膨脹機
關注創建者：SoftInWay中國 創建時間：2021-02-23
膨脹機的實例教程
容積式旋轉機械（如雙螺桿膨脹機）的數值模擬已被證明是一項非常具有挑戰的工作，其特點在于隨時間變化的腔室體積伴隨著復雜的流動物理問題。
此外，腔內間隙、軸向間隙和齒間嚙合間隙所引發的間隙流動，對整個機械的效率將產生嚴重的影響。因此，CFX Berlin在一臺雙螺桿膨脹機上進行了實驗和仿真的對比。
流體-結構相互作用將會與多項流一樣，是未來數值研究領域的挑戰。這是由于數值工作明顯增加，尤其是在雙向流固耦合領域。
此外，縮短仿真時間的理論變得更詳細，如，初始化噴油的合適性或者與結構力學的耦合動態分析。對于這些挑戰，仍然需要可靠的實驗數據來評判數值結果的準確性。
下面來看一下在最近工作中的一些研究內容。
以下給出了德國多特蒙德大學的SE-51.2螺桿膨脹機的CFD計算結果。仿真計算求解器采用的是ANSYS CFX，計算網格則是采用CFX Berlin的TwinMesh網格生成工具。
SE-51.2為無傳動、干式雙螺桿膨脹機，其通過膨脹空氣（壓比6:1）將熱能轉化為機械能，轉速達到20000rpm。
膨脹機的體積比為2.5，軸長為51mm，陽轉子每周位移容積為285cm3。計算的數值模型包括完整的間隙，在幾個不同的轉速下，CFD結果與測試進行了比較。
SE-51.2的CFD仿真結果與實驗數據比對顯示，膨脹機內的工作機理和流動狀態與仿真吻合的很好。它能夠解釋想節流、腔室回填及間隙泄露等現象。此外，流量在整體上與實驗獲得非常大的一致性。
大多數情況下，CFD很容易允許對變化的間隙或者變化的工況點進行分析。關于進一步的研究，準確建立泄露源（即所有間隙真實的模型）應該特別關注，因為這回嚴重影響到機械運行過程中的特征。
展開 圖2 太陽能熱化學儲能系統
圖3 抽水蓄能系統
壓縮空氣儲能系統
壓縮空氣儲能系統是以高壓空氣壓力能作為能量儲存形式，并在需要時通過高壓空氣膨脹做功來發電的系統，其技術原理發展自燃氣輪機。
燃氣輪機是由高速旋轉葉輪構成的，將燃料燃燒產生的熱能直接轉換成機械功對外輸出的回轉式動力機械。由于其具有功率密度大（體積小、重量輕）、起動速度快、少用或不用冷卻水等一系列優點，從1906年世界上第一臺燃氣輪機誕生至今，燃氣輪機技術已經進入航空、航海、電力、工業壓縮輸送等領域并得到了迅速的發展。
圖4 燃氣輪機技術在航空等領域的應用
現代燃氣輪機由壓縮機、燃燒室和膨脹機組成，壓縮機和膨脹機均為高速旋轉的葉輪機械，是氣流能量與機械功之間相互轉換的關鍵部件。其基本工作過程為環境空氣被壓縮機壓縮到高壓，然后壓縮空氣和燃料流入燃燒室進行燃燒，產生高壓高溫氣流，在膨脹機內膨脹產生軸功。
圖5 燃氣輪機組成及工作過程
由于壓縮機和膨脹機安裝在一根軸上，壓縮機消耗的能量由膨脹機提供（壓縮機是為了提升工質壓力，便于膨脹機做功），如果壓縮機和膨脹機安裝在不同的軸上，則壓縮過程和膨脹過程可以分開，這就形成了壓縮空氣儲能技術(壓縮空氣儲能系統)的基本雛形。
儲能時段，壓縮空氣儲能系統利用風/光電或低谷電能帶動壓縮機，將電能轉化為空氣壓力能，隨后高壓空氣被密封存儲于報廢的礦井、巖洞、廢棄的油井或者人造的儲氣罐中；釋能時段，通過放出高壓空氣推動膨脹機，將存儲的空氣壓力能再次轉化為機械能或者電能。
壓縮空氣儲能系統與燃氣輪機的不同之處在于燃氣輪機的壓縮機和膨脹機是同時處于工作狀態，而壓縮空氣儲能系統中的壓縮過程和膨脹過程卻是分時進行工作。
圖6 壓縮空氣儲能系統
那么壓縮空氣能儲存多少能量呢？
展開 消聲塔還可以與壓縮機系統放空合二為一，空壓機增壓機降噪（按照空壓機量計算），通入消聲塔，以及純化系統泄壓空氣，增壓機打回流，泄放部分。
膨脹制冷系統
膨脹機一般有三種，即低壓膨脹機，中壓膨脹機和液體膨脹機。
對于一定類型的氣體膨脹機來說，工質體積流量越大，效率越高。一般流量8000Nm3以上的低壓膨脹機效率為85∽88%，流量小于3000∽8000Nm3效率會低至70∽80%。
中壓膨脹機一般采用一臺進口一臺國產（備用）。氣量8000Nm3/h以上進口膨脹機效率82∽91%（增壓端少4個點）；國產膨脹機效率78∽87%（增壓端少5個點）。
膨脹機啟動前需要先吹掃（除去管系雜質，膨脹機蝸殼內雜質），再通密封氣（正常時由增壓端提供），然后進行油系統外循環，內循環，做完聯鎖測試然后方能啟動，冷試合格后冷緊；冷啟動需要啟動油箱加熱器，正常運行后不需要，此時軸承的冷熱已經平衡。
液體膨脹機本質是利用高壓液體的壓力頭來進行水力做功（同時液體焓值降低，但是與氣體相比，相差甚遠），一般4萬等級以上內壓縮空分設備均可用液體膨脹機代替高壓液空節流閥。它的優勢為利用液體膨脹機制冷和膨脹功發電達到節能目的，一般可實現節能2%左右，但是其投資達千萬元。
精餾塔系統
下塔1.5∽5萬等級采用篩板塔較多，環流塔板在1.5萬等級以下直徑塔較有優勢（液體流程較對流長，但是制造復雜），對流3萬等級以下應用較多，1.5萬等級以上較占優勢，四溢流在3萬等級以上大塔較占優勢，填料塔能耗較低，不過下塔高度要增加5米左右。
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膨脹制冷系統
膨脹機一般有三種，即低壓膨脹機，中壓膨脹機和液體膨脹機。
對于一定類型的氣體膨脹機來說，工質體積流量越大，效率越高。一般流量8000Nm3以上的低壓膨脹機效率為85∽88%，流量小于3000∽8000Nm3效率會低至70∽80%。
中壓膨脹機一般采用一臺進口一臺國產（備用）。氣量8000Nm3/h以上進口膨脹機效率82∽91%（增壓端少4個點）；國產膨脹機效率78∽87%（增壓端少5個點）。
膨脹機啟動前需要先吹掃（除去管系雜質，膨脹機蝸殼內雜質），再通密封氣（正常時由增壓端提供），然后進行油系統外循環，內循環，做完聯鎖測試然后方能啟動，冷試合格后冷緊；冷啟動需要啟動油箱加熱器，正常運行后不需要，此時軸承的冷熱已經平衡。
液體膨脹機本質是利用高壓液體的壓力頭來進行水力做功（同時液體焓值降低，但是與氣體相比，相差甚遠），一般4萬等級以上內壓縮空分設備均可用液體膨脹機代替高壓液空節流閥。它的優勢為利用液體膨脹機制冷和膨脹功發電達到節能目的，一般可實現節能2%左右，但是其投資達千萬元。
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膨脹制冷系統
膨脹機一般有三種，即低壓膨脹機，中壓膨脹機和液體膨脹機。
對于一定類型的氣體膨脹機來說，工質體積流量越大，效率越高。一般流量8000Nm3以上的低壓膨脹機效率為85∽88%，流量小于3000∽8000Nm3效率會低至70∽80%。
中壓膨脹機一般采用一臺進口一臺國產（備用）。氣量8000Nm3/h以上進口膨脹機效率82∽91%（增壓端少4個點）；國產膨脹機效率78∽87%（增壓端少5個點）。
膨脹機啟動前需要先吹掃（除去管系雜質，膨脹機蝸殼內雜質），再通密封氣（正常時由增壓端提供），然后進行油系統外循環，內循環，做完聯鎖測試然后方能啟動，冷試合格后冷緊；冷啟動需要啟動油箱加熱器，正常運行后不需要，此時軸承的冷熱已經平衡。
液體膨脹機本質是利用高壓液體的壓力頭來進行水力做功（同時液體焓值降低，但是與氣體相比，相差甚遠），一般4萬等級以上內壓縮空分設備均可用液體膨脹機代替高壓液空節流閥。它的優勢為利用液體膨脹機制冷和膨脹功發電達到節能目的，一般可實現節能2%左右，但是其投資達千萬元。
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膨脹機的最新內容
2、智能調控策略
·自適應控制：控制系統依壓力數據，自適應調節壓縮機、膨脹閥等設備。如蒸發器壓力低，降低壓縮機轉速，減少能耗。
·預測性調控：借助數據分析與機器學習，根據歷史壓力數據預測系統運行趨勢，提前調整設備，避免不必要能耗。
3、系統協同優化
·設備間協同：通過壓力數據共享，實現制冷系統各設備協同工作。
二、展品范圍（聚焦技術創新）
1.工業余熱回收技術與裝備
高效換熱器（板式、管殼式、翅片式等創新型換熱器）
余熱鍋爐與蒸汽回收系統（高效、緊湊型設計）
熱管技術與裝置（重力式、環路式等先進熱管）
蓄熱技術與設備（相變蓄熱、顯熱蓄熱等創新方案）
2.ORC 低溫余熱發電技術
有機朗肯循環發電系統（高效渦輪、工質創新）
螺桿膨脹機發電裝置（適用于中低溫余熱）
能源電力行業
例如汽輪機、水輪機、風機、壓縮機、渦輪膨脹機、電動機和發電機、勵磁機、齒輪箱、水泵等
在能源電力等能源設施中，可使用Hunter Pad對發電機、變壓器、汽輪機、壓縮機等關鍵設備進行狀態監測和故障預測。通過監測設備的振動、溫度、電氣參數等，及時發現潛在故障隱患，提前安排維修，保障電力供應的穩定性。
5.
尤其在能源領域，火力發電所使用的汽輪機，壓縮空氣儲能系統的膨脹機都是的大尺寸的高速葉輪機組，負責幾百兆瓦的能量輸出。
一期一會 | 什么是渦輪機？6個月前
燃氣輪機或渦輪發動機
燃氣輪機（即燃燒渦輪機），是渦輪機械的一大類，其使用燃燒室為氣體增加能量，然后通過渦輪機膨脹。提供推進力的渦輪機被稱為渦輪發動機。燃氣輪機通常還包括由渦輪段中的旋轉組驅動的壓縮機，以提高燃燒效率。對燃氣輪機的分類，是基于其使用的燃燒類型或功率輸出方式。
由于鹽穴壓氣儲能項目腔體容量、項目投入是固定的，所以環境因素可靠度對風險水平的作用不會隨時間進行變化；壓縮機組運、膨脹發電機組、計量調壓等設備在運行過程中運行率在0.95～1的范圍內滑動，變化量極小，所以設備因素可靠度對風險水平的影響作用幾乎不變；由于人員技能、判斷能力以及自控操作能力的提升，使得風險水平降低，到項目后期人員技能、判斷能力，以及自控操作能力相對穩定，使得項目風險水平也逐漸穩定。
通過壓縮機將制冷劑氣體壓縮成高溫高壓的氣體，然后進入前端冷凝器后，將制冷劑氣體被冷凝成高溫中壓的液體，高溫中壓的液體通過膨脹閥碰撞，將低溫低壓的兩相流進入蒸發器，蒸發器通過車艙空調蒸發器或是電池包內的冷板，制冷劑吸收熱然后不斷蒸發，最后變成氣體通過膨脹閥回到壓縮機完成整個循環。
伴隨著壓縮機吸氣－膨脹－壓縮－排氣過程，氣缸及閥腔內壓力隨著曲柄轉角呈周期性變化。
汽輪發電機由汽輪機驅動，由 “鍋爐”產生的過熱蒸汽進入汽輪機內膨脹做功，使葉片轉動而帶動發電機發電，做功后的廢汽經凝汽器、循環水泵、凝結水泵、給水加熱裝置等送回鍋爐循環使用。
Liu等采用有限元分析軟件對壓縮空氣儲能用渦旋膨脹機的工作過程進行了數值模擬，研究了渦旋膨脹機非穩態工作時性能的影響規律以及渦旋膨脹機不同進氣溫度對工作腔內流場的分布特性，該研究對壓縮空氣儲能用渦旋壓縮機流場特性的研究具有重要意義。
