空分裝置 知識(shí)問(wèn)答

1、透平膨脹機(jī)機(jī)后壓力過(guò)高是什么原因?

答：低壓透平膨脹機(jī)膨脹后的空氣是送至上塔參與精餾的。它要送入上塔，機(jī)后壓力必須略高于上塔進(jìn)氣處的壓力。因此，機(jī)后壓力取決于膨脹機(jī)至上塔管路的阻力以及上塔壓力。而上塔壓力又取決于塔板阻力和低溫返流氣體管路系統(tǒng)(包括過(guò)冷器、液化器和主換熱器等)的阻力。其中任一部分阻力增大，均可能造成機(jī)后壓力過(guò)高。

最常見(jiàn)的是切換式換熱器凍結(jié)，阻力增大而造成機(jī)后壓力升高。例如某廠曾發(fā)生過(guò)由于空分設(shè)備的蓄冷器被水分凍結(jié)、堵塞，而使機(jī)后壓力長(zhǎng)期高達(dá)0.06～0.065MPa(表壓)。所以，要想使機(jī)后壓力降低，首先要求切換式換熱器不被水分或二氧化碳堵塞。為了防止機(jī)后壓力過(guò)高，膨脹空氣送入上塔的閥門應(yīng)處于全開的位置，以減少不必要的額外的阻力。2、螺桿式壓縮機(jī)常見(jiàn)哪些故障，如何處理?

答：螺桿式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，它是由相互嚙合的主動(dòng)轉(zhuǎn)子和從動(dòng)轉(zhuǎn)子、機(jī)體及一對(duì)同步齒輪組成。因此，螺桿式壓縮機(jī)常見(jiàn)故障如下：

1)軸承燒壞。油系統(tǒng)進(jìn)入異物、油壓降低、油質(zhì)劣化等原因造成燒壞軸承。主要處理方法是：檢查供油系統(tǒng)；清掃油過(guò)濾器、油冷卻器冷卻管；檢查、調(diào)節(jié)油壓調(diào)節(jié)閥；化驗(yàn)油質(zhì)量，質(zhì)量不好時(shí)應(yīng)換油；檢查并處理好漏油點(diǎn)。

2)轉(zhuǎn)子燒壞。壓縮介質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)入異物、或者由于吸入介質(zhì)溫度高、壓縮比上升等原因造成的轉(zhuǎn)子溫度升高、轉(zhuǎn)子冷卻油溫度升高，零部件組裝不好、外殼變形等原因均能造成燒壞轉(zhuǎn)子。主要處理方法是：檢查空氣系統(tǒng)；清掃中間冷卻器；檢查冷卻器及水套的冷卻水量；清掃油冷卻器；檢查油冷卻器的噴嘴及通道。

3)振動(dòng)聲音異常。軸晃動(dòng)或軸接手不良等原因造成振動(dòng)，聲音異常。處理方法往往需要解體檢查。3、兩臺(tái)離心式壓縮機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)有什么特點(diǎn)，操作時(shí)要注意什么問(wèn)題?

答：對(duì)具有多套空分設(shè)備的車間，過(guò)去往往將幾臺(tái)離心式壓縮機(jī)并聯(lián)工作。有的空分設(shè)備也采取兩臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)向一臺(tái)空分塔供氣的方式。

當(dāng)兩臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)時(shí)，不管兩臺(tái)壓縮機(jī)的性能是否相同，在兩臺(tái)壓縮機(jī)的出口管的交匯處壓力應(yīng)相等。也就是說(shuō)，如果兩臺(tái)(不同)壓縮機(jī)的性能曲線分別如圖106中的曲線I和Ⅱ所示，在并聯(lián)工作時(shí)，兩臺(tái)機(jī)器應(yīng)在排出壓力相等的情況下工作，而排出的總氣量應(yīng)為兩臺(tái)氣量之和。因此，并聯(lián)后的總性能曲線是由相同的出口壓力下，兩臺(tái)機(jī)器流量迭加起來(lái)得到的曲線Ⅲ。

如果管網(wǎng)的性能曲線一定，如圖中的曲線IV所示。則當(dāng)壓縮機(jī)單獨(dú)供氣時(shí)，工作點(diǎn)應(yīng)分別為B和C點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的流量為QB和Qc。而當(dāng)并聯(lián)工作時(shí)，則總工作點(diǎn)應(yīng)為A，對(duì)應(yīng)的流量為QA。這時(shí)，兩臺(tái)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)不再是B和C，而分別為A1和A2，對(duì)應(yīng)的流量分別為QA1和QA2。并且，QA=QAl+QA2。

由圖可見(jiàn)，兩臺(tái)離心式壓縮機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的特點(diǎn)是：

1)并聯(lián)的每臺(tái)壓縮機(jī)提供的氣量分別比它們單獨(dú)工作時(shí)要小，即：QA1<QB和QA2<Qc。因此，總流量QA雖然是增加了，但它小于并聯(lián)前各自供氣量之和，即：

OA<QB+OC

2)并聯(lián)后的出口壓力較原來(lái)單獨(dú)工作時(shí)提高了。

上述特點(diǎn)提醒操作者必須注意：倘若兩臺(tái)不同壓縮機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，如果管網(wǎng)特性曲線變陡，如圖106中移至虛線V所示位置，這時(shí)壓縮機(jī)I雖然仍能正常工作，但壓縮機(jī)I卻已進(jìn)入喘振邊界。也就是說(shuō)，如果管網(wǎng)特性曲線如圖106中虛線所示，兩臺(tái)壓縮機(jī)單獨(dú)工作均不會(huì)發(fā)生喘振，但一經(jīng)并聯(lián)，壓縮機(jī)Ⅱ馬上就會(huì)喘振。這種事故曾在一些現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生，而且很久不被人們認(rèn)識(shí)，甚至感到奇怪，其原因就在于此。

另外，兩臺(tái)不同壓縮機(jī)并聯(lián)工作，還應(yīng)特別注意各并聯(lián)壓縮機(jī)的出口逆止閥是否正常。如果其中一臺(tái)壓縮機(jī)出口逆止閥動(dòng)作失靈，則在該壓縮機(jī)單獨(dú)停車時(shí)，總輸氣管內(nèi)大量高壓氣體就會(huì)倒流到該壓縮機(jī)，使其反轉(zhuǎn)，這將造成嚴(yán)重事故。4、透平膨脹機(jī)的噴嘴葉片和工作輪葉片為什么會(huì)磨損，如何防止?

答：由于透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，導(dǎo)流器內(nèi)的氣流速度也很大。如果在氣流中夾帶有少量的機(jī)械雜質(zhì)或固體顆粒，會(huì)造成導(dǎo)流器和葉輪的磨損，甚至打壞葉片。為了防止發(fā)生上述事故，一般在透平膨脹機(jī)前設(shè)置有機(jī)前過(guò)濾器。它靠銅絲布過(guò)濾掉金屬雜質(zhì)、卵石和硅膠粉末、雪花及固體二氧化碳等。當(dāng)過(guò)濾器被堵塞時(shí)，阻力將增大。當(dāng)壓降超過(guò)0.1MPa時(shí)需要進(jìn)行加溫吹除。

此外，膨脹機(jī)在啟動(dòng)前，對(duì)機(jī)前管路的加溫吹除要徹底，防止金屬碎屑、灰塵雜物及水分沖擊和磨損膨脹機(jī)的流通部分。

在空分設(shè)備的啟動(dòng)階段，膨脹機(jī)內(nèi)可能會(huì)有水分和二氧化碳析出，加速流道的磨損。為此，應(yīng)盡可能縮短析出階段的時(shí)間。一旦發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)內(nèi)有固體顆粒堵塞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行加溫處理。膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體也會(huì)產(chǎn)生沖擊和加劇磨損，所以應(yīng)避免機(jī)前溫度過(guò)低。

導(dǎo)流器與葉輪的磨損還與它們的材質(zhì)有關(guān)。導(dǎo)流器用不銹鋼制作，就要比用銅材耐磨得多。5、離心式壓縮機(jī)的出口節(jié)流與進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)方法在原理上有何不同，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?

答：所謂對(duì)離心式壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)，就是通過(guò)改變壓縮機(jī)與管網(wǎng)的聯(lián)合工作點(diǎn)，以滿足用戶對(duì)氣體壓力及流量的要求。出口節(jié)流與進(jìn)口節(jié)流是兩種最簡(jiǎn)單、而又常用的調(diào)節(jié)方法。

出口節(jié)流調(diào)節(jié)方法是通過(guò)調(diào)節(jié)離心式壓縮機(jī)出口閥的開度，以改變管網(wǎng)特性曲線的位置，達(dá)到改變聯(lián)合工作點(diǎn)的目的。調(diào)節(jié)原理在P-Q圖上的表示如圖104所示。

進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)方法是通過(guò)調(diào)節(jié)離心式壓縮機(jī)進(jìn)口蝶閥的開度，以改變壓縮機(jī)性能曲線的位置，達(dá)到改變聯(lián)合工作點(diǎn)的目的。調(diào)節(jié)原理在P—Q圖上的表示如圖105所示。

顯而易見(jiàn)，這兩種調(diào)節(jié)方法的根本區(qū)別在于聯(lián)合工作點(diǎn)的改變分別是通過(guò)改變管網(wǎng)的特性曲線和壓縮機(jī)的性能曲線而達(dá)到的。前者在用戶要求流量減小時(shí)，依靠增加管網(wǎng)阻力而實(shí)現(xiàn)，從而使阻力損失增加；后者與之相比，較為經(jīng)濟(jì)。另外，當(dāng)用戶要求流量減小時(shí)，出口節(jié)流方法使壓縮機(jī)的工作點(diǎn)移向喘振點(diǎn)，也是它不如進(jìn)口節(jié)流方法之處。6、有哪些原因能造成空壓機(jī)燒瓦，如何防止?

答：造成空壓機(jī)燒瓦的原因主要有：

1)油質(zhì)不好。油質(zhì)不好常常是由于潤(rùn)滑油臟，使用前未過(guò)濾，油路未徹底清洗，以及油冷卻器泄漏，油中有水等原因；

2)油冷卻器冷卻效率降低，潤(rùn)滑油溫度過(guò)高，油黏度降低，難以形成潤(rùn)滑油膜；

3)油泵吸入端管道法蘭泄漏，吸入大量空氣，使?jié)櫥臀肓夸J減；

4)油泵出口管道或法蘭、容器泄漏，油箱油位降低或回油柱塞調(diào)節(jié)不當(dāng)；

5)壓縮機(jī)倒轉(zhuǎn)。此種情況常發(fā)生在帶壓停車，出口逆止閥失靈的情況下。另外，在高壓電路檢修后，定子三相電流接錯(cuò)也有可能發(fā)生。這時(shí)，齒輪油泵將無(wú)法正常供油，軸承缺乏必要的潤(rùn)滑，將發(fā)生嚴(yán)重的燒瓦事故；

6)緊急停車時(shí)斷油。常發(fā)生在無(wú)備用油泵，也沒(méi)設(shè)置高位油箱，只靠手搖油泵作應(yīng)急之用的離心式壓縮機(jī)上；

7)推力瓦研壞。一般是由于軸向位移過(guò)大造成的。

總之，發(fā)生研瓦的主要原因是油質(zhì)不好，油壓或油量不足。因此，在操作中應(yīng)經(jīng)?；?yàn)油質(zhì)，保證油壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。油量必須充足，經(jīng)常檢查油箱油位，并及時(shí)消除漏油。多數(shù)壓縮機(jī)已設(shè)有油壓報(bào)警及聯(lián)鎖裝置，以確保安全。7、壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的油壓過(guò)高或過(guò)低對(duì)壓縮機(jī)的工作有什么影響?

答：壓縮機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，靠潤(rùn)滑油注入軸承，使軸頸與軸瓦之間形成液體摩擦，同時(shí)帶走軸承中因摩擦產(chǎn)生的熱量。此外，為保證增速器高速齒輪的穩(wěn)定工作，也必須有足夠的潤(rùn)滑油強(qiáng)制循環(huán)潤(rùn)滑。

如果油壓過(guò)低，潤(rùn)滑油在克服油系統(tǒng)阻力后的流動(dòng)能力就會(huì)減小，潤(rùn)滑油量就會(huì)減少，軸承中產(chǎn)生的熱量就不能全部帶走，軸承及油溫則會(huì)升高。

同時(shí)，軸承中油膜的建立也需要一定油壓供油，否則油膜容易破壞，造成研瓦和燒壞軸承的事故。

在某些壓縮機(jī)里，一定壓力的潤(rùn)滑油還通往液壓式軸向位移安全器及恒壓防飛動(dòng)裝置，對(duì)壓縮機(jī)起控制和保護(hù)作用。其油壓也要求在一定范圍內(nèi)，過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)使之產(chǎn)生誤動(dòng)作，影響機(jī)器的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

正常的潤(rùn)滑油壓一般控制在0.1～0.15MPa(表壓)。當(dāng)油壓低于0.06MPa(表壓)時(shí)將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)啟動(dòng)輔助油泵。當(dāng)不能恢復(fù)正常，油壓繼續(xù)下降到0.05MPa(表壓)時(shí)，將自動(dòng)停車。

油壓下降的原因及排除措施有：

1)齒輪油泵間隙過(guò)大。需重新按要求進(jìn)行調(diào)整；

2)油管破裂或聯(lián)結(jié)法蘭有泄漏。要更換新油管或法蘭；

3)濾油器堵塞。要認(rèn)真清洗；

4)油箱內(nèi)油量不足。要補(bǔ)充新油；

總之，應(yīng)根據(jù)不同情況及時(shí)進(jìn)行處理。8、離心式壓縮機(jī)軸承溫度升高可能有哪些原因，如何處理?

答：離心式壓縮機(jī)軸承工作溫度一般應(yīng)在45～50℃，最高溫度不應(yīng)超過(guò)65℃。一般規(guī)定65℃為報(bào)警溫度，75℃為連鎖停機(jī)溫度。造成軸承溫度過(guò)高的原因有：

1)軸瓦與軸頸間隙過(guò)小，應(yīng)進(jìn)行刮瓦，調(diào)整間隙；

2)軸承潤(rùn)滑油進(jìn)口節(jié)流圈孔徑小，進(jìn)油量不足，應(yīng)適當(dāng)加大節(jié)流圈孔徑；

3)進(jìn)油溫度太高。應(yīng)調(diào)節(jié)油冷卻器的冷卻水量；

4)油內(nèi)混有水分或臟污、變質(zhì)，影響潤(rùn)滑效果。應(yīng)檢查油冷卻器，消除漏水故障或更換新油；

5)臟物進(jìn)入軸承，磨壞軸瓦。應(yīng)清洗軸承和潤(rùn)滑油管路，并刮研軸襯；

6)軸瓦破損，應(yīng)重新澆鑄軸瓦。9、離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子為什么要做靜平衡和動(dòng)平衡檢查?

答：離心壓縮機(jī)主軸上的葉輪及其他零、部件隨同軸一起作高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，統(tǒng)稱為離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子在裝配之前，每一個(gè)葉輪和其他零、部件雖然都各自做過(guò)靜平衡檢查，但是轉(zhuǎn)子整體仍需進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡檢查。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很高，極其微小的不平衡都會(huì)引起很大的振動(dòng)。

如上所述，平衡包括靜平衡與動(dòng)平衡兩種。靜平衡是動(dòng)平衡的基礎(chǔ)，主要用于檢查和修正轉(zhuǎn)子上的葉輪等零、部件的單獨(dú)平衡情況。靜平衡檢查的內(nèi)容是看其重心是否正好與旋轉(zhuǎn)軸心重合。若重合，則它能在任意轉(zhuǎn)角位置保持平衡，否則便會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，只能在某一位置(重心在軸線的正下方時(shí))才能靜止不動(dòng)；靜平衡修正是指通過(guò)靜平衡試驗(yàn)，找出不平衡質(zhì)量(附加該質(zhì)量，使其達(dá)到平衡)，并在對(duì)稱位置設(shè)法去掉等量不平衡質(zhì)量的辦法，使被檢查的零、部件達(dá)到靜平衡。

離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子雖然經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的靜平衡，但仍不可避免地存在著極其微小的偏心，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生不平衡力。特別是因?yàn)槊總€(gè)零件的不平衡質(zhì)量不在同一個(gè)平面內(nèi)，因此它們還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，使軸線發(fā)生撓曲，從而產(chǎn)生振動(dòng)。因此還需對(duì)轉(zhuǎn)子作動(dòng)平衡試驗(yàn)。動(dòng)平衡試驗(yàn)是在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行的，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的情況(最好達(dá)到工作轉(zhuǎn)速)下，檢查其不平衡情況，并設(shè)法消除其不平衡力矩的影響。

離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡要求通常較高。具體數(shù)值主要視其轉(zhuǎn)速而定，一般在微米數(shù)量級(jí)。10、離心式壓縮機(jī)的密封漏氣對(duì)壓縮機(jī)的性能有什么影響?

答：輪蓋密封與級(jí)間密封處的泄漏均屬于內(nèi)泄漏。嚴(yán)重的內(nèi)泄漏會(huì)使壓縮機(jī)能量損失增加，級(jí)效率及壓縮機(jī)效率下降，排氣量減少。不過(guò)，兩者的影響機(jī)理也有所不同：輪蓋密封的泄漏是使壓縮過(guò)的氣體重新回到葉輪，再進(jìn)行第二級(jí)壓縮，從而主要使級(jí)的總耗功增加；級(jí)間密封的泄漏為級(jí)間竄氣，從而會(huì)使低壓級(jí)壓比增加，高壓級(jí)壓比下降。

平衡盤密封的嚴(yán)重泄漏雖然對(duì)壓縮機(jī)的性能影響不大，但對(duì)離心式壓縮機(jī)的安全運(yùn)行卻關(guān)系極大。

軸封的泄漏屬于外泄漏。外泄漏是指氣體從密封處漏往機(jī)殼以外。不言而喻，嚴(yán)重的外泄漏將直接造成壓縮機(jī)排氣量的減少。11、離心式壓縮機(jī)通常采用什么樣的密封形式?

答：在離心式壓縮機(jī)中，為了減少壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與固定元件之間的間隙漏氣，必須有密封。密封按其位置可分為四種：輪蓋密封、級(jí)間密封、平衡盤密封和(前、后)軸封。密封的形式通常采用梳齒式的迷宮密封(圖99)，此外尚可采用石墨環(huán)密封、固定套筒液膜密封、浮動(dòng)環(huán)密封以及機(jī)械密封等。

迷宮密封的工作原理如圖100所示：當(dāng)氣流通過(guò)梳齒形密封片的間隙時(shí)，氣流近似經(jīng)歷了一個(gè)理想的節(jié)流過(guò)程，其壓力和溫度都下降，而速度增加。當(dāng)氣流從間隙進(jìn)入密封片間的空腔時(shí)，由于截面積的突然擴(kuò)大，氣流形成很強(qiáng)的旋渦，從而使速度幾乎完全消失，溫度又回復(fù)到密封片前的數(shù)值，而壓力卻不能再恢復(fù)，保持等于通過(guò)節(jié)流間隙時(shí)的壓力不變。氣流經(jīng)過(guò)隨后的每一個(gè)密封片間隙和空腔，氣流的變化重復(fù)上述過(guò)程。所不同的是由于氣流質(zhì)量體積逐漸增加，在通過(guò)間隙時(shí)的氣流速度和壓力降越來(lái)越大。由此可見(jiàn)，當(dāng)氣流通過(guò)整個(gè)迷宮密封時(shí)，壓力是逐漸下降的，最后趨近于背壓，從而起到密封作用。12、哪些因素能影響壓縮機(jī)中間冷卻器的冷卻效果，中間冷卻不好對(duì)壓縮機(jī)的性能有什么影響?

答：空壓機(jī)中間冷卻器一般是殼管式結(jié)構(gòu)。管內(nèi)通水，管間通氣體，通過(guò)管內(nèi)外流體的熱交換起到冷卻的作用。影響壓縮機(jī)中間冷卻器冷卻效果的原因有：

1)冷卻水量不足?？諝獾臒崃坎蛔阋员焕鋮s水帶走，造成下一級(jí)吸氣溫度升高，氣體密度減小，最終造成排氣量減少。所以，在運(yùn)行中應(yīng)密切監(jiān)視冷卻水的供水壓力控制供水量。工藝上通常要求冷卻水壓要大于0.15MPa(表壓)；

2)冷卻水溫度太高。水溫高使水、氣之間溫差縮小，傳熱冷卻效果降低。即便冷卻水量不減少，也會(huì)使氣體冷卻后溫度仍然很高；

3)冷卻水管內(nèi)水垢多或被泥沙、有機(jī)質(zhì)堵塞，以及冷卻器氣側(cè)冷卻后有水分析出，未能及時(shí)排放，這都會(huì)影響傳熱面積或傳熱工況，影響冷卻效果。冷卻效果不好，使進(jìn)入下一級(jí)的氣溫升高，影響下一級(jí)的性能曲線，使其出口壓力和流量都降低。圖98表示某臺(tái)壓縮機(jī)由實(shí)驗(yàn)得出的當(dāng)冷卻水溫度由10℃升至30℃時(shí)的性能曲線變化。此外，當(dāng)下級(jí)吸氣量減少時(shí)，造成前一級(jí)壓出的氣量無(wú)法全部“吃進(jìn)”，很容易使前一級(jí)的工作進(jìn)入喘振區(qū)，在該級(jí)發(fā)生喘振。

處理方法有：檢查上水溫度及水壓，并進(jìn)行調(diào)整；如上水溫度及壓力正常，就停車解體檢查，用物理、化學(xué)方法清洗冷卻器或更換冷卻器；如冷卻器漏，就更換冷卻器13、哪些因素會(huì)影響到離心式壓縮機(jī)的排氣量?

答：影響離心式壓縮機(jī)排氣量的因素很多，除與設(shè)計(jì)、制造、安裝有關(guān)外，在壓縮機(jī)運(yùn)行中能夠影響排氣量的因素主要有：

1)空氣濾清器堵塞或阻力增加，引起壓縮機(jī)吸入壓力降低。在出口壓力不變時(shí)，使壓縮機(jī)壓比增加。根據(jù)壓縮機(jī)的性能曲線，當(dāng)壓比增加時(shí)，排氣量會(huì)減少；

2)空分設(shè)備管路阻塞，阻力增加或閥門故障，引起空壓機(jī)排氣壓力升高。在吸入壓力不變的條件下，壓比增加，造成排氣量減少；

3)壓縮機(jī)中間冷卻器阻塞或阻力增大，引起排氣量減少。不過(guò)，不同位置的阻塞，情況還有所區(qū)別：如果冷卻器氣側(cè)阻力增加，就只增加機(jī)器的內(nèi)部阻力，使壓縮機(jī)效率下降，排氣量減少；如果是水側(cè)阻力增加，則循環(huán)冷卻水量減少，使氣體冷卻不好，從而影響下一級(jí)吸入，使壓縮機(jī)的排氣量減少；

4)密封不好，造成氣體泄漏。包括：①內(nèi)漏，即級(jí)間竄氣。使壓縮過(guò)的氣體倒回，再進(jìn)行第二次壓縮。它將影響各級(jí)的工況，使低壓級(jí)壓比增加，高壓級(jí)壓比下降，使整個(gè)壓縮機(jī)偏離設(shè)計(jì)工況，排氣量下降；②外漏，即從軸端密封處向機(jī)殼外漏氣。吸入量雖然不變，但壓縮后的氣體漏掉一部分，自然造成排氣量減少；

5)冷卻器泄漏。如果一級(jí)泄漏，因水側(cè)壓力高于氣側(cè)壓力，冷卻水將進(jìn)入氣側(cè)通道，并進(jìn)一步被氣流夾帶進(jìn)入葉輪及擴(kuò)壓器。經(jīng)一定時(shí)間后造成結(jié)垢、堵塞，使空氣流量減少。如果二、三級(jí)冷卻器泄漏，因氣側(cè)壓力高于水側(cè)，壓縮空氣將漏入冷卻水中跑掉，使排氣量減少；

6)電網(wǎng)的頻率或電壓下降，引起電機(jī)和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降，排氣量減少；

7)任一級(jí)吸氣溫度升高，氣體密度減小，也都會(huì)造成吸氣量減少。14、吸附劑的吸附性能如何衡量，吸附容量與哪些因素有關(guān)?

答：吸附劑的吸附能力以靜吸附容量和動(dòng)吸附容量來(lái)表示。靜吸附容量是在一定溫度和被吸組分濃度一定的情況下，每單位質(zhì)量(或單位體積)的吸附劑達(dá)到吸附平衡時(shí)所能吸附物質(zhì)的最大量，即吸附劑所能達(dá)到的最大的吸附量(平衡值)與吸附劑量之比。

動(dòng)吸附容量是吸附劑到達(dá)“轉(zhuǎn)效點(diǎn)”時(shí)的吸附量(用吸附器內(nèi)單位吸附劑的平均吸附量來(lái)表示)。通常以“轉(zhuǎn)效時(shí)間”來(lái)計(jì)算，即從流體開始接觸吸附劑層到“轉(zhuǎn)效點(diǎn)”的時(shí)間。“轉(zhuǎn)效點(diǎn)”是流體流出吸附劑層時(shí)被吸組分濃度明顯增加的點(diǎn)。由于氣體(或液體)連續(xù)流過(guò)吸附劑表面，吸附劑未達(dá)飽和(吸附量未達(dá)最大值)就已流走，故動(dòng)吸附容量小于靜吸附容量，一般取靜吸附容量的40%～60%。設(shè)計(jì)時(shí)用動(dòng)吸附容量。

影響吸附容量的因素較多，主要有：

1)吸附過(guò)程的溫度和被吸組分的分壓力。在相同的被吸組分的分壓力(或者說(shuō)濃度)下，吸附容量隨溫度升高而減小；而在相同的溫度下，吸附容量隨被吸組分分壓力(或濃度)的增加而增加。但它有一個(gè)限度，在分壓力增加到一定程度以后，吸附容量就基本上與分壓力無(wú)關(guān)了。由此可見(jiàn)，應(yīng)盡量降低吸附過(guò)程的溫度，以提高吸附效果。

2)氣體(或液體)的流速。流速越高，吸附效果越差。動(dòng)吸附容量降低是因?yàn)闅怏w(或液體)與吸附劑的接觸時(shí)間短。流速低一些吸附效果較好。但流速設(shè)計(jì)得太低，所需吸附器的體積就要很大。所以要選定一個(gè)比較合適的流速值(設(shè)計(jì)時(shí)有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可取)。

3)吸附劑的再生完善程度。再生解吸越徹底，吸附容量就越大，反之越小。再生完善程度與再生溫度(或壓力)、再生氣體中被吸組分濃度有關(guān)。

4)吸附劑厚度。因?yàn)槲竭^(guò)程是分層進(jìn)行的，故與吸附劑層厚度(吸附區(qū)長(zhǎng)度)有關(guān)。吸附劑層不能過(guò)薄，太薄時(shí)因接觸時(shí)間短，來(lái)不及吸附，即使吸附劑層截面積再大也是無(wú)用的。吸附劑層厚，吸附效果好。例如，硅膠在壓力為0.6MPa、二氧化碳的含量為300×10-6、溫度為-110～-120℃、流速為1L/(min·cm2)時(shí)，每克硅膠對(duì)二氧化碳具有較大的吸附容量，約為25～50mL/g。設(shè)計(jì)時(shí)，取為28mL/g，出口氣流中二氧化碳含量小于2×10-6。硅膠對(duì)乙炔的動(dòng)吸附容量，國(guó)內(nèi)常取用4.5L/kg或2.63g/kg(硅膠)。15、吸附過(guò)程是怎樣進(jìn)行的?

答：氣體(或液體)通過(guò)吸附器內(nèi)吸附層時(shí)，吸附劑層不是全部同時(shí)吸附，而是分層逐步進(jìn)行的，如圖32所示。氣體(或液體)剛通過(guò)吸附劑層時(shí)，吸附很快，且效率很高，以致氣體(或液體)流出吸附劑層時(shí)被吸組分可以忽略不計(jì)(基本上全部被吸附)，如圖32中1所示。此時(shí)，大部分的吸附是在最上面(沿氣流方向的進(jìn)口部位)比較薄的一層吸附劑上進(jìn)行的，被吸組分濃度變化很快，稱之為“吸附區(qū)域(傳質(zhì)區(qū))”。最上面這一層吸附劑達(dá)到飽和后，氣體(或液體)流動(dòng)和吸附繼續(xù)進(jìn)行，吸附區(qū)域沿吸附劑向下移動(dòng)。這樣逐層下移，當(dāng)吸附區(qū)域接近吸附劑底層時(shí)，如圖32中點(diǎn)2，由于吸附劑上部已完全被吸組分所飽和，流出氣體(或液體)中被吸組分的濃度開始增加，但仍不大。吸附區(qū)域剛剛到達(dá)吸附劑底層，流出氣體(或液體)中被吸組分濃度就要顯著增加，即達(dá)到了所謂的“轉(zhuǎn)效點(diǎn)”，如圖32中點(diǎn)3。繼續(xù)下去，吸附區(qū)域就完全離開了吸附劑層，流出氣體(或液體)中被吸組分的濃度就接近了進(jìn)入吸附器時(shí)的濃度(初濃度)，吸附劑層將不再能起到吸附作用，如圖32中點(diǎn)4。從點(diǎn)3到點(diǎn)4的曲線叫“轉(zhuǎn)效曲線”。這個(gè)變化規(guī)律對(duì)于用硅膠或分子篩吸附水分、二氧化碳和乙炔都適用。

吸附器在使用時(shí)沒(méi)有按規(guī)定切換，出口有水分或二氧化碳后，含量就很快增加，無(wú)法控制，這就說(shuō)明吸附劑層已達(dá)到“轉(zhuǎn)效點(diǎn)”了。因此，切換再生時(shí)間應(yīng)掌握在吸附區(qū)域還未到達(dá)最底層時(shí)就進(jìn)行。16、什么叫分子篩，有哪幾種，它有什么特性?

答：分子篩是人工合成的晶體鋁硅酸鹽，也有天然的，俗稱泡沸石。

分子篩的種類繁多，目前常用的主要有A型、X型和Y型三大類型。而每一類型按其陽(yáng)離子的不同，其孔徑和性質(zhì)也有所不同，又有多種類型，如3A、4A、5A、10X、13X等型號(hào)。外型有條狀和球狀，粒度為2～6mm。

分子篩內(nèi)空穴占體積的50%左右，平均每克分子篩有700～800m2的內(nèi)表面積。吸附過(guò)程產(chǎn)生在空穴內(nèi)部，它能把小于空穴的分子吸入孔內(nèi)，把大于空穴的分子擋在孔外，起著篩分分子的作用。分子篩的主要特性有：

1)吸附力極強(qiáng)，選擇性吸附性能也很好。

2)干燥度極高，對(duì)高溫、高速氣流都有良好的干燥能力。水蒸氣含量越低，即相對(duì)濕度越小，吸附能力越顯著。但相對(duì)濕度較大時(shí)，吸附容量卻比硅膠小。

3)穩(wěn)定性好，在200℃以下仍能保持正常的吸附容量。分子篩的使用壽命也比較長(zhǎng)。

4)分子篩對(duì)水分的吸附能力特強(qiáng)，其次是乙炔和二氧化碳。

高、中壓裝置上采用分子篩吸附器(一般為5A分子篩)，同時(shí)吸附水分、二氧化碳和乙炔，大大簡(jiǎn)化了工藝流程，操作簡(jiǎn)單，凈化效果好。在全低壓大型空分裝置上采用分子篩流程，分子篩吸附器一般采用13X分子篩。17、清除空氣中的水分、二氧化碳和乙炔常用哪幾種方法?

答：清除空氣中的水分、二氧化碳和乙炔的方法最常用的是吸附法和凍結(jié)法。

吸附法就是用硅膠或分子篩等作吸附劑，把空氣中所含的水分、二氧化碳和乙炔，以及液空、液氧中的乙炔等雜質(zhì)分離出來(lái)，濃聚在吸附劑的表面上(沒(méi)有化學(xué)反應(yīng))，加溫再生時(shí)再把它們趕掉，從而達(dá)到凈化的目的。例如設(shè)置干燥器、二氧化碳吸附器、液空吸附器、液氧吸附器。

凍結(jié)法就是空氣流經(jīng)蓄冷器或切換式換熱器時(shí)把其中所含的水分和二氧化碳凍結(jié)下來(lái)(乙炔不能凍結(jié))，然后被干燥的返流氣體帶出裝置，即自清除。

在高壓、中壓、高低壓制氧系統(tǒng)上，曾用堿洗法清除二氧化碳，即用氫氧化鈉(Na0H)的水溶液吸收空氣中的二氧化碳。由于操作不便，目前已被淘汰。

采用分子篩凈化流程可用分子篩同時(shí)吸附清除空氣中的水分、二氧化碳和乙炔，使流程簡(jiǎn)化，已在制氧機(jī)上普遍地被采用。18、脈沖反吹自潔式空氣過(guò)濾器的性能有何特點(diǎn)?答：國(guó)產(chǎn)的脈沖式反吹自潔式空氣過(guò)濾器對(duì)2μm粒子過(guò)濾效率大于98%；初始阻力小于150Pa，正常狀態(tài)阻力為400～600Pa，報(bào)警阻力為800Pa，最大安全阻力為1500Pa；反吹壓縮空氣壓力為600～800kPa，流量小于0.15m3/min。每個(gè)濾筒的有效過(guò)濾面積為21.4m3。新濾筒的初始阻力見(jiàn)表17。新濾筒的過(guò)濾效果如表18所示。表17濾筒的初始阻力流量/m0·h-1500750100012501500阻力/Pa4590135185240

表18濾筒的過(guò)濾效率

空氣粉塵濃度/mg·m-30.050.10.51.07.5效率/%86969999.9100

脈沖式反吹自潔空氣過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)有：

1)濾筒的過(guò)濾效率高，阻力低，使用壽命長(zhǎng)，且能抗水霧；

2)自動(dòng)反吹清掃灰塵，達(dá)到自潔。可保證空壓機(jī)連續(xù)2年以上不間斷運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)證明，連續(xù)運(yùn)行5～10年的離心式空壓機(jī)內(nèi)部無(wú)明顯結(jié)垢，葉片毫無(wú)粉塵磨損的痕跡；

3)設(shè)備檢修維護(hù)方便，費(fèi)用低。濾筒壽命長(zhǎng)，更換方便，且可以不停機(jī)更換。濾料為優(yōu)質(zhì)防水紙料，價(jià)格便宜；

4)脈沖反吹自潔式空氣過(guò)濾器為干式空氣過(guò)濾器，與濕式空氣過(guò)濾器相比，加工空氣不帶油，沒(méi)有危及空分裝置安全的問(wèn)題。19、脈沖反吹自潔式空氣過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)及工作原理如何?

答：脈沖反吹自潔式空氣過(guò)濾器的主要部件包括：空氣濾筒、脈沖反吹系統(tǒng)、凈氣室、框架、控制系統(tǒng)。反吹系統(tǒng)由氣動(dòng)隔膜閥、電磁閥、專用噴嘴及壓縮空氣管路組成。控制系統(tǒng)主要由脈沖控制儀、差壓變送器、控制電路等組成。其結(jié)構(gòu)如圖31所示。

自潔式空氣過(guò)濾器的凈氣室出口與空壓機(jī)入口連接，在負(fù)壓的作用下，從大氣中吸入加工空氣?？諝饨?jīng)過(guò)過(guò)濾筒，灰塵被濾料阻擋。無(wú)數(shù)小顆粒粉塵在濾料的迎風(fēng)表面形成一層塵膜。塵膜可使過(guò)濾效果有所提高，同時(shí)也使氣流阻力增大。當(dāng)阻力增至高限600Pa時(shí)，由壓差變送器將阻力信號(hào)傳給脈沖控制儀中的電腦，電腦發(fā)出指令，自潔系統(tǒng)開始工作；電磁閥接到指令后，按程序控制、驅(qū)動(dòng)隔膜閥，隔膜閥瞬間釋放出壓縮空氣，其壓力為600～800kPa，經(jīng)噴嘴整流后，自濾筒內(nèi)部反吹濾筒，將濾料外表面的粉塵吹落，阻力隨之下降。當(dāng)阻力達(dá)到濾料的初始阻力(約150Pa)時(shí)，自潔系統(tǒng)停止工作。

自潔式過(guò)濾器的濾筒分成多組，每組包括多個(gè)濾筒，每組都設(shè)置一個(gè)隔膜閥。某一個(gè)閥門動(dòng)作，只反吹它涉及到的那組濾筒，其余各組照常工作，因此自潔系統(tǒng)不影響過(guò)濾器的連續(xù)工作。

濾筒的使用壽命為18～24個(gè)月。濾料為優(yōu)質(zhì)防水型濾紙。當(dāng)濾筒阻力經(jīng)反吹，居高不下，并升至報(bào)警值(800Pa)時(shí)，表示濾筒需要更換。更換濾筒的操作簡(jiǎn)單易行，亦無(wú)須停機(jī)。20、空氣中有哪些雜質(zhì)，在空氣分離過(guò)程中為什么要清除雜質(zhì)?

答：空氣中除氧、氮外，還有少量的水蒸氣、二氧化碳、乙炔和其他碳?xì)浠衔锏葰怏w，以及少量的灰塵等固體雜質(zhì)。每立方米空氣中的水蒸氣含量約為4～40g/m3(隨地區(qū)和氣候而異)，二氧化碳的含量約為0.6～0.9g/m3，乙炔含量約為0.01～0.1cm3/m3(在乙炔站和化工廠附近含量可達(dá)0.05～1cm3/m3)，灰塵等固體雜質(zhì)的含量一般為0.005～0.15g/m3，冶金廠附近可高達(dá)0.6～0.9g/m3。這些雜質(zhì)在每立方米空氣中的含量雖然不大，但由于大型空分設(shè)備每小時(shí)加工空氣量都在幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)立方米，因此，每小時(shí)帶入空分設(shè)備的總量還是可觀的。以6000m3/h制氧機(jī)為例，每小時(shí)隨空氣帶入空壓機(jī)的水分量約1t，經(jīng)空氣冷卻器和氮水預(yù)冷器后有很大一部分水分將析出。即使如此，每小時(shí)帶入空分設(shè)備的水分還有200kg。每天隨空氣吸入的灰塵達(dá)4.8～9.6kg，甚至更多。而這些雜質(zhì)對(duì)空分設(shè)備都是有害的。隨空氣冷卻，被凍結(jié)下來(lái)的水分和二氧化碳沉積在低溫?fù)Q熱器、透平膨脹機(jī)或精餾塔里，就會(huì)堵塞通道、管路和閥門；乙炔集聚在液氧中有爆炸的危險(xiǎn)；灰塵會(huì)磨損運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械。為了保證空分設(shè)備長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行，必須設(shè)置專門的凈化設(shè)備，清除這些雜質(zhì)21、膨脹機(jī)軸承溫度過(guò)高是什么原因造成的，如何解決?

答：膨脹機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸和軸承處將產(chǎn)生摩擦熱。這部分熱量需要靠潤(rùn)滑油及時(shí)帶走，才能使軸承溫升保持在允許范圍之內(nèi)。

造成軸承溫度過(guò)高的原因來(lái)自兩方面：一方面是產(chǎn)生的摩擦熱過(guò)多，這通常是由于軸承的間隙不當(dāng)或轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大引起的。一般發(fā)生在設(shè)備新安裝或檢修之后。另一方面是潤(rùn)滑油不足或油溫過(guò)高，來(lái)不及將熱量帶走。這可能是由于油壓過(guò)低，潤(rùn)滑油量不足；或潤(rùn)滑油不干凈，造成油管堵塞或摩擦熱增加；潤(rùn)滑油變質(zhì)，黏度不合要求；油冷卻器冷卻效果不良等原因造成的。

因此，造成軸承溫度過(guò)高的原因是多方面的，應(yīng)根據(jù)具體情況，仔細(xì)分析，找出原因加以以解決。22、透平膨脹機(jī)機(jī)后壓力過(guò)高是什么原因?

答：低壓透平膨脹機(jī)膨脹后的空氣是送至上塔參與精餾的。它要送入上塔，機(jī)后壓力必須略高于上塔進(jìn)氣處的壓力。因此，機(jī)后壓力取決于膨脹機(jī)至上塔管路的阻力以及上塔壓力。而上塔壓力又取決于塔板阻力和低溫返流氣體管路系統(tǒng)(包括過(guò)冷器、液化器和主換熱器等)的阻力。其中任一部分阻力增大，均可能造成機(jī)后壓力過(guò)高。

最常見(jiàn)的是切換式換熱器凍結(jié)，阻力增大而造成機(jī)后壓力升高。例如某廠曾發(fā)生過(guò)由于空分設(shè)備的蓄冷器被水分凍結(jié)、堵塞，而使機(jī)后壓力長(zhǎng)期高達(dá)0.06～0.065MPa(表壓)。所以，要想使機(jī)后壓力降低，首先要求切換式換熱器不被水分或二氧化碳堵塞。為了防止機(jī)后壓力過(guò)高，膨脹空氣送入上塔的閥門應(yīng)處于全開的位置，以減少不必要的額外的阻力。23、造成膨脹機(jī)前壓力過(guò)低的原因是什么，如何消除?

答：膨脹機(jī)前的整個(gè)通路(包括膨脹換熱器、膨脹過(guò)濾器、中抽流程的二氧化碳吸附器、中抽或環(huán)流通路的管道、閥門等)中任何一部分發(fā)生堵塞或阻力過(guò)大，均會(huì)引起機(jī)前壓力降低。機(jī)前壓力過(guò)低將使膨脹量減少，單位工質(zhì)制冷量降低，從而造成總制冷量的減少。

造成機(jī)前壓力過(guò)低的原因有：

1)膨脹過(guò)濾器堵塞，極大可能是被硅膠粉末堵塞，特別是當(dāng)吸附器的過(guò)濾網(wǎng)破損時(shí)則更為嚴(yán)重。此外還可能被雪花和固體二氧化碳堵塞。在切換式流程的啟動(dòng)階段，度過(guò)水分凍結(jié)區(qū)和二氧化碳凍結(jié)區(qū)時(shí)，更容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。所以應(yīng)盡快度過(guò)兩個(gè)凍結(jié)區(qū)，井注意過(guò)濾器的阻力變化，及時(shí)進(jìn)行倒換加熱或反吹。

如果在啟動(dòng)前加溫吹除不徹底，使水分帶入過(guò)濾器而發(fā)生凍結(jié)，機(jī)前壓力會(huì)下降較多。

對(duì)于中抽流程，如果中抽溫度過(guò)低，二氧化碳在吸附器內(nèi)以固體形式析出，不但會(huì)堵塞吸附器，可能造成過(guò)濾器堵塞。

過(guò)濾器被雪花或固體二氧化碳堵塞，通常采用加溫吹除的方法即可消除。但是，如果被硅膠粉末堵塞，消除較困難。應(yīng)及時(shí)檢查吸附器的過(guò)濾網(wǎng)。

2)調(diào)整機(jī)前溫度時(shí)操作不當(dāng)。在沒(méi)有膨脹前換熱器的流程中，機(jī)前溫度取決于來(lái)自下塔底部的旁通空氣和環(huán)流(或中抽)氣的比例。在用調(diào)節(jié)控制兩股氣流的閥門來(lái)改變機(jī)前溫度時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮溫度和壓力的變化。只顧關(guān)小閥門就容易出現(xiàn)機(jī)前溫度雖符合要求，而機(jī)前壓力卻會(huì)降低的現(xiàn)象。24、透平膨脹機(jī)的噴嘴葉片和工作輪葉片為什么會(huì)磨損，如何防止?

答：由于透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，導(dǎo)流器內(nèi)的氣流速度也很大。如果在氣流中夾帶有少量的機(jī)械雜質(zhì)或固體顆粒，會(huì)造成導(dǎo)流器和葉輪的磨損，甚至打壞葉片。為了防止發(fā)生上述事故，一般在透平膨脹機(jī)前設(shè)置有機(jī)前過(guò)濾器。它靠銅絲布過(guò)濾掉金屬雜質(zhì)、卵石和硅膠粉末、雪花及固體二氧化碳等。當(dāng)過(guò)濾器被堵塞時(shí)，阻力將增大。當(dāng)壓降超過(guò)0.1MPa時(shí)需要進(jìn)行加溫吹除。

此外，膨脹機(jī)在啟動(dòng)前，對(duì)機(jī)前管路的加溫吹除要徹底，防止金屬碎屑、灰塵雜物及水分沖擊和磨損膨脹機(jī)的流通部分。

在空分設(shè)備的啟動(dòng)階段，膨脹機(jī)內(nèi)可能會(huì)有水分和二氧化碳析出，加速流道的磨損。為此，應(yīng)盡可能縮短析出階段的時(shí)間。一旦發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)內(nèi)有固體顆粒堵塞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行加溫處理。膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體也會(huì)產(chǎn)生沖擊和加劇磨損，所以應(yīng)避免機(jī)前溫度過(guò)低。

導(dǎo)流器與葉輪的磨損還與它們的材質(zhì)有關(guān)。導(dǎo)流器用不銹鋼制作，就要比用銅材耐磨得多。24、膨脹機(jī)軸承溫度過(guò)低是什么原因造成的，如何解決?

答：膨脹機(jī)在很低的溫度下工作。如果冷氣外漏過(guò)多，將造成工作輪側(cè)的軸承溫度過(guò)低。這將引起潤(rùn)滑油溫度過(guò)低，使油的黏度增加，難以形成油膜，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞軸承。

氣體外漏增多的原因可能是未通壓力密封氣。這時(shí)應(yīng)檢查密封氣的壓力。如果是由于密封磨損，間隙增大，這時(shí)必須更換密封套。

膨脹機(jī)在停車時(shí)，發(fā)生軸承溫度過(guò)低，這是由于冷量通過(guò)軸直接傳遞過(guò)來(lái)引起的。這將使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，甚至啟動(dòng)不起來(lái)。這可通過(guò)預(yù)先加強(qiáng)潤(rùn)滑油的循環(huán)來(lái)提高溫度。25、透平膨脹機(jī)的噴嘴葉片和工作輪葉片為什么會(huì)磨損，如何防止?

答：由于透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，導(dǎo)流器內(nèi)的氣流速度也很大。如果在氣流中夾帶有少量的機(jī)械雜質(zhì)或固體顆粒，會(huì)造成導(dǎo)流器和葉輪的磨損，甚至打壞葉片。為了防止發(fā)生上述事故，一般在透平膨脹機(jī)前設(shè)置有機(jī)前過(guò)濾器。它靠銅絲布過(guò)濾掉金屬雜質(zhì)、卵石和硅膠粉末、雪花及固體二氧化碳等。當(dāng)過(guò)濾器被堵塞時(shí)，阻力將增大。當(dāng)壓降超過(guò)0.1MPa時(shí)需要進(jìn)行加溫吹除。

此外，膨脹機(jī)在啟動(dòng)前，對(duì)機(jī)前管路的加溫吹除要徹底，防止金屬碎屑、灰塵雜物及水分沖擊和磨損膨脹機(jī)的流通部分。

在空分設(shè)備的啟動(dòng)階段，膨脹機(jī)內(nèi)可能會(huì)有水分和二氧化碳析出，加速流道的磨損。為此，應(yīng)盡可能縮短析出階段的時(shí)間。一旦發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)內(nèi)有固體顆粒堵塞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行加溫處理。膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體也會(huì)產(chǎn)生沖擊和加劇磨損，所以應(yīng)避免機(jī)前溫度過(guò)低。

導(dǎo)流器與葉輪的磨損還與它們的材質(zhì)有關(guān)。導(dǎo)流器用不銹鋼制作，就要比用銅材耐磨得多。26、透平膨脹機(jī)發(fā)生堵塞有什么現(xiàn)象，如何消除?

答：對(duì)于切換式換熱器流程的空分設(shè)備，透平膨脹機(jī)在空分設(shè)備的啟動(dòng)階段，通過(guò)水分及二氧化碳凍結(jié)區(qū)時(shí)，由于膨脹機(jī)內(nèi)溫度逐步降低，水分及二氧化碳可能以固態(tài)的形式在膨脹機(jī)內(nèi)析出。嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成膨脹機(jī)堵塞。

由于氣體在膨脹機(jī)內(nèi)的膨脹過(guò)程分為在導(dǎo)流器內(nèi)膨脹和在葉輪內(nèi)膨脹兩步進(jìn)行，因此，堵塞可能發(fā)生在導(dǎo)流器內(nèi)，也可能發(fā)生在葉輪內(nèi)。

堵塞使膨脹氣量減少，溫降減小，制冷量減少。對(duì)風(fēng)機(jī)制動(dòng)的膨脹機(jī)來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速下降。而電機(jī)制動(dòng)的膨脹機(jī)則表現(xiàn)為電流下降。

導(dǎo)流器的噴嘴葉片通道既可能被雪花、也可能被干冰堵塞，使通道阻力增加，導(dǎo)流器后壓力降低。葉輪通道被水分凍結(jié)的可能性較大，因?yàn)樗缮⒌母杀诟咚俚娜~輪中難以積聚。當(dāng)工作輪被堵塞時(shí)，工作輪內(nèi)的阻力增大，將使導(dǎo)流器后的壓力升高。

堵塞的部位除了噴嘴和葉輪外，由于離心力的作用，還可能在噴嘴和葉輪之間的間隙處發(fā)生。

當(dāng)膨脹機(jī)發(fā)生輕微堵塞時(shí)，可先用加大環(huán)流量，提高機(jī)前溫度的辦法解決。對(duì)二氧化碳的凍結(jié)，可先用反吹法將通道吹通。當(dāng)上述方法無(wú)效時(shí)，只能采取停機(jī)加溫。為了保證啟動(dòng)過(guò)程的正常進(jìn)行，每臺(tái)膨脹機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間應(yīng)錯(cuò)開15min左右，以免同時(shí)發(fā)生被堵塞的現(xiàn)象。27、透平膨脹機(jī)對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)有什么要求?

答：透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，軸承間隙小，對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)要求非常嚴(yán)格。潤(rùn)滑油一般采用22號(hào)透平油。除了油的牌號(hào)和指標(biāo)必須符合要求外，對(duì)油的清潔程度要求也很高。一般需要經(jīng)過(guò)二級(jí)過(guò)濾，過(guò)濾掉大于5μm的微粒。

為了有足夠的油量從摩擦表面帶走摩擦熱，并能形成穩(wěn)定的油膜，一般都需采用壓力油強(qiáng)制連續(xù)循環(huán)潤(rùn)滑。進(jìn)潤(rùn)滑點(diǎn)的油壓在規(guī)程中均有具體規(guī)定。油壓過(guò)低應(yīng)自動(dòng)報(bào)警、并啟動(dòng)輔助油泵，直至自動(dòng)停車。

經(jīng)潤(rùn)滑點(diǎn)后的油溫會(huì)升高。為了進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑，必須將潤(rùn)滑油在油冷卻器中進(jìn)行充分冷卻，以保證進(jìn)油溫度不至于過(guò)高。為此，油冷卻器應(yīng)有足夠的冷卻面積和冷卻水量。

由于透平膨脹機(jī)在低溫下工作，使用中應(yīng)注意以下問(wèn)題：因?yàn)榕蛎洐C(jī)的轉(zhuǎn)子直接與低溫氣體接觸，膨脹機(jī)側(cè)的軸承溫度較低，所以膨脹機(jī)的供油溫度不宜太低，一般控制在35～40℃。否則由于油溫低或油量不足致使?jié)櫥涣?，造成軸承研磨或軸承溫度升高。油溫低于20℃時(shí)，膨脹機(jī)不應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

為了保證膨脹機(jī)在突然停電時(shí)軸瓦不至被燒壞，還應(yīng)設(shè)置緊急供油箱(一般采用壓力油箱或高位油箱)，在油泵突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，仍能靠緊急供油箱保證供應(yīng)5min以上的潤(rùn)滑油量。因此，在壓力油箱內(nèi)必須隨時(shí)貯備一定的油量和充有一定壓力的氣體。28、透平膨脹機(jī)振動(dòng)過(guò)大是由哪些原因造成的?

答：造成透平膨脹機(jī)振動(dòng)過(guò)大的原因很多，主要有以下幾個(gè)方面：

1)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡不良。轉(zhuǎn)子在出廠前是做過(guò)嚴(yán)格的動(dòng)平衡試驗(yàn)的，其重心偏移值和不平衡質(zhì)量控制在允許范圍內(nèi)。但是，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中如果工作輪的葉片有磨損，或者在葉輪內(nèi)有雜質(zhì)凍結(jié)，這時(shí)將破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，由此引起過(guò)大的振動(dòng)。

2)轉(zhuǎn)子的共振。當(dāng)我們?cè)谝粔K木板上行走時(shí)，木板會(huì)發(fā)生振動(dòng)。對(duì)任何一個(gè)彈性物體來(lái)說(shuō)，在受到一個(gè)短暫的外力作用時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象。對(duì)固定的物體來(lái)說(shuō)，都有一定的振動(dòng)頻率(每分鐘振動(dòng)的次數(shù))，叫固有自振頻率。這個(gè)自振頻率與物體的支承方式、尺寸大小、材料的彈性等因素有關(guān)。對(duì)一定的膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，它也有固定的自振頻率。

如果外界加給物體的力是周期性的，并且這個(gè)外力的頻率與物體的自振頻率相同，則振動(dòng)會(huì)不斷加劇，這種現(xiàn)象稱為“共振”。對(duì)于旋轉(zhuǎn)式機(jī)械，當(dāng)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子的彈性變形，相當(dāng)于不斷給轉(zhuǎn)子加一個(gè)周期性的外力，這個(gè)外力的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)。如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的自振頻率相同，則振動(dòng)將加劇，這個(gè)轉(zhuǎn)速稱作“臨界轉(zhuǎn)速”。在設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速應(yīng)遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速，以免產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，工作轉(zhuǎn)速與實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速相近，則轉(zhuǎn)子振動(dòng)會(huì)很嚴(yán)重，使膨脹機(jī)無(wú)法正常工作。因此，由共振造成的膨脹機(jī)振動(dòng)，往往是在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)生，并且，隨著轉(zhuǎn)速的變化，振動(dòng)的幅度變化較大。對(duì)這種情況，只有修改設(shè)計(jì)，例如加粗轉(zhuǎn)軸直徑，縮短軸的長(zhǎng)度及懸臂長(zhǎng)度，減小懸臂軸上零件的質(zhì)量等，以改變其自振頻率，使它遠(yuǎn)離工作轉(zhuǎn)速。

3)油膜振動(dòng)。目前，透平膨脹機(jī)多數(shù)采用滑動(dòng)軸承。它是靠軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸與軸承之間形成油楔。油楔中的油將軸微微抬起，并在軸頸和軸承之間形成油膜，使軸頸與軸承互不接觸，不致產(chǎn)生干摩擦。因此，隨著軸頸的轉(zhuǎn)動(dòng)，有一層油膜跟著旋轉(zhuǎn)。但是，間隙的變化，使油膜的厚度發(fā)生周期性的變化，會(huì)引起所謂“油膜漩渦振動(dòng)”。油膜被破壞，則會(huì)產(chǎn)生機(jī)械摩擦，造成燒瓦，甚至引起密封損壞。

油膜振動(dòng)的振幅與軸承間隙有關(guān)。如果軸承間隙過(guò)大，振幅就會(huì)增大。另外還與懸臂長(zhǎng)度及轉(zhuǎn)子質(zhì)量有關(guān)。因此，在安裝時(shí)應(yīng)注意保證安裝間隙。

4)膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體。當(dāng)膨脹機(jī)內(nèi)溫度過(guò)低而出現(xiàn)氣體液化時(shí)，液體被甩至葉輪外緣，溫度升高，又急劇氣化，會(huì)使間隙壓力大幅度波動(dòng)，造成膨脹機(jī)振動(dòng)。

5)制動(dòng)風(fēng)機(jī)喘振。對(duì)于風(fēng)機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)，當(dāng)風(fēng)門關(guān)得過(guò)小時(shí)，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)可能進(jìn)入喘振區(qū)，造成風(fēng)機(jī)工作不穩(wěn)定而產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)比較容易判斷，也容易消除。

6)潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障。例如潤(rùn)滑油溫度過(guò)低，黏性過(guò)大；油不干凈或混入水分；油壓過(guò)低，造成潤(rùn)滑油不足等原因均可能造成膨脹機(jī)的振動(dòng)。

在實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生振動(dòng)的大小、時(shí)間長(zhǎng)短以及各種有關(guān)工況進(jìn)行綜合分析處理。29、什么是轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡?

答：由于膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，轉(zhuǎn)子有微小的不平衡也會(huì)引起很大的振動(dòng)。因此，每個(gè)轉(zhuǎn)子都應(yīng)經(jīng)過(guò)平衡試驗(yàn)。要保證整個(gè)轉(zhuǎn)子有較好的平衡，首先應(yīng)使轉(zhuǎn)子上的每個(gè)零件，如工作輪、風(fēng)機(jī)輪、軸等本身有良好的平衡。

平衡包括“靜平衡”和“動(dòng)平衡”兩種。靜平衡是檢查轉(zhuǎn)子重心是否通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸中心。如果二者重合，它能在任意位置保持平衡；不重合時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，只有在某一位置才能靜止不動(dòng)。通過(guò)靜平衡試驗(yàn)，找出不平衡質(zhì)量，可以在其對(duì)稱位置刮掉相應(yīng)的質(zhì)量，以保持靜平衡。

經(jīng)過(guò)靜平衡試驗(yàn)的轉(zhuǎn)子，在旋轉(zhuǎn)時(shí)仍可能產(chǎn)生不平衡。因?yàn)槊總€(gè)零件的不平衡質(zhì)量不是在一個(gè)平面內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，使軸線發(fā)生撓曲，從而產(chǎn)生振動(dòng)，因此，轉(zhuǎn)子還需要做動(dòng)平衡試驗(yàn)。動(dòng)平衡試驗(yàn)就是在動(dòng)平衡機(jī)上使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，檢查其不平衡情況，并設(shè)法消除其不平衡力矩的影響。

由于透平膨脹機(jī)在低溫下高速旋轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)動(dòng)零件之間的動(dòng)間隙也比較小，因此對(duì)動(dòng)平衡的要求也比較高，屬于精密級(jí)的要求。我國(guó)對(duì)全低壓空分設(shè)備用透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡試驗(yàn)，對(duì)轉(zhuǎn)子重心允許偏移值的要求如表31所示。

表31透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子重心允許偏移值轉(zhuǎn)速n/r·min-15000～10000≤20000≤30000≤40000≤50000允許偏移值p/μm1.21.00.80.30.230、風(fēng)機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)一般采用什么方法調(diào)節(jié)制冷量?

答：目前，為了調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)的制冷量，最常用的調(diào)節(jié)方法是關(guān)小機(jī)前調(diào)節(jié)閥，降低膨脹機(jī)前的壓力，使膨脹機(jī)中的膨脹壓降減小，單位制冷量減少，同時(shí)膨脹量也有所減少。這種調(diào)節(jié)方法為的是改變了膨脹氣體的質(zhì)量，一般叫質(zhì)調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，操作方便。并且，對(duì)風(fēng)機(jī)制動(dòng)的膨脹機(jī)來(lái)說(shuō)，由于轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變風(fēng)門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在制冷量減小時(shí)，仍可將轉(zhuǎn)速調(diào)至最佳轉(zhuǎn)速。所以這種調(diào)節(jié)方法對(duì)膨脹機(jī)的效率影響較小。當(dāng)機(jī)前壓力降低后，導(dǎo)流器出口的氣流速度也減小，要保證氣流能順著葉片方向流入葉輪，不產(chǎn)生沖擊損失，也要適當(dāng)降低葉輪旋轉(zhuǎn)的圓周速度。此時(shí)的最佳轉(zhuǎn)速比額定的轉(zhuǎn)速要低一些。

另一種調(diào)節(jié)方法是不改變膨脹機(jī)的進(jìn)氣壓力，只改變膨脹量的大小，叫量調(diào)節(jié)。改變膨脹量的方法是改變噴嘴的通道面積。具體方法有：

1)將噴嘴高度做成可調(diào)節(jié)的；

2)將導(dǎo)流器上的噴嘴分成幾組，每組分別用閥門控制，根據(jù)所需膨脹量的大小，可以關(guān)掉其中一組噴嘴，即分組噴嘴調(diào)節(jié)；

3)將噴嘴葉片做成可轉(zhuǎn)動(dòng)的，在不同角度，噴嘴的截面積不同，即轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴葉片調(diào)節(jié)。

這些調(diào)節(jié)方法中，除分組噴嘴調(diào)節(jié)較為簡(jiǎn)單外，其他的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，加工要求高，并且在用量調(diào)時(shí)，膨脹機(jī)的進(jìn)、出口狀態(tài)參數(shù)均未改變，此時(shí)噴嘴出口速度也不變。但是，由于膨脹空氣量的改變，膨脹機(jī)的總制冷量改變，使輸出功率也隨之改變。若此時(shí)制動(dòng)風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度不變，則Pe≠Pf，這將引起膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，即葉輪的圓周速度要改變。從而造成有沖擊的進(jìn)氣，引起沖擊損失。同時(shí)，由于圓周速度的改變，會(huì)增加排氣速度損失，因而膨脹機(jī)的效率會(huì)下降很快，單位膨脹工質(zhì)的制冷量減少。所以在風(fēng)機(jī)制動(dòng)時(shí)不希望采用量調(diào)節(jié)的方法。31、為什么制動(dòng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)門不能關(guān)得過(guò)小?

答：如329題所述，關(guān)小制動(dòng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)門，將使風(fēng)機(jī)的制動(dòng)功率減小。若膨脹機(jī)的輸出功率不變，則必須在更高的轉(zhuǎn)速下才能與輸出功率相平衡。因此，如果風(fēng)門關(guān)得過(guò)快、過(guò)小，則可能產(chǎn)生超速現(xiàn)象。

此外，當(dāng)膨脹機(jī)的輸出功率(制冷量)根據(jù)裝置的冷量平衡需要減小時(shí)，如圖76所示，膨脹機(jī)功率由Pe1減至Pe2。這時(shí)，如果風(fēng)門的開度不變，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)將由A轉(zhuǎn)移至B，轉(zhuǎn)速由n2降至，n1。如果要使它恢復(fù)到額定轉(zhuǎn)速、，則必須關(guān)小風(fēng)門，以改變阻力曲線的位置，使風(fēng)機(jī)的風(fēng)量減小，風(fēng)壓增高，制動(dòng)功率減小。此時(shí)，工作點(diǎn)將移至圖中c點(diǎn)所示的位置。

離心式風(fēng)機(jī)有一個(gè)不穩(wěn)定工作區(qū)，叫做“喘振區(qū)”。如果風(fēng)門關(guān)小到使工作點(diǎn)落入該區(qū)域，則風(fēng)量、風(fēng)壓很不穩(wěn)定，消耗的功率及轉(zhuǎn)速也有波動(dòng)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和聲響。當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)開大風(fēng)門，降低轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)離開喘振區(qū)。

為了防止出現(xiàn)風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象，規(guī)程上規(guī)定有風(fēng)門的最小開度。但對(duì)不同的風(fēng)機(jī)，規(guī)定的最小開度也不同。有的規(guī)定不能小于20%，有的則規(guī)定不得小于10%。32、風(fēng)機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)在什么情況下會(huì)發(fā)生飛車現(xiàn)象，如何處理?

答：透平膨脹機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中要輸出一定的功率，由制動(dòng)風(fēng)機(jī)所消耗。當(dāng)輸出功率與制動(dòng)功率相等時(shí)，轉(zhuǎn)速維持一定；當(dāng)輸出功率大于制動(dòng)功率時(shí)，轉(zhuǎn)速就會(huì)升高。當(dāng)輸出功率大于制動(dòng)功率過(guò)多時(shí)，就可能發(fā)生飛車現(xiàn)象。

風(fēng)機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)產(chǎn)生超速和飛車現(xiàn)象是由于風(fēng)機(jī)的制動(dòng)功率減小的緣故。由于風(fēng)機(jī)葉輪直接與膨脹機(jī)軸相連，當(dāng)膨脹機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，始終有一定的負(fù)載。制動(dòng)功率的大小取決于風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)的阻力。阻力越大，通過(guò)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量越小，制動(dòng)功率也越小。當(dāng)開大制動(dòng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)門時(shí)，制動(dòng)功率增加，膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。如果風(fēng)門關(guān)得過(guò)小，就可能產(chǎn)生超速。有時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)門已開到最大，但膨脹機(jī)仍然發(fā)生超速。這種超速現(xiàn)象往往是逐漸發(fā)展的。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)的阻力不僅取決于風(fēng)門的開度，而且還與吸氣過(guò)濾器、消音器的阻力有關(guān)。如果風(fēng)機(jī)前的過(guò)濾網(wǎng)嚴(yán)重堵塞，也會(huì)造成系統(tǒng)阻力增加，使風(fēng)量減小，從而降低了制動(dòng)功率，使轉(zhuǎn)速升高。因此，對(duì)這種情況，首先應(yīng)檢查過(guò)濾網(wǎng)，然后再尋找可能引起風(fēng)管阻力增加的原因，并采取相應(yīng)的措施。

有時(shí)，由于風(fēng)門(一般為電動(dòng)碟閥)失靈，易造成閥瓣突然關(guān)閉。這時(shí)的制動(dòng)功率驟然減小，轉(zhuǎn)速將迅速升高而造成飛車。這時(shí)應(yīng)該迅速關(guān)閉膨脹機(jī)前的緊急切斷閥。所以，平時(shí)應(yīng)注意對(duì)緊急切斷閥的維護(hù)，以保證其工作的可靠性。33、為什么透平膨脹機(jī)在啟動(dòng)時(shí)制動(dòng)風(fēng)機(jī)的進(jìn)、出口蝶閥要全開?

答：如圖75所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)門全開時(shí)；管路阻力小，所需的風(fēng)壓低。根據(jù)風(fēng)機(jī)的性能曲線，風(fēng)壓越低，對(duì)應(yīng)的風(fēng)量越大，功率消耗也越大。因此，風(fēng)機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下所需的功率即能與膨脹機(jī)的輸出功率相平衡。

在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮當(dāng)膨脹機(jī)的進(jìn)口壓力達(dá)正常值后，與風(fēng)門全開時(shí)功率相平衡的轉(zhuǎn)速應(yīng)低于額定轉(zhuǎn)速。這樣，在啟動(dòng)時(shí)，如果將風(fēng)門全開，就可防止膨脹機(jī)發(fā)生超速現(xiàn)象。待膨脹機(jī)進(jìn)口壓力達(dá)正常值后，再逐漸關(guān)小風(fēng)門，將膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)至額定轉(zhuǎn)速，保持膨脹機(jī)在高效率下運(yùn)轉(zhuǎn)。34、為什么改變蝶閥的開度可以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)制動(dòng)的膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速?

答：風(fēng)機(jī)制動(dòng)的膨脹機(jī)，風(fēng)機(jī)葉輪直接安裝在膨脹機(jī)的軸上。當(dāng)膨脹機(jī)輸出的功率與風(fēng)機(jī)消耗的功率相等時(shí)，則轉(zhuǎn)速維持一定；一旦當(dāng)輸出功率大于風(fēng)機(jī)消耗的功率時(shí)，則轉(zhuǎn)速會(huì)升高，然后在較高的轉(zhuǎn)速上達(dá)到新的平衡。反之，當(dāng)輸出功率小于風(fēng)機(jī)消耗的功率時(shí)，轉(zhuǎn)速將下降，然后在較低的轉(zhuǎn)速下達(dá)到新的平衡。因此，轉(zhuǎn)速與風(fēng)機(jī)的特性密切相關(guān)。

制動(dòng)風(fēng)機(jī)的性能與一般的離心式風(fēng)機(jī)相類似，隨著風(fēng)量的增加，風(fēng)壓降低，功率消耗增加。隨著轉(zhuǎn)速的增加，風(fēng)量、風(fēng)壓及功率消耗均增加，不同轉(zhuǎn)速n下的風(fēng)機(jī)性能曲線形狀大致如圖75所示。

風(fēng)機(jī)實(shí)際的風(fēng)量、風(fēng)壓及消耗的功率還與管路系統(tǒng)的阻力大小有關(guān)，即風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓應(yīng)與阻力相平衡。當(dāng)管道內(nèi)的氣流速度越快時(shí)，即風(fēng)量越大時(shí)，則阻力也越大。如果風(fēng)門關(guān)小，阻力隨風(fēng)量增加得更快，如圖中的曲線2所示。

如果原先風(fēng)門開度較大，轉(zhuǎn)速在n1保持穩(wěn)定，則風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)為阻力曲線1與風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速n1下的性能曲線的交點(diǎn)A點(diǎn)。該點(diǎn)表示產(chǎn)生的風(fēng)壓與阻力相平衡。它所消耗的功率為在同樣的風(fēng)量和轉(zhuǎn)速下功率曲線上的B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功率P。由于轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，即風(fēng)機(jī)消耗的功率又與膨脹機(jī)產(chǎn)生的功率相平衡，即P=Pe。

如果將風(fēng)門關(guān)小，阻力曲線由1變?yōu)?。如果轉(zhuǎn)速不變，則風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)為c。該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功率曲線上的點(diǎn)F所消耗的功率比原先的要低，這是由于風(fēng)門關(guān)小使風(fēng)量減少的緣故。因此，如果膨脹機(jī)的進(jìn)、出口壓力和溫度不變，則膨脹機(jī)產(chǎn)生的功率基本不變，這時(shí)，它將大于風(fēng)機(jī)消耗的功率，會(huì)使轉(zhuǎn)速增加。

隨著轉(zhuǎn)速增加，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率消耗也在增加。它沿阻力曲線2至某一轉(zhuǎn)速n2時(shí)的交點(diǎn)D。若該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功率曲線點(diǎn)E與膨脹機(jī)產(chǎn)生的功率相平衡，則在n2轉(zhuǎn)速下保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。但它比風(fēng)門開度較大時(shí)的轉(zhuǎn)速n1要高。

因此，用風(fēng)門調(diào)節(jié)來(lái)改變膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速，主要是改變風(fēng)機(jī)負(fù)荷的性能，以保持膨脹機(jī)在最佳轉(zhuǎn)速下工作，并不是為了改變制冷量。實(shí)際上，在轉(zhuǎn)速變化時(shí)，由于膨脹機(jī)效率有所改變，所以制冷量也會(huì)有所變化，Pe并不是固定值。有的運(yùn)行人員采用通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門改變膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)微調(diào)制冷量。35、透平膨脹機(jī)采用風(fēng)機(jī)制動(dòng)、發(fā)電機(jī)制動(dòng)和增壓機(jī)制動(dòng)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?

答：氣體通過(guò)膨脹機(jī)膨脹對(duì)外做功，必須有制動(dòng)器消耗這部分功。否則膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速將失去控制，造成飛車事故。膨脹機(jī)帶動(dòng)的風(fēng)機(jī)或發(fā)電機(jī)就是起吸收和消耗膨脹機(jī)所發(fā)出的功率的作用。

風(fēng)機(jī)制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)機(jī)葉輪可以直接裝在膨脹機(jī)軸的一端，設(shè)備簡(jiǎn)單，機(jī)組緊湊，體積小，制造容易，造價(jià)低，維護(hù)工作最小，操作方便。其缺點(diǎn)是膨脹機(jī)發(fā)出的功率全部浪費(fèi)掉，同時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，需要有專門的隔離室，排氣口也需加消音器。

發(fā)電機(jī)制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是膨脹機(jī)發(fā)出的功率可以回收，轉(zhuǎn)變成電能可向電網(wǎng)送電。從而降低空分設(shè)備的電耗，使運(yùn)行費(fèi)用降低。此外，電機(jī)制動(dòng)的噪聲也小。其缺點(diǎn)是需要一套發(fā)電機(jī)設(shè)備。同時(shí)，由于膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速大大超過(guò)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速最高為3000r/min)，必須有一套精密度較高的減速器，所以造價(jià)較高。此外，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，膨脹機(jī)突然被卸除制動(dòng)負(fù)載，容易發(fā)生因超速而使機(jī)件破壞的現(xiàn)象。

從投資和運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性兩方面綜合考慮，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)功率較大的透平膨脹機(jī)，為了提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)采用功率回收的方式。有的國(guó)家在15kw以上就開始使用發(fā)電機(jī)回收功率；有的要大于100kw才開始回收。

隨著空分設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展，目前采用增壓機(jī)(增壓透平壓縮機(jī))吸收膨脹機(jī)功率的工藝流程用的越來(lái)越普遍。增壓機(jī)的葉輪裝在膨脹機(jī)軸的另一端，膨脹空氣對(duì)膨脹機(jī)葉輪做功使之轉(zhuǎn)動(dòng)，增壓機(jī)的葉輪也同速轉(zhuǎn)動(dòng)，并將進(jìn)膨脹機(jī)前的膨脹氣體增壓后再引入膨脹機(jī)的工作輪。這樣就將透平膨脹機(jī)的功回收給膨脹工質(zhì)本身，提高了膨脹工質(zhì)進(jìn)膨脹機(jī)的入口壓力，從而增加了膨脹機(jī)的單位工質(zhì)制冷量，減少進(jìn)上塔的膨脹空氣量，有利于提高氧的提取率。這種制動(dòng)方式是目前比較先進(jìn)的制動(dòng)方式，正在廣泛地推廣使用。

我國(guó)目前在6000m3/h容量以上的空分設(shè)備上基本都采用了能量回收的制動(dòng)方式。36、為什么同一臺(tái)空分設(shè)備配置的透平膨脹機(jī)外形尺寸完全相同，膨脹量卻不同?

答：空分設(shè)備在不同的生產(chǎn)工況下，或在不同的季節(jié)，所要求的制冷量也不同。配制容量不同的幾臺(tái)膨脹機(jī)，可以適應(yīng)不同的制冷量要求，以保持膨脹機(jī)在高效率(設(shè)計(jì)工況)下工作。通常每臺(tái)容量相差10%左右。例如6000m3/h制氧機(jī)配置的3臺(tái)膨脹機(jī)容量分別為7000、8000、9000m3/h。它們的外形尺寸卻完全相同。只是導(dǎo)流器的噴嘴高度不同，分別為7.7、8.8和9.9mm。也就是說(shuō)，增加噴嘴高度，膨脹量就可增加。

對(duì)同一臺(tái)空分設(shè)備配置的膨脹機(jī)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的進(jìn)出口溫度、壓力和轉(zhuǎn)速也相同，因此，設(shè)計(jì)的噴嘴出口速度是一樣的。膨脹量的大小只取決于噴嘴出口截面積的大小。當(dāng)導(dǎo)流器的直徑不變時(shí)，只要增加噴嘴的高度即可增加流通截面積，使膨脹量增加。

由于設(shè)計(jì)的噴嘴高度均很小，稍稍改變噴嘴高度即可滿足膨脹量變動(dòng)10%的要求。而工作輪葉片的高度要比噴嘴高度大得多，因此，不同的噴嘴高度不會(huì)影響到葉輪的進(jìn)氣。所以只要單純改變噴嘴高度，不必改動(dòng)其他部件即可改變膨脹量，而從膨脹機(jī)外形上看不出任何差別。37、膨脹機(jī)的進(jìn)氣溫度變化對(duì)制冷量有什么影響?

答：膨脹機(jī)的進(jìn)氣溫度會(huì)影響膨脹機(jī)的單位制冷量。對(duì)一定的膨脹機(jī)來(lái)說(shuō)，它的流道尺寸一定，所能流過(guò)的氣體流量(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積)將隨溫度的升高而減小。由于氣體的密度與熱力學(xué)溫度T1成反比，當(dāng)體積流量一定時(shí)，溫度越高，流過(guò)的質(zhì)量流量越少。而在導(dǎo)流器內(nèi)的氣體流速與熱力學(xué)溫度T1的平方根成正比，即溫度越高，體積流量越大。因此，實(shí)際的膨脹量與絕對(duì)溫度的平方根成反比。

例如，一臺(tái)Vo=7000m3/h的膨脹機(jī)，膨脹量是指在設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力為0.55MPa(絕對(duì)壓力)和進(jìn)口溫度為to=-145℃(To≈128K)時(shí)的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量V1。如果進(jìn)氣溫度改變?yōu)門1=140K，則膨脹量為

膨脹機(jī)的單位理論制冷量隨著進(jìn)氣溫度的提高而增加。例如，當(dāng)進(jìn)氣壓力為0.55MPa(絕對(duì)壓力)，出口壓力為0.135MPa(絕對(duì)壓力)時(shí)，不同的進(jìn)氣溫度下的單位理論制冷量如圖73所示。它基本上是與熱力學(xué)溫度成正比的。

膨脹機(jī)的總制冷量與膨脹量和單位理論制冷量成正比。雖然膨脹量隨進(jìn)氣溫度的升高按平方根關(guān)系減小，但是單位理論制冷量隨進(jìn)氣溫度的升高按正比關(guān)系增加。所以，總制冷量還是隨著進(jìn)氣溫度的增高，按平方根的關(guān)系增加。因此，提高膨脹機(jī)的機(jī)前溫度對(duì)增加制冷量是有利的。38、膨脹機(jī)機(jī)后溫度過(guò)低應(yīng)怎么辦?

答：發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)機(jī)后溫度過(guò)低時(shí)，首先應(yīng)找出造成機(jī)前溫度過(guò)低的原因，并采取相應(yīng)的措施。其中，采用機(jī)前節(jié)流的方法是立竿見(jiàn)影、行之有效的方法。

所謂機(jī)前節(jié)流是通過(guò)關(guān)小機(jī)前調(diào)節(jié)閥，以降低進(jìn)膨脹機(jī)前的壓力。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥節(jié)流后，機(jī)前溫度并沒(méi)有升高，甚至略有降低。例如：膨脹機(jī)前壓力原為0.45MPa(表壓)，-147℃，經(jīng)節(jié)流后壓力降至0.35MPa(表壓)，則機(jī)前溫度為-148℃。這是節(jié)流會(huì)產(chǎn)生降溫效應(yīng)的緣故。但是，經(jīng)節(jié)流后，機(jī)前與機(jī)后的壓力差減小，使膨脹機(jī)對(duì)外做功的能力降低，溫降效果減小。對(duì)于低壓透平膨脹機(jī)，機(jī)前壓力每降低0.1MPa，機(jī)后溫度可提高5℃左右。

另一方面，采用機(jī)前節(jié)流后，使膨脹量減小。如果環(huán)流量(或中抽量)不變，則來(lái)自下塔的低溫旁通空氣量可以減少。這將使機(jī)前溫度提高，也有利于機(jī)后溫度的提高。

如果膨脹機(jī)前由于帶液空而溫度過(guò)低，應(yīng)采取適當(dāng)措施解決下塔液空液面過(guò)高的問(wèn)題，并可暫時(shí)全部關(guān)閉旁通空氣閥，以免液空繼續(xù)進(jìn)入膨脹機(jī)。39、哪些原因會(huì)造成透平膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體?

答：透平膨脹機(jī)機(jī)后溫度過(guò)低主要是由于機(jī)前溫度過(guò)低所引起的。造成機(jī)前溫度過(guò)低的原因有：

1)旁通量過(guò)大。膨脹空氣一般由兩股氣流匯合而成：一股來(lái)自主換熱器的環(huán)流或中抽氣，溫度較高；另一股來(lái)自下塔的低溫旁通空氣。膨脹機(jī)前溫度取決于兩股氣流的混合比例。

如果旁通量過(guò)大，將使機(jī)前溫度降低。這通常發(fā)生在膨脹量比正常工況時(shí)大得多的時(shí)候，例如裝置啟動(dòng)時(shí)的積液階段。由于環(huán)流或中抽量是根據(jù)換熱器的冷端溫差決定的，因此受到一定的限制。為了滿足膨脹量的需要，往往只能增加旁通量，從而造成機(jī)前溫度過(guò)低，甚至達(dá)到-155℃以下，機(jī)后溫度達(dá)到-190℃。出現(xiàn)這種情況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少膨脹量，以減少旁通空氣量，保證機(jī)前溫度不致過(guò)低。

2)環(huán)流或中抽溫度過(guò)低。當(dāng)機(jī)前溫度過(guò)低時(shí)，有時(shí)想用增加環(huán)流或中抽量的辦法來(lái)提高機(jī)前溫度。實(shí)際上，這種措施是有一定限度的。因?yàn)?，?dāng)中抽或環(huán)流量過(guò)大時(shí)，主換熱器冷量過(guò)剩，會(huì)使環(huán)流或中抽溫度降低，難以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)機(jī)前溫度的目的。

此外，環(huán)流或中抽溫度不僅與環(huán)流或中抽量本身有關(guān)，還與整個(gè)主換熱器的溫度工況有關(guān)。如果主換熱器中冷氣流的冷量過(guò)剩，將造成整個(gè)主換熱器中部溫度過(guò)低。有的生產(chǎn)廠曾發(fā)生過(guò)這樣的故障，由于上塔發(fā)生液懸，液氮被帶入污氮管道，使污氮的溫度急劇降低，結(jié)果使中抽溫度也降低，機(jī)前溫度降到-160℃左右。

3)膨脹機(jī)前帶液空。由于下塔液空液面過(guò)高，造成旁通管路內(nèi)進(jìn)液體，帶至膨脹機(jī)前，造成機(jī)前溫度急劇降低。這種情況是最危險(xiǎn)的，變化也是較突然的。

造成下塔液空液面過(guò)高的原因有：

液空至上塔的通路堵塞，使液空無(wú)法進(jìn)上塔。例如，液空過(guò)濾器被二氧化碳堵塞；液空吸附器過(guò)濾網(wǎng)破損，造成硅膠將液空過(guò)冷器堵塞；液空過(guò)濾吸附器預(yù)冷不充分，造成液空急劇氣化，產(chǎn)生“氣堵”現(xiàn)象等，均可使下塔液面升高；

停車時(shí)造成下塔液面過(guò)高。停車時(shí)，塔板上的液體全部下流至塔底，造成液面急劇升高，如果不及時(shí)切斷膨脹機(jī)空氣入口閥，則液空也會(huì)大量涌入膨脹機(jī)；

節(jié)流閥調(diào)節(jié)不當(dāng)或發(fā)生故障。

上述情況發(fā)生在液空液面計(jì)又失靈而無(wú)法判斷液面時(shí)，則更為危險(xiǎn)。

40、透平膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體時(shí)有什么現(xiàn)象，有什么危害，如何預(yù)防?

答：氣體在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹時(shí)，溫度顯著降低。在膨脹機(jī)內(nèi)，溫度最低的部位是在工作輪的出口處。如果在膨脹機(jī)內(nèi)氣體的溫度低于當(dāng)?shù)貕毫λ鶎?duì)應(yīng)的氣體液化溫度，則將會(huì)有部分氣體液化，在膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體。

由于透平膨脹機(jī)工作輪的旋轉(zhuǎn)速度很高，液滴對(duì)葉片表面的撞擊將加速葉片的磨損。更有甚者，液滴在離心力的作用下，又被甩至葉輪外緣與導(dǎo)流器的間隙處。液體溫度升高，產(chǎn)生急劇氣化，體積驟然膨脹。這可以從間隙壓力表看出指針大幅度擺動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至超過(guò)該表的量程范圍，將壓力表打壞。由于膨脹機(jī)內(nèi)部氣化的氣體會(huì)對(duì)導(dǎo)流器出口和葉輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成葉片斷裂，因此，在膨脹機(jī)內(nèi)是不允許出現(xiàn)液體的。

當(dāng)膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體時(shí)，從機(jī)后的壓力表可以觀察到指針在不斷地抖動(dòng)。間隙壓力大幅度升高，并產(chǎn)生波動(dòng)。

為了防止膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體，只要控制機(jī)后溫度高于機(jī)后壓力所對(duì)應(yīng)的液化溫度。液化溫度與壓力有關(guān)，機(jī)后壓力愈高，對(duì)應(yīng)的液化溫度也愈高。圖72給出了空氣膨脹和氮?dú)馀蛎洉r(shí)機(jī)后壓力對(duì)應(yīng)的液化溫度曲線和實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度控制極限線。

例如，當(dāng)機(jī)后壓力為0.04MPa(表壓)時(shí)，空氣的液化溫度為-188.5℃。實(shí)際測(cè)定的膨脹機(jī)后溫度是機(jī)后管道中的溫度，而溫度最低點(diǎn)是在葉輪出口處。如果在管道中的氣體已接近液化溫度時(shí)，在葉輪中可能已出現(xiàn)液滴。因此，實(shí)際控制的機(jī)后最低溫度應(yīng)比液化溫度高3℃以上。41、透平膨脹機(jī)采用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)制冷量有什么缺點(diǎn)?

答：在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)需要稍微減小制冷量時(shí)，對(duì)采用風(fēng)機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)來(lái)說(shuō)，習(xí)慣上采用適當(dāng)開大風(fēng)機(jī)風(fēng)門，以降低膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。采用這種方法調(diào)節(jié)制冷量時(shí)，膨脹機(jī)進(jìn)、出口的壓力和進(jìn)口溫度基本沒(méi)有變化，膨脹量也基本不變，因此，它是靠降低膨脹機(jī)的效率來(lái)減少總制冷量的。

我們知道，每臺(tái)膨脹機(jī)均有一個(gè)設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速。在這個(gè)轉(zhuǎn)速下，能保證從導(dǎo)流器流出的氣體順著葉輪葉片的方向流入，不產(chǎn)生氣流對(duì)葉片的沖擊現(xiàn)象，叫無(wú)沖擊進(jìn)氣。此時(shí)的流動(dòng)損失最小。保持在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，膨脹機(jī)的效率最高。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，由于導(dǎo)流器出口的氣流速度和方向沒(méi)有什么變化，因此，氣流相對(duì)葉輪的速度方向不能沿著葉片方向進(jìn)入，而對(duì)葉片有一沖擊角，使流動(dòng)損失增加，膨脹機(jī)的效率降低。此外，它也將影響到工作輪出口的氣流速度，使余速損失增加。在實(shí)際操作中，當(dāng)膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，膨脹機(jī)后氣流溫度有所升高，這是由于膨脹機(jī)效率降低的緣故。

對(duì)全低壓空分設(shè)備，膨脹空氣進(jìn)上塔參與精餾。在可能的條件下，盡可能減少膨脹量，對(duì)提高氧的提取率、增加氧產(chǎn)量是有好處的。當(dāng)制冷量可以減少，而采用改變轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，膨脹量沒(méi)有減少，膨脹后的過(guò)熱度卻略有提高，這對(duì)精餾沒(méi)有帶來(lái)任何好處。這種調(diào)節(jié)方法雖然可行，但不是好的方法。此外，膨脹機(jī)長(zhǎng)期在非設(shè)計(jì)的低效率工況下工作，容易造成膨脹機(jī)流通部分的機(jī)械損壞，對(duì)膨脹機(jī)本身來(lái)說(shuō)也是不利的42、透平膨脹機(jī)的效率與哪些因素有關(guān)?

答：透平膨脹機(jī)的實(shí)際制冷量總比理論制冷量要小，因此，膨脹機(jī)的效率總是小于1。膨脹機(jī)的效率越低，則在相同進(jìn)、出口壓力和進(jìn)口溫度下，膨脹機(jī)的單位工質(zhì)制冷量越小，反映出膨脹機(jī)的溫降效果越小。在實(shí)際操作中，應(yīng)該了解哪些因素影響膨脹機(jī)的效率，以便盡可能保證膨脹機(jī)在高效率下運(yùn)轉(zhuǎn)。

膨脹機(jī)的效率高低取決于膨脹機(jī)內(nèi)的各種損失的大小。由于各種損失的存在，使氣體對(duì)外做功的能力降低。而這些損失(如摩擦、渦流等)又以熱的形式傳給氣體本身，使氣體的出口溫度升高，溫降效果減小。其損失主要有以下幾種：

1)流動(dòng)損失。氣流流過(guò)導(dǎo)流器和工作輪時(shí)，由于流道表面的摩擦、局部產(chǎn)生漩渦、氣流撞擊等產(chǎn)生的損失屬于流動(dòng)損失。

流動(dòng)損失的大小與流道形狀是否與氣流流動(dòng)方向相適應(yīng)、表面光潔程度等因素有關(guān)。流道除了與設(shè)計(jì)、制造技術(shù)水平有關(guān)外，膨脹機(jī)內(nèi)流道的磨損、雜質(zhì)在表面積聚、轉(zhuǎn)速變化而使氣流進(jìn)入葉輪時(shí)產(chǎn)生的撞擊等，都會(huì)增加流動(dòng)損失。一般情況下，導(dǎo)流器內(nèi)的流動(dòng)損失約占總制冷量的5%，工作輪內(nèi)的流動(dòng)損失約占總制冷量的6%。

2)工作輪輪盤的摩擦鼓風(fēng)損失。工作輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤周圍的氣體對(duì)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)有一摩擦力，輪盤將帶動(dòng)氣體運(yùn)動(dòng)。由此產(chǎn)生的摩擦熱將使氣體的溫度升高，這種損失稱為摩擦鼓風(fēng)損失。它與工作輪的直徑及轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)，一般占總制冷量的3%～4%。

3)泄漏損失。泄漏損失包括內(nèi)泄漏和外泄漏兩種，如圖71所示。內(nèi)泄漏是指一部分氣體經(jīng)過(guò)導(dǎo)流器后不通過(guò)葉輪膨脹，而直接從工作輪與機(jī)殼之間的縫隙漏出，與通過(guò)葉輪膨脹的氣體匯合。這小股泄漏氣體未經(jīng)過(guò)葉輪的進(jìn)一步膨脹，溫度較高，因而使膨脹機(jī)的制冷量減小，降低了膨脹機(jī)的效率。內(nèi)泄漏量的大小取決于轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的間隙，因此在安裝時(shí)必須嚴(yán)格控制在規(guī)定公差范圍之內(nèi)。

外泄漏是指通過(guò)輪盤后部沿軸間隙向外泄漏出的氣體。這部分氣體的泄漏對(duì)膨脹機(jī)的效率沒(méi)有影響，但是將減少總的制冷量。同時(shí)外漏氣體的冷量也無(wú)法回收，所以它對(duì)產(chǎn)冷的影響是很大的。外泄漏量的大小與密封裝置結(jié)構(gòu)、間隙以及是否通壓力密封氣有關(guān)。

4)排氣損失。通過(guò)膨脹機(jī)的氣體在出口還具有一定的速度，叫做余速。余速越高，能量損失也越大，這部分損失叫做排氣損失或余速損失。排氣損失不僅與設(shè)計(jì)有關(guān)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中當(dāng)轉(zhuǎn)速變化偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，也會(huì)使氣流出口速度增加，效率降低。43、透平膨脹機(jī)為什么要使用帶壓力的密封氣?

答：透平膨脹機(jī)要求進(jìn)入膨脹機(jī)的氣體全部能通過(guò)導(dǎo)流器和工作輪膨脹，產(chǎn)生冷量。但是，由于工作輪是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，機(jī)殼是靜止部件，低溫氣體有可能通過(guò)機(jī)殼間隙外漏。這將使膨脹機(jī)的總制冷量下降，同時(shí)將增加冷損。此外，冷量外漏還可能使軸承潤(rùn)滑油凍結(jié)，造成機(jī)械故障。因此必須采用可靠的密封。目前普遍采用的密封有兩種類型：迷宮式密封和石墨密封。

迷宮密封的結(jié)構(gòu)如圖70所示。當(dāng)氣體流經(jīng)密封間隙時(shí)，壓力逐漸降低。泄漏量的大小取決于密封間隙的大小和兩個(gè)密封空間的壓差大小。如果密封空間越多，或外側(cè)的壓力越高，對(duì)每個(gè)密封間隙兩側(cè)來(lái)說(shuō)，壓差越小，泄漏量也減少。因此，將密封裝置分成兩段，在中間通入比周圍壓力稍高的壓力密封氣，壓力可為0.05～0.10MPa(表壓)。這樣，一方面可減少低溫氣體的泄漏量，減少冷損，同時(shí)也可防止軸承的潤(rùn)滑油滲入密封處，進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)。目前空分裝置用的透平膨脹機(jī)一般均需通帶壓力的密封氣，密封氣可以用氮?dú)饣蚰屎ご党龤?。為了防止?jié)櫥瓦M(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)，在啟動(dòng)膨脹機(jī)油泵前，應(yīng)先供壓力密封氣。在停機(jī)時(shí)，需在油泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)后才能停壓力密封氣。44、透平膨脹機(jī)對(duì)機(jī)器零件的材質(zhì)有什么要求?

答：透平膨脹機(jī)中在低溫區(qū)工作的零部件常處在70℃(加溫時(shí))至-180℃左右的溫度范圍內(nèi)。在這樣的低溫下，一般的黑色金屬已成為脆性材料，不能滿足要求。而高鎳合金鋼，銅、鋁的合金以及鈦合金在低溫下具有良好的機(jī)械性能，因此透平膨脹機(jī)使用的零部件多用這些材料。

對(duì)導(dǎo)流器來(lái)說(shuō)，它是固定部件。由于氣流在導(dǎo)流器內(nèi)的流速很高，主要考慮它的耐磨性和加工工藝性。因此，一般采用H62、HFe59-1-1黃銅或2Crl3不銹鋼制成。

蝸殼一般采用鑄造，應(yīng)考慮到材料的可鑄性，同時(shí)還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。因此，一般采用鑄硅鋁合金ZLSil01或鑄黃銅ZHSi80-3。

對(duì)工作輪，除考慮材料的強(qiáng)度外，還應(yīng)考慮材料的密度。由于葉輪作高速旋轉(zhuǎn)，材料的密度越大，則由離心力產(chǎn)生的應(yīng)力也越大，因此希望選用密度小的高強(qiáng)度材料。在采用精密鑄造時(shí)，可用鑄鋁合金ZLZn506。

對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪，雖然它處在常溫下工作，但是它與膨脹機(jī)具有同樣高的轉(zhuǎn)速，且直徑比膨脹機(jī)葉輪大。因此，也應(yīng)選用高強(qiáng)度的輕合金，一般用LD5鍛鋁合金整體銑制。

對(duì)轉(zhuǎn)軸，由于一端處于低溫下工作，需用40Cr鋼或高鎳合金鋼1Crl8Ni9Ti材料。45、透平膨脹機(jī)出口的擴(kuò)壓器起什么作用?

答：氣體經(jīng)過(guò)導(dǎo)流器和葉輪膨脹后，在葉輪出口氣流還具有一定的速度。這部分動(dòng)能沒(méi)有轉(zhuǎn)換成機(jī)械能對(duì)外做功，由此產(chǎn)生的動(dòng)能損失叫做余速損失。從葉輪結(jié)構(gòu)形狀的合理性考慮，該速度應(yīng)在45～70m/s。

如果在葉輪的出口接上一段斷面逐漸擴(kuò)大的短管，如圖69所示，則可使流速降低，動(dòng)能減小，將氣流的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，在短管出口的壓力將升高。因此，該短管稱為擴(kuò)壓器。在空分設(shè)備中，在擴(kuò)壓器出口的氣流速度一般在5～10m/s。經(jīng)過(guò)擴(kuò)壓器后，氣體的溫度也有所升高。

對(duì)空分裝置用的膨脹機(jī)來(lái)說(shuō)，擴(kuò)壓器后的壓力戶。取決于上塔壓力。因此，安裝擴(kuò)壓器的好處是可以使膨脹機(jī)葉輪出口的壓力p2降得更低些，氣體在膨脹機(jī)中的焓降相應(yīng)增大，可以對(duì)外作更多的功，相應(yīng)地提高了膨脹機(jī)的效率。

通常測(cè)定的膨脹機(jī)后的壓力和溫度是指擴(kuò)壓器后管道中的氣體壓力和溫度。由此求得的制冷量是將膨脹機(jī)作為整體來(lái)考慮的，即進(jìn)蝸殼的氣體焓值與出擴(kuò)壓器的氣體焓值之差。膨脹機(jī)的效率也是將擴(kuò)壓器包括在內(nèi)的。

此外，由于擴(kuò)壓器出口的氣體溫度比膨脹機(jī)葉輪出口氣體的溫度要高，在擴(kuò)壓管出口氣體沒(méi)有液化時(shí)，在膨脹機(jī)葉輪出口可能已降到液化溫度。因此，在判斷膨脹機(jī)內(nèi)是否出現(xiàn)液體時(shí)必須考慮這個(gè)因素。46、透平膨脹機(jī)產(chǎn)生冷量，為什么制動(dòng)風(fēng)機(jī)出口氣流溫度是升高的?

答：膨脹機(jī)產(chǎn)生冷量是指氣體經(jīng)過(guò)膨脹后對(duì)外做功，使氣體本身能量減少，即對(duì)從氣體內(nèi)部取出一部分能量而言的。反映出膨脹氣體經(jīng)膨脹后溫度降低，焓值減小。膨脹機(jī)帶動(dòng)制動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)是為了接受膨脹機(jī)輸出的外功，即制動(dòng)風(fēng)機(jī)是作為膨脹機(jī)的外部“負(fù)載”而工作的。因此，制動(dòng)風(fēng)機(jī)是接受外功，使空氣壓縮的機(jī)械。它與一般的風(fēng)機(jī)的工作情況一樣，空氣在風(fēng)機(jī)葉輪中接受外功，受到壓縮，使氣體的能量增高。在沒(méi)有對(duì)氣體冷卻的情況下，壓縮后不但壓力增大，同時(shí)溫度也會(huì)升高。這正是證明膨脹氣體輸出了能量，轉(zhuǎn)移給了制動(dòng)風(fēng)機(jī)中的空氣，從而產(chǎn)生了冷量。因此，不能有膨脹機(jī)產(chǎn)生冷量也使外部氣體溫度降低的誤解。47、為什么透平膨脹機(jī)葉輪有很高的轉(zhuǎn)速，并且氣量越小轉(zhuǎn)速越高?

答，透平膨脹機(jī)在導(dǎo)流器中將一部分壓力能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，導(dǎo)流器出口的氣流速度通常在200m/s左右。導(dǎo)流器噴嘴葉片的安裝角α1一般為16°，而葉輪的葉片是徑向的。要保證氣流相對(duì)于旋轉(zhuǎn)葉輪的速度W1是徑向的，則對(duì)葉輪旋轉(zhuǎn)的圓周速度u1的大小有一定的要求。否則，如果圓周速度過(guò)低，則氣流相對(duì)于葉輪的速度不能順著葉片的方向，如圖68中的W′1所示。

透平膨脹機(jī)的容量雖有不同，但對(duì)全低壓空分設(shè)備來(lái)說(shuō)，在膨脹機(jī)內(nèi)的壓力降相差并不大，氣體出導(dǎo)流器的速度大小也差不多。為保證無(wú)沖擊進(jìn)氣，就要求工作輪的圓周速度也相差不多。而葉輪輪緣的圓周速度與轉(zhuǎn)速成正比，與葉輪的直徑成正比。如果要求的圓周速度u1=190m/s，葉輪直徑D=200mm，則轉(zhuǎn)速必須達(dá)到19000r/min才能滿足要求。因此，透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速一般均要達(dá)到每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)。

膨脹機(jī)的氣量越小，導(dǎo)流器的流道尺寸也越小，相應(yīng)的葉輪直徑也越小。要使膨脹機(jī)有較高的效率，就要求保持一定的圓周速度，也即要求工作輪有更高的轉(zhuǎn)速。因此，膨脹機(jī)的容量越小時(shí)，設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速也越高。國(guó)產(chǎn)的空分設(shè)備所配置的透平膨脹機(jī)的葉輪直徑和轉(zhuǎn)速如表29所示。

表29部分國(guó)產(chǎn)透平膨脹機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)裝置容量/m3·h-13001000150032006000膨脹機(jī)流量/m3˙h-11560

18002200

26002500

3000400045005000700080009000葉輪直徑/mm70100120160190轉(zhuǎn)速/r·min-14170035000305002319019000

對(duì)于容量更小的透平膨脹機(jī)，轉(zhuǎn)速將高達(dá)每分鐘十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)。目前世界上轉(zhuǎn)速最高的透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速已達(dá)每分鐘一百多萬(wàn)轉(zhuǎn)，采用一般的油膜軸承已無(wú)法滿足要求，必須采用更精密的空氣軸承。

48、氣流在透平膨脹機(jī)的葉輪中是怎樣流動(dòng)的?

答：根據(jù)氣流在葉輪中的流動(dòng)情況不同，膨脹機(jī)分為沖擊式和反動(dòng)式兩種。沖擊式膨脹機(jī)的葉片短小，它完全靠從噴嘴噴出的高速氣流沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)而對(duì)外輸出功。在葉輪中只完成將氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過(guò)程，而氣體內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的過(guò)程全部在噴嘴中完成，即氣流的膨脹(壓力降落)完全在噴嘴中進(jìn)行，在葉輪中壓力基本不再變化，氣體的焓除在噴嘴中轉(zhuǎn)換成動(dòng)能后有所降低外，在葉輪中也基本不再變化。

反動(dòng)式膨脹機(jī)中的氣流在噴嘴內(nèi)只進(jìn)行部