增压透平膨胀机培训教材

4、密封件

（这里主要是指主轴与机身之间的动密封）膨胀机 是在高速低温的环境下工作的，如何阻止因低温气 体进入轴承而使轴承润滑油冻结，及阻止因润滑油 进入低温端因冻结而造成运行不正常及堵塞。所以 膨胀机的密封也是很重要的工作。膨胀机的密封通 常采用迷宫密封，即在主轴上或转子的轴套上设置 锯剌形的密封齿，而在机身上装有相对较软的铅基 合金制成的密封件。迷宫密封是一种动密封，它依 靠密封齿与密封件间的0.01～0.05mm的间隙，使 气体产生节流作用并造成压力的降低。达到密封的 效果。所以迷宫密封一定有少量的气体的泄漏，为 了减少气体的泄漏量，除了加强密封外，还应该尽 可能降低密封气的入口压力，一般情况下，要求密 封气的入口压力仅高于喷咀后压力约为0.05Mpa。


四川简阳瑞特机械设备有限公司生产的膨胀机 有：增压透平膨胀机、（风机制动式）透平 膨胀机两种。 以上两种单级透平膨胀机即属于反动式透平 膨胀机，又属于径－轴流式透平膨胀机。 为了提高透平膨胀机的效率，工作轮一般采 用闭式工作轮。 下面主要介绍增压透平膨胀机
二、透平膨胀机的工作原理

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。透平膨胀机输出的能量由同轴的增压 机等消耗。
五、膨胀机的密封供气系统
密封供气系统由进口阀、节流减压
阀、密封气过滤器及分配管组成。 密封气过滤器是由滤芯及壳体组成。 由于密封气直接进入主轴密封轴套 处，因而要求密封气内的固体颗粒 直径少于5μm。
六、膨胀机的仪控保护系统

为了膨胀机的安全运行，膨胀机机组设置了一 系列安全保护系统，首先机组要求在膨胀机入 口处设置有紧急切断阀，并由仪控系统来控制 紧急切断阀，也可以用手动按钮来控制。并要 求该阀在给予切断信号后，在３秒钟内关闭， 以保护膨胀机不被损坏。
2、可调喷咀

可调喷咀是由几个可以转动的喷咀叶片、 装有叶片转动轴销的定位盘、活动盘、 盖板等零件组成 。

由于叶片可以围绕定位盘的轴销转 动，因而其由两叶片围成的喷咀流 道面积的大小可以调节（见右图）。 从而达到改变气量的目的。但是由 于喷咀零件都是由不锈钢制成，相 对活动过多容易造成磨损、拉毛而 咬合。所以喷咀不适宜经常调节。
3、轴承

膨胀机的转子是由轴承来支承的， 为了使转子能长期稳定可靠地运 转，轴承是个十分重要的零件。 膨胀机的轴承多数采用径向推力 联合式轴承 ，其结构及轴承与主 轴之间的间隙大小对运转的稳定 性及寿命有十分重要的关系，因 而不能任意改变。

径向推力联合式轴承是一种非接触式的
液体润滑轴承，它是依靠转子转动时 的动压作用，使转子浮动在轴承上面， 它依靠润滑油来维持轴与轴承之间的 间隙。使轴与轴承不会由于接触而磨 损，而且润滑油还冷却轴承，带走主 轴因高速转动时与润滑油的磨擦而产 生的热量。所以向轴承供给一定量的 清洁的润滑油也是轴承正常工作的非 常重要的工作。
增压机蜗壳主要是增压机工作气体的
进出口通道。蜗壳在增压机叶轮的出 口处设置有无叶扩压器，使增压后的 气体减速，从而使增压后气体的压力 进一步上升。
四、膨胀机的供油系统

1、供油系统的要求:供油系统主要为膨胀机轴承提供 一定数量的清洁的，又有一定温度要求的润滑油。由 于膨胀机轴承的间隙仅为几十微米，而轴承对温度又 有一定的要求，当温度过高时，润滑油会变稀，使轴 承工作恶化甚至损坏。而温度过低时，润滑油会变稠， 使转子转动阻力增加，轴承的功率损耗增加，不利膨 胀机的工作，当温度低于10℃还会因润滑油流动困难 而使机器损坏。因此要求供油温度在40℃左右。由于 轴承的间隙仅为几十微米，所以要求润滑油内所含的 固体粒子直径应当少于10微米。为了使轴承能正常工 作还必须保证有一定的供油压力及供油量。一般的供 油压力应大于0.5Mpa,供油量为～60升/分钟。




根据级数多少分： 单级透平膨胀机、多级透平膨胀机 为了简化结构、减少流动损失，一般采用单级或有几台单级组 成的多级膨胀。 按照工质的膨胀过程所处的状态分： 气相膨胀机和两相膨胀机 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 膨胀机工作轮根据结构分为： 闭式工作轮、半开式工作轮、开式工作轮 只有应力很大的场合，才采用开式工作轮，利用外缘的切除来 降低离心力。在低温装置中开式工作轮的应用并不普遍。 根据透平膨胀机的制动方式分： 增压式透平膨胀机、风机制动式透平膨胀机机、电机制动式 透平膨胀机等．

冷却，以保证进机 组的润滑油温度低于50℃。为保证冷却效果，通常多 用水冷却。 油压容器：油压容器为封闭的压力容器，其下部设置有 进出口。主要是为保证油泵突然停电或者遇到其它故障 而不能继续供油时，依靠油压容器内贮存的压力油，继 续供给主机一到二分钟的润滑油，以保证主机的安全。 油过滤器：设置油过滤器是为了过滤润滑油中的固体颗 粒。以防止这些颗粒进入油泵及主机的轴承，以保护油 泵及轴承的安全运行，本系统共设置有三组油过滤器。 第一组在油箱出口与油泵入口处，由不锈钢丝网滤芯制 成，功能是防止较大的固体颗粒进入油泵而损坏油泵， 第二组在油冷却器出口处，是系统的主过滤器。主过滤 器为双联过滤器，二组可以切换使用，它要求的过滤精 度为10μm。主要是保护主机的轴承。第三组在主机的 供油口前。主要为防止主过滤器后的管道及油压容器内 的残留的少量机械固体颗粒进入主机，一般用单筒过滤 器。
膨胀机组要求在下列工况下进行报警及切断停车。 项目 正常参数 报警参数 切断停车参数 膨胀机转速 设计转速 1.075×设计转速 1.15×设计速 前轴承温度 ≤70℃ ≥70℃ ≥75℃ 后轴承温度 ≤70℃ ≥70℃ ≥75℃ 膨胀机供油压力 ≥0.8Mpa ≤0.4Mpa ≤0.2Mpa

七、膨胀机主机的操作及注意事项
三、膨胀机主机的结构与主要零部件
膨胀机是一种高速转 动的机械，为了保证 它的效率与可靠性， 必须特别注重其叶轮、 喷咀、轴承、密封的 设计与制造。右图是 一台膨胀机主机的基 本结构的剖面图。主 机主要由透平蜗壳、 机身、增压机蜗壳、 转子、可调喷咀、轴 承、及密封件等组成。
1、转子

转子是膨胀机的最重要部件。它直接关系到膨胀机的制 冷效果、运转的稳定性、可靠性及使用寿命。 转子是由膨胀机叶轮，增压机叶轮、密封轴套、螺帽 及主轴组成。见下图。 由于转子是在高速下运转，所以其高速下的稳定性是 十分重要的，除了要提高其整个转子的抗振动性能外， 还应对转子上的叶轮、 主轴及转子的整体分别 作动平衡试验，其允许 的重心偏移量≤0.3μm。

叶轮则是接受从喷咀出来的高速气体，由于喷咀出来 的气体其速度达到或超过音速，而且温度已经大幅度 降低，当高速气体冲击叶轮的叶片时，使叶轮高速转 动。叶轮是一个由多个叶片所组成轮子，气体从半径 方向流入，而从与主轴轴线平行方向流出，称为径轴 流叶轮。叶轮中每两个叶片围成一个通道。叶轮的通 道是经过精心的设计，而且是渐渐扩大的。当高速、 低温的气体通过叶轮通道时，由于高速转动。使气体 的速度很快下降，同时气体在不断变大的通道中流动 时压力也进一步下降，因为压力与速度下降使气体的 内能的降低，这样气体温度进一步大幅度降低。从而 达到降温与制冷的目的。由于膨胀机轮子的飞速转动， 带动了与膨胀机轮子在同一轴上另一端的增压机叶轮 的转动，增压机叶轮的转动压缩了通过增压机叶轮气 体，增压机叶轮不仅压缩了气体，利用了膨胀发出的 功率，而且也控制了膨胀机的转速。


膨胀机主要是被用来生产冷量造成低温，其工作的 对象主要是气体。当气体具有一定的压力和温度时。 就具有一定的能量，即由压力而体现的势能与由温 度所体现的动能。这两种能量总称为内能，而膨胀 机主要的作用是利用气体通过膨胀机的过程中的内 能降低并对外输出功。并由于气体内能的降低并对 外输出功使气体的压力和温度大幅度降低从而达到 制冷与降温的目的。 膨胀机主要的工作是在喷咀及叶轮中完成。喷咀是 一种由多个精心设计的叶片所组成的喷射通道（即 喷咀流道）。当高压的气体通过喷咀流道时，由于 喷射作用使气体的速度迅速上升并可达到音速。而 气体的压力和温度则很快下降。从而达到降温的目 的。
5、机身

机身组成了膨胀机的外 壳，并提供轴承、密封 件、隔板、隔热板等零 件的安装场所。
6、透平蜗壳

膨胀机蜗壳主要是膨胀机工作气体的进 出口通道，并使膨胀气体均匀地分配给 喷咀的各个通道。同时当低温气体流出 膨胀机叶轮时通过一个扩张的锥管使气 体的流速进一步下降，从而使压力有所 上升。
7、增压机蜗壳

7.1开车前的准备 a.供油系统的清洗： 供油系统的清洗分两次进行，第一次：用清洗 油（一般为煤油）油量为600升左右，通过油箱上 加油口向油箱加油，拆除向主机供油的供油管道 用橡皮管连接供油口及油箱加油口，打开所有供 油油路上的阀门，启动油泵用清洗油循环8小时以 上后（注意用清洗油循环时不得关闭油路上任何 阀以防损坏油泵），排尽清洗油。第二次：向油 箱注入600升左右N32号透平油继续清洗循环12 小时以上，排尽所有清洗透平油，拆下油箱两端 的法兰,清洗油箱底部的机械杂质,直到清洁为止。 然后用600升左右的N32号透平油通过加油口缓 缓向油箱注油。要求液面在油箱的2/3以上。
2、供油系统的组成及工作



供油系统由油泵、油箱、油冷却器、油压容器、 油过滤器、油气分离器、溢流阀、单向阀，测量 仪表及其它的管道、阀门等组成。 油泵：目前多数采用三螺杆泵，要求供油压力为 2.5Mpa, 供油量为８0升/分钟。三螺杆泵主要的 优点是运行噪音少，密封好，基本上不漏油。 油箱：油箱不仅要求贮存油泵5分钟以上的油量， 还兼作第一级油器分离器。它还必须承受一定的 压力。中低压膨胀机的油箱通常的工作压力低于 0.6Mpa,容积为800升左右。