JPH0120281B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0120281B2
JPH0120281B2 JP58172904A JP17290483A JPH0120281B2 JP H0120281 B2 JPH0120281 B2 JP H0120281B2 JP 58172904 A JP58172904 A JP 58172904A JP 17290483 A JP17290483 A JP 17290483A JP H0120281 B2 JPH0120281 B2 JP H0120281B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impeller
pressure
thrust
expansion turbine
bearing
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
Application number
JP58172904A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6065201A (en
Inventor
Kazuo Okamoto
Teruo Oota
Kazuo Ihara
Yasuo Nakatani
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP17290483A priority Critical patent/JPS6065201A/en
Publication of JPS6065201A publication Critical patent/JPS6065201A/en
Publication of JPH0120281B2 publication Critical patent/JPH0120281B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (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、特に運転中スラ
スト変動を生じやすい高圧タービンなどのスラス
ト制御装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an expansion turbine, and particularly to a thrust control device for a high-pressure turbine or the like that tends to undergo thrust fluctuations during operation.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

空気分離装置等の寒冷発生用として使用される
膨張タービンは、プラントの常温状態から極低温
状態まで広い運転条件において使用される。従つ
て、各運転条件において膨張タービンの出入口の
圧力、温度が変化するため、膨張タービンの回転
体(インペラー、回転軸等)に作用するスラスト
負荷も変化する。したがつて、このスラスト負荷
を十分支えることのできるスラスト軸受が膨張タ
ービンに組込まれる必要がある。
Expansion turbines used for generating refrigeration in air separation devices and the like are used under a wide range of operating conditions from normal temperature conditions to extremely low temperature conditions in plants. Therefore, since the pressure and temperature at the entrance and exit of the expansion turbine change under each operating condition, the thrust load acting on the rotating bodies (impeller, rotating shaft, etc.) of the expansion turbine also changes. Therefore, it is necessary to incorporate a thrust bearing into the expansion turbine that can sufficiently support this thrust load.

一般に、フルシユラウド付インペラーをもつ膨
張タービンでは、回転体に作用する軸スラストは
第1図に示すようにインペラーの前面と背面の圧
力及びこの圧力が作用する受圧面積の割合により
計算される。(機械工学便覧改訂5版P9―44) F=P1×A1+P2×A2−P3×A3−P4×A3
……(1) ここにF=回転軸に作用するスラスト P1=インペラー入口圧力 P2=インペラー出口圧力 P3,P4=インペラー背面圧力 A1〜A4=圧力P1〜P4作用する受圧面積 受圧面積A1〜A4はインペラー形状によつて決
まるものであるが、P1,P4の圧力は膨張タービ
ン運転条件によつて変動するものである。従つて
高圧力のプロセスガスを処理する膨張タービンで
は、低圧から高圧まで運転条件があるため運転条
件により軸スラストが大きく変化する。このた
め、高負荷容量のスラスト軸受を必要とするの
で、軸受損失の増大、軸受潤滑油量の増大、また
動力回収型膨張タービンでは回収電力量の減少を
生ずるなどの欠点があつた。
Generally, in an expansion turbine having a full-shrouded impeller, the axial thrust acting on the rotating body is calculated from the pressure on the front and back surfaces of the impeller and the ratio of the pressure-receiving area on which this pressure acts, as shown in FIG. (Mechanical Engineering Handbook Revised 5th Edition P9-44) F=P 1 ×A 1 +P 2 ×A 2 −P 3 ×A 3 −P 4 ×A 3
...(1) Here, F = Thrust acting on the rotating shaft P 1 = Impeller inlet pressure P 2 = Impeller outlet pressure P 3 , P 4 = Impeller back pressure A 1 ~ A 4 = Pressure P 1 ~ P 4 acting Pressure-receiving area The pressure-receiving areas A 1 to A 4 are determined by the impeller shape, but the pressures of P 1 and P 4 vary depending on the expansion turbine operating conditions. Therefore, in an expansion turbine that processes high-pressure process gas, there are operating conditions ranging from low pressure to high pressure, so the shaft thrust changes greatly depending on the operating conditions. For this reason, a thrust bearing with a high load capacity is required, resulting in disadvantages such as increased bearing loss, increased amount of bearing lubricating oil, and, in power recovery type expansion turbines, a decrease in the amount of recovered power.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、膨張タービンにおいて、どの
ような運転条件においても回転軸に作用するスラ
ストを一定範囲内に保持するスラスト制御装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a thrust control device for an expansion turbine that maintains the thrust acting on the rotating shaft within a certain range under any operating conditions.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

膨張タービンで発生する軸スラストの大きさ
は、前述の(1)式で示されるようにインペラー背面
圧力と前面圧力の差によつて決まる。この圧力差
は運転条件により変動し、特に、高圧力のプロセ
スガスを処理する膨張タービンではこの変動値が
大きく、スラスト軸受の負荷容量を大きくする必
要があつた。
The magnitude of the axial thrust generated in an expansion turbine is determined by the difference between the impeller back pressure and front pressure, as shown by equation (1) above. This pressure difference varies depending on operating conditions, and this variation is particularly large in expansion turbines that process high-pressure process gas, making it necessary to increase the load capacity of the thrust bearing.

そこで、本発明はインペラー背面の圧力を制御
することによりインペラーで発生する軸スラスト
を一定範囲内に保持し、スラスト軸受の負荷容量
を小さくするようにしたもので、これにより、軸
受損失の減少、軸受潤滑油量の減少、また動力回
収型膨張タービンでは回収電力量の増大によるプ
ラント運転時の原単位の向上が行なえる。
Therefore, the present invention maintains the axial thrust generated by the impeller within a certain range by controlling the pressure on the back surface of the impeller, thereby reducing the load capacity of the thrust bearing.This reduces bearing loss and reduces bearing loss. By reducing the amount of bearing lubricating oil and increasing the amount of recovered power in power recovery expansion turbines, it is possible to improve the unit consumption during plant operation.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第2図により説明す
る。第2図は膨張タービンのインペラー部分の断
面を示している。スクロール1のプロセスガス
は、ノズル2を通り断熱膨張して噴流ガスとな
り、インペラー3へ入りインペラーを回転させた
後デイフユーザー4へ流れる。インペラー3の前
面出口部にはラビリンス5を設け、プロセスガス
のシヨートパスを防止している。また、インペラ
ー3の背面外周部にラビリンス6、内周部にラビ
リンス7を設け、このラビリンス6,7に囲まれ
る部分は背面圧力室8となつている。この背面圧
力室8とインペラー出口の圧力は、差圧計9で検
出される。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 2 shows a cross section of the impeller portion of the expansion turbine. The process gas in the scroll 1 passes through the nozzle 2, expands adiabatically, becomes a jet gas, enters the impeller 3, rotates the impeller, and then flows to the differential user 4. A labyrinth 5 is provided at the front outlet of the impeller 3 to prevent a shot path of the process gas. Further, a labyrinth 6 is provided on the outer periphery of the back surface of the impeller 3, and a labyrinth 7 is provided on the inner periphery portion, and a portion surrounded by the labyrinths 6 and 7 forms a back pressure chamber 8. The pressures in the back pressure chamber 8 and the impeller outlet are detected by a differential pressure gauge 9.

差圧計9の上限は、前述(1)式による軸スラスト
がインペラー前面方向へ作用する場合の規定値で
あり、こ上限信号により、スクロール1から高圧
プロセスガス背面圧力室8へ送り込むためのコン
トロール弁10を設けたラインをつけている。ま
た逆に、差圧計9の下限は、前述(1)式による軸ス
ラストがインペラー3背面側へ作用する場合の規
定値であり、この下限信号により、背面圧力室8
からこの部分のガスをデイフユーザー4へ送り込
むためのコントロール弁11を設けたラインをつ
けている。
The upper limit of the differential pressure gauge 9 is the specified value when the axial thrust according to equation (1) above acts in the front direction of the impeller, and this upper limit signal causes the control valve to send the high-pressure process gas from the scroll 1 to the back pressure chamber 8. A line marked with 10 is attached. Conversely, the lower limit of the differential pressure gauge 9 is the specified value when the axial thrust according to equation (1) above acts on the back side of the impeller 3, and this lower limit signal causes the back pressure chamber 8 to
A line is provided with a control valve 11 for sending the gas from this part to the differential user 4.

上記差圧計9の上限、下限の規定値は、スラス
ト軸受の負荷容量から決定される。
The specified upper and lower limits of the differential pressure gauge 9 are determined from the load capacity of the thrust bearing.

上記のような構成および動作をもつことによ
り、どのような運転条件においてもインペラーで
発生する軸スラスト一定範囲内に保持することが
可能であり、膨張タービンに適する任意のスラス
ト軸受を設計することができる。
With the above configuration and operation, it is possible to maintain the axial thrust generated by the impeller within a certain range under any operating conditions, and any thrust bearing suitable for expansion turbines can be designed. can.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、スラスト軸受の負荷容量が任
意に設定できるため膨張タービンに適したスラス
ト軸受の設計ができ、スラスト軸受のコンパクト
化、軸受損失の減少および軸受潤滑油量の減少が
でき、さらに動力回収型膨張タービンでは回収電
力量の増大が図れるという効果がある。
According to the present invention, since the load capacity of the thrust bearing can be set arbitrarily, a thrust bearing suitable for an expansion turbine can be designed, the thrust bearing can be made more compact, bearing loss can be reduced, and the amount of bearing lubricating oil can be reduced. The power recovery type expansion turbine has the effect of increasing the amount of recovered electric power.

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

第1図はインペラー断面とインペラーに作用す
る圧力の種類を示す説明図、第2図は本発明の一
実施例の断面図である。 1……スクロール、2……ノズル、3……イン
ペラー、4……デイフユーザー、9……差圧計、
10……コントロール弁、11……コントロール
弁、8……背面圧力室。
FIG. 1 is an explanatory view showing a cross section of an impeller and the types of pressures acting on the impeller, and FIG. 2 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention. 1...Scroll, 2...Nozzle, 3...Impeller, 4...Diff user, 9...Differential pressure gauge,
10... Control valve, 11... Control valve, 8... Back pressure chamber.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 軸受によつて支持された回転軸と、該回転軸
の軸端に設けたインペラーと、該インペラーにス
クロール部よりプロセスガスを供給するノズルを
備えた膨張タービンにおいて、前記インペラーの
背面に背面圧力室を設け、該背面圧力室と前記ス
クロール部およびインペラー出口部とをそれぞれ
コントロール弁を介して連絡したラインを設け、
前記背面圧力室とインペラー出口部の圧力差を検
出して前記コントロール弁を作動する差圧計を設
けたことを特徴とする膨張タービンのスラスト制
御装置。
1 In an expansion turbine equipped with a rotating shaft supported by a bearing, an impeller provided at the end of the rotating shaft, and a nozzle for supplying process gas to the impeller from a scroll section, a back pressure is applied to the back surface of the impeller. providing a chamber, and providing a line connecting the back pressure chamber with the scroll portion and the impeller outlet portion through control valves, respectively;
A thrust control device for an expansion turbine, comprising a differential pressure gauge that detects a pressure difference between the back pressure chamber and the impeller outlet and operates the control valve.
JP17290483A 1983-09-21 1983-09-21 Expansion turbine thrust control device Granted JPS6065201A (en)

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JPS6065201A JPS6065201A (en) 1985-04-15
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2801470B2 (en) * 1992-07-08 1998-09-21 株式会社神戸製鋼所 Expansion turbine
DE10138056A1 (en) * 2001-08-03 2003-02-13 Atlas Copco Energas turbomachinery

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