JP2953212B2 - Expansion turbine with braking fan - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム液化冷凍装置
に付設された制動ファン式膨張タービンに関するもので
あり、特にタービン軸のスラスト力を有効に低減させ得
るように構成された制動ファン式膨張タービンに係るも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brake fan type expansion turbine attached to a helium liquefaction refrigeration apparatus, and more particularly to a brake fan type expansion turbine configured to effectively reduce the thrust force of a turbine shaft. It relates to a turbine.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ヘリウム液化冷凍装置には、通常膨張タ
ービンが付設されている。そして、この膨張タービン
は、ヘリウムの温度を低下させるためのヘリウムの断熱
膨脹仕事を利用して回転力が引き出されるように構成さ
れている。2. Description of the Related Art A helium liquefaction refrigeration system is usually provided with an expansion turbine. And this expansion turbine is comprised so that rotational force may be extracted using the adiabatic expansion work of helium for lowering the temperature of helium.

【０００３】このような膨張タービンには通常制動ファ
ンが設けられている。制動ファンは、膨張タービンに設
けられた回転シャフトに、インペラに対向して設けら
れ、インペラの回転を抑制し制御する用に供される。[0003] Such expansion turbines are usually provided with a braking fan. The braking fan is provided on a rotating shaft provided in the expansion turbine so as to face the impeller, and is used for suppressing and controlling the rotation of the impeller.

【０００４】図７は上記のような従来の膨張タービンの
一例を示す断面説明図である。この図に示すように、ヘ
リウム液化冷凍装置に使用される膨張タービン１０は、
回転シャフト２の一端に固設されたインペラ２１と、上
記回転シャフト２の他端に設けられた制動ファン２２
と、それらを内装するケーシング３とから基本構成され
ている。FIG. 7 is an explanatory sectional view showing an example of the conventional expansion turbine as described above. As shown in this figure, the expansion turbine 10 used in the helium liquefaction refrigeration system has:
An impeller 21 fixed at one end of the rotating shaft 2 and a braking fan 22 provided at the other end of the rotating shaft 2
And a casing 3 that houses them.

【０００５】ケーシング３のインペラ２１に対応した部
分には、寒冷媒体として用いられるヘリウムＨを膨張タ
ービン１０内に導入するための入口ノズル３１が設けら
れ、さらにこの入口ノズル３１の下流側には前室３２が
設けられている。この前室３２の下流側にはインペラ２
１の外周部に対向した噴出ノズル３３が設けられてお
り、インペラ２１の下流側には後室３４が設けられてい
る。A portion of the casing 3 corresponding to the impeller 21 is provided with an inlet nozzle 31 for introducing helium H used as a cold refrigerant into the expansion turbine 10. A chamber 32 is provided. Downstream of the front chamber 32 is an impeller 2
A jet nozzle 33 facing the outer peripheral portion of the first impeller 1 is provided, and a rear chamber 34 is provided downstream of the impeller 21.

【０００６】そして、上記入口ノズル３１を介して導入
されたヘリウムＨは、前室３２を経由して、噴出ノズル
３３およびインペラ２１で構成されるタービン部で断熱
膨脹仕事をして、温度および圧力が低下し、後室３４を
経由して膨脹タービン１０から導出される。この膨脹仕
事は、インペラ２１から回転シャフト２を経由して制動
ファン２２に回転エネルギーとして伝えられる。The helium H introduced through the inlet nozzle 31 performs an adiabatic expansion work in a turbine section composed of the ejection nozzle 33 and the impeller 21 through the front chamber 32, and the temperature and pressure are increased. From the expansion turbine 10 via the rear chamber 34. This expansion work is transmitted as rotational energy from the impeller 21 to the brake fan 22 via the rotary shaft 2.

【０００７】一方、上記ケーシング３内の制動ファン２
２が設けられている部分には、仕切壁の役目を果たす環
状の案内筒３６の先端部が、制動ファン２２の回転周面
に対向するように設けられ、制動ファン２２の案内筒３
６先端部側にファン部通路４３が形成され、ケーシング
３の側壁３ａと案内筒３６の基端部側との間に側壁部通
路４４が設けられている。On the other hand, the braking fan 2 in the casing 3
2 is provided with a distal end of an annular guide cylinder 36 serving as a partition wall so as to face the rotating peripheral surface of the braking fan 22.
6, a fan passage 43 is formed at the distal end side, and a side wall passage 44 is provided between the side wall 3a of the casing 3 and the base end side of the guide cylinder 36.

【０００８】そして、上記案内筒３６の外周面とケーシ
ング３の内壁面とで囲まれた空間に環状の第一室３５が
形成されるとともに、案内筒３６の内周面とケーシング
３の側壁３ａ内面とで囲まれた空間に第二室３７が形成
され、これら第一および第二室３５、３７には制動用の
ヘリウムガスＨ’が封入されており、上記ファン部通路
４３、第一室３５、側壁部通路４４および第二室３７と
で上記封入されたヘリウムガスＨ’が循環移動する閉通
路が形成されている。An annular first chamber 35 is formed in a space surrounded by the outer peripheral surface of the guide cylinder 36 and the inner wall surface of the casing 3, and the inner peripheral surface of the guide cylinder 36 and the side wall 3a of the casing 3 are formed. A second chamber 37 is formed in a space surrounded by the inner surface, and the first and second chambers 35 and 37 are filled with helium gas H ′ for braking. A closed passage through which the enclosed helium gas H 'circulates is formed by the passage 35, the side wall passage 44 and the second chamber 37.

【０００９】第一室３５には上記ヘリウムガスＨ’を冷
却するための熱交換器４２が設けられ、側壁部通路４４
にはヘリウムガスＨ’の流量を制御するための速度制御
弁４１が設けられている。The first chamber 35 is provided with a heat exchanger 42 for cooling the helium gas H ', and a side wall passage 44
Is provided with a speed control valve 41 for controlling the flow rate of the helium gas H ′.

【００１０】従って、上記入口ノズル３１を介して膨張
タービン１０内に導入されたヘリウムＨによってインペ
ラ２１が回転すると、その回転は回転シャフト２を介し
て制動ファン２２に伝達され、この制動ファン２２の回
転によって循環経路４内に封入されたヘリウムガスＨ’
はファン部通路４３、第一室３５、側壁部通路４４およ
び第二室３７と循環移動し、制動ファン２２からヘリウ
ムガスＨ’に熱として伝えられたエネルギーは第一室３
５内に設けられた熱交換器４２よって取り去られ、結局
ヘリウムＨの保有する熱が連続的に汲み上げられ、イン
ペラ２１を通過した寒冷媒体としてのヘリウムＨは定常
的に冷却されることになる。Therefore, when the impeller 21 is rotated by the helium H introduced into the expansion turbine 10 through the inlet nozzle 31, the rotation is transmitted to the braking fan 22 via the rotary shaft 2, and the rotation of the braking fan 22 is controlled. Helium gas H 'sealed in the circulation path 4 by rotation
Circulates through the fan section passage 43, the first chamber 35, the side wall section passage 44, and the second chamber 37, and the energy transmitted as heat from the brake fan 22 to the helium gas H '
The heat of the helium H is removed by the heat exchanger 42 provided in the pump 5, and the heat of the helium H is continuously pumped up. As a result, the helium H as the cold refrigerant passing through the impeller 21 is constantly cooled. .

【００１１】ところで、ヘリウム液化・冷凍装置として
使用される制動ファン付膨張タービンにおいては、回転
シャフト２の軸受として一般に気体軸受が使用される。In an expansion turbine with a braking fan used as a helium liquefaction / refrigeration system, a gas bearing is generally used as a bearing for the rotating shaft 2.

【００１２】すなわち、回転シャフト２を受けるケーシ
ング３の内周面には環状にジャーナル軸受２４が設けら
れ、回転シャフト２に鍔状に設けられたスラストカラー
２３の両外側面を挾持するようにスラスト軸受２５が設
けられており、これらの軸受２４、２５に気体通路３９
を介して気体軸受用のヘリウムＨ’’が供給されるよう
になっている。ジャーナル軸受２４と回転シャフト２と
の間隙、およびスラスト軸受２５とスラストカラー２３
との間隙にヘリウムＨ’’の流れが介在されて気体軸受
が形成されている。That is, an annular journal bearing 24 is provided on the inner peripheral surface of the casing 3 that receives the rotary shaft 2, and the journal bearing 24 is provided so as to sandwich both outer surfaces of a thrust collar 23 provided in a flange shape on the rotary shaft 2. A bearing 25 is provided, and a gas passage 39 is provided in these bearings 24, 25.
Helium H ″ for gas bearing is supplied via the helium. The gap between the journal bearing 24 and the rotary shaft 2, and the thrust bearing 25 and the thrust collar 23
A gas bearing is formed with a flow of helium H ″ interposed in the gap.

【００１３】これらの軸受２４、２５に供給されたヘリ
ウムは、一方ケーシング３の中央内部には回転シャフト
２を取り巻くように形成され環状の軸受室３８に一旦集
合させられ、その後外部に排出されて循環使用される。The helium supplied to the bearings 24 and 25 is formed inside the center of the casing 3 so as to surround the rotary shaft 2, is once collected in an annular bearing chamber 38, and then discharged outside. Used for circulation.

【００１４】ところで、上記のような気体軸受は、油軸
受に比べて軸受としての負荷能力が低いため、回転シャ
フト２が垂直に配置されたいわゆる縦置型膨張タービン
ではスラスト負荷を極力低減することが必要になる。特
に動圧型気体軸受は、低速時に軸受性能をほとんど発揮
することができないため、低速運転を避ける工夫が必要
であり、従って動圧型気体軸受を採用した上記のような
制動ファン付膨張タービンにおいては、起動時に制動フ
ァンの能力を小さくし、加速しやすくすると同時に、ロ
ータに加わるスラスト荷重を小さくする工夫が必要にな
る。Incidentally, the gas bearing as described above has a lower load capacity as a bearing than an oil bearing. Therefore, in a so-called vertical expansion turbine in which the rotating shaft 2 is arranged vertically, it is possible to reduce the thrust load as much as possible. Will be needed. In particular, the dynamic pressure type gas bearing can hardly exhibit the bearing performance at low speed, so it is necessary to devise to avoid low speed operation.Therefore, in the expansion turbine with a braking fan as described above employing the dynamic pressure type gas bearing, At the same time, it is necessary to reduce the thrust load applied to the rotor while reducing the capacity of the braking fan at the time of startup to facilitate acceleration.

【００１５】例えば、特公平１−４０２０２号公報によ
って開示されている制動ファン付膨張タービンにおいて
は、軸受室３８と第一室３５の制動ファン２２出口部分
とを連通する連絡路Ｘが設けられている。その結果軸受
室３８と上記第一室３５とが均圧化してスラスト荷重が
減少するようになっている。For example, in an expansion turbine with a braking fan disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-40202, a communication path X is provided for communicating the bearing chamber 38 with the outlet of the braking fan 22 in the first chamber 35. I have. As a result, the bearing chamber 38 and the first chamber 35 are equalized to reduce the thrust load.

【００１６】また、特公平３−５０９５１号公報によっ
て開示されている膨張タービン運転制御方法において
は、制動用ガス（例えばヘリウムガスＨ’）を循環させ
る循環経路４にガス排出ラインＹが設けられ、膨張ター
ビン１０の起動時にはこのガス排出ラインＹからヘリウ
ムガスＨ’を抜き取り、循環経路４内を減圧してスラス
ト力を低減させると同時に制動ファンの能力をも低減さ
せるように構成されている。In the expansion turbine operation control method disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-50951, a gas discharge line Y is provided in a circulation path 4 for circulating a braking gas (for example, helium gas H '). When the expansion turbine 10 is started, the helium gas H 'is extracted from the gas discharge line Y, and the pressure in the circulation path 4 is reduced to reduce the thrust force and at the same time reduce the capacity of the braking fan.

【００１７】さらに、インペラ２１の背面部と循環経路
４の第二室３７とを連通する連通経路Ｚを設け、インペ
ラ２１の背面部と循環経路４の第二室３７とを均圧にし
てスラスト力を低減させることが考えられる。Further, there is provided a communication path Z for communicating the rear part of the impeller 21 and the second chamber 37 of the circulation path 4, and equalizing the pressure of the rear part of the impeller 21 and the second chamber 37 of the circulation path 4 to achieve thrust. It is conceivable to reduce the force.

【００１８】[0018]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来ヘリウ
ム液化・冷凍装置は冷凍能力が１００Ｗ程度の小型のも
のが主流であったが、近年その大型化が希求され、冷凍
能力が１０００Ｗ〜２０００Ｗ規模のものが設置される
ようになった。Conventionally, helium liquefaction / refrigeration systems having a refrigerating capacity of about 100 W have been mainly used. However, in recent years, a larger helium liquefaction / refrigeration apparatus has been demanded. Things came to be installed.

【００１９】このように冷凍装置の大型化が進むと、制
動用ガスの循環経路４の容積は、上記冷凍能力の３／２
乗に比例して大きくしなければならないといわれてい
る。例えば１００Ｗの冷凍機と１０００Ｗの冷凍機とを
比較すると、 （１０００／１００）³／²＝３１．６ すなわち、冷凍機の能力上昇は１０倍であるにも拘ら
ず、循環経路４の容積は３１．６倍にしなければ従来と
同様の制動効果は得られない。従って、循環経路４の圧
力を均圧するためには、この循環経路４に供給する、ま
たはこの循環経路４から排気するヘリウムガスＨ’の量
も３１．６倍になる。As the size of the refrigeration system increases, the volume of the braking gas circulation path 4 becomes 3/2 of the refrigeration capacity.
It is said that it must be increased in proportion to the power. For example, comparing the 100W refrigerator and 1000W of refrigerator (1000/100) ^3/2 = 31.6 i.e., capacity increase of the refrigerator is despite a 10-fold volume of the circulation path 4 If it is not 31.6 times, the same braking effect as the conventional one cannot be obtained. Therefore, in order to equalize the pressure in the circulation path 4, the amount of the helium gas H ′ supplied to or exhausted from the circulation path 4 also becomes 31.6 times.

【００２０】そのようなわけで、大型の冷凍装置をつく
るに際しては、非常に大きな容量の循環経路４をつくる
ことになるが、循環経路４の容量が大きくなると、特公
平１−４０２０２号公報によって開示されているよう
に、軸受室３８と第一室３５の制動ファン２２出口部分
とを連通する連絡路Ｘが設けられる従来の方式では、連
絡路Ｘの流路断面積を非常に大きくしなければならな
い。従って、特公平１−４０２０２号後方の方式では、
大容量化すると、必要な時間内に必要なガスが流れて均
圧になるか否かのいわゆる応答特性が問題となる。For this reason, when making a large-sized refrigeration system, a circulation path 4 having a very large capacity is to be made. As disclosed, in the conventional method in which the communication path X that connects the bearing chamber 38 and the exit portion of the braking fan 22 of the first chamber 35 is provided, the flow path cross-sectional area of the communication path X must be very large. Must. Therefore, in the system behind Japanese Patent Publication No. 1-40202,
When the capacity is increased, a so-called response characteristic as to whether a necessary gas flows within a required time and the pressure is equalized becomes a problem.

【００２１】図８は、連絡路Ｘが設けられた膨張タービ
ン１０において、その起動時におけるインペラ２１の上
流側に設けられた前室３２の圧力の時間経過による変化
（曲線Ａ）、およびそれに追随する制動ファン２２の下
流側の第一室３５の圧力変化（曲線Ｂ）を例示してい
る。時間ａで起動され、時間ｂで曲線Ａは定常圧力に到
達しているのに、曲線Ｂは定常圧力に到達するのに時間
ｃまで係っている。このように曲線Ａと曲線Ｂとを比較
すると、必ずしも第一室３５の圧力の前室３２の圧力に
対する追随性（応答性）は良好なものであるとはいい難
い。FIG. 8 shows, with respect to the expansion turbine 10 provided with the communication path X, the change over time (curve A) of the pressure of the front chamber 32 provided on the upstream side of the impeller 21 at the time of startup (curve A), and following the change. The pressure change (curve B) in the first chamber 35 on the downstream side of the braking fan 22 is illustrated. It is activated at time a and at time b curve A reaches steady pressure, whereas curve B takes time c to reach steady pressure. As described above, when the curve A and the curve B are compared, it is difficult to say that the responsiveness of the pressure of the first chamber 35 to the pressure of the front chamber 32 is good.

【００２２】また、図９は停電や故障で圧縮源であるヘ
リウム圧縮機が停止（時間ａ）した場合の上記同様の応
答性を例示するグラフである。この図に示すように、イ
ンペラ２１の上流側に設けられた前室３２の圧力の時間
経過による変化（曲線Ａ）に対して、制動ファン２２の
下流側に設けられた第一室３５の圧力変化（曲線Ｂ）は
良好に追随しておらず、曲線Ａは急激な圧力ダウンを示
して時間ｂで定圧になっているのに、曲線Ｂは緩慢に圧
力ダウンして約倍ほどの時間で曲線Ａと同じ定圧になっ
ている。FIG. 9 is a graph illustrating the same responsiveness when the helium compressor, which is the compression source, is stopped (time a) due to a power failure or failure. As shown in this figure, the pressure of the first chamber 35 provided on the downstream side of the braking fan 22 corresponds to the change over time (curve A) of the pressure of the front chamber 32 provided on the upstream side of the impeller 21. The change (curve B) does not follow well, and the curve A shows a rapid pressure drop and becomes a constant pressure at the time b, whereas the curve B slowly reduces the pressure and takes about twice as long. The constant pressure is the same as the curve A.

【００２３】このことは、インペラ２１の背面部と循環
経路４の第二室３７とを連通する連通経路Ｚを設け、イ
ンペラ２１の背面部と循環経路４の第二室３７とを均圧
にしてスラスト力を低減させる前記の方式についても同
様である。This means that a communication path Z is provided for communicating the rear part of the impeller 21 with the second chamber 37 of the circulation path 4, and the pressure in the rear part of the impeller 21 and the second chamber 37 of the circulation path 4 is equalized. The same applies to the above-described method for reducing the thrust force.

【００２４】なお、特公平３−５０９５１号公報によっ
て開示されている、膨張タービン１０の起動時にはガス
排出ラインＹからヘリウムガスＨ’を抜き取る方式は、
起動の瞬間のみはスラスト力を低減させるように機能す
るが、ガス排出ラインＹに設けた弁が開いている間は、
循環経路４の圧力は上昇しないから、応答性は上記図８
で例示したものよりも遅くなる。The method disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-50951 for extracting the helium gas H ′ from the gas discharge line Y when the expansion turbine 10 is started is as follows.
It functions to reduce the thrust force only at the moment of startup, but while the valve provided on the gas discharge line Y is open,
Since the pressure in the circulation path 4 does not increase, the responsiveness is as shown in FIG.
Is slower than the example shown in FIG.

【００２５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、定常運転時においても過度
期（起動時、停止時等）においても、良好な応答性で膨
張タービンのスラスト荷重低減が実現する制動ファン付
膨張タービンを提供することを目的としている。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has a good response to the expansion turbine during both steady operation and transient periods (start-up, stop, etc.). It is an object of the present invention to provide an expansion turbine with a braking fan that can reduce a thrust load.

【００２６】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
制動ファン付膨張タービンは、ケーシング内に回転シャ
フトが内装され、この回転シャフトの両端にインペラと
制動ファンとが設けられ、上記インペラに圧縮源から供
給される寒冷媒体の断熱膨脹仕事によってインペラが回
転され、このインペラに連動した上記制動ファンは循環
経路に封入された制動用ガスを上記循環経路内で循環移
動させ、循環経路に設けられた速度制御弁の開度を制御
して上記制動用ガスの循環移動量を調節することによっ
て上記インペラの回転を制動するように構成された制動
ファン付膨張タービンにおいて、上記寒冷媒体の圧縮源
と上記循環経路とは弁を介して連通されていることを特
徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided an expansion turbine with a braking fan, wherein a rotating shaft is provided in a casing, and an impeller and a braking fan are provided at both ends of the rotating shaft. The impeller is rotated by the adiabatic expansion work of the cold refrigerant supplied from the compression source, and the brake fan interlocked with this impeller circulates and moves the braking gas sealed in the circulation path in the circulation path. In the expansion turbine with a braking fan configured to brake the rotation of the impeller by controlling the opening degree of the provided speed control valve to adjust the amount of circulation movement of the braking gas, the compression of the cold refrigerant is performed. The source is connected to the circulation path via a valve.

【００２７】本発明の請求項２記載の制動ファン付膨張
タービンは、請求項１記載の制動ファン付膨張タービン
において、寒冷媒体の圧縮源からインペラに寒冷媒体を
供給する媒体吐出経路が設けられ、上記インペラに供給
された寒冷媒体を圧縮源に返送する媒体吸引経路が設け
られ、上記媒体吐出経路と循環経路とが連通される第一
均圧経路が設けられ、上記媒体吸引経路と循環経路とが
連通される第二均圧経路が設けられ、この第二均圧経路
にはバイパス経路が設けられ、上記媒体吐出経路にはタ
ービン入口弁が設けられ、上記第一均圧経路には第一均
圧弁が設けられ、上記第二均圧経路には第二均圧弁が設
けられ、上記バイパス経路には緊急放出弁が上記第二均
圧弁と並列で設けられていることを特徴とするものであ
る。The expansion turbine with a braking fan according to a second aspect of the present invention is the expansion turbine with a braking fan according to the first aspect, wherein a medium discharge path for supplying a cold refrigerant from a compression source of the cold refrigerant to the impeller is provided, A medium suction path for returning the cold refrigerant supplied to the impeller to the compression source is provided, a first pressure equalizing path is provided in which the medium discharge path and the circulation path are communicated, and the medium suction path and the circulation path are provided. Is provided, a bypass path is provided in the second pressure equalizing path, a turbine inlet valve is provided in the medium discharge path, and a first pressure equalizing path is provided in the first pressure equalizing path. An equalizing valve is provided, a second equalizing valve is provided in the second equalizing path, and an emergency discharge valve is provided in the bypass path in parallel with the second equalizing valve. is there.

【００２８】本発明の請求項３記載の制動ファン付膨張
タービンは、請求項２記載の制動ファン付膨張タービン
において、ケーシング内のインペラ近傍の圧力を検出す
る第一圧力計が設けられ、循環経路内の圧力を検出する
第二圧力計が設けられ、上記第一および第二圧力計によ
って検出された圧力値が圧力信号として入力される制御
装置が設けられ、この制御装置は、上記入力された圧力
信号を基に、上記インペラ近傍と循環経路内との圧力が
略均等かまたは両者の間に所定のバイアスが形成される
ように、タービン入口弁、第一均圧弁、第二均圧弁また
は緊急放出弁に所定の開度指示信号を発信するように構
成されていることを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided an expansion turbine with a braking fan according to the second aspect, further comprising a first pressure gauge for detecting a pressure near an impeller in the casing, and a circulation path. A second pressure gauge is provided for detecting the pressure inside, and a control device is provided in which a pressure value detected by the first and second pressure gauges is input as a pressure signal. Based on the pressure signal, the turbine inlet valve, the first pressure equalizing valve, the second pressure equalizing valve, or the emergency valve is controlled so that the pressure in the vicinity of the impeller and the pressure in the circulation path are substantially equal or a predetermined bias is formed between the two. The present invention is characterized in that a predetermined opening instruction signal is transmitted to the discharge valve.

【００２９】本発明の請求項４記載の制動ファン付膨張
タービンは、請求項３記載の制動ファン付膨張タービン
において、停電時または寒冷媒体の圧縮源が故障のとき
は上記制御装置からタービン入口弁および第一均圧弁に
弁閉止の指示信号が発信されるとともに、緊急放出弁お
よび第二均圧弁に弁全開の指示信号が発信されるように
構成されていることを特徴とする請求項３記載の制動フ
ァン付膨張タービン。The expansion turbine with a braking fan according to a fourth aspect of the present invention is the expansion turbine with a braking fan according to the third aspect of the present invention. 4. A valve closing instruction signal is transmitted to the first pressure equalizing valve and a valve full opening instruction signal is transmitted to the emergency release valve and the second pressure equalizing valve. Expansion turbine with braking fan.

【００３０】[0030]

【作用】上記請求項１記載の制動ファン付膨張タービン
によれば、寒冷媒体の圧縮源と制動用ガスの循環経路と
は弁を介して連通されているため、この弁を開通するこ
とによって上記圧縮源の高圧を直ちに上記循環経路内に
導入することが可能であり、回転シャフトにスラスト荷
重がかからないように速やかに循環経路内を昇圧するこ
とができ、スラスト荷重がかからない圧力のバランスが
得られた状態で上記弁を閉止することによって回転シャ
フトにスラスト荷重がかからない状態を継続維持するこ
とが可能になる。According to the expansion turbine with a braking fan of the first aspect, the compression source of the cold refrigerant and the circulation path of the braking gas are communicated via the valve. The high pressure of the compression source can be immediately introduced into the circulation path, and the pressure in the circulation path can be quickly increased so that the thrust load is not applied to the rotating shaft, and the pressure balance without the thrust load can be obtained. By closing the valve in this state, it is possible to continuously maintain a state in which a thrust load is not applied to the rotating shaft.

【００３１】上記請求項２記載の制動ファン付膨張ター
ビンによれば、まず第一均圧経路に設けられた第一均圧
弁を開通することによって、圧縮源で圧縮された高圧の
寒冷媒体が循環経路に直ちに供給され、速やかな応答性
で循環経路内を昇圧することができる。According to the expansion turbine with a braking fan of the second aspect, the high-pressure cold refrigerant compressed by the compression source is circulated by first opening the first pressure equalizing valve provided in the first pressure equalizing path. The pressure is immediately supplied to the passage, and the pressure in the circulation passage can be increased with a quick response.

【００３２】また、第二均圧経路に設けられている第二
均圧弁を開通させることによって、循環経路と圧縮源の
上流側の媒体吸引経路とは連通されるため、循環経路内
の圧力を速やかに下降させることができる。By opening the second pressure equalizing valve provided in the second pressure equalizing path, the circulation path and the medium suction path on the upstream side of the compression source are communicated with each other. It can be lowered quickly.

【００３３】従って、第一均圧弁および第二均圧弁を適
切に操作することによって、回転シャフトにスラスト荷
重がかからないように設定することが可能である。また
圧縮源の下流側の高圧源および圧縮源の上流側の低圧源
に対する直接的な連通によって速やかに循環経路内の圧
を変更することができ、起動および停止時のような過度
期においてもスラスト荷重を低減させることは可能で、
応答性が極めて良好になるから、過渡期のスラスト荷重
が加わる時間を大幅に短縮することができる。Therefore, by appropriately operating the first and second pressure equalizing valves, it is possible to set so that a thrust load is not applied to the rotating shaft. In addition, the pressure in the circulation path can be changed quickly by direct communication with the high-pressure source downstream of the compression source and the low-pressure source upstream of the compression source. It is possible to reduce the load,
Since the response is extremely good, the time during which the thrust load is applied during the transition period can be greatly reduced.

【００３４】すなわち、膨脹タービンの起動時、第二均
圧弁を開通させるから、循環経路の圧力は、起動の初期
には低圧のインペラ付近圧力と略均圧することになるか
ら、制動ファンの能力を膨脹タービン起動時のみ低減す
ることができる。従って、膨脹タービンを急激に加速す
ることが可能になる。That is, when the expansion turbine is started, the second equalizing valve is opened, so that the pressure in the circulation path is substantially equalized with the pressure near the low-pressure impeller in the initial stage of starting, so that the capacity of the braking fan is reduced. It can be reduced only when the expansion turbine is started. Therefore, the expansion turbine can be rapidly accelerated.

【００３５】また、緊急放出弁が第二均圧弁と並列で設
けられているため、停電その他の故障で圧縮源が停止し
たときは、タービン入口弁を閉止するとともに、上記緊
急放出弁を操作して循環経路と媒体吸引経路とを速やか
に連通させれば、循環経路内の圧力は急激に低下し、媒
体吸引経路内と同圧になり、回転シャフトに加わるスラ
スト荷重を大幅に低減することができる。なおこの場
合、タービン入口弁を閉止するので、媒体吐出経路内に
残留している高圧の寒冷媒体はタービン内に導入され
ず、媒体吸引経路と循環経路とが速やかに同圧になるの
を助ける。Since the emergency discharge valve is provided in parallel with the second equalizing valve, when the compression source stops due to a power failure or other failure, the turbine inlet valve is closed and the emergency discharge valve is operated. If the circulation path and the medium suction path are quickly communicated with each other, the pressure in the circulation path decreases rapidly, becomes the same pressure as in the medium suction path, and the thrust load applied to the rotating shaft can be greatly reduced. it can. In this case, since the turbine inlet valve is closed, the high-pressure cold refrigerant remaining in the medium discharge path is not introduced into the turbine, and the medium suction path and the circulation path are quickly brought to the same pressure. .

【００３６】上記請求項３記載の制動ファン付膨張ター
ビンによれば、第一圧力計によってインペラ近傍の圧力
が検出され、第二圧力計によって循環経路内の圧力が検
出され、これらの検出値は圧力信号として制御装置に入
力されるとともに、制御装置は回転シャフトにスラスト
荷重がかからないように、すなわちインペラ近傍と循環
経路内とが均圧になるかまたは所定のバイアスが形成さ
れるように第一均圧弁または第二均圧弁に開度指示信号
が発信されるため、これを受けた第一均圧弁または第二
均圧弁は所定の開度になるように開閉して上記の均圧ま
たは所定の差圧になる開度を維持し、その結果常に自動
的に回転シャフトにはスラスト荷重がかからないように
膨張タービン内は圧力設定される。According to the expansion turbine with a braking fan, the pressure in the vicinity of the impeller is detected by the first pressure gauge, and the pressure in the circulation path is detected by the second pressure gauge. While being input to the control device as a pressure signal, the control device performs a first operation so that a thrust load is not applied to the rotating shaft, that is, a pressure is equalized or a predetermined bias is formed between the vicinity of the impeller and the circulation path. Since the opening instruction signal is transmitted to the pressure equalizing valve or the second pressure equalizing valve, the first pressure equalizing valve or the second pressure equalizing valve which receives the signal is opened and closed so as to have a predetermined opening, and the above-mentioned pressure equalizing or predetermined pressure The pressure in the expansion turbine is set such that the opening degree that results in the differential pressure is maintained, so that the thrust load is not automatically applied to the rotating shaft.

【００３７】また、第一圧力計と第二圧力計との圧差が
予め設定された値よりも大きくなる場合は、タービン入
口弁および第一均圧弁が閉止しかつ緊急放出弁が開通す
る信号が制御装置から発信されるようにしておけば、停
電などの事故によって急激にインペラ近傍の圧が低下し
た場合に緊急放出弁が開通してこの弁を介してのみ媒体
吐出経路と循環経路とが連通されてそれらの内部は速や
かに同圧となり、回転シャフトに起るべき大きなスラス
ト荷重を回避することができる。When the pressure difference between the first pressure gauge and the second pressure gauge becomes larger than a preset value, a signal indicating that the turbine inlet valve and the first pressure equalizing valve are closed and the emergency discharge valve is opened is issued. If the signal is transmitted from the control device, the emergency discharge valve opens when the pressure near the impeller suddenly drops due to an accident such as a power failure, and the medium discharge path and the circulation path communicate only through this valve. As a result, the pressure inside them becomes equal to each other quickly, and a large thrust load to be generated on the rotating shaft can be avoided.

【００３８】上記請求項４記載の制動ファン付膨張ター
ビンによれば、タービン入口弁および第一均圧弁は閉止
され、緊急放出弁および第二均圧弁は開通されるため、
循環経路は媒体吸引経路とのみ連通し、停電などの事故
によって急激にインペラ近傍の圧が低下した場合にも、
この緊急放出弁の速やかな開通によって回転シャフトに
発生すべき大きなスラスト荷重を回避することができ
る。According to the expansion turbine with a braking fan of the fourth aspect, the turbine inlet valve and the first pressure equalizing valve are closed, and the emergency discharge valve and the second pressure equalizing valve are opened.
The circulation path communicates only with the medium suction path, and even if the pressure near the impeller suddenly drops due to an accident such as a power failure,
The rapid opening of the emergency discharge valve can avoid a large thrust load generated on the rotating shaft.

【００３９】なお、緊急放出弁を設ける理由は、第二均
圧弁が制御弁としての機能を有する必要があるため、停
電時や圧縮機系の重故障による急激な媒体吐出経路の圧
力低下速度に第二均圧弁が充分追随することができない
ためである。The reason why the emergency release valve is provided is that the second pressure equalizing valve needs to have a function as a control valve, so that the pressure drop speed in the medium discharge path at the time of a power failure or a serious failure of the compressor system is reduced. This is because the second equalizing valve cannot sufficiently follow.

【００４０】また、停電または圧縮源の故障を上記圧力
計による圧力検出値から検出するのではなく、動力線の
電気回路あるいは圧縮源の駆動部材の停止から検出する
ようにしておけば、上記スラスト荷重の回避に対しより
迅速に対応される。If the power failure or the failure of the compression source is detected not from the detected pressure value by the pressure gauge but from the stop of the electric circuit of the power line or the driving member of the compression source, the thrust can be reduced. Responding more quickly to avoidance of loads.

【００４１】[0041]

【実施例】図１は本発明にかかる制動ファン付膨張ター
ビンの一例を示す断面説明図である。この図に示すよう
に、ヘリウム液化冷凍機に使用される膨張タービン１の
内部には、回転シャフト２が設けられ、この一端にはイ
ンペラ２１が固設され、他端には制動ファン２２が取り
付けられている。そしてそれらはケーシング３に内装さ
れている。1 is an explanatory sectional view showing an example of an expansion turbine with a braking fan according to the present invention. As shown in this figure, a rotating shaft 2 is provided inside an expansion turbine 1 used for a helium liquefaction refrigerator, and an impeller 21 is fixedly mounted at one end of the rotating shaft 2 and a braking fan 22 is mounted at the other end. Have been. And they are housed in the casing 3.

【００４２】本実施例においては寒冷媒体としてヘリウ
ムＨが用いられている。このヘリウムＨは、圧縮源とし
てのヘリウム圧縮機７の下流側に接続された媒体吐出経
路Ｌ１と、膨張タービン１と、膨張タービン１とヘリウ
ム圧縮機７の下流側とをつなぐ媒体吸引経路Ｌ２とによ
って形成された閉経路を、ヘリウム圧縮機７の駆動によ
って循環移動するようになっている。In this embodiment, helium H is used as the cold refrigerant. The helium H is supplied to a medium discharge path L1 connected to the downstream side of the helium compressor 7 as a compression source, an expansion turbine 1, and a medium suction path L2 connecting the expansion turbine 1 and the downstream side of the helium compressor 7. The helium compressor 7 is driven to circulate through the closed path formed by the helium compressor 7.

【００４３】ケーシング３のインペラ２１に対応した部
分には、上記ヘリウムＨを膨張タービン１内に導入する
ための入口ノズル３１が設けられ、この入口ノズル３１
に媒体吐出経路Ｌ１が接続されている。この入口ノズル
３１の下流側には前室３２が設けられ、この前室３２の
下流側にはインペラ２１の外周部に対向した噴出ノズル
３３が設けられており、インペラ２１の下流側は後室３
４につながっている。An inlet nozzle 31 for introducing the helium H into the expansion turbine 1 is provided at a portion corresponding to the impeller 21 of the casing 3.
Is connected to the medium ejection path L1. A downstream side of the inlet nozzle 31 is provided with a front chamber 32, and a downstream side of the front chamber 32 is provided with an ejection nozzle 33 facing an outer peripheral portion of the impeller 21, and a downstream side of the impeller 21 is provided with a rear chamber. 3
It is connected to 4.

【００４４】上記入口ノズル３１を介して導入されたヘ
リウムＨは、前室３２を経由して、噴出ノズル３３およ
びインペラ２１で構成されるタービン部で断熱膨脹仕事
をして、温度および圧力が低下し、後室３４を経由して
膨脹タービン１０から導出される。この膨脹仕事は、イ
ンペラ２１から回転シャフト２を経由して制動ファン２
２に回転エネルギーとして伝えられる。The helium H introduced through the inlet nozzle 31 performs an adiabatic expansion work in the turbine section composed of the ejection nozzle 33 and the impeller 21 through the front chamber 32, and the temperature and pressure decrease. Then, it is led out of the expansion turbine 10 via the rear chamber 34. This expansion work is performed by the impeller 21 via the rotary shaft 2 and the braking fan 2.
2 is transmitted as rotational energy.

【００４５】一方、上記ケーシング３内の制動ファン２
２が設けられている部分には、仕切壁の役目を果たす環
状の案内筒３６が内設されている。この案内筒３６の先
端部は制動ファン２２の回転周面に対向するように設け
られ、制動ファン２２の案内筒３６先端部側にファン部
通路４３が形成されている。そしてファン部通路４３の
下流側には環状の第一室３５が形成され、ファン部通路
４３の上流側には案内筒３６とケーシング３の側壁３ａ
とで囲まれた第二室３７が形成されている。On the other hand, the braking fan 2 in the casing 3
An annular guide cylinder 36 serving as a partition wall is provided in a portion where 2 is provided. The distal end of the guide tube 36 is provided so as to face the rotating peripheral surface of the braking fan 22, and a fan portion passage 43 is formed on the guide tube 36 distal end side of the braking fan 22. An annular first chamber 35 is formed downstream of the fan passage 43, and a guide cylinder 36 and a side wall 3 a of the casing 3 are provided upstream of the fan passage 43.
A second chamber 37 is formed.

【００４６】また、第一室３５と第二室３７とはケーシ
ング３の外部に突出して設けられた外部循環経路４０に
接続されており、第一室３５と、外部循環経路４０と、
第二室３７と、ファン部通路４３とで循環閉通路が形成
されている。この循環閉通路の中には制動用のヘリウム
ガスＨ’が封入されており、このヘリウムガスＨ’は制
動ファン２２の回転に伴って図中の矢印で示すように上
記閉通路内を循環移動するようになっている。上記循環
経路４０にはヘリウムガスＨ’を冷却するための熱交換
器４２およびヘリウムガスの流量を制御するための速度
制御弁４１が設けられている。The first chamber 35 and the second chamber 37 are connected to an external circulation path 40 projecting outside the casing 3, and the first chamber 35, the external circulation path 40,
A circulation closed passage is formed by the second chamber 37 and the fan passage 43. Helium gas H ′ for braking is sealed in the closed circulation passage, and the helium gas H ′ circulates in the closed passage as the brake fan 22 rotates as indicated by an arrow in the drawing. It is supposed to. The circulation path 40 is provided with a heat exchanger 42 for cooling the helium gas H ′ and a speed control valve 41 for controlling the flow rate of the helium gas.

【００４７】従って、上記入口ノズル３１を介して膨張
タービン１内に導入されたヘリウムＨによってインペラ
２１が回転すると、その回転は回転シャフト２を介して
制動ファン２２に伝達され、この制動ファン２２の回転
によって循環経路４内に封入されたヘリウムガスＨ’は
ファン部通路４３、第一室３５、外部循環経路４０およ
び第二室３７と循環移動し、制動ファン２２からとヘリ
ウムガスＨ’に熱として与えられたエネルギーは外部循
環経路４０に設けられた熱交換器４２よって取り去ら
れ、インペラ２１に供給されたヘリウムＨの保有する熱
が連続的に汲み上げられた状態になり、インペラ２１を
通過した寒冷媒体としてのヘリウムＨは連続的かつ定常
的に冷却されることになる。Therefore, when the impeller 21 is rotated by the helium H introduced into the expansion turbine 1 through the inlet nozzle 31, the rotation is transmitted to the brake fan 22 via the rotating shaft 2, and the rotation of the impeller 21 is controlled. The helium gas H ′ sealed in the circulation path 4 by rotation rotates and moves through the fan section passage 43, the first chamber 35, the external circulation path 40, and the second chamber 37, and heats the helium gas H ′ from the braking fan 22. Is given off by the heat exchanger 42 provided in the external circulation path 40, and the heat held by the helium H supplied to the impeller 21 is continuously pumped up and passes through the impeller 21. Helium H as the cold refrigerant thus cooled is continuously and steadily cooled.

【００４８】そして、本実施例においては、回転シャフ
ト２の軸受として気体軸受が使用されている。この気体
軸受を形成させるものとして、回転シャフト２を受ける
ケーシング３の内周面に設けられたジャーナル軸受２４
と、回転シャフト２に鍔状に設けられたスラストカラー
２３の両外側面を挾持するように設定されたスラスト軸
受２５と、これらの軸受２４、２５に気体軸受用のヘリ
ウムＨ’’を供給するための気体通路３９とが設けられ
ている。ジャーナル軸受２４と回転シャフト２との間
隙、およびスラスト軸受２５とスラストカラー２３との
間隙にヘリウムＨ’’の流れが介在し、このヘリウム
Ｈ’’で気体軸受が形成されている。In this embodiment, a gas bearing is used as a bearing for the rotary shaft 2. A journal bearing 24 provided on the inner peripheral surface of the casing 3 for receiving the rotating shaft 2 is used to form the gas bearing.
And a thrust bearing 25 set so as to sandwich both outer surfaces of a thrust collar 23 provided in a flange shape on the rotating shaft 2, and helium H ″ for a gas bearing is supplied to these bearings 24 and 25. Gas passage 39 is provided. Helium H ″ flows in the gap between the journal bearing 24 and the rotary shaft 2 and in the gap between the thrust bearing 25 and the thrust collar 23, and the helium H ″ forms a gas bearing.

【００４９】これらの軸受２４、２５に供給されたヘリ
ウムは、ケーシング３の中央内部に回転シャフト２を取
り巻くように形成され環状の軸受室３８に一旦集合させ
られ、その後外部に排出されて循環使用されるようにな
っている。The helium supplied to these bearings 24 and 25 is formed inside the center of the casing 3 so as to surround the rotary shaft 2, is once collected in an annular bearing chamber 38, and then is discharged to the outside to be recycled. It is supposed to be.

【００５０】そして、上記媒体吐出経路Ｌ１と外部循環
経路４０の熱交換器４２よりも上流側の部分との間には
第一均圧経路Ｌ３が配設されており、媒体吸引経路Ｌ２
と外部循環経路４０の熱交換器４２よりも下流側の部分
との間には第二均圧経路Ｌ４が配設され、この第二均圧
経路Ｌ４にはバイパス経路Ｌ５が設けられている。A first pressure equalizing path L3 is provided between the medium discharge path L1 and a portion of the external circulation path 40 upstream of the heat exchanger 42, and a medium suction path L2
A second pressure equalizing path L4 is provided between the second circulation path L4 and a portion of the external circulation path 40 downstream of the heat exchanger 42, and a bypass path L5 is provided in the second pressure equalizing path L4.

【００５１】上記媒体吐出経路Ｌ１の入口ノズル３１寄
りの部分にはタービン入口弁６４が設けられ、上記第一
均圧経路Ｌ３には第一均圧弁６１が設けられ、上記第二
均圧経路Ｌ４には第二均圧弁６２が設けられ、上記バイ
パス経路Ｌ５には緊急放出弁６３が設けられている。な
お、上記第二均圧弁６２と緊急放出弁６３とは互いに並
列に設けられている。A turbine inlet valve 64 is provided in a portion of the medium discharge path L1 near the inlet nozzle 31, a first pressure equalization valve 61 is provided in the first pressure equalization path L3, and a second pressure equalization path L4 is provided. Is provided with a second equalizing valve 62, and an emergency discharge valve 63 is provided in the bypass path L5. The second equalizing valve 62 and the emergency release valve 63 are provided in parallel with each other.

【００５２】また、ケーシング３にはインペラ２１の背
面部の圧力を検出する第一圧力計８１が設けられている
とともに、外部循環経路４０にはその内部の圧力を検出
する第二圧力計８２が設けられている。上記第一圧力計
８１および第二圧力計８２によって検出された圧力値は
圧力信号として制御装置８に入力されるようになってい
る。The casing 3 is provided with a first pressure gauge 81 for detecting the pressure at the back of the impeller 21, and the external circulation path 40 is provided with a second pressure gauge 82 for detecting the pressure inside the impeller 21. Is provided. The pressure value detected by the first pressure gauge 81 and the second pressure gauge 82 is input to the control device 8 as a pressure signal.

【００５３】この制御装置８は、小型のコンピュータで
あって、処理手順が記述されたプログラムが予め入力さ
れており、このプログラムによって上記入力された圧力
信号を基に所定の演算が行われ、タービン入口弁６４、
第一均圧弁６１および第二均圧弁６２に、その開度を適
切に設定する開度指令信号が発信される。The control device 8 is a small computer in which a program describing a processing procedure is input in advance, and a predetermined operation is performed by the program based on the input pressure signal, and the Inlet valve 64,
An opening command signal for appropriately setting the opening is transmitted to the first equalizing valve 61 and the second equalizing valve 62.

【００５４】そして、通常の操業時には、第一圧力計８
１が検出する圧力値と第二圧力計８２が検出する圧力値
とが略同じになるように、すなわち上記インペラ２１の
背面部の圧力と外部循環経路４０の圧力とが均等になる
ように、タービン入口弁６４、第一均圧弁６１、第二均
圧弁６２に制御装置８から所定の開度指示信号が発信さ
れる。During normal operation, the first pressure gauge 8
1 so that the pressure value detected by 1 and the pressure value detected by the second pressure gauge 82 are substantially the same, that is, the pressure of the back surface of the impeller 21 and the pressure of the external circulation path 40 are equal. A predetermined opening instruction signal is transmitted from the control device 8 to the turbine inlet valve 64, the first pressure equalizing valve 61, and the second pressure equalizing valve 62.

【００５５】また、停電時やヘリウム圧縮機７が故障し
たような緊急時には、緊急処理としてタービン入口弁６
４および第一均圧弁６１に弁閉止の指示信号が制御装置
８から発信されると同時に、緊急放出弁６３に弁開通の
指示信号が発信される。In the event of a power failure or an emergency such as a failure of the helium compressor 7, the turbine inlet valve 6
At the same time, a control signal is transmitted from the control device 8 to the pressure equalizing valve 61 and the first pressure equalizing valve 61, and at the same time, an instruction signal to open the valve is transmitted to the emergency release valve 63.

【００５６】本実施例においては、第一圧力計８１によ
る圧力検出値が、第二圧力計８２による圧力検出値より
急激に低下した場合に停電やヘリウム圧縮機７の故障が
あったと判断されるように制御装置８にプログラミング
されているが、これに限定されるものではなく、例えば
制御装置８に電力を供給する動力線から信号を取り出し
て停電を検出するようにしてもよいし、さらに、ヘリウ
ム圧縮機７の駆動部材（例えば駆動シャフト）の駆動の
停止からヘリウム圧縮機７の故障を検出するようにして
もよい。In this embodiment, when the pressure detected by the first pressure gauge 81 drops sharply from the pressure detected by the second pressure gauge 82, it is determined that a power failure or a failure of the helium compressor 7 has occurred. Although programmed in the control device 8 as described above, the present invention is not limited to this. For example, a signal may be taken out from a power line that supplies power to the control device 8 to detect a power outage. The failure of the helium compressor 7 may be detected from the stop of the driving of the drive member (for example, the drive shaft) of the helium compressor 7.

【００５７】また、本実施例においては、第一均圧弁６
１、第二均圧弁６２、タービン入口弁６４および緊急放
出弁６３のいずれについても、制御装置８からの指令信
号の基に開閉操作が行われるように構成されているが、
本発明は上記のいずれもが制御装置８からの指令信号に
よって開閉操作するものに限定されるものではなく、す
べてを手動操作で行うようにしてもよいし、あるいはい
ずれか一部を手動操作するように構成してもよい。In this embodiment, the first equalizing valve 6
Each of the first and second equalizing valves 62, the turbine inlet valve 64, and the emergency release valve 63 is configured such that opening and closing operations are performed based on a command signal from the control device 8,
The present invention is not limited to any of the above-mentioned embodiments in which the opening and closing operation is performed by a command signal from the control device 8, and all of the above operations may be performed manually, or some of them may be manually operated. It may be configured as follows.

【００５８】通常、第一均圧弁６１、タービン入口弁６
４および緊急放出弁６３は制御装置８からの指令信号に
よって開閉するようにされ、第二均圧弁６２のみは手動
操作で開閉操作を行うように構成される場合が多い。そ
の理由は、第一均圧弁６１およびタービン入口弁６４
は、膨張タービン１の起動時に操作され、比較的短時間
内に第一圧力計８１および第二圧力計８２の圧力検出値
を参照しつつ、それらの検出値が均等になるように弁の
開閉操作を行わねばならず、手動操作よりも制御装置８
によるコンピュータ制御の方がより適切に弁の開閉操作
が行えるからである。Normally, the first equalizing valve 61, the turbine inlet valve 6
The emergency release valve 4 and the emergency release valve 63 are opened and closed by a command signal from the control device 8, and only the second equalizing valve 62 is often opened and closed manually. The reason is that the first equalizing valve 61 and the turbine inlet valve 64
Is operated when the expansion turbine 1 is started, and refers to the pressure detection values of the first pressure gauge 81 and the second pressure gauge 82 within a relatively short time, and opens and closes the valves so that those detection values become equal. Operation must be performed and the controller 8
This is because the computer control by the computer can more appropriately open and close the valve.

【００５９】これに対して第二均圧弁６２は、すでに膨
張タービン１が定格運転に入った状態で、第一圧力計８
１および第二圧力計８２の検出圧力値を見ながら、それ
らの値が等しくなるように開閉操作されるものであるた
め、あまり迅速な応答性は必要とされず、手動操作で充
分対応することができる。On the other hand, when the expansion turbine 1 has already entered the rated operation, the second pressure equalizing valve 62
Since the opening and closing operation is performed so that the values are equal while observing the detected pressure values of the first and second pressure gauges 82, very quick responsiveness is not required, and manual operation is sufficient. Can be.

【００６０】また、緊急放出弁６３の操作は、突発的に
起る緊急事態に対処するためのものであるから、常に作
業者による人的な監視を行うことなく適切にアクション
される自動化方式が採用されている。Further, since the operation of the emergency release valve 63 is for dealing with a sudden emergency, an automated system in which an appropriate action is performed without constantly monitoring the operator manually. Has been adopted.

【００６１】以下本発明の作用について、図１および図
２〜図６を基に説明する。まず膨張タービン１を起動さ
せるときは、制御装置８からは第一均圧弁６１に弁開通
の指定信号が発信されるとともに、第二均圧弁６２は手
動で開通させているなお、緊急放出弁６３は通常の操業
時は閉止されている。Hereinafter, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIGS. First, when the expansion turbine 1 is started, the control device 8 transmits a valve opening designation signal to the first pressure equalizing valve 61, and the second pressure equalizing valve 62 is manually opened. Is closed during normal operation.

【００６２】従って、ヘリウム圧縮機７が起動されて圧
縮されたヘリウムＨは、その大部分が媒体吐出経路Ｌ１
を介して入口ノズル３１から膨張タービン１の内部のイ
ンペラ２１に供給され、それを回転させるが、ヘリウム
Ｈの一部は第一均圧経路Ｌ３を介して外部循環経路４０
に供給され、外部循環経路４０内を循環移動している制
動用ヘリウムＨ’を加圧するため、第一圧力計８１で検
出されるインペラ２１の背面部の圧力と、制御装置８に
で検出される外部循環経路４０内の圧力とは略均圧した
状態で経時的に昇圧されていく。Accordingly, most of the helium H compressed by the activation of the helium compressor 7 is supplied to the medium discharge path L1.
Is supplied from the inlet nozzle 31 to the impeller 21 inside the expansion turbine 1 via the inlet nozzle 31 and rotates the impeller 21. A part of the helium H is supplied through the first equalizing path L3 to the external circulation path 40.
To pressurize the braking helium H ′ circulating in the external circulation path 40, the pressure on the back surface of the impeller 21 detected by the first pressure gauge 81 and the pressure detected by the control device 8. The pressure in the external circulation path 40 is increased with time while being substantially equalized.

【００６３】図２は上記のような膨張タービン起動時の
インペラ背面部および循環経路内の圧力上昇の経時変化
を示すグラフである。この図に示すように、インペラ２
１部の圧力の変動開始時刻ａから第一均圧弁６１は手動
で開通され、ヘリウム圧縮機７で圧縮加圧されたヘリウ
ムＨは外部循環経路４０に供給されるため、外部循環経
路４０内も急速に加圧され、点線で示す外部循環経路４
０内の圧力の経時変化は、実線で示すインペラ２１の背
面部の圧力の経時変化によく追随した状態になってお
り、このように起動時、上記両者の圧力差が小さいた
め、膨張タービン１の回転シャフト２に過大なスラスト
荷重はかからない状態になっている。ｂはインペラ２１
背面部の圧力の静定時刻であり、ｃは外部循環経路４０
内の圧力静定時刻であるが、それらの時刻の差は図８に
示す従来のものより少なくなっている。FIG. 2 is a graph showing the change over time in the pressure rise in the back of the impeller and in the circulation path when the expansion turbine is started as described above. As shown in this figure, impeller 2
The first pressure equalizing valve 61 is manually opened from the pressure change start time a of one part, and the helium H compressed and pressurized by the helium compressor 7 is supplied to the external circulation path 40. External circulation path 4 rapidly pressurized and indicated by dotted line
The time-dependent change in the pressure within 0 closely follows the time-dependent change in the pressure on the back surface of the impeller 21 indicated by the solid line. At startup, the pressure difference between the two is small. No excessive thrust load is applied to the rotating shaft 2. b is impeller 21
The time at which the pressure on the back is settled, and c is the external circulation path 40.
The pressure stabilization time is within, and the difference between those times is smaller than that of the conventional one shown in FIG.

【００６４】図３は、膨張タービン起動時に第一均圧弁
６１の弁操作を制御装置８からの指令信号で行うように
した場合の、膨張タービン起動時のインペラ背面部およ
び循環経路内の圧力上昇の経時変化を示すグラフであ
る。この図に示すように、第一均圧弁６１を制御装置８
からの指令信号に基図いて開通させるようにすれば、第
一均圧弁６１は初期には弁は急激に大きく開き、途中か
ら一時的に絞り込んだ後に静定時の開度まで開くような
操作をすることが可能になる。結局外部循環経路４０内
の圧力の経時変化はインペラ２１背面部の圧力の経時変
化に手動の場合よりもさらによく追随したものになる。FIG. 3 shows the pressure rise in the rear surface of the impeller and the circulation path when the expansion turbine is started when the operation of the first pressure equalizing valve 61 is performed by a command signal from the control device 8 when the expansion turbine is started. 6 is a graph showing a change with time of the graph. As shown in this figure, the first equalizing valve 61 is connected to the control device 8.
If it is made to open based on the command signal from the first, the first pressure equalizing valve 61 performs such an operation that the valve opens suddenly and greatly at the initial stage, opens the valve temporarily to the opening at the time of stabilization after narrowing temporarily from the middle. It becomes possible to do. After all, the temporal change of the pressure in the external circulation path 40 follows the temporal change of the pressure on the back surface of the impeller 21 even better than in the case of manual operation.

【００６５】図４は、膨張タービン起動時にインペラ背
面部の圧力と、循環経路内の圧力との間に一定のバイア
スをもたせた状態で圧力の経時変化を行わせるようにし
た場合のグラフであり、インペラ背面部の方が循環経路
内よりも若干高圧に保持された場合を例示している。ま
た、図５は上記とは逆にインペラ背面部の方が循環経路
内よりも若干低圧のバイアスを形成させた圧力の経時変
化を例示している。FIG. 4 is a graph showing a case where the pressure changes over time with a constant bias applied between the pressure at the back of the impeller and the pressure in the circulation path when the expansion turbine is started. , The case where the pressure at the back of the impeller is maintained slightly higher than that in the circulation path. FIG. 5 exemplifies a change with time in pressure at which a bias slightly lower than that in the circulation path is formed in the back surface of the impeller.

【００６６】これらの図に示すように、制御装置８の中
に組み込むプログラムを変更することによって図４また
は図５に示すような圧力の経時変化を実現させることは
任意である。なお、回転シャフト２へのスラスト荷重を
低減させるために、通常インペラ２１の背面部の圧力
と、外部循環経路４０内の圧力とが均圧するように設定
されるが、必ずしも上記両者の間が均圧ではなく、ある
程度バイアスをもたせた方が回転シャフト２にスラスト
荷重がかからない場合もあり、そのようなことから、本
発明を実際に適用するに際しては、図４または図５に示
すようなバイアスが設定される場合もある。As shown in these figures, it is optional to realize a change with time in pressure as shown in FIG. 4 or 5 by changing a program incorporated in the control device 8. In order to reduce the thrust load on the rotating shaft 2, the pressure on the rear side of the impeller 21 and the pressure in the external circulation path 40 are normally set to be equalized. In some cases, the thrust load may not be applied to the rotating shaft 2 if a bias is applied to some extent instead of the pressure. Therefore, when the present invention is actually applied, the bias as shown in FIG. 4 or FIG. May be set.

【００６７】図６は、停電あるいはその他の故障でヘリ
ウム圧縮機７が突発的に停止した場合のインペラ背面部
および循環経路の圧力の経時変化を例示している。本発
明においては、上記のような突発事故が発生した場合に
は、制御装置８からタービン入口弁６４および第一均圧
弁６１に弁閉止の指令信号が発信され、緊急放出弁６３
には弁開通の指令信号が発信される。FIG. 6 exemplifies a temporal change in the pressure of the back surface of the impeller and the circulation path when the helium compressor 7 suddenly stops due to a power failure or other failure. In the present invention, when the above-mentioned sudden accident occurs, the control device 8 transmits a valve closing command signal to the turbine inlet valve 64 and the first pressure equalizing valve 61, and the emergency release valve 63.
, A command signal for valve opening is transmitted.

【００６８】従って、媒体吸引経路Ｌ２と外部循環経路
４０とはバイパス経路Ｌ５、緊急放出弁６３、第二均圧
弁６２および第二均圧経路Ｌ４を介して連通され、外部
循環経路４０内の高圧のヘリウムガスＨ’は媒体吸引経
路Ｌ２に流れ、急激に外部循環経路４０内は減圧される
ため、図６に示すように、インペラ背面部の圧の経時的
な下降によく追随して外部循環経路４０内の圧も経時的
に下降するため、インペラ２１の背面部と、外部循環経
路４０内とは常に略均圧となり、回転シャフト２に過大
なスラスト荷重は発生せず、突然ヘリウム圧縮機７が停
止するような緊急事態が発生しても膨張タービン１がそ
のことによって破損するというような最悪の事態は有効
に回避することができる。Therefore, the medium suction path L2 and the external circulation path 40 are communicated with each other through the bypass path L5, the emergency discharge valve 63, the second pressure equalizing valve 62, and the second pressure equalizing path L4. The helium gas H ′ flows through the medium suction path L2, and the pressure inside the external circulation path 40 is rapidly reduced. As shown in FIG. Since the pressure in the passage 40 also decreases with time, the back surface of the impeller 21 and the inside of the external circulation passage 40 always have a substantially uniform pressure, so that no excessive thrust load is generated on the rotating shaft 2 and the helium compressor is suddenly Even in the event of an emergency such as the stoppage of the turbine 7, the worst case in which the expansion turbine 1 is damaged due to the emergency can be effectively avoided.

【００６９】そしてこのことは、従来の膨張タービンに
おける起動時の圧力変化を経時的に示した図９のグラフ
と、本発明にかかる膨張タービンにおいて圧力変化を経
時的に示した図６のグラフとを比較することによって確
認することができる。This can be seen from the graph of FIG. 9 showing the pressure change at the start of the conventional expansion turbine with time, and the graph of FIG. 6 showing the pressure change with the expansion turbine according to the present invention over time. Can be confirmed by comparing.

【００７０】なお、以上詳述した実施例においては、イ
ンペラ２１側の圧力として、インペラ２１の背面部を計
測するようにされているが、インペラ２１側の圧力測定
位置はインペラ２１の背面部に限定されるものではな
く、入口ノズル３１部分、前室３２内あるいは後室３４
内であってもよい。In the embodiment described in detail above, the pressure on the back side of the impeller 21 is measured as the pressure on the impeller 21 side. It is not limited, and the inlet nozzle 31 portion, the inside of the front chamber 32 or the rear chamber 34
May be inside.

【００７１】しかし、上記のようにインペラ２１側の圧
力測定位置を変更することによって、検出されたインペ
ラ２１部分の圧力と外部循環経路４０内の圧力とは均圧
ではなく所定の差（バイアス）が存在した状態で回転シ
ャフト２に対するスラスト力が最小になるというのが一
般的である。従って、上記のような圧力の測定位置の変
更を行った場合には、上記のバイアスを考慮したプログ
ラムを予め作成し、制御装置８に入力しておく必要があ
る。However, by changing the pressure measurement position on the impeller 21 side as described above, the detected pressure in the impeller 21 and the pressure in the external circulation path 40 are not equalized but a predetermined difference (bias). It is general that the thrust force on the rotating shaft 2 is minimized in the presence of Therefore, when the pressure measurement position is changed as described above, it is necessary to create a program in consideration of the bias in advance and input the program to the control device 8.

【００７２】[0072]

【発明の効果】以上説明したように本発明の制動ファン
付膨張タービンは、寒冷媒体の圧縮源と制動用ガスの循
環経路とは弁を介して連通されているため、この弁を開
通することによって上記圧縮源の高圧を直ちに上記循環
経路内に導入することが可能であり、膨張タービンの起
動時には回転シャフトにスラスト荷重を低減すると同時
に短時間で循環経路内を昇圧することができ、スラスト
荷重がかからない圧力のバランスが得られた状態で上記
弁を閉止することによって回転シャフトにスラスト荷重
がかからない状態を継続維持することができ、耐久性を
向上させる上で極めて優れている。As described above, in the expansion turbine with a braking fan of the present invention, the compression source of the cold refrigerant and the circulation path of the braking gas are communicated via the valve. Thus, the high pressure of the compression source can be immediately introduced into the circulation path, and when the expansion turbine is started, the thrust load on the rotating shaft can be reduced and the pressure in the circulation path can be increased in a short time. By closing the valve in a state where a pressure balance that does not apply is obtained, a state in which a thrust load is not applied to the rotary shaft can be continuously maintained, which is extremely excellent in improving durability.

【００７３】そして、寒冷媒体の圧縮源からインペラに
寒冷媒体を供給する媒体吐出経路を設け、上記インペラ
に供給された寒冷媒体を圧縮源に返送する媒体吸引経路
を設け、上記媒体吐出経路と循環経路とが連通される第
一均圧経路を設け、上記媒体吸引経路と循環経路とが連
通される第二均圧経路を設け、この第二均圧経路にはバ
イパス経路を設け、上記媒体吐出経路にはタービン入口
弁を設け、上記第一均圧経路には第一均圧弁を設け、上
記第二均圧経路には第二均圧弁を設け、上記バイパス経
路には緊急放出弁を上記第二均圧弁と並列で設けるよう
にすれば、まず第一均圧経路に設けられた第一均圧弁を
開通することによって、圧縮源で圧縮された高圧の寒冷
媒体が循環経路に直ちに供給され、速やかな応答性で循
環経路内を昇圧することができる。Then, a medium discharge path for supplying the cold refrigerant from the compression source of the cold refrigerant to the impeller is provided, and a medium suction path for returning the cold refrigerant supplied to the impeller to the compression source is provided. A first pressure equalizing path that communicates with the path, a second pressure equalizing path that connects the medium suction path and the circulation path, and a bypass path that is provided in the second pressure equalizing path. The path is provided with a turbine inlet valve, the first pressure equalizing path is provided with a first pressure equalizing valve, the second pressure equalizing path is provided with a second pressure equalizing valve, and the bypass path is provided with an emergency release valve. If it is provided in parallel with the two equalizing valves, by first opening the first equalizing valve provided in the first equalizing path, the high-pressure cold refrigerant compressed by the compression source is immediately supplied to the circulation path, Pressurizes the circulation path with quick response It is possible.

【００７４】また、第二均圧経路に設けられている第二
均圧弁を開通させることによって、循環経路と圧縮源の
上流側の媒体吸引経路とは連通されるため、循環経路内
の圧力を速やかに下降させることができる。By opening the second pressure equalizing valve provided in the second pressure equalizing path, the circulation path and the medium suction path on the upstream side of the compression source are communicated. It can be lowered quickly.

【００７５】従って、第一均圧弁および第二均圧弁を適
切に操作することによって、回転シャフトにスラスト荷
重がかからないように設定することが可能である。また
圧縮源の下流側の高圧源および圧縮源の上流側の低圧源
に対する直接的な連通によって速やかに循環経路内の圧
を変更することができ、スラスト荷重を消滅させるため
の応答性は極めて良好なものになる。Therefore, by appropriately operating the first equalizing valve and the second equalizing valve, it is possible to set so that a thrust load is not applied to the rotating shaft. In addition, the pressure in the circulation path can be quickly changed by direct communication with the high-pressure source downstream of the compression source and the low-pressure source upstream of the compression source, and the responsiveness for eliminating the thrust load is extremely good. It becomes something.

【００７６】また、緊急放出弁が第二均圧弁と並列で設
けられているため、停電その他の故障で圧縮源が停止し
たときは、タービン入口弁を閉止するとともに、上記緊
急放出弁を操作して循環経路と媒体吸引経路とを速やか
に連通させれば、循環経路内の圧力はインペラ近傍の圧
力の急激な低下に小さな差圧で追随して降下するため、
回転シャフトに加わるスラスト荷重は非常に小さくな
る。なおこの場合、タービン入口弁を閉止するので、媒
体吐出経路内に残留している高圧の寒冷媒体はタービン
内に導入されず、媒体吸引経路と循環経路とが速やかに
同圧になり好都合である。Further, since the emergency discharge valve is provided in parallel with the second equalizing valve, when the compression source stops due to a power failure or other failure, the turbine inlet valve is closed and the emergency discharge valve is operated. If the circulation path and the medium suction path are quickly communicated with each other, the pressure in the circulation path drops with a small differential pressure following the rapid decrease in pressure near the impeller,
The thrust load applied to the rotating shaft becomes very small. In this case, since the turbine inlet valve is closed, the high-pressure cold refrigerant remaining in the medium discharge path is not introduced into the turbine, and the medium suction path and the circulation path are quickly brought to the same pressure, which is convenient. .

【００７７】ケーシング内のインペラ近傍の圧力を検出
する第一圧力計を設け、循環経路内の圧力を検出する第
二圧力計を設け、上記第一および第二圧力計によって検
出された圧力値が圧力信号として入力される制御装置を
設け、この制御装置は、上記入力された圧力信号を基
に、上記インペラ近傍と循環経路内との圧力が均等であ
るかまたは所定のバイアスが形成されるように、タービ
ン入口弁、第一均圧弁、第二均圧弁または緊急放出弁に
所定の開度指示信号を発信するように構成すれば、第一
圧力計によってインペラ近傍の圧力が検出され、第二圧
力計によって循環経路内の圧力が検出され、これらの検
出値は圧力信号として制御装置に入力されるとともに、
制御装置は回転シャフトにスラスト荷重がかからないよ
うに、すなわちインペラ近傍と循環経路内とが均圧にな
るように第一均圧弁または第二均圧弁に開度指示信号が
発信されるため、これを受けた第一均圧弁または第二均
圧弁は所定の開度になるように開閉して上記の均圧にな
る開度を維持し、その結果常に自動的に回転シャフトに
はスラスト荷重がかからないように膨張タービン内は圧
力設定される。A first pressure gauge for detecting the pressure in the vicinity of the impeller in the casing is provided, and a second pressure gauge for detecting the pressure in the circulation path is provided, and the pressure values detected by the first and second pressure gauges are determined. A control device that is input as a pressure signal is provided, and based on the input pressure signal, the control device controls the pressure in the vicinity of the impeller and the pressure in the circulation path to be equal or a predetermined bias is formed. In addition, if a predetermined opening degree instruction signal is transmitted to the turbine inlet valve, the first pressure equalizing valve, the second pressure equalizing valve or the emergency release valve, the pressure near the impeller is detected by the first pressure gauge, and the second pressure is detected. The pressure in the circulation path is detected by a pressure gauge, and these detected values are input to the control device as a pressure signal,
The control device transmits the opening instruction signal to the first pressure equalizing valve or the second pressure equalizing valve so that the thrust load is not applied to the rotating shaft, that is, the pressure equalizing is performed between the vicinity of the impeller and the circulation path. The received first pressure equalizing valve or the second pressure equalizing valve is opened and closed so as to have a predetermined opening, and maintains the opening at which the above-mentioned pressure equalization is achieved, so that the thrust load is not always applied to the rotating shaft automatically. The pressure inside the expansion turbine is set.

【００７８】また、第一圧力計と第二圧力計との圧差が
予め設定された値よりも大きくなる場合は、タービン入
口弁および第一均圧弁が閉止しかつ緊急放出弁が開通す
る信号が制御装置から発信されるようにしておけば、停
電などの事故によって急激にインペラ近傍の圧が低下し
た場合に緊急放出弁が開通してこの弁を介して媒体吐出
経路と循環経路とが連通されてそれらの内部は速やかに
同圧となり、回転シャフトに起るべき大きなスラスト荷
重を回避することができる。When the pressure difference between the first pressure gauge and the second pressure gauge becomes larger than a preset value, a signal indicating that the turbine inlet valve and the first pressure equalizing valve are closed and the emergency discharge valve is opened is output. If the signal is transmitted from the control device, the emergency discharge valve opens when the pressure near the impeller suddenly drops due to an accident such as a power failure, and the medium discharge path and the circulation path are connected through this valve. As a result, the pressure inside them becomes the same quickly, and a large thrust load to be generated on the rotating shaft can be avoided.

【００７９】停電時または圧縮源が故障のときは、停電
または圧縮源の故障を上記圧力計による圧力検出値から
検出するのではなく、動力線の電気回路あるいは圧縮源
の駆動部材の停止から検出するようにしておき、それを
受けた上記制御装置はタービン入口弁および第一均圧弁
に弁閉止の指示信号を発信するとともに、緊急放出弁に
弁全開の指示信号を発信するように構成すれば、タービ
ン入口弁および第一均圧弁は閉止され、緊急放出弁は開
通されるため、循環経路は媒体吸引経路とのみ連通し、
急激なインペラ近傍の圧の低下に対し、上記緊急放出弁
の速やかな開通によって回転シャフトに発生すべき大き
なスラスト荷重を回避することができ、上記のような異
常事態の発生においても回転シャフトの破損を適切に回
避することが可能になり、膨張タービンの耐用期間改善
に大いに寄与することができる。In the event of a power failure or a failure of the compression source, the power failure or the failure of the compression source is not detected from the pressure detection value obtained by the pressure gauge, but is detected from the stop of the electric circuit of the power line or the driving member of the compression source. When the control device receives the signal, it transmits a valve closing instruction signal to the turbine inlet valve and the first pressure equalizing valve, and transmits a valve full opening instruction signal to the emergency release valve. Since the turbine inlet valve and the first pressure equalizing valve are closed and the emergency release valve is opened, the circulation path communicates only with the medium suction path,
The rapid opening of the emergency release valve can avoid a large thrust load to be applied to the rotating shaft against a sudden drop in pressure near the impeller, and the rotating shaft can be damaged even in the event of an abnormal situation as described above. Can be appropriately avoided, which can greatly contribute to improving the service life of the expansion turbine.

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

【図１】本発明に係る膨張タービンの断面説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory sectional view of an expansion turbine according to the present invention.

【図２】膨張タービン起動時のインペラ背面部および循
環経路内の圧力上昇の経時変化を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a change with time in pressure rise in a rear portion of an impeller and in a circulation path when an expansion turbine is started.

【図３】膨張タービン起動時に第一均圧弁の弁操作を制
御装置からの指令信号で行うようにした場合の、膨張タ
ービン起動時のインペラ背面部および循環経路内の圧力
上昇の経時変化を示すグラフである。FIG. 3 shows a change over time of a pressure rise in the rear surface of the impeller and in the circulation path when the expansion turbine is started when the valve operation of the first equalizing valve is performed by a command signal from a control device when the expansion turbine is started. It is a graph.

【図４】膨張タービン起動時にインペラ背面部の圧力
と、循環経路内の圧力との間に一定のバイアスをもたせ
た状態で圧力の経時変化を行わせるようにした場合のグ
ラフであり、インペラ背面部の方が循環経路内よりも若
干高圧に保持された場合を例示している。FIG. 4 is a graph showing a case where the pressure is changed with time in a state where a constant bias is applied between the pressure on the back side of the impeller and the pressure in the circulation path when the expansion turbine is started. The example illustrates a case where the pressure of the part is slightly higher than that in the circulation path.

【図５】膨張タービン起動時にインペラ背面部の圧力
と、循環経路内の圧力との間に一定のバイアスをもたせ
た状態で圧力の経時変化を行わせるようにした場合のグ
ラフであり、インペラ背面部の方が循環経路内よりも若
干低圧に保持された場合を例示している。FIG. 5 is a graph showing a case where the pressure is changed with the passage of time while a constant bias is applied between the pressure on the back side of the impeller and the pressure in the circulation path when the expansion turbine is started. The example illustrates a case where the pressure of the part is maintained slightly lower than that in the circulation path.

【図６】停電あるいはその他の故障でヘリウム圧縮機が
突発的に停止した場合のインペラ背面部および循環経路
の圧力の経時変化を例示するグラフである。FIG. 6 is a graph exemplifying a temporal change in the pressure of the back surface of the impeller and the circulation path when the helium compressor suddenly stops due to a power failure or other failure.

【図７】従来の膨張タービンの一例を示す断面説明図で
ある。FIG. 7 is an explanatory sectional view showing an example of a conventional expansion turbine.

【図８】従来の膨張タービン起動時のインペラ背面部お
よび循環経路内の圧力上昇の経時変化を示すグラフであ
る。FIG. 8 is a graph showing a change over time in a pressure rise in a rear portion of an impeller and a circulation path when a conventional expansion turbine is started.

【図９】従来の膨張タービンにおいて停電あるいはその
他の故障でヘリウム圧縮機が突発的に停止した場合のイ
ンペラ背面部および循環経路の圧力の経時変化を例示す
るグラフである。FIG. 9 is a graph exemplifying a change over time in the pressure of the back surface of the impeller and the circulation path when the helium compressor suddenly stops due to a power failure or other failure in the conventional expansion turbine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 膨張タービン ２ 回転シャフト ２１ インペラ ２２ 制動ファン ２３ スラストカラー ２４ ジャーナル軸受 ２５ スラスト軸受 ３ ケーシング ３１ 入口ノズル ３２ 前室 ３３ 噴出ノズル ３４ 後室 ３５ 第一室 ３６ 案内筒 ３７ 第二室 ３８ 軸受室 ３９ 気体通路 ４ 循環経路 ４０ 外部循環経路 ４１ 速度制御弁 ４２ 熱交換器 ６１ 第一均圧弁 ６２ 第二均圧弁 ６３ 緊急放出弁 ６４ タービン入口弁 ７ ヘリウム圧縮機（圧縮源） ８ 制御装置 ８１ 第一圧力計 ８２ 第二圧力計 Ｌ１ 媒体吐出経路 Ｌ２ 媒体吸引経路 Ｌ３ 第一均圧経路 Ｌ４ 第二均圧経路 Ｌ５ バイパス経路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Expansion turbine 2 Rotating shaft 21 Impeller 22 Brake fan 23 Thrust collar 24 Journal bearing 25 Thrust bearing 3 Casing 31 Inlet nozzle 32 Front chamber 33 Jet nozzle 34 Rear chamber 35 First chamber 36 Guide cylinder 37 Second chamber 38 Bearing chamber 39 Gas Passage 4 Circulation path 40 External circulation path 41 Speed control valve 42 Heat exchanger 61 First equalizing valve 62 Second equalizing valve 63 Emergency release valve 64 Turbine inlet valve 7 Helium compressor (compression source) 8 Controller 81 First pressure gauge 82 second pressure gauge L1 medium discharge path L2 medium suction path L3 first equalizing path L4 second equalizing path L5 bypass path

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 ケーシング内に回転シャフトが内装さ
れ、この回転シャフトの両端にインペラと制動ファンと
が設けられ、上記インペラに圧縮源から供給される寒冷
媒体の断熱膨脹仕事によってインペラが回転され、この
インペラに連動した上記制動ファンは循環経路に封入さ
れた制動用ガスを上記循環経路内で循環移動させ、循環
経路に設けられた速度制御弁の開度を制御して上記制動
用ガスの循環移動量を調節することによって上記インペ
ラの回転を制動するように構成された制動ファン付膨張
タービンにおいて、上記寒冷媒体の圧縮源と上記循環経
路とは弁を介して連通されていることを特徴とする制動
ファン付膨張タービン。A rotating shaft is provided inside a casing, and an impeller and a braking fan are provided at both ends of the rotating shaft. The impeller is rotated by adiabatic expansion work of a cold refrigerant supplied from a compression source to the impeller, The braking fan linked to the impeller circulates and moves the braking gas sealed in the circulation path in the circulation path, and controls the opening of a speed control valve provided in the circulation path to circulate the braking gas. In the expansion turbine with a braking fan configured to brake the rotation of the impeller by adjusting the movement amount, the compression source of the cold refrigerant and the circulation path are communicated via a valve. Expansion turbine with braking fan. 【請求項２】 寒冷媒体の圧縮源からインペラに寒冷媒
体を供給する媒体吐出経路が設けられ、上記インペラに
供給された寒冷媒体を圧縮源に返送する媒体吸引経路が
設けられ、上記媒体吐出経路と循環経路とが連通される
第一均圧経路が設けられ、上記媒体吸引経路と循環経路
とが連通される第二均圧経路が設けられ、この第二均圧
経路にはバイパス経路が設けられ、上記媒体吐出経路に
はタービン入口弁が設けられ、上記第一均圧経路には第
一均圧弁が設けられ、上記第二均圧経路には第二均圧弁
が設けられ、上記バイパス経路には緊急放出弁が上記第
二均圧弁と並列で設けられていることを特徴とする請求
項１記載の制動ファン付膨張タービン。2. A medium discharge path for supplying a cold refrigerant from a compression source of the cold refrigerant to the impeller, a medium suction path for returning the cold refrigerant supplied to the impeller to the compression source is provided, and the medium discharge path is provided. And a circulation path, and a first pressure equalization path is provided. The medium suction path and the circulation path are provided with a second pressure equalization path. The second pressure equalization path is provided with a bypass path. A turbine inlet valve is provided in the medium discharge path; a first pressure equalizing valve is provided in the first pressure equalizing path; a second pressure equalizing valve is provided in the second pressure equalizing path; The expansion turbine with a braking fan according to claim 1, wherein an emergency discharge valve is provided in parallel with the second equalizing valve. 【請求項３】 ケーシング内のインペラ近傍の圧力を検
出する第一圧力計が設けられ、循環経路内の圧力を検出
する第二圧力計が設けられ、上記第一および第二圧力計
によって検出された圧力値が圧力信号として入力される
制御装置が設けられ、この制御装置は、上記入力された
圧力信号を基に、上記インペラ近傍と循環経路内との圧
力が略均等かまたは両者の間に所定のバイアスが形成さ
れるように、タービン入口弁、第一均圧弁、第二均圧弁
または緊急放出弁に所定の開度指示信号を発信するよう
に構成されていることを特徴とする請求項２記載の制動
ファン付膨張タービン。3. A first pressure gauge for detecting pressure in the vicinity of the impeller in the casing, a second pressure gauge for detecting pressure in the circulation path, and a pressure gauge detected by the first and second pressure gauges. Is provided as a pressure signal, and based on the input pressure signal, the control device is configured such that the pressure in the vicinity of the impeller and the pressure in the circulation path are substantially equal or between the two. A predetermined opening instruction signal is transmitted to a turbine inlet valve, a first pressure equalizing valve, a second pressure equalizing valve, or an emergency release valve so that a predetermined bias is formed. 3. The expansion turbine with a braking fan according to 2. 【請求項４】 停電時または寒冷媒体の圧縮源が故障の
ときは上記制御装置からタービン入口弁および第一均圧
弁に弁閉止の指示信号が発信されるとともに、緊急放出
弁および第二均圧弁に弁全開の指示信号が発信されるよ
うに構成されていることを特徴とする請求項３記載の制
動ファン付膨張タービン。4. When a power failure occurs or when the compression source of the cold refrigerant is out of order, the control unit sends a valve closing instruction signal to the turbine inlet valve and the first pressure equalizing valve, and transmits an emergency release valve and a second pressure equalizing valve. 4. The expansion turbine with a braking fan according to claim 3, wherein an instruction signal for fully opening the valve is transmitted.