两相流空气分离透平膨胀机的设计
摘要:使膨胀工质进入两相区域,以制取更多的冷量并提高膨胀机的经济性,是空分设备透平膨胀机的设计人员和用户所共同追求的目标。文章详细介绍为保证两相流空分设备透平膨胀机在高液体含量下运转的可靠性和效率所做的精确设计,试验结果表明这种设计是成功的。
1概述
在使用透平膨胀机的许多工业领域,如石油化工、能量回收发电、空分等行业,都希望膨胀气体能够进入两相区域。使膨胀气体进入两相区域的动机是经济利益。膨胀气体进入湿)汽区越深则得到的焓降越多,更多的焓降表明了膨胀机可从膨胀气流中转移更多的热量,并能够提供更多的制冷量,进而提高整套装置的经济性。
根据用户的要求,欧西透平膨胀机公司一直在从事这项工作,努力增加空分设备用透平膨胀机出口能可靠处理的真实带液量。不同的研究报告表明:空分设备用透平膨胀机可以毫无困难地取得6%~8%的液体含量[1、2],这也是目前工业标准的限定含量。但是,文献[1]表示空分设备用透平膨胀机也能够达到更高的带液量,Ardashev认为通过控制冷凝点位置的设计,透平膨胀机的液体含量能够达到20%左右。笔者根据经验,认为通过详细、精确的设计并在保证可靠、高效的前提下,空分设备用透平膨胀机能够达到15%~20%的带液量。下面将集中讨论这种精确设计(注:透平膨胀机液体量的取得取决于工艺气体的特性,例如:对于轻质的烃类气体,取得20%的出口含液量,就欧西透平膨胀机公司来说是非常普通的设计)。
欧西透平膨胀机公司设计、制造的空分设备用撬装式膨胀机如图1所示。装置的特点是2台膨胀机安装在一个底盘上。当气体膨胀比高于12时,双膨胀机能够取得更高的效率。
膨胀机)增压机机芯带气体流路的剖面如图2所示。这种工艺特点在于膨胀气体的热量从膨胀端取出,并以功率的形式通过主轴传递,最终被增压机所吸收。
2设计时注意的事项
要使运行的透平膨胀机获得较高的出口含液量,在设计时有2个需注意的事项。
2.1运行可靠性
随着透平膨胀机获得更多的出口液体量,液体可能会聚集并形成液滴,当液滴变得足够大时就会对叶轮的叶片外表面进行冲击、侵蚀。从本质上讲,较重的液体(液体比气体重)在离心力作用下是径向发散出去进而击打叶片,这会缩短透平膨胀机的使用寿命并降低其运行可靠性。更进一步说，两相区域中较多液体的形成是不稳定的,不在一个固定的位置,这样会引起流动的振荡,使透平膨胀机的振动值加大。
2.2运行效率
由于两相区域中的液体含量较高,膨胀机就要带走部分工艺气体的蒸发潜热。当液体(典型的雾、小颗粒结构)开始形成时,膨胀气体的最佳气动流路就会受到干扰,使透平膨胀机的运行效率降低。
对于透平膨胀机的设计,最重要的是保证其可靠性,牺牲机器可靠性是不容许的。有关效率,所有的目的是使膨胀机在接近等熵膨胀的状态下从膨胀气流中转移热量。所以,膨胀机效率的降低将抵消两相区域中较多液体量的所得。因此,两相流透平膨胀机效率的降低也是不能接受的。
3两相流的设计
如果非常认真地进行详细的动力学设计,透平膨胀机就能在高带液量下可靠、高效率运行。要达到这个目的,需要综合先进的真实气体模型、计算流体力学(CFD)、材料科学和试验结果的反馈。
液滴经过膨胀机叶轮流道时所受作用力的分析如图3所示。可见,叶片顺时针旋转时液滴不会冲击到叶片。
有资料指出[3],膨胀机叶轮出口流体作用力在有效的角度下可以避免液体对叶片表面的冲击,在图3上可以看出最终作用力(Fresult)的方向。设液滴质量为m,在叶轮进口切线方向上的速度为250m/s,切线出口速度0m/s,叶轮直径200mm,则在切线减速方向的液滴作用力FH为:
式中:VH为叶轮进口切线方向速度;D为叶轮直径。
在参考坐标系中,FH垂直于液滴流道。
在气流减速方向的液滴作用力FS为:
式中:$V为液滴径向进口速度,70m/s;$t
为液滴经过叶轮的时间,01001秒。
在H)S平面上作角度B1:
在Z方向,用公式计算出Z方向的液滴作用力Fz为：
式中:$Vz为液滴轴向出口速度,50m/s。
由此可以得到H)Z平面上的角度B2:
图3中所示矢量合成后的最终作用力几乎沿着叶片的表面。如果正确设计叶片,合成力的作用是不会引起液体对叶片的冲击。事实上,正确的动力学设计是使已经形成的液滴在没有损坏叶轮叶片的时候就已顺着相应的气流急速甩走。
因此,对于处理高液体量的两相流,从空气动力学观点来看,设计的目的是使
液滴离开膨胀机叶轮时,其方向与叶片的方向平行,并被很好地引导出来。要达到这样的设计目的,通过计算流体力学(CFD),用真实气体模型将工艺气流正确地模型化非常必要。对于空分设备用透平膨胀机来说,用空气动力学模型化使两相流中液体含量达到20%,采用Lemmon和GERG-2004[4、5]2种真实气体公式是成功的,而其他一些引证的真实气体公式在精确度上则相对差些(如:Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong)。使用GERE-2004公式经过计算流体力学(CFD)模型化的结果如图4所示。可以看出,在膨胀机叶轮叶片出口处的速度矢量是靠近叶轮的轮盖处,这表示在膨胀机的出口流体与叶片平行。速度矢量平行于叶片表面的结果,使任何已经冷凝的液体都不会冲击叶片。
同样,必须非常清楚地关注对膨胀机叶轮出口导流器和锥型扩压器的高水平
设计。锥型扩压器在膨胀机叶轮出口扩压时建立压力边界条件。通过膨胀机喷嘴与叶轮流体的预测温度分布如图5所示,这也是根据GERG-2004公式计算得到的。由图5可见,膨胀机内流体的温度逐渐降低。
有关材料科学,应选择表面硬度高、能耐普通刮擦与腐蚀的材料作为膨胀机的叶轮。也可以考虑使用硬镀层的膨胀机叶轮,但是,硬镀层叶轮用在含液量为
15%~20%的空分设备用膨胀机上则毫无必要。
4试验结果
经过4小时两相流状态试验后的膨胀机叶轮如图6所示,叶轮上没有出现任何液体对叶片侵蚀的迹象。当然,4小时的时间太短,以致不能得出一般性的结论。试验中得到的轴振动值如图7所示。这样的振动值水平是可以接受的。
5结束语
受空分设备工艺流程经济利益的驱使,空分设备的用户希望使用的透平膨胀机带有较高的液体含量,但使透平膨胀机的液体含量超出目前大家所接受的8%是有一定难度的。虽然在轻烃类透平膨胀机中获得较高的液体含量已经有多年的设计制造经验,但在空分领域尚为空白。目前,欧西透平膨胀机公司将现代的计算机技术与多年的工程经验相结合,并对每台膨胀机进行针对性的动力学设计,能
够做到在不牺牲透平膨胀机运转的可靠性及效率的前提下,使空分设备用透平膨胀机的出口含液量达到15%~20%。
膨胀机简介 透平膨胀机制冷的基本原理根据能量转换和守恒定律可知，气体在透平膨胀机内进行绝热膨张对外作功时，气体的能量焓值一定要减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。 透平膨胀机的实际制冷量总比理论制冷量要小，因此，膨胀机的效率总是小于1。膨胀机的效率越低，则在相同进、出口压力和进口温度下，膨胀机的单位工质制冷量越小，反映出膨胀机的温降效果越小。在实际操作中，应该了解哪些因素影响膨胀机的效率，以便尽可能保证膨胀机在高效率下运转。 膨胀机的效率高低取决于膨胀机内的各种损失的大小。由于各种损失的存在，使气体对外做功的能力降低。而这些损失(如摩擦、涡流等)又以热的形式传给气体本身，使气体的出口温度升高，温降效果减小。其损失主要有以下几种： 1)流动损失。气流流过导流器和工作轮时，由于流道表面的摩擦、局部产生漩涡、气流撞击等产生的损失属于流动损失。 流动损失的大小与流道形状是否与气流流动方向相适应、表面光洁程度等因素有关。流道除了与设计、制造技术水平有关外，膨胀机内流道的磨损、杂质在表面积聚、转速变化而使气流进入叶轮时产生的撞击等，都会增加流动损失。一般情况下，导流器内的流动损失约占总制冷量的5%，工作轮内的流动损失约占总制冷量的6%。 2)工作轮轮盘的摩擦鼓风损失。工作轮在旋转时，轮盘周围的气体对叶轮的转动有一摩擦力，轮盘将带动气体运动。由此产生的摩擦热将使气体的温度升高，这种损失称为摩擦鼓风损失。它与工作轮的直径及转速等因素有关，一般占总制冷量的3%～4%。 3)泄漏损失。泄漏损失包括内泄漏和外泄漏两种，如图71所示。内泄漏是指一部分气体经过导流器后不通过叶轮膨胀，而直接从工作轮与机壳之间的缝隙漏出，与通过叶轮膨胀的气体汇合。这小股泄漏气体未经过叶轮的进一步膨胀，温度较高，因而使膨胀机的制冷量减小，降低了膨胀机的效率。内泄漏量的大小取决于转子与机壳之间的间隙，因此在安装时必须严格控制在规定公差范围之内。外泄漏是指通过轮盘后部沿轴间隙向外泄漏出的气体。这部分气体的泄漏对膨胀机的效率没有影响，但是将减少总的制冷量。同时外漏气体的冷量也无法回收，所以它对产冷的影响是很大的。外泄漏量的大小与密封装置结构、间隙以及是否通压力密封气有关。 4)排气损失。通过膨胀机的气体在出口还具有一定的速度，叫做余速。余速越高，能量损失也越大，这部分损失叫做排气损失或余速损失。排气损失不仅与设计有关，在运转过程中当转速变化偏离设计工况时，也会使气流出口速度增加，效率降低。
化工装置基础知识语录 1.稀释线的作用降低反应器入口MAPD浓度和控制反应器的入口温度。 2.碳三加氢反应器发生飞温时，热区仍应保证正常运行。 3.碳三反应器开车时，氢气(补压线)根部阀应关闭，防止氢气窜入反应器，导致开车时 发生飞温。 4.碳三加氢反应器发生飞温事故时，应立即按PB停车泄压。 5.液体排放系统用于不含水的低温液体物料的排放。 6.乙烯装置中的燃气轮机，一般用来带动发电机，其优点是不会因燃气轮机产生故障而 使整个装置停车。 7.仪表风带水发生冻堵使调节阀失灵造成事故，是公用工程系统故障造成的。 8.乙烯装置中，6000伏供125千瓦以上电机，380/220伏供125千瓦以下电机及照明。 9.乙烯装置开车前，要配合施工单位审查单机试运方案并编制联动试车方案、化工投料 方案，编制装置试运转和化工投料总体方案。 10.由外界提供丙烯开丙烯制冷机是必备条件之一，但是，由外界提供乙烯开乙烯制冷机 是乙烯装置开车的优化条件，而不是必备条件。 11.丙烯开车前就要大量储备。乙烯装置无乙烯开车的关键是裂解炉投油后及早生产和积 累合格的碳二馏分，以便乙烯制冷系统尽快投入运行。 12.开车前建立乙烯精馏塔的全回流运转的同时，还可以通过乙烯精馏塔与脱乙烷、脱甲 烷塔相连管线，对脱甲烷塔系统和脱乙烷系统进行预冷，缩短开车时间。 13.冷箱系统开车前要求裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机运行稳定。 14.裂解气压缩机各罐液面应降至不窜压为止(最低液面)，并关闭各系统返回裂解气压缩 机的所有阀门。 15.在编制乙烯装置停车网络计划时，可以将制冷压缩机倒液与裂解气压缩机氮气运转作 为平行工序。 16.装置正常停车后，氨制冷系统才开始运转。 17.急冷水泵故障后为减少向急冷系统输入热量，裂解炉必须紧急停车。 18.紧急停车后，冷箱系统应尽可能保温保压保液位，以便下一步开车。 19.全面紧急停车后冷区各塔系统处于保压状态，碳二反应器泄压。 20.紧急停车时，要尽可能保证产品外送的正常。 21.全面紧急停车后，外操要在第一时间将乙烯外送加热改为蒸汽加热维持其外送压力和 温度稳定。 22.氢气纯度降低会造成甲烷化反应器床层温度升高。 23.乙烷炉注硫系统故障可造成甲烷化反应器床层温度升高。 24.紧急停车后甲烷化反应器不一定要用氮气置换。 25.甲烷化反应器停车后，若床层温度下降快时，要立即通氮气置换。 26.乙炔加氢系统选择何种工艺流程和反应器形式，主要根据反应器入口物料中乙炔的浓 度。 27.全馏分加氢工艺中，反应器床层温升小，催化剂选择性高，比较安全稳定。 28.催化剂活性是指催化剂加速反应的程度。 29.碳二加氢反应器使用过程中，加入粗氢的目的是降低催化剂的活性，提高催化剂的选 择性。 30.冷箱温度高，会造成氢气纯度下降，致使碳二加氢反应器出口不合格。 31.当提高碳二加氢反应器入口温度及氢炔比后，反应器出口乙炔仍超标，此时应判断反
收稿日期:2005-06-09;修订日期:2005-12-22 作者简介:伊卫林(1978-),男,满族,黑龙江宁安人,哈尔滨工业大学博士生.文章编号:1001-2060(2006)02-0140-05 轴流压气机叶片优化设计 伊卫林,黄鸿雁,韩万金 (哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:开发了基于梯度法的数值优化程序,并与三维粘性流场求解程序相结合对跨音压气机动叶片进行了以绝热效率最大为目标的三维气动优化设计。先对其进行了沿弦长方向掠设计,绝热效率可提高约0.65%。再对所得掠叶片进行叶型中弧线优化设计得到最终叶片,与初始叶片相比绝热效率提高达1.05%。优化结果表明,动叶片的单纯掠型叶片改进气动性能有限,而弦向掠与中弧线的联合优化设计可以显著改善叶片排内流动状况,并具有良好的变工况性能。 关键词:压气机;掠动叶;中弧线;N-S方程;优化设计中图分类号:TK474.8文献标识码:A 1引言 叶轮机械内部流动包含有边界层分离、二次流、旋涡以及激波与边界层相互干扰等复杂现象。跨音压气机中的三维激波结构是流动损失的主要根源,因此如何控制激波的位置与强度是提高压气机性能的主要因素之一。Wadia和Denton等人都曾对掠叶片进行过深入研究[1~2],并证明采用掠叶片可以改变跨音压气机动叶中的三维激波结构。叶型中弧线对压气机叶片气动性能也有显著影响,与叶片流道内激波产生的强度与分布以及附面层的分离状态都密切相关。可以推测,积叠线形状的空间变化只能在一定程度上改善内部流动状况,再配以合适的叶型必定能进一步提高压气机工作性能。 随着计算速度的提高及CFD三维流场求解精度的完善,基于N-S方程的全三维流场数值模拟用于叶轮机械气动设计成为可能。近年来,梯度法、遗传算法、模拟退火算法和响应面法等数值优化算法广泛应用于叶轮机械优化[3~6]。但是由于遗传算法和模拟退火算法的耗时性,使其无法应用于工程实际,响应面方法虽然简单、省时,但需要较多的人工操作,尤其是前期的样本如果选取不好,将在很大程度上破坏其寻优能力。因此,在叶轮机械优化设计中梯度法的应用仍最为广泛。 为了研究掠及相应叶型变化对压气机气动性能的影响,本文采用常规H型网格生成程序、基于雷诺平均N-S方程的全三维流场模拟程序和基于梯度法的数值优化程序,对某跨音压气机动叶进行优化设计。 2控制方程及数值方法 采用有限体积法求解圆柱坐标系下的雷诺平均N-S方程。空间求解采用二阶精度的中心差分格式加二阶、四阶人工粘性项,时间方向求解采用四步Ronger-Kutta格式。湍流模型为壁面函数修正的B -L模型,采用隐式残差光顺、局部时间步及多重网格等加速收敛技术,计算中采用两重网格,使程序具有较快的收敛速度,尤其适用于数值优化设计。网格采用常规H型网格,网格数为41@145@41。此种网格生成方法简单,在数值优化过程中,由于其参数为随机选择过程,如果网格生成质量不高,极易出现畸形网格,从而导致优化过程无法继续。本文采用的网格生成程序则没有出现这一情况。 3叶型参数化表达 在叶型的气动优化设计中,需要对其进行参数化表达,以便采用尽可能少的设计变量来控制叶片形状。另外还必须保证叶片型线曲率的光滑分布。控制点类曲线可以很好地解决这些问题。本文采用5个控制点的3次B样条曲线分别对25%、50%、75%叶高的叶型中弧线进行参数化表达,图1为25%叶高示意图。对于每个叶型以中弧线的首末端点为两控制点,并保证其在设计过程中不变,其余3个控制点为设计变量沿叶型型线垂直方向变化,这样既可以有 第21卷第2期2006年3月 热能动力工程 JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWER Vol.21,No.2 Mar.,2006
Guide operators to deal with the process of things, and require them to be familiar with the details of safety technology and be able to complete things after special training.透平膨胀机安全操作规程 正式版
透平膨胀机安全操作规程正式版 下载提示：此操作规程资料适用于指导操作人员处理某件事情的流程和主要的行动方向，并要求参加施工的人员，熟知本工种的安全技术细节和经过专门训练，合格的情况下完成列表中的每个操作事项。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 1、膨胀机前过滤器阻力超过0.05MPa 时，应停机加温。 2、运行中，当出现冰、二氧化碳等堵塞喷嘴或其它异常情况，立即停车加温吹除，加温过程中须保持润滑油和密封气的供应。 3、出现超速、异常声响、油压过低、冷却水量不足或轴承温度高时，迅速关闭紧急切断阀，停车检查处理。 4、保证进口温度在正常范围内；膨胀后，气体温度应保持一定的过热度，严格控制机后温度不低于-185℃，以防带液损
坏叶轮。 5、轴封压力应高于油压0.02MPa以上。 6、增压透平膨胀机启动前，打开增压机冷却器气侧排污阀；如有水滴，禁止通气。起动和停车时，须防止在管路发生共振的转速点停留，以免损坏机器。 7、检修后，应对油压、轴温、转速等有关联锁保护装置进行校验；开机前，应对联锁信号做联动调试。 8、对长期不运行的膨胀机，每周要手动盘车。 ——此位置可填写公司或团队名字——
膨胀机的原理，基本构造，主要参数控制及意义。 膨胀机的原理 气体的绝热膨胀，并对外做功，是获得低温的重要方法，透平膨胀机就是利用压缩气体在高压下进入膨胀机内膨胀到低压。由高压低速气体变为低压高速气体，在这个过程中与外界不发生热交换，因此，整个过程是绝热的。气体通过膨胀机后能量要减少，减少的能量就以功的形式输送出去，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。 透平膨胀机的分类 1按工作原理分，可以分为反动式和冲动式 透平膨胀机的工作是低速高压的气体，经过流道膨胀形成高速低压，即具有大动能的气流来推动叶轮，如果膨胀过程完全在静止的导流器中进行，叶轮所受的完全是气流的冲动。那么就是冲动式。如果气流在叶轮流通中还继续膨胀，这时在叶轮中除去接受从静止导流器中出来的动能外，在在叶轮流道还利用反作用原理产生向前的推力，这种透平膨胀机称为反动式。 2 按压力来分，可分为高压，中压，低压及超低压透平膨胀机。高压19---22兆帕膨胀到0.6----1.5兆帕[绝压] 中压2---5兆帕膨胀到0.6兆帕 低压0.5---1.0兆帕膨胀到0.13----0.14兆帕 超低压0.2---0.3兆帕膨胀到0.12兆帕 3 按级数来分可分为单级，双级，和多级 4 按制动方式分
[1] 风机制动 [2] 透平增压机制动 [3] 电机制动 [4] 油制动-------制动器为一系列位于转子和定子之间的油腔。 5万空分装置所配置的膨胀机，一台是杭氧的，另一台是阿特拉斯。杭氧膨胀机组组成示意图 换热器轴 过滤器膨胀端增压机供油装置透平膨胀机 透平膨胀机由---膨胀机蜗壳，-膨胀机轴，叶轮，轴承，轴封组成。膨胀端增压机----叶轮，扩压器，和蜗壳组成。 透平膨胀机流量调节----是通过一执行机构改变喷嘴角度来改变的。主要控制参数-----透平膨胀机进口温度，-透平膨胀机出口温度。 膨胀气量。
透平膨胀机 基础理论简介 一、概述 目前低温技术应用非常广泛，从航天到超导，从气体分离到能量回收等，而低温能量的获得主要靠气体的膨胀，特别是气体的等熵绝热膨胀，透平膨胀机则是实现这一膨胀的有效设备，现已广泛用到气体液化分离、能量综合利用等方面。 二、膨胀机的形式 1、活塞式膨胀机：通称容积型，其特点是适宜于小流量、高 压力、大膨胀比工况；缺点是复杂、体积大、易损件多、 操作维护复杂。 2、透平膨胀机：通称速度型，其特点是转速高、体积小、重 量轻、结构简单、易损件少、因而制造维修工作量小，适 宜于大流量、中高压力而初温较低。 按工作原理分： 1）冲动式：膨胀过程几乎完全在静止的喷嘴中进行； 2）反作用式：膨胀过程不仅在静止的喷嘴中进行，还在叶轮中进一步膨胀。 按气流流流动方向分： 1）径流式：气体在垂直于旋转轴的平面内沿半径方向流动； 2）轴流式：气体沿着平行于工作轮旋转轴方向流动； 3）径轴流式：气体由径向流入工作轮而由轴向流出。 三、透平膨胀机基本结构及工作原理 1、基本结构 膨胀机由通流部分、制动器及机身三部分组成 膨胀机通流部分：蜗壳、喷嘴、工作轮、扩压器 制动器：1）压缩机——入口管、叶轮、扩压器、蜗壳 2）风机——入口管、叶轮、扩压器、蜗壳 3）电机或油制动器
机身：支撑和隔热作用 2、工作原理 1）气体在喷嘴中流动 设置喷嘴的目的是使气流的动力能转变为气流的速度 能并且使气流降温，在喷嘴前后存在着压差，这些压 差推动着气流流动。当气流通过喷嘴时由于减压膨胀 而使焓值降低，即使压力、温度下降，这些焓降转变 成气流的动能，使在喷嘴出口处气流获得巨大的速度， 因此喷嘴主要解决的问题是保持合理的形状以减小各 种损失。 喷嘴在结构上可分为三段：即进口段、主体段、出口段 主体段又可分为2类：渐缩喷嘴（当喷嘴出口马赫数小于等于1） 缩放喷嘴（当喷嘴出口马赫数 大于1） 2）气体在工作轮中的流动（反动式透平膨胀机） 工作轮的作用： （1）把喷嘴出来的高速气体的动能，通过工作轮转化为 机械能并由主轴外输出做功，以降低内能使温度进 一步降低。 （2）使气体在工作轮进一步膨胀做功，进一步降低气体 的焓值和温度； （3）改变气体的流动方向，使它由径向转化为轴向流动 反动度：气体在工作轮中膨胀的程度 反动度（ρ）=工作轮内的等熵焓降（h2s）/总的等 熵焓降（h0） 工作轮结构：目前常用的是带径向叶片的半开式和闭式叶轮 工作轮可分为主体段：使气流由外圆向中心的径向流动 导流段：使气流由径向转为轴向流动（减少
透平膨胀机，是空气分离设备及天然气（石油气）液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键部机，是保证整套设备稳定运行的心脏。 原理 其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。我们平常用气筒打气会发现筒身发热,那是因为活塞压缩气体气体放热,如果反之其原理就类似于膨胀机了(更确切的说是活塞式膨胀机).透平膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或制动风机消耗。 扩展资料： 膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。 [1]膨胀机常用于深低温设备中。膨胀机按运动形式和结构分为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。 活塞膨胀机：活塞式膨胀机是通过气体膨胀推动活塞向外界输出功以产生制冷量的机器。工质在气缸内推动活塞输出外功，同时本身内能降低。因此，膨胀机也是一种气体发动机，所不同的是以使气体冷却获得冷量为主，利用机械功是次要的。一般来说，活塞膨胀机多适用于中、高压小流量领域。活塞式膨胀机广泛应用于空分装置及液化装置，尤其是在高压、小体积流量条件下。1934年前苏联的卡皮查提出用活塞式膨胀机替代液氢进行预冷实现氦气液化，真正实现则
是到了20世纪50年代，美国的Collins做出了带活塞式膨胀机预冷的氦液化器，但该产品在低温下活塞和气缸容易卡住，难以稳定工作。针对这个问题，1962年，中国科学院物理研究所低温物理研究室（中国科学院理化技术研究所前身）周远提出采用室温密封长活塞结构替代原卡皮查结构的方案，并于1964年研制成功，实现了带活塞式膨胀机预冷氦液化器的稳定运行，1965年获得生产推广。
空分基础知识 空气中主要组份的物理特性如下 空气中99.04%是氧气和氮气，0.932%是氩气，它们的体积百分比基本不变。氢、二氧化碳和碳氢化合物视地区和环境在一定范围内变化。空气中的水蒸汽含量随着饱和温度和地理环境条件影响而变化较大。水蒸汽和二氧化碳具有和空气大不相同的性质，在大气压力下，水蒸汽达到0℃和二氧化碳达到-79℃时，就分别变成冰和干冰，?就会阻塞板式换热器的通道和筛板上的小孔。因此这些组份必须在空气进冷箱前除去。空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔。在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度即有发生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中含量规定不得超过0.1ppm，
这必须予以充分的注意。?稀有气体中的不凝性气体如氖氦气，由于其冷凝温度很低，总以气态集聚在冷凝蒸发器中，侵占了换热面积而影响换热效果，因此也要经常排放。 氧气的用途: 氧气是地球上一切生命有机体赖以生存的物质，它的化学性 质非常活泼，很容易与其他物质化合生成氧化物。利用这一 物质，氧在冶金、化工、国防工业等部门都得到广泛的应用。 在甲醇合成的生产中，氧气与煤浆进行部分氧化反应，可生 产出有效的原料气：氢气、一氧化碳。 氮气的用途： (1) 氮的分子结构十分稳定，通常很难同其它物质发生化学 反应，表现出很大的惰性，所以工业上常用它来作为保护气。(2) 充氮气贮藏水果、蔬菜是一种先进的贮藏保鲜方法，它 使水果、蔬菜在高氮低氧的环境中减缓新陈代谢，并进入冬 眠状态，抑制后熟，从而长期保鲜。 (3) “真空充氮”，贮藏大米及其它粮食，可使粮食不蛀虫、不 发热、不霉变。 (4) 氮是植物生长的重要养分之一，空气中的氮很难被：随 物直接吸收，人们一般通过生产合成氨，然后以氨为原料， 生产备种能够被植物吸收的氮肥，如尿素。 空气分离主要有三种方法： 1低温法：先将空气通过压缩、膨胀降温，直至空气液化，
天然气透平膨胀机 培 训 教 程
四川空分设备（集团）有限责任公司 2010年04月
第一部分基础理论简介 一、概述 目前低温技术应用非常广泛，从航天到超导，从气体分离到能量回收等，而低温能量的获得主要靠气体的膨胀，特别是气体的等熵绝热膨胀，透平膨胀机则是实现这一膨胀的有效设备，现已广泛用到气体液化分离、能量综合利用等方面。 二、膨胀机的形式 1、活塞式膨胀机：通称容积型，其特点是适宜于小流量、高压力、大膨 胀比工况；缺点是复杂、体积大、易损件多、操作维护复杂。 2、透平膨胀机：通称速度型，其特点是转速高、体积小、重量轻、结构 简单、易损件少、因而制造维修工作量小，适宜于大流量、中高压力 而初温较低。 按工作原理分： 1）冲动式：膨胀过程几乎完全在静止的喷嘴中进行； 2）反作用式：膨胀过程不仅在静止的喷嘴中进行，还在叶轮中进一步膨胀。 按气流流流动方向分： 1）径流式：气体在垂直于旋转轴的平面内沿半径方向流动； 2）轴流式：气体沿着平行于工作轮旋转轴方向流动； 3）径轴流式：气体由径向流入工作轮而由轴向流出。 4）透平膨胀机基本结构及工作原理 1）基本结构 膨胀机由通流部分、制动器及机身三部分组成 膨胀机通流部分：蜗壳、喷嘴、工作轮、扩压器 制动器：1）压缩机——入口管、叶轮、扩压器、蜗壳 2）风机——入口管、叶轮、扩压器、蜗壳 3）电机或油制动器 机身：支撑和隔热作用 3、工作原理 1）气体在喷嘴中流动 设置喷嘴的目的是使气流的动力能转变为气流的速度能并且使气 流降温，在喷嘴前后存在着压差，这些压差推动着气流流动。当气
流通过喷嘴时由于减压膨胀而使焓值降低，即使压力、温度下降， 这些焓降转变成气流的动能，使在喷嘴出口处气流获得巨大的速 度，因此喷嘴主要解决的问题是保持合理的形状以减小各种损失。 喷嘴在结构上可分为三段：即进口段、主体段、出口段 主体段又可分为2类：渐缩喷嘴（当喷嘴出口马赫数小于等于1） 缩放喷嘴（当喷嘴出口马赫数大于1）2）气体在工作轮中的流动（反动式透平膨胀机） 工作轮的作用： （1）把喷嘴出来的高速气体的动能，通过工作轮转化为机械能并由主轴外输出做功，以降低内能使温度进一步降低。 （2）使气体在工作轮进一步膨胀做功，进一步降低气体的焓值和温度； （3）改变气体的流动方向，使它由径向转化为轴向流动 反动度：气体在工作轮中膨胀的程度 反动度（ρ）=工作轮内的等熵焓降（h2s）/总的等熵焓降（h0）工作轮结构：目前常用的是带径向叶片的半开式和闭式叶轮 工作轮可分为主体段：使气流由外圆向中心的径向流动 导流段：使气流由径向转为轴向流动（减少流动损失， 提高效率） 4、气体在扩压器中的流动 为了使工作轮流道避免减速运动，以减少流动损失（工作轮出口速度 可达到50—80米/秒，甚至更大），为了充分利用能量及减少管道流 动摩擦损失，在工作轮出口外设置扩压器（与喷嘴作用相反）。 三、透平膨胀机的组成 主机、密封气系统、供油系统、仪控系统 1、主机：主机由蜗壳、转子、喷嘴、传动机构、轴承、密封、机身 1）蜗壳；它是为了使气流顺利改变方向并均匀分配给喷嘴，原则上保证气流在出口内圆上成轴对称流动。材料为铝合金、铜合金或不锈 钢。 2）喷嘴：透平能量转换的主要部件，近年来均采用叶片可以转动的可调喷嘴，以调节流道的通流面积，从而调节气量。材料为3Cr13 或2 Cr13等。
PLPK-1083/39.7*4.9型透平膨胀机组使用说明书 中国开封空分集团有限公司 2009-05-19
1、目次-----------------------------2 2、概述-----------------------------3 3、技术参数-------------------------3 4、机组简介-------------------------5 5、操作说明-------------------------8 6、拆装说明------------------------13 7、维护说明------------------------15 8、主要故障及处理------------------16 9、装配间隙表-----------------------
1、概述 PLPK-1083/39.7*4.9型透平膨胀机组是为气体分离装置配套的机组之一。利用空气膨胀产生的冷量，满足气体分离装置对冷量的需要以及补偿装置中的冷量损失。机组由透平膨胀机、油站、底座、冷箱、部分油、水、气管路等组成。透平膨胀机所产生的膨胀功由主轴另一端的增压叶轮所吸收利用，使增压机气体的出口压力升高。进入透平膨胀机的工质气体应为不含有机械杂质的干净气体。 2、技术参数 2.1型号：PLPK-1083/39.7*4.9型 2.2型式：膨胀机：卧式，单级，向心，径—轴流反作用式 增压机：单级，离心式 2.3主要参数
2.4机组重量：5300kg 2.5机组外型尺寸：长*宽*高：3390mm*2200mm*2950mm 2.6仪控操作值 机组连锁停车顺序如下： a）全开增压机回流阀 b）三秒内关闭膨胀机进口紧急切断阀
增压透平膨胀机 Pressurization turbine expander 增压透平膨胀机是利用膨胀机的输出功来直接将入膨胀机前的气体增压，使得入膨胀机的膨胀气体压力升高，从而达到提高膨胀机前后压差，增加单位膨胀工质的产冷量，降低膨胀量的目的，减少膨胀量就意味着减少了循环压缩功，节约了能耗，并且还避免了机械能转变成电能而导致的损失，提高了膨胀功的回收效率，可以说它比过去常采用的电机或风机作为膨胀机的制动设备更完善。 Pressurization turbine expander expander has been used before the output of the power to directly into the expander gas pressurization, makes into the expansion of the expander gas pressure, so as to improve the pressure difference before and after the expander, increase unit expansion of the refrigerating effect, reduce the expansion amount decrease inflation means that reduces the cycle compression work, save energy consumption, and also to avoid the loss of mechanical energy into electrical energy and result in improved the expansion of the recovery efficiency of work, it is often used in motor or fan as expander braking equipment more perfect. 透平膨胀机是通过将来自上游的高压气流膨胀机为低压气流，连续不断的转化为机械能。高速气流使叶轮旋转，再通过由轴承支撑的转轴将机械能传递给压缩机、发电机，也可用油制动、风机制动消耗。 Turboexpander is a machine,which continuously converts kinetic energy into mechanical energy.This is done expending the high pressure gas from upstream to a lower pressure downstream through the expander.The high pressure gas causes the radial expander to rotate .Rotation is transmitted to the shaft,which is supported by a set of bearings.The power transmitted to the shaft can be used to drive a compressor,drive an electrical generator or can be dissipated through an oil brake or air brake. The spare parts of the turbine expander 透平膨胀机的零件 Bearings 轴承 ACD uses hydrodynamic bearing with tilt pad journal design and tilt pad thrust faces for most compressor loaded designs.All pads are babbitted with a tin/lead material
磁悬浮轴承透平膨胀机 早在1980年，CRYOSTAR公司就与一家磁轴承制造商结成伙伴关系，开发了采用磁悬浮轴承的增压透平膨胀机。随后进行了广泛的运转，于1988年推出了工业用生产装置。现在，磁悬浮轴承透平膨胀机在国外已有长足的发展。1999年11月，CRYOSTAR公司已生产磁悬浮轴承透平膨胀机75台，最小功率功率300kW，最大功率4MW。膨胀机效率实测92%，增压机效率为86%。采用闭式整体叶轮，材质为高强度铝合金，最大圆周速度可达400m/s。 LOTOFLOW公司的磁悬浮轴承透平膨胀机最大功率已达到13000马力，转速达7000r/min， 用于石油平台上的乙烷回收装置。最小的磁悬浮轴承透平膨胀机功率为100kW。磁悬浮轴承透平膨胀机后透平膨胀机的发展方向。据介绍，LOTOFLOW公司已经完成了 30000马力，能量回收用磁悬浮轴承透平膨胀机的技术储备。图5是磁悬浮轴承透平膨胀机的示意图。 透平膨胀机的一端是膨胀机叶轮，另一端是增压机叶轮。由两个叶轮和轴组成的子由每一段的径向磁悬浮轴承和一个中间的止推磁悬浮轴承所支承。为了防止在磁轴承失去磁性时刮伤迷宫密封以及在主电源和返回式电池电源都失电时能保护设备，在轴的两端还安装了一个抗摩擦轴承。这些轴承用从膨胀端和压缩端漏人中间室的气体冷却。冷却了磁轴承后的气体再用管路送回主供气压缩机或者循环压缩机。因此，在这个过程循环中没有气体损失。
图5 磁悬浮袖承透平膨胀机 磁悬浮径向轴承由两个部分组成：固定在透平转子轴上的电磁铁和在它周围的定子。借助于固定的电磁铁，由黑色金属制成的转子可以在磁场中被支承起来。如果在定子和之间建立起—个小的 空气隙并对电磁铁施以恰当的电力控制，则转子可在负荷变动的情况下维持精确的位置。 磁悬浮止推轴承由一个扁平的实心铁磁体盘组成，径向装配在轴上，在轴向固定。轴向磁悬浮轴承的定子用实心环形铁心制成，并加工了一些环形凹槽，用来嵌入电磁铁的配线线圈。把定子在两端定位后就形成了一个双作用推力轴承。 控制系统在理论上是简单的，但在电子学上是较复杂的。电磁铁接受正在指示轴位置的传感器的讯号，并和与转轴的标准位置 (径向和轴向)相对应的讯号进行比较。这两个讯号之间的任何偏差都产生出一讯号。在控制回路中对这个误差讯号进行加工后，会发出一个命令给功率放大器，使某个电磁铁的供电电源增大或者减小。 如上所述，磁悬浮轴承透平膨胀机了两道保护：当供电电源突然停
天然气透平膨胀机工作原理 天然气透平膨胀机工作原理 第一部分基础理论简介 一、概述 目前低温技术应用非常广泛，从航天到超导，从气体分离到能量回收等，而低温能量的获得主要靠气体的膨胀，特别是气体的等熵绝热膨胀，透平膨胀机则是实现这一膨胀的有效设备，现已广泛用到气体液化分离、能量综合利用等方面。 二、膨胀机的形式 1、活塞式膨胀机：通称容积型，其特点是适宜于小流量、高压力、大膨胀比工况；缺点是复杂、体积大、易损件多、操作维护复杂。 2、透平膨胀机：通称速度型，其特点是转速高、体积小、重量轻、结构简单、易损件少、因而制造维修工作量小，适宜于大流量、中高压力而初温较低。 按工作原理分： 1）冲动式：膨胀过程几乎完全在静止的喷嘴中进行； 2）反作用式：膨胀过程不仅在静止的喷嘴中进行，还在叶轮中进一步膨胀。 按气流流流动方向分：
1）径流式：气体在垂直于旋转轴的平面内沿半径方向流动； 2）轴流式：气体沿着平行于工作轮旋转轴方向流动； 3）径轴流式：气体由径向流入工作轮而由轴向流出。 三、透平膨胀机基本结构及工作原理 1、基本结构 膨胀机由通流部分、制动器及机身三部分组成 膨胀机通流部分：蜗壳、喷嘴、工作轮、扩压器 制动器：1）压缩机——入口管、叶轮、扩压器、蜗壳 2）风机——入口管、叶轮、扩压器、蜗壳 3）电机或油制动器 机身：支撑和隔热作用 2、工作原理 1）气体在喷嘴中流动 设置喷嘴的目的是使气流的动力能转变为气流的速度能并 且使气流降温，在喷嘴前后存在着压差，这些压差推动着气流流动。当气流通过喷嘴时由于减压膨胀而使焓值降低，即使压力、温度下降，这些焓降转变成气流的动能，使在喷嘴出口处气流获得巨大的速度，因此喷嘴主要解决的问题是保持合理的形状以减小各种损失。 喷嘴在结构上可分为三段：即进口段、主体段、出口段
涡轮膨胀机是空气分离设备，天然气（石油气）液化分离设备和低温破碎设备的关键部件，以获取冷却能力。确保整套设备的稳定运行是我们的心。 原理 其主要原理是将一定压力的气体用于透平膨胀机中的绝热膨胀，做外部功，消耗气体本身的内能，从而使气体本身得到强烈的冷却，达到制冷的目的。当使用气缸泵送空气时，我们会发现气缸体被加热了。那是因为活塞压缩气体以释放热量。否则，其原理类似于膨胀机（更确切地说是活塞膨胀机）的原理。从涡轮膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或由制动风扇消耗。 处理预防性 失败原因 转速表指示不正确的原因一般有两个：一是由于膨胀机自身故障导致转速表指示异常，经常伴有严重的膨胀机异常声音。另一个是由于磁电传感器的故障引起的。
磁电传感器安装在制动风扇端盖的中间，该风扇由两个带有线圈的永磁体组成。根据磁电感应原理，如果线圈接地短路或由于潮湿而损坏内部绝缘，则当转子旋转时，通过切断磁力线产生的感应电流会发生变化，从而导致测量速度不准确。兆欧表可用于测量接地电阻和线圈接线的绝缘程度，以进行准确的诊断。 膨胀机的转速表可以在0?40℃的环境温度下正常工作。温度太低或太高，不利于转速表的测量。加热分馏器时未除去膨胀机。即使关闭了风扇的排气阀，冷风阶段的空气温度仍远低于0℃，而后期加热阶段的空气温度仍高于40℃。这两种温差较大的气体长时间充满了风扇系统，磁电传感器的线圈受影响最大。如果线圈被反复加热，则线圈会潮湿且未绝缘接地短路故障，在这种情况下，转速表指示将变慢并且低于实际速度。 转速表本身的故障非常罕见。如果转速表指示不正确，可以判断是否是由于机械故障引起的，应将膨胀机拆下进行检查。如果机械系统没有异常，则可以根据经验进行操作，并且速度显示较低。由于超高速，无需担心膨胀机的自动关闭，这将导致分馏塔上的压力升高并威胁到分馏塔的安全。可使膨胀机的压力和温度保持在正常范围内。
3 空分装置 3.1 工艺设计基础 3.1.1装置生产能力 空分装置制氧能力：30000Nm3/h 3.1.2 装置组成 空分装置由如下4工序组成： （1）空气压缩工序； （2）空气净化工序； （3）空气分离工序； （4）液氧液氮液氩贮存工序。 空分装置、工序、主项编码如下表。 3.1.3 原料、产品和催化剂等规格 （1）原料 本装置原料为空气。 原料空气质量规格（杂质含量）如下表：
（2）产品规格 （3）化学品规格 3.1.4 原料、催化剂和化学品消耗量
3.1.5 公用工程物料规格及消耗 3.2 工艺说明 3.2.1 生产方法及工艺特点 空分装置以空气为原料，通过离心式空气压缩、分子筛空气净化、两级空气精馏的方法将空气分离为氧气和氮气，供煤气化装置、备煤装置及公用工程系统使用。空分装置副产的仪表空气供全厂装置正常生产时使用，副产的液氧液氮液氩外售。 空分装置采用“离心式空气压缩＋分子筛空气净化＋两级空气精馏＋液氧泵内压缩”工艺技术，此技术是成熟的工艺技术，有以下主要特点: ●用高效的两级精馏制取高纯度的氧气和氮气； ●用增压透平膨胀机，利用气体膨胀的输出功直接带动增压风机以节 省能耗，提高制冷量；
●热交换器采用高效的铝板翅式换热器，使结构紧凑，传热效率高； ●采用分子筛净化空气，具有流程简单、操作简便、运行稳定、安全 可靠等优点，大大延长装置的连续运转周期； ●采用液氧泵内增压流程，使空分装置操作运行更加安全; 采用DCS控制，使空分装置始终在最佳经济点运行。 3.2.2 工艺流程简述 从大气吸入的空气经空气过滤器（S01101）滤去灰尘杂质后，入空气压缩机 （K01101）加压至0.5MPa（G），然后进入空气冷却塔（C01201）。 空气在空冷塔下段，与循环冷却水逆流接触而降温。然后通过上段与经冷水 机组冷却的冷冻水逆流接触，降温后入分子筛吸附器（C02103A/B），清除空气 中的水份、二氧化碳和碳氢化合物。 已净化的空气一部分作为仪表空气供全厂用户使用，剩余部分进入冷箱 （Z01301）进行深冷分离。出冷箱的产品氧气供煤气化装置使用。 出冷箱的氮气经氮气压缩机（K01102）压缩至0.5MPa（G），送全厂低压氮 气用户。 出冷箱的氮气经氮气鼓风机（K01103）压缩至0.03MPa（G），送煤气化装 置用于开车。 从冷箱抽出部分液氧液氮液氩，送入液氧贮罐（T01402）、液氮贮罐（T01401）、 液氩贮罐（T01403）储存待售。 3.3 节能措施及效益 （1）空压机及空气增压机为离心式压缩机，采用同一台蒸汽透平驱动，节省投资并提高能量转换效率。 （2）空冷系统通过水冷塔来充分利用污氮气的不饱和吸湿性，降低冷却水温度，从而可以降低冷水机组的制冷量，节省运行费用。 （3）分子筛吸附器采用双层床结构（活性氧化铝+分子筛）底层活性氧化铝床层可有效地保护分子筛，延长分子筛使用寿命，同时采用双层床也使吸附器再生阻力下降，再生温度降低，节约再生能耗。 （4）采用增压透平膨胀机，利用气体膨胀的输出功直接带动增压风机以节省能耗，
透平膨胀机安全操作规程 示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
透平膨胀机安全操作规程示范文本使用指引：此操作规程资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 1、膨胀机前过滤器阻力超过0.05MPa时，应停机加 温。 2、运行中，当出现冰、二氧化碳等堵塞喷嘴或其它异 常情况，立即停车加温吹除，加温过程中须保持润滑油和 密封气的供应。 3、出现超速、异常声响、油压过低、冷却水量不足或 轴承温度高时，迅速关闭紧急切断阀，停车检查处理。 4、保证进口温度在正常范围内；膨胀后，气体温度应 保持一定的过热度，严格控制机后温度不低于-185℃，以 防带液损坏叶轮。 5、轴封压力应高于油压0.02MPa以上。 6、增压透平膨胀机启动前，打开增压机冷却器气侧排
污阀；如有水滴，禁止通气。起动和停车时，须防止在管路发生共振的转速点停留，以免损坏机器。 7、检修后，应对油压、轴温、转速等有关联锁保护装置进行校验；开机前，应对联锁信号做联动调试。 8、对长期不运行的膨胀机，每周要手动盘车。 请在此位置输入品牌名/标语/slogan Please Enter The Brand Name / Slogan / Slogan In This Position, Such As Foonsion
透平膨胀机 1、空分设备配套膨胀机的基本要求及工作原理 绝热等熵膨胀是获得低温的重要途径之一，也是对外做功的一个重要热力过程。而作为用来使气体膨胀输出外功以产生冷量的膨胀机，则是能够实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械。 膨胀机可分为活塞式和透平式两大类。一般来说，活塞式膨胀机多用于中高压、小流量领域。而低中压、流量相对较大的领域则多用于透平膨胀机。 随着透平技术的进一步发展，中高压、小流量的大膨胀比的透平膨胀机在各领域也有越来越多的应用。与活塞膨胀机相对比，透平膨胀机具有占地面积小(体积小)，结构简单，气流无脉动，振动小，无机械磨损部件，连续工作周期长，操作维护方便，工质不污染，调节性能好和效率高等特点。 对空分设备来说，低温精馏装置冷量损失的及时补流，产品产量的有效调节等都使得为其提供充足冷量的膨胀机显得尤为重要，可以说它是空分设备的心脏部件之一。随着科学技术的不断进步，现代空分设备对膨胀机提出了更高的要求，更高的整机效率，更好的稳定剂调节性能，更安全级可靠的保护系统，更长的运行周期及使用寿命等等。特别是随着内压缩流程空分设备和液体、液化设备等广泛使用，中压甚至更高等级透平膨胀机使用的越来越多。这类产品膨胀机出口气体常带一部分液体，有的具有很大的膨胀比。 活塞膨胀机是利用工质在可变容积中进行膨胀输出外功，也称为
容积型膨胀机。工质在冷钢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，也称为速度型膨胀机。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。 2、透平膨胀机的分类 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为反动式透平膨胀机。如果反动度很小甚至接近于零，工作轮基本上由喷嘴出口的气体推动而转动，并对外做功，这种透平膨胀机被称为冲动式透平膨胀机。 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—轴式和轴流式；如图： 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)则称开式工作轮。 根据一台膨胀机中含的级数多少，可分为单级透平膨胀机和多级透平膨胀机。为了简化结构，减少流动损失，径—轴流式透平膨胀机
增压透平膨胀机结构及工作原理 1.增压透平膨胀机工作原理 本机组工作介质先经增压机增压，再经冷却后进入主换热器，然后再进入膨胀机进行绝热膨胀产生空分装置所需的冷量，与此同时产生的机械功又为增压机所吸收。 2.膨胀机工作过程及结构 工作介质由进口管进入蜗壳，经可调喷咀再进入工作轮作功，然后经扩压室、排气管排出。 膨胀机气量调节是依*安装在冷箱顶上的气动薄膜执行机构带动喷咀叶片转动，从而改变其通道截面积来实现的，执行机构的阀杆行程反映了喷咀通道宽度的变化，阀杆总行程约为40毫米，阀杆下移使喷咀通道开大，上移则关小。 蜗壳：为不锈钢焊接结构，固定在机身上，通过机身与底座相连，蜗壳内容纳有喷咀和膨胀机叶轮。 转子：二端分别装有膨胀机叶轮和增压机叶轮（二者均为闭式），为一刚性转子，套装在机身轴承上。 轴承：前、后轴承均为径向推力联合式轴承，由进油管供给清洁而充足的润滑油，使转子能长期稳定运转，采用铂电阻温度计测量轴承温度。 轴密封：在*近二叶轮的轴上各置有一迷宫密封套，使得气体外漏量控制在最小的范围内，在*近膨胀机的密封套内充入常温密封气（干燥空气或氮气）以阻止流经膨胀机的低温气体外泄，而跑“冷”，为控制喷咀出口的气体与膨胀机端密封气之间的压力差维持在0.05MPa左右，特设置一精密减压阀，增压机端的密封套内充入～0.5MPa压力的密封气（干燥空气）。 3.离心增压机 增压机由进气室、叶轮、无叶扩压器、蜗壳组成，其叶轮与膨胀机叶轮置于同一轴上，二者转速相同，由膨胀机叶轮发出的机械功驱动其旋转，气体进入叶轮后，被加速、增压，进入无叶扩压器之后，又进一步减速增压，最后汇集于蜗壳排出机外，经冷却降温后进入钣式换热器，再进入膨胀机。