Una pompa turbo è una pompa per fluido ad alta pressione azionata da una turbina a gas e progettata principalmente per fornire carburante ai motori a propulsione ea razzo. Le pompe turbo sono generalmente costruite come unità lineari con la pompa e la turbina concentrate su un albero comune sebbene esistano esempi di ingranaggi. Le pompe utilizzate sulle unità turbo sono tipi di flusso assiale in cui sono coinvolti fluidi a bassa densità o i più comuni tipi centrifughi utilizzati per pompare fluidi ad alta densità. L’azionamento della pompa funziona come un turbo convenzionale per veicoli con una fonte esterna di gas o vapore che aziona la turbina. Le pompe turbo possono presentare una velocità di rotazione di 30.000 giri al minuto (RPM) o più e sono eccezionalmente sensibili, rendendo quindi difficile progettare e produrre con successo.
Il concetto di pompa turbo è nato dall’esigenza di una pompa del carburante ad alta pressione per il progetto missilistico tedesco V-2 durante la seconda guerra mondiale. I motori a razzo richiedevano una fonte di carburante ad alta pressione e la pressione dei serbatoi di carburante stessi si rivelò poco pratica. Le prime pompe turbo utilizzate nel progetto V-2 sono state guidate dal perossido di idrogeno decomposto e, dopo una serie di voli di prova falliti, hanno portato con successo il razzo V-2 all’infamia. Sebbene non sia esattamente un’enorme storia di successo morale, il V-2 ha dimostrato la fattibilità delle pompe per fluidi ad alta velocità, azionate da turbina, e il loro sviluppo è progredito rapidamente negli anni del dopoguerra.
Il principio su cui si basano le pompe turbo si basa sulla tecnologia delle turbine standard. Una fonte esterna di gas altamente pressurizzato viene diretta attraverso una serie di pale di turbina, facendole così ruotare rapidamente. A loro volta, guidano una pompa attraverso un albero centrale comune sia alla turbina che alla pompa o tramite una serie di ingranaggi. Le pompe turbo sono dotate di uno dei due tipi di pompa, la variante di flusso centrifugo o assiale. Ognuno ha le proprie caratteristiche di pressione massima e portata adatte a diversi tipi di fluido.
I tipi di pompe turbo centrifughe sono, ad esempio, particolarmente adatti per pompare fluidi densi. Queste pompe sono costituite da un disco piatto con un numero di palette curve montate intorno alla superficie. Quando il fluido viene introdotto al centro di un disco rotante della pompa, le palette lo spingono verso l’esterno della pompa e attraverso l’uscita ad alta velocità. Le pompe a flusso assiale, d’altra parte, sono più adatte ai fluidi a bassa densità e consistono in gruppi di pale alternate statiche e rotanti simili nella costruzione alla turbina. Il fluido passa attraverso questi gruppi di pale parallele all’asse dell’albero dove la pressione viene gradualmente aumentata fino a quando non esce nella parte anteriore della pompa.
Storicamente la pompa turbo è stata eccezionalmente difficile da progettare e costruire. Problemi comuni riscontrati con queste pompe includono ricircolo eccessivo dell’iniettore, generazione di vortici e cavitazione. Le velocità di rotazione eccezionalmente elevate, spesso superiori a 30.000 giri / min, comportano inoltre un’enorme tensione fisica sulle pompe e possono provocare spettacolari guasti meccanici. La pompa turbo, tuttavia, fornisce ancora il metodo più pratico per erogare carburanti ad alta pressione ai motori a razzo e ram.