膨胀机课件[1]

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。

螺杆式膨胀机Screw Expander用途螺杆膨胀机属于实现热功转换的热能机械，利用低品位热源，实现功率输出。

传统的热功转化，是利用高压、高温过热蒸汽推动汽轮机转动，再带动同步发电机，从而实现热到功。

电力，属于最高级别的能源，使用传输方便，是现今最主要的工农业生产动力来源。

汽轮机等发电机组，消耗的是高品位能源或原料，无法使用低品位的能源，同时产生很多废热。

螺杆膨胀动力机正是利用低品位的热源，实现热功转换。

这样做的好处是，热源可以是余热、废热，变废为宝，降低了能耗，增加了产出。

1 使用要求条件✧温度高于85℃的热水✧温度高于85℃的其他液体，如油，化工原料✧低压水蒸汽✧烟气✧高压水蒸汽2 收益➢一般以发电为目标，用户可以得到电力➢特殊使用3 产品种类不论螺杆膨胀机直接使用的是哪种工质，膨胀机本身的结构和原理都是一样的。

精密加工的一对螺杆转子，安装在机壳内，在啮合运转过程中，工作腔容积有变化，这样就可以实现膨胀或者压缩。

高压介质从高压孔口进入工作腔后，气体要膨胀，这样就推动转子向前运转，当工作腔到达排气位置时，开始排气，完成工作腔的膨胀过程。

螺杆膨胀机的转子分别称为阳转子、阴转子，阳转子输出动力。

螺杆膨胀机转子（1）ORC型膨胀机（ORC Screw Expander）使用有机介质，在一个封闭循环内部实现朗肯循环，从高温热源吸热，向低温热源放热，输出轴功率。

膨胀机需要利用循环系统才能起作用，不能单独使用。

机组结构复杂。

所需条件低，更适合低品味热源回收。

ORC热力循环原理图ORC螺杆膨胀机运转原理：预热器、蒸发器接受热源的热量，将工质加热成高温高压的蒸汽（非水蒸汽），然后进入膨胀机推动转子做工，同时降温降压。

蒸汽从膨胀机排出后，进入油分离器，分离润滑油，气体进入冷凝器冷凝成液体，液体被液体泵升压，进入预热器、蒸发器，完成一轮循环。

同时还存在的一路循环是润滑油在油分离气实现分离后，借助油泵输送至各润滑点，确保轴承等零件的润滑和降温。

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。

杭氧产膨胀机油箱盛油500Kg 最高油位距油箱顶部100为490Kg 距高油位距130为最低油位310Kg开车需仪表空气压力0.6MPa ----15m3/hI．概述II．机组简介一．透平膨胀机的构造二．增压机三．供油装置四．膨胀机流量调节五．快速安全关闭六．增压气体过滤器七．增压机出口气体冷却器八．增压机回流阀III．操作说明一．开车前准备工作及检查项目二．膨胀机启动三．运行中的检视四．膨胀机停车IV．拆装说明V．维护说明VI．主要故障及其处理VII．密封器跑合本标准适用于增压机制动的，工作轮直径系列为Ø100毫米到Ø450毫米的，采用油轴承的透平膨胀机组。

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。

PLPK-34.67/2.77×0.3型透平膨胀机操作规程上海加力气体有限责任公司二○一二年十一月目录1﹑概述 (2)2﹑主要技术规范 (2)3﹑结构简介 (2)3.1透平膨胀机 (2)3.2气体轴承供气系统 (3)3.3安全装置 (3)4﹑操作 (3)4.1起动前的准备 (3)4.2起动 (4)4.3运转 (5)4.4停车 (6)5﹑维护装配及故障处理 (6)5.1维护 (6)6﹑透平膨胀机常见故障分析与排除 (7)6.1透平膨胀机转速失控 (7)6.2透平膨胀机后温度过低 (7)6.3透平膨胀机起动时超速 (7)6.4膨胀端进口压力过低 (8)6.5膨胀端出口压力过高 (8)6.6透平膨胀机振动过大 (8)1概述PLPK-34.67/2.77×0.3型透平膨胀机组系气体分离设备配套单机之一，该机在整套装置中利用富氧空气在膨胀机内绝热膨胀，直接产生气体分离设备中所需的冷量获得低温，同时补偿气体分离设备中的各种冷量损失。

膨胀机绝热效率和增压效率的高低直接影响气体分离设备能否正常运行及各项技术经济指标。

该机还具有结构简单、绝热效率高﹑节约能源、体积小﹑重量轻﹑操作维护方便等优点。

2主要技术规范本透平膨胀机组配套机器数量为2台，主要技术参数如下：膨胀机：膨胀量2080Nm3/h（0℃，101325Pa）膨胀前压力0.277MPa膨胀前温度128.15K膨胀后压力0.030MPa工作介质富氧空气转速32900r/min绝热效率≥80%增压机：增压量2050Nm3/h（0℃，101325Pa）增压前压力0.618MPa增压前温度288.15K增压后压力0.75MPa工作介质氮气转速32900r/min增压机效率≥68%3结构简介3.1透平膨胀机本机型式为卧式单级径轴流向心反击式，带增压机。

两台增压透平膨胀机均采用相同的零部件。

透平膨胀机蜗壳为单进气切向流动型式，采用铸铜材料，蜗壳在低温下工作并置于保冷箱内。

透平膨胀机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。

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。

2故障原因编辑转速表指示失准，一般有两种原因：一是因膨胀机本身故障造成转速表指示异常，这种情况往往伴随着膨胀机有严重的异常声音；二是磁电传感器故障所致。

磁电传感器安装在制动风机的端盖中间，由两块绕有线圈的永久磁铁组成，利用磁电感应原理，如果线圈对地短路或内部受潮绝缘被破坏，转子转动时切割磁力线产生的感应电流出现变化，造成测量转速不准。

可用兆欧表测量线圈接线对地电阻及绝缘程度，以作出准确的诊断。

膨胀机转速表在0~40℃环境温度下能正常工作，温度过低或过高均对转速表测量不利。

在分馏塔加温时没有取下膨胀机，即使在风机排气放空阀关闭的情况下，由于冷吹阶段空气的温度远低于0℃，加温后期的空气温度又高于40℃，这两种温差较大的气体长时间充满风机系统，磁电传感器线圈受影响最大，多次进行加温，就会产生线圈受潮不绝缘、对地短路的故障，在这种情况下转速表指示会迟钝且低于实际转速。

转速表本身发生故障的情况十分少见。

在转速表指示失准的情况下，可先判断是否因机械故障所致，应拆下膨胀机进行检查。

如机械系统无异常，可凭经验进行操作，转速显示偏低，不必担心膨胀机因转速超高而自动停车，造成分馏塔上塔压力上升进而威胁分馏塔的安全。

可在保证膨胀机前后压力、温度处于正常范围内维持运转。

风机轮叶片与风机端盖的严重摩擦，是导致风机轮损坏的直接原因。

这种故障只有在风机轮螺母明显松动的情况下才会发生。

螺母一般都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时不会自动松脱。

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。

TURBOEXPANDERS 透平膨胀机Turboexpander is a machine, which continuously converts kinetic energy into mechanical energy. This is done by expanding 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.透平膨胀机是通过将来自上游的高压气流膨胀为低压气流，连续不断的将动能转化为机械能。

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。

ACD has built hundreds of machines with different loading devices, from compressors to oil brake, and from generator loads to air brake loads. We have built equipment for every major Industrial gas company and have machines in use in over 40 countries throughout the world.ACD已经生产了数百台带不同制动方式的膨胀机，有压缩机制动、油制动、发电机制动和风机制动。