膨胀涡轮装置制造方法及图纸

一种膨胀涡轮装置，具备：主体、涡轮叶轮、制动叶轮、转轴、静压气体轴承、第一迷宫式密封、混合气体排出路径、第一背压调节阀、温度传感器、以及在所述混合气体排出路径中流动的混合气体的温度下降时以使静压气体轴承的背压上升的形式控制所述第一背压调节阀的控制装置。

Expansive turbine unit

An expansion turbine device, has a form of control main body, turbine impeller, impeller, shaft, brake of aerostatic bearings, the first labyrinth seal, a mixed gas outlet path, the first back pressure regulating valve and a temperature sensor, and the mixed gas discharge mixed gas flow path in the temperature drops to aerostatic bearing the pressure rise the control device of the first back pressure regulating valve.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膨胀涡轮装置
本专利技术涉及膨胀涡轮（ExpansionTurbine）装置，特别涉及具备静压气体轴承的膨胀涡轮装置的泄漏防止技术。
技术介绍
一般而言，将氢气、氦气等原料气体液化的液化系统具备输送原料气体的送料线路、循环制冷剂气体的制冷剂循环线路、以及用于通过制冷剂冷却原料气体的热交换器。循环于制冷剂循环线路内的制冷剂气体经压缩机压缩后，藉由膨胀涡轮进行绝热膨胀并降温。原料气体与降温后的制冷剂气体通过热交换器进行热交换以此冷却。膨胀涡轮内需要有用于支持转轴的轴承。若采用使用润滑油的液体轴承作为轴承，润滑油恐怕会混入通过膨胀涡轮的制冷剂气体。因此，作为轴承优选是使用与制冷剂气体同种气体的气体轴承。气体轴承之中的静压气体轴承能够在液化系统启动以及停止时将轴承面与转轴之间摩擦抑制为较小，且适用于超高速旋转。因此，采用静压气体轴承作为膨胀涡轮的轴承（例如参照专利文献1）。使用静压气体轴承的膨胀涡轮具备用于向静压气体轴承供给与制冷剂气体相同种类的轴承气体的轴承供给线路、以及将通过静压气体轴承的轴承气体排出的轴承排气线路。膨胀涡轮内部的轴承室内插设有转轴，轴承供给线路与轴承排气线路相连通。设置于转轴的一端的涡轮叶轮容纳于膨胀室。膨胀室在涡轮叶轮的外周侧上形成有供制冷剂气体流入的膨胀室入口，在中心部的轴向上形成有供制冷剂气体流出的膨胀室出口。另一方面，设置于转轴的另一端的制动叶轮容纳于制动气体室。制动气体室上，形成有连通制动气体室的出口与入口的连通通路，并形成有包括制动叶轮的闭合回路。在膨胀涡轮的涡轮叶轮的背面，为抑制低温的制冷剂气体从膨胀室泄漏至轴承室而设置有迷宫式密封件（labyrinthseal）（例如参照专利文献2）。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-55050号公报；专利文献2：日本特开平6-26301号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题：然而，迷宫式密封件与转轴之间存有一定的间隙，因此只要存在密封压差就无法完全防止泄漏。若从膨胀室泄漏至轴承室的低温气体增加，则膨胀涡轮的效率下降，且由于轴承室被冷却因此转轴与径向静压轴承的间隙尺寸发生变化，某些情况下转轴与径向静压轴承会发生接触。因此，本专利技术的目的在于在具备静压气体轴承的膨胀涡轮中抑制低温气体的密封泄漏。解决问题的手段：根据本专利技术一形态的膨胀涡轮装置，具备：内部形成有膨胀室、制动气体室和轴插通孔，且所述轴插通孔形成为连通所述膨胀室与所述制动气体室并能被转轴插通的主体；容纳于所述膨胀室、且使制冷剂气体膨胀的涡轮叶轮；容纳于所述制动气体室、且藉由与所述制冷剂气体相同种类的制动气体进行制动的制动叶轮；有间隙地插通所述轴插通孔，一侧的端部设置有所述涡轮叶轮，另一侧的端部设置有所述制动叶轮的所述转轴；设置于所述轴插通孔，通过与入口供给且出口排出的所述制冷剂气体相同种类的轴承气体的静压能旋转地支持所述转轴的静压气体轴承；在所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设置有所述静压气体轴承的部分之间的部分上设置的第一迷宫式密封件；供所述轴承气体与从所述膨胀室通过所述第一迷宫式密封件泄漏至所述轴承室的制冷剂气体的混合气体排出的混合气体排出路径；设置于所述混合气体排出路径、并调节所述静压气体轴承的背压的第一背压调节阀；设置于所述混合气体排出路径、并测量所述混合气体的温度的温度传感器；以及在所述混合气体排出路径中流动的所述混合气体的温度下降时以使所述静压气体轴承的背压上升的形式控制第一背压调节阀的控制装置。根据上述结构，若从膨胀室通过第一迷宫式密封件泄漏至轴承室的制冷剂气体增加，则混合气体排出路径中流动的混合气体的温度下降，但当混合气体的温度下降时，控制装置使静压气体轴承的背压上升。籍此，第一迷宫式密封件的压差变小，泄漏量得以抑制。也可以是上述膨胀涡轮装置中，所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，所述第一迷宫式密封件设置于所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设有所述第一径向静压轴承的部分之间的部分上；所述第一径向静压轴承的出口连接所述混合气体排出路径的上游端；所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口连接轴承气体专用排出路径的上游端。根据上述结构，仅针对位于膨胀室侧的第一径向静压轴承，执行与其他轴承相独立的背压控制。背压控制在背压过度上升时可能会伴有轴承性能下降的弊端，根据上述结构，仅控制邻接第一迷宫式密封件的膨胀室侧的第一径向静压轴承控制即可实现其目的，且增大了其他轴承的背压设定的自由度，可以实现恰当的控制。也可以是上述膨胀涡轮装置中，所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，还具备：在所述轴承室的所述第一径向静压轴承与所述轴向静压轴承之间的部分上设置的第二迷宫式密封件；上游端连接于所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口的轴承气体专用排出路径；设置于所述轴承气体专用排出路径上、调节所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承的背压的第二背压调节阀；一端连接所述制动气体室的出口、且另一端连接所述制动气体室的入口的制动线路；以及一端连接所述制动线路、且另一端连接所述轴承气体专用排出路径的通气路径。根据上述结构，通过通气路径可使制动线路的压力与轴向静压轴承以及第二径向静压轴承的背压一致，可执行独立于第一径向静压轴承的轴承背压的压力控制。此外，根据上述结构，通过将第二迷宫式密封件移动至第一径向静压轴承与轴向静压轴承之间，可以缩短第二径向静压轴承与膨胀室之间的距离，还可以缩短从第二径向静压轴承至膨胀室侧的转轴的轴长，能够轻减旋转体质量并谋求振动稳定性的改善。也可以是上述膨胀涡轮装置中，所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，所述第一迷宫式密封件设置于所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设有所述第一径向静压轴承的部分之间的部分上；所述第一径向静压轴承的所述膨胀室侧的出口连接所述混合气体排出路径的上游端；所述第一径向静压轴承的所述制动气体室侧的出口、所述轴向静压轴承的出口以及所述第二径向静压轴承的出口连接轴承气体专用排出路径的上游端。根据上述结构，仅针对最为邻接第一迷宫式密封件的第一径向静压轴承的膨胀室侧的出口实施背压控制，因此增加了背压设定的自由度，可以实现恰当的控制。专利技术效果：根据本专利技术，可以在具备静压气体轴承的膨胀涡轮装置中抑制低温气体的密封泄漏。籍此，可以抑制涡轮的效率下降以及轴承室的冷却。参照附图，通过以下的较为优选的实施形态的详细说明来阐明本专利技术的上述目的、其他目的、特征、以及优点。附图说明图1是示出根据第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膨胀涡轮装置，具备：内部形成有膨胀室、制动气体室和轴插通孔，且所述轴插通孔形成为连通所述膨胀室与所述制动气体室并能被转轴插通的主体；容纳于所述膨胀室、且使制冷剂气体膨胀的涡轮叶轮；容纳于所述制动气体室、且藉由与所述制冷剂气体相同种类的制动气体进行制动的制动叶轮；有间隙地插通所述轴插通孔，一侧的端部设置有所述涡轮叶轮，另一侧的端部设置有所述制动叶轮的所述转轴；设置在形成于所述轴插通孔内的轴承室内，通过与入口供给且出口排出的所述制冷剂气体相同种类的轴承气体的静压能旋转地支持所述转轴的静压气体轴承；在所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设置有所述静压气体轴承的部分之间的部分上设置的第一迷宫式密封件；供所述轴承气体与从所述膨胀室通过所述第一迷宫式密封件泄漏至所述轴承室的制冷剂气体的混合气体排出的混合气体排出路径；设置于所述混合气体排出路径、并调节所述静压气体轴承的背压的第一背压调节阀；设置于所述混合气体排出路径、并测量所述混合气体的温度的温度传感器；以及在所述混合气体排出路径中流动的所述混合气体的温度下降时以使所述静压气体轴承的背压上升的形式控制所述第一背压调节阀的控制装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.19 JP 2015-1237681.一种膨胀涡轮装置，具备：内部形成有膨胀室、制动气体室和轴插通孔，且所述轴插通孔形成为连通所述膨胀室与所述制动气体室并能被转轴插通的主体；容纳于所述膨胀室、且使制冷剂气体膨胀的涡轮叶轮；容纳于所述制动气体室、且藉由与所述制冷剂气体相同种类的制动气体进行制动的制动叶轮；有间隙地插通所述轴插通孔，一侧的端部设置有所述涡轮叶轮，另一侧的端部设置有所述制动叶轮的所述转轴；设置在形成于所述轴插通孔内的轴承室内，通过与入口供给且出口排出的所述制冷剂气体相同种类的轴承气体的静压能旋转地支持所述转轴的静压气体轴承；在所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设置有所述静压气体轴承的部分之间的部分上设置的第一迷宫式密封件；供所述轴承气体与从所述膨胀室通过所述第一迷宫式密封件泄漏至所述轴承室的制冷剂气体的混合气体排出的混合气体排出路径；设置于所述混合气体排出路径、并调节所述静压气体轴承的背压的第一背压调节阀；设置于所述混合气体排出路径、并测量所述混合气体的温度的温度传感器；以及在所述混合气体排出路径中流动的所述混合气体的温度下降时以使所述静压气体轴承的背压上升的形式控制所述第一背压调节阀的控制装置。2.根据权利要求1所述的膨胀涡轮装置，其特征在于，所述静压气体轴承具备在径向上能旋转地支持所述转轴的第一和第二径向静压轴承、以及在轴向上能旋转地支持所述转轴的轴向静压轴承；将所述第一径向静压轴承、所述轴向静压轴承以及所述第二径向静压轴承以从所述膨胀室向着所述制动气体室依次配置的形式设置于所述轴承室内；并且，所述第一迷宫式密封件设置于所述轴承室的所述膨胀室侧的一端与设有所述第一径向静压轴承的部分之间的部分上；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：石丸英嗣，斋藤雄一，仮屋大祐，武内辽太，阪井直人，阪本智浩，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP