【文章內容簡介】 間的氣體摩擦、氣體內泄漏等損失稱為非流道損失。綜合起來，影響透平膨脹機等熵效率的主要損失有5種。噴嘴損失膨脹氣體流經噴嘴時，會產生流道表面的阻力、局部渦流和氣流沖擊等損失。它與氣體流動速度、噴嘴葉片葉型、葉片高度，葉片表面粗糙度及葉片出口邊緣（尾部）厚度等因素有關。工作輪損失 氣體在葉輪流道中的流動損失。當氣體流經葉輪流道時，由于葉片型線、表面粗糙度等因素引起的摩擦損失，氣體流動時的渦流和沖擊損失等。余速損失 現代透平膨脹機中，氣體多以較高的氣流速度排出葉輪后進入擴壓器，經擴壓器來進一步降低介質的速度（壓力和溫度升高），使其達到允許值。實際上，氣體在擴壓器中的流動是一種壓縮過程，需要消耗部分能量。對透平膨脹機來說，同樣減少了有效能量。這兩部分能量的損失稱余速損失。輪背摩擦鼓風損失 輪背摩擦鼓風損失是有葉輪輪背、輪蓋和靜止元件之間間隙中的氣體而產生的。緊靠輪背、輪蓋的那部分氣體附著在葉輪上，以和輪背、輪蓋相同的圓周速度運動，而緊靠殼體的那部分氣體則和殼體一樣，是靜止不動的，在這個間隙中形成了一個速度梯度。這一速度梯度是由于氣體的粘性引起的，因而要消耗一定的摩擦功。這部分摩擦功又轉換成熱量，通過葉輪把熱量傳給氣體，提高了工作氣體出工作輪時的比焓值，因而降低了制冷量。泄漏損失泄漏損失包括內漏損失和外漏損失兩種。對閉式葉輪，在輪蓋處采用迷宮密封，有一小股工作輪前未經噴嘴的氣流，經密封器與葉輪間的縫隙漏出，它與經工作輪噴嘴后的低比焓氣體在葉輪出口處匯合，從而使葉輪出口處氣體的比焓升高，降低了膨脹機的制冷量，這種損失稱為內泄漏損失。在半開式工作輪中，由于沒有輪蓋，無法設置密封器，這時希望盡量減少葉片和固定件的間隙。工作輪的一小股氣流，經輪盤外側與殼體之間的縫隙，沿軸向外界泄漏，這種損失稱為外泄漏損失。它不會影響膨脹后氣體的比焓，僅僅是減少了有效膨脹氣體量，影響了膨脹機的總制冷量。透平膨脹機組 透平膨脹機的調節(jié)性能曲線 將透平膨脹機中一些主要參數之間的相互關系用曲線形式表示出來，稱為透平膨脹機的性能曲線。制動器形式每臺膨脹機都配制動器。制動器作用是消耗透平膨脹機的功，控制其轉速，維持膨脹機在最高效率點運行，同時也防止透平膨脹機“飛車”。⑴ 風機制動即在工作輪同軸上裝有風機輪，風機輪吸入空氣，壓縮后放空。優(yōu)點是設備簡單，機組緊湊，造價低，維護操作方便。缺點是不能回收功，而且噪聲大。⑵ 電機制動是在工作輪同軸裝上發(fā)電機轉子，將膨脹機的功轉換為電能送入電網。優(yōu)點是回收電能，制動無噪音。缺點是設備成本高。⑶ 增壓機制動增壓機的葉輪裝在膨脹機的同軸的另一側，氣體對工作輪做功使之轉動，增壓器的葉輪也同速轉動，將氣體增壓后再送入膨脹機的工作輪。優(yōu)點是增加單位制冷量。調節(jié)方法通常把改變膨脹氣體在進出口處狀態(tài)參數的調節(jié)，稱為“質”的調節(jié)；改變氣體流量的調節(jié)稱為“量”的調節(jié)。在調節(jié)過程中，有時質和量同時發(fā)生改變，不易區(qū)分。⑴進口節(jié)流調節(jié)在膨脹機的進口管道上裝有氣動薄膜調節(jié)閥，通過改變調節(jié)閥的開度，改變膨脹機前的氣流壓力，從而膨脹機的焓降及等熵效率發(fā)生變化，以實現調節(jié)冷量的目的。是質和量同時改變的一種調節(jié)方法。⑵轉動噴嘴葉片角的流量調節(jié)利用轉動噴嘴葉片，改變流通面積，達到改變膨脹機的流量，從而改變制冷量。這種調節(jié)不改變氣體在膨脹機進出口的狀態(tài)參數，在較大范圍內調節(jié)冷量時，仍然保持機器較高的等熵效率。因此是一種先進的調節(jié)方法，這種調節(jié)的經濟性好，并且可以靈活地掌握改變葉片角的大小，得到比較精細的調節(jié)效果。 透平膨脹機組透平膨脹機組由主體、制動器、潤滑系統(tǒng)、氣封系統(tǒng)、自動保護系統(tǒng)組成。透平膨脹機本體圖 我單位6000、6500、20000m3/h制氧機，基本上都是臥置、單級、向心、徑－軸流反動式膨脹機。透平膨脹機主要由膨脹機蝸殼、噴嘴環(huán)、轉子、出口擴壓器、軸承箱、密封系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等組成。⑴轉子是透平膨脹機中轉動部分的部件總成，主要由主軸、葉輪等組成。主軸的一端裝有膨脹機工作輪，另一端裝有增壓機葉輪或風機葉輪等。當外界干擾頻率與轉子的自振頻率相同時，產生共振。共振時的轉速稱為臨界轉速。當正常工作時工作輪的轉速低于一階臨界轉速軸稱為剛性軸，當工作輪轉速高于一階臨界轉速而低于二階臨界轉速軸稱為柔性軸。典型的結構如下圖23：圖 23 ⑵軸承在透平膨脹機中，一般采用滑動軸承。軸承與轉軸之間的徑向間隙要適當，過大使軸承旋轉產生震動，潤滑油膜分布不均勻，間隙過小，會導致軸溫超過允許值。⑶ 密封密封一般分為內密封和軸密封。內密封為設在透平膨脹機內部的防止或減少介質在流動過程中產生內泄漏的密封。在工作輪背面，低溫氣體會沿軸間向外泄漏，減少了透平膨脹機的制冷量；另外，由于冷量的泄漏還會導致軸承潤滑油的固化，造成事故，因此需要設置可靠的軸密封。⑷ 噴嘴環(huán) 噴嘴環(huán)各流道是膨脹機進行能量轉換的主要部件。對于反動式透平膨脹機，約有50％的比焓降在噴嘴內完成。潤滑系統(tǒng) 透平膨脹機的軸承采用強制供油（如上圖）。潤滑系統(tǒng)包括油箱、齒輪油泵、油過濾器、油壓容器等。油過濾器采用微孔紙質濾芯。油壓容器的作用是貯存一定壓力的潤滑油，一旦發(fā)生油泵停轉時可以供油3～5分鐘，以此保護膨脹機。潤滑油牌號一般為TSA32號汽輪機油。潤滑油循環(huán)使用，在軸承處除起潤滑作用外，還可以冷卻軸承，將高速旋轉所產生的熱量帶走，因此潤滑油需要冷卻，確保軸溫低于65℃。密封系統(tǒng)膨脹機密封氣系統(tǒng)采用精密減壓閥，根據間隙壓力對密封氣進氣壓力進行自動跟蹤。自動（聯(lián)鎖）保護系統(tǒng)為保證膨脹機安全運轉，透平膨脹機組設有相應的保護系統(tǒng)。當機組運行時，如果被監(jiān)測參數發(fā)生變化達到聯(lián)鎖值，在DCS的控制下，相應的保護系統(tǒng)就會動作。⑴ 防喘振系統(tǒng)本系統(tǒng)主要由流量監(jiān)測儀表、轉速監(jiān)測、繼電器、電磁閥、氣動薄膜調節(jié)閥組成。動作過程：當流量過低或轉速過高達到聯(lián)鎖值時，被控制的電磁閥就會失電，切斷氣源，增壓機回流閥打開，降低膨脹機前壓力，此時膨脹機做功就會減少，相應的膨脹機的轉速也會降低，從而達到保護膨脹機的目的。⑵ 油壓保護系統(tǒng)本系統(tǒng)由油壓監(jiān)測儀表、齒輪油泵、繼電器、電控部分等組成。正常時油壓在一定的范圍內保持恒定。當由于某種原因導致油壓降低達到聯(lián)鎖值時，輔助油泵就會自動啟動，保證了膨脹機供油的穩(wěn)定。⑶ 軸封防漏系統(tǒng)本系統(tǒng)由密封氣壓力監(jiān)測儀表、繼電器、接觸器、齒輪油泵等組成。正常情況下，密封氣通過迷宮密封，保證了增壓機的潤滑油不會泄漏進入氣路，同時也防止了膨脹端冷量沿軸串漏。如果密封氣壓力下降達到聯(lián)鎖值時，油泵立即停止運轉，有效的防止了潤滑油進入氣路。⑷ 自動停車系統(tǒng)當監(jiān)測參數（油壓、軸溫、轉速）發(fā)生變化達到聯(lián)鎖停車值時，膨脹機的入口電磁閥、增壓機回流電磁閥會失電，在3秒內，所控氣動薄膜調節(jié)閥會在彈簧的作用下自動回到初始位置，即回流閥全開，進口閥全關。從而切斷氣路，停止膨脹機的運轉。一般增壓機制動透平膨脹機組的控制聯(lián)鎖要求項 目報 警連 鎖說 明供油壓力低△設定啟動條件供油壓力過低△△間隙與出口間差壓高△△軸承溫度高△軸承溫度過高△△膨脹機密封氣壓力低△設定油泵啟動條件增壓機密封氣壓力低設定油泵啟動條件轉速高△轉速過高△△增壓機出口壓力控制自動調節(jié)增壓機出口壓力高△自動全開回流閥油箱油溫控制≤15℃加溫，≥25℃加溫終設定啟動條件油泵失電△膨脹機密封氣與間隙差壓自動維持回流閥位全開為啟動條件軸振動大△軸振動過大△⑸ 安全保護系統(tǒng)在增壓機出口、膨脹機出口都設有安全閥，當相應的氣路部分出現壓力升高，而且超過安全閥的整定值時，安全閥起跳，把壓力降到安全范圍內。當壓力恢復到正常范圍時，安全閥自動關閉。加溫注意事項：確保密封氣暢通，潤滑油壓力正常；先打開緊急切斷閥和噴嘴葉片后才可通加溫氣體，以免損壞機器；膨脹機加溫完畢后進出口閥門必須關嚴，使得加溫后的膨脹機在長期停車期間避免冷氣體進入潤滑油腔，使軸承過冷損壞。（3）空氣的凈化空氣是多組分的混合氣體，除氧、氮及稀有氣體組分外，還含有水蒸氣、二氧化碳、乙炔及其它碳氧化合物，并含有少量灰塵等固體雜質。這些雜質隨空氣進入空壓機與空氣分離裝置中會帶來較大的危害。固體雜質會磨損空壓機的運轉部件，堵塞冷卻器，降低冷卻效果及空壓機的等溫效率。而水蒸氣和二氧化碳在加工空氣冷卻的過程中會首先凍結析出，將堵塞設備及氣體通道，致使空分裝置無法生產。更嚴重的是，乙炔及其它碳氫化合物在空分裝置中聚積導致爆炸事故的發(fā)生，所以為了保證制氧機的安全運行，必須設置專門的凈化設備?？諝鈨艋饕盖宄諝庵械臋C械雜質、水分和二氧化碳。凈化主要采用過濾法、凍結法、吸附法等幾種方法。過濾法是利用過濾材料把空氣中顆粒狀雜質清除的方法。凍結法是將雜質轉變成固體加以清除；應用較多的是吸附法，此法是利用固體表面對氣體雜質的吸附特性而使空氣凈化。 固體雜質的清除 過濾除塵原理及性能指標過濾作用對于大的塵粒用其重力或慣性力、離心力使之沉降。相應有慣性除塵器和離心除塵器?？辗盅b置加工空氣污染中的塵粒是微小的，通常小于10μm，所以空氣污染過濾器多采用擴散粘附的原理，相應的過濾器有表面式或內部過濾式過濾器，表面過濾的濾料為布、網等織物或過濾紙。過濾器的性能指標主要是除塵效率、阻力及過濾器的容塵量。除塵效率的定義是過濾器所捕集的塵量占氣體帶入過濾器總塵量的百分比。阻力也就是氣體通過過濾器的壓降。一般規(guī)定，%，就需要更換濾料。 空氣過濾器根據除塵原理，空氣污染過濾器可分為干式或濕式兩種。干式過濾器屬于表面式過濾器，靠織物網眼阻擋塵粒；濕式過濾器靠油膜粘附灰塵。袋式過濾器袋式過濾器的濾袋由羊毛氈與合成纖維織成，濾袋數目取決于氣量的大小，～?？諝鈴捻敳窟M入，經分配器后流入袋內，經濾袋過濾后由下部流出。積聚在袋上的灰塵靠反吹風機吹落。當灰塵在濾袋上積累到使壓差達到1200Pa時，反吹羅茨風機及反吹環(huán)自動啟動，反吹空氣通過膠皮軟管進入過濾器內的反吹裝置，并設有限位開關，能上下來回移動，反吹空氣經過分配管至反吹環(huán)局部反吹濾袋，不需停止或切換過濾器就使整個濾袋均能被反吹干凈。當壓差降至800Pa時，反吹風機及反吹環(huán)就自動停止。被反吹下來的灰塵落入 底部灰斗，定時由星形閥排出。這種過濾器的過濾效率很高，對粒度大于2μm的灰塵，效率在98%以上。并且過濾后的空氣中不含油分，操作方便。此外，對空氣灰塵含量不受限制，適應性好，對不同容量的空分裝置可用改變?yōu)V袋的數目來適應，比較方便。其缺點是過濾速度較高，阻力較大，高達1200Pa；對濕度太大的地區(qū)或季節(jié)，濾袋易被堵塞。自潔式過濾器 自潔式過濾器是目前空分設備最普遍選用的過濾器。自潔式過濾器由高效過濾筒、文氏管、自潔專用噴頭、反吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、凈氣室和出風口、框架等組成。（1）過濾過程：在壓縮機吸氣負壓作用下，吸入周圍的環(huán)境空氣。當空氣穿過高效濾筒時，粉塵由于重力、靜電和接觸等被阻留在濾筒外表面，凈化空氣進入凈氣室，然后經出風管引出。（2）自潔過程：當電腦發(fā)出指令，電磁閥啟動并驅動隔膜閥，～，經專用噴頭整流噴出，文氏管卷吸、密封、膨脹，從濾筒內部均勻地向外沖擊，將積聚在濾筒外表面的粉塵吹落，自潔過程完成。（3）清灰過程有3種方式：定時定位，可任意設定間隔時間和自潔時間；差壓自潔，當壓差超指標時，進入自動連續(xù)自潔；手動自潔，當電控箱不工作或粉塵較多時，可采用手動自潔。反吹自潔過程是間斷的，每次僅1～2組處于自潔狀態(tài)，其余仍在工作，所以具有在線自潔功能。自潔式過濾器核心部件過濾筒，采用進口RK300高效防水濾紙，經特殊工藝生產而成。自帶前置過濾網，防止柳絮、樹葉及異物吸入，延長過濾筒使用壽命。采用電腦控制機電一體化，安裝簡單便捷，只需配管通電、通氣即可工作。（4）自潔式過濾器具有以下優(yōu)點：① 過濾阻力小，小型機150Pa，大型機300～800Pa。② 過濾效率比一般過濾器提高5％～10％。③ 適應性廣，采用進口高效防水過濾紙，在潮濕多霧地區(qū)不受太大影響。④ 耗氣少，～，電容量約為100～500W。⑤ 占地面積小，產品為積木式結構，大型機可采用多層疊放。⑥ 結構簡單，設備輕，為同容量的布袋式過濾器及其它過濾器的1/2左右。⑦ 防腐性能好，凈氣室采用優(yōu)質涂層及不銹鋼內襯，杜絕過濾后的二次污染。外表面采用高級防腐船用漆，保證室外環(huán)境下長期不受腐蝕。⑧ 日常維護工作量小，約二年左右更換過濾筒，更換過濾筒不需停機。 自清除在全低壓切換式換熱器的流程中，切換式換熱器在換熱的同時凍結清除空氣中的水分及二氧化碳，這稱之為自清除。其基本原理是當空氣通過切換式換熱器時空氣從常溫冷卻到172℃，空氣中的水分和二氧化碳基本上全部凍結在換熱器的通道內。經一定時間間隔，自動切換并讓低壓的干燥返流氮氣通過該通道，使這段凍結在通道內的水分和二氧化碳在該氣流中蒸發(fā)、升華而被帶走，保證通道暢通，再次自動切換，空氣再次通過，水分和二氧化碳又被凍結在通道內，為此，自清除是水分、二氧化碳凍結與蒸發(fā)升華交替進行的過程。為深刻理解自清除原理，首先要了解空氣中水分和二氧化碳的析出及蒸發(fā)、升華規(guī)律。 飽和與未飽和空氣中水蒸氣的含量隨著時間、地點和環(huán)境條件的不同會發(fā)生變化。在一定的條件下，水蒸氣的含量有一定的限度，這個限度就是最大水分含量。通常把水蒸氣含量已達到最大值的空氣叫“飽和空氣”，把水蒸氣含量尚低于最大值的空氣叫“未飽和空氣”?？諝庵械淖畲笏趾浚ɑ蚪酗柡退趾浚┖蜏囟扔嘘P，隨著氣溫的升高最大水分含量增加，溫度降低，最大水分含量減小。例如空氣溫度在20℃，在30℃。當大氣中水蒸氣含量超過飽和水分含量時，就會有水分凝結出來，這時隨著環(huán)境條件的不