膨脹機(jī)常見(jiàn)分類

膨脹機(jī)活塞型

使氣體在可變?nèi)莘e中膨脹，輸出外功制冷的膨脹機(jī)(通常由電動(dòng)機(jī)制動(dòng)吸收外功)。這種膨脹機(jī)分立式和臥式兩種。采用較多的是立式結(jié)構(gòu)，曲軸、連桿、十字頭、活塞、進(jìn)氣閥和排氣閥等是運(yùn)動(dòng)件，分別裝在機(jī)身、氣缸和中間座中，其作用近似于往復(fù)活塞壓縮機(jī)，但其進(jìn)、排氣閥系借進(jìn)、排氣凸輪定時(shí)啟閉?；钊蛎洐C(jī)由于存在進(jìn)、排氣閥流動(dòng)阻力、不完全膨脹、摩擦熱、外熱與內(nèi)部熱交換等引起的冷量損失，一般絕熱效率為：高壓膨脹機(jī)65～85%，中壓膨脹機(jī)60～70%。20世紀(jì)50年代相繼出現(xiàn)的不用凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的無(wú)閥和單閥膨脹機(jī)，減少了膨脹機(jī)的運(yùn)動(dòng)件，提高了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性，已在小型深低溫設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用。60年代，采用加填充劑的聚四氟乙烯密封元件代替用油潤(rùn)滑的金屬制密封元件，避免潤(rùn)滑油帶入深低溫精餾區(qū)或液化區(qū)，保證了安全。

膨脹機(jī)透平型

以氣體膨脹時(shí)速度能的變化來(lái)傳遞能量的膨脹機(jī)。這種膨脹機(jī)有單級(jí)和雙級(jí)、立式和臥式、沖動(dòng)式和反動(dòng)式之分。一般采用單級(jí)向心徑流反動(dòng)式，傳出的外功由發(fā)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)或油制動(dòng)器所吸收。它近似于單級(jí)離心壓縮機(jī)，但具有調(diào)節(jié)進(jìn)氣量用的（可調(diào)葉片）導(dǎo)流器。低速軸承用油強(qiáng)制潤(rùn)滑，高速的采用氣體軸承。透平膨脹機(jī)由于有噴嘴損失、葉輪損失、余速損失、輪盤(pán)摩擦損失、泄漏損失、竄流損失和外熱侵入損失，一般絕熱效率為：中壓膨脹機(jī)65～75%，低壓膨脹機(jī)75～85%。60年代已制成帶液膨脹機(jī)，大多用于天然氣分離設(shè)備。

膨脹機(jī)與活塞膨脹機(jī)相比，具有流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高和運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，適用于大中型深低溫設(shè)備。

膨脹機(jī)的主要工作在噴嘴及葉輪中完成，當(dāng)高速、低溫的氣體通過(guò)葉輪通道時(shí)，由于葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣體速度很快下降。同時(shí)，氣體在不斷變大的通道中流動(dòng)時(shí)，因?yàn)閴毫εc速度下降使氣體內(nèi)能降低，氣體溫度進(jìn)一步大幅度降低，達(dá)到降溫與制冷的目的。由于膨脹機(jī)葉輪的飛速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)了與膨脹機(jī)葉輪在同一軸上另一端的壓縮機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮了通過(guò)增壓機(jī)葉輪的氣體，壓縮機(jī)葉輪不僅壓縮了氣體、利用了膨脹機(jī)發(fā)出的功率，同時(shí)控制了膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速。

當(dāng)氣體具有一定的壓力和溫度時(shí)，就具有由壓力而體現(xiàn)的勢(shì)能和由溫度所體現(xiàn)的動(dòng)能，這兩種能量總稱為內(nèi)能。膨脹機(jī)主要的作用是利用氣體在膨脹機(jī)內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹對(duì)外做功消耗氣體本身的內(nèi)能，使氣體的壓力和溫度大幅度降低達(dá)到制冷與降溫的目的。

圖1表示壓縮氣體從高壓p1、溫度T1狀態(tài)在膨脹機(jī)中作等熵（S=常數(shù)）膨脹至低壓p2，從點(diǎn) 1沿等熵線與p2等壓線交于點(diǎn)2。點(diǎn)2的溫度T2 即為等熵膨脹后的溫度。其溫差為ΔT=T1-T2，相應(yīng)等熵焓降為Δh=h1-h2。在等熵膨脹過(guò)程中，氣體有部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為功，同時(shí)為克服分子間的吸引力而使分子動(dòng)能減少，從而降低了氣體溫度。但在實(shí)際工作過(guò)程中，因?yàn)橛腥舾赡芰繐p失，氣體膨脹時(shí)不可能達(dá)到狀態(tài)2，而只能達(dá)到狀態(tài)2′，其實(shí)際溫差為△T′=T1，相應(yīng)實(shí)際焓降為 △h′=h1-h2，故絕熱效率是指膨脹機(jī)在膨脹過(guò)程中實(shí)際焓降與等熵焓降之比。絕熱效率越高，越接近于等熵膨脹過(guò)程。一般膨脹機(jī)絕熱效率為60～85%。 2100433B

廢氣膨脹機(jī)具有流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高和運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，適用于大中型深低溫設(shè)備。