JPH0218241Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はガス液化用断熱膨張装置の改良に関す
るもので、とくに膨張タービンの高速化による液
化効率の向上、前記タービンを備えた軸や該軸を
支持する軸受の長寿命化ならびに装置全体のコン
パクト化を図ることを目的とする。

従来からヘリウムガス等のガスを液化するサイ
クル中に断熱膨張装置が使用されて来たが、従来
の装置はすべて膨張タービンを備えた軸に対する
軸受部に油潤滑が必要であつたことから装置全体
が該油の給排のために複雑になつたり、あるいは
装置の稼動中低温になるに連れて油の粘性が低下
して軸受抵抗が増加するために液化効率が低下
し、最悪の場合は油が固体化してタービンが停止
してしまう等の問題があつた。

本考案は上記従来技術における問題点に鑑みて
なされたものであり、膨張タービンを備えた軸に
対するラジアル軸受部およびスラスト軸受部に、
スパイラル動圧軸受またはレイレーステツプ動圧
軸受を使用して前記軸を非接触な気体潤滑により
支持するように構成してなり、前記問題点を一掃
する断熱膨張装置を提供せんとするものである。

以下、本考案の一実施例を図面にしたがつて説
明すると、第１図において、１は略筒状を呈する
ラジアル軸受２の軸方向両端に蓋状のスラスト軸
受３，４を固着し、内部に室５を形成したケーシ
ングであつて、前記室５内に軸６が遊挿されてい
る。該軸６の一端には多数の羽根を備えた膨張タ
ービン７が設けられ、前記ケーシング１に該膨張
タービン７に対する吸気孔８と排気孔９が設けら
れるとともに、同他端に前記ケーシング１の内周
壁に設けられた部分１０ｂと一対をなす発電機１
０ａが備えられている。１１は前記吸気孔８から
分枝されて室５の中央円周上に切られた浅い溝１
２に開口する通気孔、１３は室５の中央円周上に
切られた浅い溝１２から開口する導左孔であつ
て、後者通気孔１３は図示のごとく軸方向両方に
向けて分枝１３ａ，１３ｂされ、各々ニードル弁
１４，１５を経てケーシング１の内端壁中央に突
設された軸受面１６，１７中央に開口している。
この両軸受面１６，１７には、第２図Ａ，Ｂに示
すごとく、前記開口を中心としたスパイラル溝１
８，１９が、前記軸６の回転方向（矢示Ｘ）に対
応して形成されるとともに、前記軸６周面にもそ
の回転方向Ｘに対応したスパイラル溝２０が形成
されている。

上記構成の断熱膨張装置は、吸気孔８から吸入
したガスの圧力により膨張タービン７を駆動さ
せ、該駆動に併なう軸６の回転によつて該ガスに
発電機１０ａ，１０ｂを稼動させるという外部へ
の仕事をさせることにより、該ガスを断熱膨張さ
せるものであつて、前記吸入孔８から吸入される
ガスの一部が通気孔１１に分流して室５の中央円
周上の切られた浅い溝１２へ導入されるととも
に、軸６周面に形成したスパイラル溝２０の動圧
効果との相乗効果によつて軸６中心部の圧力を高
め、該軸６のラジアル方向の荷重をガスの圧力に
より支えるようになる。またこの高圧力のガスは
そのまま導圧孔１３，１３ａ，１３ｂを通り、軸
受面１６，１７に形成した開口から軸６の両端面
へ導入されるとともに、前記軸受面１６，１７に
形成したスパイラル溝１８，１９の動圧効果との
相乗効果によつて軸６のスラスト方向の荷重を支
えるようになり、上記作動により軸６はその回転
中軸受たる前記ケーシング１に対して非接触の状
態に維持される。すなわち、軸６周面のスパイラ
ル溝２０による動圧と比較して、内径側である軸
受面１６，１７のスパイラル溝１８，１９による
動圧は、小さいが、前記軸６周面のスパイラル溝
２０の動圧効果により発生する高圧のガス圧を、
導圧孔１３，１３ａ，１３ｂを通じて軸受面１
６，１７へ導くことによつてスラスト荷重に対す
る良好な軸受力を得ている。前記導圧孔１３ａ，
１３ｂに設けられたニードル弁１４，１５は、軸
受面１６，１７へ導かれるガス圧を調節すること
により、両軸受面１６，１７におけるスラスト軸
受力のバランスを調整し、スラスト軸受のクリア
ランス（軸受面１６，１７と軸６端面の隙間）を
適切に調整するものである。

上記構成の断熱膨張装置は、その軸受構造につ
いて、従来装置に用いられて来た油潤滑方式を使
用せずに、前記スパイラル溝１８，１９，２０の
動圧効果を利用した非接触な気体潤滑手段を用い
たため、とくに低温時を含めて常時、軸６の回転
に対する粘性抵抗を低く抑えて軸６の回転を高速
化させ、ガスの液化効率を向上させることができ
るばかりでなく、油の固体化によるタービン停止
といつた不具合を生じることもない。あわせて油
潤滑方式を使用せずに該方式用の軸受構造を一切
省略したため、膨張タービン７と発電機１０ａを
備えた軸６の周面にほとんど凹凸を形成する必要
がなくなり、該凹凸を形成した場合に生じる切欠
き効果による破壊等がなくなつて軸６の剛性を上
げることができ、この面からも軸６の回転を高速
化させてガスの液化効率を向上させることができ
るほか、油に対するシール等の装置が不要とな
り、装置全体をコンパクトに作成することができ
る。また軸６はその回転中、ケーシング１と非接
触の状態に保持されるため、両者とも摩耗を極端
に低減させることができ、長寿命となる。なお、
上記軸受面１６，１７に形成したスパイラル溝１
８，１９に代え、第３図に示すようなレイレース
テツプ２１，２２を形成しても同一の作用効果を
奏し得るものである。

本考案のガス液化用断熱膨張装置は以上説明し
たように、ラジアル軸受部に発生する動圧による
高圧のガス圧でラジアル荷重に対する軸受力を得
るとともに、このラジアル軸受部の高圧のガス圧
を導圧孔を通じてスラスト軸受部へ導入すること
によつて、スラスト荷重に対するスラスト軸受部
の動圧による軸受力を補左した構成としたため、
軸が、非接触で支持されて回転に対する抵抗をき
わめて小さく抑えることができ、しかも、導圧孔
に設けたニードル弁の調節によつて、スラスト方
向の荷重に対する軸受力のバランスを適切に設定
することができ、従来装置における前述の問題点
を一挙に解消するものである。また本考案装置に
よれば、従来装置においてその形状にもとづく切
欠き靭性のために困難とされていたタービンのセ
ラミツクス化が可能となり、本考案の実用的効果
はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る断熱膨張装置
の断面図、第２図Ａ，Ｂは軸受面の端面図、第３
図Ａ，Ｂは異なる実施例に係る軸受面の端面図、
第３図Ｃは同図ＢにおけるＣ−Ｃ線断面図であ
る。 １……ケーシング、２……ラジアル軸受、３，
４……スラスト軸受、５……室、６……軸、７…
…膨張タービン、８……吸気孔、９……排気孔、
１０ａ，１０ｂ……発電機、１１……通気孔、１
３，１３ａ，１３ｂ……導圧孔、１２……溝、１
４，１５……ニードル弁、１６，１７……軸受
面、１８，１９，２０……スパイラル溝、２１，
２２……レイレーステツプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 膨張タービンを備えた軸の軸周のラジアル軸受
   部および軸両端のスラスト軸受部に、スパイラル
   動圧軸受またはレイレーステツプ動圧軸受を設
   け、これらの軸受部を、中途にニードル弁を備え
   た導圧孔を通じてた互いに連通してなることを特
   徴とするガス液化用断熱膨張装置。