JP2017008775A - Expansion turbine device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress seal leakage of a low temperature gas in an expansion turbine device having a static pressure gas bearing.SOLUTION: An expansion turbine device 1 includes: a body 10; a turbine impeller 11; a brake impeller 12; a rotating shaft 13; static pressure gas bearings 14a-14d; a first labyrinth seal 30; an exhaust line (mixed gas discharging passage) 18 for discharging mixed gas of bearing gas discharged from the first radial static pressure bearing 14d and refrigerant gas leaked from an expansion chamber through the first labyrinth seal 30; a first back pressure adjusting valve 80; a temperature sensor 60 for measuring a temperature of the mixed gas flowing through the exhaust line (mixed gas discharging passage) 18; and a control device 90 for controlling the first back pressure adjusting valve 80 so as to increase a pressure of the exhaust line 18 when a temperature of the mixed gas is lowered.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、膨張タービン装置に関し、特に静圧気体軸受を備える膨張タービン装置の漏洩防止技術に関する。   The present invention relates to an expansion turbine device, and more particularly to a leakage prevention technique for an expansion turbine device including a static pressure gas bearing.

一般に、水素ガス、ヘリウムガス等の原料ガスを液化する液化システムは、原料ガスを送るフィードライン、冷媒ガスを循環させる冷媒循環ライン、及び冷媒で原料ガスを冷却するための熱交換器を備えている。冷媒循環ラインを循環する冷媒ガスは、圧縮機で圧縮された後、膨張タービンにより断熱膨張されて降温する。原料ガスは降温された冷媒ガスと熱交換器で熱交換する事により冷却される。   Generally, a liquefaction system for liquefying a source gas such as hydrogen gas or helium gas includes a feed line for sending the source gas, a refrigerant circulation line for circulating the refrigerant gas, and a heat exchanger for cooling the source gas with the refrigerant. Yes. The refrigerant gas circulating in the refrigerant circulation line is compressed by the compressor, then adiabatically expanded by the expansion turbine, and the temperature is lowered. The raw material gas is cooled by exchanging heat with the cooled refrigerant gas in the heat exchanger.

膨張タービンには回転軸を支持するための軸受が必要になる。軸受として潤滑油を用いた液体軸受を適用すると、潤滑油が膨張タービンを通過する冷媒ガスに混入する恐れがある。そのため、軸受には、冷媒ガスと同じ種類のガスを用いた気体軸受を適用することが好ましい。気体軸受の内、静圧気体軸受は、液化システムの始動時及び停止時に軸受面と回転軸との間の摩擦を小さく抑える事が可能であり、また超高速回転に適している。このため、静圧気体軸受は膨張タービンの軸受として使用される(例えば特許文献1を参照)。   The expansion turbine needs a bearing for supporting the rotating shaft. If a liquid bearing using lubricating oil is applied as the bearing, the lubricating oil may be mixed into the refrigerant gas passing through the expansion turbine. Therefore, it is preferable to apply a gas bearing using the same type of gas as the refrigerant gas to the bearing. Of the gas bearings, static pressure gas bearings can suppress friction between the bearing surface and the rotating shaft at the time of starting and stopping the liquefaction system, and are suitable for ultra-high speed rotation. For this reason, static pressure gas bearings are used as bearings for expansion turbines (see, for example, Patent Document 1).

静圧気体軸受を用いる膨張タービンは、静圧気体軸受に冷媒ガスと同じ種類の軸受ガスを供給するための軸受供給ラインと、静圧気体軸受を通過した軸受ガスを排気する軸受排気ラインを備える。膨張タービン内部の軸受室には回転軸が挿設され、軸受供給ラインと軸受排気ラインが連通されている。回転軸の一端に設けられたタービンインペラは、膨張室に収容される。膨張室は、タービンインペラの外周側には冷媒ガスが流入する膨張室入口が形成され、中心部軸方向には冷媒ガスが流出する膨張室出口が形成される。一方、回転軸の他端に設けられたブレーキインペラは、制動ガス室に収容される。制動ガス室には、制動ガス室の出口と入口とを連通させる連通路が形成され、ブレーキインペラを含む閉回路が形成される。   An expansion turbine using a static pressure gas bearing includes a bearing supply line for supplying a bearing gas of the same type as the refrigerant gas to the static pressure gas bearing, and a bearing exhaust line for exhausting the bearing gas that has passed through the static pressure gas bearing. . A rotation shaft is inserted into a bearing chamber inside the expansion turbine, and a bearing supply line and a bearing exhaust line are communicated with each other. A turbine impeller provided at one end of the rotating shaft is accommodated in the expansion chamber. In the expansion chamber, an expansion chamber inlet into which refrigerant gas flows is formed on the outer peripheral side of the turbine impeller, and an expansion chamber outlet from which refrigerant gas flows out is formed in the central axis direction. On the other hand, the brake impeller provided at the other end of the rotating shaft is accommodated in the braking gas chamber. In the braking gas chamber, a communication path that connects the outlet and the inlet of the braking gas chamber is formed, and a closed circuit including a brake impeller is formed.

膨張タービンのタービンインペラの背面には、膨張室から軸受室へ低温の冷媒ガスが漏洩するのを抑制するためにラビリンスシールが設けられる(例えば特許文献2を参照)。   A labyrinth seal is provided on the rear surface of the turbine impeller of the expansion turbine in order to prevent low-temperature refrigerant gas from leaking from the expansion chamber to the bearing chamber (see, for example, Patent Document 2).

特開2000−55050号公報JP 2000-55050 A 特開平6−26301号公報JP-A-6-26301

しかし、ラビリンスシールは回転軸との間に一定の隙間があるため、シール差圧がある限り漏洩を完全に防ぐ事はできない。膨張室から軸受室への低温ガスの漏洩が増加すると、膨張タービンの効率が低下するとともに、軸受室が冷却されるために回転軸とラジアル静圧軸受の隙間寸法が変化し、場合によっては回転軸とラジアル静圧軸受との接触が生じる。   However, since the labyrinth seal has a certain gap with the rotating shaft, the leakage cannot be completely prevented as long as there is a differential pressure of the seal. When the leakage of low-temperature gas from the expansion chamber to the bearing chamber increases, the efficiency of the expansion turbine decreases, and the bearing chamber is cooled, so that the clearance between the rotating shaft and the radial hydrostatic bearing changes, and in some cases it rotates. Contact between the shaft and the radial hydrostatic bearing occurs.

そこで、本発明は、静圧気体軸受を備える膨張タービンにおいて低温ガスのシール漏洩を抑制することを目的とする。   Then, an object of this invention is to suppress the seal | sticker leakage of a low temperature gas in an expansion turbine provided with a static pressure gas bearing.

本発明の一態様に係る膨張タービン装置は、内部に膨張室と制動ガス室と軸挿通孔とが形成され、且つ前記軸挿通孔は前記膨張室と前記制動ガス室とを連通し且つ回転軸が挿通可能なように形成された本体と、前記膨張室に収容され、冷媒ガスを膨張させるタービンインペラと、前記制動ガス室に収容され、前記冷媒ガスと同じ種類の制動ガスによって制動されるブレーキインペラと、前記軸挿通孔に隙間を有して挿通され、一方の端部に前記タービンインペラが設けられ、他方の端部に前記ブレーキインペラが設けられた前記回転軸と、前記軸挿通孔に設けられ、入口から供給され且つ出口から排出される前記冷媒ガスと同じ種類の軸受ガスの静圧によって前記回転軸を回転可能に支持する静圧気体軸受と、前記軸受室の前記膨張室側の端と前記静圧気体軸受が設けられた部分との間の部分に設けられた第1ラビリンスシールと、前記軸受ガスと前記第1ラビリンスシールを通じて前記膨張室から前記軸受室に漏洩する冷媒ガスとの混合ガスを排出する混合ガス排出経路と、前記混合ガス排出経路に設けられ、前記静圧気体軸受の背圧を調整する第1背圧調整弁と、前記混合ガス排出経路に設けられ、前記混合ガスの温度を計測する温度センサと、前記混合ガス排出経路を流れる前記混合ガスの温度が低下した場合に前記静圧気体軸受の背圧を上昇させるように第1背圧調整弁を制御する制御装置と、を備える。   An expansion turbine apparatus according to an aspect of the present invention has an expansion chamber, a braking gas chamber, and a shaft insertion hole formed therein, and the shaft insertion hole communicates the expansion chamber and the braking gas chamber and has a rotating shaft. Is inserted into the main body, the turbine impeller accommodated in the expansion chamber and expands the refrigerant gas, and the brake accommodated in the braking gas chamber and braked by the same type of braking gas as the refrigerant gas. An impeller, the shaft insertion hole with a gap between them, the turbine impeller provided at one end, the rotation shaft provided with the brake impeller at the other end, and the shaft insertion hole A static pressure gas bearing that is provided at the inlet and is rotatably supported by the static pressure of a bearing gas of the same type as the refrigerant gas that is supplied from the outlet and discharged from the outlet; and on the expansion chamber side of the bearing chamber end Mixing of a first labyrinth seal provided in a portion between the portion provided with the hydrostatic gas bearing, and a refrigerant gas leaking from the expansion chamber to the bearing chamber through the bearing gas and the first labyrinth seal A mixed gas discharge path for discharging gas; a first back pressure adjusting valve for adjusting a back pressure of the static pressure gas bearing; provided in the mixed gas discharge path; provided in the mixed gas discharge path; And a control device for controlling the first back pressure regulating valve so as to increase the back pressure of the static pressure gas bearing when the temperature of the mixed gas flowing through the mixed gas discharge path decreases. And comprising.

上記構成によれば、第1ラビリンスシールを通じて膨張室から軸受室に漏洩する冷媒ガスが増加すると混合ガス排出経路を流れる混合ガスの温度が低下するが、混合ガスの温度が低下すると制御装置が静圧気体軸受の背圧を上昇させる。これにより、第1ラビリンスシールの差圧が小さくなるので、漏洩量を抑制することができる。   According to the above configuration, when the refrigerant gas leaking from the expansion chamber to the bearing chamber through the first labyrinth seal increases, the temperature of the mixed gas flowing through the mixed gas discharge path decreases. Increase back pressure of pressurized gas bearing. Thereby, since the differential pressure | voltage of a 1st labyrinth seal becomes small, the amount of leaks can be controlled.

上記膨張タービン装置では、前記静圧気体軸受が、前記回転軸を径方向において回転可能に支持する第1及び第2ラジアル静圧軸受と、前記回転軸を軸方向において回転可能に支持するスラスト静圧軸受と、を備え、前記軸受室に、前記膨張室から前記制動ガス室に向かって、前記第1ラジアル静圧軸受、前記スラスト静圧軸受、及び前記第2ラジアル静圧軸受が順に位置するように設けられ、且つ前記第1ラビリンスシールは、前記軸受室の前記膨張室側の端と前記第1ラジアル静圧軸受が設けられた部分との間の部分に設けられ、前記第1ラジアル静圧軸受の出口に前記混合ガス排出経路の上流端が接続され、前記スラスト静圧軸受の出口及び前記第2ラジアル静圧軸受の出口に軸受ガス専用排出経路の上流端が接続されてもよい。   In the above-described expansion turbine apparatus, the static pressure gas bearing includes first and second radial hydrostatic bearings that support the rotary shaft so as to be rotatable in the radial direction, and a thrust static bearing that supports the rotary shaft so as to be rotatable in the axial direction. The first radial hydrostatic bearing, the thrust hydrostatic bearing, and the second radial hydrostatic bearing are sequentially located in the bearing chamber from the expansion chamber toward the braking gas chamber. And the first labyrinth seal is provided at a portion between the end of the bearing chamber on the expansion chamber side and the portion where the first radial hydrostatic bearing is provided, and the first radial static seal is provided. The upstream end of the mixed gas discharge path may be connected to the outlet of the pressure bearing, and the upstream end of the dedicated bearing gas discharge path may be connected to the outlet of the thrust hydrostatic bearing and the outlet of the second radial hydrostatic bearing.

上記構成によれば、膨張室側に位置する第1ラジアル静圧軸受に対してのみ、他の軸受とは独立した背圧制御が実施される。背圧制御は背圧を上げ過ぎると軸受性能が低下するという弊害を伴う場合があるが、上記構成によれば、第1ラビリンスシールに隣接する膨張室側の第1ラジアル静圧軸受のみを制御してその目的を果たすことができ、且つその他の軸受の背圧設定の自由度が増し、好適な制御が実現できる。   According to the above configuration, the back pressure control independent of the other bearings is performed only on the first radial hydrostatic bearing located on the expansion chamber side. Back pressure control may have the adverse effect of reducing bearing performance if the back pressure is increased too much. However, according to the above configuration, only the first radial hydrostatic bearing on the expansion chamber side adjacent to the first labyrinth seal is controlled. Therefore, the purpose can be achieved, and the degree of freedom in setting the back pressure of other bearings is increased, so that suitable control can be realized.

上記膨張タービン装置では、 前記静圧気体軸受が、前記回転軸を径方向において回転可能に支持する第1及び第2ラジアル静圧軸受と、前記回転軸を軸方向において回転可能に支持するスラスト静圧軸受と、を備え、前記軸受室に、前記膨張室から前記制動ガス室に向かって、前記第1ラジアル静圧軸受、前記スラスト静圧軸受、及び前記第2ラジアル静圧軸受が順に位置するように設けられ、且つ、前記軸受室の前記第1ラジアル静圧軸受と前記スラスト静圧軸受との間の部分に設けられた第2ラビリンスシールと、前記スラスト静圧軸受の出口及び前記第2ラジアル静圧軸受の出口に上流端が接続された軸受ガス専用排出経路と、前記軸受ガス専用排出経路に設けられ、前記スラスト静圧軸受及び前記第2ラジアル静圧軸受の背圧を調整する第2背圧調整弁と、前記制動ガス室の出口に一端が接続され、且つ、前記制動ガス室の入口に他端が接続された制動ラインと、前記制動ラインに一端が接続され、且つ、前記軸受ガス専用排出経路に他端が接続された通気経路と、を更に備えてもよい。   In the above-described expansion turbine apparatus, the static pressure gas bearing includes first and second radial hydrostatic bearings that rotatably support the rotary shaft in the radial direction, and a thrust static shaft that rotatably supports the rotary shaft in the axial direction. The first radial hydrostatic bearing, the thrust hydrostatic bearing, and the second radial hydrostatic bearing are sequentially located in the bearing chamber from the expansion chamber toward the braking gas chamber. And a second labyrinth seal provided in a portion of the bearing chamber between the first radial hydrostatic bearing and the thrust hydrostatic bearing, an outlet of the thrust hydrostatic bearing, and the second A dedicated exhaust for the bearing gas, whose upstream end is connected to the outlet of the radial hydrostatic bearing, and a dedicated exhaust for the bearing gas, which adjust the back pressure of the thrust hydrostatic bearing and the second radial hydrostatic bearing. A second back pressure regulating valve, one end connected to the outlet of the braking gas chamber, the other end connected to the inlet of the braking gas chamber, one end connected to the braking line, and And a ventilation path having the other end connected to the bearing gas dedicated discharge path.

上記構成によれば、通気経路を介して、制動ラインの圧力とスラスト静圧軸受及び第2ラジアル静圧軸受の背圧とを均一にさせ、第1ラジアル静圧軸受の軸受背圧とは独立した圧力制御を行うことができる。更に、上記構成によれば、第2ラビリンスシールを第1ラジアル静圧軸受とスラスト静圧軸受の間に移動することにより、第2ラジアル静圧軸受と膨張室の間の距離を短縮する事が可能で、第2ラジアル静圧軸受から膨張室側への回転軸の軸長も短縮でき、回転体質量を軽減し振動安定性の向上を図る事が可能である。   According to the above configuration, the pressure of the braking line and the back pressure of the thrust hydrostatic bearing and the second radial hydrostatic bearing are made uniform through the ventilation path, independent of the bearing back pressure of the first radial hydrostatic bearing. Pressure control can be performed. Furthermore, according to the said structure, the distance between a 2nd radial hydrostatic bearing and an expansion chamber can be shortened by moving a 2nd labyrinth seal between a 1st radial hydrostatic bearing and a thrust hydrostatic bearing. It is possible to reduce the axial length of the rotary shaft from the second radial hydrostatic bearing to the expansion chamber side, thereby reducing the mass of the rotating body and improving the vibration stability.

上記膨張タービン装置では、前記静圧気体軸受は、前記回転軸を径方向において回転可能に支持する第1及び第2ラジアル静圧軸受と、前記回転軸を軸方向において回転可能に支持するスラスト静圧軸受と、を備え、前記軸受室に、前記膨張室から前記制動ガス室に向かって、前記第1ラジアル静圧軸受、前記スラスト静圧軸受、及び前記第2ラジアル静圧軸受が順に位置するように設けられ、且つ前記第1ラビリンスシールは、前記軸受室の前記膨張室側の端と前記第1ラジアル静圧軸受が設けられた部分との間の部分に設けられ、前記第1ラジアル静圧軸受の前記膨張室側の出口に前記混合ガス排出経路の上流端が接続され、前記第1ラジアル静圧軸受の前記制動ガス室側の出口、前記スラスト静圧軸受の出口及び前記第2ラジアル静圧軸受の出口に軸受ガス専用排出経路の上流端が接続されていてもよい。   In the expansion turbine apparatus, the static pressure gas bearing includes first and second radial hydrostatic bearings that rotatably support the rotating shaft in a radial direction, and a thrust static bearing that rotatably supports the rotating shaft in an axial direction. The first radial hydrostatic bearing, the thrust hydrostatic bearing, and the second radial hydrostatic bearing are sequentially located in the bearing chamber from the expansion chamber toward the braking gas chamber. And the first labyrinth seal is provided at a portion between the end of the bearing chamber on the expansion chamber side and the portion where the first radial hydrostatic bearing is provided, and the first radial static seal is provided. An upstream end of the mixed gas discharge path is connected to an outlet on the expansion chamber side of the pressure bearing, an outlet on the braking gas chamber side of the first radial hydrostatic bearing, an outlet of the thrust hydrostatic bearing, and the second radial Static pressure The upstream end of the bearing gas only discharge path to receive the outlet may be connected.

上記構成によれば、第1ラビリンスシールに最も隣接する第1ラジアル静圧軸受の膨張室側の出口に対してのみ背圧制御を実施するので、背圧設定の自由度が増し、好適な制御が実現できる。   According to the above configuration, since the back pressure control is performed only on the expansion chamber side outlet of the first radial hydrostatic bearing closest to the first labyrinth seal, the degree of freedom in setting the back pressure is increased and suitable control is performed. Can be realized.

本発明によれば、静圧気体軸受を備える膨張タービン装置において低温ガスのシール漏洩を抑制することができる。これにより、タービンの効率低下、軸受室の冷却を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the seal leak of a low temperature gas can be suppressed in an expansion turbine apparatus provided with a static pressure gas bearing. Thereby, the efficiency fall of a turbine and the cooling of a bearing chamber can be suppressed.

第1実施形態に係る膨張タービン装置の構造を示す一部断面図である。It is a partial cross section figure which shows the structure of the expansion turbine apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図1のラジアル静圧軸受の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the radial hydrostatic bearing of FIG. 図1のスラスト静圧軸受の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the thrust hydrostatic bearing of FIG. 図1のラビリンスシールの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the labyrinth seal of FIG. 図1の膨張タービン装置の全体的な構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the expansion turbine apparatus of FIG. 第2実施形態に係る膨張タービン装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the expansion turbine apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る膨張タービン装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the expansion turbine apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る膨張タービン装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the expansion turbine apparatus which concerns on 4th Embodiment.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same or it corresponds through all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る膨張タービン装置の構造を示す一部断面図である。図1に示すように、膨張タービン装置1は、本体10内部に膨張室21と制動ガス室20と軸挿通孔22とが形成される。本体10は、例えば、ケーシング形状に形成される。軸挿通孔22は、膨張室21と制動ガス室20とを連通し且つ回転軸13が挿通可能なように形成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the structure of the expansion turbine apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the expansion turbine device 1 has an expansion chamber 21, a braking gas chamber 20, and a shaft insertion hole 22 formed in the main body 10. The main body 10 is formed in a casing shape, for example. The shaft insertion hole 22 is formed so that the expansion chamber 21 and the braking gas chamber 20 communicate with each other and the rotation shaft 13 can be inserted.

回転軸13は、軸挿通孔22に隙間を有して挿通され、一方の端部にタービンインペラ11が設けられ、他方の端部にブレーキインペラ12が設けられる。回転軸13は、本体10内で上下方向に延び、上下軸線回りに回転可能に支持されている。   The rotary shaft 13 is inserted into the shaft insertion hole 22 with a gap, the turbine impeller 11 is provided at one end, and the brake impeller 12 is provided at the other end. The rotary shaft 13 extends in the vertical direction within the main body 10 and is supported so as to be rotatable about the vertical axis.

タービンインペラ11は、膨張室21に収容され、冷媒ガスを膨張させるように構成される。タービンインペラ11は、回転軸13の下端部に形成されている。本体10下部には、膨張室入口24及び膨張室出口26が形成され、これによりタービンインペラ11を収容している膨張室21が本体10外部のタービンライン16に連通する。タービンライン16から膨張室入口24に流入した冷媒は、タービンインペラ11に向けて噴射される。冷媒ガスは、タービンインペラ11の回転に伴い膨張及び降温した後に、膨張室出口26から本体10外部に流出する。   The turbine impeller 11 is accommodated in the expansion chamber 21 and configured to expand the refrigerant gas. The turbine impeller 11 is formed at the lower end of the rotating shaft 13. An expansion chamber inlet 24 and an expansion chamber outlet 26 are formed in the lower part of the main body 10, and thereby the expansion chamber 21 that houses the turbine impeller 11 communicates with the turbine line 16 outside the main body 10. The refrigerant that has flowed into the expansion chamber inlet 24 from the turbine line 16 is injected toward the turbine impeller 11. The refrigerant gas expands and cools down as the turbine impeller 11 rotates, and then flows out of the main body 10 from the expansion chamber outlet 26.

ブレーキインペラ12は、制動ガス室20に収容され、冷媒ガスと同じ種類の制動ガスによって制動される。ブレーキインペラ12は、回転軸13の上端部に形成されている。本体10上部には、制動ガス室入口27及び制動ガス室出口29が形成され、これによりブレーキインペラ12を収容している制動ガス室20が本体10外部の制動ライン15に連通する。制動ライン15から制動ガス室入口27に流入した常温の制動ガスは、ブレーキインペラ12に向けてそのまま流入する。制動ガスは、ブレーキインペラ12の回転に伴い圧縮されて昇圧及び昇温した後に、制動ガス室出口29から制動ライン15を経て制動ガス室入口27へ戻る。   The brake impeller 12 is housed in the braking gas chamber 20 and is braked by the same type of braking gas as the refrigerant gas. The brake impeller 12 is formed at the upper end of the rotating shaft 13. A brake gas chamber inlet 27 and a brake gas chamber outlet 29 are formed in the upper portion of the main body 10, and thereby the brake gas chamber 20 accommodating the brake impeller 12 communicates with the brake line 15 outside the main body 10. The normal-temperature braking gas that has flowed into the braking gas chamber inlet 27 from the braking line 15 flows directly toward the brake impeller 12. The braking gas is compressed along with the rotation of the brake impeller 12 to increase in pressure and temperature, and then returns from the braking gas chamber outlet 29 to the braking gas chamber inlet 27 through the braking line 15.

静圧気体軸受14は、軸挿通孔22に形成された軸受室23に設けられ、前記膨張室入口24から供給され且つ前記膨張室出口26から排出される冷媒ガスと同じ種類の軸受ガスの静圧によって回転軸13を回転可能に支持する。静圧気体軸受14は、回転軸13を径方向において回転可能に支持するラジアル静圧軸受14a及び14dと、回転軸13を軸方向において回転可能に支持するスラスト静圧軸受14b及び14cとを備える。これらの静圧気体軸受14a〜14dは、略円筒状に形成され、回転軸13の外周側を取り囲むようにして設けられる。軸受室23に、膨張室21から制動ガス室20に向かって、第1ラジアル静圧軸受14d、第1スラスト静圧軸受14c、第2スラスト静圧軸受14b、ラジアル静圧軸受14aが順に位置するように設けられる。第2スラスト静圧軸受14b及び第1スラスト静圧軸受14cは、回転軸13の上下中央部から径方向に突出するスラストカラー34を上下方向に挟むようにして配置される。   The static pressure gas bearing 14 is provided in a bearing chamber 23 formed in the shaft insertion hole 22, and static pressure gas bearing 14 of the same type as the refrigerant gas supplied from the expansion chamber inlet 24 and discharged from the expansion chamber outlet 26. The rotating shaft 13 is rotatably supported by the pressure. The static pressure gas bearing 14 includes radial static pressure bearings 14a and 14d that support the rotary shaft 13 rotatably in the radial direction, and thrust static pressure bearings 14b and 14c that support the rotary shaft 13 rotatably in the axial direction. . These static pressure gas bearings 14 a to 14 d are formed in a substantially cylindrical shape and are provided so as to surround the outer peripheral side of the rotating shaft 13. The first radial hydrostatic bearing 14d, the first thrust hydrostatic bearing 14c, the second thrust hydrostatic bearing 14b, and the radial hydrostatic bearing 14a are sequentially located in the bearing chamber 23 from the expansion chamber 21 toward the braking gas chamber 20. It is provided as follows. The second thrust hydrostatic bearing 14b and the first thrust hydrostatic bearing 14c are arranged so as to sandwich the thrust collar 34 protruding in the radial direction from the upper and lower central portion of the rotating shaft 13 in the vertical direction.

本体10内には、第1共通給気通路35aと、第2共通給気通路35bと、共通排気通路36が形成される。第1共通給気通路35aと、第2共通給気通路35bと、共通排気通路36は、周方向に異なる位置に形成される。第1共通給気通路35aは、軸受ガス入口49と連通し、軸受ガスを第2ラジアル静圧軸受14a、第1ラジアル静圧軸受14dの隙間に供給される軸受ガスが流れる通路であり、第2共通給気通路35bは、軸受ガス入口49と連通し、軸受ガスを第2スラスト静圧軸受14b、第1スラスト静圧軸受14cの隙間に供給される軸受ガスが流れる通路である。本実施形態では、第1共通給気通路35aと第2共通給気通路35bは独立に構成されているが、共通に構成されてもよい。共通排気通路36は、軸受ガス出口50と連通し、各静圧気体軸受14a〜14dの隙間から排出された軸受ガスが流れる通路である。   In the main body 10, a first common supply passage 35a, a second common supply passage 35b, and a common exhaust passage 36 are formed. The first common supply passage 35a, the second common supply passage 35b, and the common exhaust passage 36 are formed at different positions in the circumferential direction. The first common air supply passage 35a communicates with the bearing gas inlet 49, and is a passage through which the bearing gas supplied to the gap between the second radial hydrostatic bearing 14a and the first radial hydrostatic bearing 14d flows. The two common air supply passages 35b communicate with the bearing gas inlet 49 and are passages through which the bearing gas supplied to the gap between the second thrust hydrostatic bearing 14b and the first thrust hydrostatic bearing 14c flows. In the present embodiment, the first common supply passage 35a and the second common supply passage 35b are configured independently, but may be configured in common. The common exhaust passage 36 communicates with the bearing gas outlet 50 and is a passage through which the bearing gas discharged from the gaps between the static pressure gas bearings 14a to 14d flows.

第1共通給気通路35aは、第1給気通路37及び第2給気通路38に分岐される。第2共通給気通路35bは、第3給気通路43及び第4給気通路44に分岐される。第1給気通路37は、第2ラジアル静圧軸受14aの隙間に供給される軸受ガスが流れる通路である。第2給気通路38は、第1ラジアル静圧軸受14dの隙間に供給される軸受ガスが流れる通路である。第3給気通路43は、第2スラスト静圧軸受14bの隙間に供給される軸受ガスが流れる通路である。第4給気通路44は、第1スラスト静圧軸受14cの隙間に供給される軸受ガスが流れる通路である。   The first common supply passage 35 a is branched into a first supply passage 37 and a second supply passage 38. The second common supply passage 35 b is branched into a third supply passage 43 and a fourth supply passage 44. The first air supply passage 37 is a passage through which the bearing gas supplied to the gap of the second radial hydrostatic bearing 14a flows. The second air supply passage 38 is a passage through which the bearing gas supplied to the gap of the first radial hydrostatic bearing 14d flows. The third air supply passage 43 is a passage through which the bearing gas supplied to the gap of the second thrust hydrostatic bearing 14b flows. The fourth air supply passage 44 is a passage through which the bearing gas supplied to the gap of the first thrust hydrostatic bearing 14c flows.

共通排気通路36は、第1排気通路39と、第2排気通路40と、第3排気通路41と、第4排気通路42と連通している。第1排気通路39は、第2ラジアル静圧軸受14aの隙間から上側に排出された軸受ガスが流れる通路である。第2排気通路40は、第2ラジアル静圧軸受14aの隙間から下側に排出された軸受ガス及び、第2スラスト静圧軸受14bの隙間から上側に排出された軸受ガスが流れる通路である。第3排気通路41は、第1スラスト静圧軸受14cの隙間から下側に排出された軸受ガス及び第1ラジアル静圧軸受14dの隙間から上側に排出された軸受ガスが流れる通路である。第4排気通路42は、第1ラジアル静圧軸受14dの隙間から下側に排出された軸受ガスが流れる通路であるとともに、第4排気通路42には、第1ラビリンスシール30を通じて膨張室21から第1ラジアル静圧軸受14dの軸受室23に漏洩する冷媒ガスが流入する。   The common exhaust passage 36 communicates with the first exhaust passage 39, the second exhaust passage 40, the third exhaust passage 41, and the fourth exhaust passage 42. The first exhaust passage 39 is a passage through which the bearing gas discharged upward from the clearance of the second radial hydrostatic bearing 14a flows. The second exhaust passage 40 is a passage through which the bearing gas discharged downward from the gap of the second radial hydrostatic bearing 14a and the bearing gas discharged upward from the gap of the second thrust hydrostatic bearing 14b flow. The third exhaust passage 41 is a passage through which the bearing gas discharged downward from the clearance of the first thrust hydrostatic bearing 14c and the bearing gas discharged upward from the clearance of the first radial hydrostatic bearing 14d flow. The fourth exhaust passage 42 is a passage through which the bearing gas discharged downward from the clearance of the first radial hydrostatic bearing 14d flows, and the fourth exhaust passage 42 passes from the expansion chamber 21 through the first labyrinth seal 30. The refrigerant gas leaking into the bearing chamber 23 of the first radial hydrostatic bearing 14d flows.

図2は、第1ラジアル静圧軸受14dの断面図を模式的に示している。図2に示すように、回転軸13の外周側を取り囲むようにして略円筒状に軸受部材51が形成されている。軸受部材51は、回転軸13との間に隙間を有する。軸受部材51には複数のノズル穴(軸受入口)51aが円周方向に形成される。図1の第1共通給気通路35aから分岐された第2給気通路38を流れる軸受ガスはノズル穴51aから回転軸13に噴射される。第1ラジアル静圧軸受14dの軸受膜(点線)が、軸受部材51の内周面と回転軸13の外周面との間に形成される。第1ラジアル静圧軸受14dの隙間の一端(軸受出口)から上側に排出された軸受ガス(点線矢印)は、図1の第3排気通路41から共通排気通路36を通って排出される。第1ラジアル静圧軸受14dの隙間の他端(軸受出口)から下側に排出された軸受ガス(点線矢印)は図1の第4排気通路42から共通排気通路36を通って排出される。図1の第2ラジアル静圧軸受14aも第1ラジアル静圧軸受14dと同様な構成を備えており、軸受ガスによる軸受膜が形成され、第2ラジアル静圧軸受14aの隙間の両端(軸受出口)から上下に排出された軸受ガスは第1排気通路39及び第2排気通路40を通って共通排気通路36に導かれる。   FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of the first radial hydrostatic bearing 14d. As shown in FIG. 2, a bearing member 51 is formed in a substantially cylindrical shape so as to surround the outer peripheral side of the rotating shaft 13. The bearing member 51 has a gap with the rotary shaft 13. A plurality of nozzle holes (bearing inlets) 51 a are formed in the bearing member 51 in the circumferential direction. The bearing gas flowing through the second air supply passage 38 branched from the first common air supply passage 35a in FIG. 1 is injected to the rotary shaft 13 from the nozzle hole 51a. A bearing film (dotted line) of the first radial hydrostatic bearing 14 d is formed between the inner peripheral surface of the bearing member 51 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 13. The bearing gas (dotted arrow) discharged upward from one end (bearing outlet) of the gap of the first radial hydrostatic bearing 14d is discharged from the third exhaust passage 41 of FIG. The bearing gas (dotted arrow) discharged downward from the other end (bearing outlet) of the clearance of the first radial hydrostatic bearing 14d is discharged from the fourth exhaust passage 42 of FIG. 1 through the common exhaust passage 36. The second radial hydrostatic bearing 14a in FIG. 1 also has the same configuration as the first radial hydrostatic bearing 14d, a bearing film is formed by bearing gas, and both ends of the gap (bearing outlet) of the second radial hydrostatic bearing 14a are formed. The bearing gas discharged from the upper and lower sides is guided to the common exhaust passage 36 through the first exhaust passage 39 and the second exhaust passage 40.

図3は、スラスト静圧軸受14b及び14cの断面図を模式的に示している。図3に示すように、回転軸13及びスラストカラー34は、本体10内部において隙間を有して配置される。ここで第3給気通路43は、図1の第2共通給気通路35bから分岐され、第2スラスト静圧軸受14bの隙間に供給される軸受ガスが流れる通路である。第4給気通路44は、第2共通給気通路35bから分岐され、第1スラスト静圧軸受14cの隙間に供給される軸受ガスが流れる通路である。   FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view of the thrust hydrostatic bearings 14b and 14c. As shown in FIG. 3, the rotating shaft 13 and the thrust collar 34 are arranged with a gap inside the main body 10. Here, the third air supply passage 43 is a passage branched from the second common air supply passage 35b of FIG. 1 and through which the bearing gas supplied to the gap of the second thrust hydrostatic bearing 14b flows. The fourth air supply passage 44 is a passage that branches from the second common air supply passage 35b and through which the bearing gas supplied to the gap of the first thrust hydrostatic bearing 14c flows.

第3給気通路43を流れる軸受ガスはノズル穴(軸受入口)43aから噴射され、第2スラスト静圧軸受14bの軸受膜(点線)が、軸挿通孔22の内壁22aの下端面とスラストカラー34の上端面との間に形成される。第4給気通路44を流れる軸受ガスはノズル穴44aから噴射され、第1スラスト静圧軸受14cの軸受膜(点線)が、軸挿通孔22の内壁22aの上端面とスラストカラー34の下端面との間に形成される。第2スラスト静圧軸受14bの隙間の一端(軸受出口)から上側に排出された軸受ガス(点線矢印)は図1の第2排気通路40から共通排気通路36を通って排出される。第1スラスト静圧軸受14cの隙間の他端(軸受出口)から下側に排出された軸受ガス(点線矢印)は図1の第3排気通路41から共通排気通路36を通って排出される。尚、第2スラスト静圧軸受14bの隙間の一端(軸受出口)から下側に流出した軸受ガス(点線矢印)及び第1スラスト静圧軸受14cの軸受隙間の他端(軸受出口)から上側に流出した軸受ガス(点線矢印)も共通排気通路36を通って排出される。   The bearing gas flowing through the third air supply passage 43 is injected from the nozzle hole (bearing inlet) 43a, and the bearing film (dotted line) of the second thrust hydrostatic bearing 14b is connected to the lower end surface of the inner wall 22a of the shaft insertion hole 22 and the thrust collar. 34 is formed between the upper end surface of 34. The bearing gas flowing through the fourth air supply passage 44 is injected from the nozzle hole 44 a, and the bearing film (dotted line) of the first thrust hydrostatic bearing 14 c is connected to the upper end surface of the inner wall 22 a of the shaft insertion hole 22 and the lower end surface of the thrust collar 34. Formed between. The bearing gas (dotted arrow) discharged upward from one end (bearing outlet) of the gap of the second thrust hydrostatic bearing 14b is discharged from the second exhaust passage 40 of FIG. The bearing gas (dotted arrow) discharged downward from the other end (bearing outlet) of the clearance of the first thrust hydrostatic bearing 14c is discharged from the third exhaust passage 41 of FIG. 1 through the common exhaust passage 36. The bearing gas (dotted arrow) that flows downward from one end (bearing outlet) of the gap of the second thrust hydrostatic bearing 14b and the upper side from the other end (bearing outlet) of the bearing gap of the first thrust hydrostatic bearing 14c. The bearing gas that has flowed out (dotted line arrow) is also discharged through the common exhaust passage 36.

図1の本体10は、軸受ガス入口49及び軸受ガス出口50を有している。軸受ガス入口49は、第1共通給気通路35a及び第2共通給気通路35bと連通している。軸受ガス出口50は、共通排気通路36と連通している。軸受ガス入口49から、膨張タービン装置1の本体10内の静圧気体軸受14a〜14dに軸受ガスが供給される。軸受ガスには冷媒ガスと同じ種類のガスが使用される。静圧気体軸受14a〜14dの隙間に軸受ガスが供給されることにより、回転軸13を本体10内で回転可能に支持することができ、回転軸13のラジアル荷重及びスラスト荷重を良好に支持することができる。起動時及び停止時に、回転軸13の外周面と、静圧気体軸受14a〜14dの内周面との間で摩擦が生じない。このため、膨張タービン装置1の長寿命化を図ることができる。   The main body 10 of FIG. 1 has a bearing gas inlet 49 and a bearing gas outlet 50. The bearing gas inlet 49 communicates with the first common supply passage 35a and the second common supply passage 35b. The bearing gas outlet 50 communicates with the common exhaust passage 36. A bearing gas is supplied from the bearing gas inlet 49 to the static pressure gas bearings 14 a to 14 d in the main body 10 of the expansion turbine device 1. The same type of gas as the refrigerant gas is used for the bearing gas. By supplying bearing gas to the gaps between the static pressure gas bearings 14a to 14d, the rotary shaft 13 can be rotatably supported in the main body 10, and the radial load and thrust load of the rotary shaft 13 can be favorably supported. be able to. At the time of starting and stopping, there is no friction between the outer peripheral surface of the rotating shaft 13 and the inner peripheral surfaces of the static pressure gas bearings 14a to 14d. For this reason, the lifetime of the expansion turbine apparatus 1 can be extended.

また、軸受室23の膨張室21側の端と第1ラジアル静圧軸受14dが設けられた部分との間の部分には第1ラビリンスシール30が設けられる(図1参照)。図4は、第1ラビリンスシール30の構成を示す模式図である。図4に示すように、第1ラビリンスシール30は、回転軸13と一定間隔を空けて回転軸13の外周側を取り囲むような内周面を有する。内周面の表面には凹凸の隙間が複数設けられている。冷媒が隙間に進入する毎に漏れ圧が徐々に低下する。膨張室21で断熱膨張された極低温の冷媒ガスと軸受ガスとの相互の冷媒の漏洩が抑制される。なお、制動ガス室20側の端と第2ラジアル静圧軸受14aが設けられた部分との間の部分にも同様な構造の第2ラビリンスシール31が設けられる(図1参照)。制動ガス室20の制動ガスと軸受ガスとの相互の冷媒の漏洩が抑制される。   A first labyrinth seal 30 is provided at a portion between the end of the bearing chamber 23 on the expansion chamber 21 side and a portion where the first radial hydrostatic bearing 14d is provided (see FIG. 1). FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the first labyrinth seal 30. As shown in FIG. 4, the first labyrinth seal 30 has an inner peripheral surface that surrounds the outer peripheral side of the rotary shaft 13 with a certain distance from the rotary shaft 13. A plurality of concave and convex gaps are provided on the inner peripheral surface. Each time the refrigerant enters the gap, the leakage pressure gradually decreases. The refrigerant leakage between the cryogenic refrigerant gas and the bearing gas which are adiabatically expanded in the expansion chamber 21 is suppressed. A second labyrinth seal 31 having a similar structure is also provided at a portion between the end on the braking gas chamber 20 side and the portion where the second radial hydrostatic bearing 14a is provided (see FIG. 1). The leakage of the refrigerant between the braking gas and the bearing gas in the braking gas chamber 20 is suppressed.

図5は、図1の膨張タービン装置1の全体的な構成を示す概略図である。以下では既に説明した構成については説明を省略する。図5に示すように、膨張タービン装置1は、本体10と、制動ライン15と、タービンライン16と、軸受供給ライン17と、排気ライン18と、温度センサ60と、第1背圧調整弁80と、制御装置90と、を備える。   FIG. 5 is a schematic diagram showing an overall configuration of the expansion turbine apparatus 1 of FIG. In the following, description of the already described configuration is omitted. As shown in FIG. 5, the expansion turbine apparatus 1 includes a main body 10, a braking line 15, a turbine line 16, a bearing supply line 17, an exhaust line 18, a temperature sensor 60, and a first back pressure adjustment valve 80. And a control device 90.

制動ライン15は、制動ガスを循環させ、ブレーキインペラ12に制動ガスを供給するための配管である。制動ライン15の一端は、図1の制動ガス室20の制動ガス室入口27に接続され、制動ライン15の他端は、制動ガス室20の制動ガス室出口29に接続される。制動ライン15の途中には熱交換器53が設けられる。   The braking line 15 is a pipe for circulating the braking gas and supplying the braking gas to the brake impeller 12. One end of the brake line 15 is connected to the brake gas chamber inlet 27 of the brake gas chamber 20 of FIG. 1, and the other end of the brake line 15 is connected to the brake gas chamber outlet 29 of the brake gas chamber 20. A heat exchanger 53 is provided in the middle of the braking line 15.

熱交換器53は、制動ライン15を循環する制動ガスを降温及び降圧する。また、制動ライン15を循環する制動ガスは、ブレーキインペラ12を通過する過程で、圧縮されて昇温及び昇圧するが、熱交換器53を通過することにより、降温及び降圧される。   The heat exchanger 53 lowers and lowers the pressure of the braking gas circulating in the braking line 15. In addition, the braking gas circulating in the braking line 15 is compressed and raised in temperature and raised in the process of passing through the brake impeller 12, but lowered and lowered in pressure as it passes through the heat exchanger 53.

タービンライン16は、タービンインペラ11に冷媒ガスを供給するための配管である。タービンライン16の一端は、図1の膨張室21の膨張室入口24に接続され、タービンライン16の他端は、膨張室21の膨張室出口26に接続される。膨張室21の膨張室入口24の上流において圧縮機(図示せず)により圧縮された低温高圧の冷媒がタービンインペラ11へ導かれる。タービンインペラ11は低温高圧の冷媒を、断熱膨張により降温及び降圧させる。   The turbine line 16 is a pipe for supplying refrigerant gas to the turbine impeller 11. One end of the turbine line 16 is connected to the expansion chamber inlet 24 of the expansion chamber 21 in FIG. 1, and the other end of the turbine line 16 is connected to the expansion chamber outlet 26 of the expansion chamber 21. The low-temperature and high-pressure refrigerant compressed by a compressor (not shown) is introduced to the turbine impeller 11 upstream of the expansion chamber inlet 24 of the expansion chamber 21. The turbine impeller 11 lowers the temperature and pressure of the low-temperature and high-pressure refrigerant by adiabatic expansion.

軸受供給ライン17は、静圧気体軸受14a〜14dに軸受ガスを供給するように構成される。軸受供給ライン17の一端は、例えば液化システムの原料ガスを送るフィードラインに接続され、軸受供給ライン17の他端は、本体10の軸受ガス入口49に接続される(図1参照)。軸受供給ライン17は、第2ラジアル静圧軸受14aと、第2スラスト静圧軸受14bと、第1スラスト静圧軸受14cと、第1ラジアル静圧軸受14dのそれぞれに軸受ガスを供給するように構成されている。軸受供給ライン17は、図1の第1共通給気通路35a及び第2共通給気通路25bに連通されている。第1共通給気通路35aから分岐された第1給気通路37及び第2給気通路38を通じて第2ラジアル静圧軸受14a、第1ラジアル静圧軸受14dに軸受ガスが供給され、第2共通給気通路35bから分岐された第3給気通路43及び第4給気通路44を通じて、第1スラスト静圧軸受14c及び第2スラスト静圧軸受14bに軸受ガスが供給される(図1参照)。   The bearing supply line 17 is configured to supply bearing gas to the static pressure gas bearings 14a to 14d. One end of the bearing supply line 17 is connected to, for example, a feed line that feeds the raw material gas of the liquefaction system, and the other end of the bearing supply line 17 is connected to a bearing gas inlet 49 of the main body 10 (see FIG. 1). The bearing supply line 17 supplies bearing gas to each of the second radial hydrostatic bearing 14a, the second thrust hydrostatic bearing 14b, the first thrust hydrostatic bearing 14c, and the first radial hydrostatic bearing 14d. It is configured. The bearing supply line 17 communicates with the first common air supply passage 35a and the second common air supply passage 25b in FIG. Bearing gas is supplied to the second radial hydrostatic bearing 14a and the first radial hydrostatic bearing 14d through the first air supply passage 37 and the second air supply passage 38 branched from the first common air supply passage 35a. The bearing gas is supplied to the first thrust hydrostatic bearing 14c and the second thrust hydrostatic bearing 14b through the third supply passage 43 and the fourth supply passage 44 branched from the supply passage 35b (see FIG. 1). .

排気ライン18は、静圧気体軸受14a〜14dの軸受室23出口に上流端が接続され、静圧気体軸受14a〜14dを通過した軸受ガスを排出する。本実施形態では、排気ライン18の上流端は図1の軸受ガス出口50に接続される。排気ライン18は、図1の第1排気通路39と、第2排気通路40と、第3排気通路41と、第4排気通路42と、共通排気通路36とを含む(図1参照)。排気ライン18は、静圧気体軸受14a〜14dを通過した軸受ガスと第1ラビリンスシール30を通じてタービンライン16(膨張室)から第1ラジアル静圧軸受14dの軸受室23に漏洩する冷媒ガスとの混合ガスを排出するように構成された混合ガス排出経路である。   The exhaust line 18 has an upstream end connected to the outlets of the bearing chambers 23 of the static pressure gas bearings 14a to 14d, and discharges the bearing gas that has passed through the static pressure gas bearings 14a to 14d. In the present embodiment, the upstream end of the exhaust line 18 is connected to the bearing gas outlet 50 of FIG. The exhaust line 18 includes a first exhaust passage 39, a second exhaust passage 40, a third exhaust passage 41, a fourth exhaust passage 42, and a common exhaust passage 36 in FIG. 1 (see FIG. 1). The exhaust line 18 is used for bearing gas that has passed through the static pressure gas bearings 14 a to 14 d and refrigerant gas that leaks from the turbine line 16 (expansion chamber) to the bearing chamber 23 of the first radial static pressure bearing 14 d through the first labyrinth seal 30. A mixed gas discharge path configured to discharge the mixed gas.

温度センサ60は、排気ライン18に設けられ、排気ライン18の軸受排気温度Tを計測するように構成される。温度センサ60は、計測した温度情報を制御装置90に出力するように構成される。 The temperature sensor 60 is provided in the exhaust line 18 and is configured to measure a bearing exhaust temperature T 1 of the exhaust line 18. The temperature sensor 60 is configured to output the measured temperature information to the control device 90.

第1背圧調整弁80は、排気ライン18に設けられ、制御装置90の指令に基づいて排気ライン18の背圧を調整するように構成される。   The first back pressure adjustment valve 80 is provided in the exhaust line 18 and is configured to adjust the back pressure of the exhaust line 18 based on a command from the control device 90.

制御装置90は、排気ライン18に設けられ、温度センサ60で計測された軸受排気温度Tに基づいて第1背圧調整弁80の開閉を制御する。本実施形態では、制御装置90は、膨張タービン装置1のみならず、圧縮機等のその他の装置を制御する機能を有する。制御装置90は、例えば、CPU、ROM及び入出力インターフェイスを主体として構成されたマイクロコンピュータである。制御装置90の入力側には排気ライン18の圧力及び温度の測定値、タービン回転数等のプロセスデータが入力される。制御装置90の出力側には、第1背圧調整弁80,供給弁,排出弁等が接続されている。CPUは、ROMに記憶されている制御プログラムを実行する。CPUは、プロセスデータの温度測定値を監視しながら、軸受背圧が設定どおり得られるように第1背圧調整弁80を制御する。制御装置90は、軸受排気温度Tが基準値Tよりも低下した場合に、軸受背圧Pを上げるように制御する。ここで温度基準値Tは正常時における所定の値又は一定の範囲の値である。 The control device 90 is provided in the exhaust line 18 and controls the opening and closing of the first back pressure regulating valve 80 based on the bearing exhaust temperature T 1 measured by the temperature sensor 60. In the present embodiment, the control device 90 has a function of controlling not only the expansion turbine device 1 but also other devices such as a compressor. The control device 90 is, for example, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, and an input / output interface. Process data such as measured values of the pressure and temperature of the exhaust line 18, turbine rotational speed, and the like are input to the input side of the control device 90. A first back pressure adjusting valve 80, a supply valve, a discharge valve, and the like are connected to the output side of the control device 90. The CPU executes a control program stored in the ROM. The CPU controls the first back pressure regulating valve 80 so as to obtain the bearing back pressure as set while monitoring the temperature measurement value of the process data. The control device 90, when the bearing exhaust temperatures T 1 is lower than the reference value T S, is controlled so as to increase the bearing back pressure P 1. Here reference temperature T S is the value of a predetermined value or a predetermined range in a normal.

次に、以上のような構成の膨張タービン装置1の動作について図5を用いて説明する。膨張タービン装置1はタービンライン16を通じて供給された低温高圧の冷媒により超高速回転する。膨張タービン装置1の運転中において、軸受供給ライン17からタービン本体10の静圧気体軸受14a〜14dの隙間に軸受ガスが供給される。これにより、回転軸13が本体10内で回転可能に支持され、回転軸13のラジアル荷重及びスラスト荷重が支持される。排気ライン18からは静圧気体軸受14a〜14dの軸受ガスが排出される。タービンインペラ11が収容された軸受室23の膨張室21側の端と第1ラジアル静圧軸受14dが設けられた部分との間の部分には第1ラビリンスシール30が設けられているが、第1ラビリンスシール30を通じてタービンライン16(膨張室)から軸受室23に漏洩する冷媒ガスが存在する。このため、排気ライン18には、軸受ガスと漏洩した冷媒ガスとの混合ガスが含まれる。第1ラビリンスシール30を通じてタービンライン16(膨張室)から軸受室23に漏洩する冷媒ガスが増加した場合、温度センサ60で計測される排気ライン18の温度が低下する。第1ラビリンスシール30の差圧が大きいほど漏洩量が増大する。第1ラビリンスシール30の入口又は出口はセンサの設置が難しく正確な圧力計測は困難である。そこで、制御装置90は、排気ライン18の軸受排気温度Tが基準値Tよりも低下した場合に、軸受背圧Pを上げるように制御する。これにより、第1ラビリンスシール30の差圧が小さくなるので、漏洩量を抑制することができる。 Next, operation | movement of the expansion turbine apparatus 1 of the above structures is demonstrated using FIG. The expansion turbine device 1 rotates at an ultra high speed by a low-temperature and high-pressure refrigerant supplied through the turbine line 16. During operation of the expansion turbine device 1, bearing gas is supplied from the bearing supply line 17 to the gaps between the static pressure gas bearings 14 a to 14 d of the turbine body 10. Thereby, the rotating shaft 13 is rotatably supported in the main body 10, and the radial load and the thrust load of the rotating shaft 13 are supported. From the exhaust line 18, the bearing gases of the static pressure gas bearings 14a to 14d are discharged. A first labyrinth seal 30 is provided at a portion between an end of the bearing chamber 23 in which the turbine impeller 11 is accommodated on the expansion chamber 21 side and a portion where the first radial hydrostatic bearing 14d is provided. There is refrigerant gas leaking from the turbine line 16 (expansion chamber) to the bearing chamber 23 through the 1 labyrinth seal 30. For this reason, the exhaust line 18 contains a mixed gas of the bearing gas and the leaked refrigerant gas. When the refrigerant gas leaked from the turbine line 16 (expansion chamber) to the bearing chamber 23 through the first labyrinth seal 30 increases, the temperature of the exhaust line 18 measured by the temperature sensor 60 decreases. As the differential pressure of the first labyrinth seal 30 increases, the amount of leakage increases. Sensor installation is difficult at the inlet or outlet of the first labyrinth seal 30, and accurate pressure measurement is difficult. Therefore, the control device 90, when the bearing exhaust temperature T 1 of the exhaust line 18 is lower than the reference value T S, is controlled so as to increase the bearing back pressure P 1. Thereby, since the differential pressure | voltage of the 1st labyrinth seal 30 becomes small, the amount of leaks can be controlled.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について、図6を用いて説明する。以下では、第1実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. Below, the description of the structure common to 1st Embodiment is abbreviate | omitted, and only a different structure is demonstrated.

図6は、第2実施形態に係る膨張タービン装置1Aの構成を示す模式図である。図6に示すように、膨張タービン装置1Aは、第1実施形態(図5)と比較すると、第1ラジアル静圧軸受14dの出口に排気ライン(混合ガス排出経路)18の上流端が接続され、第1スラスト静圧軸受14c及び第2スラスト静圧軸受14bの出口及び第2ラジアル静圧軸受14aの出口に軸受排気ライン(軸受ガス専用排出経路)18aの上流端が接続されている点が相違する。排気ライン18は、第1ラジアル静圧軸受14dを通過した軸受ガスを排出するように構成される。軸受排気ライン18aは、スラスト静圧軸受14b、14c、及び第2ラジアル静圧軸受14aを通過した軸受ガスを排出するように構成される。本実施形態では、軸受排気ライン18aの下流端は排気ライン18の途中で合流するように構成されている。また、第1ラジアル静圧軸受14dと第1スラスト静圧軸受14cとの間の部分には第3ラビリンスシール32が設けられる。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an expansion turbine apparatus 1A according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, in the expansion turbine apparatus 1A, the upstream end of the exhaust line (mixed gas discharge path) 18 is connected to the outlet of the first radial hydrostatic bearing 14d as compared with the first embodiment (FIG. 5). The upstream end of the bearing exhaust line (bearing gas exclusive discharge path) 18a is connected to the outlet of the first thrust hydrostatic bearing 14c and the second thrust hydrostatic bearing 14b and the outlet of the second radial hydrostatic bearing 14a. Is different. The exhaust line 18 is configured to discharge the bearing gas that has passed through the first radial hydrostatic bearing 14d. The bearing exhaust line 18a is configured to discharge the bearing gas that has passed through the thrust hydrostatic bearings 14b and 14c and the second radial hydrostatic bearing 14a. In the present embodiment, the downstream end of the bearing exhaust line 18 a is configured to merge in the middle of the exhaust line 18. A third labyrinth seal 32 is provided in a portion between the first radial hydrostatic bearing 14d and the first thrust hydrostatic bearing 14c.

更に、本実施形態では、排気ライン18に温度センサ60と、第1背圧調整弁80が設けられている。軸受排気ライン18aに圧力センサ100と、第2背圧調整弁110が設けられている。圧力センサ100及び第2背圧調整弁110により、静圧気体軸受14a、14b、14cの圧力制御を行う。更に、膨張室21側に位置する第1ラジアル静圧軸受14dに対してのみ、他の静圧気体軸受14a、14b、14cとは独立した背圧制御が実施される。背圧制御は背圧を上げ過ぎると軸受性能が低下するという弊害を伴う場合があるが、本実施形態によれば第1ラビリンスシール30に隣接する膨張室21側の第1ラジアル静圧軸受14dのみを制御してその目的を果たすことができ、且つその他の静圧気体軸受14a、14b、14cの背圧設定の自由度が増し、好適な制御が実現できる。   Further, in the present embodiment, a temperature sensor 60 and a first back pressure adjustment valve 80 are provided in the exhaust line 18. A pressure sensor 100 and a second back pressure regulating valve 110 are provided in the bearing exhaust line 18a. Pressure control of the static pressure gas bearings 14a, 14b, and 14c is performed by the pressure sensor 100 and the second back pressure regulating valve 110. Further, back pressure control independent of the other static pressure gas bearings 14a, 14b, and 14c is performed only on the first radial static pressure bearing 14d located on the expansion chamber 21 side. The back pressure control may have a harmful effect that the bearing performance deteriorates if the back pressure is increased too much. However, according to this embodiment, the first radial hydrostatic bearing 14d on the expansion chamber 21 side adjacent to the first labyrinth seal 30 is used. The purpose can be achieved by controlling only the pressure, and the degree of freedom in setting the back pressure of the other static pressure gas bearings 14a, 14b, 14c is increased, and suitable control can be realized.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について、図7を用いて説明する。以下では、上記実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the following, description of the configuration common to the above embodiment will be omitted, and only the configuration that is different will be described.

図7は、第3実施形態に係る膨張タービン装置1Bの構成を示す模式図である。図7に示すように、膨張タービン装置1Bは、第1実施形態(図5)と比較すると、第2ラビリンスシール31が、第1ラジアル静圧軸受14dと第1スラスト静圧軸受14cとの間の部分に設けられる。第1ラジアル静圧軸受14dの出口に排気ライン(混合ガス排出経路)18の上流端が接続され、第1スラスト静圧軸受14c及び第2スラスト静圧軸受14bの出口及び第2ラジアル静圧軸受14aの出口に軸受排気ライン(軸受ガス専用排出経路)18aの上流端が接続されている。更に、軸受排気ライン18aに圧力センサ100と、第2背圧調整弁110が設けられている。そして、本実施形態では、制動ライン15に一端が接続され、且つ、軸受排気ライン18aに他端が接続された通気経路15bを更に備える点が相違する。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of an expansion turbine apparatus 1B according to the third embodiment. As shown in FIG. 7, the expansion turbine apparatus 1B has a second labyrinth seal 31 between the first radial hydrostatic bearing 14d and the first thrust hydrostatic bearing 14c, as compared with the first embodiment (FIG. 5). It is provided in the part. The upstream end of the exhaust line (mixed gas discharge path) 18 is connected to the outlet of the first radial hydrostatic bearing 14d, the outlets of the first thrust hydrostatic bearing 14c and the second thrust hydrostatic bearing 14b, and the second radial hydrostatic bearing. The upstream end of a bearing exhaust line (bearing gas exclusive discharge path) 18a is connected to the outlet 14a. Further, a pressure sensor 100 and a second back pressure adjusting valve 110 are provided in the bearing exhaust line 18a. The present embodiment is different in that it further includes a ventilation path 15b having one end connected to the brake line 15 and the other end connected to the bearing exhaust line 18a.

上記構成によれば、第2実施形態による効果に加え、通気経路15bを介して、制動ライン15の圧力とスラスト静圧軸受14b、14c及び第2ラジアル静圧軸受14aの背圧とを均一にすることができ、その圧力を圧力センサ100及び第2背圧調整弁110により制御を行なう事ができる。   According to the above configuration, in addition to the effects of the second embodiment, the pressure of the braking line 15 and the back pressure of the thrust hydrostatic bearings 14b and 14c and the second radial hydrostatic bearing 14a are made uniform via the ventilation path 15b. The pressure can be controlled by the pressure sensor 100 and the second back pressure regulating valve 110.

また、上記構成によれば、第2ラビリンスシール31を第1ラジアル静圧軸受14dとスラスト静圧軸受14cの間に移動することにより、第2ラジアル静圧軸受14aと膨張室21の間の距離を短縮する事が可能で、第2ラジアル静圧軸受14aから膨張室21側への回転軸13の軸長も短縮でき、回転体質量を軽減し振動安定性の向上を図る事が可能である。   Further, according to the above configuration, the second labyrinth seal 31 is moved between the first radial hydrostatic bearing 14d and the thrust hydrostatic bearing 14c, so that the distance between the second radial hydrostatic bearing 14a and the expansion chamber 21 is increased. The axial length of the rotary shaft 13 from the second radial hydrostatic bearing 14a to the expansion chamber 21 side can be shortened, and the mass of the rotary body can be reduced and the vibration stability can be improved. .

(第4実施形態)
次に、第4実施形態について、図8を用いて説明する。以下では、上記実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the following, description of the configuration common to the above embodiment will be omitted, and only the configuration that is different will be described.

図8は、第4実施形態に係る膨張タービン装置1Cの構成を示すブロック図である。図8に示すように、膨張タービン装置1Cは、第1実施形態(図5)と比較すると、排気ライン18の上流端が、第1ラジアル静圧軸受14dの膨張室側の出口のみに接続される点、及び軸受排気ライン18aの上流端が、第1ラジアル静圧軸受14dの制動ガス室側の出口、スラスト静圧軸受14b、14cの出口及び第2ラジアル静圧軸受14aの出口に接続される点が相違する。排気ライン18は、第1ラジアル静圧軸受14dの隙間から膨張室側に排出された軸受ガスと第1ラビリンスシール30を通じて膨張室21から軸受室23に漏洩する冷媒ガスとの混合ガスを排出する。   FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an expansion turbine apparatus 1C according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 8, in the expansion turbine apparatus 1C, the upstream end of the exhaust line 18 is connected only to the outlet on the expansion chamber side of the first radial hydrostatic bearing 14d, as compared with the first embodiment (FIG. 5). And the upstream end of the bearing exhaust line 18a are connected to the outlet on the braking gas chamber side of the first radial hydrostatic bearing 14d, the outlets of the thrust hydrostatic bearings 14b and 14c, and the outlet of the second radial hydrostatic bearing 14a. Is different. The exhaust line 18 discharges the mixed gas of the bearing gas discharged from the clearance of the first radial hydrostatic bearing 14 d to the expansion chamber side and the refrigerant gas leaking from the expansion chamber 21 to the bearing chamber 23 through the first labyrinth seal 30. .

上記構成によれば、第1ラビリンスシール30に最も隣接する第1ラジアル静圧軸受14dの膨張室側の出口に対してのみ背圧制御を実施するので、漏洩した低温ガスの温度対策を効果的に実施できる。また、背圧設定の自由度が増し、好適な制御が実現できる。   According to the above configuration, since the back pressure control is performed only on the outlet on the expansion chamber side of the first radial hydrostatic bearing 14d closest to the first labyrinth seal 30, a countermeasure for the temperature of the leaked low temperature gas is effective. Can be implemented. Further, the degree of freedom in setting the back pressure is increased, and suitable control can be realized.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の一方又は双方の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of one or both of the structure and function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明は、静圧気体軸受を備える膨張タービンに有用である。   The present invention is useful for an expansion turbine including a static pressure gas bearing.

1,1A,1B,1C 膨張タービン装置
10 タービン本体
11 タービンインペラ
12 ブレーキインペラ
13 回転軸
14 静圧気体軸受
14a 第2ラジアル静圧軸受(制動ガス室側)
14b 第2スラスト静圧軸受(制動ガス室側)
14c 第1スラスト静圧軸受(膨張室側)
14d 第1ラジアル静圧軸受(膨張室側)
15 制動ライン
16 タービンライン
17 軸受供給ライン
18 排気ライン(混合ガス排出経路)
18a 軸受排気ライン(軸受ガス専用排出経路)
20 制動ガス室
21 膨張室
22 軸挿通孔
23 軸受室
24 膨張室入口
26 膨張室出口
27 制動ガス室入口
29 制動ガス室出口
30 第1ラビリンスシール(膨張室側)
31 第2ラビリンスシール(制動ガス室側)
32 第3ラビリンスシール
60 温度センサ
80 第1背圧調整弁
90 制御装置
100 圧力センサ
110 第2背圧調整弁
1, 1A, 1B, 1C Expansion turbine device 10 Turbine body 11 Turbine impeller 12 Brake impeller 13 Rotating shaft 14 Hydrostatic gas bearing 14a Second radial hydrostatic bearing (braking gas chamber side)
14b Second thrust hydrostatic bearing (brake gas chamber side)
14c 1st thrust hydrostatic bearing (expansion chamber side)
14d First radial hydrostatic bearing (expansion chamber side)
15 Braking line 16 Turbine line 17 Bearing supply line 18 Exhaust line (mixed gas discharge path)
18a Bearing exhaust line (exhaust passage exclusively for bearing gas)
20 Braking gas chamber 21 Expansion chamber 22 Shaft insertion hole 23 Bearing chamber 24 Expansion chamber inlet 26 Expansion chamber outlet 27 Braking gas chamber inlet 29 Braking gas chamber outlet 30 First labyrinth seal (expansion chamber side)
31 Second labyrinth seal (braking gas chamber side)
32 3rd labyrinth seal 60 Temperature sensor 80 1st back pressure regulation valve 90 Control device 100 Pressure sensor 110 2nd back pressure regulation valve

Claims (4)

内部に膨張室と制動ガス室と軸挿通孔とが形成され、且つ前記軸挿通孔は前記膨張室と前記制動ガス室とを連通し且つ回転軸が挿通可能なように形成された本体と、
前記膨張室に収容され、冷媒ガスを膨張させるタービンインペラと、
前記制動ガス室に収容され、前記冷媒ガスと同じ種類の制動ガスによって制動されるブレーキインペラと、
前記軸挿通孔に隙間を有して挿通され、一方の端部に前記タービンインペラが設けられ、他方の端部に前記ブレーキインペラが設けられた前記回転軸と、
前記軸挿通孔内に形成された軸受室に設けられ、入口から供給され且つ出口から排出される前記冷媒ガスと同じ種類の軸受ガスの静圧によって前記回転軸を回転可能に支持する静圧気体軸受と、
前記軸受室の前記膨張室側の端と前記静圧気体軸受が設けられた部分との間の部分に設けられた第1ラビリンスシールと、
前記軸受ガスと前記第1ラビリンスシールを通じて前記膨張室から前記軸受室に漏洩する冷媒ガスとの混合ガスを排出する混合ガス排出経路と、
前記混合ガス排出経路に設けられ、前記静圧気体軸受の背圧を調整する第1背圧調整弁と、
前記混合ガス排出経路に設けられ、前記混合ガスの温度を計測する温度センサと、
前記混合ガス排出経路を流れる前記混合ガスの温度が低下した場合に前記静圧気体軸受の背圧を上昇させるように前記第1背圧調整弁を制御する制御装置と、
を備える、膨張タービン装置。
An expansion chamber, a braking gas chamber, and a shaft insertion hole are formed therein, and the shaft insertion hole communicates with the expansion chamber and the braking gas chamber, and a main body is formed so that a rotation shaft can be inserted;
A turbine impeller that is housed in the expansion chamber and expands the refrigerant gas;
A brake impeller housed in the braking gas chamber and braked by the same type of braking gas as the refrigerant gas;
The rotary shaft, which is inserted with a gap in the shaft insertion hole, the turbine impeller is provided at one end, and the brake impeller is provided at the other end,
A static pressure gas that is provided in a bearing chamber formed in the shaft insertion hole and rotatably supports the rotating shaft by a static pressure of the same type of bearing gas as the refrigerant gas supplied from the inlet and discharged from the outlet. A bearing,
A first labyrinth seal provided at a portion between the end of the bearing chamber on the expansion chamber side and a portion provided with the static pressure gas bearing;
A mixed gas discharge path for discharging a mixed gas of the bearing gas and a refrigerant gas leaking from the expansion chamber to the bearing chamber through the first labyrinth seal;
A first back pressure adjusting valve provided in the mixed gas discharge path for adjusting a back pressure of the static pressure gas bearing;
A temperature sensor provided in the mixed gas discharge path for measuring the temperature of the mixed gas;
A control device for controlling the first back pressure regulating valve so as to increase the back pressure of the static pressure gas bearing when the temperature of the mixed gas flowing through the mixed gas discharge path decreases;
An expansion turbine device comprising:
前記静圧気体軸受は、前記回転軸を径方向において回転可能に支持する第1及び第2ラジアル静圧軸受と、前記回転軸を軸方向において回転可能に支持するスラスト静圧軸受と、を備え、
前記軸受室に、前記膨張室から前記制動ガス室に向かって、前記第1ラジアル静圧軸受、前記スラスト静圧軸受、及び前記第2ラジアル静圧軸受が順に位置するように設けられ、且つ
前記第1ラビリンスシールは、前記軸受室の前記膨張室側の端と前記第1ラジアル静圧軸受が設けられた部分との間の部分に設けられ、
前記第1ラジアル静圧軸受の出口に前記混合ガス排出経路の上流端が接続され、
前記スラスト静圧軸受の出口及び前記第2ラジアル静圧軸受の出口に軸受ガス専用排出経路の上流端が接続されている、請求項1に記載の膨張タービン装置。
The hydrostatic gas bearing includes first and second radial hydrostatic bearings that rotatably support the rotating shaft in a radial direction, and a thrust hydrostatic bearing that supports the rotating shaft so as to be rotatable in an axial direction. ,
In the bearing chamber, the first radial hydrostatic bearing, the thrust hydrostatic bearing, and the second radial hydrostatic bearing are provided in order from the expansion chamber toward the braking gas chamber, and The first labyrinth seal is provided at a portion between the end of the bearing chamber on the expansion chamber side and a portion where the first radial hydrostatic bearing is provided,
An upstream end of the mixed gas discharge path is connected to an outlet of the first radial hydrostatic bearing;
The expansion turbine apparatus according to claim 1, wherein an upstream end of a bearing gas exclusive discharge path is connected to an outlet of the thrust hydrostatic bearing and an outlet of the second radial hydrostatic bearing.
前記静圧気体軸受は、前記回転軸を径方向において回転可能に支持する第1及び第2ラジアル静圧軸受と、前記回転軸を軸方向において回転可能に支持するスラスト静圧軸受と、を備え、
前記軸受室に、前記膨張室から前記制動ガス室に向かって、前記第1ラジアル静圧軸受、前記スラスト静圧軸受、及び前記第2ラジアル静圧軸受が順に位置するように設けられ、且つ
前記軸受室の前記第1ラジアル静圧軸受と前記スラスト静圧軸受との間の部分に設けられた第2ラビリンスシールと、
前記スラスト静圧軸受の出口及び前記第2ラジアル静圧軸受の出口に上流端が接続された軸受ガス専用排出経路と、
前記軸受ガス専用排出経路に設けられ、前記スラスト静圧軸受及び前記第2ラジアル静圧軸受の背圧を調整する第2背圧調整弁と、
前記制動ガス室の出口に一端が接続され、且つ、前記制動ガス室の入口に他端が接続された制動ラインと、
前記制動ラインに一端が接続され、且つ、前記軸受ガス専用排出経路に他端が接続された通気経路と、を更に備える、請求項1に記載の膨張タービン装置。
The hydrostatic gas bearing includes first and second radial hydrostatic bearings that rotatably support the rotating shaft in a radial direction, and a thrust hydrostatic bearing that supports the rotating shaft so as to be rotatable in an axial direction. ,
In the bearing chamber, the first radial hydrostatic bearing, the thrust hydrostatic bearing, and the second radial hydrostatic bearing are provided in order from the expansion chamber toward the braking gas chamber, and A second labyrinth seal provided in a portion of the bearing chamber between the first radial hydrostatic bearing and the thrust hydrostatic bearing;
A bearing gas exclusive discharge path having an upstream end connected to an outlet of the thrust hydrostatic bearing and an outlet of the second radial hydrostatic bearing;
A second back pressure regulating valve that is provided in the bearing gas exclusive discharge path and that adjusts the back pressure of the thrust hydrostatic bearing and the second radial hydrostatic bearing;
A braking line having one end connected to the outlet of the braking gas chamber and the other end connected to the inlet of the braking gas chamber;
The expansion turbine apparatus according to claim 1, further comprising: a ventilation path having one end connected to the braking line and the other end connected to the bearing gas dedicated discharge path.
前記静圧気体軸受は、前記回転軸を径方向において回転可能に支持する第1及び第2ラジアル静圧軸受と、前記回転軸を軸方向において回転可能に支持するスラスト静圧軸受と、を備え、
前記軸受室に、前記膨張室から前記制動ガス室に向かって、前記第1ラジアル静圧軸受、前記スラスト静圧軸受、及び前記第2ラジアル静圧軸受が順に位置するように設けられ、且つ
前記第1ラビリンスシールは、前記軸受室の前記膨張室側の端と前記第1ラジアル静圧軸受が設けられた部分との間の部分に設けられ、
前記第1ラジアル静圧軸受の前記膨張室側の出口に前記混合ガス排出経路の上流端が接続され、
前記第1ラジアル静圧軸受の前記制動ガス室側の出口、前記スラスト静圧軸受の出口及び前記第2ラジアル静圧軸受の出口に軸受ガス専用排出経路の上流端が接続されている、請求項1に記載の膨張タービン装置。
The hydrostatic gas bearing includes first and second radial hydrostatic bearings that rotatably support the rotating shaft in a radial direction, and a thrust hydrostatic bearing that supports the rotating shaft so as to be rotatable in an axial direction. ,
In the bearing chamber, the first radial hydrostatic bearing, the thrust hydrostatic bearing, and the second radial hydrostatic bearing are provided in order from the expansion chamber toward the braking gas chamber, and The first labyrinth seal is provided at a portion between the end of the bearing chamber on the expansion chamber side and a portion where the first radial hydrostatic bearing is provided,
An upstream end of the mixed gas discharge path is connected to an outlet of the first radial hydrostatic bearing on the expansion chamber side;
The upstream end of a bearing gas exclusive discharge path is connected to the outlet on the braking gas chamber side of the first radial hydrostatic bearing, the outlet of the thrust hydrostatic bearing, and the outlet of the second radial hydrostatic bearing. 2. The expansion turbine device according to 1.
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