磁悬浮轴承透平膨胀机
透平膨胀机的工作原理与作用
透平膨胀机的工作原理与作用透平膨胀机，也被称为透平发电机、透平机组或透平发电机组，是一种利用透平工作原理进行发电的设备。
它是一种热力机械系统，通过将高温高压的工质（通常为蒸汽或燃气）经过透平膨胀机进行膨胀，从而将热能转化为机械能，然后再通过发电机将机械能转化为电能。
透平膨胀机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 进气过程：工质（蒸汽或燃气）从进气口进入透平膨胀机内部。
2. 加热过程：进入透平膨胀机的工质被加热，使其温度和压力都增加。
3. 膨胀过程：加热后的工质通过透平膨胀机内的透平叶片，使透平叶片转动。
透平叶片转动的过程中，工质的内能转化为动能，从而产生机械能。
4. 排气过程：透平膨胀机内的工质经过膨胀后，压力和温度都降低，然后通过排气口排出。
透平膨胀机的作用主要是将热能转化为机械能，然后再经过发电机将机械能转化为电能。
透平膨胀机在发电行业得到广泛应用，特别是在燃气、核能和化石能源发电系统中。
它具有以下几个优点：1. 高效性：透平膨胀机能够将热能转化为机械能的效率较高，能够充分利用能源资源。
2. 灵活性：透平膨胀机的运行速度可以根据需要进行调节，适应不同负载要求，具有较高的灵活性。
3. 可靠性：透平膨胀机结构简单，运行稳定可靠，具有较长的使用寿命。
4. 环保性：透平膨胀机在工作过程中不产生废气和废水，对环境无污染。
透平膨胀机在发电系统中的应用越来越广泛，它不仅可以单独作为一台发电设备使用，还可以与其他发电设备（如燃气轮机、蒸汽轮机）组成联合循环发电系统，提高整体发电效率。
同时，透平膨胀机还可以用于工业生产过程中的废热回收，提高能源利用效率。
透平膨胀机是一种利用透平工作原理进行发电的设备，通过将高温高压的工质经过透平膨胀机进行膨胀，将热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
它具有高效性、灵活性、可靠性和环保性等优点，在发电行业得到广泛应用。
随着能源问题的日益突出，透平膨胀机的发展前景将更加广阔。
透平膨胀机
透平膨胀机，是空气分离设备及天然气（石油气）液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键部机，是保证整套设备稳定运行的心脏。
原理其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。
我们平常用气筒打气会发现筒身发热,那是因为活塞压缩气体气体放热,如果反之其原理就类似于膨胀机了(更确切的说是活塞式膨胀机).透平膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或制动风机消耗。
扩展资料：膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。
[1]膨胀机常用于深低温设备中。
膨胀机按运动形式和结构分为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。
活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。
活塞膨胀机：活塞式膨胀机是通过气体膨胀推动活塞向外界输出功以产生制冷量的机器。
工质在气缸内推动活塞输出外功，同时本身内能降低。
因此，膨胀机也是一种气体发动机，所不同的是以使气体冷却获得冷量为主，利用机械功是次要的。
一般来说，活塞膨胀机多适用于中、高压小流量领域。
活塞式膨胀机广泛应用于空分装置及液化装置，尤其是在高压、小体积流量条件下。
1934年前苏联的卡皮查提出用活塞式膨胀机替代液氢进行预冷实现氦气液化，真正实现则是到了20世纪50年代，美国的Collins做出了带活塞式膨胀机预冷的氦液化器，但该产品在低温下活塞和气缸容易卡住，难以稳定工作。
针对这个问题，1962年，中国科学院物理研究所低温物理研究室（中国科学院理化技术研究所前身）周远提出采用室温密封长活塞结构替代原卡皮查结构的方案，并于1964年研制成功，实现了带活塞式膨胀机预冷氦液化器的稳定运行，1965年获得生产推广。
透平式膨胀机工作原理
透平式膨胀机工作原理
透平式膨胀机是一种利用气体动力膨胀来驱动的机械设备，其工作原理如下：
1. 气体进入膨胀机：初始阶段，高温高压气体进入透平膨胀机的压力腔。
透平膨胀机通常有多个透平级别，每个级别内有一对相互旋转的叶轮。
气体通过膨胀机进入透平级别，并通过叶轮的导向叶片被引导到透平叶轮之间的叶轮空间。
2. 汽轮叶轮工作：当气体进入透平叶轮之间的叶轮空间后，由于叶轮之间的差压力作用，气体会带动叶轮加速旋转。
在叶轮加速旋转的过程中，气体的压力和温度会下降，同时叶轮也会转动，并将气体动能转化为机械能。
3. 气体排出：气体从透平叶轮之间的叶轮空间流出后，进入逆向叶轮的叶轮空间。
逆向叶轮会通过导向叶片以及叶轮的反向旋转，将气体引导到透平叶轮之间的叶轮空间，并再次进行加速旋转。
这样，气体在逆向叶轮的作用下又再次转移了部分动能。
4. 工作流体排出：经过多级透平叶轮的循环加速旋转和排气过程后，气体的压力和温度会进一步下降，最终排出膨胀机。
通过上述原理，透平式膨胀机将高温高压气体的动能转化为机械能，可以广泛应用于发电、航空航天以及工业生产等领域。
新型永磁悬浮轴承在透平机及心脏泵中的应用
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脱 离了定子并保持 了稳定悬浮． 结果表明： 高速旋转的悬浮体所具有的陀螺效应能够使永磁悬浮转 子稳定平衡 ； 在静止或转速很低的情况下， 永磁 悬浮转子不能保持稳定的旋转 ； 一旦转速超过 某一 临界值 ， 它就会 获得 陀螺 效应 并借 此达到 ５ 自由度 的稳 定悬 浮．
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气体轴承及磁悬浮轴承在低温透平膨胀机上的应用
一
般只有油载轴承 的 ｌ ％左右。 但是
时， 壳间的机械 密封并不能达到严 最重要的是没有油污染 ， 机 机械接触基 格意义上 的密封效果 ，因此 存在着 本很 少，其环保和安全性 是勿庸 置 压力相对较高的润滑油窜入压力相对 疑 的，转 动部件的磨损也 能减 少到 较低 的膨胀 空气 中的可 能性 ，而后 最低程度 。气体承载分静压轴承 和 油随着 空气 进入精馏塔 ，这 是极其 动压轴承 ，但是现在使用较 多的还 危 险 的。其 次，冷 量也可能在密封 是静压轴承 。静压轴承需要外界不 不严处泄漏 ，冻结轴承润滑 油，使 断供 气 ，需要 消耗 外界 部分能 量 ，
这种 作 性 能稳 定、运 转周 期长 等优 点 ， 势必使得膨胀机转子转速较高 。 油润滑轴承 由于本身的缺 陷 且其 机 内的工作 工程 更接近于等熵 场合下 ， （ 绝热 ）过程 ，具 有绝热 效 率高 的 就 很难达到设备 的运转要求 。 而气体 特 点。 轴承 具有摩擦损失低 、 无污染、 适应 由其工作特 点所决定的， 透平式 温度 范围广、 运转平稳 、 使用时间长 膨胀机主轴转速很高， 因此主轴轴承 等优点 ， 能大大提高透平膨胀机 的经
维普资讯
气体 轴承及磁 悬浮 轴承在低温
透 平膨胀 机上的应 用
王丽 丽
（ 吉林石化公司化肥厂空分车间 吉林 吉林 １ ２ ２ ） ３ ０ １
【 摘
要 】对 现有 低温透 平膨 胀机 主轴轴 承工作 状况 进行 分析 。介绍 了气体
轴 承及新 型磁悬 浮轴承 的结构和工 作特点 。分 别对其性 能做出 比较 。
的性能好坏直接影响到透平膨胀机能 济 效 益 。
否正常工作 。 我厂空分车 间几套空分
高速透平机械超导磁悬浮轴承转子结构设计
高速透平机械超导磁悬浮轴承转子结构设计一、前言高速透平机械是现代工业中的重要设备之一，其传动轴承系统的稳定性直接影响着整个设备的运行效率和寿命。
为了提高传动轴承系统的稳定性，超导磁悬浮轴承技术应运而生。
本文将详细介绍高速透平机械超导磁悬浮轴承转子结构设计。
二、超导磁悬浮轴承原理超导磁悬浮轴承是利用超导体在低温下表现出的完全抗磁性和自锁效应来实现对转子的非接触支撑和定位。
其主要原理包括：1. 超导体在低温下表现出完全抗磁性，能够抵消外部磁场对其产生的作用力。
2. 超导体在磁场中会发生自锁效应，即转子偏离平衡位置时，由于超导体内部电流的变化会产生反向作用力使转子回到平衡位置。
3. 通过控制电流来控制转子位置，从而实现对转子的非接触支撑和定位。
三、高速透平机械超导磁悬浮轴承转子结构设计1. 转子材料选择由于高速透平机械需要承受较大的离心力和惯性力，因此转子材料需要具有高强度、高刚度和耐疲劳性能。
常用的转子材料包括铝合金、钛合金、镍基合金等。
2. 转子形状设计为了减小离心力和惯性力对转子的影响，常采用中空圆柱形或中空锥形结构。
此外，还需考虑转子与超导体之间的间隙大小和位置，以及超导体所处的位置等因素。
3. 超导磁悬浮轴承设计超导磁悬浮轴承主要由永磁体、控制电路和超导体三部分组成。
其中，永磁体产生恒定的磁场，控制电路控制超导体内部电流大小和方向，从而控制转子位置。
4. 控制系统设计超导磁悬浮轴承的稳定性取决于控制系统的精度和响应速度。
因此，在设计控制系统时需要考虑多种因素，如传感器精度、信号采集速度和控制算法等。
五、总结高速透平机械超导磁悬浮轴承转子结构设计是一个复杂的工程，需要综合考虑多种因素。
本文从超导磁悬浮轴承原理、转子材料选择、转子形状设计、超导磁悬浮轴承设计和控制系统设计等方面进行了详细介绍，希望能够对读者有所帮助。
透平膨胀机的工作原理
透平膨胀机的工作原理透平膨胀机是一种能够将热能转化为机械能的设备，其工作原理类似于蒸汽锅炉中的汽轮机。
以下是关于透平膨胀机的工作原理的详细解释。
1. 工作介质：透平膨胀机通常使用气体或蒸汽作为工作介质。
气体或蒸汽从高压侧进入透平膨胀机，经过膨胀过程后从低压侧排出。
2. 透平膨胀机构成：透平膨胀机主要由转子和定子两部分组成。
转子是一个具有叶片的旋转部件，而定子是一个固定的环形结构。
转子和定子之间形成一个扇形的工作腔。
3. 膨胀过程：当工作介质进入膨胀机时，其高压使得转子开始旋转。
转子旋转的同时，介质通过叶片与转子之间的间隙进入并压缩。
由于转子的旋转，腔内的体积逐渐增大，气体或蒸汽由于压力差开始膨胀。
蒸汽的膨胀使得腔内压力下降，同时蒸汽的温度也降低。
4. 叶片工作：由于转子上安装有叶片，当气体或蒸汽通过叶片时会受到其作用力，从而产生一个推力。
这个推力会使得转子继续旋转，并转化为机械能输出。
另外，透平膨胀机通常采用多级扇形腔体结构，每级叶片与腔内气体或蒸汽的作用力相互叠加，从而增强了输出功率。
5. 负载调节：透平膨胀机的负载调节可以通过调整进气阀门或排气阀门的开合程度来实现。
当需要增加输出功率时，可以打开进气阀门，增加进入膨胀机的气体或蒸汽量。
相反，当需要减少输出功率时，可以关闭进气阀门，减少进入膨胀机的气体或蒸汽量。
总结：透平膨胀机通过气体或蒸汽作为工作介质，利用压力差和温度差实现能量转换。
在透平膨胀机中，气体或蒸汽通过叶片与转子之间的间隙进入并压缩，在转子的旋转下膨胀，并利用叶片的作用力转化为机械能输出。
透平膨胀机的应用十分广泛，例如用于发电厂的汽轮机、燃气轮机、船舶动力系统等。
透平膨胀机的工作原理
透平膨胀机的工作原理
透平膨胀机是一种能够将热能转化为机械能的设备，其工作原理基于透平机械的机械能转换原理。
具体工作原理如下：
1. 压缩空气进入：透平膨胀机的工作开始于压缩空气的进入。
通常，空气是通过管道或其他进气系统引入透平膨胀机的。
2. 缩小截面积：进入透平膨胀机后，空气通过流道进入一个扩散段，这个扩散段的截面积随着流动的方向逐渐扩大。
这样做的目的是降低空气的速度，增加空气在透平内部的停留时间，使得热量能够被更有效地传递给空气。
3. 热能转化：在透平膨胀机内部，空气会与热源接触，例如高温的燃气、蒸汽或其他热源。
由于热传导，空气的温度上升，从而将热能转化为空气的内能。
4. 驱动转子旋转：透平膨胀机内部包括一个或多个转子，每个转子都有一系列叶片。
当空气被加热并达到高温高压状态后，它被引导通过转子的叶片。
空气的高压作用下，叶片开始旋转，并传递动能给转子。
5. 输出机械能：转子通过旋转从热能转化为机械能。
这个旋转过程驱动了连轴器或其他机械装置，使其进行所需的工作，例如驱动发电机、压缩机或其他负载设备。
6. 排出废气：在转子内部完成能量转换后，空气会经过一个排气系统从透平膨胀机中排出。
排出的废气通常是温度较低、压
力较低的空气。
通过这样的工作原理，透平膨胀机将热能转化为机械能，实现了能量的有效利用。
它广泛应用于各个领域，如发电、化工、热能回收等。
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磁悬浮轴承透平膨胀机
早在1980年，CRYOSTAR公司就与一家磁轴承制造商结成伙伴关系，开发了采用磁悬浮轴承的增压透平膨胀机。
随后进行了广泛的运转，于1988年推出了工业用生产装置。
现在，磁悬浮轴承透平膨胀机在国外已有长足的发展。
1999年11月，CRYOSTAR公司已生产磁悬浮轴承透平膨胀机75台，最小功率功率300kW，最大功率4MW。
膨胀机效率实测92%，增压机效率为86%。
采用闭式整体叶轮，材质为高强度铝合金，最大圆周速度可达400m/s。
LOTOFLOW公司的磁悬浮轴承透平膨胀机最大功率已达到13000马力，转速达7000r/min， 用于石油平台上的乙烷回收装置。
最小的磁悬浮轴承透平膨胀机功率为100kW。
磁悬浮轴承透平膨胀机后透平膨胀机的发展方向。
据介绍，LOTOFLOW公司已经完成了 30000马力，能量回收用磁悬浮轴承透平膨胀机的技术储备。
图5是磁悬浮轴承透平膨胀机的示意图。
透平膨胀机的一端是膨胀机叶轮，另一端是增压机叶轮。
由两个叶轮和轴组成的子由每一段的径向磁悬浮轴承和一个中间的止推磁悬浮轴承所支承。
为了防止在磁轴承失去磁性时刮伤迷宫密封以及在主电源和返回式电池电源都失电时能保护设备，在轴的两端还安装了一个抗摩擦轴承。
这些轴承用从膨胀端和压缩端漏人中间室的气体冷却。
冷却了磁轴承后的气体再用管路送回主供气压缩机或者循环压缩机。
因此，在这个过程循环中没有气体损失。
图5 磁悬浮袖承透平膨胀机
磁悬浮径向轴承由两个部分组成：固定在透平转子轴上的电磁铁和在它周围的定子。
借助于固定的电磁铁，由黑色金属制成的转子可以在磁场中被支承起来。
如果在定子和之间建立起—个小的 空气隙并对电磁铁施以恰当的电力控制，则转子可在负荷变动的情况下维持精确的位置。
磁悬浮止推轴承由一个扁平的实心铁磁体盘组成，径向装配在轴上，在轴向固定。
轴向磁悬浮轴承的定子用实心环形铁心制成，并加工了一些环形凹槽，用来嵌入电磁铁的配线线圈。
把定子在两端定位后就形成了一个双作用推力轴承。
控制系统在理论上是简单的，但在电子学上是较复杂的。
电磁铁接受正在指示轴位置的传感器的讯号，并和与转轴的标准位置 (径向和轴向)相对应的讯号进行比较。
这两个讯号之间的任何偏差都产生出一讯号。
在控制回路中对这个误差讯号进行加工后，会发出一个命令给功率放大器，使某个电磁铁的供电电源增大或者减小。
如上所述，磁悬浮轴承透平膨胀机了两道保护：当供电电源突然停
电时，由UPS不间断电源供给电力；当UPS也不能供应足够的电力时，则在辅助抗摩擦轴承的帮助下实现安全停车（见图5)。
磁悬浮轴承透平膨胀机与常规的油轴承透平膨胀机相比有以下优点：
（1）磁悬浮轴透平膨胀机不需要润滑，没有油泵、油过滤器、油冷却器等组成的供油装置，对过程气体没有任何污染，因此对后续设备(如换热器等)无任何威胁。
（2）磁悬浮轴承透平膨胀对转子的动平衡要求低于常规油轴承透平膨胀机对转子动平衡的要求。
即使转子在工作中有一定程度的局部损坏而影响了的动平衡也可以通过控制系统改变某个位置的磁力使其保持正常运行。
（3）磁悬浮轴平膨胀机与油轴承透平膨胀相比，由于磁轴承降低了功率损失，不需要供油装置，再加上不损失工艺气体，因此可改善循环的效率，见表1-5。
（4）磁悬浮轴承透平膨胀机启动方便，容易保管维护，可靠性好。
据介绍，其可靠性或年运行可靠率超过99.9%。
其中很多装置的年运行可靠率实际上是100%。
表1-5 两种轴承透平膨胀机气体动力学效率之比较
轴承型式油轴承磁悬浮轴承转速（r/min）2800028000
产生的冷量(kW)823823
轴承损失(kW)267用于压缩的功率(kW)797816
辅助设备之比较
冷却水功率(kW)10
油加热器功率(kW)40
油泵功率(kW)150
总的辅助功率(kW)200
总功率
用于压缩的功率(kW)
777816
循环效率的改进 5.1%
占地面积和重量
重量(kg)65001500占地面积长×宽×髙(m) 3.8×2.4×3.3 1.6×1.4×3.3
目前用于空分装置的磁悬浮轴承透平膨胀机的造价要比常规油轴承透平膨胀机的造价约髙15%，而用于LNG装置中的磁悬浮轴承透平膨胀机的造价则要比常规油轴承透平膨胀机的造价低约15%。
磁悬浮轴承的轴承损失现在已可降低到0。
在国外，透平膨胀机不设计制造磁悬浮轴承。
磁悬浮轴承由专业生产厂根据透平膨胀机设计制造厂家提出的条件和要求，进行设计和制造供货。
在国外，磁轴承已用于离心压缩机、汽轮机、水泵，以减少轴承损失，提商机器的效率。