透平膨胀机(Turboexpanders)也叫涡轮机，它是用来使气体膨胀输出外功并产生冷量的机器。其工作原理是利用气体的绝热膨胀将气体的位能转变为机械功。因而它广泛地使用于制冷、回收能量和其它需要紧凑动力源的系统。
透平膨胀机的工作原理
在制氧机中，流程给出的透平膨胀机的工作参数范围有限，如在低压流程中，压力范围为，入口温度在,，故焓降不大，因此透平膨胀机一般作成单级型式。因为膨胀气体容积流量不太大，而它的比重较大，一级的膨胀比相对地比较大，因而采取通常的单级轴流透平是困难的。在上述条件下要实现单级结构，以径流向心式最为合理，容易满足上述要求。但是，在规定的叶轮径尺寸下，径流向心式通过气量的能力小于轴流式，因此对于中压流程，更大流量与更大焓降的透平膨胀机，并不排斥将透平膨胀机设计成具有反动度的多级轴流式。但目前向心度较大的反动式透平膨胀机并没有达到它本身通过气量的极限值，特别是因为它的结构简单，又有很高的等熵效率，所以它被广泛地应用在目前国内外低温技术上。
透平膨胀机制冷的基本原理
根据能量转换和守恒定律可知，气体在透平膨胀机内进行绝热膨张对外作功时，气体的能量焓值一定要减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。
怎样使气体对外作功呢?活塞膨胀机是通过气缸容积的改变，使气体绝热膨胀，推动活塞对外作功，达到制冷的目的。在透平膨胀机中，气体的能量转换发生在导流器的喷嘴叶片间与工作叶片内。和所有的叶片式机械一样，向心式透平膨机的工作原理是根据气流动量矩变化的规律，即通过旋转工作轮一定形状的流道时，动量矩发生改变，对外输出功，而消耗气体本身的内能，降低温度。从原理上讲，透平膨胀机就是一种冷气发动机，和蒸汽透平与燃气透平的原理是相同的，只不过是透平膨胀机的根本用途是着眼于工作气体焓值降低而制取冷量这一点上，至于它对外输出功的回收问题则是次要的。
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