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《石油化工行业检修工程预算定额》(2009版)由8个专业册组成，适用于石油化工行业有计划的装置停产检修及与检修同期进行的该装置改造，生产运行期间的检修、煤化工、天然气化工等其他项目参照执行。
是编制检修工程预(结)算、工程招投标底和报价依据。
与《石油化工行业检修工程计价规则》(2009版)配套使用。
同时配套发行《石油化工行业检修工程计价应用软件》，该应用软件已包括在定额的发行价格中，不单独发售。
《石油化工行业检修工程计价规则》(2009版)为单行本，是为了规范和指导石油化工行业检修工程计价活动，统一石油化工检修工程费项目组成和计价方法而制定的。
《石油化工行业检修工程预算定额编制说明》(2009版)为单行本，是为达到使工程造价专业人员更系统、深入的掌握和使用额定的目的而编制。
石油化工行业检修工程预算定额2009版（全15册+应用软件+加密狗）[编著]：中国石油化工集团公司[出版社]：中国石化、冶金出版社[卷册数]：全15册+应用软件+加密狗[开本]： 16开[出版日期]： 2009年[定 ]：￥2320优惠：1680本套书包括：第一册：静置设备上下册第二册：传动设备上下册第三册：工业管道上下册第四册：电气设备上下册第五册：自动化控制仪表第六册：隔热.防腐第七册：工业炉窑及设备衬里第八册：电信设备简介目录：石油化工行业检修工程预算定额2009版《石油化工行业检修工程预算定额》(之009版)、《石油化工行业检修工程计价规则》(2009版) 经中国石油化工集团公司(中国石建[2010)12号、13号文)和中国石油化工股份有限公司(石化股份建[2010)8号、9号文)批准，自2010年1月1日起施行。
内容按照股份公司工程部{关于发行{石油化工行业检修工程预算定额)(2009 版){石油化工行业检修工程计价规则)(2009版)有关事项的通知》(石化股份建标函[2010)167号)要求，现就发行征订工作通知如下：1、《石油化工行业检修工程预算定额》(2009版)<包括配套的《石油化工行业检修工程计价应用软件》)2、《石油化工行业检修工程计价规则》(2009版)3、《石油化工行业检修工程预算定额编制说明》(2009版)目录：上册说明第一章压缩机第二章膨胀机第三章泵第四章风机第五章汽轮机……中册说明第一章容器类设备第二章塔及反应器类设备第三章热交换器类设备第四章催化反应一再生系统设备第五章炉类设备……下第三册工艺管道册说明……第四册电气设备册说明……第五册自动化控制装置册说明……第六册刷油、绝热、防腐蚀册说明……第七册工业炉窑及设备衬里册说明……附录《石油化工行业检修工程预算定额》(2009版)由8个专业册组成，适用于石油化工行业有计划的装置停产检修及与检修同期进行的该装置改造，生产运行期间的检修、煤化工、天然气化工等其他项目参照执行。
空分装置空分流程简述第一章精馏一、进塔流程：进塔流程（如图：1-1所示）（图：1-1）二、精馏过程：1、什么叫精馏：简单的说：精馏就是利用两种不同物质（气体）的沸点不同，多次地进行混合蒸气的部分冷凝和混合液体的部分蒸发的过程就叫做精馏。
2、进塔空气的作用：空气从纯化系统来经冷箱换热与膨胀后的空气混合后进入下塔底部，这部分气体做为下塔的上升蒸气；经高压节流的液空被送往下塔中部作为下塔的部分冷凝液；3、精馏---下塔液氮的分离：精馏塔下部的上升蒸气温度要比上部下流的液体温度高，所以膨胀空气进入下塔后空气温度会比上塔下流的温度高，当下塔的气体每穿过一块塔板就会遇到比它温度低的液体，这时，气体的温度会下降，并不断的被冷凝成液体，液体被部分气化；由于氧的液化温度最高，所以氧被较多的冷凝下来，剩下的蒸气含氮浓度就会有所提高。
就这样，一次，又一次的循环下去，到塔顶后，蒸气中的氧大部分被冷凝到液体中去了；从而得到了蒸气中含氮纯度达到99.9%的高纯氮；这部分气体被引入主冷，被上塔的液氧冷凝成液氮后部分做为回流液回流下塔再次精馏（如图：1-2所示），部分被送往上塔作为上塔的回流液。
同时下塔液空纯度也得到了含氧36%的液空。
（图：1-2）4、上塔精馏：将下塔液空经节流降压后送到上塔中部，作为上塔精馏原料；而从主冷部分抽出的液氮则成为上塔的回流液；与下塔精馏原理相同，液体下流时，经多次部分蒸发和冷凝，氮气较多的蒸发出来，于是下流液体中含氧浓度不断提高，到达上塔底部时，可以获得含氧99.9%的液氧；部分液氧作为产品抽出；由于下塔上升蒸气（纯氮气），被引入主冷冷凝，所以它将热量较多的传给了液氧，致使液氧复热蒸发作为上塔的上升气；在上升过程中，一部分蒸气冷凝成液体流下，另一部分蒸气随着不断上升，氮含量不断增加；到塔顶时，可得到99%以上的氮气。
第二章开车步骤一、启动步骤：1、空气压缩机；2、空气预冷系统；3、空气纯化系统；4、空气增压机；5、空气膨胀机；6、分馏塔系统操作。
透平膨胀机安全操作规程模版第一章总则第一条目的和依据为了保障透平膨胀机的安全使用，保证工作人员的人身安全以及设备运行的正常，制定本安全操作规程。
本规程依据国家有关法律法规以及相关安全标准制定。
第二条适用范围本规程适用于透平膨胀机的操作人员，以及与透平膨胀机相关的管理人员。
第二章安全管理第三条安全责任透平膨胀机的安全责任由管理人员负责。
管理人员应制定安全管理制度，并负责对操作人员进行培训和指导，确保其能够熟练掌握并遵守安全操作规程。
第四条操作人员的安全职责操作人员应严格遵守本规程，正确操作透平膨胀机，严禁违反操作规范和操作程序。
操作人员发现透平膨胀机存在安全隐患应及时上报，并做好记录。
第三章安全操作第五条透平膨胀机的准备工作1. 操作人员在进行透平膨胀机操作之前，必须熟悉透平膨胀机的结构、性能和操作方法。
2. 确保透平膨胀机各部件的运行状态正常，不存在故障或损坏。
3. 监测透平膨胀机的各项参数，如温度、压力等，确保在正常工作范围内。
第六条透平膨胀机的操作要求1. 操作人员必须按照操作规程正确操作透平膨胀机，不得随意调整设备参数。
2. 在操作过程中需注意透平膨胀机的运行状态，如是否有异常、是否存在异响等情况。
3. 操控透平膨胀机时，要保持注意力集中，防止分散注意力导致操作失误。
4. 在操作透平膨胀机前，应确认周围环境安全，确保无人员或其他物体在危险区域。
第七条紧急情况处理1. 操作人员应熟悉透平膨胀机的紧急停机程序，在发生紧急情况时，及时采取停机措施。
2. 在紧急情况下，操作人员要保持冷静，按照规程进行应急处理，并及时上报。
第八条维护与保养1. 维护人员应定期对透平膨胀机进行维护和保养，确保设备的正常运转。
2. 维护期间，操作人员应停止操作透平膨胀机，不得擅自开启或关闭设备。
3. 维护人员应遵守相关操作规程，采取安全防护措施，确保个人安全。
第四章安全培训与考核第九条安全培训1. 进行透平膨胀机操作的人员必须接受安全培训，熟悉操作流程和安全规程。
绝热压缩空气能储能技术第一章引言在当今的能源短缺和环境污染问题日益突出的背景下，寻求可持续的清洁能源储存和利用方式成为迫切需要解决的挑战。
绝热压缩空气能储能技术作为一种潜力巨大的能量转化与储存技术，逐渐引起了人们的关注。
该技术在减少能源浪费和碳排放方面具有巨大的潜力，有望在未来的能源系统中发挥重要的作用。
第二章绝热压缩空气能储能原理绝热压缩空气能储能技术基于绝热压缩和膨胀的物理原理。
当空气被压缩时，气体的温度和压力均会升高。
通过控制系统将压缩空气储存到储气罐中，并在需要释放能量时，通过膨胀机将储存的空气膨胀释放出来。
膨胀过程中的高温空气经过热交换器散热后，再次被压缩，形成闭环循环。
在这个循环过程中，能量从电网转化为压缩空气的势能，而在释放能量时，则将势能转化为电能。
第三章绝热压缩空气能储能系统组成绝热压缩空气能储能系统一般包括压缩机、储气罐、膨胀机、热交换器和发电机等关键组成部分。
压缩机用于将空气压缩至一定压力，而储气罐则用于存储压缩空气。
膨胀机在需要释放能量时将储存的空气膨胀，并驱动发电机发电。
热交换器用于散热，确保系统工作正常。
各个组成部分的设计和选材对系统的性能和效率有着直接的影响。
第四章绝热压缩空气能储能系统的优势与挑战绝热压缩空气能储能技术相比传统的化学储能技术，具有一定的优势。
首先，该技术使用空气作为工质，无排放污染物，符合环保要求。
其次，绝热压缩空气系统具有较高的能量转化效率，能够通过热交换器实现低温回收，提高能源利用效率。
此外，储气罐具有较长的使用寿命，适用于长期储能。
然而，该技术也面临一些挑战，如储气罐体积大、利用废热不够充分等问题，需要通过技术改进和创新来解决。
第五章绝热压缩空气能储能应用领域绝热压缩空气能储能技术在能源储存和利用方面具有广泛的应用前景。
首先，在电力系统中，该技术可用作备用电源和调峰填谷，平衡电网负荷波动，提高电网稳定性。
其次，在微电网和离网系统中，绝热压缩空气能储能技术有助于增加供电可靠性和稳定性。
第五章 蒸汽动力循环和制冷循环5-3设有一台锅炉，每小时产生压力为2.5MPa ,温度为350C 的水蒸汽4.5吨，锅炉的给水温度为30C,给水压力2.5MPa 。
已知锅炉效率为70%,锅炉效率: 如果该锅炉耗用的燃料为煤，每公斤煤的发热量为 29260J • kg -1，求该锅炉每小时的耗煤量。
2.5MPa 40 C H 2OH 169.77kJ kg内插得到 2.5MPa 30C H 2O H 169.7：86.3l28.04kJ kg查水蒸汽表2.0MPa 320 C H 2O H 3069.5kJ kg 1锅炉在等压情况下每小时从锅炉吸收的热量:出口压力P 1 0.008MPa 。
如果忽略所有过程的不可逆损失，试求： （1 ）汽轮机出口乏气 的干度与汽轮机的作功量；（2）水泵消耗的功量；（3）循环所作出的净功；（4）循环热效率。
解：朗肯循环在 T —S 图上表示如下:1点（过热蒸汽）性质：p 1 6MPa , t 1 540 C ,解：查水蒸汽表2.5MPa 20 C H 2O H 86.3kJ kg 锅炉每小时耗煤量：mcoal13490235658.6kg h 10.7 292601(3125.87 128.04) 31490235kJ hQ m H 2O H(H 2 H 1)4.5 1035- 4某朗肯循环的蒸汽参数为：进汽轮机的压力5 6MPa ，温度t 1 540 C ，汽轮机蒸汽吸收的热量 染料可提供的热量内插得到2.0MPa 查水蒸汽表内插得到3.0MPa 内插得到2.5MPa2.0MPa 360 C H 2O350 C H 2OH3.0MPa 320 C H 2O 3.0MPa 360 C H 2O350 C H 2O H 350 C H 2OHH 3159.3kJ 3159.3 3069.540 H 3043.4kJ H 3138.7kJ 3138.7 3043.4kg30 kg kg403114.88 3136.8530 3069.5 3043.4 3125.87kJ 3136.85kJ 3114.88kJkg 1kg 1 kg 12点(湿蒸汽)性质:S g 8.2287kJ kg 1V l 1.0084 cm 3g 11-2过程在膨胀机内完成，忽略过程的不可逆性，则该过程为等熵过程,S 2 S 1 6.9999kJ kg 1 K 12点汽液混合物熵值:循环热效率旦 1326・9 6.°420.3958H 4 3517.0 179.922(2)乏气的干度；(3)循环的气耗率；(4 )循环的热效率； (5)分析以上计算的结果。
第5章膨胀机5.1 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效应之一，也是对外作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，活塞膨胀机多适用于中、高压小流量领域，而低、中压、相对流量较大的领域中则多用透平膨胀机。
随着透平技术的进一步发展，近几年来，中、高压、小流量、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、高效率等特点；而活塞膨胀机正相反，一般多用在高膨胀比小流量的场合。
对于空分设备来说，低温精馏、装置冷量损失的及时补充、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机。
事实上，在空气分离设备中，膨胀机获得了广泛的应用。
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：要具有更高的整机效率、更好的稳定及调节性能、更安全及可靠的保护系统、更长的运行周期及使用寿命等等。
特别是随着内压缩流程和液体液化设备等的广泛使用，中压甚至高压等级透平膨胀机使用得越来越多，这类产品膨胀机出口常带一部分液体、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。
工质在气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的，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。
5.2 透平膨胀机5.2.1 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。
如果反动度很小以至接近于零，工作轮基本上由喷嘴出口的气流推动而转动并对外作功，则称为冲动式透平膨胀机。
前言透平膨胀机则是实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械.目前,从空调设备、低温环境模拟到空气与多组分气体的液化分离以及极低温氢、氦的液化制冷,都有透平膨胀机的实际应用.在能源的综合利用方面,透平膨胀机作为回收能量的机械也得到了广泛的应用.对于应用天燃气作为燃料的国家,利用液化天燃气的冷量是很重要的,可以利用冷热进行发电.按利用的方法有直接膨胀、直接膨胀加郎肯循环以及混合工质等三种.不管是那一种方法,都采用透平膨胀机回收功率.可见发展前景还是十分可观。
相信通过广大的科研工作人员的努力，透平膨胀机将会获得前所未有成就及更广的应用。
本毕业设计题目是10000 m3/h增压透平膨胀机设计。
限于时间和水平，本设计难免存在一些缺点和错误，敬请导师、专家批评、指正、以便修改。
编者2013年6月3日摘要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。
关键词: 透平膨胀机轴承转轴压缩机油制动AbstractTurboexpander 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.Key words: Turboexpander Bearings shaft compressor brake oil目录第一章绪论 (6)§1.1透平膨胀机的应用 (6)§1.2透平膨胀机的分类 (6)§1.3国内外透平膨胀机的发展概况 (7)第二章增压透平膨胀机的设计 (11)§2.1 设计参数 (11)§2.2 透平膨胀机的热力计算 (11) (11) (11) (11) (12) (12) (15) (15) (16) (20) (27) (28) (32) (32) (35)§2.3 增压机计算 (36) (36)§2.4 主轴的设计 (41)第三章轴的强度计算及转子的临界转速 (43)§3.1轴的强度计算 (43) (43) (43) (45) (46)§3.2键的校核 (47)§3.3转子的临界转速 (48)第四章漏气损失 (52)第五章增压透平膨胀机典型结构 (54)§5.1透平膨胀机 (54) (54) (54) (55) (55) (55)§5.2离心增压机 (55) (55) (56)§5.3供油系统 (56)§5.4紧急切断阀 (54)§5.5增压机回流阀 (55)§5.6增压机后冷却器 (55)第五章计算机编程 (58)§6.1 源程序说明 (58)§6.1 C语言程序 (58)§6.2 运行结果及分析 (65)总结 (69)参考文献 (70)文献翻译 (71)致谢 (75)第一章绪论§1.1 透平膨胀机的应用总所周知，绝热等熵膨胀是获得低温的重要效应之一,也是对外做功的一个重要热力过程,而透平膨胀机则是实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械.目前,从空调设备、低温环境模拟到空气与多组分气体的液化分离以及极低温氢、氦的液化制冷,都有透平膨胀机的实际应用.在能源的综合利用方面,透平膨胀机作为回收能量的机械也得到了广泛的应用.例如高炉气透平膨胀机、石油催化裂解再生气透平膨胀机、化工尾气透平膨胀机、烟气透平膨胀机、天燃气透平膨胀机、液化天燃气透平膨胀机、液化天燃气冷热发电透平膨胀机、排热回收利用的郎肯循环透平膨胀机等.对于应用天燃气作为燃料的国家,利用液化天燃气的冷量是很重要的,可以利用冷热进行发电.按利用的方法有直接膨胀、直接膨胀加郎肯循环以及混合工质等三种.不管是那一种方法,都采用透平膨胀机回收功率.§1.2透平膨胀机的分类此外,根据工质在工作轮中的流动的方向可以有径流式、径-轴流式和轴流式之分.按照工质从外围向中心或中心向外围的流动方向,径流式和径-轴流式又有向心式和离心式的区别.事实上,由于离心式工作轮的流动损失大,因此只有向心式才有价值.如果工作轮叶片的两侧具有轮背和轮盖,则称为闭式工作轮,轮盖没有只有轮背的称为开式工作轮,轮盖和轮背都没有的,或轮背只有中心部分而外缘被切除的,则称为开式工作轮.只有在应力很大的场合才采用开式工作轮,利用外缘的切除来降低离心力.低温装置中开式工作轮的应用并不普遍.根据一台膨胀机中包含的级数多少又可以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,径流透平膨胀机一般都采用单级或由几台单级组成的多级膨胀.按照工质的膨胀过程所处的状态,又有气相膨胀机和两相膨胀机之分.而两相膨胀机又有气液两相、全液两相及超临界状态膨胀的区别.§1.3 国内外透平膨胀机的发展概况在透平膨胀机的发展中有较大影响的应力为1939年苏联Ⅱ.Ⅱ.Kannua 院士提出的反动式向心径流透平.它的通流部分与前一种相比,它的根本特点在于:以后的改进是局部性的.例如在密封设备中增设了一股常温的密封气,以减少冷气体的外泄漏;采用径-轴流式工作轮和闭式工作轮,以降低通流部分的流动损失;采用转动喷嘴叶片的调节方法,以提高工况时的调节性能;改进轴承结构,提高工作转速,以适应大比焓降膨胀的需要等方面.70年代以来,两相透平膨胀机的出现,指出了设计理论方面新的研究方向.由于向心径流反动式透平膨胀机的体积流量大,结构简单,工作可靠,因而首先被应用到低压空气分离和液化装置中.由于它的体积流量大,效率又得到提高,因而使一度被淘汰的空气制冷装置又获得了一定的应用.例如用于-60～-80℃的大型低温环境模拟装置,有现成压缩空气的飞机空调装置等场合.这种型式的透平膨胀机允许的级比焓降的增加,使它也伸展到中、高压的空分装置及天燃气、油田气液化装置中.此外,由于采用了高速、可靠、少污染的气体轴承,使这种透平膨胀机也有一定的适用范围.在比焓降较小而体积流量很大时,特别是在大功率能量回收装置中,则以采用轴流式透平膨胀机为宜.在比焓降很大的场合,就需要采用多级膨胀.在体积流量很小时,采用容积式膨胀机的效率就比较高.正是由于透平膨胀机具有尺寸小、重量轻、寿命长、结构简单、操作维护方便、工质少受污染等优点,和活塞式、螺杆式等所谓容积型膨胀机相比,获得了日益广泛的应用.50年代主要用于低压、大流量的场合,60年代发展到了中小流量和中高压装置中,70年代更扩展到了更小流量的低温装置和微型制冷机中.透平膨胀机已经伸展到了过去活塞膨胀机占优势的领域中.m3/h的各类全低压空分装置使用的低压空气透平膨胀机;标志产氧量为150和300m3/h中的中压空分透平膨胀机.在这同时,还发展了各种其他用途的透平膨胀机.其中有标态进气量达180000m3/h的高空环境模拟装置用透平膨胀机,也有温度低达15K的宇宙环境模拟装置用的氦气透平膨胀机,转速达12万r/min的高能物理用大型氦液化器的氦气透平膨胀机,还有用于氢、天燃气的液化以及回收能量的氢、天燃气、油田气、化工尾气、烟气、高炉气等透平膨胀机.此外,还有低比焓降的空分-氮洗联合流程用大气量、低转速的透平膨胀机和高比焓降的中压氮液化装置用分两级膨胀的中压膨胀机.在型式方面,除了应用广泛的径-轴流反动式透平膨胀机外,还出现了轴流式透平膨胀机和多级透平膨胀机.在结构方面,有半开式工作轮,也有闭式工作轮.有风机制动的,也有发电机制动的.有转动叶片调节的,也有开启喷嘴组调节的.为了配合低温装置发展的需要,有关单位也开展了一系列试验研究工作.例如试验了带固定喷嘴、喷嘴宽度调节、转动喷嘴叶片和部分进气调节等各种调节方法;试验了风机和发电机制动的性能,编制了比较符合实际的转子-轴承系临界转速的计算程序;开始了对带液的两相透平膨胀机的研究.在制造工艺方面,也先后试验成功了工作轮的精密浇铸成型、闭式工作轮的轮盖钎接工艺、工作轮的电火花加工工艺成型、气体轴承的挤压成型等新工艺.当然,与国际上的先进水平相比,我国在透平膨胀机的发展方面任存在着一定的差距.例如对流通部分的气动性能试验研究较少,设计中还缺少综合性的最优化设计方法,三元流叶轮的制造工艺也存在一定的困难,自动控制和调节的配套能力还跟不上发展的需要.随着科学技术的现代化,这些差距必将一一得到解决.第二章增压透平膨胀机的设计§2．1设计参数§2．2透平膨胀机的热力计算工质:等熵指数 k=1.4相对密度γ=1.2928 kg/m3膨胀机进气量 q v=10000 m3/h进口压力 P0=0.89Mpa进口温度 T0=175.0K出口压力 P2=0．14Mpa气体在喷嘴内的流动损失是不可避免的.不仅有气流与壁面的摩擦,还有气体内部相互间的摩擦.这就引起了气流内部的能量交换,使喷嘴出口气流的实际速度C1低于理想速度C1S,而实际的出口比焓值高于理论的比焓值.在一元流动时,这一损失通常用经验的速度系数φ来反映.因此速度系数φ是一种综合性的损失系数,它的影响因素很多,如喷嘴的结构尺寸、叶片形状、加工质量、气流参数等。
目录摘要 ........................................................... - 1 - 主题词 ......................................................... - 1 - 第一章前言 .................................................... - 1 - 第二章深冷分离制氮冷量的制取途径及其影响 ...................... - 2 - 2.1膨胀机的膨胀制冷过程...................................... - 2 - 2.2节流阀的节流膨胀制冷过程.................................. - 2 - 2.3膨胀机膨胀制冷量决定深冷分离制氮装置冷量的平衡............ - 3 - 第三章膨胀机冷量对深冷分离制氮工艺的影响 ...................... - 3 - 3.1膨胀机制冷量对冷凝蒸发器液面（主冷液面）高度的影响........ - 3 - 3.2主冷液面高度对深冷分离制氮精馏工况的影响.................. - 4 -3.2.1主冷液面过高对制氮精馏工况的影响 ...................... - 4 -3.2.2主冷液面过低对制氮精馏工况的影响 ...................... - 4 - 3.3主冷液面对深冷分离制氮生产过程安全性能的影响.............. - 4 - 3.4主冷液面对制氮生产过程中能耗的影响........................ - 5 - 第四章膨胀机制冷量的调节 ..................................... - 6 -4.1改变气体在膨胀机进口状态参数的调节——进口节流调节........ - 6 - 4.2改变改变膨胀机气体流量的调节.............................. - 6 -4.2.1转动喷嘴叶片角度的流量调节 ............................ - 6 -4.2.2多机组调节 ............................................ - 7 - 4.3改变风机转速的调节........................................ - 7 - 第五章结束语 ................................................. - 7 - 致谢 ........................................................... - 9 - 参考文献 ...................................................... - 10 -题目：浅谈膨胀机制冷量对深冷分离制氮工艺的影响及调节摘要：分析膨胀机制冷量对深冷分离制氮工艺的影响及其对膨胀机制冷量的调节方法。
第5章膨胀机5.1 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效应之一，也是对外作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，活塞膨胀机多适用于中、高压小流量领域，而低、中压、相对流量较大的领域中则多用透平膨胀机。
随着透平技术的进一步发展，近几年来，中、高压、小流量、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、高效率等特点；而活塞膨胀机正相反，一般多用在高膨胀比小流量的场合。
对于空分设备来说，低温精馏、装置冷量损失的及时补充、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机。
事实上，在空气分离设备中，膨胀机获得了广泛的应用。
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：要具有更高的整机效率、更好的稳定及调节性能、更安全及可靠的保护系统、更长的运行周期及使用寿命等等。
特别是随着内压缩流程和液体液化设备等的广泛使用，中压甚至高压等级透平膨胀机使用得越来越多，这类产品膨胀机出口常带一部分液体、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。
工质在气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的，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。
5.2 透平膨胀机5.2.1 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。
如果反动度很小以至接近于零，工作轮基本上由喷嘴出口的气流推动而转动并对外作功，则称为冲动式透平膨胀机。
根据工质在工作轮中流动的方向可以有径流式、径-轴流式和轴流式之分，如图5.2.1-1所示。
如果叶轮叶片两侧有轮盘和轮盖，则称为闭式叶轮，如图5.2.1-2b。
没有轮盖只有轮盘的则称为半开式叶轮，见图5.2.1-2a。
轮盖和轮盘都没有的（轮盘只有中心部分）称为开式叶轮，见图5.2.1-2c。
根据一台膨胀机中包含的级数多少又可以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，径流透平膨胀机一般都采用单级或由几台单级组成多级膨胀。
按照工质的膨胀过程所处的状态，又有气相膨胀机和两相膨胀机之分。
按照透平膨胀机制动方式，又有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之分。
根据透平膨胀机轴承的不同型式，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等。
现代空分设备上所普遍采用的是向心径-轴流反动式透平膨胀机，它具有级的比焓降大，允许转速高，结构简单，热效率高等特点。
图5.2.1-1透平膨胀机通流部分的基本形式a) 径流式b) 径-轴流式c) 轴流式图5.2.1-2径-轴流工作轮的形式a)半开式b) 闭式c) 开式5.2.2 透平膨胀机的基本方程和工作原理5.2.2.1基本方程实际气体流动的理论基础主要是由状态方程、连续性方程、动量方程和能量守恒方程建立起来的。
状态方程透平膨胀机是一种低温机械。
对于空分装置来说，膨胀机的出口状态通常接近于冷凝温度，有时出口已带有部分液体。
这样，在计算时就必需考虑到实际气体的影响。
实际气体状态方程的形式很多，大多数都很复杂，不便于工程上的计算。
相对来说，在空分设备用透平膨胀机的计算中，利用压缩性系数Z 来对理想气体状态方程进行修正是最方便的，精度也能满足要求。
ZRT pv = （5.2-1）式中： p 绝对压力 (Pa)v 气体比容 (m 3/kg)R 气体常数 (J/(kg.k))T 气体温度 (k)压缩性系数可由z-p 图表中查得。
另外,建立在扎实理论基础上的维里方程，也是使用比较方便的气体状态方程之一；+++=vR T C v R T B v RT p 32 （5.2-2） 式中:B 、C 、…为第二、三、…维里系数。
当然还有一些其它的比较方便的气体状态方程这里就不一一介绍了。
要说明的是，随着计算机技术的普及及发展，用计算机来进行繁杂的计算和查询各介质的物性数据现在也变得十分便捷。
由于实际气体的膨胀过程存在摩擦、涡流，所以其膨胀过程不是绝热等熵热力过程，而是一个绝热非等熵的热力过程。
它的过程方程式可表述为：常数=n pv （5.2-3）式中： n 多变指数 ()12--=k k k n φ （5.2-4）式中： k 绝热指数 φ 速度系数:sC C =φ （5.2-5） 式中：C s 理想出口速度(等熵比焓降全部转换为气流动能时所能获得的理论气流速度) (m/s)C 实际出口速度(实际比焓降全部转换为气流动能时所能获得的理论气流速度) (m/s)连续性方程在透平膨胀机流道中，一般流动过程可简化为一元稳定管流，在一元稳定流动时，如果在流体流经的任意两截面间既没有流体加入，也没有流体排出，则在该管道内的每一个与流速向垂直的横截面上单位时间内流过的流体质量始终不变（见图5.2.2-1所示）。
常数===222111f c f c m ρρ （5.2-6）式中： m 质量流量 (kg/s)ρ 气体密度 (kg / m 3)c 气体速度 (m/s)f 垂直于c 的流道截面积 (m 2)从上式很容易看出，当流体体积流量V （= m ρ-1）一定时，流道截面积和气体速度成反比关系。
图5.2.2-1动量方程在透平膨胀机的固定流道（比如喷嘴和扩压器）中，对于一元稳定流动，下式所表示的动量方程得到广泛的应用：()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--112121221121n n p p ZRT k k c c （5.2-7） 该式适用于有摩擦的不可逆绝热流动过程。
对于以某一旋转速度工作的膨胀机工作轮来说，可以导出一元稳定流动时的动量方程式：222221212221u u w w h h -+-=- （5.2-8） 式中： h 工质的比焓 (J/kg)w 工质的相对速度 (m / s)u 工质的牵连速度 (m / s)式(5.2-8)是计算透平膨胀机工作轮中流动的重要公式，它适用于一元稳定流动绝热非等熵热力过程。
在工作轮进出口相对速度w 1和w 2相同的条件下，从能量守恒方程根据能守恒定理，当工质在绝热膨胀过程中，与外界既无热量交换，又无功能传递，则膨胀过程始－终的单位质量能量是不变的，即：常数=+=+22222211c h c h （5.2-9） 在透平膨胀机中，喷嘴和扩压器是固定元件，其内工质流速的增加和减少是由工质的比焓变化来实现的，所以在理想情况下，工质在喷嘴和扩压器中的流动过程就属于这类流动。
上式中，h 1、h 2为工质在两个状态下的比焓；c 12／2、c 22／2为工质在两个状态下的动能。
同样，对于工质在膨胀过程中，既有与外界的热量交换，又有功能的传递，根据热力学定律，对于一元稳定流动的理想气体，在任意两个截面之间，可以推导出单位质量工质的能量方程式：A c c h h q +-+-=2212212 （5.2-10） 式中： q 在两截面间单位质量工质与外界交换的热量（J/kg ）A 在两截面间单位质量气体与外界传递的能量（J/kg ）透平膨胀机中，气体在工作轮中的流动就属于这样的膨胀过程，一方面有冷量的损失，另一方面气体的比焓降和动能的变化要通过和工作轮相连接的主轴转变为机械功传递给外界。
当工质流动过程为绝热膨胀过程时，式中q=0，(5.2-10) 方程式为：2222121c c h h A -+-= （5.2-11） 如果是没有功能的传递的绝热膨胀过程，则 (5.2-11)式就可以写成(5.2-9) 式的形式。
考虑(5.2-9) 式后，则(5.2-11)可表达为：222222121222221u u w w c c A -+-+-= （5.2-12） 式中各项的物理意义可表述为：()22221c c - 工质在叶轮流道中因动能减少而作的功 ()2122w w - 工质在叶轮流道中因流动速度变化而作的功()22221u u - 工质在叶轮流道中克服离心力而作的功考虑c 、w 、u 之间的关系可以得出:u u c u c u A 2211+= （5.2-13）(5.2-12)式、(5.2-13)式是透平机械的基本方程式：欧拉方程式的两种形式。
对于透平膨胀机工作轮来说，从式中可见，膨胀过程工作轮所产生的功只取决于工作轮进、出口的速度而与工质的性质无关。
5.2.2.2工作原理透平膨胀机是一种高速旋转的热力机械，它是利用工质流动时速度的变化来进行能量转换的，因此也称为速度型膨胀机。
它由膨胀机通流部分、制动器及机体三部分组成。
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。
图5.2.2-2给出了透平膨胀机主机的剖面示意图。
图5.2.2-2 透平膨胀机主机结构示意图1-扩压器；2-蜗壳；3-工作轮； 4-喷嘴； 5-内轴封； 6-内轴承；7-主轴； 8-机壳；9-外轴承；10-外轴封；11-制动器膨胀工质由进气管进入蜗壳2，被均匀的分配进入喷嘴,经过喷嘴4膨胀，降低了压力和温度后进入工作轮3，在工作轮中工质进一步膨胀作功，然后经由扩压器1排入膨胀的出口管道，而膨胀功则由和工作轮相连的主轴7向外输出。
由膨胀机主轴输出的能量可被用来驱动一台压缩机或一台发电机；如果输出的能量较小，则可用风机或油制动器来平衡能量，以使透平膨胀机有一个稳定的运行条件。
下图表示出了各参数在膨胀机通流部分的变化趋势。
图5.2.2-3 参数在膨胀机通流部分的变化趋势图5.2.3透平膨胀机的通流部分膨胀机的通流部分是指膨胀工质在整个膨胀过程中所流经的部分(图5.2.3-1)，是工质进行能量转换的主要部件，膨胀工质在通流部分膨胀降温，同时将内能转换为外功输出。
5.2.3.1气体在蜗壳中的流动进入蜗壳的介质速度较低，且蜗壳一般设计成无能量转换型的，只是将流体均匀的分配导入喷嘴环，起导向作用，故保证蜗壳内出口介质的轴对称流动是蜗壳形状的基本设计条件。
圆形和矩形截面蜗壳使用得比较多，其它形状还有梯形、三角形截面等等。
5.2.3.2 气体在喷嘴中的流动图5.2.3-1 透平膨胀机通流部分喷嘴是由一组喷嘴叶片均布而成的一组叶栅, 1-蜗壳2-喷嘴3-叶轮4-扩压器喷嘴是由一组喷嘴叶片均布而成的一组叶栅,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的且有一定倾斜角。
