透平膨脹機培訓資料

1、透平膨脹機培訓資料膨脹機的工作原理工作原理透平膨脹機是空氣分離設備及天然氣（石油氣）液化分離設備和 低溫粉碎設備等獲取冷量所必需的關鍵部機， 是保證整套設備穩(wěn)定運 行的心心臟。其主要原理是利用有一定壓力的氣體在透平膨脹機內(nèi)進 行絕熱膨脹對外做功而消耗氣體本身的內(nèi)能， 從而使氣體自身強烈地 冷卻而達到制冷的目的。透平膨脹機輸出的能量由同軸的增壓機、 發(fā) 電機回收或制動風機、油等消耗。膨脹機主要是被用來 生產(chǎn)冷量造成低溫，其工作的對象主要是 氣體。當氣體具有一定的壓力和溫度時。就具有一定的能量，即由壓 力而體現(xiàn)的勢能與由溫度所體現(xiàn)的動能。 這兩種能量總稱為內(nèi)能，而 膨脹機主要的作用是利用氣體通過膨

2、脹機的過程中的內(nèi)能降低并對 外輸出功。并由于氣體內(nèi)能的降低并對外輸出功使氣體的壓力和溫度 大幅度降低從而達到制冷與降溫的目的。膨脹機主要的工作是在噴咀及葉輪中完成。 噴咀是一種由多個 精心設計的葉片所組成的噴射通道（即噴咀流道）。當高壓的氣體通 過噴咀流道時，由于噴射作用使氣體的速度迅速上升并可達到音速。 而氣體的壓力和溫度則很快下降。從而達到降溫的目的。葉輪則是接受從噴咀出來的高速氣體，由于噴咀出來的氣體其速 度達到或超過音速，而且溫度已經(jīng)大幅度降低，當高速氣體沖擊葉輪 的葉片時，使葉輪高速轉(zhuǎn)動。葉輪是一個由多個葉片所組成輪子，氣 體從半徑方向流入，而從與主軸軸線平行方向流出，稱為徑軸流葉輪

3、。 葉輪中每兩個葉片圍成一個通道。 葉輪的通道是經(jīng)過精心的設計，而 且是漸漸擴大的。當高速、低溫的氣體通過葉輪通道時，由于高速轉(zhuǎn) 動。使氣體的速度很快下降，同時氣體在不斷變大的通道中流動時壓 力也進一步下降，因為壓力與速度下降使氣體的內(nèi)能的降低， 這樣氣 體溫度進一步大幅度降低。從而達到降溫與制冷的目的。由于膨脹機 輪子的飛速轉(zhuǎn)動，帶動了與膨脹機輪子在同一軸上另一端的增壓機葉 輪的轉(zhuǎn)動，增壓機葉輪的轉(zhuǎn)動壓縮了通過增壓機葉輪氣體，增壓機葉 輪不僅壓縮了氣體，利用了膨脹發(fā)出的功率，而且也控制了膨脹機的 轉(zhuǎn)速。由于膨脹機中氣體通過的時間極短，來不及與周圍 環(huán)境交換熱量所以可以認為它是在接近絕熱等熵的

4、條 件下工作的。因而具有很高的絕熱效率。、膨脹機主機的結(jié)構(gòu)與主要另部件膨脹機是一種高速轉(zhuǎn)動的機械，為了保證它的效率與可靠性， 必須特別注重其葉輪、噴咀、軸承、密封的設計與制造。圖一是一臺 膨脹機主機的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖。主機主要由膨脹機蝸殼、機身、增 壓機蝸殼、轉(zhuǎn)子、可調(diào)噴咀、軸承、及密封件等組成。下面分別介紹 這些另部件的工作原理，基本結(jié)構(gòu)及要求1、轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子是膨脹機的最重要部件。它直接關系到膨脹機的制冷效果、 運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命。轉(zhuǎn)子是由膨脹機葉輪，增壓機葉 輪、密封軸套、螺帽及主軸組成。見圖二。由于轉(zhuǎn)子是在高速下運轉(zhuǎn)， 所以其高速下的穩(wěn)定性是十分重要的，除了要提高其整個轉(zhuǎn)子的抗

5、振 動性能外，還應對轉(zhuǎn)子上的葉輪、主軸及轉(zhuǎn)子的整體分別作動平衡試 驗，其允許的重心偏移量w 0.3 am.。2、可調(diào)噴咀；可調(diào)噴咀是由幾個可以轉(zhuǎn)動的噴咀葉片、 裝有葉片轉(zhuǎn)動軸 銷的定位盤、活動盤、蓋板等另件組成。由于葉片可以圍繞定位盤的 軸銷轉(zhuǎn)動，因而其由兩葉片圍成的噴咀流道面積的大小可以調(diào)節(jié)（見 圖三）。從而達到改變氣量的目的。但是由于噴咀另件都是由不銹鋼 制成，相對活動過多容易造成磨損、拉毛而咬合。所以噴咀不適宜經(jīng) 常調(diào)節(jié)。3、軸承；膨脹機的轉(zhuǎn)子是由軸承來支承的，為了使轉(zhuǎn)子能長期穩(wěn)定可靠 地運轉(zhuǎn)，軸承是個十分重要的另件。膨脹機的軸承多數(shù)采用動壓油軸 承，其結(jié)構(gòu)及軸承與主軸之間的間隙大小對運

6、轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性及壽命有十 分重要的關系，因而不能任意改變。動壓油軸承是一種非接觸式的液體潤滑軸承，它是依靠轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 時的動壓作用，使轉(zhuǎn)子浮動在軸承上面，它依靠潤滑油來維持軸與軸 承之間的間隙。使軸與軸承不會由于接觸而磨損， 而且潤滑油還冷卻 軸承，帶走主軸因高速轉(zhuǎn)動時與潤滑油的磨擦而產(chǎn)生的熱量。所以向 軸承供給一定量的清潔的潤滑油也是軸承正常工作的非常重要的工 作。4、密封件；（這里主要是指主軸與機身之間的動密封）膨脹機是在高速 低溫的環(huán)境下工作的，如何阻止因低溫氣體進入軸承而使軸承潤滑油 凍結(jié)，及阻止因潤滑油進入低溫端因凍結(jié)而造成運行不正常及堵塞。 所以膨脹機的密封也是很重要的工作。 膨脹機的密

7、封通常采用迷宮密 封，即在主軸上或轉(zhuǎn)子的軸套上設置居剌形的密封剌，而在機身上裝有相對較軟的用石墨或鉛基合金制成的密封件。迷宮密封是一種動密 封，它依靠密封剌與密封件間的0.010.05mm的間隙，使氣體產(chǎn)生 節(jié)流作用并造成壓力的降低。達到密封的效果。所以迷宮密封一定有 少量的氣體的漏泄，為了減少氣體的漏泄量，除了加強密封外，還應 該盡可能降低密封氣的入口壓力， 一般情況下，要求密封氣的入口壓 力僅高于噴咀后壓力約為0.05Mpa。5、機身；機身組成了膨脹機的外殼，并提供軸承、密封件、隔板、隔熱 板等等另件的安裝場所。6、膨脹機蝸殼；膨脹機蝸殼主要是膨脹機工作氣體的進出口通道，并使膨脹氣體均勻地

8、分配給噴咀的各個通道。 同時當?shù)蜏貧怏w流出膨脹機葉輪時通過一個擴張的錐管使氣體的流速進一步下降，從而使壓力有所上升。7、增壓機蝸殼；增壓機蝸殼主要是增壓機工作氣體的進出口通道。蝸殼 在增壓機葉輪的出口處設置有無葉擴壓器， 使增壓后的氣體減速，從 而使增壓后氣體的壓力進一步上升。三、膨脹機的供油系統(tǒng)；1、供油系統(tǒng)的要求；供油系統(tǒng)主要為膨脹機軸承提供一定數(shù)量的清潔 的，又有一定溫度要求的潤滑油。由于膨脹機軸承的間隙僅為幾十微 米，而軸承對溫度又有一定的要求，當溫度過高時，潤滑油會變稀， 使軸承工作惡化甚至損壞。而溫度過低時，潤滑油會變稠，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動阻力增加，軸承的功率損耗增加，不利膨脹機的工作，

9、當溫度低于 10C還會因潤滑油流動困難而使機器損壞。因此要求供油溫度在 30-50C之間。由于軸承的間隙僅為幾十微米，所以要求潤滑油內(nèi)所 含的固體粒子直徑應當少于5微米。為了使軸承能正常工作還必須保 證有一定的供油壓力及供油量。一般的供油壓力應大于0.5Mpa,供油量為20 60升/秒。2、供油系統(tǒng)的組成及工作；供油系統(tǒng)由油泵、油箱、油冷卻器、油壓容 器、油過濾器、油氣分離器、溢流閥、單向閥，測量儀表及其它的管道、閥門等組成。、油泵；目前多數(shù)采用三螺桿泵，要求供油壓力為 2.5Mpa,供油量為60 升/秒。三螺桿泵主要的優(yōu)點是運行燥音少，密封好，基本上不漏油。、油箱；油箱不僅要求貯存油泵5分鐘

10、以上的油量，還兼作第一 級油器分離器。它還必須承受一定的壓力。中低壓膨脹機的油箱通常 的工作壓力低于0.6Mpa,容積為800升左右。、油冷卻器；出機組的潤滑油必須進過冷卻，以保證進機組的 潤滑油溫度低于50C。冷卻通常用水或空氣。為保證冷卻效果，通常 多用水冷卻。、油壓容器；油壓容器為封閉的壓力容器，其下部設置有進出 口。主要是為保證油泵突然停電或者迂到其它故障而不能繼續(xù)供油 時，依靠油壓容器內(nèi)貯存的壓力油，繼續(xù)供給主機一到二分鐘的潤滑 油，以保證主機的安全。、油過濾器；設置油過濾器是為了過濾潤滑油中的固體顆粒。 以防止這些顆粒進入油泵及主機的軸承，以保護油泵及軸承的安全運 行，本系統(tǒng)共設置

11、有三組油過濾器。第一組在油箱出口與油泵入口處， 由不銹鋼絲網(wǎng)濾芯制成，功能是防止較大的固體顆粒進入油泵而損壞 油泵，第二組在油冷卻器出口處，是系統(tǒng)的主過濾器。主過濾器為雙 筒過濾器，二組可以切換使用，它要求的過濾精度為 5m。主要是保 護主機的軸承。第三組在主機的供油口前。主要為防止主過濾器后的 管道及油壓容器內(nèi)的殘留的少量機械固體顆粒進入主機，一般用單筒過濾器、油氣分離器；主機的密封氣往往與潤滑油一起進入油箱，經(jīng) 過油箱的初步分離后，再進入油氣分離器后進一步分離，使排出的密 封氣中基本上不含潤滑油。、溢流閥；為保護油泵及供油系統(tǒng)的容器的安全，在油泵出口 處設置有一溢流閥，當管道因某鐘原因而不

12、暢通時，在油泵的供油壓 力超過油泵的最高工作壓力時，能自動的打開泄油孔，使油壓很快下 降，以保護油泵及設備。四、膨脹機的密封供氣系統(tǒng)；密封供氣系統(tǒng)由進口閥、節(jié)流減壓閥、密封 氣過濾器及分配管組成。密封氣過濾器是由濾芯及殼體組成。由于密封氣直接進入主軸密封軸套處，因而要求密封氣內(nèi)的固體顆粒直徑少于 5 m。五、膨脹機的儀控保護系統(tǒng)；為了膨脹機的安全運行，膨脹機機組設置了一系列安全保護系統(tǒng)， 首先機組要求在膨脹機入口處設置有緊急切斷閥， 并由儀控系統(tǒng)來控 制緊急切斷閥，也可以用手動按鈕來控制。并要求該閥在給予切斷信 號后，在6秒鐘內(nèi)關閉，以保護膨脹機不被損壞。膨脹機組要求在下 列工況下進行報警及切

13、斷停車。項目正常參數(shù)報警參數(shù)切斷停車參數(shù)膨脹機轉(zhuǎn)速設計轉(zhuǎn)速1.1 x設計轉(zhuǎn)速1.15X設計轉(zhuǎn)速前軸承溫度70 C75 C后軸承溫度70 C75 C膨脹機供油壓力.8Mpa0.4Mpa105%設計轉(zhuǎn)速0110%設計轉(zhuǎn)速0前軸承溫度 70 C0 75C后軸承溫度 70 C0 75C0電源斷電0七、供油系統(tǒng)及密封氣系統(tǒng)的操作1、供油系統(tǒng)的操作；膨脹機的轉(zhuǎn)子與軸承是膨脹機的心臟，而保證轉(zhuǎn)子與軸承的正常工作的關鍵是供油系統(tǒng)的正常工作， 對供油系統(tǒng)來說滿 足軸承對潤滑油的要求是它的唯一的任務。 為使軸承正常工作就要求 潤滑油有一定的流量，一定的溫度，潤滑油必須清潔、同時要具有足夠的粘度。因而供油系統(tǒng)的操作

14、，必須圍繞這四個要求進行。7.1.1. 保證清潔度；為保證油的清潔度,在供油系統(tǒng)安裝后初次運 行前,必須對系統(tǒng)內(nèi)的容器，管道，閥門進行徹底的清洗，再用煤油進行 清洗性的循環(huán)，并徹底排除循環(huán)的煤油以防止因煤油混入透平油而使 粘度下降在向油箱加油時必須對油進行過濾，以防止任何固體粒子 進入潤滑油.7.1.2. 保證潤滑油量;為保證潤滑油量必須保證一定的供油壓力， 即進油回油的壓差應大于0.6Mpa，并經(jīng)常觀測回油窺視器的回油情 況供油壓力可以通過調(diào)節(jié)潤滑油出冷卻器后向油箱回油的傍通閥來 進行調(diào)節(jié)。7.13保證進油溫度;正常的潤滑油進油溫度應在3045C。這是 為了保證潤油的粘度，與防止軸承因溫度過

15、高而損壞。當軸承溫度低 于15C時為了不使?jié)櫥驼扯冗^大而使軸承功耗過大，及潤滑油量減少， 應該設法提高供油溫度，可以減少冷卻水量，使部分或全部潤滑油經(jīng) 油冷卻器的短路傍通閥，或者用電加熱器加溫以提高進油溫度。7.1.4. 保證潤滑油的粘度；潤滑油的粘度對軸承的工作有著十分重要的作用，因而保證潤滑油的粘度也是保證膨脹機的安全，所以應嚴格按使用說明書的要求牌號使用潤滑油，要防止水進入潤滑油系統(tǒng)，對于輕烴液化裝置來說還要防止 C4以上的重組份從膨脹機的出 口管道進入油箱（特別是在停機時），更要防止輕油與密封氣一起進 入油箱，C4以上的重組份混入潤滑油后，將使?jié)櫥偷恼扯认陆刀?變質(zhì)，所以定期檢查潤

16、滑油的粘度也是保證膨脹機長期安全運行的重 要保證。7.1.5. 保證膨脹機在油泵停泵后能繼續(xù)供油一分鐘以上。當停電或其它故障時，油泵不能繼續(xù)向軸承供油，這時雖然緊急切斷閥已經(jīng) 關閉，但膨脹機還能運行約30秒左右時間，為了保證膨脹機的安全， 供油系統(tǒng)設置有油壓容器，油壓容器內(nèi)充滿氮氣，當油泵工作時隨供 油壓力的升高，潤滑油開始進入油壓容器并壓縮油壓容器內(nèi)的氮氣， 使氮氣壓力升高體積縮小，正常運行時，氮氣的體積約為原來的十分 之一，其余的都是油。當停電時，油壓容器內(nèi)的潤滑油在氮氣壓力的 作用下，開始向主機供油，其供油量隨氮氣壓力下降而漸漸減少，一般情況下能繼續(xù)供油約二分鐘。為保證機組的安全，要求每

17、次開機前進行一次停泵供油時間測試。2、密封氣系統(tǒng)的操作；密封氣系統(tǒng)是向機組供給一定量的常溫干氣。其操作分為主機啟動前與主機正常運行兩種工況。7.2.1.主機啟動前;在主機啟動前，當啟動油泵時為了防止?jié)櫥?通過軸承，并經(jīng)過軸封而向葉輪流動，然后流向蝸殼與管道，這樣不僅 造成潤滑油的流失，還會由于流向低溫管道的潤滑油在裝置運行時的 凍結(jié)而產(chǎn)生不必要的故障。因此在啟動油泵時應先通入約為0.2Mpa壓力的密封氣來阻止油向葉輪的流動。7.2.2正常運行；正常運行時為防止?jié)櫥土飨虻蜏囟思暗蜏貧饬?向軸承，需要通入一定壓力的密封氣，為了減少密封氣量，要求密封 氣供氣壓力略高于噴咀出口壓力，通常其壓差為

18、0.05Mpa左右。八、維修與裝配本機組在正常合理操作條件下，能安全連續(xù)運轉(zhuǎn)一年，但每年應對機組進行一次檢查。1、主機拆機檢查步驟（裝配按相反步驟進行）、關閉所有與主機連接的管道中閥門，排凈機體內(nèi)的可燃氣體；、拆下膨脹機、增壓機進出口連接管道；、拆下主機相連的油管道，密封氣管及儀表接管的接頭，注意將拆下的管道接頭用布或其它材料封閉，以免機械雜質(zhì)進入；、拆下前后軸承溫度計，轉(zhuǎn)速傳感器及其接線；、擦下主機與底座連接的螺栓、螺母，將主機吊下運至室內(nèi)。以下工作 應在室內(nèi)進行，室內(nèi)必須保持清潔，在拆機中所有零件均應沿軸線緩 慢拉出，切忌扭轉(zhuǎn)、敲打。、膨脹機端的拆卸：拆下膨脹機蝸殼，拆下中間體（連同可調(diào)噴嘴、導向蓋一起）；拆下輪子上工作輪固定螺帽，取下墊片；拆下工作輪；拆下前隔板拆下前軸套。增壓機端零件拆卸：將機身翻轉(zhuǎn)180并安放在架上，拆下端蓋（注意保護葉輪葉片）；拆下增壓機蝸殼；拆下增壓機葉輪固定螺帽（注意為左螺紋）；拆下壓機輪；拆下后隔板，取下軸套；拆下后軸承，取出主軸；拆下前軸承。2、維修、軸承在不影響使用時可進行適當?shù)男蘩?；、轉(zhuǎn)子上零件為了不影響動平衡精度， 不能修刮調(diào)換位置或更換，否則 應從新進行動平衡校驗，其重心偏移時不大于 0.3 m ；