1、透平膨胀机的工作原理 透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，他由蜗透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，他由蜗透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，他由蜗透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，他由蜗壳、导流器、工作轮和扩压器等主要部分组成。壳、导流器、工作轮和扩压器等主要部分组成。壳、导流器、工作轮和扩压器等主要部分组成。壳、导流器、工作轮和扩压器等主要部分组成。当具有一定压力的气体进入膨胀机的蜗壳后，被当具有一定压力的气体进入膨胀机的蜗壳后，被当具有一定压力的气体进入膨胀机的蜗壳后，被当具有一定压力的气体进入膨胀机的蜗壳后，被均匀分配到导流器中，导流器上装有喷嘴叶片。均匀分配到导流器中，导流器上装有喷嘴叶片。均匀分
2、配到导流器中，导流器上装有喷嘴叶片。均匀分配到导流器中，导流器上装有喷嘴叶片。气体在喷嘴中将气体的热力学能（内能）转换成气体在喷嘴中将气体的热力学能（内能）转换成气体在喷嘴中将气体的热力学能（内能）转换成气体在喷嘴中将气体的热力学能（内能）转换成流动的动能，气体的压力和焓降低，出喷嘴的流流动的动能，气体的压力和焓降低，出喷嘴的流流动的动能，气体的压力和焓降低，出喷嘴的流流动的动能，气体的压力和焓降低，出喷嘴的流速可高达速可高达速可高达速可高达200m/s200m/s左右。当高速气流冲到叶轮的左右。当高速气流冲到叶轮的左右。当高速气流冲到叶轮的左右。当高速气流冲到叶轮的叶片上时，推动叶轮旋转并对
3、外做功，将气体的叶片上时，推动叶轮旋转并对外做功，将气体的叶片上时，推动叶轮旋转并对外做功，将气体的叶片上时，推动叶轮旋转并对外做功，将气体的动能转化为机械能。通过转子轴带动制动风机、动能转化为机械能。通过转子轴带动制动风机、动能转化为机械能。通过转子轴带动制动风机、动能转化为机械能。通过转子轴带动制动风机、发电机或增压机对外输出功。发电机或增压机对外输出功。发电机或增压机对外输出功。发电机或增压机对外输出功。透平膨胀机的冷量产生 从气体流经膨胀机的整个过程来看，从气体流经膨胀机的整个过程来看，气体压力降低是一膨胀过程，同时对外输气体压力降低是一膨胀过程，同时对外输出了功。输出外功是消耗了气体
4、内部的能出了功。输出外功是消耗了气体内部的能量，反映出温度的降低和焓值的减小，即量，反映出温度的降低和焓值的减小，即是从气体内部取走了一部分能量，也就是是从气体内部取走了一部分能量，也就是通常所说的制冷量。通常所说的制冷量。膨胀机工作过程 工作介质由进口管进入蜗壳，经可调工作介质由进口管进入蜗壳，经可调喷嘴再进入工作轮做功，然后经扩压室、喷嘴再进入工作轮做功，然后经扩压室、排气管排出。排气管排出。膨胀机气量调节是依靠安装在冷箱顶膨胀机气量调节是依靠安装在冷箱顶上的气动薄膜执行机构带动喷嘴叶片转动，上的气动薄膜执行机构带动喷嘴叶片转动，从而改变其通道截面积来实现的，执行机从而改变其通道截面积来实
5、现的，执行机构的阀杆行程反映了喷嘴通道宽度的变化，构的阀杆行程反映了喷嘴通道宽度的变化，阀杆总行程约为阀杆总行程约为40毫米，阀杆下移使喷嘴毫米，阀杆下移使喷嘴通道开大，上移则关小通道开大，上移则关小。膨胀机的结构轴承轴承蜗壳蜗壳喷嘴喷嘴工作轮工作轮扩压器扩压器主轴主轴增压轮增压轮增压机蜗壳增压机蜗壳密封密封膨胀机的结构膨胀机的结构 蜗壳：为不锈钢焊接结构，固定增压机叶蜗壳：为不锈钢焊接结构，固定增压机叶轮在机身上，通过机身与底座相连，蜗壳轮在机身上，通过机身与底座相连，蜗壳内容纳有喷嘴和膨胀机叶轮。内容纳有喷嘴和膨胀机叶轮。转子：二端分别装有膨胀机叶轮和增压机转子：二端分别装有膨胀机叶轮和增
6、压机叶轮，为一刚性转子，套装在机身轴承上。叶轮，为一刚性转子，套装在机身轴承上。轴承：前、后轴承均为径向推力联合式轴轴承：前、后轴承均为径向推力联合式轴承，由进油管供给清洁而充足的润滑油，承，由进油管供给清洁而充足的润滑油，使转子能长期稳定运转，采用铂电阻温度使转子能长期稳定运转，采用铂电阻温度计测量轴承温度。计测量轴承温度。轴密封：在靠近二叶轮的轴上各置有一迷轴密封：在靠近二叶轮的轴上各置有一迷宫密封套，使得气体外漏量控制在最小的宫密封套，使得气体外漏量控制在最小的范围内，在靠近膨胀机的密封套内充入常范围内，在靠近膨胀机的密封套内充入常温密封气（干燥空气或氮气）以阻止流经温密封气（干燥空气或
7、氮气）以阻止流经膨胀机的低温气体外泄，而跑膨胀机的低温气体外泄，而跑“冷冷”，为，为控制喷咀出口的气体与膨胀机端密封气之控制喷咀出口的气体与膨胀机端密封气之间的压力差维持在间的压力差维持在0.05MPa0.05MPa左右，特设置左右，特设置一精密减压阀，增压机端的密封套内充入一精密减压阀，增压机端的密封套内充入0.5MPa0.5MPa压力的密封气（干燥空气）。压力的密封气（干燥空气）。喷嘴环喷嘴环喷嘴环喷嘴环叶片镶于底叶片镶于底叶片镶于底叶片镶于底盘上构成流道，是膨盘上构成流道，是膨盘上构成流道，是膨盘上构成流道，是膨胀机能量转化的主要胀机能量转化的主要胀机能量转化的主要胀机能量转化的主要部件
8、。流速升高，压部件。流速升高，压部件。流速升高，压部件。流速升高，压力降低。力降低。力降低。力降低。扩压器扩压器扩压器扩压器将从工作轮将从工作轮将从工作轮将从工作轮出来的气体流速进一出来的气体流速进一出来的气体流速进一出来的气体流速进一步降低，减少流动损步降低，减少流动损步降低，减少流动损步降低，减少流动损失。失。失。失。离心增压机 增压机由进气室、叶轮、扩压器、蜗增压机由进气室、叶轮、扩压器、蜗壳组成，其叶轮与膨胀机叶轮置于同一轴壳组成，其叶轮与膨胀机叶轮置于同一轴上，二者转速相同，由膨胀机叶轮发出的上，二者转速相同，由膨胀机叶轮发出的机械功驱动其旋转，气体进入叶轮后，被机械功驱动其旋转，气
9、体进入叶轮后，被加速、增压，进入扩压器之后，又进一步加速、增压，进入扩压器之后，又进一步减速增压，最后汇集于蜗壳排出机外，经减速增压，最后汇集于蜗壳排出机外，经冷却降温后进入板式换热器，再进入膨胀冷却降温后进入板式换热器，再进入膨胀机。机。供油系统供油系统 该供油系统由单独的系统组成，主要包括油该供油系统由单独的系统组成，主要包括油箱、三螺杆油泵、油冷却器、温控阀、囊式蓄能箱、三螺杆油泵、油冷却器、温控阀、囊式蓄能器等。润滑油进入油泵升压后进入油冷却器和切器等。润滑油进入油泵升压后进入油冷却器和切换式油过滤器，再分别进入各轴承，最后由机身换式油过滤器，再分别进入各轴承，最后由机身内腔汇入回油管
10、回到油箱，另外设置了一蓄能器，内腔汇入回油管回到油箱，另外设置了一蓄能器，在油泵启动后自动充油，用于油压降低或油泵停在油泵启动后自动充油，用于油压降低或油泵停转后，机组联锁停车时能继续供油一段时间（约转后，机组联锁停车时能继续供油一段时间（约1 1分钟），确保轴承的安全。分钟），确保轴承的安全。润滑油采用润滑油采用N32N32透平油，为保证油的品质，在透平油，为保证油的品质，在开始运转开始运转300300小时后要进行一次换油，以后在油过小时后要进行一次换油，以后在油过滤器清洁的前提下每年至少换一次油，只有在经滤器清洁的前提下每年至少换一次油，只有在经过检查确认油的特性良好的前提下，才可延长换过
11、检查确认油的特性良好的前提下，才可延长换油时间。油时间。紧急切断阀 在膨胀机进口处设置了一个紧急切断阀，当在膨胀机进口处设置了一个紧急切断阀，当在膨胀机进口处设置了一个紧急切断阀，当在膨胀机进口处设置了一个紧急切断阀，当机组处于危险状态时，根据各危险点发出的联锁机组处于危险状态时，根据各危险点发出的联锁机组处于危险状态时，根据各危险点发出的联锁机组处于危险状态时，根据各危险点发出的联锁信号，此阀能在很短时间内关闭，从而切断气源，信号，此阀能在很短时间内关闭，从而切断气源，信号，此阀能在很短时间内关闭，从而切断气源，信号，此阀能在很短时间内关闭，从而切断气源，使其快速停车，起到安全保护作用。使其
12、快速停车，起到安全保护作用。使其快速停车，起到安全保护作用。使其快速停车，起到安全保护作用。在危急情况下，膨胀机仪控系统联锁即切断在危急情况下，膨胀机仪控系统联锁即切断在危急情况下，膨胀机仪控系统联锁即切断在危急情况下，膨胀机仪控系统联锁即切断电磁阀电源，使紧急断阀快速关闭与此同时增压电磁阀电源，使紧急断阀快速关闭与此同时增压电磁阀电源，使紧急断阀快速关闭与此同时增压电磁阀电源，使紧急断阀快速关闭与此同时增压机回流阀自动全开。机回流阀自动全开。机回流阀自动全开。机回流阀自动全开。增压机后冷却器 为了将增压机出口高温气体冷却以达为了将增压机出口高温气体冷却以达到空分流程的要求，设置了其冷却器，用
13、到空分流程的要求，设置了其冷却器，用冷却水进行冷却，调节进水量可以达到调冷却水进行冷却，调节进水量可以达到调节出口气体温度的目的，冷却器工况的控节出口气体温度的目的，冷却器工况的控制根据其技术参数和流程需要来进行。制根据其技术参数和流程需要来进行。增压机回流阀 设置该阀有以下三个用途：设置该阀有以下三个用途：设置该阀有以下三个用途：设置该阀有以下三个用途：a.a.压力调节：根据空分流程的要求，一般希望压力调节：根据空分流程的要求，一般希望压力调节：根据空分流程的要求，一般希望压力调节：根据空分流程的要求，一般希望增压机出口压力保持恒定，阀的开大或关小，可增压机出口压力保持恒定，阀的开大或关小，
14、可增压机出口压力保持恒定，阀的开大或关小，可增压机出口压力保持恒定，阀的开大或关小，可使压力降低或升高，该阀在仪控系统自动控制下使压力降低或升高，该阀在仪控系统自动控制下使压力降低或升高，该阀在仪控系统自动控制下使压力降低或升高，该阀在仪控系统自动控制下则可达到压力恒定的目的。则可达到压力恒定的目的。则可达到压力恒定的目的。则可达到压力恒定的目的。b.b.防喘振：增压机在一定的进口流量和转速下，防喘振：增压机在一定的进口流量和转速下，防喘振：增压机在一定的进口流量和转速下，防喘振：增压机在一定的进口流量和转速下，当进口流量小到一定数值时，机器会发生喘振，当进口流量小到一定数值时，机器会发生喘振
15、，当进口流量小到一定数值时，机器会发生喘振，当进口流量小到一定数值时，机器会发生喘振，此时压力会大幅度波动，并发出强烈的此时压力会大幅度波动，并发出强烈的此时压力会大幅度波动，并发出强烈的此时压力会大幅度波动，并发出强烈的“喘气喘气喘气喘气”声响和振动，将引起机器损坏，为防止这种情况声响和振动，将引起机器损坏，为防止这种情况声响和振动，将引起机器损坏，为防止这种情况声响和振动，将引起机器损坏，为防止这种情况出现，该阀会在进口流量小到一定数值时自动打出现，该阀会在进口流量小到一定数值时自动打出现，该阀会在进口流量小到一定数值时自动打出现，该阀会在进口流量小到一定数值时自动打开。所给定的防喘振流量
16、是根据进口压力，进口开。所给定的防喘振流量是根据进口压力，进口开。所给定的防喘振流量是根据进口压力，进口开。所给定的防喘振流量是根据进口压力，进口温度，转速均为额定值的情况，当这些条件不同温度，转速均为额定值的情况，当这些条件不同温度，转速均为额定值的情况，当这些条件不同温度，转速均为额定值的情况，当这些条件不同时，对防喘振流量值应予修正。时，对防喘振流量值应予修正。时，对防喘振流量值应予修正。时，对防喘振流量值应予修正。c.c.开大回流阀：可增加增压机的负荷使膨胀机减开大回流阀：可增加增压机的负荷使膨胀机减开大回流阀：可增加增压机的负荷使膨胀机减开大回流阀：可增加增压机的负荷使膨胀机减速速速
17、速维护说明喷嘴：只要供应的气体是喷嘴：只要供应的气体是喷嘴：只要供应的气体是喷嘴：只要供应的气体是清洁的，即使喷嘴叶片的清洁的，即使喷嘴叶片的清洁的，即使喷嘴叶片的清洁的，即使喷嘴叶片的光泽变暗，也不会影响效光泽变暗，也不会影响效光泽变暗，也不会影响效光泽变暗，也不会影响效率，但如气体中含有较大率，但如气体中含有较大率，但如气体中含有较大率，但如气体中含有较大的即使少量的固体颗粒或的即使少量的固体颗粒或的即使少量的固体颗粒或的即使少量的固体颗粒或二氧化碳产生的液滴时，二氧化碳产生的液滴时，二氧化碳产生的液滴时，二氧化碳产生的液滴时，就会产生喷嘴叶片的磨蚀，就会产生喷嘴叶片的磨蚀，就会产生喷嘴叶
18、片的磨蚀，就会产生喷嘴叶片的磨蚀，严重时会出现凹坑，这样严重时会出现凹坑，这样严重时会出现凹坑，这样严重时会出现凹坑，这样就会使效率明显下降，这就会使效率明显下降，这就会使效率明显下降，这就会使效率明显下降，这时就应更换喷嘴。在装置时就应更换喷嘴。在装置时就应更换喷嘴。在装置时就应更换喷嘴。在装置启动期间，最容易产生磨启动期间，最容易产生磨启动期间，最容易产生磨启动期间，最容易产生磨蚀。因此装置操作时要特蚀。因此装置操作时要特蚀。因此装置操作时要特蚀。因此装置操作时要特别注意。别注意。别注意。别注意。膨胀机叶轮：与喷咀膨胀机叶轮：与喷咀叶片相同的原因，也叶片相同的原因，也可能造成对叶片进口可能
19、造成对叶片进口边磨蚀，如果磨蚀严边磨蚀，如果磨蚀严重甚至出现凹坑时应重甚至出现凹坑时应更换工作轮。更换工作轮。膨胀机与增压机叶轮密封盖易遭轻微磨损。膨胀机与增压机叶轮密封盖易遭轻微磨损。如磨损严重，就必须更换，其装配间隙见如磨损严重，就必须更换，其装配间隙见图。图。轴密封套：轴密封套在运行时孔也会产生轴密封套：轴密封套在运行时孔也会产生轻微磨损。如磨损严重，就应调换轴密封，轻微磨损。如磨损严重，就应调换轴密封，因为过度磨损会使轴承温度降低并增加漏因为过度磨损会使轴承温度降低并增加漏气损失。轴密封的径向间隙为气损失。轴密封的径向间隙为0 00.04mm0.04mm当增大到当增大到0.10.1就应
20、予以调换。就应予以调换。轴承：轴承型面是精心设计并通过机械加轴承：轴承型面是精心设计并通过机械加工而保证的。因此其内孔和止推面都不允工而保证的。因此其内孔和止推面都不允许进行任意修正，如果发现由于暂时超负许进行任意修正，如果发现由于暂时超负荷或润滑不良而引起轴承损伤，就应更换荷或润滑不良而引起轴承损伤，就应更换轴承。轴承。增压机叶轮：如供应的气体不干净将引起增压机叶轮：如供应的气体不干净将引起增压机叶片的磨蚀，以致破坏平衡，这种增压机叶片的磨蚀，以致破坏平衡，这种情况与膨胀机叶轮动平衡破坏相类似。情况与膨胀机叶轮动平衡破坏相类似。需要说明的是，无论是膨胀机叶轮、增压需要说明的是，无论是膨胀机叶
21、轮、增压机叶轮或其它零部件需要更换时，必须更机叶轮或其它零部件需要更换时，必须更换整个转子而不能单独更换叶轮或其它零换整个转子而不能单独更换叶轮或其它零部件。部件。油冷却器，一般一年进行一次清洗。如果油冷却器，一般一年进行一次清洗。如果冷却水不干净，清洗次数还要增加。冷却水不干净，清洗次数还要增加。油过滤器，如发现过滤器阻力明显增加，油过滤器，如发现过滤器阻力明显增加，就应进行清洗或更换滤芯。就应进行清洗或更换滤芯。增压机后冷却器，一般一年清洗一次，如增压机后冷却器，一般一年清洗一次，如工作时发生窜漏，阻力突然增大，换热效工作时发生窜漏，阻力突然增大，换热效果变差，则应立即检查原因并加以检修。果变差，则应立即检查原因并加以检修。
