[发明专利]膨胀涡轮装置

说明书

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、迷宫式密封件、气体供给路径、以及混合气体排出路径，向迷宫式密封件的中途供给的气体的压力低于膨胀室的入口压力且高于静压轴承的背压。

技术领域

本发明涉及膨胀涡轮（Expansion Turbine）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。

背景技术

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（labyrinth seal）（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。

发明内容

发明要解决的问题：

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，本发明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：

根据本发明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供转轴插通的主体；容纳于所述膨胀室内并使制冷剂气体膨胀的涡轮叶轮；容纳于所述制动气体室内并通过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，且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，并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；设置于所述轴承室与所述膨胀室之间的迷宫式密封件；用于向所述迷宫式密封件的中途供给与所述制冷剂气体相同种类的气体的气体供给路径；以及上游端连接于所述静压气体轴承的轴承室出口，并将通过所述静压气体轴承的所述轴承气体、从所述膨胀室通过所述迷宫式密封件泄漏至所述轴承室的制冷剂气体、和向所述迷宫式密封件的中途供给的气体的混合气体排出的混合气体排出路径；向所述迷宫式密封件的中途供给的气体的压力低于所述膨胀室的入口压力且高于所述静压轴承的背压。