JPH0336122B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、回転軸の一端にタービン翼車を取付
け、他端にコンプレツサー翼車を取付けたタービ
ン・コンプレツサーに関するものである。

〔発明の背景〕

従来のタービン・コンプレツサーのスラスト制
御は、「MECHANICAL ENGINEERING、
VOL.100、No.９、September 1978」の
“Turboexpanders for Energy conservation”
と題する文献に記載のように、スラスト軸受面の
圧力を検出し、コンプレツサー吸込圧力を利用し
てコンプレツサー翼車背面圧力を調整することに
より制御されていた。

しかしながら、この方法はスラスト軸受面の圧
力分布に大きなばらつきのあるテイルテイングパ
ツド型軸受や、テーパーランド型軸受に対して
は、圧力検出部分の位置により軸受面の圧力が変
化する点が配慮されていなかつた。また、コンプ
レツサー翼車背面圧の調整は、コンプレツサー翼
車吸込部とコンプレツサー翼車背面を連絡する配
管上に設けられた調整弁で行うため、コンプレツ
サー翼車背面圧力を下げる方向の調整のみ可能で
あり、これはスラストがタービン翼車方向へ作用
する場合のスラスト制御については配慮されてい
ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、タービン・コンプレツサーの
スラスト制御の信頼性の高いタービン・コンプレ
ツサーを提供することにある。

〔発明の概要〕

空気や窒素、Heなどの液化装置の寒冷発生用
として使用されるタービン・コンプレツサーは、
プラントの運転条件に応じて、タービン側の出入
口の温度が常温の状態から低温の状態まで変化す
ると共に、圧力、回転数も広い範囲にわたり変化
する。

特に、タービン・コンプレツサーは、軸の一端
にタービン翼車、軸の他端にコンプレツサー翼車
を装着するため、これらの翼車に作用する圧力に
より、大きなスラスト力がスラスト軸受に作用す
る。

一般に、タービン・コンプレツサーの回転体に
作用するスラスト力は、コンプレツサー翼車およ
びタービン翼車の圧力と、この圧力が作用する受
圧面積によつて計算することができる。

この受圧面積は、タービン翼車とコンプレツサ
ー翼車の形状によつて決まるものであるが、作用
する圧力は運転条件によつて決まる。

特に、高圧力のプロセスガスを処理するタービ
ン・コンプレツサーでは、起動状態から定格状態
までの運転途中において、両者の翼車に作用する
圧力が大きく変動し、スラスト軸受に大きな荷重
が作用する。

そこで、コンプレツサー翼車背面の圧力を制御
して、スラスト軸受に作用するスラスト力を調整
し、スラスト軸受温度が許容範囲に入るよう考慮
した。

また、コンプレツサー翼車からの流出圧力は、
デイフユーザーにより速度エネルギーを圧力に効
率よく変換することができるため、デイフユーザ
ー出口圧力はコンプレツサー翼車出口より静圧が
大きい。したがつて、デイフユーザー出口圧力を
コンプレツサー翼車背面へ導くことにより、コン
プレツサー翼車背面圧力を上昇させることが可能
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図面はタービン・コンプレツサーの断面図を
示す。プロセスガスは、まず、コンプレツサー吸
込口１を通り、コンプレツサー翼車２で圧縮さ
れ、コンプレツサー翼車２の出口に設けられたデ
イフユーザー３で速度エネルギーを圧力に効率よ
く変換される。さらに、コンプレツサー出口ノズ
ル４から出て熱交換器５で冷却された後、タービ
ンへ導かれ、ノズル６を通りタービン翼車７で断
熱膨張し、低温、低圧のプロセスガスとなつて流
出する。

また、コンプレツサー翼車２の背面には、外周
ラビリンス９と内周ラビリンス８を設け、このラ
ビリンスでせき止められた、コンプレツサー翼車
２の背面とデイフユーザー３の出口部分を連絡す
る連絡配管１０が設けられている。

タービン翼車７で断熱膨張時に発生した動力
は、シヤフト１２でコンプレツサー翼車２に伝達
され、プロセスガスを断熱圧縮する。このシヤフ
ト１２は、ジヤーナル軸受１３と、ジヤーナル軸
受付両面スラスト軸受１４によつて支承される。

スラスト軸受１４には、軸受メタル温度を測定
するための温度計１５を設け、この温度計１５の
検出信号により連絡配管１０のライン上に設けた
調整弁１１を作動するようになつている。

次に、上記した構成要素から成るタービン・コ
ンプレツサーの具体的動作について説明する。

いま、運転中にタービン・コンプレツサーの両
翼車２，７に作用する圧力のバランスから、ター
ビン側の回転体がスラスト力をうけているとする
と、この場合、コンプレツサー側のスラスト軸受
１４面温度が、スラスト負荷に比例して上昇す
る。スラスト軸受１４温度の上限は、構造および
軸受メタル材質によつて最適値を選定するとし
て、この上限温度になると温度計１５により調整
弁１１を閉から開へ作動し、デイフユーザー３の
出口ガスをコンプレツサー翼車２の背面に連絡管
１０を介して導く、これによりコンプレツサー翼
車２背面の圧力は上昇し、回転体に作用していた
タービン方向へのスラスト力を減少することがで
きる。

スラスト力の作用方向は、調整弁１１を作動し
ない状態では常にタービン側へ作用するか、ある
いは、コンプレツサー側へ作用するスラスト力が
常にスラスト軸受１４の負荷容量より小さくなる
よう選定されている。

以上述べたように、本発明の実施例によれば、
スラスト軸受部の温度が常に規定値内に入るよう
制御することができる。また、回転数の上昇と共
に軸受温度は上昇して行くが、同時にデイフユー
ザー３の出口圧力も上昇するので、スラスト力に
よる軸受温度上昇を制限する能力は高まつてい
く。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タービン・コンプレツサーに
おけるスラスト力増大による軸受温度の異常上昇
を防止することができ、タービン・コンプレツサ
ーのスラスト制御の信頼性向上に大きな効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるタービン・コンプレツサー
の一実施例を示す断面図である。 １……コンプレツサー吸込口、２……コンプレ
ツサー翼車、３……デイフユーザー、４……コン
プレツサー出口ノズル、５……熱交換器、６……
ノズル、７……タービン翼車、８……内周ラビリ
ンス、９……外周ラビリンス、１０……連絡管、
１１……調整弁、１２……シヤフト、１３……ジ
ヤーナル軸受、１４……ジヤーナル軸受付両面ス
ラスト軸受、１５……温度計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端に高圧ガスを断熱膨張させるタービン翼
   車を取付け、他端にタービン翼車で発生した動力
   によりガスを断熱圧縮するコンプレツサー翼車を
   取付けたシヤフトをジヤーナル軸受およびスラス
   ト軸受で支承したタービン・コンプレツサーにお
   いて、 前記スラスト軸受へ作用するスラスト力が常時
   タービン側へ作用する構造であつて、前記コンプ
   レツサー翼車背面とコンプレツサー翼車の出口に
   設けられたデイフユーザ出口とを連絡した連絡管
   に調節弁を設け、前記スラスト軸受の温度を検出
   して上記調節弁を作動する温度計を設けたことを
   特徴とするタービン・コンプレツサー。