空分制氧技术第2章 制冷技术.docx

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空分制氧技术第2章制冷技术

第二章制冷技术

为使空气液化，需要获得低温，工业上常用两种方法，即空气通过节流阀或膨胀机的膨胀制冷获得低温，甚至液化。

这两种方法是以气体的膨胀为基础的。

2.1空气的液化

2.1.1流膨胀效应

通常把高压流体流经管道中的小孔后压力显著降低的过程称为节流。

节流孔径越小，则局部阻力越大，节流前后的压力变化也越大；反之，就越小。

在实际工作中，为了调节，通常用节流阀代替节流孔。

气体在节流时，既无能量输出，也无能量输入，所以气体节流前后的能量保持不变，即节流前后的焓值相等。

这是节流过程的基本特点，因此节流过程可看作是近似的绝热过程。

实际气体的焓值是温度和压力的函数，所以实际气体节流后的温度是发生变化的。

这种现象叫节流效应（焦耳－汤姆逊效应）。

空气经过节流，虽然可降低温度，但对外没有热量交换，也没有做功，因此节流过程本身并没有产生冷量。

节流特点：

节流效应与节流前的压力和温度有关。

节流前的温度降低，节流效应增大。

节流前的压力增高，节流效应变小。

等温节流制冷时，气体需经历等温压缩和节流膨胀两过程才具有制冷量。

2.1.2膨胀制冷

气体对外做功的机器称为膨胀机。

气体在膨胀机中一边膨胀，其内位能增加，又一边对外做功，这两部分能量消耗都需要用内动能来补偿，所以气体在膨胀机中等熵膨胀，焓值下降，温度必然降低。

高压气体等熵膨胀时向外输出机械功，这样消耗了大量的气体内能（焓值减小）。

另外，还由于膨胀时气体体积增大，分子距离也要增大，但是分子间有吸引力，为了克服分子间的吸引力又要消耗气体分子的一些动能（动能减小）。

这样气体分子的内能和动能在等熵膨胀时大量消耗，从而降低了气体温度。

所以等熵膨胀后，气体温度总是下降的。

气体等熵膨胀产生的温差，不但随着膨胀前后的压力比值增大而增加，而在膨胀前后压力不变的情况下，还随着膨胀前的温度的变化而变化。

所以为了获得较大的温降和单位制冷量，可采用增加膨胀比和提高膨胀前温度的方法。

但不是无限制的，而是在合理的等熵效应范围内进行。

2.1.3节流与等熵膨胀的比较

在制冷量和温度效应多寡方面，等熵膨胀比节流膨胀制冷效果显著。

但节流过程用节流阀结构简单，调节方便，并且可以工作在气液两相区内。

2.2膨胀机

绝热等熵膨胀是获得低温的重要途径之一，也是对外做功的一个重要热力过程。

而作为用来使气体膨胀输出外功以产生冷量的膨胀机，则是能够实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械。

现代空分设备对膨胀机的要求：

更高的整机效率；更好的稳定及调节性能；更安全及可靠的保护系统；更长的运行周期及使用寿命等。

对于空分设备来说，低温精馏装置冷量损失的及时补充、产品产量的有效调节等都使得为其提供充足冷量的膨胀机显得尤为重要。

透平膨胀机是利用工质在流道中流动时速度的变化来进行能量转换，也称为速度型膨胀机。

工质在透平膨胀机的流通部分中膨胀获得动能，并由工作轮轴端输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。

2.2.1作用和分类

按结构分有两种，活塞式膨胀机和透平式膨胀机。

按工质在膨胀过程所处的状态，可分为气相透平膨胀机和两相透平膨胀机。

按透平膨胀机的制动方式，可分为风机制动膨胀机、增压机制动膨胀机、电机制动透平膨胀机、油制动透平膨胀机。

根据透平膨胀机的轴承不同形式，可分为油轴承透平膨胀机、气体轴承透平膨胀机和磁轴承透平膨胀机。

根据工质在工作轮中流动的方向，透平膨胀机可分为径流式、径－轴流式、轴流式。

现代空分设备普遍采用的是向心径－轴流反动式透平膨胀机，它具有焓降大、允许转速高、结构简单和热效率高的特点。

2.2.2工作原理及基本方程

1、工作原理

透平膨胀机是一种高速旋转的机械，它是利用工质流动时速度的变化来进行能量转换的，因此称为速度型膨胀机。

它由膨胀机通流部分（由蜗壳、喷嘴、工作轮、扩压器组成）、制动器及机体三部分组成。

工质在透平膨胀机的通流部分中膨胀获得动能，并由工作轮轴端输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。

膨胀工质由进气管进入蜗壳，被均匀地分配进入喷嘴；经过喷嘴膨胀，降低了压力和温度后进入工作轮，在工作轮中工质进一步膨胀做功；然后经由扩压器排入膨胀机的出口管道，而膨胀功则由工作轮相连的主轴向外输出。

由膨胀机主轴输出的能量可被用来驱动一台压缩机或一台发电机。

以使透平膨胀机有一个稳定的运行条件。

2、基本方程

⑴状态方程

相对来说，在空分设备用透平膨胀机的计算中，利用压缩性系数Z来对理想状态方程进行修正是最方便的，精度也能满足要求。

pv=ZRT

式中：

p－绝对压力，Pa；

v－气体比体积，m3/kg；

R－气体常数，J/（kg·K）；

T－气体温度，K。

压缩性系数可由Z－p图表中查得。

⑵连续性方程

在透平膨胀机流道中，一般流动过程可简化为一元稳定流动时，如果在流体流经的任意两截面间即没有流体加入，也没有流体排出，则在该管道内的每一个与流速方向垂直的横截面上单位时间内流过的流体质量始终不变。

式中：

－质量流量（膨胀气量），kg/s；

－气体密度，kg/m3；

、

－气体在两个状态下的速度，m/s；

－垂直c的流道截面积，m2；

从上式中可看出，当流体体积流量一定时，流道截面积和气体速度成反比关系。

⑶动量方程

在透平膨胀机的固定流道（如喷嘴和扩压器）中，对于一元稳定流动，下面方程得到广泛的应用。

（

）=

ZRT1

上式适用于有摩擦的不可逆的绝热流动过程。

⑷能量守恒方程

根据能量守恒定律，当工质在绝热过程中，与外界既无热量交换，又无动能传递，则膨胀过程从始到终的单位质量能量是不变的，即：

常数

式中：

、

－工质在两个状态下的动能，J/kg

2.2.3透平膨胀机的损失、产冷量及效率

透平膨胀机的损失基本上分为两大类：

内部损失和外部损失。

内部损失影响膨胀机的等熵效率；外部损失只对膨胀功的回收和利用率有影响。

内部损失又可分为流道损失和非流道损失。

在气流流经的通道中，因气流与壁面、气流与气流之间的摩擦和冲击而引起的损失等统称为流道损失。

而工作轮与静止件之间的气体摩擦、气体内泄漏等损失称为非流道损失。

综合起来，影响透平膨胀机等熵效率的主要损失有5种。

1、喷嘴损失

膨胀气体流经喷嘴时，会产生流道表面的阻力、局部涡流和气流冲击等损失。

它与气体流动速度、喷嘴叶片叶型、叶片高度，叶片表面粗糙度及叶片出口边缘（尾部）厚度等因素有关。

2、工作轮损失

气体在叶轮流道中的流动损失。

当气体流经叶轮流道时，由于叶片型线、表面粗糙度等因素引起的摩擦损失，气体流动时的涡流和冲击损失等。

3、余速损失

现代透平膨胀机中，气体多以较高的气流速度排出叶轮后进入扩压器，经扩压器来进一步降低介质的速度（压力和温度升高），使其达到允许值。

实际上，气体在扩压器中的流动是一种压缩过程，需要消耗部分能量。

对透平膨胀机来说，同样减少了有效能量。

这两部分能量的损失称余速损失。

4、轮背摩擦鼓风损失

轮背摩擦鼓风损失是有叶轮轮背、轮盖和静止元件之间间隙中的气体而产生的。

紧靠轮背、轮盖的那部分气体附着在叶轮上，以和轮背、轮盖相同的圆周速度运动，而紧靠壳体的那部分气体则和壳体一样，是静止不动的，在这个间隙中形成了一个速度梯度。

这一速度梯度是由于气体的粘性引起的，因而要消耗一定的摩擦功。

这部分摩擦功又转换成热量，通过叶轮把热量传给气体，提高了工作气体出工作轮时的比焓值，因而降低了制冷量。

5、泄漏损失

泄漏损失包括内漏损失和外漏损失两种。

对闭式叶轮，在轮盖处采用迷宫密封，有一小股工作轮前未经喷嘴的气流，经密封器与叶轮间的缝隙漏出，它与经工作轮喷嘴后的低比焓气体在叶轮出口处汇合，从而使叶轮出口处气体的比焓升高，降低了膨胀机的制冷量，这种损失称为内泄漏损失。

在半开式工作轮中，由于没有轮盖，无法设置密封器，这时希望尽量减少叶片和固定件的间隙。

工作轮的一小股气流，经轮盘外侧与壳体之间的缝隙，沿轴向外界泄漏，这种损失称为外泄漏损失。

它不会影响膨胀后气体的比焓，仅仅是减少了有效膨胀气体量，影响了膨胀机的总制冷量。

透平膨胀机组

2.2.4拆装说明

膨胀机的拆装必须在十分清洁的条件下进行，所有零件特别是轴承、密封、叶轮和喷嘴叶片等必须特别小心地处理。

膨胀机的冷箱、蜗壳、紧急切断阀、喷嘴调节机构等，一般是不拆卸的，因为可以从膨胀机热端拆卸内部零件。

拆卸膨胀机内部零件的步骤如下：

先拆卸增压机进出口管道，再拆去进出油管、轴承温度计、测速头、密封气管、仪表管等，而后松开并取出增压机与底架间的紧固螺栓（注意别松动支撑增压机下部的支撑螺栓），松开并取出机身与前隔板的紧固螺栓，钩住机身上的吊环螺钉，并托住膨胀机端，最后将机身徐徐退出（此时当心不要碰坏膨胀叶轮），并将它放在清洁的工作台上水平垫稳，准备进一步解体。

将放在工作台上的增压机蜗壳及后隔板拆下，再将装在机身上的转子两端的膨胀叶轮和增压叶轮、密封拆下，托住主轴一端将其另一端的轴承取出。

膨胀机的装配程序和拆卸程序相反。

在进行装拆工作时，必须注意如下事项：

1、拆卸的各零部件应做好对应标记，复装时按标记进行装配。

2、每次安装都必须对轴承间隙进行检查，保证径向和止推间隙值在规定范围之内。

3、转子更换零部件或对转子动平衡有怀疑时（运转时可根据其声音的变化及机器振动情况，判断其平衡性），必须按转子结合部的要求重新校正动平衡。

4、必须按透平膨胀机总图要求进行调整，使喷嘴叶片和膨胀叶轮的中心对齐。

5、注意保护测速传感器探头表面，避免碰伤；调整测量距离在规定范围内。

6、注意保护喷嘴叶片两端面及滑动盘的配合面，避免拉毛划伤。

7、如果必须拆装可调喷嘴和喷嘴调节机构，可按透平膨胀机总图进行。

2.2.5透平膨胀机的调节

1、性能曲线

将透平膨胀机中一些主要参数之间的相互关系用曲线形式表示出来，称为透平膨胀机的性能曲线。

2、制动器形式

每台膨胀机都配制动器。

制动器作用是消耗透平膨胀机的功，控制其转速，维持膨胀机在最高效率点运行，同时也防止透平膨胀机“飞车”。

⑴风机制动

即在工作轮同轴上装有风机轮，风机轮吸入空气，压缩后放空。

优点是设备简单，机组紧凑，造价低，维护操作方便。

缺点是不能回收功，而且噪声大。

⑵电机制动

是在工作轮同轴装上发电机转子，将膨胀机的功转换为电能送入电网。

优点是回收电能，制动无噪音。

缺点是设备成本高。

⑶增压机制动

增压机的叶轮装在膨胀机的同轴的另一侧，气体对工作轮做功使之转动，增压器的叶轮也同速转动，将气体增压后再送入膨胀机的工作轮。

优点是增加单位制冷量。

3、调节方法

通常把改变膨胀气体在进出口处状态参数的调节，称为“质”的调节；改变气体流量的调节称为“量”的调节。

在调节过程中，有时质和量同时发生改变，不易区分。

⑴进口节流调节

在膨胀机的进口管道上装有气动薄膜调节阀，通过改变调节阀的开度，改变膨胀机前的气流压力，从而膨胀机的焓降及等熵效率发生变化，以实现调节冷量的目的。

是质和量同时改变的一种调节方法。

⑵转动喷嘴叶片角的流量调节

利用转动喷嘴叶片，改变流通面积，达到改变膨胀机的流量，从而改变制冷量。

这种调节不改变气体在膨胀机进出口的状态参数，在较大范围内调节冷量时，仍然保持机器较高的等熵效率。

因此是一种先进的调节方法，这种调节的经济性好，并且可以灵活地掌握改变叶片角的大小，得到比较精细的调节效果。

2.2.6透平膨胀机组

透平膨胀机组由主体、制动器、润滑系统、气封系统、自动保护系统组成。

1、透平膨胀机本体

图3.23.3

我单位6000、6500、20000m3/h制氧机，基本上都是卧置、单级、向心、径－轴流反动式膨胀机。

透平膨胀机主要由膨胀机蜗壳、喷嘴环、转子、出口扩压器、轴承箱、密封系统和制动系统等组成，典型的结构图见图2-2：

图2-23.3

⑴转子

是透平膨胀机中转动部分的部件总成，主要由主轴、叶轮等组成。

主轴的一端装有膨胀机工作轮，另一端装有增压机叶轮或风机叶轮等。

当外界干扰频率与转子的自振频率相同时，产生共振。

共振时的转速称为临界转速。

当正常工作时工作轮的转速低于一阶临界转速轴称为刚性轴，当工作轮转速高于一阶临界转速而低于二阶临界转速轴称为柔性轴。

典型的结构如下图2-3：

图2-33.3

⑵轴承

在透平膨胀机中，一般采用滑动轴承。

轴承与转轴之间的径向间隙要适当，过大使轴承旋转产生震动，润滑油膜分布不均匀，间隙过小，会导致轴温超过允许值。

⑶密封

密封一般分为内密封和轴密封。

内密封为设在透平膨胀机内部的防止或减少介质在流动过程中产生内泄漏的密封。

在工作轮背面，低温气体会沿轴间向外泄漏，减少了透平膨胀机的制冷量；另外，由于冷量的泄漏还会导致轴承润滑油的固化，造成事故，因此需要设置可靠的轴密封。

⑷喷嘴环

喷嘴环各流道是膨胀机进行能量转换的主要部件。

对于反动式透平膨胀机，约有50％的比焓降在喷嘴内完成。

2、润滑系统

图2-43.3

透平膨胀机的轴承采用强制供油（如上图）。

润滑系统包括油箱、齿轮油泵、油过滤器、油压容器等。

油过滤器采用微孔纸质滤芯。

油压容器的作用是贮存一定压力的润滑油，一旦发生油泵停转时可以供油3～5分钟，以此保护膨胀机。

润滑油牌号一般为TSA-32号汽轮机油。

润滑油循环使用，在轴承处除起润滑作用外，还可以冷却轴承，将高速旋转所产生的热量带走，因此润滑油需要冷却，确保轴温低于65℃。

3、密封系统

膨胀机密封气系统采用精密减压阀，根据间隙压力对密封气进气压力进行自动跟踪。

4、自动（联锁）保护系统

为保证膨胀机安全运转，透平膨胀机组设有相应的保护系统。

当机组运行时，如果被监测参数发生变化达到联锁值，在DCS的控制下，相应的保护系统就会动作。

⑴防喘振系统

本系统主要由流量监测仪表、转速监测、继电器、电磁阀、气动薄膜调节阀组成。

动作过程：

当流量过低或转速过高达到联锁值时，被控制的电磁阀就会失电，切断气源，增压机回流阀打开，降低膨胀机前压力，此时膨胀机做功就会减少，相应的膨胀机的转速也会降低，从而达到保护膨胀机的目的。

⑵油压保护系统

本系统由油压监测仪表、齿轮油泵、继电器、电控部分等组成。

正常时油压在一定的范围内保持恒定。

当由于某种原因导致油压降低达到联锁值时，辅助油泵就会自动启动，保证了膨胀机供油的稳定。

⑶轴封防漏系统

本系统由密封气压力监测仪表、继电器、接触器、齿轮油泵等组成。

正常情况下，密封气通过迷宫密封，保证了增压机的润滑油不会泄漏进入气路，同时也防止了膨胀端冷量沿轴串漏。

如果密封气压力下降达到联锁值时，油泵立即停止运转，有效的防止了润滑油进入气路。

⑷自动停车系统

当监测参数（油压、轴温、转速）发生变化达到联锁停车值时，膨胀机的入口电磁阀、增压机回流电磁阀会失电，在3秒内，所控气动薄膜调节阀会在弹簧的作用下自动回到初始位置，即回流阀全开，进口阀全关。

从而切断气路，停止膨胀机的运转。

表2-1一般增压机制动透平膨胀机组的控制联锁要求

项目

报警

连锁

说明

供油压力低

△

设定启动条件

供油压力过低

△

△

间隙与出口间差压高

△

△

轴承温度高

△

轴承温度过高

△

△

膨胀机密封气压力低

△

设定油泵启动条件

增压机密封气压力低

设定油泵启动条件

转速高

△

转速过高

△

△

增压机出口压力控制

自动调节

增压机出口压力高

△

自动全开回流阀

油箱油温控制

≤15℃加温，≥25℃加温终

设定启动条件

油泵失电

△

膨胀机密封气与间隙差压

自动维持

回流阀位

全开为启动条件

轴振动大

△

轴振动过大

△

⑸安全保护系统

在增压机出口、膨胀机出口都设有安全阀，当相应的气路部分出现压力升高，而且超过安全阀的整定值时，安全阀起跳，把压力降到安全范围内。

当压力恢复到正常范围时，安全阀自动关闭。

2.2.7操作

1、启动前的准备

⑴检查机组内是否有异物；

⑵各气体管路应彻底清洗并吹除干净；

⑶清洗油路；

⑷油箱油位达到正常油面；

⑸膨胀机、增压机各进口管中的阀门和过滤器是否安装正确；

⑹滤油器是否清洁；

⑺各仪表、电控线路与装置是否正确连接；

⑻各阀门处在正确的位置；

⑼检查执行机构的正确性（拉杆向下移动，喷嘴通道开大）；

⑽检查紧急切断阀工作的正确性（从全开到全关应在1～3秒内）。

2、启动

⑴启动前的检查

①油箱油面指示正常；

②加温气体阀门关闭；

③喷嘴全关；

④紧急切断阀关闭；

⑤膨胀机进出口阀门关闭；

⑥增压机回流阀全开；

⑦油箱油温大于25℃，低于25℃时要启动加热器；

⑧增压机进出口阀门全开；

⑨密封气压力达到规定值；

⑩油压正常。

⑵启动机组

①油冷却器接通冷却水（如油温低，可以暂时不开）；

②全开膨胀机出口阀；

③全开膨胀机进口阀；

④逐渐打开紧急切断阀，直到全开；

⑤缓慢开喷嘴阀门，透平膨胀机开始运转，直到全开，注意观察转速应当平稳；

⑥逐渐关小增压机回流阀，使转速达到规定值时停止关小回流阀的操作；

⑦当膨胀机的进气温度下降，要适时通过关小增压机回流阀来调节转速，直到额定转速；

⑧启动期间要随时检查油压、油温、轴温等参数，检查机组运行是否正常；

⑨启动期间，打开机器的仪表管线吹除阀进行短暂吹除，然后关闭（如果参数有联锁值，应当摘除，吹除后，切记要及时恢复联锁值）。

3、运行中的监控

⑴每两小时监视项目

膨胀机进出口温度、压力及喷嘴出口压力，工作轮转速、轴温、油压、油温、密封气压力，增压机进出口温度、压力及叶轮出口压力；

⑵每天监测：

油箱油位、供油系统的跑冒滴漏；

⑶每月监测：

检查油的润滑性能，油过滤器的清洁度；

⑷每半年检查：

紧急切断阀。

检查方法：

是在停机状态下，用紧急切断按钮切断电磁阀的电源使电磁阀断电，如果阀门在1～3秒内立即关闭并自动全开增压机回流阀，表示正常；

⑸每1～2年对膨胀机进行全面的检修维护；

4、停车

⑴停止运行

①全开增压机回流阀；

②关闭紧急切断阀；

③关闭喷嘴；

④关闭膨胀机进口阀、出口阀；

⑤关闭增压机进口阀、出口阀。

⑵停车后的处理

临时停车，则保持密封气、润滑油供应，保持仪、电控系统为工作状态，准备重新启动。

长期停车，对膨胀机要进行专门的加温解冻，操作如下：

①保持密封气、润滑油的供应，保持仪、电控系统为工作状态；

②开紧急切断阀；

③打开喷嘴叶片；

④检查膨胀机的进出口阀门是否关严；

⑤打开膨胀机吹除阀；

⑥打开加温阀，温度不超60℃，当加温气进口与出口温度大致一样时加温结束。

加温气体的露点应低于-40℃；

⑦关闭吹除阀；

⑧停止加温，关闭加温气体阀；

⑨关闭紧急切断阀；

⑩关闭喷嘴叶片；

停止润滑油的供应；

15分钟后切断密封气气源；

加温注意事项：

确保密封气畅通，润滑油压力正常；先打开紧急切断阀和喷嘴叶片后才可通加温气体，以免损坏机器；膨胀机加温完毕后进出口阀门必须关严，使得加温后的膨胀机在长期停车期间避免冷气体进入润滑油腔，使轴承过冷损坏。

2.2.8常见故障处理

1、轴温高

⑴油温偏高，调节油温；

⑵润滑油供应不足，提高油压；

⑶油路不清洁（油过滤器堵塞），切换过滤器；

⑷旋转部件不平衡，停车做平衡检查；

⑸轴承磨损，更换。

2、轴温低

前轴承温度太低，严重时还会引起润滑油固化。

原因如下：

⑴轴密封间隙太大；

⑵密封气压力偏低；

⑶停车时冷气体串流。

3、膨胀机进口带液

进口带液，首先造成膨胀机“液击”，极易打坏喷嘴叶片和工作轮，同时由于这时叶轮起了“泵”的作用，会使喷嘴出口压力增高，加重止推轴承的负荷，可能引起轴承等零件的损坏。

4、膨胀机进气阻力增大

分子筛粉末、霜雪等颗粒不断积聚，堵塞机前通道，此时须停机加温、吹除或对膨胀机解体及机前过滤器检修。

5、膨胀机振动变大

⑴转子动平衡被破坏（叶轮损坏、安装不正确和叶轮上有凝结物等）；

⑵工作转速与转子本身的固有频率相近或相等而产生共振；

⑶油膜厚度周期性变化引起的油膜共振；

⑷增压机或风机制动时，制动器进入喘振区工作而振动。

2.2.9维护说明

1、喷嘴：

只要通过的气体是清洁的，即使喷嘴叶片表面的光泽变暗，也不会影响效率。

如果气体中含有少量的固体颗粒、二氧化碳及液滴时，就会产生喷嘴叶片的磨蚀，严重时会出现凹坑，这样就会使效率明显下降，此时就必须更换喷嘴叶片，在空分装置启动期间，最容易产生磨蚀，因此操作时应特别注意。

2、膨胀机叶轮：

由于和喷嘴叶片相同的原因，也可能造成对叶片进口边的磨蚀，如果磨蚀严重甚至出现凹坑时，必须更换叶轮。

3、膨胀叶轮和增压叶轮轮盖处的密封是易损件，密封齿的磨损将导致效率下降，如果密封齿发生明显磨损就必须更换。

4、轴密封。

轴密封在运行中也会产生轻微磨损，如果磨损严重应更换，否则会使冷气损失增加，使膨胀机轴承温度降低。

5、增压叶轮，如果通过的气体不干净，将引起增压机叶轮叶片磨损，严重时也会产生凹坑，和膨胀机叶轮一样会引起平衡的破坏。

必须注意无论是膨胀机叶轮或增压机叶轮不能使用时，需要更换整个转子，不能单独更换单个叶轮。

6、油过滤器：

如果发现油过滤器阻力明显增加，就应进行清洗或更换滤芯。

7、轴承：

轴承是高精度零件，不允许对其进行任何修正。

如果发现由于暂时超负荷或润滑不良引起轴承损伤，就应更换轴承。

8、油冷却器：

一般每年进行一次清洗，如果冷却水不干净，清洗次数还要增加。

最后必须指出，维修装配时，必须根据机型的不同，保证装配间隙数值在相应的规定范围。

2.2.10问题解答

1、透平膨胀机为什么采用带压力的密封气？

透平膨胀机要求进入膨胀机的气体全部能通过导流器和工作轮膨胀，产生冷量。

但是由于工作轮是高速转动的部件，机壳是静止部件，低温气体有可能通过机壳间隙外漏。

这使膨胀机总制冷量下降，同时增加冷损。

此外，冷量外漏还可能使轴承润滑油冻结，造成机械故障。

因此，必须采用可靠的密封。

我单位采用迷宫式密封。

当气体经密封间隙时，压力逐渐降低。

泄漏量的大小取决于密封间隙的大小和两密封间的差压大小。

如果密封空间越多，或外侧的压力越高，对每个密封间隙来说，压差越小，泄漏量也减少。

因此将密封装置分成两段，在中间通入比周围压力稍高的压力密封气，压力可为0.05～0.1Mpa（表压）。

这样，一方面可减少低温气体的泄漏量，减少冷损，同时也可防止轴承的润滑油渗入密封处，进入膨胀机内。

2、透平膨胀机内出现液体时有什么现象，有什么危害，如何处理？

气体在膨胀机内出现液体时，温度显著降低。

在膨胀机内，温度最低的部位是工作轮的出口处。

如果在膨胀机内气体的温度低于当地压力所对应的气体液化温度，则将会有部分气体液化，在膨胀机内出现液体。

由于透平膨胀机工作轮的转速很高，液滴对叶片表面的撞击将加速叶片的磨损。

更有甚者，液滴在离心力作用下，又被甩到叶轮外缘与导流器的间隙处。

液体温度升高，产生急剧汽化，体积骤然膨胀。

由于膨胀机内部汽化的气体会对导流器出口的叶轮产生强烈的冲击，严重时会造成叶片断裂，因此在膨胀机内是不允许出现液体的。

当膨胀机内出现液体时，从机后压力表可以看到指针在不断的抖动，间隙压力大幅度升高，并产生波动。

为了防止膨胀机内出现液体，只要控制机后温度高于机后压力所对应的液化温度。

液化温度与压力有关，机后压力愈高，对应的液