透平膨胀机基础知识
透平膨胀机资料
透平膨胀机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途径之一，也是对外做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，活塞式膨胀机多用于中高压、小流量领域。
而低中压、流量相对较大的领域则多用于透平膨胀机。
随着透平技术的进一步发展，中高压、小流量的大膨胀比的透平膨胀机在各领域也有越来越多的应用。
与活塞膨胀机相对比，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，调节性能好和效率高等特点。
对空分设备来说，低温精馏装置冷量损失的及时补流，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件之一。
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，更高的整机效率，更好的稳定剂调节性能，更安全级可靠的保护系统，更长的运行周期及使用寿命等等。
特别是随着内压缩流程空分设备和液体、液化设备等广泛使用，中压甚至更高等级透平膨胀机使用的越来越多。
这类产品膨胀机出口气体常带一部分液体，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。
工质在冷钢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，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。
2、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。
如果反动度很小甚至接近于零，工作轮基本上由喷嘴出口的气体推动而转动，并对外做功，这种透平膨胀机被称为冲动式透平膨胀机。
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—轴式和轴流式；如图：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。
透平式膨胀机工作原理
透平式膨胀机工作原理
透平式膨胀机是一种利用气体动力膨胀来驱动的机械设备，其工作原理如下：
1. 气体进入膨胀机：初始阶段，高温高压气体进入透平膨胀机的压力腔。
透平膨胀机通常有多个透平级别，每个级别内有一对相互旋转的叶轮。
气体通过膨胀机进入透平级别，并通过叶轮的导向叶片被引导到透平叶轮之间的叶轮空间。
2. 汽轮叶轮工作：当气体进入透平叶轮之间的叶轮空间后，由于叶轮之间的差压力作用，气体会带动叶轮加速旋转。
在叶轮加速旋转的过程中，气体的压力和温度会下降，同时叶轮也会转动，并将气体动能转化为机械能。
3. 气体排出：气体从透平叶轮之间的叶轮空间流出后，进入逆向叶轮的叶轮空间。
逆向叶轮会通过导向叶片以及叶轮的反向旋转，将气体引导到透平叶轮之间的叶轮空间，并再次进行加速旋转。
这样，气体在逆向叶轮的作用下又再次转移了部分动能。
4. 工作流体排出：经过多级透平叶轮的循环加速旋转和排气过程后，气体的压力和温度会进一步下降，最终排出膨胀机。
通过上述原理，透平式膨胀机将高温高压气体的动能转化为机械能，可以广泛应用于发电、航空航天以及工业生产等领域。
透平膨胀机培训资料
.透平膨胀机培训资料一、膨胀机的工作原理工作原理透平膨胀机是空气分离设备及天然气（石油气）液化分离设备和是保证整套设备稳定运低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键部机，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的心心脏。
从而使气体自身强烈地行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，发透平膨胀机输出的能量由同轴的增压机、冷却而达到制冷的目的。
电机回收或制动风机、油等消耗。
其工作的对象主要是生产冷量造成低温，膨胀机主要是被用来即由压就具有一定的能量，气体。
当气体具有一定的压力和温度时。
而这两种能量总称为内能，力而体现的势能与由温度所体现的动能。
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外输出功。
大幅度降低从而达到制冷与降温的目的。
喷咀是一种由多个膨胀机主要的工作是在喷咀及叶轮中完成。
当高压的气体通精心设计的叶片所组成的喷射通道（即喷咀流道）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。
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资料word.当高速气体冲击叶轮度达到或超过音速，而且温度已经大幅度降低，气使叶轮高速转动。
叶轮是一个由多个叶片所组成轮子，的叶片时，称为径轴流叶轮。
体从半径方向流入，而从与主轴轴线平行方向流出，而叶轮的通道是经过精心的设计，叶轮中每两个叶片围成一个通道。
由于高速转低温的气体通过叶轮通道时，且是渐渐扩大的。
当高速、同时气体在不断变大的通道中流动时压使气体的速度很快下降，动。
这样气因为压力与速度下降使气体的内能的降低，力也进一步下降，由于膨胀机从而达到降温与制冷的目的。
体温度进一步大幅度降低。
带动了与膨胀机轮子在同一轴上另一端的增压机叶轮子的飞速转动，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，而且也控制了膨胀机的轮不仅压缩了气体，利用了膨胀发出的功率，转速。
增压透平膨胀机常识
增压透平膨胀机增压透平膨胀机是利用膨胀机的输出功来直接将入膨胀机前的气体增压，使得入膨胀机的膨胀气体压力升高，从而达到提高膨胀机前后压差，增加单位膨胀工质的产冷量，降低膨胀量的目的，减少膨胀量就意味着减少了循环压缩功，节约了能耗，并且还避免了机械能转变成电能而导致的损失，提高了膨胀功的回收效率，可以说它比过去常采用的电机或风机作为膨胀机的制动设备更完善。
1.增压透平膨胀机工作原理本机组工作介质先经增压机增压，再经冷却后进入主换热器，然后再进入膨胀机进行绝热膨胀产生空分装置所需的冷量，与此同时产生的机械功又为增压机所吸收。
2.膨胀机工作过程及结构工作介质由进口管进入蜗壳，经可调喷咀再进入工作轮作功，然后经扩压室、排气管排出。
膨胀机气量调节是依靠安装在冷箱顶上的气动薄膜执行机构带动喷咀叶片转动，从而改变其通道截面积来实现的，执行机构的阀杆行程反映了喷咀通道宽度的变化，阀杆总行程约为40毫米，阀杆下移使喷咀通道开大，上移则关小。
蜗壳：为不锈钢焊接结构，固定在机身上，通过机身与底座相连，蜗壳内容纳有喷咀和膨胀机叶轮。
转子：二端分别装有膨胀机叶轮和增压机叶轮（二者均为闭式），为一刚性转子，套装在机身轴承上。
轴承：前、后轴承均为径向推力联合式轴承，由进油管供给清洁而充足的润滑油，使转子能长期稳定运转，采用铂电阻温度计测量轴承温度。
轴密封：在靠近二叶轮的轴上各置有一迷宫密封套，使得气体外漏量控制在最小的范围内，在靠近膨胀机的密封套内充入常温密封气（干燥空气或氮气）以阻止流经膨胀机的低温气体外泄，而跑“冷”，为控制喷咀出口的气体与膨胀机端密封气之间的压力差维持在0.05MPa左右，特设置一精密减压阀，增压机端的密封套内充入～0.5MPa压力的密封气（干燥空气）。
3.离心增压机增压机由进气室、叶轮、无叶扩压器、蜗壳组成，其叶轮与膨胀机叶轮置于同一轴上，二者转速相同，由膨胀机叶轮发出的机械功驱动其旋转，气体进入叶轮后，被加速、增压，进入无叶扩压器之后，又进一步减速增压，最后汇集于蜗壳排出机外，经冷却降温后进入钣式换热器，再进入膨胀机。
透平膨胀机的等熵效率
透平膨胀机的等熵效率一、透平膨胀机的基本原理透平膨胀机是一种能够将气体压缩或膨胀的机械设备。
其基本原理是利用转子和静子之间的间隙，将气体引入并在旋转时进行压缩或膨胀。
透平膨胀机广泛应用于石油化工、电力、航空航天等领域。
二、等熵过程的定义与特点等熵过程是指在没有热量流入或流出的情况下，气体经历的一种可逆过程。
在等熵过程中，气体内部能量不断变化，但由于没有任何能量转移，所以系统总能量保持不变。
此外，在等熵过程中，还有以下几个特点：1. 气体内部无摩擦；2. 没有任何形式的传热；3. 系统总能量不变。
三、透平膨胀机的等熵效率定义透平膨胀机的等熵效率是指在理想情况下，透平膨胀机在进行等熵过程时所达到的实际功率与其最大功率之比。
即：$$\eta_{is} = \frac{W_{is}}{W_{max}}$$其中，$W_{is}$为透平膨胀机在等熵过程中所达到的实际功率，$W_{max}$为透平膨胀机在最大功率时的功率。
四、等熵效率的计算方法透平膨胀机的等熵效率可以通过以下公式进行计算：$$\eta_{is} = \frac{T_1 - T_2}{T_1 - T_{2s}}$$其中，$T_1$为入口温度，$T_2$为出口温度，$T_{2s}$为理论出口温度。
理论出口温度是指在等熵过程中，气体从入口到出口所经历的压力变化所对应的温度。
其计算公式如下：$$T_{2s} = T_1\left(\frac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}$$其中，$k$为气体比热比，$P_1$为入口压力，$P_2$为出口压力。
五、影响透平膨胀机等熵效率的因素透平膨胀机等熵效率受到多种因素的影响。
以下是一些常见因素：1. 入口温度：入口温度升高会导致气体密度降低，从而降低等熵效率；2. 出口压力：出口压力升高会导致气体密度增加，从而提高等熵效率；3. 转速：转速越高，透平膨胀机的等熵效率越高；4. 气体比热比：气体比热比越大，透平膨胀机的等熵效率越高。
透平膨胀机基础知识
透平膨胀机基础理论简介一、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。
透平膨胀机培训资料最新版
精品天然气透平膨胀机培训教程四川空分设备（集团）有限责任公司2010年 04月第一部分基础理论简介一、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。
4）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3、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。
透平膨胀机培训资料最新版
透平膨胀机培训资料最新版透平膨胀机是一种常见的动力设备，广泛应用于航空、航天、能源等领域。
它以其高效、可靠的特点备受青睐。
为了更好地了解和掌握透平膨胀机的工作原理和操作技巧，培训资料的更新与完善显得尤为重要。
一、透平膨胀机的工作原理透平膨胀机是一种基于透平原理工作的设备。
透平膨胀机通过将高压气体进入透平机组，利用气体的膨胀来驱动透平转子旋转，从而产生动力。
透平机组由固定叶片和转动叶片构成，通过气体的压力差来实现能量转换。
透平膨胀机的工作原理类似于蒸汽轮机，但其工作介质可以是气体或液体。
二、透平膨胀机的应用领域透平膨胀机广泛应用于航空、航天、能源等领域。
在航空领域，透平膨胀机被用于飞机的辅助动力装置，为飞机提供电力和空调等服务。
在航天领域，透平膨胀机被用于航天器的推进系统，帮助航天器实现姿态调整和轨道变换。
在能源领域，透平膨胀机被用于燃气轮机的废热回收系统，提高能源利用效率。
三、透平膨胀机的操作技巧1. 安全操作：在操作透平膨胀机时，首先要确保设备处于安全状态。
操作人员应熟悉透平膨胀机的安全操作规程，并严格按照规程进行操作。
在操作过程中，要注意观察设备运行状态，及时发现并处理异常情况。
2. 维护保养：透平膨胀机的维护保养工作对于设备的正常运行至关重要。
定期检查设备的润滑系统、冷却系统和密封系统，确保其正常运行。
同时，及时清理设备的积尘和异物，保持设备的清洁。
3. 故障排除：在透平膨胀机运行过程中，可能会出现各种故障。
操作人员应熟悉透平膨胀机的常见故障及其排除方法，能够迅速判断故障原因，并采取相应措施进行修复。
同时，要及时记录故障信息，为后续的维修工作提供参考。
四、透平膨胀机培训资料的更新与完善随着技术的不断发展和应用领域的不断扩大，透平膨胀机培训资料的更新与完善显得尤为重要。
培训资料应包括透平膨胀机的工作原理、应用领域、操作技巧等方面的内容。
同时，培训资料还应结合实际案例，以便操作人员更好地理解和应用知识。
透平膨胀机培训资料最新版
透平膨胀机培训资料最新版一、引言透平膨胀机是一种常见的能量转换设备，广泛应用于航空、石油化工、电力等领域。
为了提高工作人员对透平膨胀机的理解和操作技能，特编写本培训资料，以便更好地掌握透平膨胀机的原理、结构、工作过程以及维护保养等方面的知识。
二、透平膨胀机概述1. 透平膨胀机的定义和分类透平膨胀机是一种通过透平转动来实现能量转换的机械设备，根据其用途和工作原理的不同，可以分为工艺透平膨胀机和发电透平膨胀机两大类。
2. 透平膨胀机的工作原理透平膨胀机利用高温高压气体的能量来推动透平转动，从而实现能量的转换。
其工作过程主要包括进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个阶段。
3. 透平膨胀机的结构组成透平膨胀机主要由透平、轴承、转子、定子、进气系统、排气系统等部件组成。
其中透平是透平膨胀机的核心部件，其结构形式包括径向透平和轴向透平两种。
三、透平膨胀机的工作过程1. 进气过程透平膨胀机的进气过程主要包括进气阀的开启、气体的进入和进气压力的控制等步骤。
2. 压缩过程进入透平膨胀机的气体在压缩过程中逐渐增加压力和温度，通过透平的转动来实现气体的压缩。
3. 燃烧过程透平膨胀机的燃烧过程主要是指燃气透平膨胀机中的燃烧过程，通过燃烧产生的高温高压气体来推动透平转动。
4. 膨胀过程透平膨胀机的膨胀过程是指高温高压气体通过透平的膨胀来释放能量，从而实现能量的转换。
5. 排气过程透平膨胀机的排气过程主要包括排气阀的开启、气体的排出和排气压力的控制等步骤。
四、透平膨胀机的维护保养1. 透平膨胀机的日常维护透平膨胀机的日常维护主要包括定期检查透平膨胀机的运行情况、清洁透平膨胀机的外表、检查润滑油的情况等。
2. 透平膨胀机的故障排除透平膨胀机在运行过程中可能会出现各种故障，如振动、温度异常、噪音增大等。
针对不同的故障情况，需要进行相应的排除措施。
3. 透平膨胀机的定期维护透平膨胀机的定期维护主要包括更换润滑油、检查轴承磨损情况、清洗冷却系统等工作，以确保透平膨胀机的正常运行。
透平膨胀机的工作原理
透平膨胀机的工作原理透平膨胀机是一种能够将热能转化为机械能的设备，其工作原理类似于蒸汽锅炉中的汽轮机。
以下是关于透平膨胀机的工作原理的详细解释。
1. 工作介质：透平膨胀机通常使用气体或蒸汽作为工作介质。
气体或蒸汽从高压侧进入透平膨胀机，经过膨胀过程后从低压侧排出。
2. 透平膨胀机构成：透平膨胀机主要由转子和定子两部分组成。
转子是一个具有叶片的旋转部件，而定子是一个固定的环形结构。
转子和定子之间形成一个扇形的工作腔。
3. 膨胀过程：当工作介质进入膨胀机时，其高压使得转子开始旋转。
转子旋转的同时，介质通过叶片与转子之间的间隙进入并压缩。
由于转子的旋转，腔内的体积逐渐增大，气体或蒸汽由于压力差开始膨胀。
蒸汽的膨胀使得腔内压力下降，同时蒸汽的温度也降低。
4. 叶片工作：由于转子上安装有叶片，当气体或蒸汽通过叶片时会受到其作用力，从而产生一个推力。
这个推力会使得转子继续旋转，并转化为机械能输出。
另外，透平膨胀机通常采用多级扇形腔体结构，每级叶片与腔内气体或蒸汽的作用力相互叠加，从而增强了输出功率。
5. 负载调节：透平膨胀机的负载调节可以通过调整进气阀门或排气阀门的开合程度来实现。
当需要增加输出功率时，可以打开进气阀门，增加进入膨胀机的气体或蒸汽量。
相反，当需要减少输出功率时，可以关闭进气阀门，减少进入膨胀机的气体或蒸汽量。
总结：透平膨胀机通过气体或蒸汽作为工作介质，利用压力差和温度差实现能量转换。
在透平膨胀机中，气体或蒸汽通过叶片与转子之间的间隙进入并压缩，在转子的旋转下膨胀，并利用叶片的作用力转化为机械能输出。
透平膨胀机的应用十分广泛，例如用于发电厂的汽轮机、燃气轮机、船舶动力系统等。
透平膨胀机(expansionturbine)14年物理知识百科
透平膨胀机（expansionturbine）14年物理知识百科人才源自知识，而知识的获得跟广泛的阅读积累是密不可分的。
古人有书中自有颜如玉之说。
杜甫所提倡的读书破万卷, 下笔如有神等，无不强调了多读书广集益的好处。
这篇透平膨胀机(expansionturbine)14年物理知识百科，希望可以加强你的基础。
透平膨胀机（expansionturbine）透平膨胀机(expansionturbine)是利用压缩气体在通过喷嘴和工作轮时膨胀，推动工作轮回转输出外功，同时本身冷却。
林德于1934年提出了透平膨胀机制冷的原理，1939年卡皮查将它用于空气液化取得了成功。
从向心式透平膨胀机来看，当压缩气体由膨胀机进口进入透平膨胀机后，先经过透平膨胀机的喷嘴加速与导向，然后气体以很高的切向速度和很低的径向速度进入透平机转子通道，当气体经过转子时，气体将自己的动能传给转子，然后以很低的速度从转子中心排出口离开。
当气体通过转子时，同时受到一个很强的离心力，因此当气体越过这个逐渐减小的离心力场时，气体又进行一次补充膨胀，这膨胀能也传给了转子。
讨论透平膨胀机的热力学过程，假设P、V、u、T分别表示气体的压力、摩尔体积、摩尔内能和温度，而用脚标1，2，3表示气体进入透平的高压气状态、离开喷嘴进入转子时的高速气体状态以及离开转子中心时的排出气体的状态，v是气体离开喷嘴时的速度。
根据能量守恒可得：`u_1P_1V_1=u_2 P_2V_2 frac{1}{2}Mv^2`其中M为气体的摩尔质量，亦即$h_1-h_2=frac{1}{2}Mv^2$，其中h为摩尔焓。
又因h=cpT，可得，$c_p(T_1-T_2)=frac{1}{2}Mv^2$(1)气体进入转子的能量等于气体离开转子的能量加上对转子做的功。
所以有$u_2 P_2V_2 frac{1}{2}Mv^2$$=u_3 P_3V_3 frac{1}{2}Mv^2 frac{1}{2}Mv^2$上式右边第三项为转子吸收并传给转轴的气体运动的动能，右边第四项为气体克服径向离心力所作的功，此功也传给了转轴，因此可得$c_p(T_2-T_1)=frac{1}{2}Mv^2$(2)联立(1)，(2)得cp(T1-T3)=Mv2(3)所以通过透平膨胀机后气体的温度为$T_3=T_1-frac{Mv^2}{c_p}$按绝热过程又可计算得$T_3=T_1(frac{P_3}{P_1})^{frac{c_p-c_v}{c_p}}$(4)从(3)、(4)两式可得到透平膨胀机的温降及膨胀比与气体运动速度之间的关系。
透平膨胀机培训
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 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，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。
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-轴流式和轴流式。
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 胀机和磁轴承透平膨胀机等。
1、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 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。
2、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 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50%左右，它是膨胀机的重要部件之 一。
➢ 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 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，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 外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。
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。轮 盖和轮盘都没有的（轮盘只有中心部分）称为开式 工作轮。
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。
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、电机制动透平膨胀机和油制动透平膨 胀机。
透平膨胀机要点
透平膨胀机1. 概述；2. 透平膨胀机组组成；3. 透平膨胀机本体组成；4. 透平膨胀机基本理论；5. 透平膨胀机各部分的详细结构分析；（通流部分，机体，制动端）6. 辅助设备：电、仪、控；7. 透平膨胀机操作及常见故障分析；一、 概述1、 两个概念（1）焓：PV U h +=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：21h h h -=∆。
（2）熵：衡量两种状态可逆程度（理解性）； 222111,,,,T V P T V P →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2211,,T P T P →，21T T >①低温工质温度下降50~70℃，焓降：21h h h -=∆ ②对外作功：h ∆转化为动能，增压机或风机的动能；3、 膨胀过程与压缩过程两个过程是互逆过程； 膨胀过程：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。
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透平膨胀机
基础理论简介
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。
（2）使气体在工作轮进一步膨胀做功，进一步降低气体
的焓值和温度；
（3）改变气体的流动方向，使它由径向转化为轴向流动
反动度：气体在工作轮中膨胀的程度
反动度（ρ）=工作轮内的等熵焓降（h2s）/总的等
熵焓降（h0）
工作轮结构：目前常用的是带径向叶片的半开式和闭式叶轮
工作轮可分为主体段：使气流由外圆向中心的径向流动
导流段：使气流由径向转为轴向流动（减少
流动损失，提高效率）
3、气体在扩压器中的流动
为了使工作轮流道避免减速运动，以减少流动损失（工作
轮出口速度可达到50—80米/秒，甚至更大），为了充分
利用能量及减少管道流动摩擦损失，在工作轮出口外设置
扩压器（与喷嘴作用相反）。
四、透平膨胀机的组成
主机、密封气系统、供油系统、仪控系统
1、主机：主机由蜗壳、转子、喷嘴、传动机构、轴承、密封、
机身
1）蜗壳；它是为了使气流顺利改变方向并均匀分配给喷嘴，原则上保证气流在出口内圆上成轴对称流动。
材
料为铝合金、铜合金或不锈钢。
2）喷嘴：透平能量转换的主要部件，近年来均采用叶片可以转动的可调喷嘴，以调节流道的通流面积，从而
调节气量。
材料为3Cr13或2 Cr13等。
3）转子：由主轴、膨胀机工作轮、增压机工作轮及轴封组成。
通常采用的双旋臂转子，即两个工作轮外伸在两个轴
承之外，转子是透平的核心部件，除要求有良好的空
气动力性能外，由于它是高速转动零件，还要求有较
高的动平衡精度及要求自振频率（临界转速）远离其
工作转速。
4）轴封：避免膨胀段的冷气体向常温段的轴封泄漏，不仅造成冷损失而且会使轴承的润滑油冻结而造成损
坏，因而采用轴封加以阻止。
轴封形式为迷宫密封，
一种非接触式动态密封。
5）压机轮：回收膨胀机发出的功，仅是一种制动器。
6）主轴：传递功率的零件，一段在常温，另一段在低温下工作，要求有足够的刚性、强度。
材料为不锈钢或
合金钢。
7）传动机构：调节转动叶片的角度，以改变喷嘴流道的面积而设定，通常有手动及遥控两种。
8）轴承：支撑主轴并保证主轴顺利稳定运转，为了保证主轴的轴向定位并承受一定的轴向力，除径向轴承外，
还有推力轴承，常用的有油及气体轴承。
油轴承：承载能力大，可靠性好，轴承线速度可达
70米/秒。
油轴承具有承载能力必须具备三
个条件：存在油楔、具有相对运动、油有一
定的粘性。
气体轴承：小型高速转子
9）机身：水平剖分式及整体式
2、密封气系统
由于透平膨胀机侧通常工作在低温状况之下，而其轴承机
身有处在常温环境之中，为了减少高压低温气体通过迷宫
密封的泄漏而降低冷量损失，防止轴承润滑油冻结造成整
个机组失效，在机组中采用常温的密封气体通入密封中
段，以阻止低温气体向轴承段泄漏，保证机组的安全。
3、润滑油系统
油田气透平膨胀机一般工作在压力高、转速高的环境下，因此对轴承的润滑供油系统有比较高的要求，主要是供油
压力、油量、清洁度及油气分离等。
供油系统主要有以下几部分组成：
1）油箱：采用密封的压力油箱，有利于进入油箱气体的回收利用，防止可燃气体的外漏。
2）油泵：连续提供应具有一定压力、油量的润滑油
3）油冷却器：冷却通过轴承后温度上升的油，保证油的粘度。
4）油过滤器：过滤油中的固体微粒，保证润滑油的清洁度。
5）蓄能器：贮油蓄能作用，保证因停电等突然故障能向机组有一分钟左右供油量，从而保证机组的安
全。
6）油气分离器：分离进入油箱的润滑油中的气体。
7）液流阀或安全阀：调节供油压力或保证油泵出口压力不过高。
4、仪电控系统
适时监控机组运转情况及采集机组运行数据，保证机组安全运行。
五、透平膨胀机的调节
透平膨胀机提供了低温装置所需的主要冷量，为了维持装置的冷量平衡及适应装置工况的改变，要求对膨胀工况能进行调节，特别是天然气透平膨胀机，更要求机组能适应气源及装置的工况变化。
膨胀机的制冷量Q决定下列因素：
Q=GH sηs
G：通过膨胀机的气量
H s：通过膨胀机工质的等熵焓降
ηs：膨胀机的等熵效率
1、透平膨胀机的特性曲线
为了充分利用压力能来最大限度地提供冷量，提高整个
装置的经济性，要求透平膨胀机有较高的效率，并使透
平膨胀机在最佳工况下运行，在透平膨胀机运行中影响
效率最大的一个因素是特性比U1/C0，U1是工作轮外圆
处的线速度，C0是在理想状态下，通过透平级工质的理
论等熵焓降H s全部转化为工质动能时获得的理论速度，
在设计时根据设计点我们已取好该值，从而得到机组的
转速，因此必须保证一定的转速，相当于保证一定的特
性比U1/C0，才能保证机组的运行效率最高，由于天然
气环境工况变化频繁，所以机组转速有一定的波动，在
一定范围内的波动，也能保证较高的效率，从而满足整
个装置的需要。
2、透平膨胀机的调节
由于各种原因会使装置工况发生变化，从而波及膨胀机工况变化，使膨胀机偏离设计工况，造成损失的增加，效率的降低，因此为了提高装置运行的稳定性、经济性，应设法调节膨胀机的运行工况。
由于H s是由装置提供给膨胀机进出口状态参数决定的，在一般情况下不希望改变进出口状态参数进行调节，但对于油田气膨胀机来说，由于其特殊环境与要求，调节的主要目的是最大限度地提高制冷量。
介绍几种天然气透平膨胀机的调节方法：
1）改变机组进出口压力，以改变整个机组的膨胀比，在工况允许的条件下节流或提高压力的方
法来改变机组进出口压力，使机组制冷量增大
或减小来满足装置对冷量的需求。
2）改变可调喷嘴的开度改变机组气体的通过量，从而得到装置所需的冷量。
3）采用增压压缩机旁路来改变机组转速，使机组在最佳工况下运转。
即改变旁路的气量及制动
功率来改变机组的转速，使机组稳定高效运转。