
透平膨胀机要点.docx
12页透平膨胀机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)烙:h =U +PVU :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: Ah =h1 -h2o(2)嫡:衡量两种状态可逆程度(理解性) ;Pl,Vi,Ti > P2,V2,T2嫡不变化:可逆程度 100%;嫡增加:越大,可逆程度越低;对膨胀机来说嫡增小,则说明膨胀机的膨胀效率高;嫡只有不变或增加,不会变小,即嫡增原理;透平:靠旋转作功的一类机械;2、工作原理绝热等嫡过程如下图:工质从 P11Tl t P2,T2, T1 >T2①低温工质温度下降 50~70C,始降:Ah:%—h2②对外作功:Ah转化为动能,增压机或风机的动能;进口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,烙值降低,温度降低,对外输出功;压缩过程:工质:压力增加,燃值增加,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,一个等嫡膨胀过程;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是等焰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:高压气体一一汽缸一一膨胀作功一一活塞一一输出功;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)图g-i9向心式途平腾at机1 一样出管| Z-抒压室:3 一蜗光,4一号跪题」5一中网悚,《一密封塞-J一岫封盘.8—止摧物承F m一转轴,10一挑盘I U-SffiBi"一端盖工”一稔向轴承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:惬乐翔舞岫I一1*轮* 2 1 3-风帆幅10、透平膨胀机的基本理论理想气体状态方程:Pv = RT实际气体状态方程: Pv = zRT①过程方程:a.理想气体的绝热等嫡过程:PvK =常数K K即 P1vl = P2v2K是气体常数,K =CpCVCp气体定压比热容; Cv气体定容比热容;b.实际气体的绝热等嫡过程:PvK =常数K - CP KCpcvCv -ZRc.实际气体的绝热非等嫡过程:闽・他力Pvn =常数K n = 2 K - (K -1)金:速度系数;②流量的连续性方程:qm = P1C1A1 = P2c2 A2 = RCA =常数qm:质量流量;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,即有始降;P:气体密度;C:气体速度;A:截面面积,与 C相垂直的截面面积;③动能方程叶轮进口速度三角形:气体在工作轮流道内触工作轮一起作旋耨尾动.与富心般络机帼同.速度三角形有着 粮重量的作用.气体工质的作功费现在推动工作轮转动.速度 三危啰的变化上.刘班气渡在”张机直道内任一点的晅蜩速农用,表示卡同一点上气渣措N以相对镰度*海动.财读点气 匚气 能的能对速度c鹿诿是网用速度口后相对速度,的箕然和•如 一图9・5所示.矢・,,娥及C所奉成的三为形为速度三角形,"和C央的为“角,口相IT的奥倦为何角* :式中a SMF1K3=融附工 口—君--快轴的律速度中按截面性质分类: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,产生始降;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,始值略有升高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:2 2c1 -c2 W 二-——22向心叶轮:U1 U2离心叶轮:U1 :二U2轴流式: U1 = U2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.铳制:用数控机床,主轴联动,光洁度好,效率高,轮盘与叶轮一起铳制成 型,然后将轮盖与其它钎焊;c.整体铳制: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; 对膨胀机通流部分进行总结序组件压力Po温度To次含值io速度Vo备注1冷端蜗壳Po - PiTo 定 Tii o & iiVo &V12导流器P2
膨胀机:Poa.膨胀比:;二一;P4b.温降:To 一丁4 ;c始降:io -i4;、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;测温元件用钳热电阻或预埋式:钳热电阻:允许温度 70C;预埋式:精确,允许 100 C;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;、 幻a J图9-21止推轴承宁径向轴承&—止报釉承: b—径向轴承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.。
