JPH0648124B2 - Operation control method for gas liquefaction refrigeration system - Google Patents

Operation control method for gas liquefaction refrigeration system

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JPH0648124B2
JPH0648124B2 JP14598391A JP14598391A JPH0648124B2 JP H0648124 B2 JPH0648124 B2 JP H0648124B2 JP 14598391 A JP14598391 A JP 14598391A JP 14598391 A JP14598391 A JP 14598391A JP H0648124 B2 JPH0648124 B2 JP H0648124B2
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JP
Japan
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expansion turbine
emergency
gas
compressor
refrigeration system
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定男 佐藤
敏夫 西脇
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、膨張タービンと圧縮機
とを備えたガス液化冷凍装置の運転制御方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of controlling the operation of a gas liquefaction refrigeration system equipped with an expansion turbine and a compressor.

【0002】[0002]

【従来の技術】膨張タービンと圧縮機とが各々別のガス
循環路に設けられているガス液化冷凍装置において、膨
張タービンの回転軸に生じるスラスト力は、上記回転軸
に設けられたスラスト軸受によって支承される。しか
し、このスラスト軸受は気体軸受等により構成されるの
で、その負荷能力に限界がある。そこで、従来は図5に
示すように、膨張タービン2のインペラと圧縮機3のイ
ンペラを回転軸1の両端部に各々結合してインペラ配置
にすると共に、通常の圧力運転において、膨張タービン
2側のスラスト力と圧縮機3側のスラスト力がほぼ同じ
大きさとなるように各インペラの形状、寸法及びガス圧
等が設計され、上記双方のスラスト力が互いにほぼ打ち
消し合うように構成されている。そして、その残留のス
ラスト力に対し、適切な負荷能力をもつスラスト軸受4
が設けられ、これによって、通常の圧力運転によって生
じるスラスト力に対処される。
2. Description of the Related Art In a gas liquefaction refrigeration system in which an expansion turbine and a compressor are provided in different gas circulation paths, the thrust force generated on the rotary shaft of the expansion turbine is generated by a thrust bearing provided on the rotary shaft. Supported. However, since this thrust bearing is composed of a gas bearing or the like, its load capacity is limited. Therefore, conventionally, as shown in FIG. 5, the impeller of the expansion turbine 2 and the impeller of the compressor 3 are respectively connected to both ends of the rotating shaft 1 to form an impeller arrangement, and in the normal pressure operation, the expansion turbine 2 side is provided. The shape, size, gas pressure and the like of each impeller are designed so that the thrust force of the above and the thrust force of the compressor 3 side are substantially the same, and the thrust forces of the both impellers are substantially canceled each other. Then, the thrust bearing 4 having an appropriate load capacity with respect to the residual thrust force
Are provided to deal with the thrust forces created by normal pressure operation.

【0003】また、膨張タービンの起動・停止時や、圧
力維持装置5・6によるガス循環路7内の圧力調整にお
ける変圧運転によって生じるスラスト力に対しても、前
記スラスト軸受4の負荷能力の範囲内で対処し得るよう
に構成されている。
The range of the load capacity of the thrust bearing 4 is also against the thrust force generated at the time of starting and stopping the expansion turbine and the variable pressure operation in the pressure adjustment in the gas circulation path 7 by the pressure maintaining devices 5 and 6. It is configured to be handled within.

【0004】一方、例えば、前記のようにスラスト軸受
4が気体軸受で構成されている場合での軸受ガス供給系
の何らかの異常による軸受ガス圧の喪失時や、或いは、
膨張タービン作動用ガス圧力が供給装置側の異常によっ
て圧力上昇し、これによる膨張タービンのオーバースピ
ード発生時、さらに、圧縮機の冷却水断水等の異常が発
生した時には、これら一部の異常が装置全体の重大な不
具合を招来するおそれがある。そこで、上記構成のガス
液化冷凍装置には、適所にガス圧力検出スイッチや、タ
ービン回転数検出器、断水検知器等の異常検出器が配設
されており、これらの異常検出器で異常が検出された場
合や、非常停止ボタンがオペレータにより操作された場
合等の緊急時には、圧縮機3の停止と共に、図5におい
て膨張タービン2へのガス入口側配管に介設されている
緊急遮断弁8を閉弁し、これにより、膨張タービン2を
速やかに停止させるようになっている。
On the other hand, for example, when the thrust bearing 4 is composed of a gas bearing as described above, the bearing gas pressure is lost due to some abnormality in the bearing gas supply system, or
When the expansion turbine operating gas pressure rises due to an abnormality on the side of the supply device, which causes overspeed of the expansion turbine, and when abnormalities such as compressor cooling water cutoff occur, some of these abnormalities occur There is a risk of causing a serious malfunction as a whole. Therefore, the gas liquefaction refrigeration system with the above-mentioned configuration is provided with an abnormality detector such as a gas pressure detection switch, a turbine rotation speed detector, a water cutoff detector, etc. at an appropriate place. In the event of an emergency such as when the emergency stop button is operated by the operator, the compressor 3 is stopped, and the emergency shutoff valve 8 provided in the gas inlet side pipe to the expansion turbine 2 in FIG. The valve is closed, so that the expansion turbine 2 is quickly stopped.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、上記のような緊急時の運転停止が行われるときに、
各スラスト軸受4が損傷し易いという問題を生じてい
る。すなわち、上記のように緊急遮断弁8が閉弁される
と、膨張タービン2の給気圧力と共に排気圧力もごく短
時間のうちに大幅に変動し、このため、回転軸1に作用
するスラスト力も大幅な変化を生じるものとなるが、こ
の間に、圧縮機3側においても変化するスラスト力とに
大きなアンバランス状態が生じ易い。この結果、装置の
完全停止までの間で、スラスト軸受4の負荷能力を超え
るスラスト力が発生して、回転軸1を支承する各スラス
ト軸受4に重大な損傷を与えるという危険性を生じてい
るのである。
However, conventionally, when the above-mentioned emergency operation stop is performed,
There is a problem that each thrust bearing 4 is easily damaged. That is, when the emergency shutoff valve 8 is closed as described above, the exhaust pressure as well as the supply pressure of the expansion turbine 2 fluctuates significantly within a very short period of time, and therefore the thrust force acting on the rotary shaft 1 also changes. Although a large change occurs, during this time, a large unbalanced state is likely to occur with the changing thrust force on the compressor 3 side as well. As a result, there is a risk that a thrust force exceeding the load capacity of the thrust bearing 4 is generated and the thrust bearings 4 supporting the rotary shaft 1 are seriously damaged until the apparatus is completely stopped. Of.

【0006】本発明は、上記従来の問題点を考慮してな
されたものであって、その目的は、緊急時における運転
停止が行われる際に回転軸に発生するスラスト力の変動
を、スラスト軸受の負荷能力の範囲内に維持させること
が可能なガス液化冷凍装置の運転制御方法を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to suppress fluctuations in thrust force generated in a rotating shaft when an operation is stopped in an emergency in a thrust bearing. Another object of the present invention is to provide an operation control method for a gas liquefaction refrigeration system capable of maintaining the load capacity within the range.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のガス液化冷凍装
置の運転制御方法は、上記の目的を達成するために、回
転軸の一端側に膨張タービンのインペラ、他端側に圧縮
機のインペラが各々結合され、上記膨張タービンと圧縮
機が各々別のガス循環路に設けられているガス液化冷凍
装置の運転制御方法であって、運転の緊急停止を要する
緊急時に、膨張タービンへのガスの供給を停止すると共
に、上記双方のガス循環路を接続するバイパス路の途中
に設けられた緊急圧力逃がし弁を開いて運転を停止させ
ることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an operation control method for a gas liquefaction refrigerating apparatus of the present invention has an expansion turbine impeller at one end of a rotary shaft and a compressor impeller at the other end. Are coupled to each other, and the operation control method of the gas liquefaction refrigeration system in which the expansion turbine and the compressor are provided in different gas circulation paths, respectively, in an emergency requiring an emergency stop of operation, the gas to the expansion turbine It is characterized in that the supply is stopped and the operation is stopped by opening an emergency pressure relief valve provided in the middle of the bypass path connecting the both gas circulation paths.

【0008】[0008]

【作用】上記の方法によれば、緊急時に膨張タービンへ
のガスの供給と共に、膨張タービン側の循環路と圧縮機
側の循環路とがバイパス路を通して相互に連通されるの
で、両循環路内の圧力変化が互いに同一の傾向を呈する
ものとなる。このため、膨張タービン側と圧縮機側との
ガス推力の変化が互いに同一周期で生じるものとなり、
これによって、回転軸に生じる圧縮機側のスラスト力の
変動も、膨張タービン側のスラスト力の変動と周期を同
じくして生起される。この結果、上記双方のスラスト力
は互いに打ち消し合う状態が完全停止に至るまで維持さ
れることとなり、したがって、スラスト軸受にその負荷
能力の限界を超えた過大なスラスト力が作用することが
抑制される。
According to the above method, in the event of an emergency, gas is supplied to the expansion turbine and the circulation path on the expansion turbine side and the circulation path on the compressor side are communicated with each other through the bypass path. The pressure changes of 1 and 2 have the same tendency. Therefore, changes in gas thrust on the expansion turbine side and the compressor side occur in the same cycle,
As a result, fluctuations in the thrust force on the compressor, which occur on the rotary shaft, also occur at the same cycle as fluctuations in the thrust force on the expansion turbine. As a result, the thrust forces of both of them are maintained until they cancel each other, and therefore, it is possible to prevent the thrust bearing from being applied with an excessive thrust force exceeding its load capacity limit. .

【0009】[0009]

【実施例】本発明の具体的な実施例について、図1に基
づいて説明すれば以下の通りである。
EXAMPLE A specific example of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0010】本発明を適用して構成されるガス液化冷凍
装置には、回転軸11の一端側に膨張タービン12の図
示しないインペラが結合されると共に、他端側に圧縮機
13の図示しないインペラが結合されている。回転軸1
1は、上記膨張タービン12と圧縮機13との間で、ス
ラスト軸受14およびジャーナル軸受15・15にて支
承されている。膨張タービン12の設けられているガス
循環路16において、膨張タービン12の給気側には緊
急遮断弁17が設けられている。そして、ガス循環路1
8に設けられている圧縮機13の吐出口と、前記ガス循
環路16における膨張タービン12の排気口とは、バイ
パス路19によって接続され、このバイパス路19の途
中に緊急圧力逃がし弁20が設けられている。この緊急
圧力逃がし弁20は、前記緊急遮断弁17と同じ系統の
信号配線21によって制御されるように構成されてい
る。緊急圧力逃がし弁20は通常の運転時において閉鎖
されており、上記信号配線21を通じて緊急遮断弁17
を閉鎖する信号が送られると、緊急遮断弁17の閉鎖と
同時に、緊急圧力逃がし弁20が開放されるように構成
されている。
In the gas liquefaction refrigeration system constructed by applying the present invention, an impeller (not shown) of the expansion turbine 12 is coupled to one end side of the rotating shaft 11, and an impeller (not shown) of the compressor 13 is connected to the other end side. Are combined. Rotating shaft 1
The bearing 1 is supported by the thrust bearing 14 and the journal bearings 15 and 15 between the expansion turbine 12 and the compressor 13. In the gas circulation path 16 in which the expansion turbine 12 is provided, an emergency cutoff valve 17 is provided on the air supply side of the expansion turbine 12. And the gas circuit 1
The discharge port of the compressor 13 provided in 8 and the exhaust port of the expansion turbine 12 in the gas circulation path 16 are connected by a bypass path 19, and an emergency pressure relief valve 20 is provided in the middle of the bypass path 19. Has been. The emergency pressure relief valve 20 is configured to be controlled by a signal wiring 21 of the same system as the emergency shutoff valve 17. The emergency pressure relief valve 20 is closed during normal operation, and the emergency shutoff valve 17 is connected through the signal wiring 21.
When the signal for closing is released, the emergency pressure relief valve 20 is opened at the same time when the emergency shutoff valve 17 is closed.

【0011】上記の構成において、緊急遮断弁17の閉
鎖を必要とする緊急時には、信号配線21を通じて緊急
信号が送信され、緊急圧力逃がし弁20が開放される。
これによって、上記緊急時に回転軸11に生じる圧縮機
13側のスラスト力の変動が、少なくとも膨張タービン
12側のスラスト力の変動と周期を同じくして生起され
ることとなり、これにより上記双方のスラスト力は互い
に打ち消し合うことになる。その結果、スラスト軸受1
4に作用する残留スラスト力の大きさや方向は、緊急遮
断弁17の閉鎖時からガス液化冷凍装置の運転が完全に
停止されるまでの間において、前記スラスト軸受14の
負荷能力の範囲内に維持される。
In the above structure, in case of an emergency that requires closing of the emergency shutoff valve 17, an emergency signal is transmitted through the signal wiring 21 and the emergency pressure relief valve 20 is opened.
As a result, fluctuations in the thrust force on the compressor 13 side that occur on the rotary shaft 11 in an emergency occur at least in the same cycle as fluctuations in the thrust force on the expansion turbine 12 side. The forces will cancel each other out. As a result, thrust bearing 1
The magnitude and direction of the residual thrust force acting on No. 4 is maintained within the load capacity of the thrust bearing 14 from the time when the emergency shutoff valve 17 is closed until the operation of the gas liquefaction refrigeration system is completely stopped. To be done.

【0012】なお、前記バイパス路19は、前記ガス循
環路16と18とを接続するものであればよく、その接
続個所は上記の位置に限定されない。例えば、図2に示
すように圧縮機13の吸込口と、膨張タービン12の排
気口とを接続するものであってもよい。また、図3に示
すように、バイパス路19の膨張タービン12側を膨張
タービン12の中間圧取り出し部12aに接続したもの
でもよい。
It should be noted that the bypass passage 19 is only required to connect the gas circulation passages 16 and 18, and the connecting portion is not limited to the above position. For example, as shown in FIG. 2, the suction port of the compressor 13 and the exhaust port of the expansion turbine 12 may be connected. Moreover, as shown in FIG. 3, the expansion turbine 12 side of the bypass passage 19 may be connected to the intermediate pressure take-out portion 12 a of the expansion turbine 12.

【0013】さらに、図4に示すように、バイパス路1
9における緊急圧力逃がし弁20の上流側に絞り22が
形成されている場合には、上記実施例と同様に、ガス液
化冷凍装置においてスラスト軸受の負荷能力の範囲内で
の緊急停止が可能であると共に、さらに絞り22によっ
て、緊急圧力逃がし弁20の開放時における圧力変動が
漸進的になされるものとなる。即ち、圧縮機13が設け
られているガス循環路18内の圧力は、膨張タービン1
2内の圧力より、ガスが絞り22を通過する流動抵抗分
だけ高い差圧を維持しつつ、膨張タービン12の降圧に
従ってガス循環路18の内圧が低下する。その結果、緊
急圧力逃がし弁20の開放時におけるバイパス路19内
のガス流動は、上記実施例より、一層漸進的に行われる
ことになる。
Further, as shown in FIG. 4, the bypass 1
When the throttle 22 is formed on the upstream side of the emergency pressure relief valve 20 in No. 9, the emergency stop can be performed within the load capacity range of the thrust bearing in the gas liquefaction refrigeration system as in the above embodiment. At the same time, the throttle 22 gradually changes the pressure when the emergency pressure relief valve 20 is opened. That is, the pressure in the gas circulation passage 18 in which the compressor 13 is installed is
The internal pressure of the gas circulation passage 18 decreases as the pressure of the expansion turbine 12 decreases while maintaining a differential pressure higher than the pressure inside 2 by the flow resistance of the gas passing through the throttle 22. As a result, the gas flow in the bypass passage 19 at the time of opening the emergency pressure relief valve 20 will be performed more gradually than in the above embodiment.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明のガス液化冷凍装置の運転制御方
法は、以上のように、運転の緊急停止を要する緊急時
に、膨張タービンへのガスの供給を停止すると共に、上
記双方のガス循環路を接続するバイパス路の途中に設け
られた緊急圧力逃がし弁を開いて運転を停止させるもの
である。
As described above, the operation control method of the gas liquefaction refrigeration system of the present invention stops the supply of gas to the expansion turbine in an emergency requiring an emergency stop of the operation, and at the same time, both of the gas circulation paths described above. The operation is stopped by opening an emergency pressure relief valve provided in the middle of the bypass path connecting the.

【0015】これにより、緊急時における運転の停止時
には、膨張タービン側と圧縮機側とが互いに同一の傾向
を呈しながら完全停止状態に至るものとなり、この間、
回転軸には、圧縮機側と膨張タービン側とのスラスト力
が互いに打ち消し合う状態が維持される。したがって、
スラスト軸受にその負荷能力の限界を超えた過大なスラ
スト力が生じないようにすることができるという効果を
奏する。
As a result, when the operation is stopped in an emergency, the expansion turbine side and the compressor side reach the complete stop state while exhibiting the same tendency as each other.
The rotating shaft maintains a state in which the thrust forces on the compressor side and the expansion turbine side cancel each other out. Therefore,
It is possible to prevent an excessive thrust force exceeding the limit of the load capacity from being generated in the thrust bearing.

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

【図1】本発明が適用されるガス液化冷凍装置の要部の
構成説明図である。
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a main part of a gas liquefaction refrigeration apparatus to which the present invention is applied.

【図2】本発明が適用される他のガス液化冷凍装置の要
部の構成説明図である。
FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of a main part of another gas liquefaction refrigeration apparatus to which the present invention is applied.

【図3】本発明が適用される更に他のガス液化冷凍装置
の要部の構成説明図である。
FIG. 3 is a configuration explanatory view of a main part of still another gas liquefaction refrigeration apparatus to which the present invention is applied.

【図4】本発明が適用される更に他のガス液化冷凍装置
の要部の構成説明図である。
FIG. 4 is a configuration explanatory diagram of a main part of still another gas liquefaction refrigeration apparatus to which the present invention is applied.

【図5】従来例を示す構成説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a configuration showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 回転軸 12 膨張タービン 13 圧縮機 16・18 ガス循環路 19 バイパス路 20 緊急圧力逃がし弁 11 rotary shaft 12 expansion turbine 13 compressor 16/18 gas circulation path 19 bypass path 20 emergency pressure relief valve

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転軸の一端側に膨張タービンのインペ
ラ、他端側に圧縮機のインペラが各々結合され、上記膨
張タービンと圧縮機が各々別のガス循環路に設けられて
いるガス液化冷凍装置の運転制御方法であって、運転の
緊急停止を要する緊急時に、膨張タービンへのガスの供
給を停止すると共に、上記双方のガス循環路を接続する
バイパス路の途中に設けられた緊急圧力逃がし弁を開い
て運転を停止させることを特徴とするガス液化冷凍装置
の運転制御方法。
1. A gas liquefaction refrigeration system in which an impeller of an expansion turbine is connected to one end of a rotary shaft and an impeller of a compressor is connected to the other end, and the expansion turbine and the compressor are provided in different gas circulation paths, respectively. A method for controlling the operation of an apparatus, wherein in the event of an emergency requiring an emergency stop of operation, the supply of gas to the expansion turbine is stopped, and an emergency pressure relief provided in the middle of a bypass path connecting both gas circulation paths A method for controlling the operation of a gas liquefaction refrigeration system, characterized by opening the valve to stop the operation.
JP14598391A 1991-06-18 1991-06-18 Operation control method for gas liquefaction refrigeration system Expired - Lifetime JPH0648124B2 (en)

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