JP2000120402A - ハイブリッド軸受式膨張タービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受ガスの圧力を低く且つ使用量を低減した
安価で的確な軸受を可能とした構造のハイブリッド軸受
式膨張タービンの提供。 【解決手段】 回転軸５３を垂直に横切って径方向に沿
って配設して、回転軸５３に同軸に固定したスラスト円
板７の両側に配設されるスラスト軸受部６を電磁石８
ａ、８ｂの吸引力を制御することによって回転軸５３を
支持する吸引制御型磁気軸受機構Ｂ_Mとし、回転軸５３
の周壁に沿って配されるラジアル軸受部３に軸受ガスＧ
_Bを供給して回転軸５３を支持する静圧気体軸受機構Ｂ_S
として形成した軸受構造を有するハイブリッド軸受式膨
張タービン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膨張タービンの軸
受構造に係わるものであり、詳しくは空気液化分離装置
やヘリウム液化機等の極低温状態の発生を伴う工程に用
いる等高速回転を伴う膨張タービンに好適な軸受構造を
有する膨張タービンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空気を液化して、空気中の組成分である
酸素・窒素をこれらの沸点の差異によって分離して採取
する空気液化分離装置や、極めて低い温度（ー５０℃以
下）を得るための装置等で、圧縮気体を外部に仕事を付
与せしめながら膨張せしめることにより寒冷を得るため
に、膨張タービンが使用されている。そして、この種の
膨張タービンは図５に図示する如き構造をしている。即
ち、図５は従来の静圧気体軸受式膨張タービンの構造の
一例を図示した構造略図である。図５において、膨張タ
ービン５０は、軸受部ハウジング５１内に周設された砲
金等の金属よりなる軸受部材５２に支持された回転軸５
３の両端５３ａ、５３ｂにはそれぞれタービンインペラ
５４と圧縮機インペラ５５が固定して設けて、これらを
それぞれ開口５６ａ、５７ａを有する気体流通ハウジン
グ５６、５７で囲繞してそれぞれ膨張室Ｅxと圧縮室Ｃp
を形成してなっている。

【０００３】かかる膨張タービン５０において、高圧に
圧縮された被膨張気体Ｚを膨張室Ｅxに連通する導入管
５８より膨張室Ｅxに導入し、タービンインペラ５４に
接触せしめてこれを回転せしめて膨張し、圧力降下し、
かつ低温に温度降下した膨張後気体Ｚ₀となって、開口
５６ａより導出される。そして、一方回転軸５３の他端
側５３ｂの圧縮機インペラ５５が配されている圧縮室Ｃ
pには、開口５７ａより別途任意の所望する被圧縮気体
Ｘを導入すると、前記膨張室Ｅxでの膨張によりタービ
ンイン５４ペラを介して回転された回転軸５３によって
圧縮機インペラ５５が回転して導入された前記任意の所
望する被圧縮気体Ｘを圧縮して、圧縮室Ｃpに連通する
導出管５９より加圧された所望の圧縮後気体Ｘpが導出
されて、前記膨張室Ｅxで発生して得られる動力を回収
するものである。

【０００４】以上のように作動する膨張タービン５０の
回転軸５３を支持する軸受部材５２には、膨張及び圧縮
の各インペラ５４、５５に作用する圧力によって、回転
軸５３に生じる軸方向に沿った力を支持するスラスト軸
受と、回転軸５３の自重や回転軸５３のアンバランスに
よって発生する遠心力を支持するラジアル軸受が一体的
構造をなして構成されていることが必要である。

【０００５】そこで、図５に示す如き従来の膨張タービ
ン５０においては、このために回転軸５３を支持する軸
受部材５２に、軸受部ハウジング５１の壁を貫通して配
された軸受ガス流路６０を介して高圧の軸受ガスＧ_Bを
導入収容する軸受ガス室６１、６１、…が設けられてい
る。そして該軸受ガス室６１より、回転軸５３と軸受部
材５２との間の微小な間隙ｔに高圧の軸受ガスＧ_Bを、
複数の噴射するノズル６２、６２、…を介して噴射し
て、回転軸５３を軸受部材５２から浮上させてこれらを
非接触状態で支持するラジアル軸受６３を形成せしめる
とともに、前記回転軸５３に該回転軸５３の軸心を垂直
に横断して同軸に配した円板状のスラスト円板６４のそ
れぞれ双方の板面に向けて、前記軸受ガス室６１より高
圧の軸受ガスＧ_Bを複数の噴射ノズル６５、６５、…を
介して噴射して、軸方向に沿った移動を防止して定位置
に保持するスラスト軸受６６を形成せしめる、いわゆる
静圧気体軸受機構Ｂ_Sを用いた軸受機構が採用されてい
る。そしてこの静圧気体軸受Ｂ_S機構では、軸受損失が
少なく、高速回転の軸受に適しており、その支持力は軸
受ガスＧ_Bのガス圧力が高いほど、又軸受ガスＧ_Bの流量
が多いほど大きくなる。

【０００６】又、上記静圧気体軸受機構Ｂ_Sに代えて、
動圧気体軸受機構Ｂ_Dや磁石の吸引力や反発力によって
回転軸を軸受部材より浮上させて支持する磁気軸受機構
等も又同様に高速回転に適した軸受機構として使用して
いる。即ち、これらのうち動圧気体軸受機構Ｂ_Dを用い
た膨張タービンの構造について図６で、そして、吸引制
御型磁気軸受機構Ｂ_Mを用いた膨張タービンに構造につ
いては図７で、それぞれ説明する。なお、これら図６及
び図７中、図５の膨張タービンと共通する構成部品に付
いては同一符号を付してその詳細に付いての説明は省略
する。

【０００７】図６における膨張タービン７０の動圧気体
軸受機構Ｂ_Dは、図５の静圧気体軸受機構Ｂ_Sの如き軸受
ガスＧ_Bを使用せずに、回転軸５３の周面に螺旋溝７５
を削溝したり、あるいは軸受部ハウジング５１の内周に
設けた軸受部材の支持部材７１よりバネ部材７７を備え
たボルト７８を介して懸吊して、回転軸５３の周面に沿
って配したパッド状のラジアル軸受部材７２ａの表面に
螺旋溝７５を削溝するとともに、スラスト円板７４の表
面やこれに相対して設けるスラスト軸受け部材７２ｂの
表面に螺旋溝７９を削溝して設けて、回転軸５３の高速
回転により、これら螺旋溝７５、７９でこれが面する間
隙ｔの気体を昇圧せしめることによって、回転軸５３を
軸受部材７２ａ、７２ｂより適切な間隙を保つようにせ
しめるラジアル軸受７３と軸方向の移動を防止するスラ
スト軸受７６を形成せしめて、回転軸５３を支持する軸
受機構である。

【０００８】又、前記気体軸受の如き軸受ガスを利用し
ない別の軸受機構として磁気式軸受機構が使用されてい
る。図７に図示した軸受機構として吸引制御型磁気軸受
機構Ｂ_Mを用いた膨張タービン８０では、回転軸５３に
沿った方向のスラスト変位は、スラスト円板８４の双方
の面に面したスラスト軸受部材８２ｂには複数個の電磁
石８５ａ、８５ａ、…を配して、電磁石の吸引力により
制御するスラスト軸受部８６を形成する。そしてこの吸
引制御型磁気軸受機構Ｂ_Mの回転軸５３のラジアル軸受
部８３は、回転軸５３と直交するＸ軸、Ｙ軸に沿った変
位及びＸ軸周りの回転即ちピッチング（Ｐ）による変位
とＹ軸周りの回転即ちヨーイング（Ｙａ）による変位等
の４つの制御よりなっている。これらの変位を制御をす
るラジアル軸受部８３は、回転軸５３の周壁に沿って配
したラジアル軸受部材８２ａの前記制御する変位の種類
に応じた適切な対応位置に、Ｘ軸変位用電磁石８５ｘ、
Ｙ軸変位用電磁石８５ｙ、ピッチング変位用電磁石８５
ｐ、及びヨーイング変位用電磁石８５ｙ_aとしてそれぞ
れ複数個が前記回転軸５３の周壁と相対して配設して形
成している。

【０００９】そして、この吸引制御型磁気軸受機構Ｂ_M
は、回転軸５３の位置を、前記５種類の変位制御の種類
に応じた適切な位置に配置された５つの軸因子のセン
サ、即ちスラスト軸受用としてのセンサ８７ａ、及びラ
ジアル軸受用としてのセンサ８７ｘ、８７ｙ、８７ｐ、
及び８７ｙ_aのそれぞれによって検出し、この検出値に
よって前記それぞれの対応する電磁石、即ちスラスト軸
受用の電磁石８５ａ、及びラジアル軸受用のとして電磁
石８５ｘ、８５ｙ、８５ｐ及び８５ｙaの吸引力を制御
して回転軸５３の変位量を調節するものである。それ
故、回転軸５３を安定した状態に支持することができる
が、軸受の変位制御を前記した如く５種類の因子につい
て行うことが必要であり、このためそれぞれの因子に対
応して電磁石や軸位置を検出するセンサを必要とするば
かりか、この各位置センサからの検出値と予め設定した
目標値とを比較して、その比較偏差に基づいてそれぞれ
の変位因子に対応した電磁石を励磁する制御装置が必要
となるため、構造は勿論のこと制御システムも非常に複
雑となるばかりでなく、価格が高価となる。

【００１０】なお、前記電磁石に代えて、永久磁石を利
用した永久磁石反発型軸受機構においては、永久磁石の
同極同士の磁気反発力を浮上力に利用するもので、浮上
方向への支持は安定であるが、浮上方向と直交する横方
向の定位置保持は不安定であるため、横方向に対して電
磁石を配置して制御を行うようにして、系を安定化させ
る必要がある。又、永久磁石の着磁ムラや磁力の経時変
化によって回転が変化して不安定となる恐れもある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、膨張タービ
ンにおいて、上記した図５で図示した如き回転軸５３の
軸受部６３、６６で静圧気体軸受機構Ｂ_Sを使用した場
合、これに使用する軸受ガスＧ_Bは、一般に０．６〜
１．１×１０⁶Ｐa.（絶対圧力、以下同様）の高圧で且
つ多量のガス源が必要となる。そして、これは例えば軸
受ガスＧ_Bの圧力が０．８×１０⁶Ｐa.で回転軸５３の軸
径が５０ｍｍである場合は、スラスト軸受部６６で約２
２Ｎｍ³／ｈ、ラジアル軸受部６３で約１０Ｎｍ³／ｈの
軸受ガスＧ_Bを消費することとなる。なお、ここでスラ
スト軸受部６６での軸受ガスＧ_Bの消費量がラジアル軸
受部６３より多いのは、タービンインペラ５４と圧縮機
インペラ５５に作用する圧力によって生じるスラスト力
が、回転軸５３の自重やアンバランスによって生じる遠
心力よりも大きいためである。このため、スラスト軸受
部６６側の軸受ガスの流量を増量して、スラスト軸受の
支持力を大きくしているのである。

【００１２】このようなことより、ほぼ一年中連続して
運転する空気液化分離装置等の生産工業装置に使用する
膨張タービンでは、軸受ガスの消費量が非常に多くな
り、前記した寸法の例ではスラスト軸受部で約１９万Ｎ
ｍ³／年、ラジアル軸受部で約９万Ｎｍ³／年の軸受ガス
を消費する。そしてこの軸受ガスは一般には当該膨張タ
ービンを使用している装置で生産される製品ガスを利用
していて、そのため、その分だけ生産する製品ガス量を
増加せしめなくてはならず、生産運転価格が増加する
し、又他の場所から搬送して調達して使用しても、その
分費用が嵩み同様に生産運転価格は上昇する不都合があ
った。

【００１３】また、スラスト軸受の支持力を増大せしめ
る方法として、スラスト軸受部の軸受ガスの圧力をラジ
アル軸受部の軸受ガスの圧力より高くする方法がある
が、スラスト軸受とラジアル軸受とのそれぞれの軸受ガ
スの圧力を異なる圧力とすると、異なる圧力をしたガス
を用意することが必要となり、又そのためにそれぞれの
の軸受部に応じた軸受ガス配管が必要になって構造が複
雑となる。このために通常一般には、ラジアル軸受部の
軸受ガスの圧力をスラスト軸受部の軸受ガスの圧力と同
じ圧力まで高くした状態にして使用している。

【００１４】一方、上記静圧気体軸受機構Ｂ_Sに代えて
前記図６で図示した動圧気体軸受機構Ｂ_Dを用いれば、
軸受ガスＧ_Bは不要となるが、動圧気体軸受機構Ｂ_Dは静
圧気体軸受機構Ｂ_Sよりも単位面積当たりの支持力が小
さいという問題があって、負荷の小さいラジアル軸受に
動圧気体軸受機構を用いることに問題はないが、前記し
た如く大きな支持力を必要とするスラスト軸受部では動
圧気体軸受機構Ｂ_Dを使用すると支持力が限られて、使
用負荷が制約されることとなる。更に上記した図７に図
示した吸引制御型磁気軸受機構Ｂ_Mを使用すれば、上記
した静圧気体軸受機構Ｂ_Sで生じる軸受ガスの問題が解
消されたり、動圧気体軸受機構Ｂ_Dで生ずる支持力が制
約される問題は解消される。しかしながら、この吸引制
御型磁気軸受機構Ｂ_Mは、前記した通り回転軸を５方向
の変位因子でチェックして適切に制御する必要があっ
て、構造や制御システムが複雑になるとともに、価格が
高価となるという不都合があった。

【００１５】本発明は、以上のような現状に鑑みなされ
たもので、構造および運転駆動操作が簡単で常に適切状
態を保持して軸受され、かつ、軸受ガスの使用量の低減
と、軸受ガス圧力を低い圧力で軸受することを可能とし
て、安価な軸受構造をなした膨張タービンを提供するこ
とを本発明の課題とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係わる本発明のハイブリッド軸受式膨張
タービンは、回転軸と、該回転軸に回転軸を垂直に横切
って径方向に沿って、回転軸と同軸にして設けたスラス
ト円板の両側に対にして配設されたスラスト軸受と、回
転軸の周壁に沿って配した少なくとも二つのラジアル軸
受を有する膨張タービンにおいて、前記スラスト軸受が
電磁石の吸引力を制御することにより回転軸を支持する
吸引制御型磁気軸受機構であり、前記ラジアル軸受が静
圧気体軸受機構であることを特徴とするものであり、そ
して請求項２に係わる本発明のハイブリッド軸受式膨張
タービンは、回転軸と、該回転軸に回転軸を垂直に横切
って径方向に沿って、回転軸と同軸にして設けたスラス
ト円板の両側に対にして配設されたスラスト軸受と、回
転軸の周壁に沿って配した少なくとも二つのラジアル軸
受を有する膨張タービンにおいて、前記スラスト軸受が
電磁石の吸引力を制御することにより回転軸を支持する
吸引制御型磁気軸受機構であり、前記ラジアル軸受が動
圧気体軸受機構であることを特徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、高い圧力に圧縮した気
体を、低圧に膨張するにあたって、膨張時の気体で外部
に仕事を付与せしめて膨張し、この仕事を回転力として
受けて回収する膨張タービンの軸受構造として、回転軸
の軸に垂直方向の力を支持するラジアル軸受を気体軸受
機構にし、軸方向に沿った変位を調整して支持するスラ
スト軸受を磁気軸受機構とした軸受構造よりなるハイブ
リッド軸受式膨張タービンである。

【００１８】その構造は、両端にタービンインペラと圧
縮機インペラをそれぞれ固定して配した回転軸を、回転
軸に該回転軸を垂直に横切って径方向に沿って回転軸と
同軸にしてスラスト円板を設けてその両面に対にして配
設された、軸方向に沿った変位を調整して支持するスラ
スト軸受を磁気軸受機構で、また回転軸の周壁に沿って
配して、回転軸の軸に垂直方向の力を支持する、少なく
とも二つのラジアル軸受を気体軸受機構で、軸受する構
造としものである。

【００１９】そして、前記ラジアル軸受に使用する気体
軸受機構としては、軸受ガスを供給する静圧気体軸受機
構でもよく、又回転軸の自体の回転で浮上圧力を発生せ
しめる動圧気体軸受機構でもよい。そして、磁気軸受機
構としては吸引制御型磁気軸受機構を使用することが好
ましい。かくして、スラスト軸受部には吸引制御型磁気
軸受機構を使用して、軸受ガスを使用しないで、しかも
回転軸の軸に沿った変位制御を適切且つ確実に行ってこ
れを支持することを可能とし、そしてラジアル軸受部に
は静圧気体軸受機構又は動圧気体軸受機構を使用して、
構造が簡単で軸に垂直方向のズレを生じることなく確実
に支持することを可能としたものである。 この結果、
軸受ガス消費量を低減したり又は使用することなくし
て、構造簡単かつ変位量を確実に制御し得て、回転軸の
ズレ変位を最小に保持して支持し得る、安価な軸受機構
を備えた膨張タータービンを得ることが出来る。

【００２０】

【実施例】以下実施例をあげて本発明のハイブリッド軸
受式膨張タービンを説明する。 ［実施例１］図１は本発明の第１の実施例の膨張タービ
ンを説明する構造略図であり、この実施例の特徴は回転
軸５３のラジアル軸受部３を静圧気体軸受機構Ｂ_Sと
し、スラスト軸受部６を吸引制御型磁気軸受機構Ｇ_Mを
採用したものである。なお図１中前記図５と共通する構
成部品は同一符号を付し説明は省略する。この実施例の
膨張タービン１は回転軸５３の軸受部は、軸受部ハウジ
ング５１内に回転軸５３を囲繞するよう周設されたラジ
アル軸受部材２ａよりなるラジアル軸受部３とスラスト
軸受部材２ｂよりなるスラスト軸受部６とが、図におい
ては、スラスト軸受部６を挟んでその両側にラジアル軸
受部３を配した例を示している。

【００２１】そして、ラジアル軸受部材２ａには軸受部
ハウジング５１の壁を貫通して配された軸受ガス流路６
０を介して高圧の軸受ガスＧ_Bを導入して収容する複数
の軸受ガス室４、４、…が設けられている。そして該軸
受ガス室４より、回転軸５３とラジアル軸受部材２ａと
の間の微小な間隙ｔに、高圧の軸受ガスＧ_Bを、複数の
噴射ノズル５、５、…を介して噴射して、回転軸５３を
軸受部材２ａから浮上させてこれらを非接触状態で支持
する静圧気体軸受機構Ｂ_Sを配してラジアル軸受部３を
形成している。

【００２２】又、スラスト軸受部材２ｂには、前記回転
軸５３に該回転軸５３の軸心を垂直に横断して直径方向
に沿って配して、回転軸５３に同軸に固定した円板状の
スラスト円板７が回動可能に間隙ｔを保持して配置され
ている。そしてスラスト円板７の双方の板面のそれぞれ
の面と相対して、少なくとも一対の電磁石８ａ、８ｂが
スラスト軸受部材２ｂに設けられている。そして軸に沿
った方向の変位を検出するための位置センサ９を前記ス
ラスト円板面に対向して配して常に変位を測定し、別途
設けた制御装置で、その検出値を予め設定した目標値と
比較して、その比較偏差に基づいて対応した前記電磁石
８ａ、又は８ｂを適宜励磁せしめて吸引制御し、回転軸
５３を軸に沿った方向に変位することなく支持する吸引
制御型磁気軸受機構Ｂ_Mを配してスラスト軸受部６を形
成している。

【００２３】このハイブリッド軸受式膨張タービンで
は、静圧気体軸受機構Ｂ_Sをスラスト軸受部及びラジア
ル軸受部の両方に用いた図５に示した従来の膨張タービ
ンに比べて、軸受ガスＧ_Bの消費量を約３２Ｎｍ³／ｈか
ら約１０Ｎｍ³／ｈに低減することができ、しかも軸受
ガスＧ_Bの圧力を０．８×１０⁶Ｐa.から０．６×１０⁶
Ｐa.程度に低くすることができる。又、スラスト軸受部
に電磁石の吸引力を制御することにより回転軸の軸方向
の変位を支持する吸引制御型磁気軸受機構Ｂ_Mを用いる
ので、スラスト軸受が極めて適正且つ確実に行われるば
かりか、スラスト方向のみの軸受にこれを限定して採用
したので、軸受の構造や制御システムが格段に簡単にな
り、価格を大幅に低減することが出来る。

【００２４】［実施例２］この第２の実施例のハイブリ
ッド軸受式膨張タービン１０は、図２に図示する構造略
図の如くラジアル軸受部３に静圧気体軸受機構Ｂ_Sを用
い、スラスト軸受部６に吸引制御型磁気軸受機構Ｂ_Mを
用いた点は上記実施例１と同様であるが、実施例１の膨
張タービン１ではスラスト軸受部６を挟んでその両側に
ラジアル軸受部３を配したのを、この実施例２ではスラ
スト軸受部６を形成する吸引制御型磁気軸受機構Ｂ_Mを
回転軸５３の端部側に配置した点で異なるものある。こ
の場合ラジアル軸受部３を形成する静圧気体軸受機構Ｂ
_Sを２対又はそれ以上を連続して配置することが出来
て、組み立てや点検が容易となる。

【００２５】［実施例３］この第３の実施例のハイブリ
ッド軸受式膨張タービン２０を図３に図示する構造略図
により説明する。この実施例の特徴は回転軸のラジアル
軸受部１３を動圧気体軸受機構Ｂ_Dとし、スラスト軸受
部１６を吸引制御型磁気軸受機構Ｇ_Mを採用したもので
ある。なお図３中において前記図１と共通する構成部品
は同一符号を付し説明は省略する。この実施例の膨張タ
ービン２０は回転軸５３の軸受部は、軸受部ハウジング
５１内に、該軸受部ハウジング５１の内周に設けた軸受
部材の支持部材１１よりバネ部材１７を備えたボルト１
８を介して懸吊してパッド状のラジアル軸受部材１２
を、回転軸５３の周面に沿って配してなるラジアル軸受
部１３、及び回転軸の軸に沿った方向の変位を支持する
スラスト軸受部材２ｂよりなるスラスト軸受部１６とに
よって形成されている。そして図３においては、スラス
ト軸受部１６を挟んでその両側にラジアル軸受部１３を
配した例を示している。

【００２６】そして、ラジアル軸受部１３には、回転軸
５３の周面、あるいは回転軸５３の周面に沿って配した
パッド状のラジアル軸受部材１２の軸受表面に螺旋溝１
５を削溝して、回転軸５３の高速回転により、これら螺
旋溝１５でこれが面する間隙ｔの気体を昇圧せしめるこ
とによって、回転軸５３を軸受部材１２より浮上せしめ
る。

【００２７】又スラスト軸受部１６は、上記実施例１と
同様スラスト軸受部材２ｂに前記回転軸５３に該回転軸
５３の軸心を垂直に横断して直径方向に沿って配して回
転軸５３に同軸に固定した円板状のスラスト円板７が、
回動可能に間隙ｔを保持して配置されている。そしてス
ラスト円板７の双方の板面のそれぞれの面と相対して、
少なくとも一対の電磁石８ａ、８ｂがスラスト軸受部材
２ｂに設けられている。そして軸に沿った方向の変位を
検出するためのセンサ９を前記スラスト円板７の面に対
向して配して常に変位を測定し、別途設けた制御装置
で、その検出値を予め設定した目標値と比較して、その
比較偏差に基づいて対応した前記電磁石８ａ、又は８ｂ
を適宜励磁せしめて吸引制御し、回転軸５３を軸に沿っ
た方向に変位することなく支持する吸引制御型磁気軸受
機構Ｂ_Mを配してスラスト軸受部１６を形成している。

【００２８】この実施例３のハイブリッド軸受式膨張タ
ービン２０では、ラジアル軸受部１３に動圧気体軸受機
構Ｂ_Dを用い、スラスト軸受部１６に吸引制御型磁気軸
受機構Ｂ_Mを用いたので、軸受ガスが不要になるととも
に、スラスト軸受の正確な保持制御が可能となる。又、
制御機構が複雑で、構成備品や機器多くを必要とする吸
引制御型磁気軸受機構Ｂ_Mを、制御機構が簡単なスラス
ト軸受部にのみに限ったので、構造及び制御システムが
簡単になるばかりか、価格が大幅に低減し得る。

【００２９】［実施例４］この第４の実施例のハイブリ
ッド軸受式膨張タービン３０は、図４に図示する構造略
図の如くラジアル軸受部１３に動圧気体軸受機構Ｂ_Dを
用い、スラスト軸受部１６に吸引制御型磁気軸受機構Ｂ
_Mを用いた点は上記実施例３と同様であるが、実施例３
の膨張タービン２０ではスラスト軸受部１６を挟んでそ
の両側にラジアル軸受部材１３を配したのを、この実施
例４ではスラスト軸受部１６を形成する吸引制御型磁気
軸受機構Ｂ_Mを回転軸５３の端部側に配置した点で異な
るものある。この場合ラジアル軸受１３を形成する動圧
気体軸受機構Ｂ_Dを２対又はそれ以上を連続して配置す
ることが出来て、組み立てや点検が容易となる。

【００３０】

【発明の効果】本発明のハイブリッド軸受式膨張タービ
ンは、上記した如き態様で実施されるので、以下の如き
効果を奏する。即ち、膨張タービンの軸受として、スラ
スト軸受部に電磁石の吸引力を制御する吸引制御型軸受
機構を使用し、ラジアル軸受部に静圧気体軸受機構を用
いることにより、構造が簡単で、スラスト軸受を正確且
つ適切に支持し得るとともに、従来の５軸因子を制御す
る磁気軸受式より価格を大幅に低減し得る。しかも、従
来の静圧気体軸受機構に比べて軸受ガスの消費量が格段
に少なく、且つ軸受ガス圧力を低くて済むで、軸受が正
確に保持し得て経済的な膨張タービンを提供することが
出来る。

【００３１】又、膨張タービンの軸受として、スラスト
軸受部に電磁石の吸引力を制御する吸引制御型軸受機構
を使用し、ラジアル軸受部に動圧気体軸受機構を用いる
ことにより、構造が簡単で、スラスト軸受を正確且つ適
切に支持し得るとともに、従来の５軸因子を制御する磁
気軸受式より価格を大幅に低減し得るばかりでなく、し
かも、軸受ガスを不要とすることができて、より一層経
済的な膨張タービンを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例の膨張タービンを説明
する構造略図。

【図２】 本発明の第２の実施例の膨張タービンを説明
する構造略図。

【図３】 本発明の第３の実施例の膨張タービンを説明
する構造略図。

【図４】 本発明の第４の実施例の膨張タービンを説明
する構造略図。

【図５】 従来の静圧気体軸受式膨張タービンの構造の
一例を図示した構造略図である。

【図６】 従来の動圧気体軸受式膨張タービンの構造の
一例を図示した構造略図である。

【図７】 従来の吸引制御型磁気軸受式膨張タービンの
構造の一例を図示した構造略図である。

【符号の説明】

１、１０、２０、３０…本発明の膨張タービン、２ａ、
１２…ラジアル軸受部材、 ２ｂ…スラスト軸受部材、
３、１３…ラジアル軸受部、 ４…軸受ガス室、 ５…
噴射ノズル、６、１６…スラスト軸受部、 ７…スラス
ト円板、 ８ａ、８ｂ…電磁石、９…センサ、 １１…
軸受部材の支持部材、 １７…バネ部材、１８…ボル
ト、 ５１…軸受部ハウジング、 ５３…回転軸、５４
…タービンインペラ、 ５５…圧縮機インペラ、 ５８
…導入管、５６ａ、５７ａ…開口、 ５６、５７…気体
流通ハウジング、５９…導出管、 ６０…軸受ガス流
路、 Ｂ_S…静圧気体軸受機構、Ｂ_D…動圧気体軸受機
構、 Ｂ_M…吸引制御型磁気軸受機構、 Ｅx…膨張室、
Ｃp…圧縮室、 Ｚ…被膨張気体、 Ｚ₀…膨張後気体、
Ｘ…被圧縮気体、Ｘ_p…圧縮後気体、 ｔ…間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大場 章弘 東京都港区西新橋一丁目16番７号 日本酸 素株式会社内 Ｆターム(参考） 3G081 BA20 DA30 3J102 AA01 AA02 AA08 BA03 BA19 CA16 CA36 DA02 DA09 DA12 DB05 EA02 EA06 GA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と、該回転軸に回転軸を垂直に横
   切って径方向に沿って、回転軸と同軸にして設けたスラ
   スト円板の両側に対にして配設されたスラスト軸受と、
   回転軸の周壁に沿って配した少なくとも二つのラジアル
   軸受を有する膨張タービンにおいて、前記スラスト軸受
   が電磁石の吸引力を制御することにより回転軸を支持す
   る吸引制御型磁気軸受機構であり、前記ラジアル軸受が
   静圧気体軸受機構であることを特徴とするハイブリッド
   軸受式膨張タービン。
2. 【請求項２】 回転軸と、該回転軸に回転軸を垂直に横
   切って径方向に沿って、回転軸と同軸にして設けたスラ
   スト円板の両側に対にして配設されたスラスト軸受と、
   回転軸の周壁に沿って配した少なくとも二つのラジアル
   軸受を有する膨張タービンにおいて、前記スラスト軸受
   が電磁石の吸引力を制御することにより回転軸を支持す
   る吸引制御型磁気軸受機構であり、前記ラジアル軸受が
   動圧気体軸受機構であることを特徴とするハイブリッド
   軸受式膨張タービン。