1、王红军,透平膨胀机系统,活塞式膨胀机是利用工质在可变容积中进行膨胀输出外功，也称容积型膨胀机。工质在汽缸内推动活塞输出外功，同时本身内能降低。透平膨胀机是利用工质在流道中流动时速度的变化来进行能量转换，也称速度型膨胀机。工质在透平膨胀机的通流部分中膨胀获得动能，并由工作轮轴端输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。,膨胀机的工作原理,一、反动式透平膨胀机：工质在工作轮中膨胀的程度称为反动度。具有一定反动度的透平膨胀机就称反动式透平膨胀机。 冲动式透平膨胀机：反动度很小甚至接近于零，工作轮基本上由喷嘴出口的气流推动而转动，并对外做功，这种透平膨胀机称为冲动式透平膨胀机。二、根据工质在工作
2、轮中流动的方向，透平膨胀机可分为径流式、径-轴流式和轴流式。 如果工作轮叶片两侧有轮盘和轮盖，则称为闭式工作轮。没有轮盖只有轮盘的则称为半开式工作轮。轮盖和轮盘都没有的（轮盘只有中心部分）称为开式工作轮。,透平膨胀机的分类,透平膨胀机的分类,透平膨胀机的分类,三、按照工质在膨胀过程所处的状态，膨胀机可分为气相透平膨胀机和两相透平膨胀机。四、按照透平膨胀机制动方式，可分为风机制动透平膨胀机、增压机制动透平膨胀机、电机制动透平膨胀机和油制动透平膨胀机。五、按照透平膨胀机轴承的不同形式，可分为油轴承透平膨胀机、气体轴承透平膨胀机和磁轴承透平膨胀机等。,透平膨胀机的分类,透平膨胀机主机结构示意图,各参
3、数在膨胀机通流部分的变化趋势,1、气体在蜗壳中的流动：进入蜗壳的介质速度较小，蜗壳一般设计成无能量转换型，只是将气流均匀地分配并导入喷嘴环，起导向作用。圆形和矩形截面使用的较多，其他还有梯形、三角形截面。2、气体在喷嘴中的流动：在透平膨胀机中为了使工作轮能有效地获得尽可能大的动量矩。喷嘴总是按圆周分布、且有一定的倾斜角。气体在喷嘴中完成的能量转换约占总量的50%左右，它是膨胀机的重要部件之一。3、气体在工作轮中的流动：工作轮的作用主要是使工质在叶轮中进一步有效膨胀做功，并同时把这部分能量和工质动能有效地转换为机械功，并通过轴输出，同时，还应把膨胀后的气体平稳地导入到扩压器中。,透平膨胀机的通流
4、部分,透平膨胀机的通流部分,主体段中气体的流向主要是轮缘处向中心的径向流动，而导流段气体为轴向流动。4、气体在扩压管中的流动：为了使工作轮的设计具有较高的效率，现代透平膨胀机的叶轮出口排出的气流绝对速度可达45-70m/s。若直接将工质排到管道中，将会引起很大的摩擦损失，从而增大冷损，为此设扩压器，将气流速度降到5-10m/s，起降速扩压的作用。,透平膨胀机的通流部分,透平膨胀机的通流部分,基本组成,透平膨胀机的特性曲线,从膨胀机制冷量的公式，可以看出Q=Gh0s如果改变制冷量Q，可以通过改变气体的流量G、等熵焓降h0及其等熵效率s三个因素中的任何一个来实现。通常把改变膨胀气体在进出口状态参数
5、的调节，称为质的调节；改变气体流量的调节称为量的调节。1、进口节流调节通过进口调节阀开度的变化，改变膨胀机前的气流压力，从而膨胀机的焓降h0及其等熵效率s同时发生变化，以实现调节产冷量的目的。、转动喷嘴叶片角的流量调节这种调节是利用转动喷嘴叶片，因而改变其流通面积，达到改变膨胀机的流量，从而改变其制冷量。、改变转速通过关小回流阀来改变膨胀机的转速，达到调节冷量的效果。,透平膨胀机的工况调节,影响膨胀机制冷量大小的因素,1、膨胀量： 膨胀量越大，影响氧提取率，氧提取率越底，膨胀量需同时满足冷量平衡及精馏工况的需求。2、 机前温度：提高机前温度，单位制冷量提高；3、 机前压力：提高机前压力，增大膨
6、胀比，单位制冷量提高；4、 绝热效率。,蜗壳 将叶轮后面或扩压器后面的气体汇集起来,基本组成,基本组成,喷嘴环：喷嘴环各流道是进行能量转换的主要部件，,转子 ：是透平膨胀机中转动部分的部件总成，由主轴、叶轮等组成。,基本组成,基本组成,轴承：常用的是整体式的滑动油轴承，目前使用较多的有椭圆轴承、多油楔轴承和可倾瓦轴承。,基本组成,基本组成,密封：一般分为内密封和轴密封。,基本组成,基本组成,扩压器：降速扩压作用,制动器：分为功率回收型和功率消耗型。空分设备中增压机制动、电机制动都属于功率回收型的制动器；而风机制动、油制动则属于功率消耗型的制动器。 透平膨胀机组：一套完整的透平膨胀机组至少包括：1、经良好设计、制造的膨胀机主机； 2、可方便调节的制动系统和工况调节手段； 3、可靠的轴承润滑系统； 4、密封系统； 5、完善、可靠的安全保护和监视系统； 6、支架与冷箱； 7、相应的配套阀门等。,基本组成,透平膨胀机组,绝热节流与等熵膨胀的对比,
