天然气透平膨胀机工作原理(一)
责任编辑：cnlng 浏览：44158次 时间： 2010-07-29 21:36:33
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摘要: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、 ..
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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
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