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透平膨胀机培训课件


透平膨胀机系统

王红军

?

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。

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。

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。

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

透平膨胀机的特性曲线

? 从膨胀机制冷量的公式,可以看出 ? Q=Gh0ηs ? 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ηs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ηs同时发生变化,以实 现调节产冷量的目的。 2、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。 3、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。

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
? 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
? 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
? 密封:一般分为内密封和轴密封。

?

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。

绝热节流与等熵膨胀的对比
节流阀
结构简单,便于调节 可以在气液两相区工作 制冷量小 节流前温度越低,温降越大 结构复杂 不能大量带液 制冷量大,不但有节流效应,而 且对外做功 机前温度高,制冷量大

膨胀机


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