透平膨胀机的工作特点及类型总结

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：并维持透平膨胀机的稳定运转。透平膨胀机运转时,工质温度降低并获得冷量的同时,对外做功是通过克服阻力来实现的。因为流通部分没有机械摩擦部件,透平膨胀机在运转时,气体泄漏的间隙实际上是不变的。根据工作压力范围不同,透平膨胀机可以有单级和多级之分。其工作压力范围分别为:低压 0.5～0.6MPa膨胀到0.13～0.14MPa中压 1.5～1.6MPa膨胀到0.1MPa或0.5～0.6MPa高压 ≥1.6MPa有些高压透平膨胀机工作压力高达9.85MPa,等熵效率达到91.5%。

压缩气体通过喷嘴和工作叶轮进行等熵膨胀,产生制冷效应。低温透平膨胀机通常采用向心式,即从喷嘴射出的高速气体是向着叶轮中心方向流动的。从压缩机或输气管线来的高压气体,经蜗壳均匀地进入喷嘴,在叶轮流道中进行膨胀,形成具有一定方向的高速气流,然后把能量传给工作叶轮,并继续膨胀(反动式)。通过叶轮轴将膨胀功输出。由于能量的转变,工质温度降低。并维持透平膨胀机的稳定运转。透平膨胀机运转时,工质温度降低并获得冷量的同时,对外做功是通过克服阻力来实现的。产生阻力的构件称为制动器。制动的方式有两种类型:功率回收型制动器和功率消耗型制动器。功率回收型制动器主要用于大功率的膨胀机;功率消耗型制动器则用于小功率的透平膨胀机。

气体流通部分没有机械摩擦部件,因此无须润滑,有利于装置的可靠运转。气体可以充分膨胀到给定的背压,因此,理论上全部理想焓降都可用来产生机械功,致使气体强烈地冷却,因此透平膨胀机的效率高达80%以上。

因为流通部分没有机械摩擦部件,透平膨胀机在运转时,气体泄漏的间隙实际上是不变的。故它的效率与机器的工作年限几乎无关。而活塞式膨胀机则相反,由于密封磨损,它的效率随机器的工作年限而降低。另外,透平膨胀机可直接安装在冷箱内,它可以缩短连接的低温管道,减少冷损,也无须建造设备的安装基础。

透平膨胀机主要由工作轮蜗壳、喷嘴、工作轮、主轴、制动轮、制动轮蜗壳等组成。工质膨胀过程是在喷嘴中全部完成的,称为冲动式透平膨胀机;工质在工作轮中继续膨胀的,称为反动式透平膨胀机。工质在工作轮中继续膨胀的程度,则称为反动度。

根据工质在工作轮中的流动方式,分为径流、径轴流和轴流。根据工作压力范围不同,透平膨胀机可以有单级和多级之分。另外,按照工质在膨胀过程中的状态,膨胀过程有气相膨胀和气液两相膨胀的区别。按工作压力,透平膨胀机可分为低压、中压和高压。其工作压力范围分别为:

低压 0.5～0.6MPa膨胀到0.13～0.14MPa

中压 1.5～1.6MPa膨胀到0.1MPa或0.5～0.6MPa

高压 ≥1.6MPa

有些高压透平膨胀机工作压力高达9.85MPa,等熵效率达到91.5%。适用于流量范围大,压比范围宽的液化系统。

按膨胀机处理气体的体积流量,可分为大、中、小及微型四种:

大型 ≥10000m³/h

中型 400～10000m³/h

小型 ≤1000m³/h