JPH0681835A - 流体圧力の作用を受ける可撓膜によって自動後退軸方向衝合機構を有する回転機 - Google Patents

流体圧力の作用を受ける可撓膜によって自動後退軸方向衝合機構を有する回転機

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JPH0681835A
JPH0681835A JP3286809A JP28680991A JPH0681835A JP H0681835 A JPH0681835 A JP H0681835A JP 3286809 A JP3286809 A JP 3286809A JP 28680991 A JP28680991 A JP 28680991A JP H0681835 A JPH0681835 A JP H0681835A
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abutment
axial
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fluid
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JP3286809A
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Claude Mechin
メシン クロード
Luc Chatenet
シャテネ リュク
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Original Assignee
Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は流体回路の回転機において、その軸
方向衝合機構の動作時間と駆動速度とを最小限に低減
し、その寿命を延ばすと共に、軸方向推力を広い値の範
囲に軸方向推力を補償する回転機を提供することを目的
とする。 【構成】 この回転機はその回転軸（１０）とケース
（２１）との間に自動後退軸方向衝合機構（４０）が取
付けられている。この衝合機構は回転できないようにさ
れた変位自在衝合部（５）と、軸受（９）を介して上記
変位自在衝合部（５）に取付けられていて、この衝合部
（５）へ軸方向の力を伝達するのに適した回転衝合部
（６）と、上記変位自在衝合部（５）をケース（２１）
に接続してその衝合部（５）を回転軸（１０）の軸線に
沿って若干直進移動させることができる極めて剛性の高
い可撓部材（７）と、回転軸（１０）から回転衝合部
（６）へ推力を伝達する軸方向推力伝達部材（８）とを
有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ラジアル軸受を介して
ケース内のフレームに取付けられた回転軸を備えてお
り、この回転軸は起動と停止の過渡段階において所定方
向に軸方向推力を出すものであり、特定部位における最
大速度の流体の圧力ＰR が、過渡的起動段階の終りある
いは過渡的停止段階の開始前において軸方向推力が消え
る時の圧力値ＰL より大きい、流体給送回転機に関す
る。
【０００２】従って本発明は、遠心ポンプ等の駆動機あ
るいは従動機すなわちトルク発生回転機のいずれを問わ
ず、流体回路に使用する回転機に関するものである。
【０００３】動作時に、軸方向推力を出す回転機もあ
る。この推力は通常は、球状衝合部材あるいは、深い溝
を有する玉軸受等の受動衝合部材によって吸収されるも
のである。極めて高い性能の回転機、特に極めて高い出
力／単位質量で、すなわち、高速、高圧で動作する回転
機、が必要な場合、これらの軸方向推力は能動的な軸方
向の均衡が必要になるほど大きくなる。この均衡を得る
ためには、遠心ポンプに均衡板あるいは均衡ポンプ等を
設ける。
【０００４】しかしながら、かかる装置が有効なのは、
これらに関連する速度や圧力が公称速度の所定の何分の
１かを越える場合に限られる。起動、停止の際には軸方
向の均衡をもたらす系統を加えて設置することが必要と
なる。
【０００５】その他の軸方向推力発生回転機もあるが、
これらは構造的には、公称速度および圧力においては軸
方向推力を出さないようになっている。しかしながら、
これらの回転機は、起動、停止の際にそのような軸方向
推力を出し、そのためにそうした起動、停止の際に軸方
向均衡をもたらす機構の追加して設置することを必要と
することもある。
【０００６】また、かかる回転機の効率はロータの担持
する各種構成部分に対して設けた軸方向動作間隙に、ま
た従って、ロータの軸方向の遊びに依るところが大き
く、これ故その遊びは特に宇宙用途においては最小限に
縮減する必要がある。
【０００７】
【従来の技術】回転機においては、回転軸を一定の軸方
向位置に高精度に保持しながら推力と逆推力とを正確に
合致させようとしてサーボ制御される軸方向磁気式衝合
がすでに実現されている。しかしながら、かかるサーボ
制御式軸方向磁気衝合を実現するためには、その衝合部
分および力源の双方ともその質量、体積が相当なものに
なってしまい、この結果、そうした軸方向衝合機構は限
られた種類の回転機にしか応用できない。
【０００８】また、ケースや回転軸に対して取付けら
れ、例えば、深い溝を有する玉軸受から構成された軸方
向衝合も公知である。しかし、このような軸方向衝合は
宇宙産業分野において要求とされる、極めて高速の回転
や極めて高い効率を得るには不適当である。
【０００９】スペースシャトルのメインエンジン（ＳＳ
ＭＥ）のために設計された高圧ターボポンプでは、プラ
ットとホイットニー（Pratt & Whitney)は起動、停止時
にのみ動作する単独給水される静水衝合機構を実現する
ことを提案している。しかし、この機構には、ポンプの
軸方向間隙に作用して、衝合部の静水圧力を回転軸の軸
方向位置へかなり複雑な方法でサーボ制御しなければな
らないという短所がある。更に、いずれにしても回転機
に対しては外部の構成部分が必要となる。
【００１０】同じく、高圧ターボポンプに関連して、ロ
ックウエル・インターナショナル・コーポレーション
（Rockwell International Corporation) は起動、停止
時に軸方向推力を吸収する球状衝合を使用することを提
案している。かかる方式においては、軸方向均衡は速度
が公称速度の所定の何分の１かを越えた時に作動する。
その衝合の２つの軌道が相離れて、ボールがその２つの
軌道どうしの間に「浮遊状態」になる。
【００１１】この機構は、簡単であるにも拘らず、回転
軸の２つの軸方向位置と両立する軸方向間隙を必要とす
るという欠点がある。これらの間隙は特に玉軸受、シー
ルリングおよび、遠心ポンプであれば羽根車にも適用さ
れる。従って、この機構は高い効率が要求される場合に
は高い設計寸法精度と極めて高い製作精度とがともに成
立していなければならない。
【００１２】このような、回転機の作用流体の作用下で
後退するボールを有する軸方向衝合機構はすでにロック
ウエル・インターナショナル・コーポレーションによっ
て設計され、文献ＵＳ−Ａ−４ ８６５ ５２９に開示
されているので、これについては図１４に関連して以下
に簡略に説明するに留める。
【００１３】図１４はポンプを構成する前部２１２と、
タービンを構成する後部２１４とからなるターボポンプ
２１０を示す。このターボポンプには中心軸２２２が貫
通設置されており、またその前後の端部にボール２６
２，２８２をそれぞれ有する軸方向衝合機構２２０，２
８４と協働している。これらの軸方向衝合機構は停止、
起動時に作動して推力を伝達するとともに中心軸２２２
を支持するが、通常の動作時には、中心軸を支持するの
はラジアル流体軸受２２８，２７２である。軸方向衝合
機構２２０，２８４はそれぞれ、ばね座金形のばね２６
４，２１２によって偏位させられる球状支持片２５６，
２０６を軸方向に受容し、また、球体２６２，２８２を
それぞれ受容する半球状支承面２５８，２０８を有する
固定片２５０，２９４からなり、上記ボール２６２，２
８２は中心軸が起動あるいは停止する間、回転軸の端部
に形成された別の半球状支承面２４８，２９６と接触す
る。公称条件では、球状支持片２５６，２０６は、ばね
２６４，２１２の作用に抗して軸方向に若干変位させら
れ、これによってボール２６２，２８２は後退させら
れ、これで、軸２２２の端部に形成された半球状支承面
２４８，２９６から離される。球状支持片２５６，２０
６は、回転軸２２２を前部軸方向衝合部のボール２０２
から離れさせる均衡ピストン２８１の路溝２４４，２８
０経由で軸２２２の内部に加えられた流体と、程度はか
なり小さいが、後端部に位置する球状支持片２０６へ加
えられる膨張過程のピストンの圧力との総合作用の下で
後退する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】このような、流体の圧
力の駆動によって後退自在である従来技術の軸方向衝合
機構において、ボール２６２，２８２によって構成され
た推力伝達部材における摩擦は、それらのボールが軸２
２２にも支持片２５６あるいは２０２のいずれにも固締
されておらず、回転部材２２２と、回転しない支持片２
５６または２０６との間に介挿されている限り大きい。
ばね座金２６４，２１２等のばねの使用によって摩擦が
大きく増大するとともにばね剛性の滑らかな調整が防止
され、このため、得られた力を正確に判定することがで
きない。路溝２４４，２８０経由でのボール２６２，２
８２への冷却流体の圧力の作用は広い値の範囲にわたっ
て調整できないが、これは前方の路溝２４４への入口の
圧力が羽根車２４０が生じさせる圧力と等しく、後方の
路溝２８０への入口の圧力が吐出圧力と等しく、また路
溝２４４，２８０の横断面が小さく、このため衝合機構
の後退動作を基本的には均衡ピストンの動作によって駆
動しなければならないためである。しかし、路溝２４４
による、前部に再生される内部漏れや路溝２８０経由で
の後部における漏れの発生によって効率が低下してしま
い、またターボポンプの各種構成部分に対する軸方向寸
法の設定には難しい計算や高度の製作精度が要求され
る。
【００１５】本発明の目的は、上記従来技術の短所を克
服するとともに、流体回路の回転機における軸方向衝合
機構を、軸方向推力が発生する起動、停止時を除き効率
的かつ簡単に後退させ、その軸方向衝合を公称圧力の所
定の何分の１、従って公称速度の所定の何分の１を越え
た時自動的に後退させるようにすることになる。
【００１６】本発明はまた摩擦および、軸方向衝合機構
の動作時間と駆動速度の両方を最小限に低減してその軸
方向衝合機構の寿命を、回転機の動作と効率に影響を及
ぼすことなく延ばすようにした流体給送回転機を提供す
ることにある。
【００１７】本発明の別の目的は高い値を含む広い値の
範囲にわたって軸方向推力を補償することのできる軸方
向衝合機構を備えた回転機を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的は本発明によ
れば下記の流体給送回転機を提供することによって達成
される。すなわち、本発明の回転機は、ラジアル軸受を
介してケース内のフレームに取付けられた回転軸を備え
ており、この回転軸は起動と停止の過渡段階において所
定方向に軸方向推力を出すものであり、特定部位におけ
る最大速度の流体の圧力ＰR が、過渡的起動段階の終り
あるいは過渡的停止段階の開始前において軸方向推力が
消える時の圧力値ＰL より大きい流体給送回転機におい
て、更には、上記回転軸とケースとの間に自動後退軸方
向衝合機構を備えており、上記自動後退軸方向衝合機構
は、上記回転軸の回転軸線を中心として対称的になって
いるが回転できないようになっている変位自在衝合部
と、上記回転軸の回転軸線を中心として対称的になって
おりかつ、軸方向の力を上記変位自在衝合部へ伝達する
のに適した軸受によって上記変位自在衝合部に取付けら
れた回転衝合部分と、上記変位自在衝合部を上記回転軸
の軸線に沿って若干直進させることができるようにその
変位自在衝合部を上記ケースに接続する一方では上記回
転軸から上記変位自在衝合部が受ける上記軸方向の力を
上記ケースへ伝達する剛性の高い可撓部材と、上記回転
軸を中心として対称的になっており、また本回転機が休
止している時には常に上記回転軸と回転衝合部との間
に、それらへ力を加えることなく、接触させられ、か
つ、本回転機が回転しておりかつ軸方向推力を出してい
る時純静摩擦によって上記回転衝合部を駆動するように
なっている、上記回転軸から上記回転衝合部へ推力を伝
達する軸方向推力伝達部材と、上記特定部位における、
本回転機の給送する流体の圧力が、上記圧力値ＰL より
ほんの少し高い値（１＋Ｅ）ＰL を越えると常に上記可
撓部材に流体の圧力が作用して上記変位自在衝合部と、
回転衝合部と、またそれが適当な場合には上記推力伝達
部材とを上記回転軸から離れさせるように上記可撓部材
と接触して制御流体を加える手段とから構成されている
ことを特徴とする。
【００１９】
【作用】推力伝達部材が固定されている回転衝合を実現
することによって、特に、どの動作段階においても独立
したラジアル軸受で回転軸が支持される時に摩擦が最小
限に低減される。ケースに可撓膜部材を固定しているの
で摩擦が更に低減されるとともに、構造的に剛性を容易
に加減できるために、正確な力を得ることができる。軸
方向衝合機構は設計、製作が容易であり、ほとんど力を
消費せず、従ってそれが回転機の効率に及ぼす影響はほ
とんど無視できる。回転軸の軸方向変位は極めて小さ
く、また軸方向衝合機構はロータに対する軸方向間隙の
決定に全く影響を及ぼさない。この軸方向衝合機構は調
整が容易であり、可撓膜、その膜の、制御流体に接する
面積、その膜に使用する材料の性質、また場合によって
は流体の圧力に調整を施すことによって衝合を分離させ
ることができる。
【００２０】本発明の第１実施例においては、制御流体
を加える上記手段が、本回転機の給送する流体の圧力を
本回転機の内部を経由して上記可撓部材へ加える手段か
らなる。この圧力は本回転機の様々な異なった部位から
得ることもできる。
【００２１】多室構造の遠心ポンプを使用する場合は、
可撓部材へ加える、回転機の給送する流体の圧力は例え
ば、いくつかの段の１つの出口から得てもよい。
【００２２】上記の実施例は外部部材が無いと仮定して
簡単であるという利点がある。また流体の流れを全く消
耗することなく可撓部材が制御されるという長所もあ
る。
【００２３】本発明の別の実施例においては、制御流体
を加える上記手段が、本回転機外部にあって、本回転機
の給送する流体の圧力を得るタップ部と上記可撓部材の
近くに位置して上記制御流体の圧力を加える部位との間
に接続された管を含んでおり、またシールリングが、上
記ケースと、上記軸方向衝合機構と協働する、上記回転
軸の部分との間に介挿されている。この実施例によれ
ば、回転機の動作に直接結び付いた制御圧力を使用しな
がらも可撓部材を回転機のその他の部分から完全に絶縁
することができる。
【００２４】可撓部材に作用する圧力は、制御流体供給
源とその可撓部材の内壁との間に介挿された膨張で調整
することもできる。
【００２５】いくつかの用途においては、制御流体は回
転機の給送する流体である必要はなく、調圧機構からの
別の流体でもよい。この場合は、圧力制御流体を加える
上記手段が、本回転機外部にあって、本回転機の給送す
る流体とは異なる、調圧機構からの加圧流体を供給する
タップ部と上記可撓部材の近くに位置して上記制御流体
を噴射する噴射部位との間に接続された管を含んでお
り、またシールリングが、上記ケースと、上記軸方向衝
合機構と協働する、上記回転軸の部分との間に介挿され
ており、また圧力センサーが本回転機内に配設されてい
て、上記調圧機構を介して作動して弁を開いて上記制御
流体にその圧力を上記噴射部位へ加えさせる。
【００２６】本発明によれば、可撓部材に作用するのに
必要な圧力よりも高い制御圧力を有する流体を使用する
こともできる。この場合には、制御流体を加える上記手
段が、上記推力伝達部材に向けられた、上記可撓部材の
内面に第１制御流体を加える第１と、上記ケースに向け
られた、上記可撓部材の外面に第２制御流体を加える第
２とから構成される。好ましくは、上記第１、第２の制
御流体の片方が本回転機の給送する流体である。
【００２７】上記可撓部材は回転機のフレームあるいは
ケースに着脱自在にあるいは常時固定してもよい。
【００２８】着脱自在に固定される場合は、回転機のフ
レームに当てがわれるその可撓部材は、フレームにねじ
止めあるいは固締された場合のように作動するようにし
てもよい。
【００２９】詳しくは、上記可撓部材はベローズ、波形
膜、面どうしが平行になっている、例えば、金属板で構
成された平板な膜、あるいは基本的には半球状の膜で形
成してもよい。
【００３０】また別の実施例においては、回転機は更
に、制御圧力の作用下で上記変位自在衝合部が回転軸か
ら離れる時にその移動範囲を制限する当たり部を有す
る。これによって、弾性部材の剛性を低減させて同弾性
部材を付加圧力に適合させるあるいはそのサイズを縮減
することができる。
【００３１】軸方向変位自在衝合部と回転衝合部との間
に配置された軸受は様々な方法で実現できるが、この軸
受は、特に、回転衝合部と、直進移動自在の衝合部との
間の軸方向遊びを排除するために取付けられた２つの向
き合ったアンギュラーコンタクト玉軸受で構成してもよ
い。これによって、軸方向公差を増し、かつ軸と推力伝
達部材とが、これらが離間した後互いに更に接触するお
それをなくすることができる。
【００３２】上記推力伝達部材は回転衝合部に固定して
もよく、またその推力伝達部材は上記回転軸の端部と協
働する縮んだボール、軸線と直行する２つの平面で画成
されかつ回転衝合部に嵌合された筒状構成部分、あるい
は、回転衝合部に軸方向に嵌合されかつ、回転軸の端部
と接触する舌片状環状部で画成された筒状構成部分のい
ずれかで構成してよい。
【００３３】更にまた別の実施例においては、回転衝合
部に固定された推力伝達部材は、回転軸と同軸であっ
て、本回転機の休止時に回転軸に固定された肩部または
リングと接触するリングを有しており、更に、上記回転
軸が自動後退軸方向衝合機構全体を貫いている。
【００３４】しかしながら、上記推力伝達部材は上記回
転衝合部の端部に固定してもよく、この場合はその推力
伝達部材は回転衝合部と協働する。この場合、その推力
伝達部材は、例えば、回転衝合部に取付ける場合と同様
に、ボールまたは筒状構成部分で構成してよい。
【００３５】
【実施例】図１Ａ、図２Ｂは、流体回路に介挿され、遠
心ポンプ等の駆動回転機、従動回転機、あるいはターボ
ポンプ等のそうした駆動、従動回転機の組合わせのいず
れかである回転機に取付けられる、本発明の軸方向衝合
機構４０の第１実施例を示す。これらの図１Ａ、図１Ｂ
においては、回転軸１０、フレーム２０、ケース２１の
みを、上記軸方向衝合機構４０が協働する回転機の主要
構成部分を示すべく部分的かつ象徴的に表示している。
その軸方向衝合機構は起動、停止の段階において回転軸
１０が出す軸方向推力を均衡するためのものであり、こ
の機構は回転軸１０の回転速度と、従ってその作用流体
の圧力がそれぞれの最大速度に達すると引込む。
【００３６】図１Ａ、図１Ｂにおいては、上記軸方向衝
合機構４０は、剛性の極めて高い可撓部材７を介して回
転機のケース２１に接続された軸方向に変位自在の衝合
部５からなる。この変位自在衝合部５には軸受９を介し
て回転衝合部６が取付けられている。それらの衝合部
５，６は回転軸１０の回転軸線を中心として回転対称と
なっている。
【００３７】図１Ａ、図１Ｂにおいて、ボール８０で構
成した軸方向推力伝達部材８は、上記の変位自在の衝合
部５から離れた回転衝合部６に当てがわれ、また支承面
１１を有する回転軸１０の端部と協働する。この支承面
１１は例えば、円錐状（図１Ａ、図１Ｂ）あるいは半球
状（図８、図１０に示す支承面１１ａ）のいずれでもよ
い。軸方向推力伝達部材８は起動、停止（図１Ａ）時に
作動して支承軽装４０の回転支承部６と回転軸１０の端
部とを接触させるものである。
【００３８】軸受９は、軸方向衝合機構４０の変位自在
衝合部５および回転衝合部６のそれぞれにおける所定位
置にそれぞれ対応の保持片５１，６１によってケージが
保持されている玉軸受で構成してもよい。この軸受９は
両方とも、回転衝合部６と変位自在衝合部５とを互いに
接続させるとともに回転軸１０の出す軸方向の力を伝達
するものである。
【００３９】上記可撓部材７は、厚みが一定で所定のも
のでありしかも高い剛性を有する、面どうしが平行な平
板な金属膜７０で構成してもよく、この可撓部材７によ
って、上記衝合部５，６およびボール８０で構成された
上記軸方向衝合機構を、上記膜７０の後部外面７４に加
えられる低圧Ｂより高い、膜７０の前部内面７３に作用
する高圧Ａの作用下で不変状態（図１Ｂ）において右に
向かって長手方向に若干移動させることができる。
【００４０】上記軸方向衝合機構４０の動作は下記の通
りである。すなわち、この機構が起動する前は、回転機
の回転軸１０の端部は推力伝達部材８に接触している
（休止段階）。
【００４１】起動段階の第１部分においては（図１
Ａ）、残留する長手方向推力が回転軸１０の端部とボー
ル８０との接触部を押圧し、純静摩擦によって上記の力
を回転衝合部６と軸受９とを経由して伝達する。
【００４２】上記の力は変位自在衝合部５と可撓部材７
とを経由して回転機のケース２１へ伝達される。
【００４３】上記可撓部材７の剛性が極めて高いので、
支承面１１とボール８０との接触部において軸方向衝合
機構が受ける力により変位が生じるが、これは無視でき
る程度のものである。
【００４４】可撓部材７の内面７３は作動流体回路にお
ける圧力Ａを受ける。この圧力は機構部（８，６，５）
へ力を伝達する。この力はその圧力の関数であり、一般
的には回転速度に直接結び付くものである。またこの圧
力によれば、動作速度に対応した圧力ＰR 以下である
が、軸方向推力が消失する圧力ＰL より若干程度高い所
定値（１＋Ｅ）ＰL を流体圧力が越えた時機構部（８，
６，５）が右へ直進変位させられる。回転軸１０と推力
伝達部材８との接触はこうして解除され、回転衝合部６
の回転速度は急速に下降する。
【００４５】次に、ロータ１０（回転軸）の位置が、移
動機構部を左へ極めて少しだけ直進移動させる動的均衡
機構によって規定される。
【００４６】かかる機構の適正動作は下記の３つのパラ
メータによって決まる。 ・均衡機構が有効化する公称圧力ＰR のパーセンテージ ・過渡的起動時の力の値と方向 ・動的均衡機構の遊びの大きさ これら３つのパラメータが解れば、下記のサイズを決め
ることができる。 ・回転衝合部６のサイズ ・変位自在の衝合部５が接続され、それに対して下記の
値、すなわち、 −膜７０の厚みと必要変位量 −面７３が大気中にある、あるいは加えられた逆圧力Ｂ
を受ける場合に、その面７３に加えられる圧力Ａの値 を決定する可撓部材７のサイズ。
【００４７】図２Ａ、図２Ｂは図１Ａ、図１Ｂに示すも
のと同様な、自動後退軸方向衝合機構４０を示してい
る。しかし、この機構はケージ２１に固定された追加の
当たり部２２を更に有している。この追設した当たり部
２２は基本的には回転機の軸線に直行する平面上およ
び、回転軸１０から最も遠い、軸方向衝合機構４０の側
に配設される。この追加設置当たり部２２によって、機
構４０の構成部分５〜９全部が不変状態で稼動している
時それらは既知の位置に置かれ、これにより、剛性の低
い膜７０あるいは高い圧力Ａのいずれかを使用すること
ができる。
【００４８】また、本発明の軸方向衝合機構は回転軸に
対してはほんのわずかの量の変位しか必要としない。こ
の軸方向衝合機構はロータに対する軸方向の間隙の設定
に何の影響ももたない。
【００４９】この軸方向衝合機構は構造が簡単でしか
も、これを製造するのに必要な技術は、精密工業（鋳
造、溶接、機械加工）において一般的になっている技術
にすぎない。
【００５０】軸方向衝合機構の動作する時間は極めて短
く、その消費するエネルギーの量も極めて少なく、回転
機の効率に及ぼすその影響は全く無視できる程度にすぎ
ない。
【００５１】可撓膜７０の厚み、制御流体に接するその
膜の面積、上記流体の圧力Ａあるいは膜７０の外面７４
に加えられる逆圧力Ａに作用することによって所望の圧
力（１＋Ｅ）ＰL での衝合機構４０の分離を調整するこ
とが容易である。
【００５２】図３は、フレーム２０にラジアル軸受３０
によって取付けられかつ、図２Ａ、図２Ｂに関連して述
べた軸方向衝合機構４０と協働する回転軸１０を有する
回転機の片方の端部を示している。
【００５３】回転機の端部ケースを構成する追加の当た
り面２２には、加圧流体供給源に接続されるタップ部位
１０８が配設されており、このタップ部位は回転機のケ
ース２１，２２と膜７０の外面７４とによって画成され
たチャンバー１０２と連通している。こうして、接続部
（タップ部位）１０８によって膜７０へ逆圧力Ｂを加え
ることができる、あるいは部位１０８が閉じておらずし
かも加圧流体供給源と接続されてもいない場合にその逆
圧力を周囲空気の圧力に接続することができる。
【００５４】ケース２１と膜７０の内面とによって画成
されたチャンバー１０１には環状空間あるいは回転機内
部に設けた１つまたはそれ以上のダクト１０３を経由し
て回転機の給送する流体が直接に供給される。この実施
例は簡単という利点を有ししかも回転機外部の部材を必
要としない。
【００５５】図４は本発明の別の実施例を示しており、
この実施例においては、軸方向衝合機構４０の近くに置
かれた回転軸１０の端部と回転機のケース２１との間に
シールリング３１が介挿されている。制御流体を噴射す
る部位１０４が外部の制御流体供給管１０７に接続され
ており、また可撓膜７０に近接して、上記シールリング
３１と膜７０の内面との間に設けた空間１０１へダクト
１０３′を通じて開口している。外管１０７は、場合に
よっては膨張１０６を介して制御流体の供給源１０５に
接続される。この場合には、制御流体は、回転機の給送
する流体でもよく、回転機自体のタップ部位から得る、
あるいはまた、加圧流体の外部供給源１１２から流体を
供給される調圧機構１０９からの別の流体でもよい。回
転機内部に設けた圧力センサー１１０は調圧機構１０９
を通じて作動して弁１１１を開放し、こうして制御流体
へ噴射部位１０４においてその圧力をかけさせることが
できる。
【００５６】図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３、
図４は、例えば、フレーム２０へ溶接することによって
回転機のフレーム２０に常設された可撓膜７０からなる
弾性部材７を示している。
【００５７】図５は着脱自在の、しかもケースの役割を
なす弾性部材７を示しており、この弾性部材７はフレー
ムのフランジ２３に固定されている。図５において、弾
性部材７は好ましくは凸状の、例えば実質的には半球状
の可撓膜７２からなり、衝合機構４０の回転衝合部６を
含むハウジングを画成している。この実施例によれば軸
方向衝合機構を容易に調整することができる。フレーム
２０と膜７２との間の位置するチャンバー１０１には図
３に示す実施例におけるように回転機によって給送され
る流体を通路１０３を通じて内部に供給される。しか
し、その流体は図４に示すように外管への連結部位を通
じて供給してもよい。
【００５８】図６、図７、図８、図１０、図１１は、可
撓部材７が平板なあるいは凸状の膜ではなく、回転機の
形状に適合した形状を有するベローズ７１からなる実施
例をそれぞれ示している。この可撓部材７の形状や幾何
学的特長は一般に、回転軸１０の回転速度や制御流体の
圧力レベルの関数として、また回転機の形状や寸法の関
数として規定される。
【００５９】さて、図６は変位自在の衝合部５の衝程を
制限する追加の当たり面２２を構成する、ケース２１上
の肩部を示している。上記ベローズ７１の内面とケース
２１の一部との間に画成されたチャンバーには入口１０
３を通じて制御流体が供給される。
【００６０】図７、図８、図１０において、上記ベロー
ズ７１自体がケース２１の一部を構成している。
【００６１】回転衝合部６と変位自在衝合部５とを接続
しかつそれらの間に軸方向の力を伝達する軸受９は例え
ば、玉軸受、円錐状ローラを有する軸受、球状衝合部、
あるいは制御付きの流体力学衝合部のいずれかで構成で
きる。
【００６２】図９、図１０に示す特定実施例において
は、軸受９は、衝合部５，６の間の軸方向の遊びを排除
する１組２個の向き合い取付けられたアンギュラーコン
タクト玉軸受９１，９２で構成してもよい。これによっ
て、軸端１１ａと推力伝達部材８とが、分離した後（図
１０）で更に互いに接触することが回避され、これによ
って軸方向の許容誤差を増すことができる。
【００６３】回転衝合部６に固定された推力伝達部材８
は図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３〜図１０に示
すように縮んだボールで構成することができる。しか
し、この推力伝達部材８は形状が異なっていてもよい。
従って、図１２は回転衝合部６の軸線上にありかつこの
支承部に軸方向に嵌合された筒状構成部分８２で構成さ
れた推力伝達部材８を示しており、この筒状構成部分８
２はそれ自体の軸線と直交する２つの平面で画成されて
いる。
【００６４】図１３は本発明の変形例を示しており、こ
の変形例においては、回転衝合部６に固定された推力伝
達部材８は、回転衝合部６の中に軸方向に受容されか
つ、一種の舌片８４を形成する環状部で形成された筒状
構成部分８３からなり、その舌片８４において筒状構成
部分が回転軸１０の端部と接触する。
【００６５】図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３〜
図１０、図１２、図１３において、上記の自動後退軸方
向衝合機構４０は、形状が球状、筒状、環状あるいはそ
の他の形状、例えば、円錐状であると否とに関わらず、
回転軸１０の端部に形成された支承面、例えば、半球
状、平面状、あるいは円錐状の面と常に協働する推力伝
達部材８を有する。
【００６６】しかしながら、本発明は回転軸１０を貫通
設置した軸方向衝合機構４０にも図１１に示すと同様に
適用する。
【００６７】かかる状況では、回転衝合部６に固定され
た推力伝達部材８は、回転衝合部６と同軸でありかつ、
回転機が休止時には、回転軸１０に固定された肩部ある
いはリング１２と接触するリング８１からなる。またこ
の状況では、可撓部材７の周囲とケース２１との間には
シール・ベローズあるいは膜７５を追加設置することが
必要である。図１１は可撓部材７を示しているが、この
可撓部材は、回転機の給送する流体からなる制御流体の
圧力を受ける１つの面７３を有する平板膜７と、開口７
６を通じて外気と接する面７４とから構成されている。
ベローズ７５は膜７の面７４に接続された変位自在衝合
部５とケース２１との間をシールする。その他の形状も
当然可能である。
【００６８】前記の自動後退軸方向衝合機構は特に、宇
宙で使用される回転機に適合されている。例えば、その
回転機とは回転速度３５，０００rpm 、動作出力１２M
W、質量２６０kg、効率０．７６のターボポンプであ
る。
【００６９】
【発明の効果】本発明の自動後退軸方向衝合機構の利点
の中でも特筆すれば、弾性部材７あるいは推力伝達部材
８においては摩擦がなく、また可撓膜の剛性はその厚み
と面積とを極めて広い値の範囲内で選択できるので構造
的に容易に調整される。特定のターボポンプでは、可撓
膜の材料の性質によっても軸方向衝合の特性を極めて様
々な軸方向推力に容易に適合させることができる。この
自動後退軸方向衝合機構はその組立ておよび分解が、そ
の組立ておよび分解が回転機において達成すべき一連の
軸方向の構造的寸法に対して支障ない限り容易に行い得
る。最後に、この軸方向衝合機構は回転機の効率を全く
低減しない。
【００７０】なお、例えば、遠心ポンプ等の、流体給送
回転機の場合、本発明はそのポンプの特定種類あるいは
特性に拘らず適用できる。いずれの場合にも、下記の不
等式が満たされる。 ＴM ＜Ａ1 ・ＰM （１） ここでＴＭ：公称条件下でポンプにかかる最大軸方向推
力 Ａ1 ：羽根車のシールリングの直径と同じ直径とをもつ
円の面積 ＰM ：ポンプの出口における吐出圧力、従って、ポンプ
において発生する最大圧力
【００７１】本発明の原理によれば、膜は軸方向推力Ｔ
L に達すると後退してＴL が実質的にＴM 以下とならな
ければならない。従って下記不等式が得られる。 ＴL ＜＜ＴM （２） ＴL ＜＜Ａ1 ・ＰM （３） あらゆる状況において、その他の直径を選択できても羽
根車シールリングと同じ直径を有する弾性膜を構成しか
つその膜に、ＰM に等しいあるいはそれ以下の圧力ＰL
を加えることによってこれらの不等式を満たすことがで
きる。
【００７２】また特に、圧力ＰL を若干越えた時に約５
０μｍ〜約５００μｍの範囲内の量だけ膜を偏向させる
ことによって、各種動作モードを想定した上で満足すべ
き変形応力特性をもった膜を得ることができる。
【００７３】制御圧力ＰL ＝５０バールで動作するロケ
ット・エンジンのターボポンプに適合させた例ではその
厚みが約１mmと約５mmとの間でありかつ下記の特性を満
たす膜を使用できる。 膜直径 総膜偏向 膜剛性 衝合が吸収する軸方向推力ＰL 50mm 0.10mm 15,000daN／mm 700daN 100mm 0.16mm 25,000daN／mm 2,000daN 厚み範囲：１mm〜５mm
【００７４】前記のように、本発明の弾性部材７は１つ
もしくはそれ以上の波形を有するベローズで構成しても
よい。かかる状況では、剛性／波形Ｃａｌは数百 daN〜
数千 daN／mmの範囲内でよい。必要であれば、総厚みは
波形の個数Ｚを増すことによって低減することができ
る。また総剛性はＣａｌ／Ｚ比で表すことができる。
【００７５】間隙の小さい機構部には高度の剛性を可能
にする平板膜を使用するのが好ましいがベローズによっ
て、可撓性の弾性部材を画成することができる。
【００７６】また、流体を給送する回転機の均衡板が一
般的には、起動時に回転軸が衝合部と接触するように構
成され、また回転軸の軸方向の力が確定された軸方向に
出される。
【００７７】回転軸の出す軸方向の力の方向が起動ある
いは停止時に変わっても、自動後退軸方向衝合機構を回
転軸の各端部に配してその回転軸の変位方向の両方にお
いて軸方向の力を排除することができる。
【００７８】なお、１つもしくは２つの自動後退衝合機
構を設けても、回転機における構成上設けられる軸方向
間隙を決めるのに何の影響もないが、これはそれらの間
隙を決定するのが基本的には筋硬板の衝程であり、また
この均衡板を従来通りに製作することを前提としてい
る。
【００７９】２つの、自動後退軸方向衝合機構を同一回
転機の対応端部に設ける場合、それらの機構は両方とも
同一の種類であり、例えば、本発明におけるように流体
の圧力を受ける可撓膜を備えてよい。しかしながら、両
方の機構の調整を容易にするために、相異なったパラメ
ータで制御する２つの自動的に引込む軸方向衝合機構を
取付けることができる。こうして、回転機の片方の端部
における自動的に引込む軸方向衝合機構を、本発明にお
けるように圧力を受ける可撓膜を有する種類のものと
し、他方、回転機の他端の自動後退軸方向衝合機構を別
の種類のものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】衝合部が平板な可撓膜からなっている本発明の
自動後退軸方向衝合機構の第１実施例の部分縦断面図で
あり、図〔Ａ〕はその機構が起動段階、図〔Ｂ〕は不変
の稼動状態にあるところをそれぞれ示している。
【図２】背後に追加の固定衝合部が設けられている本発
明の自動後退軸方向衝合機構の変形例の部分縦断面図
で、図〔Ａ〕，〔Ｂ〕の区分は図１と同じである。
【図３】回転機内部に発生する流体圧力を直接利用する
自動後退軸方向衝合機構の特定実施例を設けた流体給送
回転機の端部の部分縦断面図である。
【図４】回転機の外部のダクトを経由して加えられた流
体の圧力を利用する自動後退軸方向衝合機構の特定実施
例を設けた流体給送回転機の端部の部分縦断面図であ
る。
【図５】軸方向衝合部が、回転機のケースの一部をなす
着脱自在の膜からなる、本発明の自動後退軸方向衝合機
構の特定実施例を設けた流体給送回転機の端部の縦断面
図である。
【図６】ベローズ形膜をもった、本発明の自動後退軸方
向衝合機構の特定実施例を設けた流体給送回転機の端部
の部分縦断面図である。
【図７】本発明の自動後退軸方向衝合機構のベローズ形
膜が回転機のケースの一部をなしている、流体給送回転
機の各種実施例の部分縦断面図である。
【図８】本発明の自動後退軸方向衝合機構のベローズ形
膜が回転機のケースの一部をなしている、流体給送回転
機の各種実施例の部分縦断面図である。
【図９】２つのアンギュラーコンタクト玉軸受を備えた
軸受を有する自動後退軸方向衝合機構を示す部分縦断面
詳細図である。
【図１０】図９に示す実施例の軸方向衝合機構を有する
流体給送回転機の端部の部分縦断面図である。
【図１１】回転機の軸が貫通した状態で、自動後退軸方
向衝合機構が取付けられている流体給送回転機の一部を
示す部分縦断面図である。
【図１２】自動後退軸方向衝合機構の一部の縦断面図で
あって、それぞれ筒状の軸方向推力伝達部材を使用した
２つの変形例を示している。
【図１３】自動後退軸方向衝合機構の一部の縦断面図で
あって、それぞれ筒状の軸方向推力伝達部材を使用した
２つの変形例を示している。
【図１４】従来の軸方向衝合機構を装備した流体給送回
転機の縦断面図である。
【符号の説明】
５…変位自在衝合部 ６…回転衝合部 ７…可撓部材 ８…推力伝達部材 ９…軸受 １０…回転軸 ２１…ケース ４０…軸方向衝合機構

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ラジアル軸受（３０）を介してケース
    （２１）内のフレーム（２０）に取付けられた回転軸
    （１０）を備えており、この回転軸は起動と停止の過渡
    段階において所定方向に軸方向推力を出すものであり、
    特定部位における最大速度の流体の圧力ＰR が、過渡的
    起動段階の終りあるいは過渡的停止段階の開始前におい
    て軸方向推力が消える時の圧力値ＰL より大きい流体給
    送回転機において、更には、上記回転軸（１０）とケー
    ス（２１）との間に自動後退軸方向衝合機構（４０）が
    設けられており、上記自動後退軸方向衝合機構（４０）
    は、上記回転軸（１０）の回転軸線を中心として対称的
    になっているが回転できないようになっている変位自在
    衝合部（５）と、上記回転軸（１０）の回転軸線を中心
    として対称的になっておりかつ、軸方向の力を上記変位
    自在衝合部（５）へ伝達するのに適した軸受（９）によ
    って上記変位自在衝合部（５）に取付けられた回転衝合
    部分（６）と、上記変位自在衝合部（５）を上記回転軸
    （１０）の軸線に沿って若干直進させることができるよ
    うにその変位自在衝合部（５）を上記ケース（２１）に
    接続する一方では上記回転軸（１０）から上記変位自在
    衝合部（５）が受ける上記軸方向の力を上記ケース（２
    １）へ伝達する剛性の高い可撓部材（７）と、上記回転
    軸（１０）を中心として対称的になっており、また本回
    転機が休止している時には常に上記回転軸（１０）と回
    転衝合部（６）との間に、それらへ力を加えることな
    く、接触させられ、かつ、本回転機が回転しておりかつ
    軸方向推力を出している時純静摩擦によって上記回転衝
    合部（６）を駆動するようになっている、上記回転軸
    （１０）から上記回転衝合部（６）へ推力を伝達する軸
    方向推力伝達部材（８）と、上記特定部位における、本
    回転機の給送する流体の圧力が、上記圧力値ＰL よりほ
    んの少し高い値（１＋Ｅ）ＰL を越えると常に上記可撓
    部材（７）に流体の圧力が作用して上記変位自在衝合部
    （５）と、回転衝合部（６）と、またそれが適当な場合
    には上記推力伝達部材（８）とを上記回転軸（１０）か
    ら離れさせるように上記可撓部材（７）と接触して制御
    流体を加える手段（１０１〜１０３）とから構成されて
    いることを特徴とする流体圧力の作用を受ける可撓膜に
    よって自動後退軸方向衝合機構を有する回転機。
  2. 【請求項２】 制御流体を加える上記手段（１０１〜１
    ０３）が、本回転機の給送する流体の圧力を本回転機の
    内部を経由して上記可撓部材へ加える手段を含む、請求
    項１に記載の回転機。
  3. 【請求項３】 制御流体を加える上記手段（１０１〜１
    ０３）が、本回転機外部にあって、本回転機の給送する
    流体の圧力を得るタップ部と上記可撓部材の近くに位置
    して上記制御流体の圧力を加える部位（１０４）との間
    に接続された管（１０７）を含んでおり、またシールリ
    ング（３１）が、上記ケース（２１）と、上記軸方向衝
    合系統（４０）と協働する、上記回転軸（１０）の部分
    との間に介挿されている、請求項１に記載の回転機。
  4. 【請求項４】 制御流体を加える上記手段（１０１〜１
    ０３）がその制御流体の供給源（１０５）と上記可撓部
    材（７）の壁との間に介挿された膨張部材（１０６）を
    含んでいる、請求項１に記載の回転機。
  5. 【請求項５】 制御流体を加える上記手段が、本回転機
    外部にあって、本回転機の給送する流体とは異なる、調
    圧系統（１０９）からの加圧流体を供給するタップ部と
    上記可撓部材の近くに位置して上記制御流体を噴射する
    噴射部位（１０４）との間に接続された管（１０７）を
    含んでおり、またシールリング（３１）が、上記ケース
    （２１）と、上記軸方向衝合系統（４０）と協働する、
    上記回転軸（１０）の部分との間に介挿されており、ま
    た圧力センサー（１１０）が本回転機内に配設されてい
    て、上記調圧系統（１０９）を介して作動して弁（１１
    １）を開いて上記制御流体にその圧力を上記噴射部位
    （１０４）へ加えさせるようになっている、請求項１に
    記載の回転機。
  6. 【請求項６】 制御流体を加える上記手段（１０１〜１
    ０３）が、上記推力伝達部材（８）に向けられた、上記
    可撓部材（７）の内面に第１制御流体を加える第１装置
    （１０１）と、上記ケース（２１）に向けられた、上記
    可撓部材（７）の外面に第２制御流体を加える第２装置
    （１０２，１０３）とから構成されている、請求項１に
    記載の回転機。
  7. 【請求項７】 上記第１および第２の制御流体の片方が
    本回転機の給送する流体からなる、請求項６に記載の回
    転機。
  8. 【請求項８】 上記可撓部材（７）が面どうしが平行に
    なっている金属平板（７０）からなる、請求項１〜７の
    いずれか１つに記載の回転機。
  9. 【請求項９】 上記可撓部材（７）が、本回転機のフレ
    ーム（２０）に常時固定された構成部分からなる、請求
    項１〜７のいずれか１つに記載の回転機。
  10. 【請求項１０】 上記可撓部材（７）が、本回転機のフ
    レーム（２０）に接続された着脱自在の構成部分からな
    る、請求項１〜７のいずれか１つに記載の回転機。
  11. 【請求項１１】 本回転機のフレーム（２０）に接続さ
    れた上記着脱自在の構成部分（７）が、上記フレームに
    ねじ止めあるいは固締されたケース（７２）として用い
    られる、請求項１０に記載の回転機。
  12. 【請求項１２】 上記可撓部材（７）がベローズ（７
    １）からなる、請求項１〜７のいずれか１つに記載の回
    転機。
  13. 【請求項１３】 制御圧力の作用下で回転軸（１０）か
    ら離れる上記変位自在衝合部（５）の移動範囲を制限す
    る当たり部（２２）を更に有する、請求項１〜１２のい
    ずれか１つに記載の回転機。
  14. 【請求項１４】 上記推力伝達部材（８）が上記回転衝
    合部（６）に固定されており、またその推力伝達部材
    （８）は上記回転軸（１０）の端部（１１，１１ａ）と
    協働する折り曲げられたボール（８０）を有している、
    請求項１〜１３のいずれか１つに記載の回転機。
  15. 【請求項１５】 上記推力伝達部材（８）が上記回転衝
    合部（６）に固定されており、またその推力伝達部材
    （８）は、軸線と直交する２つの平面で画成されかつ上
    記回転衝合部（６）の中に受容された筒状構成部分（８
    ２）を有している、請求項１〜１３のいずれか１つに記
    載の回転機。
  16. 【請求項１６】 上記推力伝達部材（８）が上記回転衝
    合部（６）に固定されており、またその推力伝達部材
    （８）は、上記回転衝合部の中に受容された筒状構成部
    分（８３）を有しており、この筒状構成部分（８３）
    が、上記推力伝達部材の、上記回転軸（１０）の端部と
    接触する部分において舌片（８４）を形成する環状部分
    によって画成されている、請求項１〜１３のいずれか１
    つに記載の回転機。
  17. 【請求項１７】 上記回転衝合部（６）が、２つの向き
    合い取付けられたアンギュラーコンタクト玉軸受（９
    １，９２）によって上記変位自在衝合部（５）に対して
    取付けられており、これにより、回転衝合部（６）と変
    位自在衝合部（５）との間の軸方向の遊びが排除される
    ようになっている、請求項１〜１６のいずれか１つに記
    載の回転機。
  18. 【請求項１８】 上記推力伝達部材が上記回転衝合部
    （６）に固定されており、またその推力伝達部材は、回
    転軸（１０）と同軸であって、本回転機の休止時に回転
    軸（１０）に固定された肩部またはリング（１２）と接
    触するリング（８１）を有しており、更に、上記回転軸
    （１０）が自動後退軸方向衝合系統（４０）全体を貫い
    ている、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の回転
    機。
  19. 【請求項１９】 上記推力伝達部材（８）が上記回転衝
    合部の端部に固定されている、請求項１〜１３のいずれ
    か１つに記載の回転機。
JP3286809A 1990-10-31 1991-10-31 流体圧力の作用を受ける可撓膜によって自動後退軸方向衝合機構を有する回転機 Pending JPH0681835A (ja)

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FR2668553B1 (fr) 1993-02-12
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