CN107636259A - 膨胀涡轮装置 - Google Patents

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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、第一迷宫式密封、混合气体排出路径、第一背压调节阀、温度传感器、以及在所述混合气体排出路径中流动的混合气体的温度下降时以使静压气体轴承的背压上升的形式控制所述第一背压调节阀的控制装置。

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被转轴插通的主体；容纳于所述膨胀室、且使制冷剂气体膨胀的涡轮叶轮；容纳于所述制动气体室、且藉由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，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；设置于所述轴插通孔，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；在所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设置有所述静压气体轴承的部分之间的部分上设置的第一迷宫式密封件；供所述轴承气体与从所述膨胀室通过所述第一迷宫式密封件泄漏至所述轴承室的制冷剂气体的混合气体排出的混合气体排出路径；设置于所述混合气体排出路径、并调节所述静压气体轴承的背压的第一背压调节阀；设置于所述混合气体排出路径、并测量所述混合气体的温度的温度传感器；以及在所述混合气体排出路径中流动的所述混合气体的温度下降时以使所述静压气体轴承的背压上升的形式控制第一背压调节阀的控制装置。
根据上述结构，若从膨胀室通过第一迷宫式密封件泄漏至轴承室的制冷剂气体增加，则混合气体排出路径中流动的混合气体的温度下降，但当混合气体的温度下降时，控制装置使静压气体轴承的背压上升。籍此，第一迷宫式密封件的压差变小，泄漏量得以抑制。
也可以是上述膨胀涡轮装置中，所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，所述第一迷宫式密封件设置于所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设有所述第一径向静压轴承的部分之间的部分上；所述第一径向静压轴承的出口连接所述混合气体排出路径的上游端；所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口连接轴承气体专用排出路径的上游端。
根据上述结构，仅针对位于膨胀室侧的第一径向静压轴承，执行与其他轴承相独立的背压控制。背压控制在背压过度上升时可能会伴有轴承性能下降的弊端，根据上述结构，仅控制邻接第一迷宫式密封件的膨胀室侧的第一径向静压轴承控制即可实现其目的，且增大了其他轴承的背压设定的自由度，可以实现恰当的控制。
也可以是上述膨胀涡轮装置中，所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，还具备：在所述轴承室的所述第一径向静压轴承与所述轴向静压轴承之间的部分上设置的第二迷宫式密封件；上游端连接于所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口的轴承气体专用排出路径；设置于所述轴承气体专用排出路径上、调节所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承的背压的第二背压调节阀；一端连接所述制动气体室的出口、且另一端连接所述制动气体室的入口的制动线路；以及一端连接所述制动线路、且另一端连接所述轴承气体专用排出路径的通气路径。
根据上述结构，通过通气路径可使制动线路的压力与轴向静压轴承以及第二径向静压轴承的背压一致，可执行独立于第一径向静压轴承的轴承背压的压力控制。此外，根据上述结构，通过将第二迷宫式密封件移动至第一径向静压轴承与轴向静压轴承之间，可以缩短第二径向静压轴承与膨胀室之间的距离，还可以缩短从第二径向静压轴承至膨胀室侧的转轴的轴长，能够轻减旋转体质量并谋求振动稳定性的改善。
也可以是上述膨胀涡轮装置中，所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，所述第一迷宫式密封件设置于所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设有所述第一径向静压轴承的部分之间的部分上；所述第一径向静压轴承的所述膨胀室侧的出口连接所述混合气体排出路径的上游端；所述第一径向静压轴承的所述制动气体室侧的出口、所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口连接轴承气体专用排出路径的上游端。
根据上述结构，仅针对最为邻接第一迷宫式密封件的第一径向静压轴承的膨胀室侧的出口实施背压控制，因此增加了背压设定的自由度，可以实现恰当的控制。
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；
图7是示出根据第三实施形态的膨胀涡轮装置的结构的示意图；
图8是示出根据第四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以及膨胀室出口26，籍此容纳涡轮叶轮11的膨胀室21与主体10外部的涡轮线路16（参照图5）连通。从涡轮线路16流入膨胀室入口24的制冷剂向涡轮叶轮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，并通过与从膨胀室入口24供给且从膨胀室出口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。将第一径向静压轴承14d、第一轴向静压轴承14c、第二轴向静压轴承14b以及径向静压轴承14a以从膨胀室21向着制动气体室20依次配置的形式设置于轴承室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（thrust collar）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，并且从膨胀室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的轴承间隙的另一端（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供给轴承气体。轴承气体使用与制冷剂气体相同种类的气体。通过向静压气体轴承14a～14d的间隙供给轴承气体，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的外周面与静压气体轴承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的长寿命化。
又，在轴承室23的膨胀室21侧的一端与设有第一径向静压轴承14d的部分之间的部分上设置有第一迷宫式密封件30（参照图1）。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。内周面的表面上设置有多个凹凸的间隙。制冷剂每进入间隙一次泄漏压就会逐渐下降。抑制了膨胀室21内绝热膨胀后的极低温的制冷剂气体与轴承气体之间相互的制冷剂的泄漏。另，在制动气体室20侧的一端与设有第二径向静压轴承14a的部分之间的部分上也设置有同样构造的第二迷宫式密封件31（参照图1）。抑制了制动气体室20的制动气体与轴承气体之间相互的制冷剂的泄漏。
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、排气线路18、温度传感器60、第一背压调节阀80、以及控制装置90。
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来降温以及降压。
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）。
排气线路18的上游端连接静压气体轴承14a～14d的轴承室23出口，并排出通过静压气体轴承14a～14d的轴承气体。本实施形态中，排气线路18的上游端连接图1中的轴承气体出口50。排气线路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（图1参照）。排气线路18形成为如下结构的混合气体排出路径：将通过了静压气体轴承14a～14d的轴承气体与从涡轮线路16（膨胀室）通过第一迷宫式密封件30泄漏至第一径向静压轴承14d轴承室23的制冷剂气体的混合气体排出。
温度传感器60设置于排气线路18，并形成为测量排气线路18内的轴承排气温度T1的结构。温度传感器60形成为向控制装置90输出测得的温度信息的结构。
第一背压调节阀80设置于排气线路18，并形成为基于控制装置90的指令来调节排气线路18的背压的结构。
控制装置90设置于排气线路18，并基于由温度传感器60测得的轴承排气温度T1来控制第一背压调节阀80的开闭。本实施形态中，控制装置90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90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90的输入侧输入有排气线路18的压力、以及温度的测定值和涡轮转速等过程数据。控制装置90的输出侧连接有第一背压调节阀80、供给阀、排出阀等。CPU执行存储于ROM内的控制程序。CPU监控过程数据中的温度测定值的同时，控制第一背压调节阀80以得到与设定一致的轴承背压。控制装置90在轴承排气温度T1低于基准值TS时以使轴承背压P1上升的形式执行控制。此处，温度基准值TS为在正常时的规定的值或一定范围的值。
接着，利用图5说明如上结构的膨胀涡轮装置1的动作。膨胀涡轮装置1藉由通过涡轮线路16供给的低温高压的制冷剂进行超高速旋转。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的间隙供给轴承气体。籍此，转轴13可旋转地支持于主体10内，且转轴13的径向负荷以及轴向负荷受到支持。从排气线路18排出静压气体轴承14a～14d的轴承气体。虽然在容纳涡轮叶轮11的轴承室23的膨胀室21侧的一端与设有第一径向静压轴承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泄漏至轴承室23的制冷剂气体。因此，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。通过第一迷宫式密封件30从涡轮线路16（膨胀室）泄漏至轴承室23的制冷剂气体增加时，由温度传感器60测得的排气线路18的温度下降。第一迷宫式密封件30的压差越大则泄漏量增大。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。因此，控制装置90在排气线路18的轴承排气温度T1低于基准值TS时以使轴承背压P1上升的形式执行控制。籍此，第一迷宫式密封件30的压差变小，泄漏量得以抑制。
（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的结构的示意图。如图6所示，膨胀涡轮装置1A与第一实施形态（图5）相比，不同点在于第一径向静压轴承14d的出口连接排气线路（混合气体排出路径）18的上游端，第一轴向静压轴承14c和第二轴向静压轴承14b的出口以及第二径向静压轴承14a的出口连接轴承排气线路（轴承气体专用排出路径）18a的上游端。排气线路18形成为排出通过第一径向静压轴承14d的轴承气体的结构。轴承排气线路18a形成为排出通过轴向静压轴承14b、14c以及第二径向静压轴承14a的轴承气体的结构。本实施形态中，轴承排气线路18a的下流端形成为合流于排气线路18的中途的结构。又，第一径向静压轴承14d与第一轴向静压轴承14c之间的部分上设置有第三迷宫式密封件32。
此外，本实施形态中，排气线路18上设置有温度传感器60与第一背压调节阀80。轴承排气线路18a上设置有压力传感器100与第二背压调节阀110。通过压力传感器100以及第二背压调节阀110执行静压气体轴承14a、14b、14c的压力控制。此外，仅针对位于膨胀室21侧的第一径向静压轴承14d，执行与其他静压气体轴承14a、14b、14c相独立的背压控制。背压控制在背压过度上升时可能会伴有轴承性能下降的弊端，根据本实施形态仅控制邻接第一迷宫式密封件30的膨胀室21侧的第一径向静压轴承14d即可实现其目的，且增大了其他静压气体轴承14a、14b、14c的背压设定的自由度，可以实现恰当的控制。
（第三实施形态）
接着，利用图7说明第三实施形态。以下，省略说明与上述实施形态相同的结构，仅说明不同的结构。
图7是示出根据第三实施形态的膨胀涡轮装置1B的结构的示意图。如图7所示，膨胀涡轮装置1B与第一实施形态（图5）相比，第二迷宫式密封件31设置于第一径向静压轴承14d与第一轴向静压轴承14c之间的部分上。第一径向静压轴承14d的出口连接排气线路（混合气体排出路径）18的上游端，第一轴向静压轴承14c和第二轴向静压轴承14b的出口以及第二径向静压轴承14a的出口连接轴承排气线路（轴承气体专用排出路径）18a的上游端。此外，轴承排气线路18a上设置有压力传感器100、以及第二背压调节阀110。而且，不同点在于本实施形态中还具备的一端连接于制动线路15、且另一端连接于轴承排气线路18a的通气路径15b。
根据上述结构，在第二实施形态的效果上，还可通过通气路径15b使制动线路15的压力与轴向静压轴承14b、14c以及第二径向静压轴承14a的背压一致，并可通过压力传感器100以及第二背压调节阀110执行对该压力的控制。
又，根据上述结构，通过将第二迷宫式密封件31移动至第一径向静压轴承14d与轴向静压轴承14c之间，可以缩短第二径向静压轴承14a与膨胀室21之间的距离，继而也可以缩短从第二径向静压轴承14a至膨胀室21侧的转轴13的轴长，能够轻减旋转体质量并谋求振动稳定性的提升。
（第四实施形态）
接着，利用图8说明第四实施形态。以下，省略说明与上述实施形态相同的结构，仅说明不同的结构。
图8是示出根据第四实施形态的膨胀涡轮装置1C的结构的框图。如图8所示膨胀涡轮装置1C与第一实施形态（图5）相比，不同点在于排气线路18的上游端仅连接第一径向静压轴承14d的膨胀室侧的出口，和轴承排气线路18a的上游端连接第一径向静压轴承14d的制动气体室侧的出口、轴向静压轴承14b、14c的出口以及第二径向静压轴承14a的出口。排气线路18排出从第一径向静压轴承14d的间隙排出至膨胀室侧的轴承气体与从膨胀室21通过第一迷宫式密封件30泄漏至轴承室23的制冷剂气体的混合气体。
根据上述结构，仅针对最为邻接第一迷宫式密封件30的第一径向静压轴承14d的膨胀室侧的出口实施背压控制，因此可以有效地实施泄漏的低温气体的温度对策。又，增加了背压设定的自由度，可以实现恰当的控制。
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：
本发明对具备静压气体轴承的膨胀涡轮有效。
符号说明：
1、1A、1B、1C 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 排气线路（混合气体体排出路径）；
18a 轴承排气线路（轴承气体专用排出路径）；
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；
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）；
32 第三迷宫式密封件；
60 温度传感器；
80 第一背压调节阀；
90 控制装置；
100 压力传感器；
110 第二背压调节阀。

Claims (4)

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被转轴插通的主体；
容纳于所述膨胀室、且使制冷剂气体膨胀的涡轮叶轮；
容纳于所述制动气体室、且藉由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，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，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；
在所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设置有所述静压气体轴承的部分之间的部分上设置的第一迷宫式密封件；
供所述轴承气体与从所述膨胀室通过所述第一迷宫式密封件泄漏至所述轴承室的制冷剂气体的混合气体排出的混合气体排出路径；
设置于所述混合气体排出路径、并调节所述静压气体轴承的背压的第一背压调节阀；
设置于所述混合气体排出路径、并测量所述混合气体的温度的温度传感器；以及
在所述混合气体排出路径中流动的所述混合气体的温度下降时以使所述静压气体轴承的背压上升的形式控制所述第一背压调节阀的控制装置。
2.根据权利要求1所述的膨胀涡轮装置，其特征在于，
所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；
将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，
所述第一迷宫式密封件设置于所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设有所述第一径向静压轴承的部分之间的部分上；
所述第一径向静压轴承的出口连接所述混合气体排出路径的上游端；
所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口连接轴承气体专用排出路径的上游端。
3.根据权利要求1所述的膨胀涡轮装置，其特征在于，
所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；
将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，
还具备：在所述轴承室的所述第一径向静压轴承与所述轴向静压轴承之间的部分上设置的第二迷宫式密封件；
上游端连接于所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口的轴承气体专用排出路径；
设置于所述轴承气体专用排出路径上、调节所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承的背压的第二背压调节阀；
一端连接所述制动气体室的出口、且另一端连接所述制动气体室的入口的制动线路；以及
一端连接所述制动线路、且另一端连接所述轴承气体专用排出路径的通气路径。
4.根据权利要求1所述的膨胀涡轮装置，其特征在于，
所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；
将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，
所述第一迷宫式密封件设置于所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设有所述第一径向静压轴承的部分之间的部分上；
所述第一径向静压轴承的所述膨胀室侧的出口连接所述混合气体排出路径的上游端；
所述第一径向静压轴承的所述制动气体室侧的出口、所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口连接轴承气体专用排出路径的上游端。
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