由回転シュラウド７は、インペラＡの流体通路８内を流れる流体との摩擦力によってインペラＡとつれまわりする。つれまわりの回転速度は、ケーシング６と自由回転シュラウド７との間の摩擦力の大きさによって変化するが、インペラＡの回転速度の半分程度と考えられる。したがって、自由回転シュラウド７とインペラＡの流体通路８内を流れる流体との摩擦力は、従来のオープン羽根車型の遠心ポンプａの場合よりも小さくなる。また、インペラＡのブレード５と自由回転シュラウド７との間の隙間は、もし、接触したとしても問題が無いので、オープン羽根車型の遠心ポンプａの場合よりも、ずっと小さくすることができ、隙間流れによる効率の低下も小さくなる。以上２つの理由でポンプの効率はオープン羽根車型の遠心ポンプａよりも大幅に向上する。
【００１８】
本発明は、以上述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。たとえば、単段ではなく多段の遠心ポンプであってもよい。また、軸受は液体軸受でなく、ころがり軸受であってもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の遠心ポンプは、ケーシングの壁に設けた円環状の凹部内に自由回転シュラウドを設け、自由回転シュラウドをインペラの流体通路内を流れる流体との摩擦力によってインペラとつれまわりするようにしたので、自由回転シュラウドとインペラの流体通路内を流れる流体との摩擦力は、オープン羽根車型の遠心ポンプの場合よりも小さくなり、オープン羽根車型よりもポンプの効率を向上させるとともに、インペラ加工のコストダウンを図ることができるなどの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠心ポンプの部分断面図である。
【図２】従来のクローズ羽根車型の遠心ポンプの部分断面図である。
【図３】従来のオープン羽根車型の遠心ポンプの部分断面図である。
【符号の説明】
１    遠心ポンプ
２    回転軸
３    ハブ
４    ディスク
５    ブレード
６    ケーシング
６ａ  凹部
７    自由回転シュラウド
７ａ  曲面
８    液体流路
９    給液孔
Ａ    インペラ
【図１】
2004150364.tif 000003
【図２】
2004150364.tif 000004
【図３】
2004150364.tif 000005