透平膨胀机要点.docx

透平膨胀机 概述； 透平膨胀机组组成； 透平膨胀机本体组成； 透平膨胀机基本理论； 透平膨胀机各部分的详细结构分析；（通流部分，机体，制动端） 辅助设备：电、仪、控； 透平膨胀机操作及常见故障分析； 一、 概述 1、 两个概念 （1）焓： h ? U ? PV 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： ?h ? h 1 h 。 2 （2）熵：衡量两种状态可逆程度（理解性）； P ,V ,T ? P ,V ,T 1 1 1 2 2 2 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 P ,T ? P ,T ， T ? T 1 1 2 2 1 2 ①低温工质温度下降 50~70℃，焓降： ?h ? h ? h 1 2 ②对外作功： ?h 转化为动能，增压机或风机的动能； 进口出口3、 膨胀过程与压缩过程 两个过程是互逆过程； 膨胀过程： 进口 出口 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。 油轴承：油站：提供油润滑；油强制循环带走摩擦热及细小金属屑； 气体轴承：在轴承上打一些孔，通上氮气或空气； 摩擦力小，但气膜承载能力小，稳定性差，加工要求特别高； 磁悬浮轴承： 5、活塞式膨胀机 流程：高压气体——汽缸——膨胀作功——活塞——输出功； 适合特点：①高压小流量； ②作功不连续； ③阻力损失大； ④机械摩擦效率低； ⑤活塞环更换频繁； 6、透平膨胀机分类 ①按工作原理分： ②按制动方式分： 风机制动：气量不大的场合使用； 油制动器制动：通过改变油压、油量； 增压机制动： 电机制动： 7、透平膨胀机组 透平膨胀机体（一台）； 冷箱：膨胀机本体自带的小冷箱； 油站： 膨胀机前的过滤器： 增压机前的过滤器：（若制动风机制动，风机有消音器） 8、透平膨胀机流程 工质气体气路：膨胀端：进口管细，出口管粗； 增压端：进口管粗，出口管细； 油管路：油分离器： 蓄能器：内部有一气束； 密封管路：密封加密封气； 密封气沿轴表面可形成气封； 密封气压力高于油压和高于膨胀端进气压力； 中高压膨胀机中：密封气直接排入大气； 低压膨胀机中：密封气进入回流系统，通过油烟机外排； 9、透平膨胀机的结构 流通部分：冷端蜗壳，导流器（喷嘴），膨胀叶轮，扩压器； 机体部分：机身，轴承，密封； 制动器：蜗壳，叶轮，扩压器； 转子： 10、透平膨胀机的基本理论 理想气体状态方程： Pv ? RT 实际气体状态方程： Pv ? zRT ①过程方程： 理想气体的绝热等熵过程： Pv K ? 常数 即 P v K ? P v K 1 1 2 2 K 是气体常数， K ? CP C V C P 气体定压比热容； C v气体定容比热容； 实际气体的绝热等熵过程： Pv K ? 常数 K ? CP ? CP C C ? ZR V V 实际气体的绝热非等熵过程： Pvn ? 常数 K n ? K ?? 2(K ?1) ? ：速度系数； ②流量的连续性方程： q ? ? C A m 1 1 1 ? ? C A 2 2 2 ? ?CA ? 常数 q ：质量流量； m ? ：气体密度； C：气体速度； A：截面面积，与C 相垂直的截面面积； ③动能方程 叶轮进口速度三角形： 11、膨胀机本体的结构 （1）流通部分：蜗棵壳（冷端）、导流器、叶轮、扩压器； 冷端蜗壳：均匀布气，是使气体均匀分布到导流器周围。按作用分类：①导向蜗壳：无能量转换（常用）； ②无叶喷嘴：有能量转换