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透平膨胀机.doc

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概括;
透平膨胀机组构成;
透平膨胀机本体构成;
透平膨胀机基本理论;
透平膨胀机各部分的详尽构造剖析;(通流部分,机体,制动端)
协助设施:电、仪、控;
透平膨胀机操作及常有故障剖析;
一、概括
1、两个观点
1)焓:hUPV
:内能是动能和位能之和,动能:分子运动;位能:工质分子间的互相作使劲;
P:工质压力;
: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:

hh1

h2。
(2)熵:权衡两种状态可逆程度(理解性)

;
P1,V1,T1

P2,V2,T2
熵不变化:可逆程度100%;
熵增添: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;
熵只有不变或增添,不会变小,即熵增原理;
透平:靠旋转作功的一类机械;
2、工作原理
绝热等熵过程以下列图:
工质从P1,T1P2,T2,T1T2
①低温工质温度降落50~70℃,焓降:hh1h2
②对外作功:h转变为动能,增压机或风机的动能;
入口
出口
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,焓值降低,温度降低,对外输出功;
压缩过程:
工质:压力增添,焓值增添,温度高升,需要外功;
4、应用领域
两种作用的利用:①低温工质:空气分别,液化妆置,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;以下列图:
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,其余冷量来自节流;
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;
透平膨胀机的特色:
①转速高:3~4万转/分,有的气体轴承膨胀机可达
②体积小:表面积小;
③效率高:国产:85%~87%,外国:90%以上;

70万转/分;
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:供给油润滑;油强迫循环带走摩擦热及渺小金属屑;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,稳固性差,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;
合适特色: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活塞环改换屡次;
6、透平膨胀机分类
①按工作原理分:
②按制动方式分:
风体制动:肚量不大的场合使用;
油制动器制动:经过改变油压、油量;
增压体制动:
电体制动:
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:(若制动风体制动,风机有消音器)
8、透平膨胀机流程
(1)工质气体气路:膨胀端:入口管细,出口管粗;
增压端:入口管粗,出口管细;
2)油管路:油分别器:
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,经过油烟机外排;
9、透平膨胀机的构造
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:PvRT
实质气体状态方程:PvzRT
①过程方程:
理想气体的绝热等熵过程:
PvK
常数
即P1v1K
P2v2K
CP
K是气体常数,K
CV
CP气体定压比热容;Cv气体定容比热容;
实质气体的绝热等熵过程:
PvK常数
CPCP
K
CVCVZR
实质气体的绝热非等熵过程:
Pvn常数
K
nK2(K1)
:速度系数;
②流量的连续性方程:
qm1C1A12C2A2CA常数
qm: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;
③动能方程
叶轮入口速度三角形:
11、膨胀机本体的构造
1)流通部分:蜗棵壳(冷端)、导流器、叶轮、扩压器;:平均布气,是负气体平均散布到导流器四周。
按作用分类:①导向蜗壳:无能量变换(常用);
②无叶喷嘴:有能量变换,即有焓降;
按截面性质分类:圆形、矩形、梯形;
蜗壳资料:铸铜、铸铝、铸钢;
(用水等液体)

;在


力下做气密性实验(用气体);
:气体膨胀,压力能变换为速度能,产生焓降;要负气体以必定角度进入工作轮;
:导流器叶轮是固定的
:固定盘、叶片、滑动盘。
可调式导流器的构成:
a。导流叶片:一般8片:叶片安装在固定盘与滑动盘之间;
:
:
滑动盘另一面有销柱,销柱与一拉杆连结,拉杆与一气动薄膜调理阀连结;每两个叶片形成的通道成为喷嘴;
喷嘴分为:①入口段:加工制作要圆滑;②气体段:主要制冷膨胀段,有缩短型、收扩型;③倾斜段:
:出膨胀叶轮的速度高(50m/s),速度能空分上没法利用,且摩擦损失大,以热能传给低温气体,使低温气体发生温升,仍是对空分不利的。采纳
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高升,压力也略有高升,焓值略有高升。
:
1、膨胀叶轮分类:
:只有叶片,轮骨,无***,适应恶劣环境,效率低;
:有***和叶片+轮骨:有益于提升轮子的临界转速;
:有***,叶片+轮+轮骨;效率高;
临界转速提升的利处:给工作转速供给了更加宽的工作范围,工作转速与临界转速越靠近,越易产生工震。
2、作用:气动工作轮中,持续膨胀,同时把膨胀功传达给主轴,降低
3、叶轮番道的构成
:气体膨胀的主要部分;
;
两段构成了径-轴流式叶轮。
4、叶轮出入口速度三角形
5、轮周功:
c12
c22
w22
w12
u12
u22
W
222
向心叶轮:u1u2
离心叶轮:u1u2
轴流式:u1u2
所以,往常采纳向心叶轮;
6、叶轮中的流动损失
摩擦损失:与气体速度、叶轮番道表面加工粒度等相关;
分别损失:主要与流道的形状相关;
二次流损失:气体因速度的不平均,会发生与主流式气体相垂直的由低压到高
压想沟通的气流;
尾迹损失:
7、叶轮的加工
:粗拙,效率低;
:用数控机床,主轴联动,光洁度好,效率高,***与叶轮一同铣制成
型,而后将轮盖与其余钎焊;
:不单效率高,并且强度高(国内没有);
8、超速实验:检查焊缝的强度;
9、单体动均衡实验;
对膨胀机通流部分进行总结
参数

出口
压力P0
温度T0
焓值i0
速度v0
备注

组件
1
冷端蜗壳
P0
P1
T0
T1
i0
i1
v0
v1
2
导流器
P2
P1
T2
T1
i2
i1
v2
v1
能量转变为
气体速度能
能量转变传
3
膨胀叶轮
P3
P2
T3
T2
i3
i2
v3
v2
递给主轴到
增压端
4
扩压器
P4
P3
T4
T3
i4
i3
v4
v3
从上表能够看出,温度最低点、压力最低点在叶轮出口处。
膨胀机:
:
P0;
P4
:T0
T4
;
:i0
i4;
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:同意温度70℃;
预埋式:精准,同意100℃;注意:设施检修时要注意改换形式;
◇密封气入口2个;
◇密封气出口2个:
.低压能够不设密封气出口,使其进入油箱,经过油气分别器外排;
.中压若不设置密封气出口,因其肚量较大,在经过油气分别器因分别不完整会带走大批的油,使得油耗增添,所以要设出口;
◇测速探头插孔:1个;
◇空隙压力导出孔:1个;与密封气压力稍稍大于空隙压力;
◇测振孔:大型膨胀机上使用:2个;膨胀机上孔好多,检修、安装时千万不要接错,要确立好;
2、轴承
用滑动轴承许多,一般是线接触;
◇径向轴承;
◇止推轴承:承受转子轴向力;
一般将二者作成整体,为止推径向轴承;
分类:径向轴承:按内孔形式:
:径向面是圆柱的;
;径向是椭圆的,使油膜成契行;
:由两个半圆构成,独自合成整圆,安装时是错位的;:
:三油叶轴承;
止推轴承的分类:
;
:用的极少;
按轴承构造形式不一样可分为:整体式:尽可能采纳整体式的;
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,当此密封成效减弱时,还经过密封气密封,是双保险;
安装时:锯齿型铅基合金空隙为5~8微米,技术水平高的可打3微米;
2)轮盖密封:轮盖与密封共构成轮盖密封:
密封原理:漏气进入蜜蜂,进行膨胀降压,逐级降落,最后靠近为零;
3)轮背密封:叶轮轮背和静密封共同构成;
静密封:有铜环+铅基合金构成;
密封机理:与轴封相像;
轮背密封能够减少轴封的压力;轮背、锯齿与静密封空隙为10~15微米;
作用:,负气体不可以沿轴向窜动,进入轴承,防止冻坏轴承;
;
;
运转过程中要尽可能的增添增压端的压力,在不发生喘震的状况下,有益于减少膨胀机的轴向推力,对膨胀机运转有益;
三、制动端
W膨W轴承W制动
任何状态下的该式均建立,但只有在设计参数下运转,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,正常运转时,回流阀是全关的;
冷却器
可调喷嘴

四、转子
1、转子包含以下零件:
主轴、膨胀轮、增压轮、
2、主轴资料:40CrNiMoA;
3、临界转速:分几阶,对工作实用一般是一阶、二阶;
对一个转动的零件或构成件均拥有其固有的临界转速,在临界转速上运转,振动大。
一阶临界转速为NS
4、工作转速<》;
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:D
,NS
;D
,NS
;
(2)悬臂端的长短:长
,NS
;
(3)轴上零件的重量:重量大,NS;重量小,;
7、主轴的构造
装轴承
测速孔
装轴封
装叶轮
止推面
装叶轮、装轴承、轴上止推面,三个的加工粒度要求高,它关系到轴转动的均衡;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:事故泊车时,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℃不一样意运转;
、油气分别器:油站表示图以下: