JPH06137101A - 可変ノズル式膨張タービン - Google Patents
可変ノズル式膨張タービンInfo
- Publication number
- JPH06137101A JPH06137101A JP28983592A JP28983592A JPH06137101A JP H06137101 A JPH06137101 A JP H06137101A JP 28983592 A JP28983592 A JP 28983592A JP 28983592 A JP28983592 A JP 28983592A JP H06137101 A JPH06137101 A JP H06137101A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- variable nozzle
- expansion turbine
- nozzle
- casing
- 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.)
- Pending
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は可変ノズルを用いた膨張タービンにお
いて、簡単な構造でノズル面積を変更できる信頼性が高
く、効率の良い膨張タービンを提供することにある。 【構成】タービン翼２の外周に設けられた可変ノズル
（固定リング８、ノズル翼９および可動リング１０より
構成される）はタービンが固定される真空保冷槽１４の
外部に設置されており、アクチュエータ１１の直線運動
により可動リング１０を回転させることにより達成され
る。
いて、簡単な構造でノズル面積を変更できる信頼性が高
く、効率の良い膨張タービンを提供することにある。 【構成】タービン翼２の外周に設けられた可変ノズル
（固定リング８、ノズル翼９および可動リング１０より
構成される）はタービンが固定される真空保冷槽１４の
外部に設置されており、アクチュエータ１１の直線運動
により可動リング１０を回転させることにより達成され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は寒冷を発生する膨張ター
ビンに関し、特にノズル面積を変化できる可変ノズルを
備えた膨張タービンにおいて、タービンの効率および信
頼性を向上する構造に関するものである。
ビンに関し、特にノズル面積を変化できる可変ノズルを
備えた膨張タービンにおいて、タービンの効率および信
頼性を向上する構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の膨張タービンでは、例えば、文献
「ターボ機械第１１巻７号（１９８３）の３７頁から４
２頁」に記載のように可変ノズルを用いていない固定式
ノズルを採用した膨張タービンがある。また可変ノズル
の構造に関しては実公平２−４５４４３号公報に記載さ
れている。
「ターボ機械第１１巻７号（１９８３）の３７頁から４
２頁」に記載のように可変ノズルを用いていない固定式
ノズルを採用した膨張タービンがある。また可変ノズル
の構造に関しては実公平２−４５４４３号公報に記載さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はノズル
を可変するためのタービン構造に関しての問題について
触れられていなかった。本発明の目的は可変ノズルの駆
動を容易とし、信頼性の高いかつ効率の良い膨張タービ
ンを提供することにある。
を可変するためのタービン構造に関しての問題について
触れられていなかった。本発明の目的は可変ノズルの駆
動を容易とし、信頼性の高いかつ効率の良い膨張タービ
ンを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、可変ノズル
及びタービン翼を真空保冷槽の外に配置し、可変ノズル
駆動用のアクチュエータを常温部に設置することにより
達成される。
及びタービン翼を真空保冷槽の外に配置し、可変ノズル
駆動用のアクチュエータを常温部に設置することにより
達成される。
【０００５】
【作用】常温部に膨張タービンに対して垂直に設置され
たアクチュエータの直線運動で真空保冷槽の外に配置し
た可変ノズルを駆動する。可変ノズルは固定リングと可
動リングにはさまれたノズル翼で構成されており、可動
リングをアクチュエータで駆動して回転させることによ
って、固定リングに固定ピンを介して止められているノ
ズル翼の円周方向角度が変化する。したがってノズル面
積を可変でき、所定の処理流量がタービン翼に導入され
る。
たアクチュエータの直線運動で真空保冷槽の外に配置し
た可変ノズルを駆動する。可変ノズルは固定リングと可
動リングにはさまれたノズル翼で構成されており、可動
リングをアクチュエータで駆動して回転させることによ
って、固定リングに固定ピンを介して止められているノ
ズル翼の円周方向角度が変化する。したがってノズル面
積を可変でき、所定の処理流量がタービン翼に導入され
る。
【０００６】
【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は、本発明をヘリウム膨張タービンに適用した
場合の一実施例を示す。図１は例えば、ヘリウム冷凍機
に用いられる膨張タービンの構造図を示したものであ
る。高速回転するシャフト１の下端にはタービン翼２が
取り付けられ、上端部にはブレーキファン３が設けられ
ている。４は軸の半径方向を支えるジャーナル軸受であ
り、スラスト方向（軸方向）を支えるためにスラストカ
ラーの上下にスラスト軸受５が用いられている。ガスの
流れを説明すると、タービン入口の高圧ヘリウムガス６
は固定リング８とノズル翼９および可動リング１０より
構成される可変ノズルにより加速され噴出する。次に、
この噴出ガスはタービン翼２に動力を伝達し、断熱膨張
して温度・圧力が低下してタービン出口ガス７となり、
真空保冷槽１４内に設けられてたヘリウム冷凍機を構成
する他の構成要素（例えば熱交換器）に導かれる。一
方、ノズル出口からの一部のガスはジャーナル軸受４が
設けられた常温の軸受室を通りブレーキファン３の閉ル
ープの循環経路（図示していない）まで充満して圧力平
衝を保つ。ブレーキファン３は高速回転してヘリウムガ
ス１２を吸込み、断熱圧縮してヘリウムガス１３を吐出
して再びヘリウムガス１２を吸込む閉サイクルを構成し
ている。また、このとき発生した圧縮熱は外部の冷水式
ブレーキクーラ（図示していない）によって系外に取り
去られる。なお、１５は膨張タービンを構成要素を収納
するケーシングであり、１１は可変ノズルの可動リング
を回転させる駆動源であるアクチュエータを示す。図２
に可変ノズルの構造の一実施例を示す。可動ピン２２は
可動リング１０に固定され、ノズル翼９に設けた溝２１
の中を動くことができる。固定ピン２３は、固定リング
８（図１に示す）に設置してる。可動リング１０に設け
たアーム２４をＡ−Ａ’方向に動かして可動リング１０
を回転させると、可動ピン２２は溝２１の中を動きノズ
ル翼９の角度を変えてノズルの流路面積を変更すること
ができる。さらに、本実施例ではタービン翼２とタービ
ン翼２の外周に設けた可変ノズル（固定リング８、ノズ
ル翼９、可動リング１０）は真空保冷槽内には配置せ
ず、アクチュエータ１１とほぼ水平な位置に配置してあ
るので、可動リング１０に設けたアーム２４はアクチュ
エータ１１で水平方向に容易に駆動できる。
る。図１は、本発明をヘリウム膨張タービンに適用した
場合の一実施例を示す。図１は例えば、ヘリウム冷凍機
に用いられる膨張タービンの構造図を示したものであ
る。高速回転するシャフト１の下端にはタービン翼２が
取り付けられ、上端部にはブレーキファン３が設けられ
ている。４は軸の半径方向を支えるジャーナル軸受であ
り、スラスト方向（軸方向）を支えるためにスラストカ
ラーの上下にスラスト軸受５が用いられている。ガスの
流れを説明すると、タービン入口の高圧ヘリウムガス６
は固定リング８とノズル翼９および可動リング１０より
構成される可変ノズルにより加速され噴出する。次に、
この噴出ガスはタービン翼２に動力を伝達し、断熱膨張
して温度・圧力が低下してタービン出口ガス７となり、
真空保冷槽１４内に設けられてたヘリウム冷凍機を構成
する他の構成要素（例えば熱交換器）に導かれる。一
方、ノズル出口からの一部のガスはジャーナル軸受４が
設けられた常温の軸受室を通りブレーキファン３の閉ル
ープの循環経路（図示していない）まで充満して圧力平
衝を保つ。ブレーキファン３は高速回転してヘリウムガ
ス１２を吸込み、断熱圧縮してヘリウムガス１３を吐出
して再びヘリウムガス１２を吸込む閉サイクルを構成し
ている。また、このとき発生した圧縮熱は外部の冷水式
ブレーキクーラ（図示していない）によって系外に取り
去られる。なお、１５は膨張タービンを構成要素を収納
するケーシングであり、１１は可変ノズルの可動リング
を回転させる駆動源であるアクチュエータを示す。図２
に可変ノズルの構造の一実施例を示す。可動ピン２２は
可動リング１０に固定され、ノズル翼９に設けた溝２１
の中を動くことができる。固定ピン２３は、固定リング
８（図１に示す）に設置してる。可動リング１０に設け
たアーム２４をＡ−Ａ’方向に動かして可動リング１０
を回転させると、可動ピン２２は溝２１の中を動きノズ
ル翼９の角度を変えてノズルの流路面積を変更すること
ができる。さらに、本実施例ではタービン翼２とタービ
ン翼２の外周に設けた可変ノズル（固定リング８、ノズ
ル翼９、可動リング１０）は真空保冷槽内には配置せ
ず、アクチュエータ１１とほぼ水平な位置に配置してあ
るので、可動リング１０に設けたアーム２４はアクチュ
エータ１１で水平方向に容易に駆動できる。
【０００７】したがって、本実施例によればタービン翼
と可変ノズルが真空保冷槽の外に設置されているので、
アクチュエータの単純な直線運動だけで、容易にノズル
面積を変更できる効果があり、さらには信頼の高い、効
率の良い膨張タービンを提供できる効果がある。
と可変ノズルが真空保冷槽の外に設置されているので、
アクチュエータの単純な直線運動だけで、容易にノズル
面積を変更できる効果があり、さらには信頼の高い、効
率の良い膨張タービンを提供できる効果がある。
【０００８】次に、本発明の他の実施例を図３により説
明する。図３において、図３には本発明の他の実施例を
示す。図１と同一符号のものの説明は省略する。３１は
タービンのケーシング１５の外周に配置された断熱材で
ある。タービン翼２に近い部分は一般的に低温であり、
常温からの侵入熱の影響でタービン効率の低下を招きや
すい。したがって、本実施例によればタービンのケーシ
ングに断熱材を設けてあるので、侵入熱を小さくするこ
とができ、タービンの効率を高める効果がある。その他
の効果は前述の実施例と同じである。
明する。図３において、図３には本発明の他の実施例を
示す。図１と同一符号のものの説明は省略する。３１は
タービンのケーシング１５の外周に配置された断熱材で
ある。タービン翼２に近い部分は一般的に低温であり、
常温からの侵入熱の影響でタービン効率の低下を招きや
すい。したがって、本実施例によればタービンのケーシ
ングに断熱材を設けてあるので、侵入熱を小さくするこ
とができ、タービンの効率を高める効果がある。その他
の効果は前述の実施例と同じである。
【０００９】さらに、本発明の他の実施例を図４により
説明する。図４において、図１と同一符号のものの説明
は省略する。第２のケーシング３２はタービンのケーシ
ング１２と真空保冷槽のフランジ３４およびアクチュエ
ータ１１と気密に接続されており（例えば溶接されてい
る）、第２のケーシング３２内は真空槽３３を形成して
いる。したがって、本実施例によれば常温からの侵入熱
をさらに低減する効果があり、タービンの効率をより高
める効果がある。その他の効果は前述の実施例と同じで
ある。
説明する。図４において、図１と同一符号のものの説明
は省略する。第２のケーシング３２はタービンのケーシ
ング１２と真空保冷槽のフランジ３４およびアクチュエ
ータ１１と気密に接続されており（例えば溶接されてい
る）、第２のケーシング３２内は真空槽３３を形成して
いる。したがって、本実施例によれば常温からの侵入熱
をさらに低減する効果があり、タービンの効率をより高
める効果がある。その他の効果は前述の実施例と同じで
ある。
【００１０】
【発明の効果】本実施例によれば、可変ノズル式膨張タ
ービンのノズル面積を簡単な構造でかつ容易に行うこと
ができ、信頼性の高い、効率の良い膨張タービンを提供
でき、さらにはヘリウム冷凍機の信頼性と性能を高める
効果がある。
ービンのノズル面積を簡単な構造でかつ容易に行うこと
ができ、信頼性の高い、効率の良い膨張タービンを提供
でき、さらにはヘリウム冷凍機の信頼性と性能を高める
効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す可変ノズル式膨張ター
ビンの構造図である。
ビンの構造図である。
【図２】可変ノズルの構造を示す構造図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す可変ノズル式膨張タ
ービンの構造図である。
ービンの構造図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す可変ノズル式膨張タ
ービンの構造図である。
ービンの構造図である。
１…シャフト、２…タービン翼、８…固定リング、９…
ノズル翼、１０…可動リング、１１…アクチュエータ、
１３…真空保冷槽、１５…ケ−シング。
ノズル翼、１０…可動リング、１１…アクチュエータ、
１３…真空保冷槽、１５…ケ−シング。
Claims (3)
- 【請求項１】ノズル面積を変化できる可変ノズルと、一
端にタービン翼を設け他端にブレーキファンを取り付け
た主軸がジャーナル軸受及びスラスト軸受にて支持さ
れ、前記構成部材を収納するケーシングから成る寒冷発
生用の膨張タービンにおいて、前記膨張タービン翼が前
記膨張タービンのケーシングが固定される真空保冷槽の
外に設置されることを特徴とする可変ノズル式膨張ター
ビン。 - 【請求項２】前記ケーシングの前記真空保冷槽側の一部
分が断熱材で保冷されていることを特徴とする請求項１
記載の可変ノズル式膨張タービン。 - 【請求項３】前記ケーシングの前記真空保冷槽側の一部
分が真空断熱されていることを特徴とする請求項１記載
の可変ノズル式膨張タービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28983592A JPH06137101A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 可変ノズル式膨張タービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28983592A JPH06137101A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 可変ノズル式膨張タービン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06137101A true JPH06137101A (ja) | 1994-05-17 |
Family
ID=17748391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28983592A Pending JPH06137101A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 可変ノズル式膨張タービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06137101A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6382910B1 (en) | 1999-11-05 | 2002-05-07 | Japan Atomic Energy Research Institute | Turbine expansion machine with variable nozzle mechanism |
| EP1975375A2 (en) | 2007-03-29 | 2008-10-01 | IHI Corporation | Heat insulating structure for expansion turbine, and method of manufacturing the same |
| US8257026B2 (en) | 2007-03-30 | 2012-09-04 | Ihi Corporation | Expansion turbine |
-
1992
- 1992-10-28 JP JP28983592A patent/JPH06137101A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6382910B1 (en) | 1999-11-05 | 2002-05-07 | Japan Atomic Energy Research Institute | Turbine expansion machine with variable nozzle mechanism |
| EP1975375A2 (en) | 2007-03-29 | 2008-10-01 | IHI Corporation | Heat insulating structure for expansion turbine, and method of manufacturing the same |
| JP2008248743A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Ihi Corp | 膨張タービンの断熱構造およびその製作方法 |
| US8262350B2 (en) | 2007-03-29 | 2012-09-11 | Ihi Corporation | Heat insulating structure for expansion turbine, and method of manufacturing the same |
| US8257026B2 (en) | 2007-03-30 | 2012-09-04 | Ihi Corporation | Expansion turbine |
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