目前的趋向表明,工业用低温设备由于长期运转的可靠性及耐久性,不久将得到公认。制冷机的可靠性及耐久性取决于装置中的关键部分——膨胀机。膨胀机的热力性能对系统的效率也有重要影响。在大型装置中,活塞式膨胀机目前正被透平膨胀机所取代。大给定的循环中,这类透平膨胀机的作用是使冷气体作多变膨胀,并回收所得到的功。

>随着氧气炼钢业和化学工业的发展,提出了制造大型空气分离装置的要求,这时如果仍把大量的空气压到很高的压力来进行膨胀,将是很不经济的,全低压空气分离装置就是在此基础上产生的。在低压空气分离装置中,活塞式膨胀机已不能满足要求,于是人们就开始致力于透平膨胀机的研究。但是最原始的透平膨胀机是轴流冲动式的,效率并不高,这就影响了整个装置的经济性,直到1939年苏联卡皮查院士提出了采用长叶片径向反动式透平膨胀机的方案以后,效率才得到了很大的提高。

EAST氦低温系统是EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一,4台不同进口参数的氦透平膨胀机又是EAST氦低温系统的核心部件,4种类型的氦透平膨胀机全是俄罗斯进口的氦透平膨胀机,其启动过程稳定差,易损坏。主要对俄制损坏氦透平膨胀机进行维修改进、维修后的测试过程和测试结果等进行一些分析,还给出了油气混合轴承氦透平膨胀机的启动、调试的一些操作经验。

设计了一套氦透平膨胀机实验系统,该系统可以用来对工作在液氢—常温区范围内的不同规格的氦透平膨胀机进行性能测试,还可以用于开展以氦为工质的低温环境下透平膨胀机实验研究,以期掌握氦透平膨胀机的关键技术并进一步提高氦透平膨胀机的性能。

引进增压透平膨胀机在机组安全保护和自动控制方面较国内设计、制造的产品更完善、更先进。结合某煤化工公司58000 m3/h空分设备配套膨胀机,介绍引进膨胀机在防止烧瓦事故方面所采取的措施,防喘振控制,膨胀机冷开车和启动、停车过程中的注意事项,以及防止膨胀机发生冰堵的措施。

对螺杆膨胀机内体积膨胀过程及与结构参数间的关系进行了详细探讨，导出了螺杆膨胀机膨胀比的计算式，并对螺杆膨胀机某些结构参数的确定提出了看法．

由于传统的人工合成制冷剂对环境的不良影响,环保的自然工质CO2重新兴起。提高CO2跨临界循环系统的效率成为CO2制冷技术发展的一个研究重点。采用膨胀机可以提高CO2跨临界循环系统的效率,使其接近普通制冷系统的效率。在原有单缸滚动活塞膨胀机的基础上,设计并加工了新型双缸膨胀机样机,对其设计过程、运动原理等进行了介绍,并利用CO2跨临界水-水热泵系统对样机进行了性能测试,测试结果显示,在试验工况下,膨胀机的转速为780～1100r/min,其等熵效率的为28%～33%。

针对跨临界CO2带膨胀机和带喷射器逆循环的差异,从循环工作原理、CO2超临界流体降压过程及循环性能三方面进行对比分析。利用蒸发波理论分析了CO2超临界流体降压过程,结果表明这两个降压过程均是由亚稳态经历蒸发波后发生气液两相流的,其过程均受蒸发波影响。当其他条件相同,气体冷却器出口温度为35℃时,带膨胀机ηe为0.7循环的EER最大值比带喷射器μ为0.7循环的EER最大值高24%,而在蒸发温度为5℃时,前者的EER最大值比后者的EER最大值高33%。

本文介绍了我们研制的PLHe5250型单阀膨胀机的结构、性能及调试结果。膨胀机的气缸直经为φ52毫米,活塞行程为50毫米,不锈钢短活塞在氮化不锈钢气缸里往复运动的速率为700～800转/分。膨胀机的进排气过程由活塞控制。我们已经向使用单位提供了2台膨胀机,将它们装在CHY20型氦液化器上,其液氦产量大于20升/时。用户提供的使用报告说明,膨胀机设计合理、结构紧凑、工作可靠、性能稳定、操作简便。

提出了对于具有两台膨胀机的柯林斯氦液化器膨胀机最佳进气温度的计算方法,并计算了回气压力为1．2ata,进气压力分别为30、20、15和7ata时两台膨胀机的最佳进气温度,以及膨胀机的效率和换热器的效率对膨胀机最佳进气温度的影响。

膨胀机和斯特林机克劳特循环制冷系统中广泛使用活塞膨胀机和透平膨胀机,这是因为它们能提供非常有效的制冷过程。斯特林机也是一种有效的制冷机,在苏联普遍采用这种制冷机。这里我们将分别介绍一些在苏联使用的有关膨胀机和斯特林机的研究工作,以及一些产品型号。膨胀机最新的膨胀机与本世纪初克劳特没计的第一台膨胀机相比已有很大变化。

法国空气液化公司研制的气体轴承透平膨胀机,是低温制冷及液化装置的重要部机。这种透平膨胀机由径轴流透平膨胀机和离心式压缩机组成,而这两部分由气体静压轴承支承。这种透平膨胀机是专门设计成在低温、高压比(5~20)下工作的,它能在宽广的流量范围内运转,亦易于适应特殊运转工况。

本文叙述了如何在１００００ｍ３／ｈ制氧机膨胀机的自动控制系统中应用可编程序控制器以代替原有的有触点继电器控制系统。介绍了系统的配置功能及软件程序，较好地解决了膨胀机中存在的问题。

透平膨胀机是膨胀机法深冷分离装置中的关键设备,本文根据某油田引进装置的设计条件,考核了使用 SRK(1972)、修正的 SRK(1978)和 P-R 等立方型状态方程进行膨胀机模拟计算的适用性,所得结果与原设计值和BWRS状态方程计算值基本一致,而且节省机时。由于修正的SRK方程具有较完整的二元交互作用系数,因此,在膨胀机法深冷分离计算中一般可优先考虑采用。

从往复式、转子式、螺杆式和涡旋式膨胀机的几何结构出发 ,对其膨胀过程进行了理论分析 ,并研究了各自的运动规律。通过对带有不同类型膨胀机的CO2 跨临界系统进行热力计算 ,得出了各种膨胀机的实际功率范围和特征结构尺寸。考虑到超临界二氧化碳的膨胀特性 ,提出了理想的CO2 膨胀机应该满足的要求并比较了它们各自的优缺点

随着天然气大量应用及其相关技术的不断发展,天然气管网的输送压力也越来越高,蕴含巨大的压力能。为充分利用天然气出口压力能及解决天然气在开采过程中降压产生的冰堵,设计一种可利用天然气自身压力发电并防堵的天然气井口涡旋式高压气体膨胀机。

有机物朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)的主要优点在于回收中低品位热能发电时的高效、环境友好、压力适宜等。文中对有机物朗肯循环进行了实验研究。实验装置采用涡旋式膨胀机,以R600a为工质,膨胀机最大输出电功率0.74 kW,最大第一定律效率2.4%。实验发现膨胀机最高转速为4 589 r/min;根据膨胀机输出功率随工质泵频率及热源温度的变化情况,发现工质泵频率存在一个最佳值,使得系统输出功率最大。

本文针对常规工质制冷与热泵系统中采用膨胀机代替节流阀效率提高的程度进行了分析、同时对膨胀机的测试方法进行了介绍,作为常规工质膨胀机设计与开发的准备工作。根据计算结果,常规制冷剂在一般工况下,当膨胀机效率达到70%时,理论上可回收的膨胀功占压缩功的2-15%,并增加10-20%的制冷量,这样对COP或EER的贡献可达3.6%～20%。在大中型系统中,其回收功的数量比较可观。若能推广应用,其节能潜力是巨大的,完全可以作为分布式能源系统的分散能源资源利用起来。

改革后的加温流程如图所示。方法是:将55－210型膨胀机排气管接上一段1“ 管子,此管通过加温阀3与电炉接通。加温时,打开膨胀机进口阀1、加温阀3、热交换吹除阀及加温总阀,关闭膨胀机排气阀2、高压空气总进口阀4、P-1阀及氮支路阀。膨胀机按正常加温将进排气阀杆用机械顶起,加温气从加温总阀进入,通过加热炉、阀3、膨胀机、阀1、从热交换器吹除阀放出。从而达到膨胀机的单机加温。

减少二氧化碳循环高压截流损失的方案主要有膨胀机和喷射器两种。建立了跨临界二氧化碳节流阀循环模型、膨胀机循环模型和喷射器循环模型。研究了在典型的家用热泵热水器工况下采用不同循环时,气体冷却器工质进出口温度对循环性能和高压侧压力的影响。研究结果表明,气体冷却器工质出口温度低于40℃时,膨胀机循环效率高于喷射器循环;气体冷却器工质出口温度高于40℃时,膨胀机循环效率低于喷射器循环;膨胀机循环与截流阀循环的高压侧压力相同,低于喷射器循环。

为了提高制冷系统的效率,研制了滑片膨胀机,以替代跨临界CO2制冷循环中的节流阀.利用膨胀机气缸上2只相隔一定角度的压力传感器,获得了工作腔内压力随转角变化的完整曲线(p-θ图),并通过p-θ图分析了膨胀机的内部热力过程.研究结果表明:所研制的滑片膨胀机能够实现连续、稳定的膨胀过程,但严重的内部泄漏使得膨胀过程中的压力下降非常迅速,并导致过度膨胀现象发生。

膨胀机是朗肯循环的核心做功部件,相对于涡轮膨胀机,往复活塞式膨胀机更适合于回收发动机废气余热,研究活塞式膨胀机的热力过程对于优化朗肯循环的效率有重要的参考价值.为此,建立了往复活塞式膨胀机的热力过程计算模型,并计算分析了主要技术参数对膨胀机的性能影响规律.结果表明,进气压力和转速增大以及进气门关闭时刻的推迟都会导致往复活塞式膨胀机输出功和质量流量的增大,但会导致卡诺循环完成效率的降低.

CO2跨临界制冷循环存在最佳高压压力,对应着最大COP。但是,膨胀机循环的最佳高压压力与节流阀循环的最佳高压压力不同。CO2膨胀机循环的最佳高压压力主要受压缩机效率、膨胀机效率、气体冷却器出口温度以及蒸发温度等参数的影响。当压缩机和膨胀机的效率一定时,CO2节流阀循环的最佳高压压力比膨胀机循环的高。为了计算方便,对膨胀机循环的最佳高压压力进行了计算和数据回归,并给出了计算关联式。

膨胀机工作过程模拟是以膨胀机实际工作过程为研究对象,综合各种因素,建立数学模型,利用计算机对模型进行数值求解,分析了膨胀机中工质的主要热力参数以及其能量、质量及功率等变化特性,计算了膨胀机输出功和效率等主要参数,通过分析,揭示了膨胀机的内部工作规律和改进膨胀机性能的途径。

本文分析了CO2双缸滚动活塞膨胀机中间通道对其效率及膨胀比的影响。并对CO2双缸滚动活塞膨胀机的中间通道进行了改进,即同时减小中间通道的长度和直径。本文还对改进后的膨胀机做了相关实验,实验中膨胀机的入口最优工况在26℃,6.5MPa左右,回收功率最高达到200W,效率最高达到42.3%。在各种实验工况下,原膨胀机测得的膨胀比已经达到了2.2左右,较之设计膨胀比2.5,已经非常接近。但是,原膨胀机仍有改进的空间。

设计并比较了3种具有可行性的CO2跨临界循环。计算结果表明,当膨胀机效率大于19%时带膨胀机的两级压缩循环较双级节流循环的要好,膨胀机效率大于45%时,带膨胀机的单级压缩循环COP比双级节流循环要高。另外,通过引入当量温度分析法,将带膨胀的CO2跨临界循环与R134a循环进行了对比。结论是CO2双级带膨胀机循环的稳定性好,当量冷凝温度较大时单级带膨胀机循环性能高于R134a循环,当量冷凝温度较低时,R134a循环性能与双级带膨胀机循环不相上下。

开发CO2膨胀机代替节流阀是提高CO2跨临界循环系统性能系数的一个有效途径。根据目前空调制冷CO2膨胀机的研制状况,描述了CO2膨胀机研制过程中的难点,指出研究CO2膨胀机的关键在于解决摩擦和泄漏问题。对自行设计开发的两代膨胀机样机进行了实验研究,发现第二代膨胀机的运行效果明显好于第一代膨胀机。

原日立TO－M150型空分设备所配动-静压气体轴承透平膨胀机投产时卡机,日方修后又卡机。1989年5月改用国产全静压气体轴承造平膨胀机,绝热效率由~61%提高到~65%,国产化替代成功。文章列出了原日方和改造后的机芯结构及操作参数对比。

10000 m3/h空分设备原设计有两种运行工况,由于公司生产需要,实施了空分设备由单膨胀机运行工况向双膨胀机运行工况的转换。详细介绍了工况转换前的空分设备运行情况、转换预案、实施双膨胀机工况转换的具体过程。

随着对于CO2膨胀机研究问题的不断深入,相关的一些影响膨胀机效率和稳定性的关键性问题随即被提出,其中膨胀机内部流体的膨胀相变过程是重要的影响因素之一。本文通过对膨胀机的内部改造,添加LED内部光源,嵌入承受高压的石英玻璃视窗,并结合CO2热泵系统以及高速摄影仪图像采集系统,建立了膨胀机内部流动可视化观测试验台,进行了一系列探索试验。