透平膨胀机的原理就是利用绝热等熵
基于CFD的透平膨胀机轴向推力计算
和 。工作 轮与 增压 轮结 构尺寸 和轴 向推 力分 布如
图 １ 所示。
近 年来 ， 随着 Ｃ Ｆ Ｄ技 术 的快速 发展 ， 越来 越
李
超， 男， １ ９ ５ ８年 ３月 生 ， 教授。甘肃省兰州市 ， ７ ３ ０ ０ ５ ０ 。
第４ ２卷
第 １期
化
工 机 械
则 透平 膨胀 机转 子所 受 的总轴 向推力 Ｆ 。 为：
要 理论 意义 和工 程应 用价 值 。
轴 向推 力 的计 算 主要 有 经 验 公 式 法 、 解 析 法
其 工作 轮 、 增压 轮 间隙和迷 宫 密封 的三维 模型 ， 在 考虑 机械磨 损 等 因素 的基础 上 ， 采用 Ｃ Ｆ Ｄ对 叶轮
两侧 间隙 内压 力和轴 向推 力进 行 了分析 计算 。
Ｆ ＝Ｆ 一Ｆ （ ３ ）
１ ． ２ Ｃ Ｆ Ｄ分 析模 型
叶轮转 速 、 间 隙结构 尺寸 、 间 隙 内气 体 压力及
叶轮 出 口处 气体 压力 等是 影 响叶 轮两侧 间 隙 内压
力 分 布 的主要 因素 。分别 建立 工作 轮 和增压 轮 轮
盖侧 、 轮背侧 间隙和 对应 的密 封模 型 ， 以便精 确地
磨 损使 密封 齿齿 高减 小 、 密封 间隙增 大 ， 导致 叶轮
空 腔侧 压力 分 布不 同 ， 进 而使 轴 向推 力发 生变 化 。 笔 者分 析 了某 透平 膨 胀 机 的 轴 向推 力 ， 通 过 可 靠运 转 ， 因此 提高轴 向 推力 计算 精度 、 轴 系运 转稳 定性 和机 组可 靠性 ， 对 透平 膨胀 机 理论设 计 和延长 设备 使用 寿命 具有 重
力进 行 了模 拟 计 算 ， 并 将 模 拟 结 果 与 轴 向推 力 经验 公 式计 算 结 果进 行 比 较 。
天然气透平膨胀机工作原理
天然气透平膨胀机工作原理天然气透平膨胀机工作原理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。
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。
透平膨胀机
透平膨胀机透平膨胀机是一种输出功率并使压缩气体膨胀因而压力降低和能量减少的原动机。
通常，人们又把其中输出功率且压缩气体为水蒸气和燃气的这一类透平膨胀机另外称为蒸气轮机和燃气轮机（例如，催化裂化装置中的烟气轮机即属于此类），而只把输出功率且压缩气体为空气、天然气等，利用气体能量减少以获得低温从而实现制冷目的的这一类称为透平膨胀机（涡轮膨胀机）。
此处所指的透平膨胀机即为后者。
由于透平膨胀机具有流量大、体积小、冷量损失少、结构简单、通流部分无机械摩擦件、不污染制冷工质（即压缩气体）、调节性能好、安全可靠等优点，故自20 世纪60 年代以来已在NGL 回收及天然气液化等装置中广泛用做制冷机械。
（一）透平膨胀机简介1. 结构图5-4 为一种广为应用的带有半开式工作叶轮的单级向心径- 轴流反作用式透平膨胀机的局部剖视图。
它由膨胀机通流部分、制动器及机体三部分组成。
膨胀机通流部分是获得低温的主要部件，由涡壳、喷嘴环（导流器）工作轮（叶轮）及扩压器组成。
制冷工质从入口管线进入膨胀机的蜗壳1，把气流均匀地分配给喷嘴环。
气流在喷嘴环的喷嘴 2 中第一次膨胀，把一部分焓降转换成动能，因而推动工作轮3 输出外功。
同时，剩余的一部分焓降也因气流在工作轮中继续膨胀而转换成外功输出。
膨胀后的低温工质经过扩压器 4 排至出口低温管线中。
图5-4 中的这台透平膨胀机采用风机作为制动器。
制动空气通过风机端盖8上的入口管吸入，先经风机轮 6 压缩后，再经无叶括压器及风机涡壳7 扩压，最后排入管线中。
测速器9 用来测量透平膨胀机的转速。
机体在这里起着传递、支承和隔热的作用。
主轴支承在机体11 中的轴承座10 上，通过主轴（传动轴）5 把膨胀机工作轮的功率传递给同轴安装的制动器。
为了防止不同温度区的热量传递和冷气体泄漏，机体中还设有中间体12 和密封设备13 。
由膨胀机工作轮、制动风机轮和主轴等组成的旋转部件又称为转子。
此外，为使透平膨胀机连续安全运行，还必须有一些辅助设备和系统，例如润滑、密封、冷却、自动控制和保安系统等。
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。
膨胀机工作原理及常见故障处理
膨胀机工作原理及常见故障处理发表时间：2019-09-20T16:26:14.220Z 来源：《中国电业》2019年第9期作者：周小龙[导读] 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。
新疆庆华能源集团有限公司新疆伊宁,835000摘要：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。
现代空分设备对膨胀机的求：更高的整机效率；更好的稳定及调节性能；更安全及可靠的保护系统；更长的运行周期及使用寿命等。
关键词：膨胀机；工作原理；常见故障处理1、作用和分类按结构分有两种，活塞式膨胀机和透平式膨胀机。
按工质在膨胀过程所处的状态，可分为气相透平膨胀机和两相透平膨胀机。
按透平膨胀机的制动方式,可分为风机制动膨胀机、增压机制动膨胀机、电机制动透平膨胀机‘’油制动透平膨胀机。
根据透平膨胀机的轴承不同形式，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。
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、轴流式。
现代空分设备普遍采用的是向心径－轴流反动式透平膨胀机，它具有焓降大、允许转速高、结构简单和热效率高的特点。
2、工作原理透平膨胀机是一种高速旋转的机械，它是利用工质流动时速度的变化来进行能量转换的，因此称为速度型膨胀机。
它由膨胀机通流部分（由蜗壳、喷嘴、工作轮、扩压器组成）、制动器及机体三部分组成。
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。
膨胀工质由进气管进入蜗壳，被均匀地分配进入喷嘴；经过喷嘴膨胀，降低了压力和温度后进入工作轮，在工作轮中工质进一步膨胀做功；然后经由扩压器排入膨胀机的出口管道，而膨胀功则由工作轮相连的主轴向外输出。
由膨胀机主轴输出的能量可被用来驱动一台压缩机或一台发电机。
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。
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。
透平膨胀压缩机的操作与维护
---------------------------------------------------------------------------------使阀芯卡住或在阀孔内移动不灵，引起系统压力波动和噪声。
对此，应注意清洗、疏通阻泥孔；对溢流阀进行检查，如发现有损坏，或因磨损超过规定，则应及时修理或更换。
换向阀调整不当，使换向阀阀芯移动太快，造成换向冲击，因而产生噪声与振动。
在这种情况下，若换向阀是液压换向阀，则应调整控制油路中的节流元件，使换向平稳无冲击。
在工作时，液压阀的阀芯支持在弹簧上，当其频率与液压泵输油率的脉动频率或与其他振源频率相近时，会引起振动，产生噪声。
这时，通过改变管路系统的固有频率，变动控制阀的位置或适当地加蓄能器，则能防振降噪。
机械振动，如油管细长，弯头多而未加固定，在油流通过时，特别是当流速较高时，容易引起管子抖动；电动机和液压泵的旋转部分不平衡，或在安装时对中不好，或联轴节松动等，均能产生振动和噪声。
对此应采取的措施有：较长油管应彼此分开，并与机床壁隔开，适当加设支承管夹；调整电动机和液压泵的安装精度；重新安装联轴节，保证同轴度小于０．１ｍｍ等。
参考文献［１］李壮云，葛宜远．液压元件与系统［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９９．［２］余大江．液压传动思考与分析［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９８７．［３］李寿刚．液压传动［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，１９９４．［４］雷天觉．液压工程手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９０．［５］官忠范．液压传动系统（第三版）［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９７．［６］林建亚，何存兴．液压元件［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８８．作者简介：鲁智强（１９７９－），黑龙江甘南人，供职于酒泉钢铁有限责任公司焦化厂，研究方向：流体传动与控制。
２００９年第４期（总第１１５期）Ｃｈｉｎｅｓｅｈｉ－ｔｅｃｈｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓNO.4.2009（CumulativetyNO.115）-------------------------------------------------------中国高新技术企业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设备，是保证整套设备稳定运行的心脏。
透平膨胀机
透平膨胀机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。
我们平常用气筒打气会发现筒身发热,那是因为活塞压缩气体气体放热,如果反之其原理就类似于膨胀机了(更确切的说是活塞式膨胀机).透平膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或制动风机消耗。
2故障原因编辑转速表指示失准，一般有两种原因：一是因膨胀机本身故障造成转速表指示异常，这种情况往往伴随着膨胀机有严重的异常声音；二是磁电传感器故障所致。
磁电传感器安装在制动风机的端盖中间，由两块绕有线圈的永久磁铁组成，利用磁电感应原理，如果线圈对地短路或内部受潮绝缘被破坏，转子转动时切割磁力线产生的感应电流出现变化，造成测量转速不准。
可用兆欧表测量线圈接线对地电阻及绝缘程度，以作出准确的诊断。
膨胀机转速表在0~40℃环境温度下能正常工作，温度过低或过高均对转速表测量不利。
在分馏塔加温时没有取下膨胀机，即使在风机排气放空阀关闭的情况下，由于冷吹阶段空气的温度远低于0℃，加温后期的空气温度又高于40℃，这两种温差较大的气体长时间充满风机系统，磁电传感器线圈受影响最大，多次进行加温，就会产生线圈受潮不绝缘、对地短路的故障，在这种情况下转速表指示会迟钝且低于实际转速。
转速表本身发生故障的情况十分少见。
在转速表指示失准的情况下，可先判断是否因机械故障所致，应拆下膨胀机进行检查。
如机械系统无异常，可凭经验进行操作，转速显示偏低，不必担心膨胀机因转速超高而自动停车，造成分馏塔上塔压力上升进而威胁分馏塔的安全。
可在保证膨胀机前后压力、温度处于正常范围内维持运转。
风机轮叶片与风机端盖的严重摩擦，是导致风机轮损坏的直接原因。
这种故障只有在风机轮螺母明显松动的情况下才会发生。
螺母一般都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时不会自动松脱。
膨胀机制冷的影响因素分析及其优化
膨胀机制冷的影响因素分析及其优化[摘要]针对膨胀机运行过程中出现冷量失衡的问题进行了分析。
影响膨胀机制冷量的因素主要有膨胀气量、工质进出口参数、机组绝热效率。
通过对不同工况条件下制冷量，单位制冷量的计算，找到了膨胀机制冷量变化的规律，发挥机组最优工况的控制参数。
[关键词]膨胀机；制冷量；单位制冷量；0 前言膨胀机是云锡铜业分公司制氧站空冷制氧的关键设备，膨胀机是一种高速热力机械，其作用是利用气体的绝热等熵膨胀来制取冷量。
是低温空气分离系统获取和补充冷量的关键部机，其主要原理是利用有一定压力的气体在膨胀机内进行绝热等熵膨胀，同时对外做功以消耗气体本身的内能，使气体自身强烈地冷却而产生冷量，从而达到制冷的目的。
气体推动膨胀叶轮做工所输出的能量由同轴的增压叶轮回收。
1 膨胀机的工作原理1.1 膨胀机的结构云锡铜业分公司的膨胀机型号是PLPK136.67/6.12-0.22，其结构如图1所示。
透平增压膨胀机本体主要由增压端和膨胀端两部分构成，空气在膨胀端实现等熵膨胀制冷。
膨胀功通过主轴驱动增压端叶轮对后续进入的空气进行增压。
冷量的产生主要是在喷嘴及膨胀端工作轮中实现。
喷嘴是由多个导流叶片所组成的喷射通道。
当高压的气体通过喷嘴时，由于节流作用使气体的流速迅速上升。
带动工作轮高速旋转。
同时做功后的气体压力和温度迅速下降。
从而达到制冷的目的。
1.1—增压端工作轮，2—扩压室，3—轴承，4—主轴，5—喷嘴，6—膨胀端工作轮图1 膨胀机的结构1.2 膨胀机的工作流程膨胀机的工作流程如图2所示，空气首先经由进气管进入增压端蜗壳，在旋转的工作轮带动下流速迅速提升。
经扩压流道后动能转化为势能，气体的压力、温度进一步升高。
增压后的气体经冷却器降温后进入喷嘴,在喷嘴内经过膨胀压力和温度降低，焓降转化为动能后气体流速升高，驱动膨胀端工作轮高速转动。
做功后的低温空气进入上塔，作为冷量补充并参与精馏。
膨胀功则通过同轴的增压端工作轮回收，将后续进入机组的空气进一步增压。
透平膨胀机
透平膨胀机是空分设备、天然气（石油气）液化分离设备和低温破碎设备获得冷却能力的关键部件。
确保整个设备的稳定运行是我们的心脏。
原理其主要原理是在透平膨胀机中利用一定的气体压力进行绝热膨胀，做外部功，消耗气体本身的内能，使气体本身得到强烈冷却，达到制冷的目的。
当用气缸抽气时，我们会发现气缸体是加热的。
这是因为活塞压缩气体释放热量。
否则，原理类似于膨胀机（更准确地说，活塞式膨胀机）。
涡轮膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或由制动风扇消耗。
预防性治疗失败原因造成转速表指示不正确的原因一般有两个：一是由于扩展器本身故障导致转速表指示异常，常伴有严重的扩张器异响。
另一个原因是磁电传感器的故障。
磁电传感器安装在制动风扇端盖的中间。
风扇由两个带线圈的永磁体组成。
根据磁电感应原理，如果线圈接地短路或内部绝缘受潮损坏，转子旋转时，切断磁力线产生的感应电流会发生变化，从而导致测量速度不准确。
高阻表可用于测量接地电阻和线圈接线的绝缘程度，以便准确诊断。
膨胀机转速表在0-40℃的环境温度下能正常工作，温度过低或过高，不利于转速表的测量。
在加热分馏塔时，膨胀机没有被拆除。
即使风机排气门关闭，冷风阶段的空气温度仍远低于0℃，而后期加热阶段的空气温度仍高于40℃，这两种温差较大的气体长期充满风机系统，磁电传感器的线圈受影响最大。
如果反复加热线圈，线圈将受潮且未绝缘接地短路故障。
在这种情况下，转速表指示将减速并低于实际速度。
转速表本身的故障是非常罕见的。
如果转速表指示不正确，可以判断是否是机械故障引起的，应拆下膨胀机进行检查。
如机械系统无异常，可凭经验操作，速度显示低。
由于转速超高，不必担心膨胀机自动停机，会导致分馏塔压力升高，威胁分馏塔的安全。
膨胀机的压力和温度可以保持在正常范围内。
风扇叶片和风扇端盖之间的严重摩擦是风扇叶轮损坏的直接原因。
这种故障仅在风扇叶轮的螺母明显松动时发生。
螺母通常是自锁的，当静载荷和工作温度变化不大时，螺母不会自动松动。
透平膨胀机
透平膨胀机是空分设备、天然气(液化石油气)分离设备和低温破碎设备获取冷能所必需的关键部件，是保证成套设备稳定运行的心脏。
其主要原理是将具有一定压力的气体在透平膨胀机中绝热膨胀，向外做功，消耗气体本身的内能，冷却气体本身，达到制冷的目的。
分类。
按轴承形式可分为气浮膨胀机和油浮膨胀机。
气体轴承膨胀机适用于高速、轻载、小流量的小型设备，油润滑轴承适用于大流量、重载、低速的设备。
根据气膜承载原理，气体轴承分为静压轴承和动压轴承。
气体轴承以其功耗低、适用转速范围广、对工质气体无污染、设备简单等优点得到了广泛的应用，提高其承载能力和稳定性已成为世界各国研究人员的研究热点。
气体轴承透平膨胀机。
气体轴承透平膨胀机运行平稳、转速高、效率高，不需要维修、保养、检修等，适用于空气、氢气、氦气、天然气和各种混合气体。
目前，自行设计生产的气体轴承膨胀机已应用于空分设备、化工尾气回收、天然气液化装置、氦气制冷机等，并可根据用户的各种特殊要求和特殊气体进行设计生产。
氦轴承透平膨胀机。
氦气轴承透平膨胀机的润滑介质为氦气。
由于其特殊的气体性质，具有小分子、低粘度的特点，增加了提高其承载能力、保持高效稳定运行的难度。
低温系统关键技术小组的科研人员完成了KM3、KM4等空间环境模拟用氦气轴承透平膨胀机和氦气制冷系统的设计与制造。
氦液化器使用的最小的氦气轴承透平膨胀机转子直径为7 mm，转速为56万转/分。
2012年，应用于在20K(即-253℃)下提供2000W 冷能的氦气透平膨胀机成功完成了各项低温性能试验。
氦气透平膨胀机稳定性好，转速、流量、透平出口温度均达到设计要求，最高转速达118,700rpm，绝热效率达73%以上。
2014年，应用于20K提供10000 W冷能的氦气制冷机透平膨胀机通过验收，转速82000rpm，绝热效率78%以上。
因此，形成了具有自主知识产权的大型氢氦低温制冷关键技术--高性能、高稳定性氦气透平膨胀机的设计、制造及控制技术。
透平膨胀机烧损轴瓦事故分析及处理
第25卷 第4期2018年4月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.252018 No.4透平膨胀机烧损轴瓦事故分析及处理张 淼，尹光耀（中国石化中原石油化工有限责任公司，河南 濮阳 457000）摘 要：通过对透平膨胀机烧损轴瓦的事故分析，找到了故障原因，通过进行技术改造解决了设备隐患，使压缩机能在一个安全稳定的状态下运行。
关键词：故障；轴瓦；电加热器中图分类号：TH814 文献标志码：AAnalysis and Treatment for Burn-out of Bearing Bush of Turbo ExpanderZhang Miao, Yin Guangyao(Chinese Sinopec Zhongyuan Petroleum Chemical Co., Ltd., Henan, Puyang, 457000, China)Abstract：By analyzing the accident of burn-out bearing bush of the turbo expander, the fault cause is found and the hidden trouble of the equipment is solved through technical reform, so that the compressor can run in a safe and stable condition.Key words：fault；bearing bush；electric heaterDOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2018.04.011文章编号：1671-1041(2018)04-0036-04收稿日期：2018-02-02作者简介：张淼（1983-），男，山东济宁人，本科，主任工程师，从事仪表检修与维护工作。
0 引言本公司乙烯装置透平膨胀机采用美国mafi-trench公司的EC2系列产品。
透平膨胀机等熵效率分析
透平膨胀机等熵效率分析
标题：透平膨胀机等熵效率分析
介绍：
透平膨胀机是一种重要的能量转换设备，广泛应用于航空、能源、化工等领域。
在工程设计和优化过程中，了解透平膨胀机的等熵效率是至关重要的。
本篇文章将深入探讨透平膨胀机等熵效率的相关概念、计算方法以及影响因素，以帮助读者更好地理解和应用透平膨胀机。
第一部分：透平膨胀机等熵效率的概念和意义
1.1 透平膨胀机的基本原理和工作过程
1.2 什么是透平膨胀机的等熵效率
1.3 等熵效率在透平膨胀机设计和性能评估中的作用
第二部分：透平膨胀机等熵效率的计算方法
2.1 等熵过程的理论基础和数学表达式
2.2 根据透平膨胀机出口和入口参数计算等熵效率
2.3 常用的等熵效率计算工具和软件
第三部分：透平膨胀机等熵效率的影响因素
3.1 工作流体的性质对等熵效率的影响
3.2 透平机械结构对等熵效率的影响
3.3 运行参数变化对等熵效率的影响
第四部分：透平膨胀机等熵效率实例分析
4.1 基于理论计算的透平膨胀机等熵效率实例
4.2 实际操作中透平膨胀机等熵效率的测量与评估
4.3 透平膨胀机等熵效率与其他性能参数的关系分析
总结与展望：
透平膨胀机等熵效率作为评估其性能的重要指标，对于设计和优化具有重要的参考意义。
文章通过深入探讨透平膨胀机等熵效率的概念、计算方法和影响因素，希望能够对读者深入理解透平膨胀机的工作原理和性能优化提供有价值的参考。
未来，随着先进的数值模拟和优化技术的发展，透平膨胀机等熵效率的研究仍有进一步的深化和拓展空间。
杭氧膨胀机.
4、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 出口排出的气流绝对速度可达45-70m/s。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，为此设扩压器 ，将气流速度降到5-10m/s，起降速扩压的作用。
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、喷嘴、轴承、密封的设计与制造。 一台膨胀机主机的基本结构的剖面图。主机主要由膨胀机 蜗壳、转子、喷嘴、传动机构、轴承、密 封、机身及密封件等 组成。下面分别介绍这些另部件的工作原理，基本结构及要求。
空压站膨胀机为杭氧生产的透平膨胀机，利用工质污氮作为 驱动介质，使膨胀机高速旋转。膨胀机的主要目的是为海南炼化 提供液氮及氮气。
利用有一定压力的气体（氮气）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、发电机回 收或制动风机等消耗（本空压站为制动风机）。
油轴承（润滑油润滑轴承）：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（空气润滑）：用于小型高速转子 空压站透平膨胀机径向和止推轴承，是按水力学油膜润滑理论
设计的，只要安装正确并提供清洁而充足的润滑油，它们就能 保证转子的良好运转而不致磨损。轴承的排油经回油管回入油 箱。轴承温度用铂电阻温度计测量。 膨胀机径向支持轴承、推力支持轴承监测温度≥75℃时，膨胀 机连锁停机。 膨胀机膨胀端轴承（内轴承）温度≤15 ℃时（冷态介质气可能 进入轴承箱），仪表连锁低报。
转子：由主轴、膨胀机工作轮、制动风机叶轮及轴封组成，通
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如何判断此类故障是发生在进口管道、 进口过滤器，还是发生在排出管道、消声器? 可通过制动风机出口压力表的指示值进行分 析和判断。如果出口压力表指示值不高或为零，而转速超速，那么故障产生的部位在进 口管道或进口过滤器。如果出口压力表指示 偏高，那么故障产生的部位在出口管道或出口消声器。
膨胀机带液后，应迅速降低膨胀机转速， 或停止膨胀机运行，并打开蜗壳吹除阀和出 口吹除阀，排清液体。同时设法提高膨胀机 进口温度。
3．膨胀机带液原因及预防措施
膨胀机带液故障主要发生在空分设备启 动阶段，尤其是积液阶段。其主要原因是冷 量分配不合理，使板式冷端过冷，膨胀机进 口温度控制得过低。所以，空分设备启动阶段，除了考虑迅速通过水分冻结区、二氧化 碳冻结区和板式自清除等主要方面外，冷量 分配问题也是不容忽视的。
1996年，河北省遵化钢厂第二套1000m3／h空分设备试车时发现：膨胀机的转速升 到27000r／min时，膨胀机就产生一种异常的响声。经过多次认真检查，均未发现膨胀 机有什么异常。当时我们认为这是一种共振 (共鸣)现象。后来我们把膨胀机的转速提高 到30000r／min、35000r／min，由于膨胀机的振动频率与冷箱体的固有频率相差较远，共 振共鸣现象就消失了。
经过多次实践，笔者深有体会：
1．膨胀机产生大的异声，是由于膨胀机 与冷箱产生共振(共鸣)现象。
2. 产生共振现象后，可能对膨胀机有较 严重的破坏作用。
3．膨胀机产生共振(共鸣)现象，纯属一 种物理现象，在设计时应尽量使制动风机的 进口过滤器与膨胀机冷箱分离，从根本上解 决共振产生的原因；或者安装时，加固管道支架，改变固有频率使其不发生共振故障。
启动的第四阶段(进一步冷却设备阶 段)，在保证板式自清除的前提下，最好不开 全环流，减少环流，把冷量有意识地分配到 塔内其它设备。这样，使板式中部的温度较高，防止积液时出现板式过冷和膨胀机带液。 积液阶段，在保证上塔不超压的前提下，开 大膨胀空气送上塔的蝶阀(或截止阀)，利用 上塔、过冷器、液化器等回收冷量，就可避免冷量过分地分配到板式上，也就从根本上 解决了膨胀机带液问题。
透平膨胀机失控超速，如果是因过滤器 或消声器的阻力过大引起，那么只要减少这 两部分的阻力，就能消除。如果是因管道通 径设计过小引起，那么扩大通径以减小阻力、增大流量就能消除故障。,
1988年，延安氮肥厂第二套1000m3／h 空分设备试车时，就出现过这种故障。检查 发现：制动风机进口过滤器是由6层200目的铜丝网组成，且过滤网被灰尘严重堵塞。经 过清洗并把原来的6层过滤网改为2层后， 膨胀机才运转正常。
例如，当2#膨胀机转速高于l#，2#出口 压力就可能高于1#出口压力，那么l#风机出口止回阀必然瞬时关闭。在关闭的那一瞬 间，l#风机转速突然升高，出口压力也突然 升高，又很快打开止回阀，使出口压力降低， 转速也降低，这样在转速表上就产生了一个象转速表被干扰一样的波峰。当止回阀动作 不灵活或卡住时，波峰就更大。
在启动的第一阶段(通过水分冻结区)和 第三阶段(通过二氧化碳冻结区)，应缩短切 换时间来保证板式自清除，尽量少抽或不抽 环流和全环流，把冷量最大限度地分配到板式冷端，争取在最短时间内通过两个冻结区。
在启动的第二阶段(冷却设备阶段)，要 充分利用膨胀机高温高焓降的特点，在二氧 化碳未析出前，尽量将设备冷却到最低温度， 开大环流和全环流，适当延长切换时间，以确保板式的自清除。开大环流和全环流的目 的，一是保证板式自清除，二是将比较多的 冷量分配到板式中去，使板式中部温度尽可 能降到最低温度，为迅速通过二氧化碳冻结区打好基础。
当时我们判断：2#膨胀机转速指示可能 偏高，即2#的实际转速达不到2000r／rain。通过对转速表再次校验，没有发现问题。后 来检查测速头，发现测速头与转速表不配套。 调换了一只测速头后指示正常。
三、透平膨胀机的共振(共鸣)现象
透平膨胀机的共振(共鸣)现象，一般 发生在制动风机的进口过滤器安装在膨胀机 冷箱上的这种结构中。发生这种故障时，膨胀机发出一种较大的异常响声，当改变膨胀 机转速时这种异常响声有可能消失。应当指 出，膨胀机产生共振(共鸣)时，对膨胀机 有较大的破坏性，应当引起足够的重视。
四、膨胀机运转时，发生突然的转速升 高、甚至报警和停车故障
这种故障应与转速表受干扰而产生的假 超速报警和停车现象加以区别，这是一种真 正的突然转速升高超速的故障。
真超速和假超速的区别在于，真超速时， 膨胀机发出的声音突然增大；而假超速时，膨 胀机发出的声音无变化。
这种故障一般发生在制动风机共用一个 排出管和一个调节阀的管路中。这种流程启 动时，先全开两台膨胀机进气调节阀(或喷 嘴)，然后再开共用的制动风机出口调节阀，使两台膨胀机达到额定转速。因两台膨胀机 在制造、安装等方面有差异，所以两台膨胀 机的转速也有所不同。制动风机的出口压力 不同时，则很有可能发生两台风机出口止回阀中的一只瞬时关闭与打开的现象。
以上六点透平膨胀机常见故障的原因及 处理方法，是笔者多年实践的经验总结，不 足之处请予斧正。
二、转速表指示偏高或偏低
当膨胀机启动后，如发现转速表指示值与实际转速不符，且有较大差异，那么故障产生的原因一般是转速检测系统发生了故障。
如果径向轴承和止推轴承温度比同样转 速的轴承温度要高，喷嘴后压力也比同样转 速的压力偏高；膨胀机发出的声音，比同样 转速的膨胀机要大。那么转速表所指示的膨胀机转速可能比实际转速偏低。反之，则膨 胀机的指示转速比实际转速可能偏高。
当怀疑膨胀机转速与实际转速有差异 时，应检查并校验转速表与转速检测系统。
1996年，河膨胀机机前调节阀开度很小而转速表就已指示到2000 r／ min。与正在运转着的l#膨胀机进行比较，两 台膨胀机的转速指示都相同(2000r／min)，但l#膨胀机轴承温度比2#膨胀机轴承温度 高出十几度；喷嘴后压力也比2“膨胀机高出 0．03～0．04MPa。l#膨胀机制动风机的声音也比2#高得多。
当膨胀机产生喘振时，应迅速开大制动 风机的出口调节阀，降低风机出口压力，增 加风机流量，直至喘振消失。
六、膨胀机带液故障
大型全低压空分设备启动阶段，尤其是 在积液阶段，易发生板式过冷、膨胀机带液 的故障。膨胀机带液故障破坏性很大。怎样判断和防止膨胀机带液?
1. 膨胀机带液的现象
透平膨胀机的原理就是利用绝热等熵膨胀获得低温，对外做功。
一、透平膨胀机失控超速
此故障的具体表现为：当制动风机的出口调节阀全开时，透平膨胀机就能达到额定转速，或者超过额定转速而制动风机无法进行转速控制的故障。此故障，除由转速检测系统发生故障引起外，大多是由制动风机进口过滤器或出口消声器阻力过大，或由于风机进口管道或出口管道设计的通径过小所致。
要从根本上排除这一故障，最好在设计 时，用两个出口调节阀分别控制两台膨胀机， 即把制动风机出口管分开。
五、膨胀机制动风机的喘振故障 透平膨胀机与透平空压机一样，也会发 生喘振故障。在喘振时，同样会严重破坏膨 胀机，应引起重视。
当制动风机出口压力升高时，制动风机 的流量减少，当流量减小到一定程度时，便 发生膨胀机制动风机喘振现象。一般制动风 机出口压力高于0．035～0．04MPa时，膨胀机制动风机易发生喘振。当发生喘振时，风 机排出压力表会强烈振动(表针)，同时膨胀 机发出大而沉闷的响声。
当进口温度低于-155～-160℃时，易发生膨胀机带液故障。若高于-155℃时，膨 胀机一般不会带液。当膨胀机出口温度低于-188～-190℃时易发生膨胀机带液的故障。高于-188℃时，膨胀机一般不会带液。当膨胀机带液时，膨胀机出口压力表针会严 重振动，蜗壳吹除阀和出口吹除阀都能排出 液体。
2．膨胀机带液故障处理