JPS6065201A - Expansion turbine thrust control device - Google Patents
Expansion turbine thrust control deviceInfo
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- JPS6065201A JPS6065201A JP17290483A JP17290483A JPS6065201A JP S6065201 A JPS6065201 A JP S6065201A JP 17290483 A JP17290483 A JP 17290483A JP 17290483 A JP17290483 A JP 17290483A JP S6065201 A JPS6065201 A JP S6065201A
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- pressure
- impeller
- thrust
- expansion turbine
- bearing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
- F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
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.
空気分離装店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。従って、各運転条件におい
て膨張タービンの出入口の荷も弯１ヒする。したがって
、このスラスト負荷を十分支えることができるスラスト
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 facilities and the like are used under a wide range of operating conditions from normal temperature conditions to extremely low temperature conditions in plants. Therefore, under each operating condition, the load at the inlet and outlet of the expansion turbine also bends. Therefore, a thrust bearing that can sufficiently support this thrust load needs to be incorporated into the expansion turbine.
一般に、フルシュ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。（機械工学朗覧
改訂５版Ｐ９−４４）Ｆ＝Ｐ＋ＸＡ＋＋ＰｔＸＡ１ Ｐ
３ＸＡＩ Ｐａ×ｋｓ ・・−・・（１）ここに Ｆ−
回転軸に作用するスラストＰ、−インペラー人口圧力
■）２−インペラー出口圧力
ｐ３．ｐ、 ＝インペラー背面圧力
Ａ、〜Ａ４−圧力Ｐ、〜Ｐ４の作用する受圧面受圧面積
Ａ１〜Ａ４ はインペラー形状によって決まるものであ
るが、Ｐ＋、Ｐａ の圧力膨張タービンの運転条件によ
って変動するものである。従って高圧力のプロセスガス
な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１ヒ
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
どの欠点があった。Generally, in an expansion turbine having an impeller with a full shroud, 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 Recitation Revised 5th Edition P9-44) F=P+XA++PtXA1 P
3XAI Pa×ks ・・・・・・(1) Here F-
Thrust P acting on the rotating shaft, - Impeller population pressure ■) 2 - Impeller outlet pressure p3. p, = Impeller back pressure A, ~A4 - Pressure P, ~ The pressure receiving area A1 to A4 on the pressure receiving surface where P4 acts is determined by the impeller shape, but varies depending on the operating conditions of the pressure expansion turbine of P+, Pa. It is. Therefore, in an expansion turbine that processes high-pressure process gas, there are operating conditions ranging from low pressure to high pressure, and the shaft thrust varies greatly depending on the operating conditions. Therefore, since a thrust bearing with a high load capacity is required, there are disadvantages such as an increase in bearing loss, an increase in the amount of bearing lubricating oil, and a decrease in the amount of recovered electric power in the power recovery type expansion turbine.
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.
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
力の差によって決まる。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な処理する膨張ター
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った。The magnitude of the axial thrust generated in the expansion turbine is determined by the difference between the impeller back pressure and the 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 gases, 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.
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一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ィフューザ−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
スのショ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、二のラビリンス６．７に囲まれる部分は背面圧力
室８となっている。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. Second
The figure shows a cross section of a portion of the impeller of an expansion turbine. The process gas in the scroll 1 passes through the nozzle 2, undergoes adiabatic expansion, becomes a jet gas, enters the impeller 3, rotates the impeller, and then flows to the diffuser 4. A labyrinth 5 is provided at the front outlet of the impeller 3 to prevent a short path of the process gas. Also, impeller 3
A labyrinth 6 and a labyrinth 7 are provided on the outer periphery of the back surface and a labyrinth 7 on the inner periphery, respectively, and the area surrounded by the second labyrinth 6.7 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
ンペラー朋面方向へ作用する場合の規定値であり、この
上限信号により、スクロール１から高圧のプロセスガス
を背面圧力室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。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 direction of the impeller surface. A line equipped with a control valve 10 is attached.
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−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
のガスをディフューザ−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。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 gas in this area to be removed from the back pressure chamber 8. A line is provided with a control valve 11 for feeding into the diffuser 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っことにより。By having the configuration and operation as described above.
Ｌ！ ／ｒｌ ｋ Ａナト３し入社よＹセ昌イＬノー、
屑ち一弔αルする軸スラストを一定範囲内に保持するこ
とが可能で序）す、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。L! /rl k A Nato 3 and join Y Se Chang I L No,
Any thrust bearing suitable for expansion turbines can be designed that is capable of keeping the debris-collecting shaft thrust within a certain range.
次１．＝、上記膨張タービンのスラスト制御に関し。Next 1. = Regarding the thrust control of the expansion turbine.
スラスト軸受の温度を検出することにより、上記コント
ロール弁Ｉｎ 、 １１を作動させてスラストを制御す
る方法を以下に説明する。A method of controlling the thrust by operating the control valve In, 11 by detecting the temperature of the thrust bearing will be described below.
スラスト軸受の使用限界は、一般に軸受メタルの温度に
よって判定できる。高負荷のスラストがスラスト軸受に
作用すると、軸受部での損失が増大し軸受メタルの温度
が上昇する。この軸受温度の限界は軸受メタルの材質、
潤滑油の種類等により決定されるもので、それぞれの軸
受に固有の値となる。従って、軸受メタルの使用温度限
界を事前に把握しておくことによりこの使用温度限界を
越えないようスラスト負荷を制御すれば、任意のスラス
ト軸受を膨張タービンに組込むことができる。The usage limit of a thrust bearing can generally be determined by the temperature of the bearing metal. When a high load thrust acts on a thrust bearing, loss in the bearing increases and the temperature of the bearing metal rises. The limit of this bearing temperature depends on the material of the bearing metal.
It is determined by the type of lubricant, etc., and is a value unique to each bearing. Therefore, if the operating temperature limit of the bearing metal is known in advance and the thrust load is controlled so as not to exceed this operating temperature limit, any thrust bearing can be incorporated into the expansion turbine.
第３図により、この考え方にそって軸スラストを制御す
る方法を説明する。膨張タービンでの軸スラスト発生機
構は第２図で説明のものと同じである。スラスト軸受に
は、負荷側と反負荷側のそれぞれにスラスト軸受メタル
温度を測定する温度計１２ 、１３を設け、この温度計
１２ 、１３からの信号によりコントロール弁１０ 、
１１を作動させる。作動の条件は、温度計１２の温度上
限でコントロール弁１１を開き、また、温度計１３の作
動によりコントロール弁ｌＯを開くことにより、インペ
ラ一部で発生する軸スラストを制御することができる。A method of controlling the axial thrust based on this concept will be explained with reference to FIG. The axial thrust generation mechanism in the expansion turbine is the same as that described in FIG. The thrust bearing is provided with thermometers 12 and 13 for measuring the thrust bearing metal temperature on the load side and anti-load side, respectively, and the control valves 10 and 10 are controlled by signals from the thermometers 12 and 13.
11 is activated. The operating conditions are that the control valve 11 is opened when the temperature of the thermometer 12 is at the upper limit, and the control valve IO is opened by the operation of the thermometer 13, thereby making it possible to control the axial thrust generated in a part of the impeller.
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比、軸シ損失の減少お
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, it is possible to design a thrust bearing suitable for an expansion turbine, and it is possible to reduce the compactness ratio of the thrust bearing, reduce the shaft loss, and reduce the amount of bearing lubricating oil. Furthermore, the power recovery type expansion turbine has the effect of increasing the amount of recovered electric power.
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、第３図は本発明の他の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・・・・・・ディフューザー
、９・・・・・差圧針。
１０°°゛°° コントロール弁、 １１・・・・・コ
ントロール弁、１２・・・・・ 温度計、１３・・・・
・温度計、８・・・・・ 背面圧力室第１図
才２図
才３図
σ Ｖ ６Figure 1 shows the impeller cross section! FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention. 1°゛°゛゛scroll, 2...nozzle, 3.
... Impeller, 4 ... Diffuser, 9 ... Differential pressure needle. 10°°゛°° Control valve, 11... Control valve, 12... Thermometer, 13...
・Thermometer, 8... Rear pressure chamber 1st figure 2nd figure 3rd figure σ V 6
Claims (1)
軸端に設けたインペラーと、このインペラーにプロセス
を供給するノズルを有した膨張タービンにおいて、イン
ペラー背面の圧力と出口部の圧力の差を検出してこの検
出信号によりスクロール部よりインペラー背面へ制圧の
プロセスガスな供給するコントロール弁を有すラインを
有するラインを設けたことを特徴とする膨張タービンの
スラスト制御装に’１． 。1. In an expansion turbine that has a rotating shaft supported by a bearing, an impeller installed at the end of the rotating shaft, and a nozzle that supplies process to the impeller, the difference between the pressure at the back of the impeller and the pressure at the outlet is calculated. A thrust control system for an expansion turbine characterized in that a line having a control valve that detects and supplies a pressurized process gas from a scroll portion to the back surface of an impeller based on the detection signal is provided. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17290483A JPS6065201A (en) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | Expansion turbine thrust control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17290483A JPS6065201A (en) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | Expansion turbine thrust control device |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62131220A Division JPS62294701A (en) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | Expansion turbine thrust control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6065201A true JPS6065201A (en) | 1985-04-15 |
| JPH0120281B2 JPH0120281B2 (en) | 1989-04-14 |
Family
ID=15950493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17290483A Granted JPS6065201A (en) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | Expansion turbine thrust control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6065201A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0626301A (en) * | 1992-07-08 | 1994-02-01 | Kobe Steel Ltd | Expansion turbine |
| EP1281836A3 (en) * | 2001-08-03 | 2004-01-28 | Atlas Copco Energas Gmbh | Turbomachine |
-
1983
- 1983-09-21 JP JP17290483A patent/JPS6065201A/en active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0626301A (en) * | 1992-07-08 | 1994-02-01 | Kobe Steel Ltd | Expansion turbine |
| EP1281836A3 (en) * | 2001-08-03 | 2004-01-28 | Atlas Copco Energas Gmbh | Turbomachine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0120281B2 (en) | 1989-04-14 |
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