(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）初期圧力の流体を受ける流体入口ポートと、中心軸を画定する内部室とを有するハウジングを備え、
ｂ）また、上記ハウジングの上記内部室の中に配置されると共に、上記中心軸の回りに回転するように取り付けられた羽根車ディスクを備え、上記羽根車ディスクは、第１および第２入口領域を画定すると共に、互いに反対側に位置する上部ディスク表面と下部ディスク表面とを有し、更に、上記上部ディスク表面は、流体の圧力を増大させるために上記羽根車ディスクの回転にともなって上記入口領域から半径方向外側に流体を導くために形成され円周方向に間隔をあけている複数の溝を有し、上記円周方向に間隔をあけている複数の溝は、上記上部ディスク表面と上記下部ディスク表面の間に形成されており、
ｃ）また、上記ハウジングによって形成され、上記初期圧力と比較して一度目の上昇がなされた圧力の流体を上記第１入口領域から上記溝を経由して受けるための第１コレクタを備え、
ｄ）また、上記ハウジングによって形成され、上記一度目の上昇がなされた圧力と比較して二度目の上昇がなされた圧力の流体を上記第２入口領域から上記溝を経由して受けるための第２コレクタを備え、
ｅ）また、上記ハウジングによって形成され、上記第１コレクタから上記羽根車ディスクの上記第２入口領域まで流体を導くためのクロスオーバコンジットを備え、
ｆ）また、上記ハウジングによって形成され、上記第２コレクタから流体を導くための出口を備え、
半径方向外側に延びる螺旋状の羽根を有すると共に、上記流体入口ポートから上記羽根車ディスクの上記第１入口領域まで流体を軸方向に引き込むために上記ハウジングの中心軸の回りに回転可能に取り付けられたインデューサを更に備え、
上記第２入口領域から上記第１入口領域を分離するために上記内部室の中に上記ハウジングによって形成されると共に、上記第２入口領域と流体を通じた連絡を行う上記インデューサの底部分から上記第１入口領域と流体を通じた連絡を行う上記インデューサの先端部分を分離するためのらせんフランジを有する仕切りを更に備え、
上記クロスオーバコンジットは、上記第２入口領域に流体を導くために、上記第１コレクタから上記インデューサの一部に流体を導くようになっており、
上記インデューサの一部は、上記第２入口領域を画定するインデューサケーシングにおいて上記羽根車ディスクと隣接する部分であり、
上記羽根車ディスクは、放射状の小さいベーンと、上記小さいベーンよりも大きい放射状の大きいベーンとを有し、隣接する上記大きいベーンの間に上記溝を有し、上記溝に上記小さいベーンを有する、流体の圧力を増大させるための遠心ターボマシン。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心ターボマシンにおいて、上記ハウジングは、上記羽根車ディスクと共に、上記第１および第２コレクタの間をシールして分離するためのシーリングランドを更に画定することを特徴とする遠心ターボマシン。
【請求項３】
請求項１に記載の遠心ターボマシンにおいて、上記羽根車ディスクは、シュラウド付きタイプ、シュラウド付きではないタイプそしてオープンタイプのもので構成される羽根車の中から選択されることを特徴とする遠心ターボマシン。
【請求項４】
請求項１に記載の遠心ターボマシンにおいて、上記円周方向に間隔をあけている複数の溝は、上記第１入口領域と上記第１コレクタの間および上記第２入口領域と上第２コレクタの間の流体による連絡を容易にするように適合され形づくられることを特徴とする遠心ターボマシン。
【請求項５】
請求項１に記載の遠心ターボマシンにおいて、上記仕切りは第３入口領域を画定し、上記出口は流体を上記第２コレクタから上記第３入口領域まで導き、上記ハウジングは、上記第３入口領域から上記羽根車を通過した流体を受けるための上記羽根車の外側の第３コレクタと、上記第３コレクタから流体を導くために上記ハウジングによって形成された第２出口とを画定することを特徴とする遠心ターボマシン。
【請求項６】
請求項１に記載の遠心ターボマシンにおいて、上記遠心ポンプが上記一度目の上昇がなされた圧力の流体および上記二度目の上昇がなされた圧力の流体を供給することを可能にするために、上記第１コレクタから流体を導くための第１上昇圧力出口を更に備えることを特徴とする遠心ターボマシン。
【請求項７】
請求項１に記載の遠心ターボマシンにおいて、上記第１コレクタと上記第２コレクタは、上記ハウジングの中心軸に対して互いに直径方向反対側にあることを特徴とする遠心ターボマシン。
【請求項８】
請求項１に記載の遠心ターボマシンにおいて、上記円周方向に間隔をあけている複数の溝は、上記羽根車の外径に隣接したところで二又に分かれていることを特徴とする遠心ターボマシン。
【請求項９】
請求項１に記載の遠心ターボマシンにおいて、上記羽根車は、上記円周方向に間隔をあけている複数の溝の少なくとも７０％が上記第１および第２入口領域と流体を通じた連絡を行うような方法で形づくられることを特徴とする遠心ターボマシン。
【請求項１０】
ａ）初期圧力の流体を受ける流体入口と、中心軸を画定する内部室とを有するハウジングを備え、
ｂ）また、上記ハウジングの上記内部室の中に配置されると共に、上記中心軸の回りに回転するように取り付けられた羽根車ディスクを備え、上記羽根車ディスクはシールされることにより分離された第１および第２入口領域を画定すると共に、互いに反対側に位置する上部ディスク表面と下部ディスク表面とを有し、更に、上記上部ディスク表面は、流体の圧力を増大させるために上記羽根車ディスクの回転にともなって上記入口領域から半径方向外側に流体を導くために形成され円周方向に間隔をあけている複数の溝を有し、上記円周方向に間隔をあけている複数の溝は、放射状の小さいベーンを各溝内に形成した状態で、上記上部ディスク表面と上記下部ディスク表面の中間に在り、
ｃ）また、上記ハウジングによって形成され、上記初期圧力と比較して一度目の上昇がなされた圧力の流体を上記第１入口領域から上記溝を経由して受けるための第１コレクタを備え、
ｄ）また、上記ハウジングによって形成され、上記一度目の上昇がなされた圧力と比較して二度目の上昇がなされた圧力の流体を上記第２入口領域から上記溝を経由して受けるための第２コレクタを備え、上記第２コレクタは上記第１コレクタからシールを行った状態で分離されており、
ｅ）また、上記ハウジングによって形成され、上記第１コレクタから上記羽根車ディスクの上記第２入口領域まで流体を導くためのクロスオーバコンジットを備え、
ｆ）また、上記ハウジングによって形成され、上記第２コレクタから流体を導くための出口を備え、
上記第１コレクタおよび上記第２コレクタは、上記ハウジングと上記羽根部ディスクの間に形成された少なくとも一つのシーリングランドによって分離され、上記シーリングランド、上記複数の溝および上記ベーンは、間隔をおいて配置された溝の二以上を同時にシールするための寸法であり、
上記羽根車ディスクは、上記小さいベーンと、上記小さいベーンよりも大きい放射状の大きいベーンとを有し、隣接する上記大きいベーンの間に上記溝を有し、上記溝に上記小さいベーンを有する、エンジンのための遠心ポンプ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の遠心ポンプにおいて、上記第１および第２コレクタは、上記ハウジングによって画定されたシーリングランドによってシールを行った状態で分離されていることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の遠心ポンプにおいて、上記円周方向に間隔をあけている複数の溝は、上記第１入口領域と上記第１コレクタの間および上記第２入口領域と上第２コレクタの間の流体による連絡を容易にするように適合されて形づくられることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の遠心ポンプにおいて、上記流体入口から上記羽根車ディスクの上記第１入口領域まで流体を軸方向に引き込むために上記ハウジングの中心軸の回りに回転可能に取り付けられたインデューサを更に備えることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項１４】
請求項１０に記載の遠心ポンプにおいて、上記第２入口領域から上記第１入口領域をシールして分離するために、上記羽根車の内径の内部に上記ハウジングによって形成された仕切りを備えることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の遠心ポンプにおいて、上記仕切りは、流体を上記第１入口領域に導くと共に、上記第２入口領域から上記第１入口領域を分離するフランジを更に備えることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項１６】
ａ）初期圧力の流体を受ける流体入口ポートと、中心軸を画定する内部室とを有するハウジングを備え、
ｂ）また、上記ハウジングの上記内部室の中に配置されると共に、上記中心軸の回りに回転するように取り付けられた羽根車ディスクを備え、上記羽根車ディスクは第１および第２入口領域を画定し、更に、流体の圧力を増大させるために上記羽根車ディスクの回転にともなって半径方向外側に流体を導くために上記入口領域から延びている、円周方向に間隔をあけている複数の溝を有しており、
ｃ）また、上記ハウジングの上記内部室の中に配置されると共に、流体を軸方向に引き込むために上記中心軸の回りに回転するように取り付けられたインデューサを備え、上記インデューサは、上記第１入口領域と流体を通じた連絡をする先端部分と上記第２入口領域と流体を通じた連絡をする底部分とを有しており、
ｄ）また、上記ハウジングによって形成され、上記初期圧力と比較して一度目の上昇がなされた圧力の流体を上記第１入口領域から上記溝を経由して受けるための第１コレクタを備え、
ｅ）また、上記ハウジングによって形成され、上記一度目の上昇がなされた圧力と比較して二度目の上昇がなされた圧力の流体を上記第２入口領域から上記溝を経由して受けるための第２コレクタを備え、
ｆ）また、上記第２入口領域から上記第１入口領域を分離するために、上記ハウジングの上記内部室の中に仕切りを備え、上記仕切りは、上記インデューサの上記底部分から上記インデューサの上記先端部分を分離するための螺旋フランジを有しており、
ｇ）また、上記ハウジングによって形成され、上記第１コレクタから上記羽根車ディスクの上記第２入口領域まで流体を導くためのクロスオーバコンジットを備え、
ｈ）また、上記ハウジングによって形成され、上記第２コレクタから流体を導くための出口を備え、
上記第２入口領域から上記第１入口領域を分離するために上記内部室の中に上記ハウジングによって形成されると共に、上記第２入口領域と流体を通じた連絡を行う上記インデューサの底部分から上記第１入口領域と流体を通じた連絡を行う上記インデューサの先端部分を分離するためのらせんフランジを有する仕切りを更に備え、
上記羽根車ディスクは、放射状の小さいベーンと、上記小さいベーンよりも大きい放射状の大きいベーンとを有し、隣接する上記大きいベーンの間に上記溝を有し、上記溝に上記小さいベーンを有する、ことを特徴とするガスタービンエンジンのための遠心ポンプ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の遠心ポンプにおいて、上記ハウジングは、上記羽根車ディスクと共に、上記第１および第２コレクタの間をシールして分離するためのシーリングランドを更に画定することを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項１８】
請求項１６に記載の遠心ポンプにおいて、上記円周方向に間隔をあけている複数の溝は、上記第１入口領域と上記第１コレクタの間および上記第２入口領域と上第２コレクタの間の流体による連絡を容易にするように適合されられ形づくられることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項１９】
請求項１６に記載の遠心ポンプにおいて、上記一度目の上昇がなされた圧力の流体を供給するために、上記第１コレクタ領域と流体を通じて連絡する第２の出口を更に備えることを特徴とする遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この開示は遠心ポンプに関し、特に、ガスタービンエンジンのために燃料メータリングユニットと連結して使用する低速遠心ポンプに関する。
【０００２】
【開示の背景】
ポンプは広く使用され、技術も良く知られている。それらは、石油精製プラントや燃焼エンジンのような様々な応用で利用されている。使用するとき、ポンプは、流出量と圧力のうちの少なくとも一方が増大している流体を必要とする装置に相応な供給をするためにシステムにおいて流体の流出量と圧力のうちの少なくとも一方を増大する。
【０００３】
この開示はブーストポンプを含んでいる。「ブースタ」という用語は、様々な応用を記述するのに使われる。「ブースタステージ」は、一次ポンプの入口における有効吸込ヘッド（以下「ＮＰＳＨ」）を更に増加させるための一次ポンプの入口上の分離した第２のポンプを意味するかもしれない。従来、人は、小さなガスタービンエンジンの燃料メータリングユニットの「ブースタステージ」として低速遠心ポンプを使用してきた。そのような遠心ポンプは、典型的には低速（例えば、６０００−１２０００回転/分)であり容積流量は小さくなるが、ブーストステージは相対的に高圧（例えば、２００psid）を生じなければならない。「ブースタ」は、ＮＰＳＨを向上させるために一次ポンプの一部分として組み込まれたインデューサのような吸引装置としてまた言及されるかもしれない。更に、排出圧力を増大させるために一次ポンプの下流に連続させられている二次ポンプや第２羽根車もまた「ブースタ」と呼ばれる。
【０００４】
幾つかのシステムは、より効率的かつより費用有効性が高い状態で経路に存在する流体にエネルギーを与えるように発展してきた。例えば、ストリッカー（Stricker）等による米国特許５,７７９,４４０は羽根車の上流にジェットシート（jet sheets）を形成するための手段を開示している。この装置は、流体を戻して羽根車を通過させ再循環させるための羽根車シュラウドを取り囲む再循環室を備えている。ポンプが同じ流体を移動させる連続した複式羽根車を有するポンプ、例えば、多段ポンプであることもありふれたことである。多段ポンプは、流体の流出量と圧力をいっそう増大する。ミューレイ（Murray）等による米国特許５,５９９,１６４は、第１羽根車とブースタ羽根車を有する多段遠心ポンプの組み立て品を開示しており、この中で第２羽根車の入口は第１羽根車の出口と連絡している。
【０００５】
有益性はあるけれども、先行技術には短所が存在する。例えば、複式羽根車は、コストを増大させ、複雑であり、付加的な運転機構の馬力を必要とする。付加的な複雑性は、メンテナンスのコストを増大させ、所有するのに高いコストが必要になる。先行技術のポンプは効率が悪い。ポンプ効率は、ドライブシャフトに加えられた馬力に対する液体馬力に基づくポンプ出力である。シールロスおよびウインデージロスは効率性を減じる。シールロスは、高圧領域から低圧領域への液体の漏れである。羽根車の摩擦に起因する効率の低下であるウインデージは、多くのポンプにとって大きな割合を占めているロスである。特に、要求された性能を達成させるために必要である羽根車の相対的に大きな直径の羽根や相対的に狭い幅の羽根は効率性を減少させるウインデージを増大させる。加えて、流体を流体の中に注入する時、流体の温度上昇が起こる。ほとんどの場合、そのような温度上昇は望ましくないものである。
【０００６】
上記欠点から、コンパクトで軽量で経済的で信頼性が高く効率性も向上させられ、更にポンプよって注入された流体の温度を上昇させることもない低速遠心ポンプの必要性が存在することになる。
【０００７】
【発明の概要】
この発明は、ガスタービンエンジンのための遠心ポンプを供給し、上記ポンプは、初期の圧力を有する流体を受け入れる入口ポートと中心軸を画定する内部室とを持つハウジングを備えている。羽根車ディスクは、ハウジングの内部室の中に配置されると共に、中心軸の回りに回転するように取り付けられている。羽根車ディスクは、第１および第２入口領域を画定すると共にそこに形成された円周方向に間隔をあけている複数の溝を備えており、上記溝は流体の圧力を増大させるために羽根車ディスクの回転によって流体を入口領域から半径の外側方向に導くために入口領域から伸びている。第１コレクタは初期の圧力と比べて一度目の上昇がなされた圧力を有する流体を第１入口領域から溝経由で受け取るためにハウジングによって形成されており、第２コレクタは、上記一度目の上昇がなされた圧力と比べて二度目の上昇がなされた圧力を有する流体を第２入口領域から溝経由で受け取るためにハウジングによって形成されている。クロスオーバコンジットは第１コレクタから羽根車ディスクの第２入口領域まで流体を導くためにハウジングによって形成されており、出口は第２コレクタから流体を導くためにハウジングによって形成されている。
【０００８】
円周方向に間隔をあけている複数の溝は、羽根車の外径に隣接したところで分岐していることが好ましく、円周方向に間隔をあけている複数の溝の少なくとも７０％が、第１および第２入口領域と流体を通じた連絡を行うような方法で羽根車が形づくられることが好ましい。更に、他の実施形態では、第１および第２コレクタはハウジングの中心軸に対して直径方向に互いから向かい合っている。
【０００９】
他の実施形態では、ハウジングは、羽根車ディスクと共に、第１および第２コレクタをシールして分離するためのシーリングランドを更に画定する。他の実施形態では、羽根車ディスクは、覆われている（shrouded）かもしれず、覆われていない（unshrouded）かもしれず、オープンであるかもしれない。円周方向に間隔をあけている複数の溝は、第１入口領域と第１コレクタ領域の間および第２入口領域と第２コレクタ領域の間の流体による連絡を促進するように適合され形づくられることが好ましい。
【００１０】
また、この発明の他の実施形態では、半径方向の外側に延びるらせんの羽根を有すると共に、流体の入口ポートから羽根車ディスクの第１入口領域まで流体を軸方向に引き込むためにハウジングの中心軸に回転可能に取り付けられたインデューサを有する装置を備えている。
【００１１】
また、この発明の他の実施形態は、第２入口領域から第１入口領域を分離するために内部室の中に仕切りを有するハウジングを備えている。好ましくは、上記仕切りは第３入口領域を画定し、出口は第２コレクタから第３入口領域まで流体を導き、ハウジングは第３入口領域から羽根車を通過した流体を受け取るために羽根車の外側に第３コレクタを画定し、また、ハウジングによって形成されている第３コレクタから流体を導くための第２出口を画定している。遠心ポンプが一度目の上昇がなされた圧力および二度目の上昇がなされた圧力の流体を供給することを可能にするために、一度目の上昇がなされた圧力の出口が第１コレクタから流体を導くために備えられるかもしれないということを心にとめておく必要がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明は、流体の圧力を増加させる改良されたブーストポンプに関係する。このシステムと方法が、大きなガスタービンエンジンと一緒の「ブーストステージ」として使用する低速遠心ポンプのような様々な応用に利用されるかもしれないという事は、当該分野に精通した人には容易に理解されるだろうが、このシステムは、主に小さなガスタービンエンジンと一緒に使用する燃料メータリングユニットに流体を供給するために適用される。
【００１３】
この発明は、ポンプに関係した先行技術の様々な問題を改善している。ここで開示されるシステムの長所と特徴は、この発明の具体例を述べていて同じ参照番号が同じ構成要素を示している図を含んだ実施形態の詳細な記述によって、当該技術に知識を有する人にはいっそう理解しやすいものになるだろうと思われる。
【００１４】
図１と図２を参照すると、さしえをたすけるために表層部を切り取って、内部を見せているハウジングを有する低速遠心ポンプ１０が示されている。遠心ポンプ１０は、メインポンプ、例えば、図示しないガスタービンエンジンの燃料メータリングシステムの「ブーストステージ」の初期の流体圧力を高くする二次ポンプとして使用されることが意図されている。遠心ポンプ１０は、ディスク状の羽根車１６を取り囲むように配置されている羽根車ケーシング１４を有する一般的な円柱ハウジング１２と、インデューサ２０を取り囲む略煙突状の形状を有するインデューサケーシング１８とを備えている。インデューサ２０と羽根車１６は、ドライブシャッフト５２と共通な軸上における矢印７０の方向への回転のために取り付けられている。好ましい実施形態では、インデューサ２０と羽根車１６が回転した時、流体がポンプ１０に引きずり込まれ、流体の圧力は１００（psid）から２００（psid）の間の圧力まで上昇する。ドライブシャフト５２は、ドライブシャフト５２にトルクを供給する図示しないドライブモータと結び付けられるために、ハウジング１２の穴を通じて延びている。ドライブシャフト５２は、典型的には低速（例えば、６０００（回数/分）から１２０００（回数/分）の範囲）で回転する。
【００１５】
図１と図２を参照し続けると、羽根車ケーシング１４は、第１および第２コレクタ領域３０,３２の夫々を画定している。第１および第２コレクタ領域３０,３２は、羽根車１６の外径の外側に広がっている。好ましい実施形態では、第１および第２コレクタ領域３０,３２は、異なった様式で配置されるかもしれないが、第１および第２コレクタ領域３０,３２は直径方向の正反対に位置している。インデューサケーシング１８は、羽根車ケーシング１４から延び、ポンプ入口４０と先端３８を形成している。動作中、流体は、ポンプ入口４０を介してポンプ１０に入る。ポンプ入口４０に隣接するところには、インデューサ２０は、半径方向に外側に広がる羽根５４を有している。ドライブシャフト５２が回転する時、インデューサ２０は、ポンプ１０のＮＰＳＨの必要性を減じ、充分な圧力の流体を羽根車１６に充填する。この発明の他の実施形態では、ポンプはインデューサを含まない。それゆえ、入り込む流体は、それ自身の圧力によって羽根車１６の方へ導かれる。
【００１６】
図１と図２を参照し続けると、シーリングランド４２は、インデューサケーシング１８と運転中に結び付けられる。シーリングランド４２は、インデューサケーシング１８の内部を先端３８と隣接する第１部分４４と、羽根車１６と隣接する第２部分４６とに分離するためにインデューサ２０を取り囲んでいるしっかり据えられたらせん形のフランジ４３を有している。しっかり据えられたらせん形のフランジ４３は、ポンプ入口４０から第１入口領域２２まで流体を導く。シーリングランド４２は、第１および第２入口領域２２,２４を画定するために羽根車１６の内径５６の内側に配置されているショルダ（shoulder）２６,２８を有している。ショルダ２６,２８の半径方向の外側に面した位置は、羽根車１６の内径５６と非接触のシールを形成している。同様に、ショルダ２６,２８の半径方向の内側に面した位置は、インデューサ２０と非接触のシールを形成している。結果として、ショルダ２６,２８は、第１および第２入口領域２２,２４を仕切り、その結果、それらの間の実質的な漏れが回避される。
【００１７】
ハウジング１２は、第１コレクタ領域３０とインデューサケーシング１８の第２部分４６との間で流体による連絡を提供するクロスオーバコンジット４８を有している。クロスオーバコンジット４８は、第１コレクタ領域３０から第２入口領域２４まで矢印７２の方向に流体が通過することを可能にする。しっかり据えられたらせん形のフランジ４３とショルダ２６,２８は、クロスオーバコンジット４８から出てきた流体が第１入口領域２２の中に漏れることを回避するために互いに結合している。ポンプ出口コンジット５０は、羽根車ケーシング１４の第２コレクタ領域３２から外へ流体を導く。
【００１８】
図３を参照すると、羽根車１６は、大きな複数の放射状のベーン６０（ａ）−（ｎ）と小さな放射状のベーン６１（ａ）−（ｎ）を有している。大きな放射状のベーン６０（ａ）−（ｎ）と小さな放射状のベーン６１（ａ）−（ｎ）は、複数のそれらと一致した二又に分かれる流れ溝６４（ａ）−６４（ｎ）を画定している。簡略化のために、大きな複数の放射状のベーン６０（ａ）−（ｎ）、小さな放射状のベーン６１（ａ）−（ｎ）および二又に分かれる流れ溝６４（ａ）−６４（ｎ）には一部のみに番号をうっている。変数「ｎ」は、説明のために使われており、羽根車１６で現れるベーンや溝の数に制限が設けられるべきでないという事を意味している。インデューサ２０と向い合う側では、羽根車１６は、一様であって、それによって覆われていない（unshrouded）ものとして知られる種類の羽根車に属することになる。他の実施形態では、羽根車は、ディスクが複数のベーンを背負うように取り付けた一つの一様なディスクから成る。しかしながら、ディスクがない羽根車（例えば、オープン羽根車）や、両側にディスクを有している羽根車（例えば、シュラウド羽根車）や、両側に溝と一緒のディスクを有する羽根車（例えば、垂直ステージ）を備えることができるということもこころにいだいておく必要がある。これらと異なったタイプの羽根車は、図で示されたような薄溝（シン−チャネル）であるかもしれないし、これとは異なったありふれたベーン羽根車であるかもしれない。
【００１９】
続けて図３を参照すると、羽根車１６の溝６４（ａ）−（ｎ）は、第１入口領域２２と羽根車ケーシング１４の第１コレクタ領域３０の間および第２入口領域２４と第２コレクタ領域３２の間を流体で連絡できるように備えられている。複数の大きな放射状のベーン６０（ａ）−（ｎ）と複数の小さな放射状のベーン６１（ａ）−（ｎ）は、羽根車１６がシャフト５２と同期して回転できるように調整されて形づくられ、各溝６４（ａ）−（ｎ）の内側端が、第１入口領域２２と流体を通じて連絡していれば、内側端が第１入口領域２２と流体を通じた連絡がある溝６４（ａ）−（ｎ）部分の外側端は、第１出口領域３０と流体を通じて連絡している。同様に、各々の溝６４（ａ）−（ｎ）の内側端が、第２入口領域２４と流体を通じて連絡していれば、その部分の外側端は第２出口領域３２と流体を通じて連絡している。溝６４（ａ）−（ｎ）の少なくとも７０％が常時入口領域と流体を通じた連絡をすることが好ましい。第１および第２コレクタ領域３０,３２は内側でシーリングランド３４,３６と面することによって分離され、流体がその間で漏れることを回避している。そして、羽根車１６の外径は、羽根車ケーシング１４のシーリングランド３４,３６と非接触なシールを形成する。
【００２０】
図４を参照すると、この開示に従って形成された、組み立てられた低速遠心ポンプ１０の全容が示されている。この開示の範囲内であれば、ハウジング１２、羽根車１６およびインデューサ２０は一体形成されてもよいことをこころにいだいておく必要がある。代わりに、煙突状の形状をしたインデューサケーシング１８は、円板状の形状をした部分１４とネジを使って噛み合わせられてもよいし、クロスオーバコンジット４８はインデューサケーシング１８に圧入されてもよい。更に、ディスクの形状をした部分１４は、ネジを使って噛み合わすか、あるいは、圧入の手段によって構成部材から構成されるかもしれない。同様に、シールしながら流体の供給をするつば３８は、ネジや圧入によってインデューサケーシング１８にくっつけられてもよい。この発明の精神や範疇から逸脱することなしに、様々な構造や様々な方法をハウジング１２の形成に使用することができるということは、当該技術に精通した人々には容易に理解されるだろう。
【００２１】
動作中、トルクは図示しないドライブモータによってポンプ１０のドライブシャフト５２に供給される。ドライブシャフト５２は共通軸にあるインデューサ２０と羽根車１６を回転させる。流体、例えば、液体燃料は、ポンプ入口４０を通じて導入され、インデューサ２０によって軸に沿って内部の方へインデューサケーシング１８の第１部分４４の方に注ぎ込まれる。インデューサ２０およびらせんフランジ４３は、唯一の出口経路が回転羽根車１６の溝６４（ａ）−（ｎ）である第１入口領域２２の中に第１部分４４を経由して流体を導入する。溝６４（ａ）−（ｎ）に入ると、流体は、第１入口領域２２から半径方向の外側に導かれ、羽根車ケーシング１４の第１コレクタ領域３０内にたくわえられる。半径方向の外側に流体を導くことによって、流体の圧力が増大する。第１コレクタ３０の領域内では、流体の圧力は、遠心ポンプ１０によって加圧される全加圧圧力の略５０％の加圧圧力が加圧された圧力になっている。
【００２２】
クロスオーバコンジット４８は、一段階加圧された流体の流れを拡散し、第２入口領域２４に割り当てられるインデューサケーシング１８の第２部分４６に第１コレクタ領域３０から流体を導く。第２入口領域２４から、流体の圧力を更に増加させるために、流体は回転している羽根車１６の溝６４（ａ）−（ｎ）を通じて半径方向の外側の方へ向けられる。ここで、流体は第２入口領域２４から第２コレクタ領域３２まで通過する。流体が第２出口領域３２に到達したとき、遠心ポンプ１０は、要求されるレベルまで流体の圧力を増大している。そこから、ポンプ出口コンジット５０は、メインポンプやガスタービンエンジンの燃料メータリング手段のような流体経路の先にある他の装置まで第２コレクタ領域３２から十分に加圧された流体を導く。
【００２３】
理論は、この開示の遠心ポンプ１０によれば、同様な圧力を生じる場合、現存している排出ポンプの羽根車の直径よりもこの開示によって開示された羽根車１６の直径を約３０％小さくすることができることを指し示している。それで、ウインデージロスは十分に減じられる。ポンプ１０は、同様な圧力を生じる排出ポンプに注入された流体の温度上昇と比べ上記ポンプ１０に注入された流体の温度上昇を半分に抑えながら、同様な圧力を生じる排出ポンプの総合効率の略２倍の総合効率を達成する。
【００２４】
他の実施形態では、低速遠心ポンプは、１つ以上のクロスオーバコンジットを備えるかもしれない。この開示に従ったポンプは、一致した数の入口領域とコレクタ領域と一緒に、複数のクロスオーバコンジットと１つの羽根車ケーシングとを有することができるということを心にいだいておく必要がある。使用されたクロスオーバコンジットの総数は、当該分野に精通した人にはよく知られているように、幾何学的な制約と個々のポンプのデザインのみによって制限される。
【００２５】
例えば、図５を参照すると、２つのクロスオーバコンジットを有するこの発明に従ったポンプ１１０が図解されている。羽根車１１６の溝１６４（ａ）−（ｎ）は、第１入口領域１２２と羽根車ケーシング１１６の第１コレクタ領域１３０の間、第２入口領域１２４と第２コレクタ領域１３２の間および第３の入口領域１２６と第３コレクタ領域１３４の間の流体による連絡を供給している。特に、複数の大きな放射状のベーン１６０（ａ）−（ｎ）と複数の小さな放射状のベーン１６１（ａ）−（ｎ）は、羽根車１１６が回転するように配置されて形づくられ、溝１６４（ａ）−（ｎ）の内側端が、第１入口領域１２２と流体を通じて連絡していれば、内側端が第１入口領域１２２と流体を通じて連絡している溝１６４（ａ）−（ｎ）部分の外側端は、第１の出口領域１３０と流体を通じて連絡する。同様に、溝１６４（ａ）−（ｎ）の各内側端が、第２入口領域１２４と流体を通じて連絡している時、その部分の外側端は、第２の出口領域１３２と流体を通じて連絡する。更に、溝１６４（ａ）−（ｎ）の各内側端が第３の入口領域１２６と流体を通じて連絡している時、その部分の外側端は、第３の出口領域１３４と流体を通じて連絡する。第１,第２および第3コレクタ領域１３０,１３２および１３４は、内側でシーリングランド１３７,１３８および１３８と面していて分離されており、その結果、これらの間の流体の漏れが回避されている。特に、羽根車１１６の外径は、羽根車ケーシング１１４のシーリングランド１３７,１３８および１３９と非接触なシールを形成している。クロスオーバコンジット１４８は第１コレクタ領域１３０から羽根車ケーシング１１４の第２入口領域１２４まで流体を導く。同様に、クロスオーバコンジット１４９は第２コレクタ領域１３２から羽根車ケーシング１１４の第３入口領域１２６まで流体を導く。外側コンジット１５０は、第３コレクタ領域１３４から十分加圧された流体を送り出す。
【００２６】
更に、他の実施形態では、この開示に従ったポンプは垂直ステージ羽根車を備えるかもしれず、ここの中で、出口コンジットは羽根車の反対側にある入口領域に流体を注ぎ、流体は更なる加圧を得るために再び羽根車を通過することになる。垂直ステージ羽根車のディスクは、羽根車の先端部と底部がシールされることによって分離している。加えて、反対側は、流体を非常に高く加圧するために、複数の入口領域やコレクタから流体を注ぎ、かつ、複数の入口領域やコレクタに流体を注ぐ付加的なコンジットを備えるかもしれない。
【００２７】
更に、他の実施形態では、この開示に従ったポンプは、インデューサやインデューサケーシングを有さないかもしれない。そのような実施形態では、ポンプ入口は直接第１入口領域につながり、クロスオーバコンジットは直接第２入口領域につながることになる。加えて、この開示に従ったポンプは、第１コレクタ領域と流体を通じた連絡がある出口コンジットを備えるかもしれない。このとき、結果として、ポンプは、異なった圧力を有する２つの流体の流れを供給することになる。
【００２８】
当該技術に精通した人は、この開示をメインポンプにおける使用に応用することができるだろうけど、この開示はブースタステージに関係する。そして、当該技術に精通した人は、この開示をコンプレッサに応用することができることも更に容易に理解することができるだろう。そのようなコンプレッサは、タービンや自動車のエアコンディショナや冷凍装置等に適用されてもよい。
【００２９】
この開示の低速遠心ポンプは、好ましい実施形態と関連づけて記述されたけれども、それは具体例として意図されたものであって限定したものではなく、添えられたクレームに示された発明の精神や範疇をたがえることなしに、様々な修正、変形および代用がこの開示に基づいて行われるかもしれないということは、当該技術に精通した人には容易に理解することができると思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の好ましい実施形態に一致して形成された低速遠心ポンプの図であり、そこにあるインデューサと羽根車を示すためにポンプの表層部を切り取って内部を見せているハウジングを有している低速遠心ポンプの図である。
【図２】  図１に示した低速遠心ポンプの図１と異なる図であり、シーリングランディングを示すためにポンプの表層部を切り取って内部を見せているハウジングを有している低速遠心ポンプの図である。
【図３】  図１の低速遠心ポンプの断面図である。
【図４】  図１に示した低速遠心ポンプの図１と異なる図であり、完全に組み立てられたポンプの全容を示している。
【図５】  この発明の好ましい実施形態に従って形成された複式クロスオーバコンジットポンプの図である。
【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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