膨胀机原理大家谁能说一下

膨胀机原理大家谁能说一下

就是能够增加机器的运动

膨胀机原理
6 [* R0 w/ E- J3 v5 w- F  Z   利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。膨胀机常用于深低温设备中。膨胀机按运动形式和结构分为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高﹑中压深低温设备。透平膨胀机与活塞膨胀机相比﹐具有流量大﹑结构简单﹑体积小﹑效率高和运转周期长等特点﹐适用于大中型深低温设备。
      工作过程 图1 在温-熵( - )图上表示等熵膨胀过程 表示压缩气体从高压p1﹑温度 T1状态在膨胀机中作等熵(S＝常数)膨胀至低压p2﹐从点1沿等熵线与p2等压线交于点2。点2的温度T2 即为等熵膨胀后的温度。其温差为∆T=T1-T2﹐相应等熵焓降为∆h=h1-h2。在等熵膨胀过程中﹐气体有部分内能转化为功﹐同时为克服分子间的吸引力而使分子动能减少﹐从而降低了气体温度。但在实际工作过程中﹐因为有若干能量损失﹐气体膨胀时不可能达到状态 2﹐而只能达到状态2'﹐其实际温差为△T'＝T1-T'2 ﹐相应实际焓降为△h'＝h1-h'2﹐故绝热效率是指膨胀机在膨胀过程中实际焓降与等熵焓降之比﹐即ηs=△h'/△h =(h1-h'2 )/(h1-h2)。绝热效率越高﹐越接近于等熵膨胀过程。一般膨胀机绝热效率为60～85％。 活塞膨胀机 使气体在可变容积中膨胀﹐输出外功制冷的膨胀机(通常由电动机制动吸收外功)。这种膨胀机分立式和卧式两种。采用较多的是立式结构(图2 立式活塞膨胀机的结构示意图 )﹐曲轴﹑连杆﹑十字头﹑活塞﹑进气阀和排气阀等是运动件﹐分别装在机身﹑气缸和中间座中﹐其作用近似于往复活塞压缩机﹐但其进﹑排气阀系藉进﹑排气凸轮定时启闭。活塞膨胀机由于存在进﹑排气阀流动阻力﹑不完全膨胀﹑摩擦热﹑外热与内部热交换等引起的冷量损失﹐一般绝热效率为﹕高压膨胀机65～85％﹐中压膨胀机60～70％。20世纪50年代相继出现的不用 凸轮传动机构的无阀和单阀膨胀机﹐减少了膨胀机的运动件﹐提高了机器运转可靠性﹐已在小型深低温设备上得到广泛的应用。60年代﹐采用加填充剂的聚四氟乙烯密封组件代替用油润滑的金属制密封组件﹐避免润滑油带入深低温精馏区或液化区﹐保证了安全。  
透平膨胀机 以气体膨胀时速度能的变化来传递能量的膨胀机。这种膨胀机有单级和双级﹑立式和卧式﹑冲动式和反动式之分。一般采用单级向心径流反动式(图3 透平膨胀机的结构示意图 )﹐传出的外功由发电机﹑鼓风机或油制动器所吸收。它近似于单级离心压缩机﹐但具有调节进气量用的(可调叶片)导流器。低速轴承用油强制润滑﹐高速的采用气体轴承。透平膨胀机由于有喷嘴损失﹑叶轮损失﹑余速损失﹑轮盘摩擦损失﹑泄漏损失﹑窜流损失和外热侵入损失﹐一般绝热效率为﹕中压膨胀机65～75％﹐低压膨胀机75～85％。60年代已制成带液膨胀机﹐大多用于天然气分离设备(见气体分离设备
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。
- v# k& |3 a- p$ a7 p3 x  f 透平膨胀机的实际制冷量总比理论制冷量要小，因此，膨胀机的效率总是小于1。膨胀机的效率越低，则在相同进、出口压力和进口温度下，膨胀机的单位工质制冷量越小，反映出膨胀机的温降效果越小。在实际操作中，应该了解哪些因素影响膨胀机的效率，以便尽可能保证膨胀机在高效率下运转。 膨胀机的效率高低取决于膨胀机内的各种损失的大小。由于各种损失的存在，使气体对外做功的能力降低。而这些损失(如摩擦、涡流等)又以热的形式传给气体本身，使气体的出口温度升高，温降效果减小。其损失主要有以下几种：  1)流动损失。气流流过导流器和工作轮时，由于流道表面的摩擦、局部产生漩涡、气流撞击等产生的损失属于流动损失。  流动损失的大小与流道形状是否与气流流动方向相适应、表面光洁程度等因素有关。流道除了与设计、制造技术水平有关外，膨胀机内流道的磨损、杂质在表面积聚、转速变化而使气流进入叶轮时产生的撞击等，都会增加流动损失。一般情况下，导流器内的流动损失约占总制冷量的5%，工作轮内的流动损失约占总制冷量的6%。  2)工作轮轮盘的摩擦鼓风损失。工作轮在旋转时，轮盘周围的气体对叶轮的转动有一摩擦力，轮盘将带动气体运动。由此产生的摩擦热将使气体的温度升高，这种损失称为摩擦鼓风损失。它与工作轮的直径及转速等因素有关，一般占总制冷量的3%～4%。  3)泄漏损失。泄漏损失包括内泄漏和外泄漏两种，如图71所示。内泄漏是指一部分气体经过导流器后不通过叶轮膨胀，而直接从工作轮与机壳之间的缝隙漏出，与通过叶轮膨胀的气体汇合。这小股泄漏气体未经过叶轮的进一步膨胀，温度较高，因而使膨胀机的制冷量减小，降低了膨胀机的效率。内泄漏量的大小取决于转子与机壳之间的间隙，因此在安装时必须严格控制在规定公差范围之内。  外泄漏是指通过轮盘后部沿轴间隙向外泄漏出的气体。这部分气体的泄漏对膨胀机的效率没有影响，但是将减少总的制冷量。同时外漏气体的冷量也无法回收，所以它对产冷的影响是很大的。外泄漏量的大小与密封装置结构、间隙以及是否通压力密封气有关。  4)排气损失。通过膨胀机的气体在出口还具有一定的速度，叫做余速。余速越高，能量损失也越大，这部分损失叫做排气损失或余速损失。排气损失不仅与设计有关，在运转过程中当转速变化偏离设计工况时，也会使气流出口速度增加，效率降低。   
1、        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
# F$ k( ~/ p! e2 }  对膨胀机来说熵增小，则说明膨胀机的膨胀效率高
! L' K; k& z. f( R7 I 熵只有不变或增加，不会变小，即熵增原理
' v) p2 T$ U5 g. \8 P3 x透平：靠旋转作功的一类机械；
2、        工作原理
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； 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
( v  s$ X/ s7 l% n4、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
4 z1 K" \4 B; I 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；
透平膨胀机在空分中的应用：
% a: O/ m. W3 O 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
' Q7 e9 K4 Y  y. M! u5 W透平膨胀机的特点
4 C, i, I% k+ x* M! O①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；
) H$ X; m& S8 T/ _" X③效率高：国产：85%~87%，国外：90%以上；
; L- M1 D8 L" }: f3 p6 J④无机械接触：一般轴外径小于轴承内径10~15微米。
9 T- f) H: F6 Q, L. y1 o) N; m 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
% J' y* s5 k  o3 f, P8 H 气体轴承：在轴承上打一些孔，通上氮气或空气；         
6 x5 o: n5 j0 J 摩擦力小，但气膜承载能力小，稳定性差，加工要求特别高
& R0 _' V+ C9 a: M/ t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
' _- _, f9 m6 a" y' F6 ~" g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：
+ U- F' k" k9 k( v; g. K/ n" \6 o ②按制动方式分
. T& S; ?- ^7 u9 {$ t# d风机制动：气量不大的场合使用
" U9 Y! b5 W4 K& w 油制动器制动：通过改变油压、油量；     
; ]& @" ?+ [+ M  k  Y 增压机制动：:
6 P0 I7 S  s2 e. f 电机制动：
# r$ ?+ Z4 s* e& c/ t. p7、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；
# R1 |7 ?0 w) |1 V 中高压膨胀机中：密封气直接排入大气
! B/ }! `) X  j8 q 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； 10、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；
3 M( \- Y5 }$ E2 Y" m冷端蜗壳：均匀布气，是使气体均匀分布到导流器周围。
- H# |* ]! [. T' x+ v- [+ V; I+ u' q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
& T" L0 e* {) ?& _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；
- V% |; d. T1 @# I 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
# a1 W8 |% H/ \; r0 u( u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 e             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：
* _* k. S+ g9 @1 q5 R7、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

tobyxie 发表于 2013-4-25 07:57

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人家问的是原理，你整这么多，你什么的干活

   学习了，不过我觉得“利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械”解释就可以了。