JPH04187946A - 可変容量式タービン膨張機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、膨張ガスとして、例えば低温のヘリウムガス
を用いる可変容量式タービン膨張機に関するしのである
。

（従来の技術） 従来、この種のものとして第７図、第８図に示す回転駆
動部を備えた可変容量式タービン膨張機が公知である。

この回転駆動部は、タービンインペラｌと、これと同心
で、タービンインペラｌの入口側外方に固定した軸直角
断面環状の第１側壁２と、同しくタービンインペラ１と
同心で、タービンインペラｌの入口側外方に軸方向にの
み移動可能に設けた軸直角断面環状の第２側壁３ａと、
第１側壁２．第２側壁３ａの外方を包囲するノズルカバ
ー４とを設けて形成しである。また、第１側壁２の端面
には周方向に適宜間隔て複数Ｑ’）　、／ズル翼５を配
設するとと乙に、第２側壁３ａにはこのノズル翼５が貫
通して摺動できる長孔６をノズル翼５と同数には穿没す
る一方、ノズルカバー４にはノズル翼５の端面に対向す
る環状端面７か設けである。この第２側壁３ａに：ま図
示しζい駆動機構が連結してあり、これにより第１側壁
２に対して第２側壁３ａを、第７図、第８図におし）で
上下方向に移動させて、両壁間の入口流路８の断面積を
調節することによりターヒン容量を調節できるようにな
っている。

そして、図示しないターヒン入口、第１側壁２とノズル
カバー４との間の空間部、入口流路８を経由してターヒ
ンインベラ１に流入しｆこ高圧ガスが膨張して、ターヒ
ンインペラＩを回転させ、この軸上の図示しないフロア
を回転させる一方、膨張後低圧状態になったカスか第７
図中下方に流出するようになってし）る。

（発明か解決しようとする課題） 上記従来の装置では、第２側壁３ａを可動にする几ぬ、
第２側壁３ａの外周部、長孔６の内周部にある程度の隙
間を確保する必要かあり、この隙間から第２側壁３ａの
環状端面７側、即ち第２側壁３ａの後方へのカス漏れか
生しる。一方、第２側壁３ａの後方はその内周側で入口
流路８出側３つカスの主流と連通しており、第２側壁３
ａ０：″）後方は人口流路８の出側と均圧される。この
几め、第２側壁３ａにはその第１側壁２側、即ち第２側
壁３ａの前方の平均圧力とその後方の出口圧力との差に
よって生しるカス推力か作用し、第２側壁３ａ用の上記
駆動機構に大きな負担かかかるという問題がある。

また、このガス漏れの量を少なくするｆ二めに長孔６部
分の隙間にノール手段を設けることも考えられるが、シ
ール手段を設けることによりこの隙間を著しく小さくす
ることは、高圧、低温雰囲気中の可動機構にとって材料
の寸法変化によるかしりなどが生じるという問題かめる
。

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、容量調節のための駆動機構の負担軽減、簡素化を可
能としｆ二可変容量式ターヒノ膨張機を提供しようとす
るものであるっ （課題を解決するにめ９手段） 上記課題を解決するｆ二めに、本発明ｊｉ、ターヒノイ
ノペラと同心で、その入口側外方に位置し、このターヒ
ンイノベラの軸方向にのみ互いに相対移動可能に設けに
軸直角断面環状Ｚつ第１側壁、第２側壁と、この第１側
壁、第２側壁の外方を包囲するノズルカバーとを備え、
上記第１側壁、第２側壁のいずれか一方の端面には周方
向に適宜間隔て複数のノズル翼を配設し、かつ上記第１
側壁。

第２側壁のうちのノズル翼を設けない方にはこのノズル
翼か貫通して摺動できる長孔を上記ノズル翼と同数１こ
け穿設する一方、上記ノズルカバーには上記ノズル翼の
端面に対向する環状端面を設けて、上記第１側壁と上記
第２側壁との間に流路断面積誠節可能−入ロ流路を形成
し１こ可変容量式タービン膨張機において、上記第２側
壁またはノズルカバーのいずれか一方の内周部分か上記
ターヒノインペラの軸方向に延びに軸方向断面り形とし
て、上記第２側壁と上記環状端面との間に中間圧力室を
形成した。

（作用） 上記のように形成することにより、第２側壁の両側の差
圧か小さくなり、容量調節のｆ二めの駆動機構にかかる
負担は小さくなる。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を図面にし几かって説明する。

第１図〜第３図は本発明の第１実施例に係る可変容量タ
ービン膨張機を示し、この回転駆動部については、第３
図、第４図に示す装置と、第２側壁３ａに代えてこれと
内周側の形状のみか異なる第２側壁３を設けた点を除き
、他は実質的に同一であり、互いに対応する部分には同
一番号を付して説明を省略する。

本装置は、第２図に拡大して示すように第２側壁３を内
周部分か環状端面７側に延び１こ軸方向断面り形として
、第２側壁３と環状端面７との間に中間圧力室９を形成
したものである。

なお、第１図中１１はターヒン人口、１２はターヒノ出
口を示している。

また、第２側壁３にはノズルカバー４の環状端面７を貫
通して上下に摺動可能に設け、ばね１３により常時上向
きに付勢した複数本のロット（但し、第２図では省略し
である）の下端部か結合しである。

一方、タービン軸Ｉ５の回りには、この細心を中心とし
、一定高さを保って回転可能に環状歯車Ｉ６が設けてあ
り、この環状歯車１６の下面にロット１４をくさび作用
が生し得るように、即ち横方向の運動を縦方向の運動に
変換し得るように押圧させである。具体的には、環状歯
車１６の下面とロッド１４の上端面との両接触面のうち
の少なくともいずれか一方を軸直角平面に対して傾斜さ
什て形成してあり、第３図は一例として上記両接触面を
傾斜させて、くさび作用を生じさせるようにしたものを
示している。環状歯車Ｉ６には、例えば入力パルスの周
波数に比例した速度で回転するパルスモータ１７により
軸、カップリンク等を介して駆動される駆動歯車１８か
噛合っており、これにより環状歯止１６を正逆転させて
、上記くさび作用によりロット１４を昇降５せることに
より第２側壁３を昇降させろ一方、ロット１４のうちの
一つの上端部にストライカ１９と、二のストライカ１９
の上方定位置に固定し几すミ、・トスイー・チ２０とに
よりロット１４、即ち第２側壁３の上限位置を検出し、
それ以上の上動、即ちパルスモータ１７の過回転を防止
するように形成しである。

このように、第２側壁３の駆動機構として上述の如く、
油圧、空圧によるサーボ方式でなく機械方式を採用する
ことにより、ｌ＼リウム雰囲気中でも、また軸受の発熱
部や深冷部ｔと温間変化の比較的大きな環境下でも使用
に耐え得るようにしである。

さらに、タービン軸１５はフランジ部２１を有しており
、この両側のスラスト軸受２２．２３によりアキシャル
の方向の定位置に、またこの下方のジャーナル軸受２４
．２５によりランアル方向の定位置に回転可能に支持し
てあり、タービンインペラ１の回転とともにブロア２６
を回転させて、フロア入口２７よりガスを吸込んでフロ
ア出口２８よりガスを吐出するようになっている。

次に、第２側壁３に作用するガス推力について説明する
。

第２図に示すように、ターヒン人口ＩＩより流入したガ
スは、入口流路８を通る主流（ＰＬＯＷｌ）、第２側壁
３の外周部から中間圧力室９への漏れ（ＦＬＯＷ２）、
長孔６の内周部の隙間を通って中間圧力室９への漏れ（
ＦＬＯＷ３）、中間圧力室９から長孔６の内周部の隙間
を通って入口流路８への漏れ（ＦＬＯＷ４）、中間圧力
室９から環状端面７と第２側壁３との間の隙間を通る漏
れ（ＦＬＯＷ５）に分かれてタービンインペラｌに至っ
ており、Ｆ’ＬＯＷ２とＦＬＯＷ３の流量の和はＦＬＯ
Ｗ４とＦＬＯＷ５の流量の和に等しい。

ここで、中間圧力室９の圧力をＰ、入口流路８の入口部
の圧力をＰＩ、その出口部の圧力をＰ２とする。

圧力Ｐは第２側壁３の内外周部の隙間、長孔６の内周部
の隙間の大きさ如何に依るか、ＰＩ＞Ｐ＞Ｐ２ なる関係か成立する。

第４図に示す円板状の第２側壁３ａを設けた構造の場合
、この第２側壁３ａには、 ｆ＃ＡｃＰ　Ｉ　−Ｐ　２） Ａ、軸直角方向断面積（以下同様） なるガス推力ｆか作用するのに対して、本実施例の場合
には軸方向断面り形の第２側壁３を設けて中間圧力室９
を形成しであるので、第２側壁３には、 Ｐ−Ａ（ＰＩ−Ｐ） なるガス推力Ｆが作用する。

上記各隙間を適宜調節することにより、Ｐ−（１／２）
（Ｐ　ｌ　＋Ｐ２） となり、 Ｆ″−（１／２）ｆ となる。

即ち、第４図に示す構造に対して、本実施例の場合には
、第２側壁３の内周部か堰として作用し、第２側壁３９
両側の差圧か小さくなり、その後方へのガス漏れ量は少
なくなって、第２側壁３に作用するカス推力は第４図に
示すものに比して約（＋　／２）となる。

次に、本実施例および第４図に示す構造のものを使って
行っに計算結果を表１に示す。

表中のＣＡＳＥ　１．ＩＩＩは以下の運転条件を前提と
している。

ＣＡＳＥＩ　　　等価運転条件（低圧力比、減流量）タ
ーヒン入口圧力　２．１７ａｔｍ 人ロ流路出口圧力　１．８６ａｔｍ ターヒン入口温度　４５Ｋ ＣＡＳＥＩＩ　　：　　ｌｏＫＷ級液化冷凍装置用ター
ビン仕様 ターヒン入口圧力　１８ａｔｍ 人口流路出口圧力　１０．５７ａｔｍ ターヒン人口温度　４６Ｋ （以下余白） 表　　１ ＣＡＳＥＩ　・ＣＡＳＥＩＩ ：本実施例従来装置本実施例、従来装置表より、いずれ
の運転条件においても、本実施例の場合の方か従来装置
に比して漏れ量は少なく、ガス推力か大幅に小さくなる
ことか分かる。

なお、上記実施例ては第２側壁３の内周部分をＬ形にし
て、かつ第１側壁２にノズル翼５を配設したものを示し
ｆこか、本発明はこれに限るものでなく、この他第４図
に示す第２実施例のようにノズルカバー４の内周部分を
Ｌ形にし１こもの、第５図に示す第３実施例のように第
２側壁３にノズル翼５を配設し、第１側壁２に長孔６を
形成したもの、第６図に示す第４実施例のようにノズル
カバー４の内周部分をＬ形にし、かつ第２側壁３にノズ
ル翼５を配設し、第１側壁２に長孔６を形成したらのら
含乙゛らのである。その他、第２側壁３を固定とし、第
１側壁２を可動としてもよい。

（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、第２
側壁ま１こはノズルカバーのいずれか一方を内周部分か
ターヒンインペラの軸方向に延びに軸方向断面り形とし
て、上記第２側壁と上記環状端面との間に中間圧力室を
形成しである。

このため、第２側壁の両側の差圧が小さくなり、第２側
壁の後方へのガス漏れ量も少なく、第２側壁に作用する
ガス推力が小さくなる結果、容量調節のｆこめの駆動機
構にかかる負担か小さくなり、この機構の簡素化か可能
になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る可変容量式タービン
膨張機の縦断面図、第２図は第１図に示す装置の回転駆
動部の部分拡大断面図、第３図は第１図に示す装置の環
状歯車とロットとの係合部の一例を示す部分拡大正面図
、第４図、第５図、第６図は本発明の第２．第３．第４
実施例に係る可変容量式タービン膨張機の回転駆動部の
部分拡大断面図、第７図は従来の可変容量式タービン膨
張機の回転駆動部の部分拡大断面図、第８図は第７図に
示す装置の第１．第２側壁の分解斜視図である。 ■　ターヒンイノベラ、２　第１側壁、３　第２側壁、
４・・ノズルカバー、５　ノズル翼、６・長孔、７・環
状端面、９　・中間圧力室。 特　許　出　願　人　日本原子力研究所はめｌ８ 代　理　人　弁理士　前出　葆　ほか１名菓　１　図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）タービンインペラと同心で、その入口側外方に位
   置し、このタービンインペラの軸方向にのみ互いに相対
   移動可能に設けた軸直角断面環状の第１側壁、第２側壁
   と、この第１側壁、第２側壁の外方を包囲するノズルカ
   バーとを備え、上記第１側壁、第２側壁のいずれか一方
   の端面には周方向に適宜間隔で複数のノズル翼を配設し
   、かつ上記第１側壁、第２側壁のうちのノズル翼を設け
   ない方にはこのノズル翼が貫通して摺動できる長孔を上
   記ノズル翼と同数だけ穿設する一方、上記ノズルカバー
   には上記ノズル翼の端面に対向する環状端面を設けて、
   上記第１側壁と上記第２側壁との間に流路断面積調節可
   能な入口流路を形成した可変容量式タービン膨張機にお
   いて、上記第２側壁またはノズルカバーのいずれか一方
   の内周部分が上記タービンインペラの軸方向に延びた軸
   方向断面Ｌ形として、上記第２側壁と上記環状端面との
   間に中間圧力室を形成したことを特徴とする可変容量式
   タービン膨張機。