下载文档原格式
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。
精品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。
透平膨胀机1. 概述；2. 透平膨胀机组组成；3. 透平膨胀机本体组成；4. 透平膨胀机基本理论；5. 透平膨胀机各部分的详细结构分析；（通流部分，机体，制动端）6. 辅助设备：电、仪、控；7. 透平膨胀机操作及常见故障分析；一、 概述1、 两个概念（1）焓：PV U h +=U ：内能是动能和位能之和，动能：分子运动；位能：工质分子间的相互作用力；P ：工质压力； V ：质量体积；PV ：表示工质做功的能力；工质从一种状态到另一种状态：21h h h -=∆。
（2）熵：衡量两种状态可逆程度（理解性）； 222111,,,,T V P T V P →熵不变化：可逆程度100%； 熵增加：越大，可逆程度越低；对膨胀机来说熵增小，则说明膨胀机的膨胀效率高； 熵只有不变或增加，不会变小，即熵增原理； 透平：靠旋转作功的一类机械； 2、 工作原理绝热等熵过程如下图：工质从2211,,T P T P →，21T T >①低温工质温度下降50~70℃，焓降：21h h h -=∆ ②对外作功：h ∆转化为动能，增压机或风机的动能；3、 膨胀过程与压缩过程两个过程是互逆过程； 膨胀过程：工质：压力降低，焓值降低，温度降低，对外输出功；压缩过程：工质：压力增加，焓值增加，温度升高，需要外功；4、应用领域两种作用的利用：①低温工质：空气分离，液化装置，航空领域；②回收功：（增压轮，电机发电）高炉气（煤气透平发电），石化；制冷循环：两个等压换热过程，一个等温压缩过程，一个等熵膨胀过程；如下图： 1~2：等温压缩 2~3：等压换热 3~4：等温膨胀 4~1：等压换热 如右图：2~6，3~5 是等焓线透平膨胀机在空分中的应用：空分中冷量主要来自膨胀机，其他冷量来自节流； 低压流程：90%以上的冷量来自膨胀机； 中压流程：80%以上的冷量来自膨胀机； 高压流程：84%以上的冷量来自膨胀机； 透平膨胀机的特点：①转速高：3~4万转/分，有的气体轴承膨胀机可达70万转/分； ②体积小：表面积小；③效率高：国产：85%~87%，国外：90%以上；④无机械接触：一般轴外径小于轴承内径10~15微米。
透平膨胀机是空分设备、天然气（石油气）液化分离设备和低温破碎设备获得冷却能力的关键部件。
确保整个设备的稳定运行是我们的心脏。
原理其主要原理是在透平膨胀机中利用一定的气体压力进行绝热膨胀，做外部功，消耗气体本身的内能，使气体本身得到强烈冷却，达到制冷的目的。
当用气缸抽气时，我们会发现气缸体是加热的。
这是因为活塞压缩气体释放热量。
否则，原理类似于膨胀机（更准确地说，活塞式膨胀机）。
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。
预防性治疗失败原因造成转速表指示不正确的原因一般有两个：一是由于扩展器本身故障导致转速表指示异常，常伴有严重的扩张器异响。
另一个原因是磁电传感器的故障。
磁电传感器安装在制动风扇端盖的中间。
风扇由两个带线圈的永磁体组成。
根据磁电感应原理，如果线圈接地短路或内部绝缘受潮损坏，转子旋转时，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。
高阻表可用于测量接地电阻和线圈接线的绝缘程度，以便准确诊断。
膨胀机转速表在0-40℃的环境温度下能正常工作，温度过低或过高，不利于转速表的测量。
在加热分馏塔时，膨胀机没有被拆除。
即使风机排气门关闭，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期充满风机系统，磁电传感器的线圈受影响最大。
如果反复加热线圈，线圈将受潮且未绝缘接地短路故障。
在这种情况下，转速表指示将减速并低于实际速度。
转速表本身的故障是非常罕见的。
如果转速表指示不正确，可以判断是否是机械故障引起的，应拆下膨胀机进行检查。
如机械系统无异常，可凭经验操作，速度显示低。
由于转速超高，不必担心膨胀机自动停机，会导致分馏塔压力升高，威胁分馏塔的安全。
膨胀机的压力和温度可以保持在正常范围内。
风扇叶片和风扇端盖之间的严重摩擦是风扇叶轮损坏的直接原因。
这种故障仅在风扇叶轮的螺母明显松动时发生。
螺母通常是自锁的，当静载荷和工作温度变化不大时，螺母不会自动松动。
