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透平膨胀机系统透平膨胀机系统 活塞式膨胀机是利用工质在可变容积中进行膨胀输出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。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。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。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，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。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、径分为径流式、径-轴流式和轴流式。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。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）称为开轮盖和轮盘都没有的（轮盘只有中心部分）称为开式工作轮。式工作轮。三、按照工质在膨胀过程所处的状态，膨三、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可分为气相透平膨胀机和两相透平膨胀机。胀机。四、按照透平膨胀机制动方式，可分为风四、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机、电机制动透平膨胀机和油制动透平膨胀机。胀机。五、按照透平膨胀机轴承的不同形式，可五、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。胀机和磁轴承透平膨胀机等。1 1、气体在蜗壳中的流动：进入蜗壳的介质速度较小，、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。的较多，其他还有梯形、三角形截面。2 2、气体在喷嘴中的流动：在透平膨胀机中为了使工作、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转换约占总量的50%50%左右，它是膨胀机的重要部件之左右，它是膨胀机的重要部件之一。一。3 3、气体在工作轮中的流动：工作轮的作用主要是使工、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，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。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，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。而导流段气体为轴向流动。4 4、气体在扩压管中的流动：为了使工作轮的设计具有、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绝对速度可达45-70m/s45-70m/s。若直接将工质排到管道中，。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，将气流速度降到压器，将气流速度降到5-10m/s5-10m/s，起降速扩压的作用。，起降速扩压的作用。透平膨胀机的通流部分透平膨胀机的通流部分 透平膨胀机的特性曲线透平膨胀机的特性曲线4从膨胀机制冷量的公式，可以看出从膨胀机制冷量的公式，可以看出4Q=GhQ=Gh0 0s s4如果改变制冷量如果改变制冷量Q Q，可以通过改变气体的流量，可以通过改变气体的流量G G、等熵焓降、等熵焓降h h0 0及其等熵效率及其等熵效率s s三个因素中的任何一个来实现。通常把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。改变气体流量的调节称为量的调节。41 1、进口节流调节进口节流调节4通过进口调节阀开度的变化，改变膨胀机前的气流压力，通过进口调节阀开度的变化，改变膨胀机前的气流压力，从而膨胀机的焓降从而膨胀机的焓降h h0 0及其等熵效率及其等熵效率s s同时发生变化，以实同时发生变化，以实现调节产冷量的目的。现调节产冷量的目的。4、转动喷嘴叶片角的流量调节转动喷嘴叶片角的流量调节4这种调节是利用转动喷嘴叶片，因而改变其流通面积，达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。到改变膨胀机的流量，从而改变其制冷量。4、改变转速改变转速4通过关小回流阀来改变膨胀机的转速，达到调节冷量的效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。果。影响膨胀机制冷量大小的因素1 1、膨胀量：膨胀量：膨胀量越大，影响氧提取率，氧提取率越底，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。膨胀量需同时满足冷量平衡及精馏工况的需求。2 2、机前温度：机前温度：提高机前温度，单位制冷量提高；提高机前温度，单位制冷量提高；3 3、机前压力：机前压力：提高机前压力，增大膨胀比，单位制冷量提高；提高机前压力，增大膨胀比，单位制冷量提高；4 4、绝热效率。绝热效率。蜗壳蜗壳 将叶轮后面或扩压器后面的气体汇集起来将叶轮后面或扩压器后面的气体汇集起来基本组成基本组成喷嘴环：喷嘴环各流道是进行能量转换的主要部件，喷嘴环：喷嘴环各流道是进行能量转换的主要部件，转子转子 ：是透平膨胀机中转动部分的部件总成，由主：是透平膨胀机中转动部分的部件总成，由主轴、叶轮等组成。轴、叶轮等组成。基本组成基本组成4轴承：常用的是整体式的滑动油轴承，目前使用较多轴承：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。的有椭圆轴承、多油楔轴承和可倾瓦轴承。基本组成基本组成密封：一般分为内密封和轴密封。密封：一般分为内密封和轴密封。基本组成基本组成扩压器：降速扩压作用扩压器：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。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：透平膨胀机组：一套完整的透平膨胀机组至少包括：1 1、经良好设计、制造的膨胀机主机；经良好设计、制造的膨胀机主机；2 2、可方便调节的制动系统和工况调节手段；、可方便调节的制动系统和工况调节手段；3 3、可靠的轴承润滑系统；、可靠的轴承润滑系统；4 4、密封系统；、密封系统；5 5、完善、可靠的安全保护和监视系统；、完善、可靠的安全保护和监视系统；6 6、支架与冷箱；、支架与冷箱；7 7、相应的配套阀门等。、相应的配套阀门等。绝热节流与等熵膨胀的对比节流阀节流阀膨胀机膨胀机结构简单，便于调节结构简单，便于调节结构复杂结构复杂可以在气液两相区工作可以在气液两相区工作不能大量带液不能大量带液制冷量小制冷量小制冷量大，不但有节流效应，而且制冷量大，不但有节流效应，而且对外做功对外做功节流前温度越低，温降越大节流前温度越低，温降越大机前温度高，制冷量大机前温度高，制冷量大