JPH06101498A - 磁気軸受式タービン・コンプレッサ - Google Patents

磁気軸受式タービン・コンプレッサ

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JPH06101498A
JPH06101498A JP4249595A JP24959592A JPH06101498A JP H06101498 A JPH06101498 A JP H06101498A JP 4249595 A JP4249595 A JP 4249595A JP 24959592 A JP24959592 A JP 24959592A JP H06101498 A JPH06101498 A JP H06101498A
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JP
Japan
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bearing
compressor
turbine
magnetic bearing
pressure
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JP4249595A
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English (en)
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Kazuo Okamoto
和夫 岡本
Yasuo Nakatani
安夫 中谷
Susumu Harada
原田  進
Hironobu Ueda
博信 上田
Tetsuo Fujimoto
哲男 藤本
Kazutaka Hashimoto
一孝 橋本
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
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Publication date
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00Cooling of bearings
    • F16C37/005Cooling of bearings of magnetic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
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    • F16C32/0442Active magnetic bearings with devices affected by abnormal, undesired or non-standard conditions such as shock-load, power outage, start-up or touchdown
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】タービン効率を低下させることなく磁気軸受部
の温度を制御することにより、高速回転においても安定
した軸受性能を得る。 【構成】磁気軸受3a,3b,4で支承されたタービン
・コンプレッサにおいて、コンプレッサ翼車5で昇圧さ
れたプロセスガスをコンプレッサ翼車5の背面及び磁気
軸受部へ導くためライン9,10と該ライン上に調整弁
8と、軸受部に温度計11と、軸受室内圧力調整弁13
とを設けたもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気分離装置などの寒
冷発生源として使用されるコンプレッサ一体型の膨張タ
ービンに関するもので、特に磁気軸受により支承された
型式の軸受室内温度制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】磁気軸受を用いた膨張タービンに関する
技術は、磁気軸受専門メーカのカタログや技術資料など
にみられるが、具体的な制御方法については何ら記述さ
れていない。一方、油軸受式タービン・コンプレッサに
おいては、スラスト力制御のため、スラスト軸受部の温
度を検出し、コンプレッサ翼車背面部にコンプレッサ翼
車で昇圧したプロセスガスを導く方法が知らされてい
る。なお、この装置に関するものは、例えば、特開昭6
2−093404号公報に挙げられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】磁気軸受式で支承され
たタービン・コンプレッサでは、高速回転において磁気
軸受自身の電流損による内部発熱と、回転体の回転によ
る流体摩耗損失(風損とも呼ばれる)により軸受内部の
温度が上昇する。軸受内部の温度上昇は、磁気軸受の性
能低下及び回転軸の熱変形を生じ高速回転時に異常振動
などの問題が生じる。
【0004】また一方では、低温のプロセスガスが軸受
室内へ侵入すると、常温の潤滑油が常時流れている油軸
受に比べ軸受部の熱容量が小さいため急激に温度低下を
招く。この急激な温度低下も軸受性能に悪影響を与え
る。さらに低温のプロセスガスの軸受室内への洩れ、及
び常温の軸受室ガスの低温プロセスガスへの洩れはいず
れもタービン効率の低下を招く。本発明の目的は、ター
ビン効率を低下させることなく磁気軸受部の温度を制御
し、高速回転においても安定した軸受性能が得られる、
磁気軸受式タービン・コンプレッサを提供することあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、タービン・コンプレッサのコンプレッサ側翼車で昇
圧したプロセスガスを冷却した後、その一部を該コンプ
レッサ翼車へ導くラインと、このライン上に調整弁を設
けると共に、磁気軸受部へ温度計を設け、この温度調整
のため上記調整弁を制御するようにしたものである。
【0006】また、冷却されたプロセスガスの一部を磁
気軸受部へ直接冷却用ガスとして供給するラインを設け
たものである。さらに、上記のいずれの場合も軸受室内
圧力がタービンノズル出口圧力と同程度となるよう軸受
室内圧力調整弁を設けたものである。
【0007】
【作用】上記構成としたことにより、軸受室内温度が規
定値以上となった場合は、翼車背面に圧力を供給する調
整弁を開き冷却用ガスを翼車背面に導く。この冷却ガス
は、さらに磁気軸受内部を通り軸受部を冷却し軸受室ガ
ス排気口より排出される。この場合、冷却ガスはその圧
力により回転軸のスラスト力を低減する効果も同時に有
する。
【0008】また、この流れとは別に、軸受室内温度が
規定値以上となった場合、コンプレッサ翼車で昇圧され
たプロセスガスの一部は直接磁気軸受部へ供給され、軸
受部を冷却した後、軸受ガス排気口により排気される。
また、上記のいずれの場合も軸受室内圧力はタービンノ
ズル出口圧力と同程度となるよう軸受室内圧力調整弁が
作動するためタービン側の低温プロセスガスが軸受室内
へ多量に侵入することはない。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。図1において、回転体はタービン翼車2,主軸1
4,コンプレッサ翼車5から成り、磁気軸受であるジャ
ーナル軸受3a,3b,スラスト軸受4で支承される。
1はタービンノズル,6はコンプレッサ出口冷却器,7
はコンプレッサバイパス弁,8は軸受冷却ガス調整弁,
9はコンプレッサ翼車背面への圧力供給ライン,10は
磁気軸受への冷却ガスライン,11は磁気軸受部温度検
出器,12はタービンノズル出口圧力と軸受室内圧力の
差圧検出器,13は軸受室内圧力調整弁,15は軸受冷
却ガス排出ラインである。
【0010】次に、上記のように構成された本実施例の
動作について説明する。タービン入口ノズル1より噴出
したプロセスガスはタービン翼車2内で断熱膨張し低圧
・低温のガスとなって排出される。回転体はタービン翼
車2,主軸14,コンプレッサ翼車5で構成され磁気軸
受3a,3b,4で支承されて高速回転する。
【0011】一方、コンプレッサ側プロセスガスはコン
プレッサ翼車5で昇圧された後、冷却器6で所定の温度
まで下げられる。冷却器6出口ラインでプロセスガスは
3つの流れに分岐される。大半の流れはコンプレッサ出
口ラインへ流れ、プロセスガスとなるが、他の流れはコ
ンプレッサバイパス弁7を介してコンプレッサ翼車5の
吸込ラインへ導かれる。このバイパス弁7は回転数制御
及びサージング制御用として用いられている。
【0012】また、残りの流れは軸受冷却ガス調整弁8
を通り、コンプレッサ翼車5の背面へ導かれ、コンプレ
ッサ翼車背面圧力を上昇させる。この作用により回転軸
に作用していたスラスト力は低減されることができる。
さらに、コンプレッサ翼車5の背面から大半はコンプレ
ッサ翼車吐出ラインへ戻るが一部のガスは軸受室側へ流
れ軸受部を冷却した後、軸受冷却ガス排気ラインへ戻
る。
【0013】図1の実施例では、さらに軸受冷却ガス調
整弁8を通った後、軸受部(3a,3b,4)を直接冷
却する軸受冷却ガスライン10を設けているが、両者い
ずれか1つの方法を用いる場合もある。
【0014】さらに、軸受冷却ガスは、軸受室内圧力調
整弁13を介し軸受冷却ガス排気ライン15より排気さ
れ回収ガスとなる。一般に回収ガスはプロセス内に設け
られた圧縮機の吸込ライン…等へ戻される。また、軸受
室内圧力調整弁13は、タービンノズル1の出口圧力と
軸受室内圧力との差圧を検出する差圧検出器12の信号
により、両者の差圧が規定値内となるよう調整する。こ
れにより、低温のプロセスガスが軸受室内へ侵入すする
ことを防ぐと同時に軸受室内の高温のガスが低温のプロ
セスガス内へ侵入しタービン効率低下を防止する。
【0015】また、軸受室内圧力とタービンノズル出口
圧力とを同程度に保持する手段として、本実施例のよう
に差圧を検出する方法以外にタービン翼車背面から軸受
室内へ洩れるプロセスガスの温度を検出する方法もあ
る。この場合、ノズル出口圧力が軸受室内圧力より若干
高くなると低温のガスが軸受室側へ洩れ込むため、ター
ビン翼車2に近い軸受部3aの温度が低下する。この温
度を検出し、規定値内となるよう軸受室内圧力調整弁1
3を調整することになる。軸受室内圧力が若干高い場合
はこの逆で軸受部3aの温度が高くなるので、この温度
が規定値となるよう軸受室内圧力調整弁13を調整す
る。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、タービンノズル出口圧
力と軸受室圧力を同程度に保持しているため、磁気軸受
室内温度をタービンの効率を低下させることなく下げる
ことができる。
【0017】また、コンプレッサ翼車背面へ圧力を供給
し、回転軸のスラスト負荷を低減させた後、このガスを
軸受冷却用として使用するため2つの目的を同時に解決
することができる。なおスラスト負荷の低減は、磁気軸
受部の制御電流の低減になり発熱を低減すする効果を有
する。
【0018】磁気軸受部温度を制御することにより、高
速回転においても安定した磁気軸受の性能を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の磁気軸受式タービン・コン
プレッサの系統図である。
【符号の説明】
1…タービンノズル、2…タービン翼車、3a,b…ジ
ャーナル磁気軸受、4…スラスト磁気軸受、5…コンプ
レッサ翼車、6…冷却器、7…コンプレッサバイパス
弁、8…軸受冷却ガス調整弁、9…圧力供給ライン、1
0…軸受冷却ガスライン、11…温度検出器、12…差
圧検出器、13…軸受室内圧力調整弁、14…回転軸、
15…軸受冷却ガス排気ライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // F25J 3/04 Z 8925−4D (72)発明者 上田 博信 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 藤本 哲男 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 橋本 一孝 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タービン翼車とコンプレッサ翼車とを両端
    に設けた回転軸を磁気軸受で支承する磁気軸受式タービ
    ン・コンプレッサにおいて、前記コンプレッサで昇圧し
    たプロセスガスを冷却した後、その一部を前記コンプレ
    ッサ翼車背面に供給するラインと、該ライン上に調整弁
    と磁気軸受部に温度計を設け、この温度調整のため上記
    調節弁を制御すると共に軸受室内圧力がタービンノズル
    出口圧力と同程度となるよう軸受室内圧力調整弁を設け
    たことを特徴とする磁気軸受式タービン・コンプレッ
    サ。
  2. 【請求項2】前記タービン・コンプレッサにおいて、コ
    ンプレッサ翼車で昇圧された後、冷却器で冷却されたプ
    ロセスガスの一部を磁気軸受部へ冷却ガスとして導いた
    ことを特徴とする請求項1記載の磁気軸受式タービン・
    コンプレッサ。
JP4249595A 1992-09-18 1992-09-18 磁気軸受式タービン・コンプレッサ Pending JPH06101498A (ja)

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