Классификация, работа

Назначение турбодетандера — преобразовывать часть энергии пото­ка сжатого газа в работу, снимаемую с вала детандера; при этом эн­тальпия снижается, и расширяющийся газ охлаждается. В турбодетандерах это преобразование происходит в направляющем аппарате и ра­бочем колесе.

Турбодетандеры в зависимости от способа преобразования энер­гии потока газа в работу делят на два типа:

а) активные и б) реак­тивные.

Как правило, турбодетандеры и активного, и реактивного типов выполняют радиальными с направлением потока от периферии к центру.

Газ с начальным давлением p₁, проходя через сопла направляю­щего аппарата, адиабатно расширяется до давления р_м, равного конечному давлению р₂. При этом абсолютная скорость газа увеличи­вается и на выходе из сопел превышает критическую. Каналам направляющего аппарата обычно придают форму сопел Лаваля. Критическая скорость воздуха и азота в условиях работы турбодетандера составляет примерно 180—200 м/с.

Площадь сечения каналов рабочего колеса почти неизменна. При повороте струи газа в канале движущийся газ оказывает давление на поверхности лопаток. Под воздействием вызываемых этим усилий вра­щается рабочее колесо.

Кинетическая энергия струй газа, выходящих из направляющего аппарата, на лопатках рабочего колеса при постоянном давлении преобразуется в механическую работу. На лопатках активного турбоде­тандера расширения газа практически не происходит (p₂ = p_м). От­ношение внутреннего диаметра лопаточного венца колеса к наружному μ = D₂/D₁ обычно составляет около 0,85, и длина лопаток невелика. Расширенный до давления p₂ и охлажденный газ отводится из турбо­детандера через выходной патрубок в корпусе машины. Энергия враще­ния рабочего колеса передается через редуктор на мотор-генератор.

Принципиально активные и реактивные машины отличаются вы­полнением направляющего аппарата и рабочего колеса. В активном турбодетандере каналы направляющего аппарата в соответствии с их назначением выполняют как сопла Лаваля с длинной расширяющейся частью, а длина лопаток рабочего колеса невелика, что необходимо для уменьшения потерь от трения. В реактивных турбодетандерах, наоборот, направляющие лопатки выполняют так, чтобы каналы были сравнительно короткими и суживающимися, а рабочие лопатки, обра­зующие каналы для расширения воздуха, – удлиненными, причем сами каналы хотя и расширяются в осевом направлении от периферии к центру, но площадь их сечения уменьшается, так как к центру каналы сужаются.

Турбодетандеры крупных установок низкого давления весьма надежны и просты в эксплуатации. Это обусловливается простотой конструкции турбодетандеров, отсутствием частей с возвратно-посту­пательным движением, клапанов и других узлов, необходимых в порш­невых машинах.

Основные направления использования турбодетандеров:
Криогенные гелиевые установки;
Воздухоразделительные установки и ожижители азота разного давления;
Ожижители воздуха;
Заводы по переработке природного газа;
Криогенные гелиевые установки для выработки электроэнергии мощностью до 1 МВт.