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透平膨脹機(jī)的工作原理

    透平膨脹機(jī)是空氣分離裝置、天然氣/石油氣液化分離裝置，以及低溫粉碎等設(shè)備獲取冷量所必需的關(guān)鍵部機(jī)，是保證整套裝置穩(wěn)定運(yùn)行的心臟。其主要原理是利用有一定壓力的氣體在透平膨脹機(jī)蝸殼內(nèi)進(jìn)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(qiáng)烈地冷卻而達(dá)到制冷的目的。透平膨脹機(jī)輸出的能量可以由同軸的增壓機(jī)、壓縮機(jī)、泵類以及發(fā)電機(jī)回收，或者被制動風(fēng)機(jī)、油等消耗。透平膨脹機(jī)按照結(jié)構(gòu)不同可以分為軸流式和徑流式。但是除了大流量、大功率以及高溫條件下的膨脹機(jī)采用軸流式之外，絕大多數(shù)透平膨脹機(jī)采用向心徑流式。

    透平膨脹機(jī)技術(shù)的發(fā)展

    1898年英國人勞德.雷利首先提出應(yīng)用透平膨脹機(jī)的設(shè)想，1930年德國人林德第一次應(yīng)用單級透平膨脹機(jī)獲得成功，上世紀(jì)60年代，美、德、蘇等國又相應(yīng)發(fā)展了小型高速、大膨脹比、高壓大功率等多種用途的透平膨脹機(jī)。70年代的能源危機(jī)促進(jìn)了透平膨脹機(jī)在能量回收方面的應(yīng)用。

    目前，我國石油、化工、冶金、空分等行業(yè)所用的透平膨脹機(jī)大部分從國外進(jìn)口。特別是應(yīng)用于石化、天然氣領(lǐng)域的低溫膨脹機(jī)，如液化石油氣（LPG）、液化天然氣（LNG）等工藝流程的膨脹機(jī)基本完全進(jìn)口，大型空分用制冷膨脹機(jī)也主要為國外廠商壟斷。近年來，國內(nèi)各透平機(jī)械制造商也在透平膨脹機(jī)領(lǐng)域加大研發(fā)力度，并且已取得了部分成績。

    國外膨脹機(jī)制造商在工藝流程的匹配、特殊材料的選用、制造工藝、葉片的設(shè)計(jì)試驗(yàn)、轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性分析等關(guān)鍵技術(shù)方面一直沒有停止過進(jìn)步和發(fā)展。特別是CFD等粘性流場分析軟件和ANSYS有限元分析軟件的迅速發(fā)展更是為透平膨脹機(jī)研究、設(shè)計(jì)、制造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)基礎(chǔ)。

    透平膨脹機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

    透平膨脹機(jī)首先應(yīng)用于空氣分離工業(yè)，而后在1960年又被用于天然氣工業(yè)?，F(xiàn)在，透平膨脹機(jī)已不僅用于空氣分離、天然氣液化、乙烯冷箱、氫氦液化等低溫裝置中制取各種溫度等級的低溫冷量，在國外還已廣泛應(yīng)用于余壓、廢熱的能量回收，如：

    1.天然氣管道壓差發(fā)電

    2.天然氣液化及儲存

    3.LNG冷能發(fā)電與冷能的綜合利用

    4.合成氨尾氣的液化提取

    5.工業(yè)低溫余熱發(fā)電

    6.地?zé)?、海洋能、太陽能光熱發(fā)電。