JP2801470B2 - Expansion turbine - Google Patents
Expansion turbineInfo
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- JP2801470B2 JP2801470B2 JP4180935A JP18093592A JP2801470B2 JP 2801470 B2 JP2801470 B2 JP 2801470B2 JP 4180935 A JP4180935 A JP 4180935A JP 18093592 A JP18093592 A JP 18093592A JP 2801470 B2 JP2801470 B2 JP 2801470B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
- F25B2400/141—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant the extracted power is not recycled back in the refrigerant circuit
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えばヘリウム液化冷
凍機、空気分離装置に使用される膨張タービンに関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an expansion turbine used for, for example, a helium liquefaction refrigerator or an air separation device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、図４に示す膨張タービンが公知で
ある（特公平１−４０２０２号公報）。この膨張タービ
ンは、一端にタービンインペラ１１を、他端に制動ファ
ン１２を取付けた回転軸１３を、ケーシング１４内に収
納して形成してある。回転軸１３は、ジャーナル気体軸
受１５により支持され、さらに回転軸１３の中間部に形
成したスラストカラー１６の両側にてスラスト気体軸受
１７にて支持され、回転可能となっている。これらの気
体軸受は、軸受ガス不要の動圧式である。また、タービ
ンインペラ１１の外周側にガス流入空間１８が、中心部
軸方向にガス流出空間１９が形成してあり、ガス流入空
間１８はノズル２０を介してタービンインペラ１１の入
口部に通じている。一方、ケーシング１４の制動ファン
１２側は密閉空間を形成するとともに、ファン出口２１
とファン入口２２とを連通させる第１連通路２３が形成
してあり、制動ファン１２を含む閉回路を形成してあ
る。さらに、この装置では、軸受配置空間２４とファン
出口２１とを連通させる第２連通路２５が形成してあ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, an expansion turbine shown in FIG. 4 is known (Japanese Patent Publication No. 1-40202). This expansion turbine is formed by housing a rotating shaft 13 having a turbine impeller 11 at one end and a braking fan 12 at the other end in a casing 14. The rotating shaft 13 is supported by a journal gas bearing 15, and is further supported by thrust gas bearings 17 on both sides of a thrust collar 16 formed at an intermediate portion of the rotating shaft 13, and is rotatable. These gas bearings are of a dynamic pressure type that does not require bearing gas. Further, a gas inflow space 18 is formed on the outer peripheral side of the turbine impeller 11, and a gas outflow space 19 is formed in the central axial direction. The gas inflow space 18 communicates with the inlet of the turbine impeller 11 through the nozzle 20. . On the other hand, the casing 14 side of the braking fan 12 forms a closed space and the fan outlet 21
A first communication passage 23 is formed to communicate the fan and the fan inlet 22, and a closed circuit including the braking fan 12 is formed. Further, in this device, a second communication passage 25 that connects the bearing arrangement space 24 and the fan outlet 21 is formed.
【０００３】そして、ガス流入空間１８からノズル２０
を介してタービンインペラ１１の入口部に、タービンイ
ンペラ１１側の運転仕様により決まる圧力の高圧ガス、
例えばヘリウムガスを流入させ、このガスを膨張させる
ことによりタービンインペラ１１を高速回転させ、膨張
して降温した低圧ガスをガス流出空間１９に送り出させ
ている。また、軸受配置空間２４はノズル２０の出口部
から漏れ出たガスが充満して、ノズル２０の出口部と略
等圧状態にあり、制動ファン１２の周囲の密閉空間は、
軸受配置空間２４からのガスが充満しており、第２連通
路２５により軸受配置空間２４の圧力とファン出口圧力
とが均圧している。そして、タービンインペラ１１とと
もに回転する制動ファン１２により、ファン入口２２か
ら吸込んだガスを昇圧させて、ファン出口２１より第１
連通路２３に送り出して、再度このガスをファン入口２
２より吸込み、ガスを循環させるようになっている。こ
のように、制動ファン１２を設けることにより、タービ
ンインペラ１１が高圧ガスから得たエネルギを、制動フ
ァン１２がガス圧縮に要するエネルギ、即ち制動エネル
ギとしてすてている。[0003] The nozzle 20 is moved from the gas inflow space 18 to the nozzle 20.
A high-pressure gas having a pressure determined by the operating specifications of the turbine impeller 11 at the inlet of the turbine impeller 11 through
For example, a helium gas is caused to flow in, and the gas is expanded to rotate the turbine impeller 11 at high speed, and to send out a low-pressure gas that has been expanded and cooled to the gas outflow space 19. Further, the bearing arrangement space 24 is filled with the gas leaked from the outlet of the nozzle 20 and is in a substantially equal pressure state with the outlet of the nozzle 20.
The gas from the bearing arrangement space 24 is full, and the pressure in the bearing arrangement space 24 and the fan outlet pressure are equalized by the second communication passage 25. Then, the pressure of the gas sucked from the fan inlet 22 is increased by the braking fan 12 which rotates together with the turbine impeller 11,
The gas is sent out to the communication passage 23 and the gas is again supplied to the fan inlet 2.
2 to circulate the gas. Thus, by providing the braking fan 12, the energy obtained by the turbine impeller 11 from the high-pressure gas is used as the energy required for the braking fan 12 to compress the gas, that is, the braking energy.
【０００４】図５（横軸：ファン入口２２を起点とし場
合のガス循環路に沿った距離、縦軸：ガス圧力）は、上
記閉回路を一巡するガスの圧力変化状態を示している。
なお、図５において、横軸上の点Ａは一巡開始時のファ
ン入口２２、点Ｂは一巡目のファン出口２１、曲線Ｃは
第１連通路２３、および点Ｄは一巡完了時のファン入口
２２のそれぞれにおける上記起点からの距離を示し、縦
軸上のＰｉはファン入口圧力、Ｐｏはファン出口圧力
（＝軸受配置空間２４内の圧力）を示している。図５か
ら分かるように、この装置では、第２連通路２５によ
り、軸受配置空間２４とファン出口２１とを均圧させて
いるので、ファン入口圧力は軸受配置空間２４内の圧力
よりもファン昇圧分ΔＰだけ低くくなっている。このフ
ァン入口圧力の低下により、装置の運転時に回転軸１３
にタービンインペラ１１に向かう方向に作用するスラス
ト力が軽減されるようになっている。即ち、第２連通路
２５を設けることにより、ファン入口圧力を低下させ、
上記スラスト力を軽減させ、スラスト気体軸受１７と回
転軸との接触による軸受の焼損、およびそれに伴う事故
の発生を防止している。FIG. 5 (horizontal axis: distance along the gas circulation path from the fan inlet 22 as a starting point, vertical axis: gas pressure) shows the pressure change state of the gas that goes around the closed circuit.
In FIG. 5, point A on the abscissa is the fan inlet 22 at the start of one cycle, point B is the fan outlet 21 of the first cycle, curve C is the first communication path 23, and point D is the fan inlet at the time of completing one cycle. 22 shows the distance from the starting point, Pi on the vertical axis shows the fan inlet pressure, and Po shows the fan outlet pressure (= pressure in the bearing arrangement space 24). As can be seen from FIG. 5, in this device, the pressure in the bearing arrangement space 24 and the fan outlet 21 is equalized by the second communication passage 25, so that the fan inlet pressure is higher than the pressure in the bearing arrangement space 24 by the fan pressure. It is lower by the amount ΔP. Due to this decrease in the fan inlet pressure, the rotating shaft 13
The thrust force acting in the direction toward the turbine impeller 11 is reduced. That is, by providing the second communication passage 25, the fan inlet pressure is reduced,
The above-mentioned thrust force is reduced, thereby preventing the bearing from burning due to the contact between the thrust gas bearing 17 and the rotating shaft and the occurrence of an accident accompanying the bearing.
【０００５】なお、曲線Ｃで示されるように、ファン出
口２１からファン入口２２に至る過程で、ガス流路の抵
抗により圧力は低下する。[0005] As shown by the curve C, in the process from the fan outlet 21 to the fan inlet 22, the pressure decreases due to the resistance of the gas flow path.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】気体軸受を適用した膨
張タービンでは、タービンインペラ、回転軸、制動ファ
ンからなる回転体の重量の軽減が重要である。この回転
体の重量が大きいと以下の問題が生じる。 （１） 回転体の曲げ固有振動数の低下のために定格回
転数が実現できない。 （２） 図６（横軸：軸回転数、縦軸：ジャーナル気体
軸受１個当たりの軸重量）中の直線Iは、軸回転数と上
記軸重量の最大許容値を示し、直線Iの右側が不安定領
域で、ここでは軸受の焼損を起こす可能性があり、直線
Iの左側が安定領域である。そして、回転体の重量が大
きくなると、ジャーナル気体軸受１個当りの軸重量が大
きくなり、安定限界である上記直線Iを超えて軸受を焼
損することになる。In an expansion turbine using a gas bearing, it is important to reduce the weight of a rotating body including a turbine impeller, a rotating shaft, and a braking fan. If the weight of the rotating body is large, the following problem occurs. (1) The rated rotational speed cannot be achieved due to a decrease in the bending natural frequency of the rotating body. (2) The straight line I in FIG. 6 (horizontal axis: shaft rotation speed, vertical axis: shaft weight per journal gas bearing) indicates the shaft rotation speed and the maximum allowable value of the shaft weight, and is on the right side of the straight line I. Is in the unstable region, where the bearing may be burned out.
The left side of I is the stable region. When the weight of the rotating body increases, the shaft weight per journal gas bearing increases, and the bearing burns out beyond the straight line I, which is the stability limit.
【０００７】なお、回転体の回転数は装置の用途によっ
てまちまちであるが、例えばヘリウム液化冷凍機では、
約５×１０6ｒｐｍに達する場合があり、上記軸重量の
最大許容値は約２５ｇとなる。特に、回転体端部に取付
けられる制動ファンの重量が大きいと、曲げ固有振動数
の低下は著しく、この重量を如何に軽減するかが、設計
上の重要なポイントとなる。一般に、流体力学的に相似
な制動ファンにおいて、その外径Ｄと制動ファン運転仕
様との間には、以下の関係が成立する。 Ｄ5∝Ｔｉ・Ｌ／（Ｎ3・Ｐｉ） …（１）The number of revolutions of the rotating body varies depending on the use of the apparatus. For example, in a helium liquefaction refrigerator,
It can reach about 5 × 10 6 rpm, and the maximum allowable shaft weight is about 25 g. In particular, if the weight of the braking fan attached to the end of the rotating body is large, the natural frequency of bending is significantly reduced, and how to reduce the weight is an important design point. In general, the following relationship is established between the outer diameter D of the brake fan and the brake fan operating specifications in a hydraulically similar brake fan. D 5 ∝Ti · L / (N 3 · Pi) (1)
【０００８】ただし、各記号の意味は以下の通りであ
る。 Ｐｉ：制動ファン入口圧力 Ｎ ：軸回転数 Ｔｉ：制動ファン入口温度 Ｌ ：制動動力（＝タービンインペラ発生動力） ここで、タービンインペラ発生動力は、厳密には、制動
動力としてすてられるとともに、軸受部等の摩擦による
メカニカル損失動力にも変化するが、この損失動力は上
記制動動力に比して無視できる程小さく、実際上制動動
力に等しいとして問題はない。However, the meaning of each symbol is as follows. Pi: Braking fan inlet pressure N: Shaft rotation speed Ti: Braking fan inlet temperature L: Braking power (= turbine impeller generating power) Here, the turbine impeller generating power is strictly reserved as braking power and bearing Although it also changes to mechanical loss power due to friction of the parts and the like, this loss power is so small as to be negligible compared to the above-mentioned braking power, and there is no problem as long as it is actually equal to the braking power.
【０００９】また、制動ファン外径Ｄと制動ファン重量
Ｗとの間には、以下の関係が略成立する。 Ｗ∝Ｄ3 …（２） （１）式，（２）式より、 Ｗ∝（Ｔｉ・Ｌ／Ｎ3）3/5・（１／Ｐｉ）3/5 …（３） となる。制動動力Ｌおよび軸回転数Ｎは、タービンイン
ペラ側の運転仕様により決定され、制動ファン入口温度
Ｔｉは通常常温である。したがって、（３）式より、一
定のタービンインペラ側の運転仕様の下で発生する動力
を制動する場合に、制動ファン重量Ｗを小さく設計する
ためには、制動ファン運転条件としてファン入口圧力Ｐ
ｉを許容範囲内においてできるだけ大きく設定する必要
がある。Further, the following relationship substantially holds between the braking fan outer diameter D and the braking fan weight W. W∝D 3 (2) From equations (1) and (2), W∝ (TiＴｉL / N 3 ) 3/5・ (1 / Pi) 3/ 5 … (3) The braking power L and the shaft rotation speed N are determined by the operating specifications on the turbine impeller side, and the braking fan inlet temperature Ti is usually room temperature. Therefore, according to the equation (3), in order to design the braking fan weight W small when braking the power generated under the constant turbine impeller operating specifications, the fan inlet pressure P is set as the braking fan operating condition.
It is necessary to set i as large as possible within an allowable range.
【００１０】ファン入口圧力Ｐｉの許容限度圧力は、軸
受配置空間内の圧力である。この圧力よりもファン入口
圧力Ｐｉが大きくなると、制動ファンを含む閉回路から
軸受配置空間に向かう方向のガス流が生じ、さらに軸受
配置空間から極低温のタービンインペラ部に常温ガスが
流入するため、当熱侵入によりタービンインペラによる
冷熱発生効率が著しく低下することとなる。ところで、
上記公報に記載の従来の装置では、運転時に発生するタ
ービンインペラ１１側に向かう方向のスラスト力を軽減
するために、軸受配置空間２４とファン出口２１とを連
通させて均圧しているため、ファン入口圧力が軸受配置
空間２４内の圧力よりもファン昇圧分だけ低くなる。し
たがって、上記（１）式より制動ファン外径Ｄは大きく
なり、（２）式より制動ファン重量も大きくなるという
問題が生じる。The permissible limit pressure of the fan inlet pressure Pi is the pressure in the bearing arrangement space. When the fan inlet pressure Pi becomes larger than this pressure, a gas flow is generated in a direction from the closed circuit including the braking fan toward the bearing arrangement space, and further, the room temperature gas flows from the bearing arrangement space into the cryogenic turbine impeller. Due to this heat intrusion, the efficiency of cold heat generation by the turbine impeller is significantly reduced. by the way,
In the conventional apparatus described in the above publication, the bearing arrangement space 24 and the fan outlet 21 are communicated with each other in order to reduce the thrust force generated during operation in the direction toward the turbine impeller 11, so that the pressure is equalized. The inlet pressure becomes lower than the pressure in the bearing arrangement space 24 by the pressure of the fan. Therefore, there arises a problem that the braking fan outer diameter D becomes larger from the above equation (1) and the braking fan weight becomes larger than the equation (2).
【００１１】また、ファン入口圧力Ｐｉを大きく設定し
て制動ファン重量を軽減できる装置の公知例として、装
置の外部から制御弁を介して、高圧ガスを制動ファンを
含む閉回路に供給する流路を設けたものもある（「Ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｉｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｅｎｇ
ｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ」（Ｂｒｉｇ
ｈｔｏｎ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ，７−１０
Ｍａｙ １９６８）、ｐ３４，３５、「Ａ ＨＥＬＩＵ
Ｍ ＬＩＱＵＥＦＩＥＲ ＵＳＩＮＧ Ａ ＧＡＳ−Ｂ
ＥＡＲＩＮＧＥＸＰＡＮＴＩＯＮ ＴＵＲＢＩＮ
Ｅ」）。装置の外部から高圧ガスを供給するようにした
上記公知例の場合は、装置外部から制御弁を介して上記
閉回路の圧力を設定するが、外部から供給するガスの圧
力を、ＰＩＤ演算回路等により厳密に制御する必要があ
る。このため、制御装置が必要となる。また、この圧力
制御を行わないと、軸受配置空間内の圧力と上記閉回路
の圧力との間のバランスがくずれ、タービンインペラ部
へのガス流入等の不都合が生じるという問題が生じる。
本発明は、斯る従来の問題点を課題としてなされたもの
で、軸受配置空間からタービンインペラ側へのガス流入
を生じることなく、制動ファンを小径化，軽量化して、
ジャーナル気体軸受部の回転軸の振れ回りによる不安定
振動を回避し、かつ回転軸の曲げの固有振動数を高める
ことを可能とした膨張タービンを提供しようとするもの
である。As a known example of a device which can reduce the weight of the braking fan by setting the fan inlet pressure Pi large, a flow path for supplying high-pressure gas to a closed circuit including the braking fan from outside the device via a control valve. (Pr
received of the Second In
ternary Cryogenic Eng
inering Conference "(Brig
hton, United Kingdom, 7-10
May 1968), p34, 35, "A HELIU
M LIQUEFIER USING A GAS-B
EARINGEXPANSION TURBIN
E "). In the case of the above-mentioned known example in which high-pressure gas is supplied from the outside of the apparatus, the pressure of the closed circuit is set from the outside of the apparatus via a control valve. Need to be more strictly controlled. For this reason, a control device is required. Further, if this pressure control is not performed, the balance between the pressure in the bearing arrangement space and the pressure in the closed circuit is lost, and a problem such as inflow of gas into the turbine impeller occurs.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and reduces the diameter and weight of the braking fan without causing gas to flow from the bearing arrangement space to the turbine impeller side.
An object of the present invention is to provide an expansion turbine capable of avoiding unstable vibration due to whirling of a rotating shaft of a journal gas bearing portion and increasing the natural frequency of bending of the rotating shaft.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、一端にタービンインペラを、他端に制動
ファンを取付けた回転軸をケーシング内に、動圧式気体
軸受を介して回転可能に、上記タービンインペラ，制動
ファンとともに収納して形成した膨張タービンにおい
て、上記軸受を配置した空間部と上記制動ファンの入口
とを直接に連通させて形成した。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is to rotate a rotating shaft having a turbine impeller at one end and a braking fan at the other end in a casing via a hydrodynamic gas bearing. Preferably, in the expansion turbine housed together with the turbine impeller and the braking fan, the space in which the bearing is disposed and the inlet of the braking fan are formed so as to directly communicate with each other.
【００１３】[0013]
【作用】上記発明のように構成することにより、軸受配
置空間から極低温のタービンインペラ部へのガス流入を
生じることなく、制動ファンの入口の圧力を高くするこ
とができるようになる。According to the above construction, the pressure at the inlet of the brake fan can be increased without causing gas to flow from the bearing arrangement space to the cryogenic turbine impeller.
【００１４】[0014]
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る膨張ター
ビンを示し、図４に示す膨張タービンとは、第２連通路
２５に代えて、軸受配置空間２４とファン入口２２とを
連通させる連通路１を設けた点を除き、他は実質的に同
一であり、互いに対応する箇所には同一番号を付して説
明を省略する。この連通路１は、ケーシング１４を貫通
して軸受配置空間２４に通じる第１連通孔２と、ケーシ
ング１４を貫通してファン入口２２に通じる第２連通孔
３と、第１連通孔２と第２連通孔３とを連通させる連通
管４とからなり、軸受配置空間２４とファン入口２２と
を均圧させている。図２（横軸：ファン入口２２を起点
とし場合のガス循環路に沿った距離、縦軸：ガス圧力）
は、上記閉回路を一巡するガスの圧力変化状態を示して
いる。なお、図中各記号の意味は、ファン入口圧力を縦
軸上のＰｉ’、ファン出口圧力をＰｏ’としている以外
は、図５におけるものと同様である。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an expansion turbine according to a first embodiment of the present invention, which is different from the expansion turbine shown in FIG. 4 in that a communication passage for communicating a bearing arrangement space 24 with a fan inlet 22 instead of the second communication passage 25. Except for the point that 1 is provided, the other parts are substantially the same, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The communication passage 1 has a first communication hole 2 penetrating through the casing 14 and communicating with the bearing arrangement space 24, a second communication hole 3 penetrating through the casing 14 and communicating with the fan inlet 22, and a first communication hole 2. A communication pipe 4 that communicates with the two communication holes 3 makes the pressure in the bearing arrangement space 24 and the fan inlet 22 uniform. FIG. 2 (horizontal axis: distance along gas circulation path starting from fan inlet 22; vertical axis: gas pressure)
Indicates a pressure change state of the gas that goes around the closed circuit. The meaning of each symbol in the figure is the same as that in FIG. 5 except that the fan inlet pressure is Pi ′ on the vertical axis and the fan outlet pressure is Po ′.
【００１５】図２から分かるように、本装置では、ファ
ン入口圧力がファン出口圧力よりもファン昇圧分ΔＰだ
け低くくなる点については、図５に示す装置の場合と同
様であるが、連通路１により、軸受配置空間２４とファ
ン入口２２とを均圧させているので、ファン入口圧力は
軸受配置空間２４内の圧力と等しくなる。即ち、本装置
の場合、ファン入口圧力は、ファン出口２１と軸受配置
空間２４とを均圧させている、図５に示す装置の場合よ
りも、ファン昇圧分ΔＰだけ高くなる。したがって、上
記（１）式より、本装置の場合は、この昇圧分に対応し
て制動ファン外径Ｄを小さくして、軽量化することがで
き、しかも軸受配置空間２４からタービンインペラ１１
側へのガスの流入も生じることはない。この結果、ジャ
ーナル気体軸受５の箇所での回転軸１３の振れ回りによ
る不安定振動を回避でき、かつ回転軸１３の曲げの固有
振動数を高めることになる。さらに、ファン入口圧力
は、上述のように上限許容限度である軸受配置空間２４
内の圧力を超えることはないので、回転軸１３に作用す
るタービンインペラ１１に向かう方向のスラスト力も許
容範囲内の大きさにすることができる。As can be seen from FIG. 2, in the present apparatus, the point that the fan inlet pressure becomes lower than the fan outlet pressure by the fan pressure ΔP is the same as in the case of the apparatus shown in FIG. 1, the pressure in the bearing arrangement space 24 and the fan inlet 22 is equalized, so that the fan inlet pressure becomes equal to the pressure in the bearing arrangement space 24. That is, in the case of the present device, the fan inlet pressure is higher by the fan pressure ΔP than in the case of the device shown in FIG. 5 in which the fan outlet 21 and the bearing arrangement space 24 are equalized. Therefore, according to the above equation (1), in the case of the present apparatus, the braking fan outer diameter D can be reduced and the weight can be reduced in accordance with the increased pressure, and the turbine impeller 11 can be removed from the bearing arrangement space 24.
There is no gas flow into the side. As a result, unstable vibration due to whirling of the rotating shaft 13 at the location of the journal gas bearing 5 can be avoided, and the natural frequency of bending of the rotating shaft 13 is increased. Further, as described above, the fan inlet pressure is the upper limit allowable limit of the bearing arrangement space 24.
Therefore, the thrust force acting on the rotating shaft 13 in the direction toward the turbine impeller 11 can be set within a permissible range.
【００１６】図３は、本発明の第２実施例に係る膨張タ
ービンを示し、図１に示す膨張タービンとは、連通路１
に代えて、軸受配置空間２４とファン入口２２とを連通
させる連通路１ａをケーシング１４の厚肉部内に設けた
点を除き、他は実質的に同一であり、互いに対応する箇
所には同一番号を付して説明を省略する。FIG. 3 shows an expansion turbine according to a second embodiment of the present invention. The expansion turbine shown in FIG.
Are substantially the same except that a communication path 1a for communicating the bearing arrangement space 24 with the fan inlet 22 is provided in the thick portion of the casing 14, and corresponding portions have the same reference numerals. And the description is omitted.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば一端にタービンインペラを、他端に制動ファン
を取付けた回転軸をケーシング内に、動圧式気体軸受を
介して回転可能に、上記タービンインペラ，制動ファン
とともに収納して形成した膨張タービンにおいて、上記
軸受を配置した空間部と上記制動ファンの入口とを直接
に連通させて形成してある。このため、回転軸に作用す
るスラスト力を許容範囲内に保ちつつ、制動ファンの入
口の圧力を、軸受配置空間から極低温のタービンインペ
ラ部へのガス流入を生じることなく、高くでき、この結
果、制動ファンを、小径化，軽量化して、ジャーナル気
体軸受部の回転軸の振れ回りによる不安定振動を回避
し、かつ回転軸の曲げの固有振動数を高めることが可能
になるという効果を奏する。As is apparent from the above description, according to the present invention, a rotating shaft having a turbine impeller at one end and a braking fan at the other end is rotatable in a casing via a dynamic pressure gas bearing. In the expansion turbine housed together with the turbine impeller and the braking fan, the space in which the bearing is disposed and the inlet of the braking fan are formed so as to directly communicate with each other. For this reason, while maintaining the thrust force acting on the rotating shaft within an allowable range, the pressure at the inlet of the braking fan can be increased without causing gas to flow from the bearing arrangement space into the cryogenic turbine impeller. In addition, the diameter and weight of the braking fan can be reduced to avoid unstable vibration due to whirling of the rotating shaft of the journal gas bearing portion, and increase the natural frequency of bending of the rotating shaft. .
【図１】 本発明の第１実施例に係る膨張タービンの断
面図である。FIG. 1 is a sectional view of an expansion turbine according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 図１に示す装置における、ファン入口を起点
とした場合のガス循環路に沿った距離とガス圧力との関
係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a distance along a gas circulation path and a gas pressure when a fan inlet is used as a starting point in the apparatus shown in FIG.
【図３】 本発明の第２実施例に係る膨張タービンの断
面図である。FIG. 3 is a sectional view of an expansion turbine according to a second embodiment of the present invention.
【図４】 従来の膨張タービンの部分断面図である。FIG. 4 is a partial sectional view of a conventional expansion turbine.
【図５】 図４に示す装置における、ファン入口を起点
とした場合のガス循環路に沿った距離とガス圧力との関
係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a distance along a gas circulation path and a gas pressure when a fan inlet is used as a starting point in the apparatus shown in FIG. 4;
【図６】 軸回転数とジャーナル軸受１個当りの軸重量
との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a shaft rotation speed and a shaft weight per journal bearing.
１，１ａ 連通路 １１ タービンインペラ １２ 制動ファン １３ 回転軸 １５ ジャーナル気体軸受 １７ スラスト気体軸受 ２２ ファン入口 ２４ 軸受配置空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Communication passage 11 Turbine impeller 12 Brake fan 13 Rotary shaft 15 Journal gas bearing 17 Thrust gas bearing 22 Fan inlet 24 Bearing arrangement space
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−228704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−16203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−132701（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−50405（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−46785（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01D 3/00 F25B 9/06 F25B 11/02Continuation of the front page (56) References JP-A-60-228704 (JP, A) JP-A-61-16203 (JP, A) JP-A-61-132701 (JP, A) JP-A-4-50405 (JP) , A) JP-B 62-46785 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F01D 3/00 F25B 9/06 F25B 11/02
Claims (1)
ファンを取付けた回転軸をケーシング内に、動圧式気体
軸受を介して回転可能に、上記タービンインペラ，制動
ファンとともに収納して形成した膨張タービンにおい
て、上記軸受を配置した空間部と上記制動ファンの入口
とを直接に連通させて形成したことを特徴とする膨張タ
ービン。An expansion formed by accommodating a rotating shaft having a turbine impeller at one end and a braking fan at the other end together with the turbine impeller and the braking fan in a casing via a dynamic pressure gas bearing. An expansion turbine, wherein a space in which the bearing is arranged and an inlet of the braking fan are directly connected to each other.
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP4180935A JP2801470B2 (en) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | Expansion turbine |
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|---|---|
| JPH0626301A JPH0626301A (en) | 1994-02-01 |
| JP2801470B2 true JP2801470B2 (en) | 1998-09-21 |
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ID=16091852
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP4180935A Expired - Lifetime JP2801470B2 (en) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | Expansion turbine |
Country Status (1)
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-
1992
- 1992-07-08 JP JP4180935A patent/JP2801470B2/en not_active Expired - Lifetime
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