JPH0349028B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0349028B2 JPH0349028B2 JP17493384A JP17493384A JPH0349028B2 JP H0349028 B2 JPH0349028 B2 JP H0349028B2 JP 17493384 A JP17493384 A JP 17493384A JP 17493384 A JP17493384 A JP 17493384A JP H0349028 B2 JPH0349028 B2 JP H0349028B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thrust
- bearing
- turbine
- thrust bearing
- gas
- 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
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Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は膨張タービンに係り、特に小形のヘリ
ウム冷凍機に使用される膨張タービンに関するも
のである。
ウム冷凍機に使用される膨張タービンに関するも
のである。
膨張タービンのスラスト軸受構造については、
作動流体の一部を使用し、スラストカラーを静圧
ガスによつて浮上させる構造が一般的である。近
年ジヨセフソン素子の冷却等における超電導マグ
ネツトの浸漬冷却等、小形ヘリウム液化冷凍機へ
のニーズが高まるにつれてメンテナンスフリーで
長時間連続運転が可能な超小形の膨張タービンへ
の要求が高まつてきた。小形の膨張タービンに前
記の静圧形スラスト軸受を適用しようとすればタ
ービン効率の低下が起り適用が困難である。
作動流体の一部を使用し、スラストカラーを静圧
ガスによつて浮上させる構造が一般的である。近
年ジヨセフソン素子の冷却等における超電導マグ
ネツトの浸漬冷却等、小形ヘリウム液化冷凍機へ
のニーズが高まるにつれてメンテナンスフリーで
長時間連続運転が可能な超小形の膨張タービンへ
の要求が高まつてきた。小形の膨張タービンに前
記の静圧形スラスト軸受を適用しようとすればタ
ービン効率の低下が起り適用が困難である。
第５図により従来例の静圧形スラスト軸受を採
用している膨張タービンについて説明する。１，
２はハウジング、２は保冷槽３に固定するフラン
ジを有している。膨張タービンのシヤフト４はジ
ヤーナルに関しては高速回転を維持するための上
部ジヤーナル軸受５と下部ジヤーナル軸受６によ
り支持される。またスラスト方向に対しては上ス
ラスト軸受７と下スラスト軸受８で支持され両ス
ラスト軸受間にはスペーサ９により適当なクリア
ランスを保つている。またスラスト軸受７，８に
は上下スラスト軸受に静圧ガスを提供するガスラ
イン１０が設けられ所定のガス圧を加えることに
よりシヤフト４に設けられたスラストカラー１１
を浮上させる静圧軸受を構成する。ブレーキフア
ン１２はシヤフト４の高温端にあつて回転数を制
御し、タービンの発生動力を吸収するためのもの
である。一方シヤフト４の低温端にはタービン翼
１３がありノズル１４からの噴出ガスにより回転
動力を発生する。高圧ガス（あるいは中圧ガス）
は高圧ガスライン１５よりノズル１４を経て等エ
ントロピー膨張を行つて温度降下して低圧ガスラ
イン１６に導かれる。またブレーキライン１７に
入つた作動ガスはライン１８を経て循環するよう
になつている。ここで膨張タービンの作用につい
て説明すると高圧ガスライン１５より供給された
作動ガスがノズル１４からタービン翼１３に吹き
つけられるとタービン翼１３と一体のシヤフト４
が高速で回転する。その際にタービン翼１３を通
過する作動ガスは断熱膨張して圧力および温度を
低下し、寒冷を発生して低圧ガスライン１６より
次の機器に送られる。一方、シヤフト４の他端に
あるブレーキフアン１１はシヤフト４の回転数を
制御させつつ、ここで圧縮仕事を行い、タービン
翼１３での作動ガスの膨張にともなうエネルギー
を吸収する。圧縮にともなつて発生した熱は、ラ
インから出て系外で冷却（一般的には水冷）され
る。シヤフト４の高速回転を確保するためのジヤ
ーナルおよびスラスト軸受としては作動ガスの汚
染を防止する目的で作動ガスと同じガスを用いた
気体軸受が一般的に使用される。ジヤーナル軸受
にはテイルテイングパツト式軸受が採用され、ス
ラスト軸受には静圧形軸受が採用されている。タ
ービン翼１３に高圧ガスがノズル１４から供給さ
れシヤフト４が回転を始めると回転起動直後には
上向きのスラスト力がシヤフト４に作用し、定常
回転中ではタービン翼１３内で高圧ガスが膨張し
低圧ガスになるために下向き方向のスラスト力が
常時作用している。従来技術のような静圧形スラ
スト軸受ではこれらのスラスト負荷に耐えるよう
に軸受供給圧が調整可能であつたが、動圧ガスで
ジヤーナル軸受を構成する場合にはスラストカラ
ーを大きくせざるを得ない欠点があり、特にター
ビンの効率を考えた場合大きいスラストカラーで
は発熱の問題も起こりひいてはスラスト軸受の熱
変形を引き起こし、スラストカラーとスラスト軸
受が接触する欠点があつた。
用している膨張タービンについて説明する。１，
２はハウジング、２は保冷槽３に固定するフラン
ジを有している。膨張タービンのシヤフト４はジ
ヤーナルに関しては高速回転を維持するための上
部ジヤーナル軸受５と下部ジヤーナル軸受６によ
り支持される。またスラスト方向に対しては上ス
ラスト軸受７と下スラスト軸受８で支持され両ス
ラスト軸受間にはスペーサ９により適当なクリア
ランスを保つている。またスラスト軸受７，８に
は上下スラスト軸受に静圧ガスを提供するガスラ
イン１０が設けられ所定のガス圧を加えることに
よりシヤフト４に設けられたスラストカラー１１
を浮上させる静圧軸受を構成する。ブレーキフア
ン１２はシヤフト４の高温端にあつて回転数を制
御し、タービンの発生動力を吸収するためのもの
である。一方シヤフト４の低温端にはタービン翼
１３がありノズル１４からの噴出ガスにより回転
動力を発生する。高圧ガス（あるいは中圧ガス）
は高圧ガスライン１５よりノズル１４を経て等エ
ントロピー膨張を行つて温度降下して低圧ガスラ
イン１６に導かれる。またブレーキライン１７に
入つた作動ガスはライン１８を経て循環するよう
になつている。ここで膨張タービンの作用につい
て説明すると高圧ガスライン１５より供給された
作動ガスがノズル１４からタービン翼１３に吹き
つけられるとタービン翼１３と一体のシヤフト４
が高速で回転する。その際にタービン翼１３を通
過する作動ガスは断熱膨張して圧力および温度を
低下し、寒冷を発生して低圧ガスライン１６より
次の機器に送られる。一方、シヤフト４の他端に
あるブレーキフアン１１はシヤフト４の回転数を
制御させつつ、ここで圧縮仕事を行い、タービン
翼１３での作動ガスの膨張にともなうエネルギー
を吸収する。圧縮にともなつて発生した熱は、ラ
インから出て系外で冷却（一般的には水冷）され
る。シヤフト４の高速回転を確保するためのジヤ
ーナルおよびスラスト軸受としては作動ガスの汚
染を防止する目的で作動ガスと同じガスを用いた
気体軸受が一般的に使用される。ジヤーナル軸受
にはテイルテイングパツト式軸受が採用され、ス
ラスト軸受には静圧形軸受が採用されている。タ
ービン翼１３に高圧ガスがノズル１４から供給さ
れシヤフト４が回転を始めると回転起動直後には
上向きのスラスト力がシヤフト４に作用し、定常
回転中ではタービン翼１３内で高圧ガスが膨張し
低圧ガスになるために下向き方向のスラスト力が
常時作用している。従来技術のような静圧形スラ
スト軸受ではこれらのスラスト負荷に耐えるよう
に軸受供給圧が調整可能であつたが、動圧ガスで
ジヤーナル軸受を構成する場合にはスラストカラ
ーを大きくせざるを得ない欠点があり、特にター
ビンの効率を考えた場合大きいスラストカラーで
は発熱の問題も起こりひいてはスラスト軸受の熱
変形を引き起こし、スラストカラーとスラスト軸
受が接触する欠点があつた。
起動時や回転中のスラスト力軽減の例として、
実公昭55−29396号公報、実公昭54−36801号公報
等が提案されているが、小形の動圧軸受を採用し
た膨張タービンには適用が困難であるという問題
がある。
実公昭55−29396号公報、実公昭54−36801号公報
等が提案されているが、小形の動圧軸受を採用し
た膨張タービンには適用が困難であるという問題
がある。
本発明の目的は、スラスト負荷容量の大きい動
圧型スラスト軸受を構成することで、効率の大き
い膨張タービンを提供することにある。
圧型スラスト軸受を構成することで、効率の大き
い膨張タービンを提供することにある。
本発明は、ブレーキフアンの背面に対応してタ
ービン翼方向へのスラスト力の支持力を増加可能
に第２の動圧形スラスト軸受を形成することで、
スラスト負荷容量の大きな動圧スラスト軸受を構
成し、効率を大きくできるようにしたものであ
る。
ービン翼方向へのスラスト力の支持力を増加可能
に第２の動圧形スラスト軸受を形成することで、
スラスト負荷容量の大きな動圧スラスト軸受を構
成し、効率を大きくできるようにしたものであ
る。
以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図によ
り説明する。なお、第１図において第６図と同一
部分は同一符号で示し説明を省略する。
り説明する。なお、第１図において第６図と同一
部分は同一符号で示し説明を省略する。
例えば、ヘリウム冷凍機に第１図に示す膨張タ
ービンが用いられた場合の動作について以下説明
する。圧縮機（図示省略）より所定の供給圧力に
加圧された高圧ヘリウムは熱交換器（図示省略）
の高圧側流路を流れ、高圧ガスライン１５よりノ
ズル１４を経て等エントロピー膨張を行つて温度
降下して低圧ガスライン１６に導かれる。一方、
シヤフト４の他端にあるブレーキフアン１１はシ
ヤフト４の回転数を制御させつつ、ここで圧縮仕
事を行い、タービン翼１３での作動ガスの膨張に
ともなうエネルギーを吸収する。圧縮にともなつ
て発生した熱は、ラインから出て系外で冷却され
る。シヤフト４の高速回転を確保するためのジヤ
ーナルおよびスラスト軸受としては気体軸受が使
用されている。本実施例ではジヤーナル軸受には
テイルテイングパツド式軸受５，６が用いられ、
スラスト軸受としては第２図、第３図に示したよ
うなレーリーステツプ型動圧気体軸受が用いられ
ランド部２０とステツプ部２２がガス抜け溝２１
を介して交互に形成されておりスラスト負荷に応
じて適正な段差がランド部２０とステツプ部２１
に設けられている。一方、定常回転中ではタービ
ン翼１３内で高圧ガスが膨張して低圧になるため
に下向のスラスト力が作用している。このスラス
ト力に対応するために下スラスト軸受８が設けら
れている。また、上向きの力に対応して上スラス
ト軸受７が設けられている。次に、シヤフト４に
設けられた回転円板、例えば、ブレーキフアン１
２の円板面に対応し、かつスラスト負荷方向、即
ち、ブレーキフアン１２の下方には、他のスラス
ト軸受７′が設けられている。他のスラスト軸受
７′はスラスト軸受７，８と同じくレーリーステ
ツプ型動圧気体軸受である。この場合、スラスト
軸受７′とブレーキフアン１２との間に適当な間
隔を設けることによりスラスト負荷容量を増加さ
せることができる。またフアン１２の下方に軸受
があるためガス冷却されるので熱変形を考える必
要もない。したがつて詳細に説明したように本実
施例によればスラスト負荷能力の大きい動圧型ス
ラスト軸受を提供できる効果がある。
ービンが用いられた場合の動作について以下説明
する。圧縮機（図示省略）より所定の供給圧力に
加圧された高圧ヘリウムは熱交換器（図示省略）
の高圧側流路を流れ、高圧ガスライン１５よりノ
ズル１４を経て等エントロピー膨張を行つて温度
降下して低圧ガスライン１６に導かれる。一方、
シヤフト４の他端にあるブレーキフアン１１はシ
ヤフト４の回転数を制御させつつ、ここで圧縮仕
事を行い、タービン翼１３での作動ガスの膨張に
ともなうエネルギーを吸収する。圧縮にともなつ
て発生した熱は、ラインから出て系外で冷却され
る。シヤフト４の高速回転を確保するためのジヤ
ーナルおよびスラスト軸受としては気体軸受が使
用されている。本実施例ではジヤーナル軸受には
テイルテイングパツド式軸受５，６が用いられ、
スラスト軸受としては第２図、第３図に示したよ
うなレーリーステツプ型動圧気体軸受が用いられ
ランド部２０とステツプ部２２がガス抜け溝２１
を介して交互に形成されておりスラスト負荷に応
じて適正な段差がランド部２０とステツプ部２１
に設けられている。一方、定常回転中ではタービ
ン翼１３内で高圧ガスが膨張して低圧になるため
に下向のスラスト力が作用している。このスラス
ト力に対応するために下スラスト軸受８が設けら
れている。また、上向きの力に対応して上スラス
ト軸受７が設けられている。次に、シヤフト４に
設けられた回転円板、例えば、ブレーキフアン１
２の円板面に対応し、かつスラスト負荷方向、即
ち、ブレーキフアン１２の下方には、他のスラス
ト軸受７′が設けられている。他のスラスト軸受
７′はスラスト軸受７，８と同じくレーリーステ
ツプ型動圧気体軸受である。この場合、スラスト
軸受７′とブレーキフアン１２との間に適当な間
隔を設けることによりスラスト負荷容量を増加さ
せることができる。またフアン１２の下方に軸受
があるためガス冷却されるので熱変形を考える必
要もない。したがつて詳細に説明したように本実
施例によればスラスト負荷能力の大きい動圧型ス
ラスト軸受を提供できる効果がある。
次に、本発明の第２の実施例を第４図により説
明する。第４図において第１図と同一部分は同一
符号で示し説明を省略する。
明する。第４図において第１図と同一部分は同一
符号で示し説明を省略する。
スラスト軸受７，８の発熱がタービンの効率に
あまり問題でない場合には第４図に示すように回
転体のバランスがよいようにスラストカラー１１
をシヤフト４の中心付近に設けている。またブレ
ーキフアン１２のロータ側には他のスラスト軸受
７′を設けてスラスト負荷能力を大きく取れる構
造となつている。
あまり問題でない場合には第４図に示すように回
転体のバランスがよいようにスラストカラー１１
をシヤフト４の中心付近に設けている。またブレ
ーキフアン１２のロータ側には他のスラスト軸受
７′を設けてスラスト負荷能力を大きく取れる構
造となつている。
本発明によればスラスト負荷能力の大きい動圧
型スラスト軸受を構成できるので効率の大きい膨
張タービンを提供できる効果がある。
型スラスト軸受を構成できるので効率の大きい膨
張タービンを提供できる効果がある。
第１図は、本発明による膨張タービンの一実施
例を示す縦断面図、第２図は、第１図のスラスト
軸受、他のスラスト軸受の平面図、第３図は、第
２図のＡ−Ａ視断面図、第４図は、本発明による
膨張タービンの第２の実施例を示す縦断面図、第
５図は、従来の膨張タービン例を示す縦断面図で
ある。 ４……シヤフト、７，８……スラスト軸受、
７′……他のスラスト軸受、１１……スラストカ
ラー、１２……ブレーキフアン、１３……タービ
ン翼。
例を示す縦断面図、第２図は、第１図のスラスト
軸受、他のスラスト軸受の平面図、第３図は、第
２図のＡ−Ａ視断面図、第４図は、本発明による
膨張タービンの第２の実施例を示す縦断面図、第
５図は、従来の膨張タービン例を示す縦断面図で
ある。 ４……シヤフト、７，８……スラスト軸受、
７′……他のスラスト軸受、１１……スラストカ
ラー、１２……ブレーキフアン、１３……タービ
ン翼。
Claims (1)
- １ 一端にタービン翼を有し他端にブレーキフア
ンを有するシヤフトを、ジヤーナル軸受と両面に
支持方向を有する動圧形スラスト軸受とにより支
持してなる膨張タービンにおいて、前記ブレーキ
フアンの背面に対応して前記タービン翼方向への
スラスト力の支持力を増加可能に第２の動圧形ス
ラスト軸受を形成したことを特徴とする膨張ター
ビン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17493384A JPS6155559A (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | 膨張タ−ビン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17493384A JPS6155559A (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | 膨張タ−ビン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6155559A JPS6155559A (ja) | 1986-03-20 |
| JPH0349028B2 true JPH0349028B2 (ja) | 1991-07-26 |
Family
ID=15987257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17493384A Granted JPS6155559A (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | 膨張タ−ビン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6155559A (ja) |
-
1984
- 1984-08-24 JP JP17493384A patent/JPS6155559A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6155559A (ja) | 1986-03-20 |
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