JPH0316481B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0316481B2
JPH0316481B2 JP62131220A JP13122087A JPH0316481B2 JP H0316481 B2 JPH0316481 B2 JP H0316481B2 JP 62131220 A JP62131220 A JP 62131220A JP 13122087 A JP13122087 A JP 13122087A JP H0316481 B2 JPH0316481 B2 JP H0316481B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impeller
thrust
pressure
bearing
expansion turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP62131220A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62294701A (en
Inventor
Kazuo Okamoto
Teruo Oota
Kazuo Ihara
Yasuo Nakatani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP62131220A priority Critical patent/JPS62294701A/en
Publication of JPS62294701A publication Critical patent/JPS62294701A/en
Publication of JPH0316481B2 publication Critical patent/JPH0316481B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051Axial thrust balancing
    • F04D29/0513Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine

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、特に運転中ス
ラスト変動を生じやすい高圧膨張タービンのスラ
スト制御装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an expansion turbine, and particularly to a thrust control device for a high-pressure expansion turbine that tends to undergo thrust fluctuations during operation.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

空気分離装置等の寒冷発生用として使用される
膨張タービンは、プラントの常温状態から極低温
状態まで広い運転条件において使用される。従つ
て、各運転条件において膨張タービンの出入口の
圧力、温度が変化するため、膨張タービンの回転
体(インペラー、回転軸等)に作用するスラスト
負荷も変化する。したがつて、このスラスト負荷
を十分支えることのできるスラスト軸受が膨張タ
ービンに組込まれる必要がある。
Expansion turbines used for generating refrigeration in air separation devices and the like are used under a wide range of operating conditions from normal temperature conditions to extremely low temperature conditions in plants. Therefore, since the pressure and temperature at the entrance and exit of the expansion turbine change under each operating condition, the thrust load acting on the rotating bodies (impeller, rotating shaft, etc.) of the expansion turbine also changes. Therefore, it is necessary to incorporate a thrust bearing into the expansion turbine that can sufficiently support this thrust load.

一般に、フルシユラウド付インペラーをもつ膨
張タービンでは、回転体に作用する軸スラストは
第1図に示すようにインペラーの前面と背面の圧
力及びこの圧力が作用する受圧面積の割合により
計算される。(機械工学便覧改訂5版9−44) F=P1×A1×P2×A2−P3×A3−P4×A4 …(1) ここに F=回転軸に作用するスラスト P1=インペラー入口圧力 P2=インペラー出口圧力 P3、P4=インペラ背面圧力 A1〜A4=圧力P1〜P4の作用する受圧面積 受圧面積A1〜A4はインペラー形状によつて決
まるものであるが、P1、P4の圧力は膨張タービ
ンの運転条件によつて変動するものである。従つ
て高圧力のプロセスガスを処理する膨張タービン
では、低圧から高圧まで運転条件があるため運転
条件により軸スラストが大きく変化する。
Generally, in an expansion turbine having a full-shrouded impeller, the axial thrust acting on the rotating body is calculated from the pressure on the front and back surfaces of the impeller and the ratio of the pressure-receiving area on which this pressure acts, as shown in FIG. (Mechanical Engineering Handbook Revised 5th Edition 9-44) F=P 1 ×A 1 ×P 2 ×A 2 −P 3 ×A 3 −P 4 ×A 4 …(1) Here, F = Thrust acting on the rotating shaft P 1 = Impeller inlet pressure P 2 = Impeller outlet pressure P 3 , P 4 = Impeller back pressure A 1 to A 4 = Pressure receiving area where pressures P 1 to P 4 act Pressure receiving area A 1 to A 4 depends on the impeller shape. However, the pressures of P 1 and P 4 vary depending on the operating conditions of the expansion turbine. Therefore, in an expansion turbine that processes high-pressure process gas, there are operating conditions ranging from low pressure to high pressure, so the shaft thrust changes greatly depending on the operating conditions.

膨張タービンで発生する軸スラストの大きさ
は、前述の(1)式で示されるようにインペラー背面
圧力と前面圧力の差によつて決まる。この圧力差
は運転条件により変動し、特に、高圧力にプロセ
スガスを処理する膨張タービンではこの変動値が
大きく、スラスト軸受の負荷容量を大きくする必
要があつた。なお、この種の装置として関連する
ものには、例えば特公昭46−3209号、実開昭59−
127601号、実開昭55−102005号等が挙げられる。
The magnitude of the axial thrust generated in an expansion turbine is determined by the difference between the impeller back pressure and front pressure, as shown by equation (1) above. This pressure difference fluctuates depending on operating conditions, and this fluctuation value is particularly large in expansion turbines that process process gas at high pressure, making it necessary to increase the load capacity of the thrust bearing. In addition, related devices of this type include, for example, Japanese Patent Publication No. 46-3209 and Utility Model Publication No. 59-1989.
Examples include No. 127601 and Utility Model Publication No. 55-102005.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来技術は、高負荷容量のスラスト軸受を
必要とするので、軸受損失の増大、軸受潤滑油量
の増大、また動力回収型膨張タービンでは回収電
力量の減少を生ずるなどの欠点があつた。
The above-mentioned conventional technology requires a thrust bearing with a high load capacity, and therefore has disadvantages such as increased bearing loss, increased amount of bearing lubricating oil, and, in the power recovery type expansion turbine, a decrease in the amount of recovered power.

本発明の目的は、膨張タービンにおいて、どの
ような運転条件においても回転軸に作用するスラ
ストを一定範囲内に保持するスラスト制御装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a thrust control device for an expansion turbine that maintains the thrust acting on the rotating shaft within a certain range under any operating conditions.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、スラスト軸受の温度を検出してイ
ンペラー背面の圧力を制御することにより、達成
される。
The above object is achieved by sensing the temperature of the thrust bearing and controlling the pressure on the back side of the impeller.

〔作用〕[Effect]

インペラー背面の圧力を制御することにより、
インペラーで発生する軸スラストを一定範囲内に
保持することができ、スラスト軸受の負荷容量を
小さくすることができる。
By controlling the pressure behind the impeller,
The shaft thrust generated by the impeller can be maintained within a certain range, and the load capacity of the thrust bearing can be reduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第2図により説明す
る。図において、スクロール1のプロセスガス
は、ノズル2を通り断熱膨張して噴流ガスとな
り、インペラー3へ入りインペラー3を回転させ
た後デイフユーザー4へ流れる。インペラー3の
前面出口部にはラビリンス5を設け、プロセスガ
スのシヨートパスを防止している。また、インペ
ラー3の背面外周部にラビリンス6、内周部にラ
ビリンス7を設け、このラビリンス6,7に囲ま
れる部分は背面圧力室8となつている。背面圧力
室8とスクロール1部およびインペラー3出口部
とはそれぞれ途中にコントロール弁10,11を
設けたライン14,15で連絡されている。ま
た、スラスト軸受16には、負荷側と反負荷側に
それぞれスラスト軸受メタルの温度を測定する温
度計12,13を設け、この温度計12,13か
らの信号によりコントロール弁10,11を作動
させるもので、作動の条件は、温度計12の温度
上限でコントロール弁11が開き、また、温度計
13の作動によりコントロール弁10を開くよう
になつている。しかして、温度計12からの信号
によりコントロール弁11が開くと、背面圧力室
8内のガスがライン15よりインペラー3出口部
へ送出され、温度計13からの信号によりコント
ロール弁10が開くと、スクロール1部からのガ
スがライン14より背面圧力室8内に流入される
ため、インペラー3部で発生する軸スラストを一
定範囲内に保持することができる。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the figure, the process gas in the scroll 1 passes through a nozzle 2, expands adiabatically, becomes a jet gas, enters an impeller 3, rotates the impeller 3, and then flows to a differential user 4. A labyrinth 5 is provided at the front outlet of the impeller 3 to prevent a shot path of the process gas. Further, a labyrinth 6 is provided on the outer periphery of the back surface of the impeller 3, and a labyrinth 7 is provided on the inner periphery portion, and a portion surrounded by the labyrinths 6 and 7 forms a back pressure chamber 8. The back pressure chamber 8, the scroll 1 section, and the impeller 3 outlet section are connected through lines 14 and 15 having control valves 10 and 11 disposed therebetween, respectively. Further, the thrust bearing 16 is provided with thermometers 12 and 13 on the load side and the anti-load side, respectively, to measure the temperature of the thrust bearing metal, and the control valves 10 and 11 are actuated by signals from the thermometers 12 and 13. The operating conditions are such that the control valve 11 opens when the temperature of the thermometer 12 reaches the upper limit, and the control valve 10 opens when the thermometer 13 operates. When the control valve 11 is opened by a signal from the thermometer 12, the gas in the back pressure chamber 8 is sent to the outlet of the impeller 3 through the line 15, and when the control valve 10 is opened by a signal from the thermometer 13, Since the gas from the scroll 1 section flows into the back pressure chamber 8 through the line 14, the axial thrust generated at the impeller 3 section can be maintained within a certain range.

スラスト軸受の使用限界は、一般に軸受メタル
の温度によつて判定することができ、高負荷のス
ラストがスラスト軸受に作用すると、軸受部での
損失が増大し軸受メタルの温度が上昇する。この
軸受温度の限界は、軸受メタルの材質、循滑油の
種類等により決定されるそれぞれの軸受に固有の
値となる。したがつて、軸受メタルの使用温度限
界を事前に把握し、この使用温度限界を越えない
ように温度計12,13の上限値を設定しておく
ことにより、任意のスラスト軸受を膨張タービン
に組込むことができ、かつ、スラスト負荷を一定
範囲内に制御することができる。
The usage limit of a thrust bearing can generally be determined by the temperature of the bearing metal, and when a high load thrust acts on the thrust bearing, loss in the bearing increases and the temperature of the bearing metal rises. This bearing temperature limit is a value specific to each bearing, determined by the material of the bearing metal, the type of circulating lubricant, etc. Therefore, by understanding the operating temperature limit of the bearing metal in advance and setting the upper limit of the thermometers 12 and 13 so as not to exceed this operating temperature limit, any thrust bearing can be incorporated into the expansion turbine. In addition, the thrust load can be controlled within a certain range.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、スラスト軸受の負荷容量が任
意に設定できるため、膨張タービンに適したスラ
スト軸受を設計することができ、スラスト軸受の
コンパクト化、軸受損失の減少および軸受潤滑量
の減少に効果がある。さらに、動力回収型膨張タ
ービンでは回収電力量の増大が図れるという効果
がある。
According to the present invention, since the load capacity of the thrust bearing can be set arbitrarily, a thrust bearing suitable for an expansion turbine can be designed, which is effective in making the thrust bearing more compact, reducing bearing loss, and reducing the amount of bearing lubrication. There is. Furthermore, the power recovery type expansion turbine has the effect of increasing the amount of recovered electric power.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はインペラー断面とインペラーに作用す
る圧力の種類を示す説明図、第2図は本発明の一
実施例を示す断面図である。 1……スクロール、2……ノズル、3……イン
ペラー、4……デイフユーザー、5〜7……ラビ
リンス、8……背面圧力室、10,11……コン
トロール弁、12,13……温度計、14,15
……ライン、16……スラスト軸受。
FIG. 1 is an explanatory view showing a cross section of an impeller and the types of pressures acting on the impeller, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. 1...Scroll, 2...Nozzle, 3...Impeller, 4...Diff user, 5-7...Labyrinth, 8...Back pressure chamber, 10, 11...Control valve, 12, 13...Temperature Total, 14,15
...Line, 16...Thrust bearing.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 スラスト軸受によつて支持された回転軸と、
該回転軸の軸端に設けたインペラーと、該インペ
ラーにスクロール部よりプロセスガスを供給する
ノズルを備えた膨張タービンにおいて、前記イン
ペラーの背面に背面圧力室を設け、該背面圧力室
と前記スクロール部およびインペラー出口部とを
それぞれコントロール弁を介して連絡したライン
を設け、前記スラスト軸受の温度を検出して前記
コントロール弁を作動する温度計を設けたことを
特徴とする膨張タービンのスラスト制御装置。
1 A rotating shaft supported by a thrust bearing,
In an expansion turbine equipped with an impeller provided at the end of the rotating shaft and a nozzle for supplying process gas to the impeller from a scroll section, a back pressure chamber is provided on the back surface of the impeller, and the back pressure chamber and the scroll section are connected to each other. and an impeller outlet via control valves, and a thermometer for detecting the temperature of the thrust bearing and operating the control valve.
JP62131220A 1987-05-29 1987-05-29 Thrust control device for expansion turbine Granted JPS62294701A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62131220A JPS62294701A (en) 1987-05-29 1987-05-29 Thrust control device for expansion turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62131220A JPS62294701A (en) 1987-05-29 1987-05-29 Thrust control device for expansion turbine

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17290483A Division JPS6065201A (en) 1983-09-21 1983-09-21 Thrust controller of expansion turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62294701A JPS62294701A (en) 1987-12-22
JPH0316481B2 true JPH0316481B2 (en) 1991-03-05

Family

ID=15052841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62131220A Granted JPS62294701A (en) 1987-05-29 1987-05-29 Thrust control device for expansion turbine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS62294701A (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2801470B2 (en) * 1992-07-08 1998-09-21 株式会社神戸製鋼所 Expansion turbine
DE10138056A1 (en) * 2001-08-03 2003-02-13 Atlas Copco Energas turbomachinery
KR100414110B1 (en) * 2001-09-25 2004-01-07 엘지전자 주식회사 Structure for cooling bearing in turbo compressor
DE10358625A1 (en) * 2003-12-11 2005-07-07 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Arrangement for bearing relief in a gas turbine
KR102626566B1 (en) 2017-01-11 2024-01-18 엘지전자 주식회사 Turbo compressor

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62294701A (en) 1987-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0231952B1 (en) Method and apparatus for controlling temperatures of turbine casing and turbine rotor
EP0550801B1 (en) Turbo compressor and method of controlling the same
US4578018A (en) Rotor thrust balancing
US5203673A (en) Tip clearance control apparatus for a turbo-machine blade
US4087097A (en) Sealing device for the emergent shaft end of a rotating machine
JP4107829B2 (en) Turbomachine
US5141389A (en) Control system for regulating the axial loading of a rotor of a fluid machine
US6957945B2 (en) System to control axial thrust loads for steam turbines
US4606652A (en) Shaft seal for turbomachinery
US6067791A (en) Turbine engine with a thermal valve
JPH0316481B2 (en)
US4099727A (en) Seal system for a gas turbine engine or the like
US5310265A (en) Axially fed hydrostatic bearing/seal
GB1443431A (en) Seal between relatively moving components of a fluid flow machine
JPH0120281B2 (en)
JPH07259855A (en) Gas bearing turbine with thrust balance chamber
US3560064A (en) Servo controlled fluid bearing
EP2246528B1 (en) Load distribution system for gas turbine engine
US4373858A (en) Flow regulating shaft seal for an air motor
JPH0336122B2 (en)
JPH0739805B2 (en) Turbine seal clearance adjustment device
Sixsmith et al. A miniature wet turboexpander
SU1059227A1 (en) Method of controlling axial force of turbo-machine
Szwarcman et al. Design of aerostatic journal bearings with partially porous walls
JPH0615809B2 (en) Turbine thrust adjustment device