CN107614836B - 膨胀涡轮装置 - Google Patents

Abstract

一种膨胀涡轮装置，具备主体、涡轮叶轮、制动叶轮、转轴、静压气体轴承、迷宫式密封件、气体供给路径、以及混合气体排出路径，向迷宫式密封件的中途供给的气体的压力低于膨胀室的入口压力且高于静压轴承的背压。

Description

膨胀涡轮装置

技术领域

本发明涉及膨胀涡轮（Expansion Turbine）装置，特别涉及具备静压气体轴承的膨胀涡轮装置的泄漏防止技术。

背景技术

一般而言，将氢气、氦气等原料气体液化的液化系统具备输送原料气体的送料线路、循环制冷剂气体的制冷剂循环线路、以及用于通过制冷剂冷却原料气体的热交换器。循环于制冷剂循环线路内的制冷剂气体经压缩机压缩后，藉由膨胀涡轮进行绝热膨胀并降温。原料气体与降温后的制冷剂气体通过热交换器进行热交换以此冷却。

膨胀涡轮内需要有用于支持转轴的轴承。若采用使用润滑油的液体轴承作为轴承，润滑油恐怕会混入通过膨胀涡轮的制冷剂气体。因此，作为轴承优选是使用与制冷剂气体同种气体的气体轴承。气体轴承之中的静压气体轴承能够在液化系统启动以及停止时将轴承面与转轴之间摩擦抑制为较小，且适用于超高速旋转。因此，采用静压气体轴承作为膨胀涡轮的轴承（例如参照专利文献1）。

使用静压气体轴承的膨胀涡轮具备用于向静压气体轴承供给与制冷剂气体相同种类的轴承气体的轴承供给线路、以及将通过静压气体轴承的轴承气体排出的轴承排气线路。膨胀涡轮内部的轴承室内插设有转轴，轴承供给线路与轴承排气线路相连通。设置于转轴的一端的涡轮叶轮容纳于膨胀室。膨胀室在涡轮叶轮的外周侧上形成有供制冷剂气体流入的膨胀室入口，在中心部的轴向上形成有供制冷剂气体流出的膨胀室出口。另一方面，设置于转轴的另一端的制动叶轮容纳于制动气体室。制动气体室上，形成有连通制动气体室的出口与入口的连通通路，并形成有包括制动叶轮的闭合回路。

在膨胀涡轮的涡轮叶轮的背面，为抑制低温的制冷剂气体从膨胀室泄漏至轴承室而设置有迷宫式密封件（labyrinth seal）（例如参照专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-55050号公报；

专利文献2：日本特开平6-26301号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，迷宫式密封件与转轴之间存有一定的间隙，因此只要存在密封压差就无法完全防止泄漏。若从膨胀室泄漏至轴承室的低温气体增加，则膨胀涡轮的效率下降，且由于轴承室被冷却因此转轴与径向静压轴承的间隙尺寸发生变化，某些情况下转轴与径向静压轴承会发生接触。

因此，本发明的目的在于在具备静压气体轴承的膨胀涡轮中抑制低温气体的密封泄漏。

解决问题的手段：

根据本发明一形态的膨胀涡轮装置，具备：内部形成有膨胀室、制动气体室和轴插通孔，且所述轴插通孔形成为连通所述膨胀室与所述制动气体室并能供转轴插通的主体；容纳于所述膨胀室内并使制冷剂气体膨胀的涡轮叶轮；容纳于所述制动气体室内并通过与所述制冷剂气体相同种类的制动气体进行制动的制动叶轮；有间隙地插通所述轴插通孔，且一侧的端部设置有所述涡轮叶轮，另一侧的端部设置有所述制动叶轮的所述转轴；设置在形成于所述轴插通孔内的轴承室内，并通过与入口供给且出口排出的所述制冷剂气体相同种类的轴承气体的静压能旋转地支持所述转轴的静压气体轴承；设置于所述轴承室与所述膨胀室之间的迷宫式密封件；用于向所述迷宫式密封件的中途供给与所述制冷剂气体相同种类的气体的气体供给路径；以及上游端连接于所述静压气体轴承的轴承室出口，并将通过所述静压气体轴承的所述轴承气体、从所述膨胀室通过所述迷宫式密封件泄漏至所述轴承室的制冷剂气体、和向所述迷宫式密封件的中途供给的气体的混合气体排出的混合气体排出路径；向所述迷宫式密封件的中途供给的气体的压力低于所述膨胀室的入口压力且高于所述静压轴承的背压。

根据上述结构，向迷宫式密封件的中途供给压力低于膨胀室的入口压力且高于静压轴承的背压的气体，因此从膨胀室通过迷宫式密封件泄漏至混合气体排出路径的制冷剂气体的量实质上取决于气体的供给压。因此，与不供进气体的情况相比，可减少制冷剂气体相对于相同的静压气体轴承的背压的泄漏量。例如，在不供进气体的情况下，为了减少制冷剂气体的泄漏量，虽然有升高轴承背压，减少迷宫压差的方法，但是可能会导致轴承性能下降。相对于此，根据上述结构，由于供给气体，因此不升高轴承背压就可以抑制来自迷宫式密封件的制冷剂气体的泄漏量。

也可以是上述膨胀涡轮装置，还具备：测量所述气体的压力的第一压力传感器；设置于所述气体供给路径并调节所述气体的压力的压力调节阀；测量所述膨胀室的入口压力的第二压力传感器；以及以使所述气体的压力低于所述膨胀室的入口压力且高于所述静压轴承的背压的形式控制所述压力调节阀的控制装置。

根据上述结构，控制装置以使气体的压力低于膨胀室的入口压力且高于静压轴承的背压的形式进行控制，因此无需为了减少泄漏量而升高轴承背压，可以防止由背压上升导致的轴承性能下降。

也可以是所述控制装置将向所述迷宫式密封件的中途供给的所述气体的初期压力控制为与轴承背压同等程度，在所述混合气体排出路径内流动的混合气体的温度下降时，以使所述气体的压力上升的形式控制所述压力调节阀。

根据上述结构，若从膨胀室通过迷宫式密封件泄漏的制冷剂气体増加则混合气体排出路径的温度下降，但通过升高向迷宫式密封件供给的气体的压力，可使迷宫式密封件的涡轮侧压力与气体的压力相平衡，理论上可以消除来自涡轮的低温气体的泄漏。又，流动于涡轮侧的低温气体的泄漏量变少，因此可以防止常温侧的温度下降。

发明效果：

根据本发明，可以在具备静压气体轴承的膨胀涡轮装置中抑制低温气体的密封泄漏。籍此，可以抑制涡轮的效率下降以及轴承室的冷却。

参照附图，通过以下的较为优选的实施形态的详细说明来阐明本发明的上述目的、其他目的、特征、以及优点。

附图说明

图1是示出根据第一实施形态的膨胀涡轮装置的构造的局部剖视图；

图2是示出图1中的径向静压轴承的结构的概略图；

图3是示出图1中的轴向静压轴承的结构的概略图；

图4是示出图1中的迷宫式密封件的结构的示意图；

图5是示出图1中的膨胀涡轮装置的整体结构的概略图；

图6是示出根据第二实施形态的膨胀涡轮装置的结构的示意图。

具体实施方式

以下，参照图面说明根据本发明的实施形态。以下，在所有附图中对相同或相应的要素标以同一符号并省略重复的说明。

（第一实施形态）

图1是示出根据第一实施形态的膨胀涡轮装置的构造的局部剖视图。如图1所示，膨胀涡轮装置1的主体10内部形成有膨胀室21、制动气体室20、以及轴插通孔22。主体10例如形成为壳（casing）形状。轴插通孔22形成为连通膨胀室21和制动气体室20且可被转轴13插通的结构。

转轴13有间隙地插通轴插通孔22，且一侧的端部设置有涡轮叶轮11，另一侧的端部设置有制动叶轮12。转轴13于主体10内沿上下方向延伸，并绕上下轴线可旋转地受到支持。涡轮叶轮11容纳于膨胀室21内，并形成为使制冷剂气体膨胀的结构。涡轮叶轮11形成于转轴13的下端部。主体10下部形成有膨胀室入口24、涡轮喷嘴25以及膨胀室出口26。膨胀室入口24开口于主体10的下部。涡轮喷嘴25的一端连通膨胀室入口24，另一端连通膨胀室21。膨胀室出口26开口于主体10的中央下部，藉此涡轮叶轮11的膨胀室21与主体10外部连通。流入膨胀室入口24的制冷剂通过涡轮喷嘴25的所述另一端向着涡轮叶轮11喷射。制冷剂气体随着涡轮叶轮11的旋转而膨胀以及降温后，从膨胀室出口26流出至主体10外部。

制动叶轮12容纳于制动气体室20内，并藉由与制冷剂气体相同种类的制动气体进行制动。制动叶轮12形成于转轴13的上端部。主体10上部形成有制动气体室入口27以及制动气体室出口29，籍此容纳制动叶轮12的制动气体室20与主体10外部的制动线路15（参照图5）连通。从制动线路15流入制动气体室入口27的常温的制动气体原样流入制动叶轮12。制动气体随着制动叶轮12的旋转而被压缩升压以及升温后，从制动气体室出口29经由制动线路15返回至制动气体室入口27。

静压气体轴承14设置在形成于轴插通孔22的轴承室23内，并通过与从所述膨胀室入口24供给且从所述膨胀室出口26排出的制冷剂气体相同种类的轴承气体的静压，可旋转地支持转轴13。静压气体轴承14具备在径向上可旋转地支持转轴13的径向静压气体轴承14a和14d、以及在轴向上可旋转地支持转轴13的轴向静压气体轴承14b和14c。这些静压气体轴承14a～14d形成为近似圆筒状、且以围绕转轴13的外周侧的形式进行设置。设置为第一径向静压轴承14d、第一轴向静压轴承14c、第二轴向静压轴承14b以及第二径向静压轴承14a从膨胀室21向着制动气体室20依次位于轴承室23内。第二轴向静压轴承14b以及第一轴向静压轴承14c以在上下方向上夹持从转轴13的上下中央部径向突出的止推环（thrustcollar）34的形式进行配置。

主体10内形成有第一共通进气通路35a、第二共通进气通路35b、以及共通排气通路36。第一共通进气通路35a、第二共通进气通路35b、以及共通排气通路36形成于圆周方向上不同位置。第一共通进气通路35a与轴承气体入口49连通，是向第二径向静压轴承14a、第一径向静压轴承14d的间隙供给轴承气体并供轴承气体流动的通路，第二共通进气通路35b与轴承气体入口49连通，是向第二轴向静压轴承14b、第一轴向静压轴承14c的间隙供给轴承气体并供轴承气体流动的通路。本实施形态中，第一共通进气通路35a与第二共通进气通路35b虽独立构成，但也可以是共通地构成。共通排气通路36与轴承气体出口50连通，是供从各静压气体轴承14a～14d的间隙排出的轴承气体流动的通路。

第一共通进气通路35a分叉出第一进气通路37以及第二进气通路38。第二共通进气通路35b分叉出第三进气通路43以及第四进气通路44。第一进气通路37是向第二径向静压轴承14a的间隙供给的轴承气体所流动的通路。第二进气通路38是向第一径向静压轴承14d的间隙供给的轴承气体所流动的通路。第三进气通路43是向第二轴向静压轴承14b的间隙供给的轴承气体所流动的通路。第四进气通路44是向第一轴向静压轴承14c的间隙供给的轴承气体所流动的通路。

共通排气通路36与第一排气通路39、第二排气通路40、第三排气通路41、以及第四排气通路42连通。第一排气通路39为供从第二径向静压轴承14a的间隙向上侧排出的轴承气体流动的通路。第二排气通路40为供从第二径向静压轴承14a的间隙向下侧排出的轴承气体、以及从第二轴向静压轴承14b的间隙向上侧排出的轴承气体流动的通路。第三排气通路41为供从第一轴向静压轴承14c的间隙向下侧排出的轴承气体以及从第一径向静压轴承14d的间隙向上侧排出的轴承气体流动的通路。第四排气通路42为供从第一径向静压轴承14d的间隙向下侧排出的轴承气体流动的通路。从膨胀室21向第一径向静压轴承14d的轴承室23泄漏的制冷剂气体通过第一迷宫式密封件30流入第四排气通路42内。

图2示意性地示出了第一径向静压轴承14d的剖视图。如图2所示，轴承构件51形成为围绕转轴13的外周侧的近似圆筒状。轴承构件51与转轴13之间具有间隙。轴承构件51上沿圆周方向形成有多个喷孔（轴承入口）51a。在从图1中的第一共通进气通路35a分叉出的第二进气通路38中流动的轴承气体从喷孔51a向转轴13喷射。第一径向静压轴承14d的轴承膜（虚线）形成于轴承构件51的内周面与转轴13的外周面之间。从第一径向静压轴承14d的间隙的一端（轴承出口）向上侧排出的轴承气体（虚线箭头）从图1中的第三排气通路41通过共通排气通路36排出。从第一径向静压轴承14d的间隙的另一端（轴承出口）向下侧排出的轴承气体（虚线箭头）从图1中的第四排气通路42通过共通排气通路36排出。图1中的第二径向静压轴承14a也具备与第一径向静压轴承14d同样的结构，形成轴承气体的轴承膜，从第二径向静压轴承14a的间隙的两端（轴承出口）向上下排出的轴承气体通过第一排气通路39以及第二排气通路40导入共通排气通路36。

图3示意性地示出了轴向静压轴承14b以及14c的剖视图。如图3所示，转轴13以及止推环34有间隙地配置于主体10内。此处，第三进气通路43从图1中的第二共通进气通路35b分叉，且是向第二轴向静压轴承14b的间隙供给的轴承气体所流动的通路。第四进气通路44从第二共通进气通路35b分叉，且是向第一轴向静压轴承14c的间隙供给的轴承气体所流动的通路。

在第三进气通路43中流动的轴承气体从喷孔（轴承入口）43a喷射，第二轴向静压轴承14b的轴承膜（虚线）形成于轴插通孔22的内壁22a的下端面与止推环34的上端面之间。在第四进气通路44中流动的轴承气体从喷孔44a喷射，第一轴向静压轴承14c的轴承膜（虚线）形成于轴插通孔22的内壁22a的上端面与止推环34的下端面之间。从第二轴向静压轴承14b的间隙的一端（轴承出口）向上侧排出的轴承气体（虚线箭头）从图1中的第二排气通路40通过共通排气通路36排出。从第一轴向静压轴承14c的间隙的另一端（轴承出口）向下侧排出的轴承气体（虚线箭头）从图1中的第三排气通路41通过共通排气通路36排出。此外，从第二轴向静压轴承14b的间隙的一端（轴承出口）向下侧流出的轴承气体（虚线箭头）以及从第一轴向静压轴承14c的另一端（轴承出口）向上侧流出的轴承气体（虚线箭头）也通过共通排气通路36排出。

图1中的主体10具有轴承气体入口49以及轴承气体出口50。轴承气体入口49与第一共通进气通路35a以及第二共通进气通路35b连通。轴承气体出口50与共通排气通路36连通。从轴承气体入口49向膨胀涡轮装置1的主体10内的静压气体轴承14a～14d供给高压的轴承气体。本实施形态中，轴承气体使用与制冷剂气体相同种类的常温氢气。通过向静压轴承14a～14d的轴承间隙供给高压的轴承气体，能将转轴13可旋转地支持于主体10内，能够良好地支持转轴13的径向负荷以及轴向负荷。在启动时以及停止时，转轴13的外周面与静压轴承14a～14d的内周面之间不发生摩擦。因此，可实现膨胀涡轮装置1以及径向静压轴承14a、14d的长寿命化。

又，轴承室23与膨胀室21之间设置有第一迷宫式密封件30（参照图1）。在轴承室23的制动气体室20侧的一端与设有制动侧径向静压轴承14a的部分之间的部分上，设置有第二迷宫式密封件31（参照图1）。第一迷宫式密封件30以及第二迷宫式密封件31以围绕转轴13的外周侧的形式进行设置。本实施形态中设置有用于向第一迷宫式密封件30的中途供给与轴承气体相同种类的常温的气体的气体供给路径55。

图4是示出第一迷宫式密封件30的结构的示意图。如图4所示，第一迷宫式密封件30具有与转轴13隔开一定间隔地围绕转轴13的外周侧的内周面。内周面的表面上形成有多个密封齿。这些密封齿沿着转轴13的外周形成。本实施形态中密封齿形成于静止侧（第一迷宫式密封件30），但也可以是形成于转轴13侧。以下将密封齿与齿槽合称为一段。从膨胀室入口24流入的制冷剂通过涡轮喷嘴25后，全部向膨胀室出口26流出较为理想，然而会有一部分向位于涡轮叶轮11背面的第一迷宫式密封件30泄漏（参照图1）。泄漏的制冷剂气体的压力通过第一迷宫式密封件30各段时会逐渐下降。本实施形态中，气体供给路径55的一端从第一迷宫式密封件30外周面贯通内部，并开口于密封件内周面的表面。图4中，气体供给路径55的一端形成为自图4的左右两侧从第一迷宫式密封件30内部向转轴13供进气体的结构，但只要是向第一迷宫式密封件30的中途供给与制冷剂气体相同种类的常温气体的结构，则并不只限定为图1以及图4中的结构。

图5是示出图1中的膨胀涡轮装置1的整体结构的概略图。以下省略说明已经说明过的结构。如图5所示，膨胀涡轮装置1具备主体10、制动线路15、涡轮线路16、轴承供给线路17、轴承排气线路18、气体供给路径55、第一压力传感器60、第二压力传感器70、第三压力传感器80、压力调节阀90、控制装置100、以及温度传感器110。

制动线路15为用于使制动气体循环、并向制动叶轮12供给制动气体的配管。制动线路15的一端连接图1中的制动气体室20的制动气体室入口27，制动线路15的另一端连接制动气体室20的制动气体室出口29。制动线路15的中途设置有热交换器53。热交换器53对循环于制动线路15内的制动气体进行降温以及降压。又，循环于制动线路15内的制动气体在通过制动叶轮12的过程中被压缩从而升温以及升压，但藉由通过热交换器53来降温及降压并维持为常温。。

涡轮线路16为用于向涡轮叶轮11供给制冷剂气体的配管。涡轮线路16的一端连接图1中的膨胀室21的膨胀室入口24，涡轮线路16的另一端连接膨胀室21的膨胀室出口26。在膨胀室21的膨胀室入口24的上游被压缩机（未图示）压缩的低温高压的制冷剂导入至涡轮叶轮11。涡轮叶轮11通过绝热膨胀使低温高压的制冷剂降温以及降压。

轴承供给线路17形成为向静压气体轴承14a～14d供给轴承气体的结构。轴承供给线路17的一端连接例如输送液化系统的原料气体的送料线路，轴承供给线路17的另一端连接主体10的轴承气体入口49（参照图1）。轴承供给线路17形成为分别向第二径向静压轴承14a、第二轴向静压轴承14b、第一轴向静压轴承14c、以及第一径向静压轴承14d供给轴承气体的结构。轴承供给线路17连通图1中的第一共通进气通路35a以及第二共通进气通路25b。通过从第一共通进气通路35a分叉出的第一进气通路37以及第二进气通路38向第二径向静压轴承14a和第一径向静压轴承14d供给轴承气体，通过从第二共通进气通路35b分叉出的第三进气通路43以及第四进气通路44向第一轴向静压轴承14c和第二轴向静压轴承14b供给轴承气体（参照图1）。

轴承排气管路18是形成为如下结构的混合气体排出路径：上游端连接静压气体轴承14a～14d的轴承室23出口，将通过静压气体轴承14a～14d的轴承气体、从透平管路16（膨胀室）通过第一迷宫密封30泄漏至轴承室23的制冷剂气体、和向第一迷宫密封30的中途供给的气体的混合气体排出。本实施形态中，轴承排气管路18包括图1中的第一排气通路39、第二排气通路40、第三排气通路41、第四排气通路42、以及共通排气通路36（参照图1）。

气体供给路径55为用于向第一迷宫式密封件30供给与制冷剂相同种类的气体的配管。气体供给路径55的一端分叉自轴承供给线路17，气体供给路径55的另一端从第一迷宫式密封件30外周面贯通内部，并开口于密封内周面的表面（参照图1）。

第一压力传感器60设置在气体供给路径55上，并形成为测量气体的压力P₁的结构。第一压力传感器60形成为向控制装置100输出测得的压力信息的结构。

第二压力传感器70形成为测量涡轮线路16中膨胀室21的入口压力P₂的结构。第二压力传感器70形成为向控制装置100输出测得的压力信息的结构。

第三压力传感器80设置在轴承排气线路18上，并形成为测量轴承排气线路18的轴承背压P₃的结构。第三压力传感器80形成为向控制装置100输出测得的压力信息的结构。

压力调节阀90设置在气体供给路径55上，并形成为调节气体的压力P₁的结构。压力调节阀90形成为基于控制装置100的指令来调节阀的开度的结构。

温度传感器110设置在轴承排气线路18上，并形成为测量轴承排气线路18的轴承排气温度T₁的结构。温度传感器110形成为向控制装置100输出测得的温度信息的结构。

控制装置100形成为基于气体的压力P₁、膨胀室21的入口压力P₂、静压气体轴承14a～14d的背压P₃、以及轴承排气温度T₁来控制压力调节阀90的结构。本实施形态中，控制装置100不仅具有控制膨胀涡轮装置1的功能，还具有控制压缩机等其他装置的功能。控制装置100例如是以CPU、ROM以及输入输出界面作为主体结构的微机。控制装置100的输入侧输入有气体的压力P₁、膨胀室21的入口压力P₂、轴承排气线路18的背压P₃、轴承排气温度T₁的测定值、以及涡轮转速等过程数据。控制装置100的输出侧连接有压力调节阀90、供给阀、以及排出阀等。CPU执行存储于ROM内的控制程序。此外，CPU监控过程数据中的温度测定值的同时，控制压力调节阀90以得到与设定一致的气体的压力P₁、膨胀室21的入口压力P₂、以及轴承背压P₃。控制装置100将气体压力P₁的初期压力设定为与轴承背压P₃同等程度，且在轴承排气温度T₁低于基准值T_S时，以使气体的压力P₁上升的形式控制压力调节阀90。此处，温度基准值T_S为在正常时的规定的值或一定范围的值。

在膨胀涡轮装置1运转中，从轴承供给线路17向涡轮主体10的静压气体轴承14a～14d的间隙供给高压的轴承气体。藉此，转轴13可旋转地支持于主体10内，且转轴13的径向荷载以及轴向荷载受到支持。从轴承排气线路18排出静压气体轴承14a～14d的轴承气体。膨胀室入口24的压力P₂通过涡轮喷嘴25进行减压，涡轮线路16（膨胀室）的制冷剂的主流被涡轮叶轮11绝热膨胀并流向膨胀室出口26。虽然在容纳涡轮叶轮11的膨胀室21侧的一端与设有径向静压轴承14d的部分之间的部分上设置有第一迷宫式密封件30，但是仍存在从涡轮线路16（膨胀室）通过第一迷宫式密封件30泄漏至轴承的制冷剂气体。因此，轴承排气线路18内含有轴承气体与泄漏的制冷剂气体的混合气体。此时第一迷宫式密封件30的泄漏量取决于第一迷宫式密封件30的入口的压力P₄与第一迷宫式密封件30出口的压力之间的压差。在第一迷宫式密封件30的入口或出口较难设置传感器故难以测量正确的压力，但第一迷宫式密封件30出口的压力与轴承背压P₃大致相等。

本实施形态中，将低于膨胀室21的入口压力P₂且高于静压轴承的背压P₃的压力P₁的气体向第一迷宫式密封件30的中途供给。即，从膨胀室21通过第一迷宫式密封件30泄漏至轴承排气线路18的制冷剂气体的量实质上取决于气体的供给压力P₁。因此，与不供进气体的情况相比，可减少制冷剂气体相对于相同的静压气体轴承的背压的泄漏量。例如，在不供进气体的情况下，为了减少制冷剂气体的泄漏量，虽然有升高轴承背压，减少迷宫压差的方法，但是可能会导致轴承性能下降。相对于此，在如本实施形态供进气体的情况下，不升高轴承背压就可以抑制来自第一迷宫式密封件30的制冷剂气体的泄漏量。

此处，实际上迷宫式密封件入口压力低于膨胀室入口，因此即使气体压力低于膨胀室入口压力，若供给高于迷宫式密封件入口压力的气体则会逆流，膨胀室内也会流入常温气体。因此，气体的供给压P₁优选低于第一迷宫式密封件30的入口压力P₄。第一迷宫式密封件30的入口压力P₄与图1中的涡轮喷嘴25的出口压力大致相等。藉此，可以防止常温气体从第一迷宫式密封件30入口流入膨胀室21。

又，从涡轮线路16（膨胀室）通过第一迷宫式密封件30泄漏至轴承的制冷剂气体增加时，由温度传感器110测量的轴承排气线路18的温度下降。控制装置100在轴承排气温度T₁低于基准值T_S时，以使向第一迷宫式密封件30供给的气体的压力P₁上升的形式控制压力调节阀90。藉此，可使第一迷宫式密封件30的涡轮侧的入口压力与气体的压力P₁相平衡，理论上可以消除来自涡轮的低温气体的泄漏。其结果是，可以防止涡轮性能下降，并且还可防止常温侧的温度下降。

（第二实施形态）

接着，利用图6说明第二实施形态。以下，省略说明与第一实施形态相同的结构，仅说明不同的结构。

图6是示出根据第二实施形态的膨胀涡轮装置1A的结构的框图。如图6所示，膨胀涡轮装置1A与第一实施形态相比，不同点在于还具备设置在轴承排气线路18上并调节静压气体轴承14a～14d的背压P₃的背压调节阀120，控制装置100在轴承排气线路18内流动的混合气体的温度下降时以使静压气体轴承14a～14d的背压P₃上升的形式控制背压调节阀120。根据上述结构，通过升高静压轴承的背压P₃，与第一实施形态相比，可以改善来自涡轮的低温气体的泄漏的效果。

此外，本实施形态中，以仅使静压气体轴承14a～14d的背压P₃升高的形式进行控制，但为了防止轴承的入口/出口的压差降低，膨胀涡轮装置1A还可以具备控制轴承供给线路17的压力的单元（未图示）。

根据上述说明，本发明的多种改进以及其他实施形态等对本领域技术人员而言得以明确。因此，上述说明应仅理解为示例，是以向本领域技术人员展示执行本发明的最佳的形态为目的而提供。只要不偏离本发明的主旨，可对其构造以及机能中的一者或两者的具体内容进行实质性的变更。

工业应用性：

本发明对具备静压轴承的膨胀涡轮有效。

符号说明：

1、1A　膨胀涡轮装置；

10　 涡轮主体；

11　 涡轮叶轮；

12　 制动叶轮；

13　 转轴；

14　 静压气体轴承；

14a　 第二径向静压轴承（制动气体室侧）；

14b　 第二轴向静压轴承（制动气体室侧）；

14c　 第一轴向静压轴承（膨胀室侧）；

14d　 第一径向静压轴承（膨胀室侧）；

15　 制动线路；

16　 涡轮线路；

17　 轴承供给线路；

18　 轴承排气线路（混合气体排出路径）；

20　 制动气体室；

21　 膨胀室；

22　 轴插通孔；；

23　 轴承室；

24　 膨胀室入口；

25　 涡轮喷嘴

26　 膨胀室出口；

27　 制动气体室入口；

29　 制动气体室出口；

30　 第一迷宫式密封件（膨胀室侧）；

31　 第二迷宫式密封件（制动气体室侧）；

60　 第一压力传感器；

70　 第二压力传感器；

80　 第三压力传感器；

90　 压力调节阀；

100　 控制装置；

110　 温度传感器；

120　 背压调节阀。

Claims (3)

1.一种膨胀涡轮装置，具备：

内部形成有膨胀室、制动气体室和轴插通孔，且所述轴插通孔形成为连通所述膨胀室与所述制动气体室并能供转轴插通的主体；

容纳于所述膨胀室内并使制冷剂气体膨胀的涡轮叶轮；

容纳于所述制动气体室内并通过与所述制冷剂气体相同种类的制动气体进行制动的制动叶轮；

有间隙地插通所述轴插通孔，且一侧的端部设置有所述涡轮叶轮，另一侧的端部设置有所述制动叶轮的所述转轴；

设置在形成于所述轴插通孔内的轴承室内，并通过与入口供给且出口排出的所述制冷剂气体相同种类的轴承气体的静压能旋转地支持所述转轴的静压气体轴承；

设置于所述轴承室与所述膨胀室之间的迷宫式密封件；

用于向所述迷宫式密封件的中途供给与所述制冷剂气体相同种类的气体的气体供给路径；以及

上游端连接于所述静压气体轴承的轴承室出口，并将通过所述静压气体轴承的所述轴承气体、从所述膨胀室通过所述迷宫式密封件泄漏至所述轴承室的制冷剂气体和向所述迷宫式密封件的中途供给的气体的混合气体排出的混合气体排出路径；

向所述迷宫式密封件的中途供给的气体的压力低于所述膨胀室的入口压力且高于所述静压气体轴承的背压。

2.根据权利要求1所述的膨胀涡轮装置，其特征在于，还具备：

测量向所述迷宫式密封件的中途供给的所述气体的压力的第一压力传感器；

设置于所述气体供给路径并调节所述气体的压力的压力调节阀；

测量所述膨胀室的入口压力的第二压力传感器；以及

以使向所述迷宫式密封件的中途供给的所述气体的压力低于所述膨胀室的入口压力且高于所述静压气体轴承的背压的形式控制所述压力调节阀的控制装置。

3.根据权利要求2所述的膨胀涡轮装置，其特征在于，

所述控制装置将向所述迷宫式密封件的中途供给的所述气体的初期压力控制为与轴承背压同等程度，在所述混合气体排出路径内流动的混合气体的温度下降时，以使向所述迷宫式密封件的中途供给的所述气体的压力上升的形式控制所述压力调节阀。