(57)【要約】  本発明は、インペラと、該インペラに固定された、回転軸と、軸方向の入口通路を有する、ケーシングと、該ケーシングにおいて該回転軸を支持する、少なくとも一つの第１の軸受と、回転軸の周囲の少なくとも一つの動的シールと、を少なくとも具備しており、該インペラが、動的シールとポンプの軸方向の入口通路との間に設置される、遠心ポンプに関する。遠心ポンプは、インペラと少なくとも一つの動的シールとの間において、軸に固定されていて且つインペラの直径の７０％に比べてより大きい直径を提供する、軸力補償ディスクを更に具備している。軸力補償ディスクは、インペラに対面していて且つポンプから下流で導入される圧力下の流体のための分岐接続部に接続する、前面と、少なくとも一つの動的シールに対面していて且つと少なくとも部分的には、半径方向に配向される、フィンを提供する、後面と、を有する。【選択図】図４
2016525646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ポンプ（３０３、４０３）であって、この遠心ポンプは、
インペラ（３０３ａ、４０３ａ）と、
該インペラ（３０３ａ、４０３ａ）に固定された、回転軸（３０２、４０２）と、
軸方向の入口通路（３２５、４２５）を有する、ケーシング（３２０、４２０）と、
該ケーシング（３２０、４２０）において該回転軸（３０２、４０２）を支持する、少なくとも一つの第１の軸受（３０５、４０５）と、
前記回転軸（３０２、４０２）の周囲の少なくとも一つの動的シール（３１１、４１１）と、を少なくとも具備しており、
該インペラ（３０３ａ、４０３ａ）が、前記動的シール（３１１、４１１）と前記ポンプ（３０３、４０３）の前記軸方向の入口通路（３２５、４２５）との間に設置される、遠心ポンプにおいて、
前記遠心ポンプは、前記インペラ（３０３ａ、４０３ａ）と少なくとも一つの動的シール（３１１、４１１）との間において、前記軸（３０２、４０２）に固定されていて且つ前記インペラ（３０３ａ、４０３ａ）の直径の７０％に比べてより大きい直径を提供する、軸力補償ディスク（３３０、４３０）を更に具備しており、
前記軸力補償ディスク（３３０、４３０）は、
前記インペラ（３０３ａ、４０３ａ）に対面していて且つ前記ポンプ（３０３、４０３）から下流で導入される圧力下の流体のための分岐接続部に接続する、前面（３３０ａ、４３０ａ）と、
少なくとも一つの動的シール（３１１、４１１）に対面していて且つと少なくとも部分的には、半径方向に配向される、フィン（３３０ｃ、４３０ｃ）を提供する、後面（３３０ｂ、４３０ｂ）と、を有することを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項２】
該軸力補償ディスク（３３０、４３０）は、前記ディスク（３３０、４３０）の外周部（３３０ｄ、４３０ｄ）に向かって先細りする、厚さを提供することを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ（３０３、４０３）。
【請求項３】
該第１の軸受（３０５、４０５）は、前記インペラ（３０３ａ、４０３ａ）と前記軸力補償ディスク（３３０、４３０）との間に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心ポンプ（３０３、４０３）。
【請求項４】
該第１の軸受（３０５、４０５）はまた、前記ポンプ（３０３、４０３）から来る流体により前記第１の軸受（３０５、４０５）を潤滑するために、前記インペラ（３０３ａ、４０３ａ）から下流で導入される圧力下の流体のための分岐接続部に接続することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心ポンプ（３０３、４０３）。
【請求項５】
前記軸力補償ディスク（３３０、４３０）の前記前面（３３０ａ、４３０ａ）に対面する、フィン（３４０、４４０）であって、
前記ケーシング（３２０、４２０）に固定されていて且つ半径方向である方向性を少なくとも部分的に有する、フィン（３４０、４４０）を更に具備することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心ポンプ（３０３、４０３）。
【請求項６】
極低温流体を圧送するように構成される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の遠心ポンプ（３０３、４０３）。
【請求項７】
推進剤を圧送するように構成される、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心ポンプ（３０３、４０３）。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の遠心ポンプ（３０３、４０３）と、前記遠心ポンプ（３０３、４０３）の前記回転軸（３０２、４０２）に固定された、タービンホイール（３０４ａ、４０４ａ）を有する、タービン（３０４、４０４）と、を具備するターボポンプ（３０１、４０１）であって、
少なくとも一つの動的シール（３１１、４１１）が、前記軸力補償ディスク（３３０、４３０）と該タービンホイール（３０３ａ、４０３ａ）との間に介在されることを特徴とするターボポンプ（３０１、４０１）。
【請求項９】
該タービン（３０４、４０４）は、軸流タービンであることを特徴とする請求項８に記載のターボポンプ（３０１、４０１）。
【請求項１０】
少なくとも一つの推力室（８０１）と、請求項１から７のいずれか一項に記載の少なくとも一つの遠心ポンプ（３０１、４０１）とを、少なくとも一つの推進剤を該少なくとも一つの推進室（８０１）に供給するために具備することを特徴とするロケットエンジン（８０２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ポンプに関し、特に還元剤及び／又は酸化剤の推進剤を、より特別には極低温推進剤を、ロケットエンジンの推力室に供給するための遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットエンジンの燃焼室に推進剤を供給するための遠心ポンプの例が、ある特許文献に開示される（例えば、特許文献１参照。）。これらの従来技術の遠心ポンプの各々は、インペラ（羽根車）と、該インペラに固定された回転軸と、軸方向の入口通路を有するケーシング（筐体）と、該ケーシングにおいて該回転軸を支持する少なくとも１つの軸受と、を有する。ケーシングと回転軸との間の軸方向の漏れを回避するために、これらの遠心ポンプはまた、回転軸の周囲において少なくとも一つの動的シールを含んでおり、インペラは、少なくとも一つの動的シールと軸方向の入口通路との間に設置される。
【０００３】
一般的には、その様な遠心ポンプの動作中において、そのインペラは、ポンプの軸方向の入口通路に向かって回転軸に大きな軸力を作用させる。回転軸を支持する軸受（単又は複数）によりこれらの力を受け持たせることを可能にするために、別の従来技術のポンプに関して提案されてきた、一つの解決策は、インペラの後ろに少なくとも一つの活動的なバランス（平衡）ピストンを組み込むとの解決案である。それにも係わらず、その様なピストンは、かなりの大きさを提示するという欠点を有する。他方で、もし軸受が、それら自体においてその様なかなりの力を受け持つことが可能であるように寸法決めされる場合には、そのことは、アセンブリ全体のコンパクト性を犠牲にしてのみ実施可能である。更に、その様な方法で軸受を介して軸力を受け持つことは、大量の動力を散逸可能である。
【０００４】
インペラにおける軸力を補償するために想定されてきた、別の解決策は、遠心ポンプのインペラのブレード（羽根）の先端に板を追加することである。それにもかかわらず、その解決策は、特には、小型寸法のインペラにおいて実現するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仏国特許出願第２９６４ ４２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、これらの欠点を改善することを目的としており、特には、本開示により、インペラの軸力を受け持つにもかかわらず、小さな大きさを得ることを可能にする、遠心ポンプを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
少なくとも一つの実施の形態において、遠心ポンプは、インペラと、該インペラに固定された、回転軸と、軸方向の入口通路を有する、ケーシングと、該ケーシングにおいて該回転軸を支持する、少なくとも一つの第１の軸受と、回転軸の周囲の少なくとも一つの動的シールと、を少なくとも具備しており、該インペラは、少なくとも一つの動的シールとポンプの軸方向の入口通路との間に設置される。
【０００８】
軸力はその後、遠心ポンプの全体の大きさを顕著に増大することなく、軸に固定されていて且つインペラの直径の７０％より大きな直径を提供する、軸力補償ディスクにより吸収可能である。補償ディスクは、インペラと動的シールとの間において設置されており、更に、インペラに対面していて且つポンプから下流で導入される圧力下の流体のための分岐接続部に接続する、前面と、少なくとも一つの動的シールに対面していて且つと少なくとも部分的には、半径方向に配向されるフィンを提供する、後面と、を有する。用語「少なくとも部分的に半径方向に」は、この方向が、少なくとも半径方向成分を提示することを意味する。ディスクが回転軸とポンプのインペラにより回転する場合に、ディスクのこれらのフィンは従って、ディスクの外周から少なくとも一つの動的シールまでの圧力降下を発生させるように、遠心効果により作動し、それにより、ディスクの第１の面に対する圧力が、その第２の面に対する圧力に比べてより大きいことを保証しながら、動的シールに向かって加圧された流体の漏れを制限しており、この圧力差は、インペラにより軸に伝達される軸力を補償するように機能する。
【０００９】
ディスクが、遠心力に耐えることができることを確保しながら、半径方向の力補償ディスクの材料の分布を最適化してその重量を低減するために、該軸力補償ディスクは、ディスクの外周に向かって先細りしてもよい。この先細りする厚さは、半径方向の面に対して傾斜する、前面及び／又は後面により実現可能である。
【００１０】
該第１の軸受は、特には、インペラと軸力補償ディスクとの間に設置されて、軸力補正ディスクの前面に対して作用する、加圧された流体により第１の軸受の潤滑を促進してもよく、従って、比較的単純であって且つ信頼性があり更に軽量及び小さな大きさを提供する、構成が、遠心ポンプに関して維持されることを可能にしてもよい。
【００１１】
同じ理由のために、該第１の軸受はまた、ポンプから来る流体により第１の軸受を潤滑するために、インペラから下流で導入される圧力下の流体のための分岐接続部に接続してもよい。この分岐接続部は、軸力補償ディスクに供給するために使用される接続部であってもよいし、あるいはそれは、異なる接続部であってもよい。更に、第１の軸受から該流体を吐出する目的のために、該遠心ポンプは、遠心ポンプの回転軸により駆動されることが好ましい、補助ポンプを具備してもよい。特には、補助ポンプは、遠心ポンプのインペラの後面に形成された、羽根を有するバックポンプの形であってもよい。これは、特に、ポンプから主流に流体を戻すように、流体の吐出を向かわせることを可能にする。
【００１２】
フィンなしでさえも、ディスクの前面の回転は、ディスクの外周に向かって加圧流体の一部を伴う。ディスクの外周に向かう、前面に対する静圧の上昇を、高密度の流体により制限することが重要である。圧力のこの増加を制限するために、ポンプは、軸力補償ディスクの前面に面していて且つケーシングに固定されていて且つ少なくとも部分的に、半径方向である配向を有する、フィンを更に具備してもよく、それにより、ディスクの前面により流体の回転を妨げるように機能する。それにもかかわらず及びこれとは別に、特には、静圧の増加が比較的小さい、液体水素等の、低密度の流体に関して、ディスクの前面に対面する、その様な静的なフィンを省略することができる。
【００１３】
該第１の軸受は、特には、ボールベアリングであってもよく、従って、非常に高速の回転においてさえも、軸の回転に対して非常に低い抵抗を提供する。
【００１４】
遠心ポンプは特には、極低温流体及び／又は推進剤である、流体を圧送するように構成されてもよい。遠心ポンプのコンパクトさ及び軽量は、液体推進剤を供給するためのシステムにおいて特に有用である。
【００１５】
少なくとも一つの動的シールは特に、回転軸の周囲に流体障壁を作成するように、不活性流体の供給源に接続されてもよい。その様な流体障壁は、特に高度のシールを実現可能にする。
【００１６】
本開示はまた、上記の遠心ポンプと、遠心ポンプの回転軸に固定された、タービンホイールを有する、タービン、特には軸流タービンと、を具備するターボポンプを提供しており、少なくとも一つの動的シールは、軸力補償ディスクと該タービンホイールとの間に介在される。タービンは、コンパクト且つ軽量である、遠心ポンプ駆動手段を構成する。同時に、動的シール及び軸力補償ディスクにより、ポンプとタービンの作動流体を分離して保持することが可能である。
【００１７】
タービンを推進する流体とポンプにより圧送される流体との間のこのシールは、このガスとこの流体がお互いに化学的に反応する場合に特に重要である。具体的には、ロケットエンジンに推進剤を供給するためのターボポンプにおいて、タービンのための推進ガスは、通常は、圧送される酸化剤流体が、タービンを推進する、還元剤ガスとは別個に保持されることを確保するために、酸化剤ターボポンプにおいて絶対的シールを一般的に必要とする、還元剤である。
【００１８】
本発明はまた、例えば還元剤流体及び／又は酸化剤流体等の、少なくとも一つの推進剤を、該ロケットエンジンの少なくとも一つの推力室に供給するための、本発明の少なくとも一つのターボポンプを有する、ロケットエンジンを提供する。
【００１９】
本発明のターボポンプのコンパクトさと軽量と信頼性と単純さとにより、本発明のターボポンプは、ロケットエンジンと、特には、非常に低推力のロケットエンジンと、極低温推進剤を使用するロケットエンジンと、への適用に特に有利である。
【００２０】
非限定的な例として与えられる実施の形態の以下の詳細な説明を読むことにおいて、本発明は、十分に理解可能であり、その利点は、より明らかになる。説明は、添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、液体極低温還元剤推進剤をロケットエンジンの燃焼室に供給するための従来技術のターボポンプの縦断面図である。
【図２】図２は、液体極低温酸化剤推進剤をロケットエンジンの燃焼室に供給するための従来技術のターボポンプの縦断面図である。
【図３】図３は、液体極低温還元剤推進剤をロケットエンジンの燃焼室に供給するための第１の実施の形態におけるターボポンプの断面図である。
【図４】図４は、液体極低温酸化剤推進剤をロケットエンジンの燃焼室に供給するための第２の実施の形態におけるターボポンプの断面図である。
【図５】図５は、図３及び４のターボポンプの変形例の軸力補償ディスクの軸方向断面図である。
【図６】図６は、図３及び４のターボポンプの変形例の軸力補償ディスクの軸方向断面図である。
【図７】図７は、図３及び４のターボポンプの変形例の軸力補償ディスクの軸方向断面図である。
【図８】図８は、図３及び４のターボポンプを有する、ロケットエンジンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明をより良く理解するために、説明は、図１及び２に示されていて且つフランス特許出願第2 964 425 A1号に開示される、ターボポンプに対応する、２つの従来技術のターボポンプ１０１及び２０１により開始する。図１に示される還元剤推進剤用ターボポンプ１０１のケーシング（筐体）１２０において、回転軸１０２は、軸流タービン１０４のホイール（車輪）１０４ａに遠心ポンプ１０３のインペラ（羽根車）１０３ａを接続する。軸１０２の第１の端部１０２ａは、ポンプ１０３のインペラ１０３ａに固定されており、該第１の端部１０２ａに対向する軸１０２の第２の端部１０２ｂは、タービン１０４のホイール１０４ａに固定される。タービン１０４の周囲において、ケーシング１２０は、半径方向の入口ダクト１２１と、入口トーラス（円環体）１２２と、ノズル１２３と、軸方向の排気ダクト１２４と、を提供する。ポンプ１０３の周囲において、ケーシング１２０は、軸方向の入口通路１２５と、ボリュート（渦巻室）１２６と、排気管１２７と、を提供する。従って、半径方向の入口ダクト１２１と入口トーラス１２２とノズル１２３とを介してタービン１０４に流入していて且つ軸方向の排気ダクト１２４を介して流出する、ガスの膨張からの推進力の下で、タービン１０４のロータ（回転子）１０４ａの回転は、軸１０２及び遠心ポンプ１０３のインペラ１０３ａを回転駆動するように機能する。インペラ１０３ａにより駆動される還元剤推進剤は、軸方向の入口通路１２５を介してポンプ１０３に入り、ボリュート１２６及び排気管１２７を介して放出される。
【００２３】
軸１０２は、第１と第２の軸受１０５及び１０６によりケーシング１２０において支持される。第１の軸受１０５は、排気管１２７から導かれる、圧力下の液体推進剤の小さな流れ１０８により潤滑されるボ−ル軸受である。この流体はその後、ポンプ１０３のロータ１０３ａの後面に形成された、ブレード（羽根）を有するバックポンプ１１５によりボリュート１２６に吐出される。タービン１０４の近位で軸１０２の第２の端部１０２ｂを支持する、第２の軸受１０６は、タービン１０４を推進するためであって且つその入口トーラス１２２から導入される、ガスの薄い流れが、対面する固体面の間における直接的な接触を防止する、動圧軸受である。これとは別に、もしタービン推進ガスの温度が高過ぎる場合には、第２の軸受１０６に供給する、このガスは、どこか別の場所、例えば、推力室の再生回路の出口、から導入可能であろう。
【００２４】
ポンプ１０１の動作中に、ボールベアリング（軸受）１０５の液体から動圧軸受け１０６のガスを分離するために、ターボポンプ１０１は、軸方向の排気ダクト１２４に導くパージ（掃気）点１１４と共に、ボールベアリング１０５と動圧軸受け１０６との間で軸１０２の周囲において、動的シール１１１を有する。
【００２５】
図２に示される酸化剤推進剤ターボポンプ２０１はまた、軸流タービン２０４のホイール２０４ａに遠心ポンプ２０３のインペラ２０３ａを接続する、回転軸２０２を有する。ターボポンプ１０１におけるように、軸２０２の第１の端部２０２ａは、ポンプ２０３のインペラ２０３ａに固定され、該第１の端部２０２ａに対向する、軸２０２の第２の端部２０２ｂは、タービン２０４のホイール２０４ａに固定される。
【００２６】
ターボポンプ２０１において、ケーシング２２０は同様に、タービン２０４の周囲において、半径方向の入口ダクト２２１と、入口トーラス２２２と、ノズル２２３と、軸方向の排気ダクト２２４と、を提供しており、更にポンプ２０３の周囲において、軸方向の入口通路２２５と、ボリュート（渦巻室）２２６と、排気管２２７と、を提供する。ポンプ２０３及びタービン２０４は、ターボポンプ１０１におけるポンプ及びタービンに類似した状態で動作しており、ターボポンプ１０１においてのように、軸２０２は、ボールベアリングである、第１の軸受２０５により、及び動圧軸受である第２の軸受２０６により、ケーシング２２０において支持される。第１の軸受２０５は従って、排気管２２７から導入されていて更にポンプ２０３のロータ２０３ａの後面に形成されたブレードを有する、バックポンプ２１５によりボリュート２２６に、その後に吐出される、圧力下の液体推進剤の小さな流れ２０８により潤滑されており、他方で第２の軸受２０６において、その入口トーラス２２２から導入される、タービン２０４のための推進ガスの薄い流れは、対面する固体面の間における直接的な接触を同様に防止する。これとは別に、もしタービン推進ガスの温度が高過ぎる場合には、第２の軸受２０６に供給するこのガスは、どこか別の場所、例えば、推力室の再生回路の出口から導入可能であろう。
【００２７】
還元剤推進剤ターボポンプ１０１におけるように、この酸化剤推進剤ターボポンプ２０１は、ボールベアリング２０５と動圧軸受け２０６との間で軸２０２の周りにおいて動的シール２１１を具備する。それにもかかわらず、酸化剤ターボポンプ２０１において、タービン２０４のための推進ガスは、通常還元剤であり、ポンプ２０３により圧送される、酸化剤噴射剤と激しく反応可能であるので、ポンプ２０３により圧送されていて且つタービン２０４に流れる、推進剤の漏れを回避することは更により重要である。
【００２８】
還元剤流体と酸化剤流体の流れ２０８との間の接触を回避するために、ターボポンプ２０１はまた、例えばヘリウム等の不活性流体を注入するための注入点２０２と、注入点２１２のそれぞれの側に設置される、還元剤流体及び酸化剤流体をパージ（掃気）するためのパージ点２１３及び２１４と、をそれぞれ提供する。流体障壁は従って、酸化剤と還元剤流体との間において作成される。
【００２９】
これらの先行技術のターボポンプ１０１及び２０１が動作する間に、ボールベアリング１０５及び２０５は、非常に顕著な軸方向荷重を受ける。残念ながら、そのことは、大量のエネルギーを放散し、それにより、これらの軸受１０５及び２０５の潤滑要件を増加させ、またターボポンプの効率を低下させるという欠点を提示する。更に、軸受１０５及び２０５を過剰な寸法にすることは、ターボポンプをコンパクトにするという願望に反する。
【００３０】
第１の実施の形態において、図３に示すように、還元剤推進剤ターボポンプであって且つより特別には、液体水素用の極低温ターボポンプであってもよい、ターボポンプ３０１はまた、従来技術の上記のターボポンプと同様に、遠心ポンプ３０３と、共通のケーシング３２０と遠心ポンプ３０３のインペラ３０３ａ及び軸流タービン３０４のホイール３０４ａを一緒に接続する、共通の回転軸３０２とを有する、軸流タービン３０４と、を具備する。軸３０２の第１の端部３０２ａは、インペラ３０３ａに固定されており、該第１の端部３０２ａとは反対側の軸３０２の第２の端部３０２ｂは、ホイール３０４ａに固定される。インペラ３０３ａは、直径Ｄｒを提示する。
【００３１】
ケーシング３２０はまた、タービン３０４の周囲において、半径方向の入口ダクト３２１と、入口トーラス３２２と、ノズル３２３と、軸方向の排気ダクト３２４と、を提供しており、更にポンプ３０３の周囲において、軸方向の入口通路３２５と、ボリュート３２６と、排気管３２７と、を提供する。上記の例におけるように、軸３０２は、ボールベアリングである、第１の軸受３０５と、その入口トーラス３２２から導入されたタービン３０４のための、推進ガスの薄い流れが対面する固体面の間の直接的接触を防止するようにそれを通り機能する、動圧軸受である第２の軸受３０６と、によりケーシング３２０において支持される。それにもかかわらず、代替として、別のタイプの軸受は、軸受の内の一つ又は両方に関して想定可能であろう。第１の軸受３０５が、ポンプ３０３のインペラ３０３ａにより近い一方で、第２の軸受３０６は、タービン３０４のホイール３０４ａにより近い。
【００３２】
図示の実施の形態において、動圧軸受３０６のためのガスは、入口トーラス３２２から導入されるがしかし、ガスは代わりに、幾つかの別の地点から導入可能であり、例えば、もしタービンを推進するガスの温度が高すぎる場合には、それは、推力室の再生回路の出口から導入可能である。
【００３３】
第１の軸受３０５と第２の軸受３０６との間に設置されていて且つ軸方向の排気ダクト３２４に導くパージ点３１４を提供する、軸３０２の周囲の動的シール３１１は、タービン３０４からポンプ３０３を分離するように機能する。示された実施の形態において、これらのシール３１１は、ラビリンスシールである。それにもかかわらず、別のタイプのシール、例えば、フローティングリングシール、セグメント（分割式）シール又はブラシシール等、も同様に十分に想定可能である。
【００３４】
ポンプ３０３及びタービン３０４は、従来技術のターボポンプ１０１及び２０１のポンプ及びタービンに類似の方法において動作する。それにもかかわらず、このターボポンプ３０１において、ポンプ３０１はまた、動的シール３１１と第１の軸受３０５との間において、ポンプのインペラ３０３ａにより発揮される、軸力を補償する目的で回転軸３０２に固定された、ディスク（円板）３３０と、回転軸３０２上のタービンのホイール３０４と、を具備する。従って、ディスク３３０は、実質的に滑らかであって且つ第１の軸受３０５に対面する、前面３３０ａと、半径方向のフィン３３０ｃを提供していて且つ動的シール３１１に対面する、後面３３０ｂと、を提供する。ディスク３３０の外周部３３０ｄは、例えば、インペラ３０３ａの直径Ｄrの７０％から１００％までの範囲にあってもよい、直径Ｄdを提示する。ケーシング３２０は、排気管３２７に接続されていて且つ第１の軸受３０５とディスク３３０の前面３３０ａとの間において開く、通路３３１を提供する。ディスク３３０の重量を制限するために、それが遠心力に耐えるのに十分強いことを確保しながら、その厚さは、外周部３３０ｄに向かって先細り、前面３３０ａ及び後面３３０ｂは、形状において実質的に円錐台形である。
【００３５】
動作時において、圧力下の液体推進剤の流れ３０８は従って、排気管３２７から導入され、第１の軸受３０５とディスク３３０の前面３３０ａとの間において再注入される。この流れ３０８の一部は、第１の軸受３０５を潤滑するように機能しており、そしてその後、ポンプ３０３のインペラ３０３ａの後面に形成されたブレードを有する、バックポンプ３１５によりボリュート３２６に吐出される。流れ３０８の残りの部分は、それにもかかわらず、ディスク３３０の周りを流れる。その前面３３０ａにおいて、流体は、タービン３０４に向かって相当量の圧力を作用させる。しかし、後面３３０ｂにおいて、回転フィン３３０ｃは、流体が反対方向において作用する、圧力を著しく低下させる。従って、２つの面３３０ａと３３０ｂとの間の圧力差は、タービン３０４に向かってディスク３３０を付勢し、それにより、軸３０２上のインペラ３０３ａにより発揮される、牽引力を少なくとも部分的に補償する。ディスク３３０の周囲を回った後に、流体は、パージ地点３１４に向かって吸引され、更にその近位において、その圧力は、その蒸発点より下に降下し、それにより、ポンプ３０３とタービン３０４との間のシール（密封）を強化する、ベーパーロック（蒸気閉塞）を生成する。
【００３６】
従って、ディスク３３０は、軸３０２への軸力を補償すること、及びポンプ３０３とタービン３０４との間のシールを提供することに同時に貢献する。
【００３７】
図４に示す第２の実施の形態において、ターボポンプ４０１は、酸化剤推進剤ターボポンプであり、より具体的には、ターボポンプ４０１は、液体酸化剤用の極低温ターボポンプであってもよい。上記のターボポンプのように、ターボポンプは同様に、遠心ポンプ４０３と、遠心ポンプ４０３のインペラ４０３ａと軸流タービン４０４のホイール４０４ａとを一緒に接続する、共通の回転軸４０２及び共通のケーシング４２０を有する、軸流タービン４０４と、を具備する。軸４０２の第１の端部４０２ａは、インペラ４０３ａに固定されており、該第１の端部４０２ａとは反対側の、軸４０２の第２の端部４０２ｂは、ホイール４０４ａに固定される。インペラ４０３ａは、直径Ｄrを提示する。
【００３８】
ケーシング４２０は同様に、タービン４０４の周囲で、半径方向の入口ダクト４２１と、入口トーラス４２２と、ノズル４２３と、軸方向の排気ダクト４２４と、を提供しており、更にポンプ４０３の周囲で、軸方向の入口通路４２５と、ボリュート４２６と、排気管４２７と、を提供する。上述した例におけるように、軸４０２は、ボールベアリングである第１の軸受４０５と、その入口トーラス４２２から導入される、タービン４０４のための推進ガスの薄い流れが対面する固体面の間の直接的接触を防止するように機能する、動圧軸受である第２の軸受４０６と、によりケーシング４２０において支持される。それにもかかわらず、代替として、別のタイプの軸受は、軸受の内の１つ又は両方に関して想定可能であろう。第１の軸受４０５が、ポンプ４０３のインペラ４０３ａにより近い一方で、第２の軸受４０６は、タービン４０４のホイール４０４ａにより近い。
【００３９】
示される実施の形態において、動圧軸受４０６のためのガスは、入口トーラス４２２から導入されるがしかし、代わりに、ガスは、別の場所から導入可能であり、例えば、もしガスタービン用の推進ガスの温度が、高過ぎる場合には、それは、推力室の再生回路の出口から導入可能であろう。
【００４０】
この第２の実施の形態において、動圧軸受の使用は、第１の実施の形態においてと同じ利点を提供する。図２に示す従来のターボポンプ２０１におけるように、動圧軸受４０６のガスとポンプ４０３により圧送される酸化剤流体との間において非常に良好なシールを提供することは、動圧軸受のガスが通常、還元剤の豊富な燃焼ガスであるか、又は推力室の再生回路からの出口において蒸発させられる還元剤推進剤でさえあるので、この酸化剤流体ターボポンプ４０１において、それにもかかわらず重要である。このより大きなシーリング（密封）を得るために、ターボポンプ４０１は、ボールベアリング４０５と動圧軸受４０６との間において、軸４０２の周囲の動的シール４１１だけではなく、更にまた、例えばヘリウム等の、不活性流体を注入するための注入点４１２と、注入点４１２のそれぞれの側において酸化剤流体と還元剤ガスとをパージ（掃気）するためのそれぞれのパージ点４１３及び４１４と、を具備する。この様にして、流体障壁は、酸化剤流体と還元剤ガスとの間において作成される。
【００４１】
第１の実施の形態においてと同様に、ポンプ４０１はまた、ポンプのインペラ４０３ａと回転軸４０２のタービンのホイール４０４ａとにより加えられる、軸力を補償するために、動的シール４１１と第１の軸受４０５との間において、回転軸４０２に固定される、ディスク４３０を具備する。従って、ディスク４３０は、第１の軸受４０５に対面する実質的に滑らかな前面４３０ａと、半径方向のフィン４３０ｃを提供していて且つ動的シール４１１に対面する後面４３０ｂと、を提供する。このディスク４３０の外周部４３０ｄは、例えば、インペラ４０３ａの直径ｄrの７０％から１００％までの範囲にあってもよい、直径ｄdを有する。第１の実施の形態においてと同様に、ディスク４３０の厚さは、その外周部４３０ｄに向かって先細りしており、前面４３０ａと後面４３０ｂは、形状において実質的に円錐台形である。
【００４２】
ケーシング４２０は、排気管４２７に接続していて且つ第１の軸受４０５とディスク４３０の前面４３０ａとの間において開く、通路４３１を提供する。更に、ケーシング４２０はまた、ディスク４３０の前面４３０ａに対面する実質的に半径方向のフィン４４０を提供しており、そのフィンは、通路４３１を介して注入される流体がディスク４３０の前面４３０ａと共に回転することを防止するように機能する。液体酸素のより高い密度により、液体酸素を回転するように駆動することは、ディスク４３０の前面４３０ａに対するディスク４３０の外周部４３０ｄに向かって半径方向に、前面４３０ａに対して静圧の著しくより大きな増加をもたらし、それにより、軸４０２における軸力を補償することにおいて、ディスク４３０の全体的な効率を著しく低下させる。具体的には、静圧におけるこの上昇の結果として、流体は、より高い静圧においてシール４１１に到達する。残念ながら、これらのシール４１１を介する漏れ率を制限するために、特には、シール４１１から上流の流体の蒸発を促進する目的のために、この静圧を制限することは適当である。
【００４３】
動作において、圧力下の液体推進剤の流れ４０８は従って、排気管４２７から導入され、第１の軸受４０５とディスク４３０の前面４３０ａとの間において再注入される。第１の実施の形態においてと同様に、この流れ４０８の一部は、第１の軸受４０５を潤滑するように機能し、それはその後、ポンプ４０３のインペラ４０３ａの後面に形成されたブレードを具備する、バックポンプ４１５によりボリュート４２６に吐出される。流れ４０８の残りの部分は、ディスク４３０の周囲を流れる。その前面４３０ａに対して、流体は、静的なフィン４４０が流体をディスク４３０により回転において伴うことを阻害する状態で、タービン４０４に向かってかなりの量の圧力を作用させる。それにもかかわらず、後面４３０ｂにおいて、フィン４３０ｃの回転は、逆方向の流体により作用される、圧力を著しく低下させる。従って、２つの面４３０ａと４３０ｂとの間の圧力差は、タービン４０４に向かってディスク４３０を付勢し、それにより、軸４０２上のインペラ４０３ａにより作用させられる、牽引力を少なくとも部分的に補償する。ディスク４３０の周囲を通過した後に、この流体は、パージ点４１３に向かって吸引され、その近位において、その圧力は、その蒸発点より下に降下し、それにより、ポンプ４０３とタービン４０４との間のシールを強化する、ベーパーロックを生成する。
【００４４】
ディスク４３０は従って、軸４０２における軸力を補償すること、及びポンプ４０３とタービン４０４との間のシールを提供することに同時に貢献する。
【００４５】
ターボポンプ３０１及び４０１において軸力を補償するためのディスク３３０、４３０は、実質的に円錐台形である、前面３３０ａ、４３０ａと後面３３０ｂ、４３０ｂとを提供するが、しかし代わりに、これらの面の内の少なくとも一つは、直立することが可能であろう。従って、図５に示す変形例のディスク５３０において、前面５３０ａは直立しており、後面５３０ｂだけが斜面である。対照的に、図７に示す変形例のディスク６３０において、前面６３０ａは直立しており、後面６３０ｂだけが斜面である。最後に、図７に示すディスク７３０は、共に直立である、前面７３０ａと後面７３０ｂとを有するので、従って、ディスク７３０は、一定である厚さを提供する。これらのディスクの各々は、滑らかである前面と、半径方向のフィンを有する後面と、を提供しており、更にターボポンプ３０１、４０１において、ディスク３３０、４３０の代替品として使用可能である。
【００４６】
ターボポンプ３０１及び４０１は、図８に示すように、特には、ロケットエンジン８０２の推力室８０１に推進剤を供給するために使用されてもよい。それらは特に、低推力ロケットエンジンを供給するように適応される。ロケットエンジン８０２は、ターボポンプ３０１、４０１のタービン３０４、４０４が推力室８０１の周囲で再生熱交換器８０３を通過する際に蒸発された、水素により駆動される、膨張サイクルロケットエンジンである。それにもかかわらず、別の種類のロケットエンジンは、タービンがガス発生器において発生された燃焼ガスにより駆動される、ロケットエンジンを含み、その様なターボポンプにより供給されてもよい。
【００４７】
本発明は、特定の実施の形態を参照して説明されるが、様々な修正及び変更が、特許請求の範囲により定義される、本発明の一般的な範囲を逸脱することなく、それらの実施の形態に対して実施されてもよいことは明らかである。特に、本発明は、ターボポンプ、更により特別には、軸流タービンターボポンプ、を参照して説明されるが、それは、軸流タービン以外の手段により作動させられる別のタイプのポンプにも等しく適用可能である。
様々な実施の形態の特徴はまた、お互いに組み合わされてもよい。結局、説明記述及び図面は、限定的であるよりむしろ、例示的な意味であるとみなされるべきである。
【図１】
2016525646.tif 000003
【図２】
2016525646.tif 000004
【図３】
2016525646.tif 000005
【図４】
2016525646.tif 000006
【図５】
2016525646.tif 000007
【図６】
2016525646.tif 000008
【図７】
2016525646.tif 000009
【図８】
2016525646.tif 000010
【国際調査報告】
2016525646.tif 000011
2016525646.tif 000012
2016525646.tif 000013
2016525646.tif 000014
2016525646.tif 000015
2016525646.tif 000016