JP2569079B2 - Expansion turbine - Google Patents
Expansion turbineInfo
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- JP2569079B2 JP2569079B2 JP62263892A JP26389287A JP2569079B2 JP 2569079 B2 JP2569079 B2 JP 2569079B2 JP 62263892 A JP62263892 A JP 62263892A JP 26389287 A JP26389287 A JP 26389287A JP 2569079 B2 JP2569079 B2 JP 2569079B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は膨張タービンに係り、特に動圧気体軸受を使
用したものに好適な膨張タービンに関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an expansion turbine, and more particularly to an expansion turbine suitable for use with a hydrodynamic gas bearing.
従来、膨張タービンの保護システムとしては一般に下
記のものが装備されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a protection system for an expansion turbine is generally provided with the following.
(1)回転数オーバースピード (2)軸振動異常 (3)軸受温度異常 (4)給油圧力又は軸受ガス圧力低下 しかし、これらの保護システムでは、動圧気体軸受を
採用した膨張タービンの軸受部摩耗による起動トルクの
上昇、及びこれに伴う起動部の急加速回転、軸受損傷等
の問題について配慮がなされていなかった。(1) Rotational speed overspeed (2) Shaft vibration abnormality (3) Bearing temperature abnormality (4) Oil supply pressure or bearing gas pressure drop However, in these protection systems, bearing wear of the expansion turbine using a dynamic pressure gas bearing However, no consideration has been given to problems such as an increase in the starting torque due to the above, a sudden acceleration rotation of the starting portion, and bearing damage due to this.
なお、この種の装置として関連するものには、例え
ば、特開昭59−147803号、同61−110850号、同61−1687
56号等が挙げられる。It should be noted that related devices of this type include, for example, JP-A-59-147803, JP-A-61-110850, and JP-A-61-1687.
No. 56 and the like.
ティルティングパッド型動圧気体ジャーナル軸受は、
回転軸が静止している状態では、パッドに予荷重を与え
回転軸に強制的に接触させている。Tilt pad type dynamic pressure gas journal bearing
When the rotating shaft is stationary, a preload is applied to the pad to forcefully contact the pad.
これは回転軸が回転し、パッドと回転軸の間にくさび
膜効果により気体膜が生じた時に安定した軸受性能をえ
るため予荷重を与えているものである。This is to apply a preload in order to obtain a stable bearing performance when the rotating shaft rotates and a gas film is formed between the pad and the rotating shaft by a wedge film effect.
従って回転体を回転させる場合、起動トルクとしてこ
の予荷重によって生じているジャーナル軸受部の静止摩
擦力に打ち勝つ力を与えないと回転しない。Therefore, when rotating the rotating body, the rotating body does not rotate unless a force that overcomes the static frictional force of the journal bearing portion caused by the preload is applied as a starting torque.
一方、動圧気圧軸受では、起動時と静止時に必ず回転
体とジャーナル軸受部のパッド面が接触するため、この
接触面が徐々に摩耗し、静止摩擦力が運転経過と共に増
大する。On the other hand, in the dynamic pressure / pressure bearing, since the rotating body and the pad surface of the journal bearing portion always contact at the time of startup and at rest, the contact surface gradually wears, and the static friction force increases as the operation progresses.
このようにジャーナル軸受部の静止摩擦力が増大した
場合、起動トルクを増大させる必要があるため、タービ
ン入口圧力をこれに対応させ上昇させなければならな
い。When the static frictional force of the journal bearing increases, the starting torque must be increased. Therefore, the turbine inlet pressure must be increased accordingly.
ところが、タービン起動時において、タービン入口圧
力が高いと回転数の上昇は急加速状態で上昇し、場合に
よっては、瞬時にオーバースピードに達することもあ
る。この様な状態を呈するとタービンの軸受及び回転体
が焼損し大きなタメージをうけるという問題がある。However, when the turbine inlet pressure is high at the time of starting the turbine, the increase in the number of rotations increases in a rapidly accelerating state, and in some cases, the overspeed may be reached instantaneously. When such a state is exhibited, there is a problem that the bearings and the rotating body of the turbine are burned and suffer large damage.
本発明の目的は、ティルティングパッド型動圧気体軸
受を用いた膨張タービンにおいて、パッド部の摩耗が進
行して、静止摩擦力が規定値以上に増大したことを検知
することにより、タービンの起動操作を停止し、大きな
損傷を防ぐことのできる膨張タービンを提供することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an expansion turbine using a tilting pad type dynamic pressure gas bearing, which detects that wear of a pad portion has progressed and static friction force has increased to a specified value or more, thereby starting the turbine. An object of the present invention is to provide an expansion turbine capable of stopping operation and preventing major damage.
上記目的は、回転体起動時の起動トルクを算出する手
段と、この起動トルクが設定値以上になっても回転体が
回転しない場合にタービン入口弁を全閉にする制御手段
を具備することにより、達成される。The object is to provide a means for calculating a starting torque at the time of starting the rotating body, and a control means for fully closing the turbine inlet valve when the rotating body does not rotate even if the starting torque is equal to or more than the set value. Is achieved.
回転体起動時の起動トルクを算出する手段によって回
転体の起動トルクを算出し、制御手段によって該起動ト
ルクがあらかじめ設定した起動トルクの設定値よりも大
きくなっていたら、タービン入口弁を全閉にするので、
回転体が設定した起動トルク以上で回転することがない
ので、回転体が過回転となって軸受を損傷させることが
ない。The starting torque of the rotating body is calculated by means for calculating the starting torque at the time of starting the rotating body, and if the starting torque is larger than the preset starting torque set value by the control means, the turbine inlet valve is fully closed. So
Since the rotating body does not rotate with the set starting torque or more, the rotating body does not over-rotate and the bearing is not damaged.
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
まず構成を示す。タービン入口ラインにタービン入口
弁1、入口圧力計2および入口温度計3を設け、タービ
ンノズル7出口に圧力計4を設け、ローター8出口部に
圧力計12を設け、回転軸9の回転数検出用に回転計5を
設ける。さらに、これら圧力計2,4,12、温度3および回
転計5の検出値により起動トルクを計算し許容起動トル
クとの比較判定を行い入口弁1へ作動信号を与える演算
器6を設ける。First, the configuration will be described. A turbine inlet valve 1, an inlet pressure gauge 2, and an inlet thermometer 3 are provided in a turbine inlet line, a pressure gauge 4 is provided at an outlet of a turbine nozzle 7, a pressure gauge 12 is provided at an outlet of a rotor 8, and a rotation speed of the rotating shaft 9 is detected. Tachometer 5 is provided. Further, a computing unit 6 is provided which calculates the starting torque based on the detected values of the pressure gauges 2, 4, 12 and the temperature 3 and the tachometer 5, compares the starting torque with the allowable starting torque, and gives an operating signal to the inlet valve 1.
タービンの回転軸9の両端にはローター8とブレーキ
翼車10が装着してあり、この回転軸9は動圧型のジャー
ナル軸受11a,bによって支承されている。A rotor 8 and a brake wheel 10 are mounted on both ends of a rotating shaft 9 of the turbine, and the rotating shaft 9 is supported by dynamic pressure journal bearings 11a and 11b.
次に、上記のように構成された膨張タービンの保護シ
ステムの動作について説明する。Next, the operation of the protection system for the expansion turbine configured as described above will be described.
タービン起動時において、タービン入口弁1を徐々に
開きタービン入口ラインの圧力を上昇させタービン起動
トルクを上げていく。このタービンの起動トルクが、ジ
ャーナル軸受11a,b(ティルティングパッド型動圧軸
受)の静止摩擦トルクよりも大きくなった時点でタービ
ンは回転し回転計5に指示がでる。At the time of starting the turbine, the turbine inlet valve 1 is gradually opened to increase the pressure of the turbine inlet line to increase the turbine starting torque. When the starting torque of the turbine becomes larger than the static friction torque of the journal bearings 11a and 11b (tilting pad type dynamic pressure bearing), the turbine rotates and the tachometer 5 is instructed.
しかし、この起動操作において、タービン出入口の圧
力計12,2、タービン入口の温度計3、ノズル7の出口の
圧力計4の測定値より演算器6で計算した起動トルクと
事前に設定されている許容起動トルクとの比較判定を行
い、許容起動トルク以上でも回転計5の検出値がでない
場合は、タービン入口弁1を閉止する信号をタービン入
口弁1に与える。However, in this start-up operation, the start-up torque calculated by the calculator 6 from the measured values of the pressure gauges 12 and 2 at the turbine entrance and exit, the thermometer 3 at the turbine entrance, and the pressure gauge 4 at the exit of the nozzle 7 is set in advance. A comparison is made with the allowable starting torque, and if the detected value of the tachometer 5 is not higher than the allowable starting torque, a signal for closing the turbine inlet valve 1 is given to the turbine inlet valve 1.
ここで、タービンローターに作用するトルクTBは、
文献(東京大学生産技術研究所報告:ラジアルガスター
ビンの研 水町長生)によると(1)式で示される。Here, the torque TB acting on the turbine rotor is:
According to the literature (Report of Institute of Industrial Science, The University of Tokyo: Radial Gas Turbine Researcher Nagao Mizumachi), it is expressed by equation (1).
またこの(1)式において、(U2−W2cosr)2
の値はC1・cos α・R1の値の約1/10以下であって、トル
クTBは主としてC1・cos α・R1で与えられることが示
されている。 In the equation (1), (U 2 −W 2 cosr) 2
Values be about 1/10 or less of the value of C 1 · cos α · R 1 , torque TB have been shown to mainly given by C 1 · cos α · R 1 .
ここで G:処理流体流量(変数) g:重力加速度(定数) C1:ノズル流出速度(変数) α:ノズル流出角度(タービン固有値) R1:ローター外半径(タービン固有値) 従って(1)式において右辺の項を無視すると となり、この中で変数はGと、C1であり、他はそれぞれ
のタービンの固有値と考えることができる。(ただしタ
ービン出口圧力はノズル出口圧力より十分低い状態であ
る) ここで処理流体流量Gは、ノズルを通過する流量と同
じであり、ノズル通過流量GNは GN=AN×C1×PN ……(3) ここで AN:ノズル面積(タービン固有値) C1:ノズル流出速度 PN:ノズル速度係数(0.9〜0.95) で示される。Here G: process fluid flow rate (variable) g: gravitational acceleration (constant) C 1: nozzle exit velocity (variable) alpha: nozzle outlet angle (turbine eigenvalues) R 1: Rotor outer radius (turbine eigenvalue) Thus (1) Neglecting the term on the right side of Next, variables in this and G, and C 1, the other can be considered as unique value for each turbine. (However, the turbine outlet pressure is sufficiently lower than the nozzle outlet pressure.) Here, the processing fluid flow rate G is the same as the flow rate passing through the nozzle, and the nozzle passing flow rate GN is GN = AN × C 1 × PN... 3) where AN: nozzle area (turbine eigenvalue) C 1: nozzle outflow rate PN: represented by the nozzle velocity factor (0.9 to 0.95).
さらに、ノズル流出速度C1は、ノズル入口圧力と出口
圧力及び入口温度より求めることができる。(機械工学
便ラン改訂5版P11−63参照) 従って、ノズル入口圧力=タービン入口圧力P1、及び
入口温度T1、及びノズル出口圧力P2を測定し、タービン
固有値を事前に把握しておけば(2),(3)式よりロ
ーターに作用するトルクを計算できる。Furthermore, the nozzle exit velocity C 1 can be determined from a nozzle inlet pressure and outlet pressure and inlet temperature. (Refer to P11-63 of the 5th revised edition of Mechanical Engineering Service Run) Therefore, the nozzle inlet pressure = turbine inlet pressure P 1 , inlet temperature T 1 , and nozzle outlet pressure P 2 can be measured to grasp turbine specific values in advance. In this case, the torque acting on the rotor can be calculated from equations (2) and (3).
一方、軸受部の静止摩擦力増大に伴う抵抗トルクは、
軸受と回転軸を強制的に接触させている予荷重と静止摩
擦係数によって計算できるので、静止摩擦係数の上限を
事前に把握すれば、許容起動トルクを計算し設定するこ
とができる。On the other hand, the resistance torque accompanying the increase in the static friction force of the bearing is
Since the calculation can be performed based on the preload and the static friction coefficient for forcibly bringing the bearing and the rotating shaft into contact with each other, if the upper limit of the static friction coefficient is grasped in advance, the allowable starting torque can be calculated and set.
従って、この許容起動トルクと、上記P1,T1,P2より起
動トルクが計算でき、事前に設定されている許容起動ト
ルクと比較し、許容起動トルク以上になっても、回転数
が検出されないことを検知し、タービン入口弁が閉とな
るので、許容起動トルク以上でタービンが回転すること
を防止できる。Therefore, the the permissible starting torque, the P 1, T 1, can be calculated is P 2 than the starting torque, compared with the permissible starting torque which is set in advance, even if the above permissible starting torque, rotation speed detection Since it is detected that the operation is not performed, the turbine inlet valve is closed, so that the turbine can be prevented from rotating at an allowable starting torque or more.
本実施例によれば、許容起動トルク以上で回転するこ
とはないため、起動時にタービンが急加速回転しオーバ
ースピードになることを防止できる。According to the present embodiment, since the turbine does not rotate at the allowable starting torque or more, it is possible to prevent the turbine from rapidly accelerating and rotating at the time of starting and becoming overspeed.
さらに、軸受部の摩耗が進行し、軸受部が焼損し回転
体各部へ大きな損傷を与える前に、軸受部の異常を知る
ことができる。また、これにより保守が容易になるとい
う効果がある。Further, it is possible to know the abnormality of the bearing portion before the wear of the bearing portion progresses, and the bearing portion is burned and damages various parts of the rotating body. This also has the effect of facilitating maintenance.
また、本実施例の他に、タービンの起動条件のうち入
口圧力のみが変化し、タービン入口温度、出口圧力がほ
ぼ一定となるような起動条件では、タービン入口圧力の
みを監視し、この圧力が設定値以上になっても回転しな
い場合にタービン入口弁1を全閉とするようにしても良
い。Further, in addition to the present embodiment, only the turbine inlet pressure is monitored under the starting conditions in which only the inlet pressure changes among the starting conditions of the turbine and the turbine inlet temperature and the outlet pressure become substantially constant. The turbine inlet valve 1 may be fully closed when it does not rotate even if it exceeds the set value.
本発明によれば、軸受部の摩耗が進行し軸受部の静止
摩擦力が規定値以上に増大したことを検知してタービン
の起動操作を停止できるので、大きな損傷を防ぐことが
できるという効果がある。According to the present invention, the start-up operation of the turbine can be stopped by detecting that the wear of the bearing portion has progressed and the static friction force of the bearing portion has increased to a specified value or more. is there.
第1図は本発明の一実施例である膨張タービンを示す構
成図である。 1……タービン入口弁、2……入口圧力計、3……入口
温度計、4……ノズル出口圧力計、5……回転計、6…
…演算器、7……ノズル、8……ローター、9……回転
軸、10……ブレーキ翼車、11a,11b……ジャーナル軸
受、12……ローター出口圧力計FIG. 1 is a configuration diagram showing an expansion turbine according to an embodiment of the present invention. 1 ... Turbine inlet valve, 2 ... Inlet pressure gauge, 3 ... Inlet thermometer, 4 ... Nozzle outlet pressure gauge, 5 ... Revolving gauge, 6 ...
... Calculator, 7 ... Nozzle, 8 ... Rotor, 9 ... Rotary shaft, 10 ... Brake wheel, 11a, 11b ... Journal bearing, 12 ... Rotor outlet pressure gauge
Claims (1)
を支承するジャーナル軸受に、予荷重を与えるティルテ
ィングパッド型動圧気体軸受を採用した膨張タービンに
おいて、回転体起動時の起動トルクを算出する手段と、
該起動トルクが設定値以上になっても回転体が回転しな
い場合にタービン入口弁を全閉にする制御手段とを設け
たことを特徴とする膨張タービン。1. An expansion turbine employing a tilting pad type hydrodynamic gas bearing for applying a preload to a journal bearing for supporting a rotating body having a turbine wheel provided at an end of a rotating shaft. Means for calculating torque;
A control means for completely closing the turbine inlet valve when the rotating body does not rotate even when the starting torque exceeds a set value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62263892A JP2569079B2 (en) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Expansion turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62263892A JP2569079B2 (en) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Expansion turbine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01106906A JPH01106906A (en) | 1989-04-24 |
JP2569079B2 true JP2569079B2 (en) | 1997-01-08 |
Family
ID=17395706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62263892A Expired - Lifetime JP2569079B2 (en) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Expansion turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2569079B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4922110B2 (en) * | 2007-09-11 | 2012-04-25 | 株式会社神戸製鋼所 | Power generator |
IT1401923B1 (en) * | 2010-09-09 | 2013-08-28 | Nuovo Pignone Spa | METHODS AND DEVICES FOR TESTING A LOW-SPEED LOW-TIME ROTOR IN A TURBOMACCHINE |
-
1987
- 1987-10-21 JP JP62263892A patent/JP2569079B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01106906A (en) | 1989-04-24 |
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