PLPK-10.83/5.96×0.47型透平膨脹機
1、概述
PLPK-10.83/5.96×0.47型透平膨脹機組系空分設備配套單機之一，該機在整套裝置中利用壓縮空氣在膨脹機內絕熱膨脹直接產生空分設備中所需的冷量獲得低溫，同時補償空分設備中的各種冷量損失。膨脹機絕熱效率和增壓效率的高低直接影響空分設備能否正常運行及各項技術經濟指標。該機還具有結構簡單、絕熱效率高﹑節約能源、體積小﹑重量輕﹑操作維護方便。
2、主要技術規范
本透平膨脹機組配套機器數量為2臺，主要技術參數如下：
膨 脹 機：
膨 脹 量 650Nm3/h（0℃，101325Pa）
膨脹前壓力 0.596MPa
膨脹前溫度 142K
膨脹后壓力 0.047MPa
工作介質 空 氣
轉 速 65640r/min
絕熱效率 78%
增 壓 機：
增 壓 量 650Nm3/h（0℃，101325Pa）
增壓前壓力 0.537MPa
增壓前溫度 293K
增壓后壓力 0.655MPa
工作介質 空 氣
轉 速 65640r/min
增壓機效率 70%
3、結構簡介
3.1透平膨脹機
本機型式為臥式單級徑軸流向心反擊式，帶增壓機。兩臺增壓透平膨脹機均采用相同的零部件。透平膨脹機蝸殼為單進氣切向流動型式，采用鑄銅材料，蝸殼在低溫下工作并置于保冷箱內。
膨脹工作輪和增壓風機輪分別安裝于軸的兩端，軸是由兩氣體軸承支承。氣體軸承則由殼體支承，并采用整體軸向裝配結構。在工作輪后主軸段設有軸封裝置，其中充入常溫干燥空氣，以減少膨脹冷空氣泄露。在增壓輪后主軸段設有軸封裝置，其中充入常溫干燥空氣，以減少增壓空氣泄露。
增壓風機側軸端裝有轉速電氣遙測裝置，可在儀表盤上顯示運轉情況。
3.2氣體軸承供氣系統
氣體軸承設有專門的供氣系統，由分子篩純化器后，引出一路純凈空氣，經過粗過濾器，精過濾器再次凈化，送至氣體軸承供氣管道。氣體軸承耗氣約為25m3/h(在供氣壓力為~0.6MPa表壓情況下)。
3.3安全裝置
透平膨脹機是高速旋轉裝置，為保護機器，配置有自動安全系統。
3.3.1在下列情況下發出報警信號，立即采取措施調整：
a氣體軸承氣壓力下降低于0.45MPa；
b轉速超過72200r/min。
3.3.2在下列情況下，停車：
a氣體軸承氣壓力下降低于0.4MPa，而且無法調整；
b轉速超過75500r/min，而且無法調整；
c電源發生故障。
4、操作
空分裝置起動時，為使空分裝置迅速冷卻，兩臺透平膨脹機順序起動運轉，每臺基本各自構成一獨立系統，操作也相同。
4.1起動前的準備
4.1.1對膨脹機各進出口管路須進行徹底吹除后，安裝本機。
4.1.2對氣體軸承供氣管路和密封氣管路須進行徹底吹除，然后按裝精過濾器鎳片，對于已長期使用而被污染的濾芯需嚴格進行清洗后方能再次使用。吹除結束后接通軸承供氣系統及密封氣系統，同時接通儀表﹑轉速表供電系統，使之處于完好狀態，殼體排氣孔應去封。
4.2起動
4.2.1步驟
4.2.1.1調節氣體軸承供氣壓力，保持左氣體軸承供氣壓力>0.52MPa，右氣體軸承供氣壓力>0.5MPa，對于初次開車，為確定軸承供氣后轉子是否起浮，可在殼體排氣孔處觀察。
4.2.1.2增壓端出口閥全開，旁通閥全開。
4.2.1.3全開膨脹端出口截止閥。
4.2.1.4緩慢打開增壓端進口調節閥，逐漸使增壓端進口壓力上升到0.537 MPa，再緩慢打開膨脹端進口閥,同時調整膨脹端旁通閥,注意膨脹機轉速不許超過72200r/min。
4.2.1.5然后不斷調整增壓端的進口閥、旁通閥和膨脹端的進口閥、旁通閥的開度。當增壓端進口壓力表讀數下降時，要加大增壓端進口閥和旁通閥的開度；當膨脹端進口壓力表讀數上升過快時，則開大膨脹端旁通閥的開度。
4.2.1.6調節增壓端密封氣壓力為~0.5MPa，調節膨脹端密封氣壓力為~0.15MPa。
4.2.1.7當膨脹端進出口參數接近設計值時，則緩慢關閉增壓端旁通閥，以達到增壓效果。
4.2.2注意事項
4.2.2.1由于起動階段，偏離設計工況運行，運轉參數變化較大，故調節頻繁，起動時因整個裝置處于熱狀態，膨脹端進口溫度高于正常值，而膨脹端出口壓力低于正常值，因透平膨脹機絕熱效率高于活塞式膨脹機絕熱效率，故起動過程降溫極快，膨脹端進口溫度急速下降，此時應及時調整膨脹端進口閥門，防止膨脹機超速。
4.2.2.2在起動階段初期，因膨脹端進口溫度偏高，膨脹機進氣量達不到滿負荷運行，此時空壓機末級可部分放空。隨著膨脹端進口溫度的不斷下降，放空閥逐漸關小，調節至要求。
4.3運轉
4.3.1正常操作條件
左氣體軸承供氣壓力 >0.52MPa
右氣體軸承供氣壓力 >0.5MPa
增壓端密封氣體壓力 ~0.5MPa
膨脹端密封氣體壓力 ~0.15MPa
膨脹端進口壓力 0.596MPa
膨脹端出口壓力 0.047MPa
膨脹端進口溫度 142K
轉 速 65640r/min
增壓端進口壓力 0.537MPa
增壓端出口壓力 0.655MPa
增壓端進口溫度 293K
4.3.2透平膨脹機的平行作業和切換
由于透平膨脹機進氣管道公用，故從兩臺同時運轉轉入一臺單獨運轉時，應密切注視另一臺以防超速，操作過程需緩慢進行。當從一臺單獨運轉切換到另一臺單獨運轉時，應先停止一臺運轉，再按起動步驟起動另一臺，操作過程需緩慢進行。當從一臺單獨運轉轉入兩臺同時運轉時，切記要先全開未起動的一臺膨脹機增壓端的旁通閥，以防其在起動時增壓端氣量不足，而產生喘振現象，燒壞軸承。對于停車的一臺膨脹機，軸承氣壓力應保持0.10~0.20MPa（表壓）左右，以防雜質進入。
4.3.3加溫吹除
運轉過程中若有冰和干冰附著于噴嘴上則會造成噴嘴堵塞，使透平膨脹機效率降低，需要切換，進行加溫解凍吹除，時間取決于實際操作狀態。
4.3.3.1有下列情況需進行加溫吹除：
a噴嘴出口壓力降低；
b轉速下降；
c流量減少；
d.進出口壓力波動很大。
4.3.3.2方法
加溫空氣用干燥的熱空氣，加溫到吹除口的出氣露點溫度達到~60℃時為止。加溫空氣由膨脹機加溫閥→膨脹機→吹除閥。
4.3.3.3注意事項：
a加溫時透平膨脹機進出口截止閥要關嚴，吹除閥要全開。
b加溫熱氣與正常工作氣流相反，加溫吹除應在軸承供氣狀態下進行。
c透平膨脹機停車后，為保護設備，必須進行一次加溫吹除。
4.3.4調節
透平膨脹機的調節主要取決于空分裝置對冷量的需要，一般采用膨脹端進口閥節流的調節方法，機前溫度的調節主要為了避免機后溫度過低，以免產生液滴使設備受損。在冷量比較富裕的情況下，若進口溫度很低，無法將其調高，則應機前節流使膨脹機低負荷運行，保證出口溫度不致產生液滴。
4.4停車
4.4.1步驟：停車步驟與起動步驟相反進行。
4.4.1.1逐漸關閉增壓端進口閥，再關透平端進、出口閥和增壓端出口閥。
4.4.1.2當轉速表讀數降為10000轉/分左右時，左、右軸承氣壓力調整平衡，當轉速表讀數降為零時，關閉密封氣，并將軸承氣壓力降至0.15MPa（表壓）左右。
4.4.2緊急停車：發生下列情況須緊急停車：
a出現有極不正常現象(轉速﹑壓力﹑溫度﹑流量)
b有異常的振動或噪音。
c氣體軸承卡住。
4.4.3突然停電
除立即同時關閉膨脹機進口閥和純化器進口閥外，其他應按空分裝置緊急停車處理。故障排除后，作好各項準備工作，準備下次起動。
5、維護裝配及故障處理
5.1維護
除發生意外事故外，增壓透平膨脹機組可以和空分裝置一起進行連續運行，一般情況下無需拆檢，如確實要拆檢時，須按規定要求進行。
5.1.1透平膨脹機檢查要求
5.1.1.1軸承允許在不影響尺寸精度和粗糙度的情況下局部修理，但修整后需嚴格進行清洗去污，并用高壓純凈氣體吹除干凈。
5.1.1.2為了保證轉子動平衡性能，不應隨便更換零件或改變其位置，在修整或更換零件后須經動平衡校正后方可使用，其重心偏移量不大于0.2μm，轉子拆裝時應注意原工作輪和增壓風機輪及所屬零部件的刻度線，傘形螺母和風機螺母允許最大刻度線偏移不應超過10°~15°，否則需經再次動平衡校驗。
6、透平膨脹機常見故障分析與排除
6.1透平膨脹機后溫度過低
此時容易產生液滴（指膨脹端出口壓力0.047MPa，起動時隨排氣壓力下降該溫度也相應下降），將工作輪打壞。此時應調節膨脹機前溫度，調整旁通調節閥，如進口溫度很低無法調高時，則可關小膨脹端進口閥，或降低膨脹機進口壓力等措施來降低膨脹機的轉速，使膨脹機低負荷運行。
6.2透平膨脹機起動時超速
透平膨脹機在起動時超速，主要由于打開膨脹端進口截止閥時過猛，氣量過大，容易引起超速。故在起動時，一方面要緩慢打開膨脹端進口截止閥；另一方面切記在起動膨脹機之前應將增壓端進、出口閥和膨脹端出口閥全開。
6.3膨脹端進口壓力過低
膨脹機前整個通路中任何一部分發生堵塞或阻力過大，均會引起機前壓力降低。機前壓力過低將使膨脹量減少，單位制冷量減少，造成總制冷量減少，因此必須消除。
造成機前壓力過低的原因可能是換熱器或膨脹氣體過濾器堵塞（機械塵埃或干冰），應及時加溫吹除，對過濾器進行清洗，或對分子篩純化器進行凈化效果的分析。
6.4膨脹端出口壓力過高
透平膨脹機后的空氣去上塔，若機后阻力過大，或上塔阻力大，均可造成機后壓力過高。此時因膨脹比下降，膨脹制冷量減少，可能導致裝置冷量不平衡，必須及時處理。若因上塔阻力大，造成膨脹機后壓力過高，則必須清洗，吹除，調整到正常值，此時機后壓力應自動下降恢復原數值，否則應從機后管道阻力過大或葉輪與內擴壓器之間間隙過大等方面找原因，進而排除。
6.5透平膨脹機振動過大
造成透平膨脹機振動過大的原因很多，主要有下列幾方面：
6.5.1轉子動平衡不良
轉子出廠前是作過嚴格的動平衡試驗的，其重心偏移值和不平衡重量均控制在允許的范圍內，該機轉子動平衡精度為0.2μm，但在裝拆運轉過程中因不對中，磨損或輪內雜質凍結都將破壞轉子的動平衡，由此將引起過大的振動，應停車檢查，必要時應對轉子再次作動平衡試驗，看其是否超過允許范圍。
6.5.2膨脹機內出現液體
當膨脹機內出現液體時，由于液體被甩到葉輪外緣，溫度升高，又急劇汽化，會使間隙壓力大幅度波動，造成膨脹機振動，此時壓力表急速跳動，溫度指示波動，應立即停車處理。
6.5.3氣體軸承供氣壓力過低
對于一定的供氣壓力Ps，氣體軸承增壓透平膨脹機運轉是十分穩定的，該機在正常操作條件下的左、右軸承的供氣壓力分別規定為>0.52MPa、>0.5MPa（表壓），供氣壓力過低，造成不能正常運轉。
