再表2020-174718IP Force 特許公報全文掲載

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2020年9月3日
【発行日】2021年12月23日
(54)【発明の名称】シール装置及び複合ポンプ
(51)【国際特許分類】
   F04D 29/08 20060101AFI20211126BHJP
   F04D 29/10 20060101ALI20211126BHJP
   F04D 7/02 20060101ALI20211126BHJP
   F16J 15/447 20060101ALI20211126BHJP
   F16J 15/18 20060101ALI20211126BHJP
   F16J 15/40 20060101ALI20211126BHJP
【ＦＩ】
   F04D29/08 C
   F04D29/10 Z
   F04D7/02 A
   F16J15/447
   F16J15/18 C
   F16J15/40 Z
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】15
【出願番号】特願2021-501530(P2021-501530)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2019年8月2日
(31)【優先権主張番号】特願2019-31403(P2019-31403)
(32)【優先日】2019年2月25日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 久典
(72)【発明者】
【氏名】陸 亨
(72)【発明者】
【氏名】石川 康弘
【テーマコード（参考）】
3H130
3J042
3J043
【Ｆターム（参考）】
3H130AA02
3H130AA06
3H130AB22
3H130AB42
3H130AB62
3H130AB65
3H130AB70
3H130AC00
3H130BA53D
3H130BA53F
3H130DA02Z
3H130DC01X
3H130DC11X
3H130DC14X
3H130DD09X
3H130EA07F
3J042AA04
3J042AA11
3J042BA03
3J042CA10
3J042CA15
3J042DA08
3J042DA20
3J043AA16
3J043CA02
3J043HA03
3J043HA04
(57)【要約】
このシール装置は、被シール軸（１）に沿って設けられた複数の非接触シール（７Ａ〜７Ｃ，９Ａ，９Ｂ）と、前記複数の非接触シールの両側の少なくとも一方に設けられた接触シール（８，１０）と、前記被シール軸の軸方向に並ぶ、前記複数の非接触シール及び前記接触シール間の空間のうち、第１空間（Ｓｃ，Ｓｂ）にパージガスを噴射する噴射部（１１）と、前記複数の非接触シール及び接触シール間の空間のうちの、前記第１空間の前記軸方向の隣に位置する第２空間（Ｓｌ，Ｓｒ，Ｓａ）から前記パージガスを回収する回収部（１２Ａ，１２Ｂ）とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被シール軸に沿って設けられた複数の非接触シールと、
前記複数の非接触シールの両側の少なくとも一方に設けられた接触シールと、
前記被シール軸の軸方向に並ぶ、前記複数の非接触シール及び前記接触シール間の空間のうちの、第１空間にパージガスを噴射する噴射部と、
前記複数の非接触シール及び前記接触シール間の空間のうちの、前記第１空間の前記軸方向の隣に位置する第２空間から前記パージガスを回収する回収部と
を備えるシール装置。
【請求項2】
前記回収部は、前記第１空間の両側にそれぞれ位置する前記第２空間から前記パージガスを回収するように構成されている請求項１記載のシール装置。
【請求項3】
前記被シール軸は、ターボポンプの回転軸である請求項１または２記載のシール装置。
【請求項4】
前記回転軸には、酸化剤を送り出す酸化剤インペラと、燃料を送り出す燃料インペラと、外部から流入する駆動ガスによって回転動力を発生するタービンとが装着されている請求項３に記載のシール装置。
【請求項5】
回転軸と、
前記回転軸に装着された、酸化剤インペラまたは燃料インペラと、タービンと、
請求項１から４のいずれか一項に記載のシール装置と、を備え、
前記回転軸が、前記シール装置の前記被シール軸として機能する、複合ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
シール装置及び複合ポンプに関する。
本願は、２０１９年２月２５日に日本に出願された特願２０１９−０３１４０３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献１には、シャフトに沿って所定間隔を空けて４つの非接触シールを配置し、かつ、当該４つの非接触シール間の空間のうちの中央の空間に、外周（径方向外側）に設けられたパージ流路からヘリウムガスを吐出し、当該シャフトに沿って中央の空間の両側の空間に各々設けられた排気流路からヘリウムガスを回収するシール装置が開示されている。このようなシール装置は、４つの非接触シールによる機械的シール性能とヘリウムガスに基づく気体的シール性能とを併せ持っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第７５４４０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献１の技術では、ヘリウムガスの供給が停止した場合に気体的シール性能が失われ、機械的シール性能のみとなるので、所望のシール性能が得られなくなる。すなわち、従来技術は、シール性能の堅牢性という面で改善の余地がある。
【0005】
上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも堅牢性が高いシール装置及びポンプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
目的を達成するために、本開示の第１の態様のシール装置は、被シール軸に沿って設けられた複数の非接触シールと、前記複数の非接触シールの両側の少なくとも一方に設けられた接触シールと、前記被シール軸の軸方向に並ぶ、前記複数の非接触シール及び前記接触シール間の空間のうちの、第１空間にパージガスを噴射する噴射部と、前記複数の非接触シール及び接触シール間の空間のうちの、前記第１空間の前記軸方向の隣に位置する第２空間から前記パージガスを回収する回収部とを備える。
【0007】
本開示の第２の態様は、第１の態様のシール装置において、前記回収部は、前記第１空間の両側にそれぞれ位置する前記第２空間から前記パージガスを回収するように構成されている。
【0008】
本開示の第３の態様は、第１または第２の態様のシール装置において、前記被シール軸は、ターボポンプの回転軸である。
【0009】
本開示の第４の態様は、第３の態様のシール装置において、前記回転軸には、酸化剤を送り出す酸化剤インペラと、燃料を送り出す燃料インペラと、外部から流入する駆動ガスによって回転動力を発生するタービンとが装着されている。
【0010】
また、本開示の第５の態様の複合ポンプは、回転軸と、前記回転軸に装着された、酸化剤インペラまたは燃料インペラと、タービンと、前記第１の態様から第４の態様のいずれか１つの態様に記載のシール装置と、を備え、前記回転軸が、前記シール装置の前記被シール軸として機能する。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、従来よりも堅牢性が高いシール装置及び複合ポンプを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の一シール装置及び複合ポンプの構成を示す模式図である。
【図2】本開示の一実施形態の変形例に係るシール装置及び複合ポンプの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本複合ポンプＰ１は、ロケットエンジンに酸化剤と燃料とを供給するターボポンプ（遠心ポンプ；非容積型ポンプ）である。酸化剤は例えば液体酸素であり、また燃料は例えばＬＮＧ（液化天然ガス）である。
【0014】
この複合ポンプＰ１は、図１に示すように回転軸１（被シール軸）、第１、第２軸受２Ａ，２Ｂ、第１インペラ３、第２インペラ４、タービン５、第１、第２壁部６Ａ，６Ｂ、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ、第１接触シール８、第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂ、第２接触シール１０、噴射部１１及び第１、第２回収部１２Ａ，１２Ｂを備えている。
【0015】
これら構成要素のうち、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ、第１接触シール８、噴射部１１及び第１、第２回収部１２Ａ，１２Ｂは、本第１のシール装置Ａ１を構成している。また、第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂ、第２接触シール１０、噴射部１１及び第１、第２回収部１２Ａ，１２Ｂは、本第２のシール装置Ａ２を構成している。また第１のシール装置Ａ１及び第２のシール装置Ａ２は、回転軸１（軸部材）を備えていてもよい。以下の説明において、第１インペラ３が設けられている側を左側、タービン５が設けられている側を右側と称する場合がある。
【0016】
回転軸１は、所定径かつ所定長さを有する円柱状部材であり、本実施形態における被シール軸である。第１、第２軸受２Ａ，２Ｂは、この回転軸１を回転可能に支持するラジアル軸受であり、回転軸１の長さ方向（軸方向）に所定の間隔を空けて設けられている。これら第１、第２軸受２Ａ，２Ｂのうち、第１軸受２Ａは、図１に示すように回転軸１の長さ方向において第１インペラ３の近傍（第１インペラ３の右隣）に設けられ、第２軸受２Ｂは、回転軸１の長さ方向において第２インペラ４の近傍（第２インペラ４の右隣）に設けられている。
【0017】
なお、この図１では、回転軸１を回転可能に支持する支持部材として、第１、第２軸受２Ａ，２Ｂ（ラジアル軸受）のみが描かれているが、これは便宜的な記載であり必要に応じてスラスト軸受が付加的に設けられてもよい。
【0018】
第１インペラ３は、複数の羽根が中心軸周りに略放射状に形成された羽根車であり、図示しないケーシング（第１ポンプケーシング）内に収容されている。この第１インペラ３は、回転軸１の左端（一端）近傍部位に同軸状に装着されている。すなわち、この第１インペラ３は、回転軸１を回転中心として回転する回転翼であり、軸方向から酸化剤を吸引して半径方向に送り出す酸化剤インペラである。
【0019】
第２インペラ４は、複数の羽根が中心軸周りに略放射状に形成された羽根車であり、図示しないケーシング（第２ポンプケーシング）内に収容されている。この第２インペラ４は、回転軸１の中間近傍部位に同軸状に装着されており、上述した第１インペラ３と同様に回転軸１を回転中心として回転する回転翼である。このような第２インペラ４は、軸方向から燃料を吸引して半径方向に送り出す燃料インペラである。
【0020】
タービン５（タービン翼）は、複数の羽根が中心軸周りに略放射状に形成された羽根車であり、図示しないケーシング（タービンケーシング）内に収容されている。このタービン５は、回転軸１の右端（他端）近傍部位に同軸状に装着されており、上述した第１インペラ３及び第２インペラ４と同様に回転軸１を回転中心として回転する回転翼である。このようなタービン５は、外部から供給される駆動ガスによって回転動力を発生させる動力源であり、回転軸１を介して連結する第１インペラ３及び第２インペラ４を回転駆動する。
【0021】
第１壁部６Ａは、第１インペラ３を収容する第１ポンプケーシング（図示略）の一部、つまり第１インペラ３の背面に対向する部位であり、回転軸１が挿通する第１貫通孔６ａが形成されている。第１ポンプケーシングは、第１インペラ３を収容すると共に酸化剤の三次元流路を形成する金属容器である。このような第１ポンプケーシングでは、図１の破線矢印で示すように第１壁部６Ａの第１貫通孔６ａが酸化剤の漏れ流路の一部となっている。
【0022】
第２壁部６Ｂは、第２インペラ４を収容する第２ポンプケーシング（図示略）の一部、つまり第２インペラ４の背面に対向する部位であり、回転軸１が挿通する第２貫通孔６ｂが形成されている。第２ポンプケーシングは、第１ポンプケーシングに隣接して設けられており、第２インペラ４を収容すると共に燃料の三次元流路を形成する金属容器である。
【0023】
また、この第２ポンプケーシングでは、回転軸１が第２インペラ４を貫通して第１ポンプケーシングに延伸しているために、第２インペラ４の左側にも第３貫通孔（図示略）が形成されている。このような第２ポンプケーシングでは、図１の一点鎖線矢印で示すように第２壁部６Ｂの第２貫通孔６ｂ及び第３貫通孔（図示略）が燃料の漏れ流路の一部となっている。
【0024】
第１のシール装置Ａ１は、全体として第１インペラ３と第２インペラ４との間に設けられ、第１インペラ３が吐出する酸化剤と第２インペラ４が吐出する燃料との接触を防止あるいは抑制するための装置である。より正確には、第１のシール装置Ａ１は、第１壁部６Ａと第２インペラ４との間に設けられている。
【0025】
第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃは、回転軸１に沿って所定間隔を空けて配列される非接触タイプのシール部材である。すなわち、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃは、回転軸１と接触することなく、当該回転軸１の表面（周面）を伝わって流体が流れることを抑制する。このような第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃは、形式を特に限定するものではないが、例えばラビリンスシールあるいはゴム材からなるリングシールである。
【0026】
これら第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃのうち、第１非接触シール７Ａは、図示するように第１壁部６Ａの右側に位置し、第１壁部６Ａに最も近い非接触タイプのシール部材である。第２非接触シール７Ｂは、第１非接触シール７Ａの右側に位置し、つまり第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃの中央に位置する非接触タイプのシール部材である。第３非接触シール７Ｃは、第２非接触シール７Ｂの右側に位置し、つまり第１接触シール８に最も近い非接触タイプのシール部材である。
【0027】
第１接触シール８は、第３非接触シール７Ｃと所定間隔を空けた状態で第３非接触シール７Ｃと第２インペラ４との間に設けられた接触タイプのシール部材である。すなわち、この第１接触シール８は、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃの、回転軸１の軸方向の両側のうちの一方（右側）に設けられており、回転軸１と接触することにより当該回転軸１の表面（周面）を伝わって流体が流れることを抑制する。このような第１接触シール８は、形式を特に限定するものではないが、例えばリップシール、メカニカルシールあるいは気密性に加え耐久性にも優れたセグメントシールである。第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ及び第１接触シール８は、複合ポンプＰ１の左側から右側に向けてこの順に配置されている。
【0028】
ここで、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ及び第１接触シール８は、回転軸１に沿って所定間隔を空けて配列されるので、回転軸１の外周面に沿って（軸方向に）並ぶと共に、相互間に所定幅を有する複数の空間が形成されている。すなわち、各空間は回転軸１の軸方向に隣り合うシール間に設けられている。本実施形態では、第２非接触シール７Ｂと第３非接触シール７Ｃとの間の空間を中央空間Ｓｃ、第１非接触シール７Ａと第２非接触シール７Ｂとの間の空間を第１左空間Ｓｌ、また第３非接触シール７Ｃと第１接触シール８との間の空間を第１右空間Ｓｒと言う。
【0029】
このような中央空間Ｓｃ、第１左空間Ｓｌ及び第１右空間Ｓｒのうち、中央空間Ｓｃは、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ及び第１接触シール８によって形成される複数の空間において、配列方向の内側に位置する空間、つまり本実施形態における第１空間である。また、第１左空間Ｓｌ及び第１右空間Ｓｒは、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ及び第１接触シール８によって形成される複数の空間において、配列方向の外側に位置する第２空間である。
すなわち、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ及び第１接触シール８の間の空間のうちの、中央空間Ｓｃ（第１空間）に噴射部１１からパージガスが噴射される。また第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ及び第１接触シール８の間の空間のうちの、第１左空間Ｓｌ及び第１右空間Ｓｒ（第２空間）は、回転軸１の軸方向において中央空間Ｓｃの隣に位置する。
【0030】
第２のシール装置Ａ２は、全体として第２インペラ４とタービン５との間に設けられ、第２インペラ４が吐出する燃料とタービン５に流入する駆動ガスの漏れガスとの接触を防止あるいは抑制するための装置である。より正確には、第２のシール装置Ａ２は、第２壁部６Ｂとタービン５との間に設けられている。
【0031】
第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂは、回転軸１に沿って所定間隔を空けて配列される非接触タイプのシール部材である。すなわち、第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂは、回転軸１と接触することなく、当該回転軸１の表面（周面）を伝わって流体が流れることを抑制する。このような第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂは、形式を特に限定するものではないが、例えばラビリンスシールあるいはゴム材からなるリングシールである。
【0032】
第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂのうち、第４非接触シール９Ａは、図１に示すように第２壁部６Ｂの右側に位置し、第２壁部６Ｂに最も近い非接触タイプのシール部材である。第５非接触シール９Ｂは、第４非接触シール９Ａの右側に位置し、つまり第２接触シール１０に最も近い非接触タイプのシール部材である。
【0033】
第２接触シール１０は、第５非接触シール９Ｂと所定間隔を空けた状態で第５非接触シール９Ｂとタービン５との間に設けられた接触タイプのシール部材である。すなわち、この第２接触シール１０は、回転軸１と接触することにより当該回転軸１の表面（周面）を伝わって流体が流れることを抑制する。このような第２接触シール１０は、形式を特に限定するものではないが、例えばリップシール、メカニカルシールあるいは気密性に加え耐久性にも優れたセグメントシールである。第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂ及び第２接触シール１０は、複合ポンプＰ１の左側から右側に向けてこの順に配置されている。
【0034】
ここで、第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂ及び第２接触シール１０は、回転軸１に沿って所定間隔を空けて配列されるので、回転軸１の軸方向に並ぶと共に、相互間に所定幅を有する複数の空間が形成されている。すなわち、各空間は回転軸１の軸方向に隣り合うシール間に設けられている。本実施形態では、第４非接触シール９Ａと第５非接触シール９Ｂとの間の空間を第２左空間Ｓａ、また第５非接触シール９Ｂと第２接触シール１０との間の空間を第２右空間Ｓｂと言う。
【0035】
噴射部１１は、中央空間Ｓｃ及び第２右空間Ｓｂにパージガスを噴射するガス噴射部である。すなわち、この噴射部１１は、比較的高圧なパージガスを中央空間Ｓｃ及び第２右空間Ｓｂに噴射する。パージガスは、酸化剤、燃料及び駆動ガスに対して不活性なガス（不活性ガス）であり、例えば窒素ガスあるいはヘリウムガスである。
【0036】
第１、第２回収部１２Ａ，１２Ｂのうち、第１回収部１２Ａは、第１左空間Ｓｌから流体を回収する回収部である。この第１回収部１２Ａは、各種流体のうち、第２非接触シール７Ｂを通過したパージガス及び第１壁部６Ａから漏れた酸化剤を回収する。一方、第２回収部１２Ｂは、第１右空間Ｓｒ及び第２左空間Ｓａから流体を回収する回収部である。この第２回収部１２Ｂは、各種流体のうち、第３非接触シール７Ｃ及び第５非接触シール９Ｂを通過したパージガス及び第２壁部６Ｂから漏れた燃料を回収する。すなわち、本実施形態では、少なくとも酸化剤と燃料とを個別に回収する。
【0037】
次に、本複合ポンプＰ１の動作及びシール装置Ａ１，Ａ２の作用・効果について詳しく説明する。
【0038】
本複合ポンプＰ１では、タービン５に駆動ガスが供給されることによりタービン５周りの回転動力が発生し、当該回転動力によって回転軸１、第１インペラ３及び第２インペラ４が回転する。そして、第１インペラ３の回転数に応じた流量の酸化剤がエンジン（図示せず）の燃焼器に供給されると共に第２インペラ４の回転数に応じた流量の燃料が同じく燃焼器に供給される。そして、エンジンは、酸化剤及び燃料の流量に応じた推力を発生させる。
【0039】
このような複合ポンプＰ１の作動において、本シール装置Ａ１，Ａ２は、以下のように作用する。すなわち、噴射部１１は、複合ポンプＰ１の作動時に第１のシール装置Ａ１の中央空間Ｓｃ及び第２のシール装置Ａ２の右空間Ｓｂにパージガスを常時供給し続ける。
【0040】
第１のシール装置Ａ１では、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃのシール性能によって回転軸１の表面（周面）を介した流体の流れ（漏れ）は殆ど抑制されるが、この漏れを完全に無くすことはできない。
【0041】
このような第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃに対して、パージガスの一部は、図１の実線矢印で示すように、第２非接触シール７Ｂと回転軸１の表面（周面）との僅かな隙間を通過して左空間Ｓｌに進入し、また第３非接触シール７Ｃと回転軸１の表面（周面）との僅かな隙間を通過して右空間Ｓｒに進入する。
【0042】
また、第１のシール装置Ａ１では、図１の破線矢印で示すように、第１壁部６Ａを経由して回転軸１の表面（周面）に酸化剤（漏れ酸化剤）が進入し、この漏れ酸化剤の一部が第１のシール装置Ａ１の第１非接触シール７Ａと回転軸１の表面（周面）との僅かな隙間を通過して左空間Ｓｌに進入する。そして、左空間Ｓｌに進入したパージガス及び漏れ酸化剤、右空間Ｓｒに進入したパージガスは、第１回収部１２Ａによって連続的に回収される。
【0043】
さらに、第１のシール装置Ａ１では、図１の一点鎖線矢印で示すように、燃料の一部（漏れ燃料）が回転軸１の表面（周面）を介して第２インペラ４側（右側）から第１接触シール８に進入して来る。この漏れ燃料は、第１接触シール８が回転軸１の表面（周面）に接触しているので、第１接触シール８を殆ど通過することができない。
【0044】
すなわち、第１のシール装置Ａ１では、第１〜第３非接触シール７Ａ〜７Ｃ及び第１接触シール８による機械的なシール性能に加えて、噴射部１１のパージガスによる流体的なシール性能が発揮されることによって、堅牢性の高いシール性能が実現されている。
【0045】
ここで、噴射部１１から中央空間Ｓｃへのパージガスの供給が何らかの不具合により停止した場合、漏れ酸化剤が回転軸１の表面（周面）との間の僅かな隙間を介して中央空間Ｓｃに進入する可能性がある。また、この場合において、従来のように第１接触シール８に代えて非接触シールが採用されていた場合には、漏れ燃料が回転軸１の表面（周面）との間の僅かな隙間を介して中央空間Ｓｃに進入する可能性がある。
【0046】
すなわち、このような場合には、中央空間Ｓｃにおいて漏れ酸化剤と漏れ燃料とが接触する可能性がある。しかしながら、本実施形態における第１のシール装置Ａ１では、漏れ燃料の進入側である右空間Ｓｒの右側（第２インペラ４側）に第１接触シール８が設けられているので、漏れ燃料の右空間Ｓｒへの進入、さらに中央空間Ｓｃへの進入をより確実に抑制している。したがって、本実施形態によれば、従来よりも堅牢性が高いシール装置及び複合ポンプを提供することが可能である。
【0047】
一方、第２のシール装置Ａ２では、パージガスの一部は、第５非接触シール９Ｂと回転軸１の表面（周面）との隙間を通過して左空間Ｓａに進入する。また、この複合ポンプＰ１では、図１の一点鎖線矢印で示すように、第２壁部６Ｂを経由して回転軸１の表面（周面）に燃料（漏れ燃料）が進入し、この漏れ燃料の一部が第２のシール装置Ａ２の第４非接触シール９Ａと回転軸１の表面（周面）との隙間を通過して左空間Ｓａに進入してくる。そして、左空間Ｓａに進入したパージガス及び漏れ燃料は、第２回収部１２Ｂによって連続的に回収される。
【0048】
さらに、この複合ポンプＰ１では、図１の二点鎖線矢印で示すように、駆動ガスの一部（漏れ駆動ガス）が回転軸１の表面（周面）を介してタービン５（右側）から第２接触シール１０に進入して来る。この漏れ駆動ガスは、第２接触シール１０が回転軸１の表面（周面）に接触しているので、第２接触シール１０を殆ど通過することができない。
【0049】
すなわち、第２のシール装置Ａ２では、第４、第５非接触シール９Ａ、９Ｂ及び第２接触シール１０による機械的なシール性能に加えて、噴射部１１のパージガスによる流体的なシール性能が発揮されることによって、堅牢性の高いシール性能が実現されている。
【0050】
ここで、噴射部１１から右空間Ｓｂへのパージガスの供給が何らかの不具合により停止した場合、漏れ燃料が回転軸１の表面（周面）との間の僅かな隙間を介して右空間Ｓｂに進入する可能性がある。また、この場合において、第２接触シール１０に代えて非接触シールが採用されていた場合には、漏れ駆動ガスが回転軸１の表面（周面）との間の僅かな隙間を介して右空間Ｓｂに進入する可能性がある。
【0051】
しかしながら、本実施形態における第２のシール装置Ａ２では、漏れ駆動ガスの進入側である右空間Ｓｂの右側（タービン５側）に第２接触シール１０が設けられているので、漏れ駆動ガスの右空間Ｓｂへの進入、さらに左空間Ｓａへの進入をより確実に抑制している。したがって、本実施形態によれば、第２のシール装置Ａ２においても、従来よりも堅牢性が高いシール装置及び複合ポンプを提供することが可能である。
【0052】
なお、本開示は実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）実施形態では、図１に示すように第１インペラ３と第２インペラ４とが同一の回転軸１に装着された複合ポンプＰ１について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図２に示すように第１インペラ３と第２インペラ４とが個別の回転軸１Ａ、１Ｂにそれぞれ装着された複合ポンプＰ２も考えられる。
【0053】
すなわち、図２に示す複合ポンプＰ２は、第１インペラ３及びタービン５が第１の回転軸１Ａに装着されると共に第２インペラ４が第２の回転軸１Ｂに装着され、また第１の回転軸１Ａと第２の回転軸１Ｂとが連結機１３を介して軸結合している。このような複合ポンプＰ２では、タービン５に発生する回転動力に基づいて第１の回転軸１Ａ及び第１インペラ３がタービン５と同一回転数で回転する。また、第２の回転軸１Ｂ及び第２インペラ４は、タービン５の回転数と連結機１３のギヤ比とに基づく回転数で回転する。
【0054】
また、この複合ポンプＰ２では、上述した第１のシール装置Ａ１が第１の回転軸１Ａにおける第１壁部６Ａと連結機１３との間に設けられ、第１のシール装置Ａ１と同様な構成を備える第３のシール装置Ａ３が第２の回転軸１Ｂにおける第２壁部６Ｂと連結機１３との間に設けられる。第３のシール装置Ａ３は、上述した第２のシール装置Ａ２の第５非接触シール９Ｂと第２接触シール１０との間に第６非接触シール９Ｃを付加した装置である。また、第１のシール装置Ａ１は回転軸１Ａを、第３のシール装置Ａ３は回転軸１Ｂを備えていてもよい。
【0055】
さらに、この複合ポンプＰ２では、第１のシール装置Ａ１と第３のシール装置Ａ３とに個別にシールガスが供給される。すなわち、第１のシール装置Ａ１には第１噴射部１１Ａからパージガスが供給され、第３のシール装置Ａ３には第２噴射部１１Ｂからパージガスが供給される。
【0056】
このような変形例に係る複合ポンプＰ２及びシール装置Ａ１，Ａ３によれば、酸化剤と駆動ガスとの接触が第１のシール装置Ａ１によって抑制され、また燃料と駆動ガスとの接触が第３のシール装置Ａ３によって抑制される。また、第１のシール装置Ａ１及び第３のシール装置Ａ３にパージガスが供給されないような不具合が発生した場合であっても、第１接触シール８及び第２接触シール１０によって駆動ガスの通過が遮断されるので、従来よりも堅牢性が高いシール装置及び複合ポンプを提供することが可能である。
なお、このような変形例では第１インペラ３及びタービン５が第１の回転軸１Ａに装着されているが、これに代えて、第２インペラ４及びタービン５が１つの回転軸に装着されていてもよい。
【0057】
（２）実施形態及び変形例における第１のシール装置Ａ１及び第３のシール装置Ａ３は、３つの非接触シールと１つの接触シールとを備えるが、本開示はこれに限定されない。非接触シールの個数は３以上でも良く、また接触シールの個数は２以上であってもよい。すなわち、複数の非接触シールの、回転軸１の軸方向の両側に接触シールがそれぞれ設けられてもよい。例えば第１接触シール８あるいは／及び第２接触シール１０に隣接して非接触シールあるいは接触シールを追加することにより、燃料あるいは／及び駆動ガスの通過をより確実に抑制してもよい。
【0058】
（３）実施形態では、ロケットエンジンに酸化剤と燃料とを供給するターボポンプについて説明したが、本開示はこれに限定されない。２つ以上の流体を扱う回転機械であれば、ターボポンプ以外の様々な装置に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【0059】
複数種類の流体の接触を防止あるいは抑制するシール装置及び当該シール装置を備える複合ポンプに利用することができる。
【符号の説明】
【0060】
Ｐ１，Ｐ２ 複合ポンプ
Ａ１ 第１のシール装置
Ａ２ 第２のシール装置
Ａ３ 第３のシール装置
１ 回転軸（被シール軸）
１Ａ 第１の回転軸
１Ｂ 第２の回転軸
２Ａ，２Ｂ 第１、第２軸受
３ 第１インペラ（酸化剤インペラ）
４ 第２インペラ（燃料インペラ）
５ タービン
６Ａ，６Ｂ 第１、第２壁部
７Ａ〜７Ｃ 第１〜第３非接触シール
８ 第１接触シール
９Ａ、９Ｂ 第４、第５非接触シール
１０ 第２接触シール
１１ 噴射部
１１Ａ，１１Ｂ 第１、第２噴射部
１２Ａ，１２Ｂ 第１、第２回収部
１３ 連結機
Ｓｃ，Ｓｃ’ 中央空間（第１空間）
Ｓａ，Ｓｌ，Ｓｌ’ 左空間（第２空間）
Ｓｂ 右空間（第１空間）
Ｓｒ，Ｓｒ’ 右空間（第２空間）
【図1】
【図2】

【手続補正書】
【提出日】2020年6月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被シール軸に沿って設けられた複数の非接触シールと、
前記複数の非接触シールの両側の少なくとも一方に設けられた接触シールと、
前記被シール軸の軸方向に並ぶ、前記複数の非接触シール及び前記接触シール間の空間のうちの、第１空間にパージガスを噴射する噴射部と、
前記複数の非接触シール及び前記接触シール間の空間のうちの、前記第１空間の前記軸方向の隣に位置する第２空間から前記パージガスを回収する回収部と
を備えるシール装置。
【請求項2】
前記回収部は、前記第１空間の両側にそれぞれ位置する前記第２空間から前記パージガスを回収するように構成されている請求項１記載のシール装置。
【請求項3】
前記被シール軸は、ターボポンプの回転軸である請求項１または２記載のシール装置。
【請求項4】
前記回転軸には、酸化剤を送り出す酸化剤インペラと、燃料を送り出す燃料インペラと、外部から流入する駆動ガスによって回転動力を発生するタービンとが装着されている請求項３に記載のシール装置。
【請求項5】
（削除）
【請求項6】
前記接触シールは、前記被シール軸と接触することにより、当該被シール軸の周面を伝わって流体が流れることを抑制する、請求項１に記載のシール装置。
【請求項7】
前記接触シールは、リップシール、メカニカルシールまたはセグメントシールである、請求項６に記載のシール装置。
【請求項8】
回転軸と、
前記回転軸に装着された、酸化剤インペラまたは燃料インペラと、タービンと、
請求項１から４、６及び７のいずれか一項に記載のシール装置と、を備え、
前記回転軸が、前記シール装置の前記被シール軸として機能する、複合ポンプ。
【請求項9】
前記回転軸を回転可能に支持する軸受を備え、
前記酸化剤インペラまたは前記燃料インペラと、前記軸受と、前記複数の非接触シールと、前記接触シールとが、前記軸方向においてこの順に並んでいる、請求項８に記載の複合ポンプ。
【請求項10】
回転軸と、
前記回転軸に、前記軸方向に順に並んで装着された、酸化剤インペラ、燃料インペラ及びタービンと、
前記酸化剤インペラと前記燃料インペラとの間で、前記回転軸を回転可能に支持する第１軸受と、
前記燃料インペラと前記タービンとの間で、前記回転軸を回転可能に支持する第２軸受と、
請求項１から４、６及び７のいずれか一項に記載のシール装置と、を備え、
前記回転軸が、前記シール装置の前記被シール軸として機能し、
前記シール装置は、前記第１軸受と前記燃料インペラとの間に配置された第１シール装置と、前記第２軸受と前記タービンとの間に配置された第２シール装置と、を有し、
前記第１軸受と、前記第１シール装置の前記複数の非接触シールと、前記第１シール装置の前記接触シールとが、この順に配置され、
前記第２軸受と、前記第２シール装置の前記複数の非接触シールと、前記第２シール装置の前記接触シールとが、この順に配置されている、複合ポンプ。
【国際調査報告】

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