概述
两个概念
（1）焓：
：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：。
（2）熵：衡量两种状态可逆程度（理解性）
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
工作原理
绝热等熵过程
工质从
①低温工质温度下降50~70℃，焓降：
②对外作功：转化为动能，增压机或风机的动能
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。
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
（1）透平膨胀机体（一台）
（2）冷箱：膨胀机本体自带的小冷箱
（3）油站：
（4）膨胀机前的过滤器：
（5）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
（1）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
（2）油管路：油分离器：
蓄能器：内部有一气束
（3）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
（1）流通部分：冷端蜗壳，导流器（喷嘴），膨胀叶轮，扩压器
（2）机体部分：机身，轴承，密封
（3）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：
实际气体状态方程：
①过程方程：
理想气体的绝热等熵过程：
即
K是气体常数，
气体定压比热容气体定容比热容
实际气体的绝热等熵过程：
实际气体的绝热非等熵过程：
：速度系数
②流量的连续性方程：
：质量流量
：气体密度
C：气体速度
A：截面面积，与C相垂直的截面面积
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
A．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，即有焓降
按截面性质分类：圆形、矩形、梯形
蜗壳材料：铸铜、铸铝、铸钢
一般在1.5倍工作压力下做强度实验（用水等液体）在1.1倍的工作压力下做气密性实验（用气体）
B．导流器：气体膨胀，压力能转换为速度能，产生焓降要使气体以一定角度进入工作轮
形式可分位a.固定式：导流器叶轮是固定的
b.可调式：固定盘、叶片、滑动盘。
可调式导流器的组成：
a。导流叶片：一般8片：叶片安装在固定盘与滑动盘之间
b．固定盘：
c．滑动盘：
滑动盘另一面有销柱，销柱与一拉杆连接，拉杆与一气动薄膜调节阀连接每两个叶片形成的通道成为喷嘴
喷嘴分为：①进口段：加工制作要圆滑
②气体段：主要制冷膨胀段，有收缩型、收扩型
③倾斜段：
C．扩压器：出膨胀叶轮的速度高（50m/s），速度能空分上无法利用，且摩擦损失大，以热能传给低温气体，使低温气体发生温升，还是对空分不利的。采用扩压器就是将军、的气体速度到5~10m/s，经扩压器后的气体温度略有升高，压力也略有升高，焓值略有升高。
D．膨胀叶轮：
1、膨胀叶轮分类：
a.开式：只有叶片，轮骨，无轮盘，适应恶劣环境，效率低
b.半开式：有轮盘和叶片+轮骨：有利于提高轮子的临界转速
c.闭式：有轮盘，叶片+轮+轮骨效率高
临界转速提高的好处：给工作转速提供了更为宽的工作范围，工作转速与临界转速越接近，越易产生工震。
2、作用：气动工作轮中，继续膨胀，同时把膨胀功传递给主轴，降低
3、叶轮流道的组成
a.主体段：气体膨胀的主要部分
b.导流段
两段构成了径-轴流式叶轮。
4、叶轮进出口速度三角形
5、轮周功：
向心叶轮：
离心叶轮：
轴流式：
因此，通常选用向心叶轮
6、叶轮中的流动损失
摩擦损失：与气体速度、叶轮流道表面加工粒度等有关
分离损失：主要与流道的形状有关
二次流损失：气体因速度的不均匀，会发生与主流式气体相垂直的由低压到高压想交流的气流
尾迹损失：
7、叶轮的加工
a.铸造：粗糙，效率低
b.铣制：用数控机床，主轴联动，光洁度好，效率高，轮盘与叶轮一起铣制成型，然后将轮盖与其它钎焊
c.整体铣制：不仅效率高，而且强度高（国内没有）
8、超速实验：检查焊缝的强度
9、单体动平衡实验
二、机身
1、机身：铸件：主要起定位支撑的作用：
◇轴承进油孔：打通，与内部相通
◇轴承测温孔：
一般成45°夹角，测温度靠轴承止推面，测温孔不打通
测温元件用铂热电阻或预埋式：
铂热电阻：允许温度70℃
预埋式：精确，允许100℃注意：设备检修时要注意更换形式
◇密封气进口2个
◇密封气出口2个：
A．低压可以不设密封气出口，使其进入油箱，通过油气分离器外排
B．中压若不设置密封气出口，因其气量较大，在通过油气分离器因分离不完全会带走大量的油，使得油耗增加，因此要设出口
◇测速探头插孔：1个
◇间隙压力导出孔：1个与密封气压力稍稍大于间隙压力
◇测振孔：大型膨胀机上使用：2个膨胀机上孔很多，检修、安装时千万不要接错，要确定好
2、轴承
用滑动轴承较多，一般是线接触
径向轴承
止推轴承：承受转子轴向力
一般将两者作成整体，为止推径向轴承
分类：径向轴承：按内孔形式：
a．圆柱轴承：径向面是圆柱的
b．椭圆轴承径向是椭圆的，使油膜成契行
c．错位轴承：由两个半圆组成，单独合成整圆，安装时是错位的
d．可倾瓦轴承：
e．多油叶轴承：三油叶轴承
止推轴承的分类：
a．斜平面轴承
b．可倾瓦轴承：用的很少
按轴承结构形式不同可分为：整体式：尽可能选用整体式的
剖分式：
3、密封
（1）轴封：密封和主轴共同构成的轴封
锯齿型铅基合金密封
密封原理：轴旋转起来，锯齿嵌入铅基合金，铅基合金较软，会填入轴上的凹槽，起密封作用，当此密封效果减弱时，还通过密封气密封，是双保险
安装时：锯齿型铅基合金间隙为5~8微米，技术水平高的可打3微米
（2）轮盖密封：轮盖与密封共组成轮盖密封：
密封原理：漏气进入蜜蜂，进行膨胀降压，逐级下降，最后接近为零
（3）轮背密封：叶轮轮背和静密封共同构成
静密封：有铜环+铅基合金组成
密封机理：与轴封相似
轮背密封可以减轻轴封的压力轮背、锯齿与静密封间隙为10~15微米
作用：a.防止喷嘴后气体泄露，使气体不能沿轴向窜动，进入轴承，避免冻坏轴承
b.对平衡轴向推力有一定影响
c.可有效的降低密封气的压力
运行过程中要尽可能的增加增压端的压力，在不发生喘震的情况下，有利于减少膨胀机的轴向推力，对膨胀机运行有利
三、制动端
任何状态下的该式均成立，但只有在设计参数下运行，该等式的效率最高
增压透平膨胀机
对增压透平膨胀机来说，发生喘振的条件：
①进入增压机的流量小
②高压比：特别大
③高转速
膨胀机的喘震是指增压端，膨胀端不存在喘震条件，正常运行时，回流阀是全关的
四、转子
1、转子包括以下部件：
主轴、膨胀轮、增压轮、
2、主轴材料：
3、临界转速：分几阶，对工作有用一般是一阶、二阶
对一个转动的零件或组成件均具有其固有的临界转速，在临界转速上运行，振动大。
一阶临界转速为
4、工作转速<0.75或》1.25
5、钢性轴：工作转速低于转子的一阶临界转速
柔性轴：工作转速高于转子的一阶临界转速
6、轴及轴上零件对转子临界转速的影响
（1）轴的直径D：
（2）悬臂端的长短：长，
（3）轴上零件的重量：重量大，重量小，
7、主轴的结构
装叶轮、装轴承、轴上止推面，三个的加工粒度要求高，它关系到轴转动的平衡加工后要对轴进行探伤检查
五、油站
1、油箱：容积的大小一般是8~10倍的油泵的体积流量
2、油泵：（电机驱动）
3、蓄能器：事故停车时，短期内为机器供油
4、油冷却器：一般管壳式的，水走管程，油走壳程
5、油过滤器：过滤粒度10微米
6、电加热器：一般油温低于15℃不允许运行
7、油气分离器：
六、安全装置
紧急切断阀（所有保护信号全部用于控制紧急切断阀）
开车前：油压过低，连锁紧急切断阀是不能打开的
报警系统：轴承温度、供油压力、转速
停车系统
连锁停车的顺序：
全开增压机回流阀
3s内关进口紧急切断阀
七、膨胀机的操作
开车前的准备
检查膨胀机组内部，并保证清洁，清洗邮路管线系统管道
给油箱注入GB11120-89规定的L-TSA32号汽轮机油，并达到正常油面
检查膨胀端，增压端各进口管过滤器正确安装，内部清洁
检查油过滤器是否清洁
检查各级仪、电线路装置连接是否正确
检查各阀是否正确开关位置
检查密封气管路安装正确，尤其是单向阀门方向及其形式
检查紧急切断阀是否灵活
检查喷嘴拉杆的行程
对油路系统进行循环清晰（膨胀机处短接）
1、开车前检查
a．油箱油面指示量：80%以上
b．加温气体阀关闭
c．紧急切断阀关闭
d．膨胀机进出口阀关闭
e．油箱油温15℃，否则要接通电加热器
f．轴承温度：15℃，否则要升温：采取油循环用加温吹除系统整机加温
g．润滑油系统工作正确
h．增压端回流阀全开
2、开车
a．接通密封气源
b．接通仪、电、控电源
c．启动油泵，调整油压：
回流阀：主要通过量调节
节流阀：主要通过油压调节
d．给油冷却器通冷却水：（可根据实际情况顺序做调整）
e．开膨胀即出口、进口阀（顺序反易冲坏波纹管：出口波纹管承压能力有限）
f．开增压机出口阀、进口阀
g．缓慢打开紧急切断阀
h．缓慢打开可调喷嘴的调节阀，同时逐渐关小增压端的回流阀
过程中密切注意轴承温度、转子振动、转速、各点温度、压力等
3、停车
a．全关增压机回流阀
b．关闭喷嘴叶片
c．关紧急切断阀
d．关膨胀端、增压端的进口阀、出口阀
4、停车后的处理
a．保持密封气、润滑油供应，保持仪、电、控为工作状态
b．关进出口阀，打开喷嘴调节阀，和紧急切断阀
c．打开加温吹除阀
d．进行加温反吹
e．当露点低于负40度时可以关闭反吹
f．停止润滑油供应
g．15分钟后停密封气
CN
EN
