透平膨胀机的工作原理是什么，它的效率如何？

原理：

其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。我们平常用气筒打气会发现筒身发热,那是因为活塞压缩气体气体放热,如果反之其原理就类似于膨胀机了(更确切的说是活塞式膨胀机).透平膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或制动风机消耗。

效率

实现单级结构，以径流向心式最为合理，容易满足上述要求。但是，在规定的叶轮径尺寸下，径流向心式通过气量的能力小于轴流式，因此对于中压流程，更大流量与更大焓降的透平膨胀机，并不排斥将透平膨胀机设计成具有反动度的多级轴流式。

但目前向心度较大的反动式透平膨胀机并没有达到它本身通过气量的极限值，特别是因为它的结构简单，又有很高的等熵效率，所以它被广泛地应用在目前国内外低温技术上。

故障原因

转速表指示失准，一般有两种原因：一是因膨胀机本身故障造成转速表指示异常，这种情况往往伴随着膨胀机有严重的异常声音；二是磁电传感器故障所致。

磁电传感器安装在制动风机的端盖中间，由两块绕有线圈的永久磁铁组成，利用磁电感应原理，如果线圈对地短路或内部受潮绝缘被破坏，转子转动时切割磁力线产生的感应电流出现变化，造成测量转速不准。可用兆欧表测量线圈接线对地电阻及绝缘程度，以作出准确的诊断。

膨胀机转速表在0~40℃环境温度下能正常工作，温度过低或过高均对转速表测量不利。在分馏塔加温时没有取下膨胀机，即使在风机排气放空阀关闭的情况下，由于冷吹阶段空气的温度远低于0℃，加温后期的空气温度又高于40℃，

这两种温差较大的气体长时间充满风机系统，磁电传感器线圈受影响最大，多次进行加温，就会产生线圈受潮不绝缘、对地短路的故障，在这种情况下转速表指示会迟钝且低于实际转速。

透平膨胀机制冷的基本原理 根据能量转换和守恒定律可知，气体在透平膨胀机内进行绝热膨张对外作功时，气体的能量焓值一定要减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。透平膨胀机的实际制冷量总比理论制冷量要小，因此，膨胀机的效率总是小于1。膨胀机的效率越低，则在相同进、出口压力和进口温度下，膨胀机的单位工质制冷量越小，反映出膨胀机的温降效果越小。在实际操作中，应该了解哪些因素影响膨胀机的效率，以便尽可能保证膨胀机在高效率下运转。 膨胀机的效率高低取决于膨胀机内的各种损失的大小。由于各种损失的存在，使气体对外做功的能力降低。而这些损失(如摩擦、涡流等)又以热的形式传给气体本身，使气体的出口温度升高，温降效果减小。其损失主要有以下几种： 1)流动损失。气流流过导流器和工作轮时，由于流道表面的摩擦、局部产生漩涡、气流撞击等产生的损失属于流动损失。 流动损失的大小与流道形状是否与气流流动方向相适应、表面光洁程度等因素有关。流道除了与设计、制造技术水平有关外，膨胀机内流道的磨损、杂质在表面积聚、转速变化而使气流进入叶轮时产生的撞击等，都会增加流动损失。一般情况下，导流器内的流动损失约占总制冷量的5%，工作轮内的流动损失约占总制冷量的6%。 2)工作轮轮盘的摩擦鼓风损失。工作轮在旋转时，轮盘周围的气体对叶轮的转动有一摩擦力，轮盘将带动气体运动。由此产生的摩擦热将使气体的温度升高，这种损失称为摩擦鼓风损失。它与工作轮的直径及转速等因素有关，一般占总制冷量的3%～4%。 3)泄漏损失。泄漏损失包括内泄漏和外泄漏两种，如图71所示。内泄漏是指一部分气体经过导流器后不通过叶轮膨胀，而直接从工作轮与机壳之间的缝隙漏出，与通过叶轮膨胀的气体汇合。这小股泄漏气体未经过叶轮的进一步膨胀，温度较高，因而使膨胀机的制冷量减小，降低了膨胀机的效率。内泄漏量的大小取决于转子与机壳之间的间隙，因此在安装时必须严格控制在规定公差范围之内。 外泄漏是指通过轮盘后部沿轴间隙向外泄漏出的气体。这部分气体的泄漏对膨胀机的效率没有影响，但是将减少总的制冷量。同时外漏气体的冷量也无法回收，所以它对产冷的影响是很大的。外泄漏量的大小与密封装置结构、间隙以及是否通压力密封气有关。 4)排气损失。通过膨胀机的气体在出口还具有一定的速度，叫做余速。余速越高，能量损失也越大，这部分损失叫做排气损失或余速损失。排气损失不仅与设计有关，在运转过程中当转速变化偏离设计工况时，也会使气流出口速度增加，效率降低。

　　透平膨胀机（Turboexpanders）也叫涡轮机，它是用来使气体膨胀输出外功并产生冷量的机器。其工作原理是利用气体的绝热膨胀将气体的位能转变为机械功。因而它广泛地使用于制冷、回收能量和其它需要紧凑动力源的系统。
透平膨胀机的工作原理
在制氧机中，流程给出的透平膨胀机的工作参数范围有限，如在低压流程中，压力范围为，入口温度在,，故焓降不大，因此透平膨胀机一般作成单级型式。因为膨胀气体容积流量不太大，而它的比重较大，一级的膨胀比相对地比较大，因而采取通常的单级轴流透平是困难的。在上述条件下要实现单级结构，以径流向心式最为合理，容易满足上述要求。但是，在规定的叶轮径尺寸下，径流向心式通过气量的能力小于轴流式，因此对于中压流程，更大流量与更大焓降的透平膨胀机，并不排斥将透平膨胀机设计成具有反动度的多级轴流式。但目前向心度较大的反动式透平膨胀机并没有达到它本身通过气量的极限值，特别是因为它的结构简单，又有很高的等熵效率，所以它被广泛地应用在目前国内外低温技术上。
透平膨胀机制冷的基本原理
根据能量转换和守恒定律可知，气体在透平膨胀机内进行绝热膨张对外作功时，气体的能量焓值一定要减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。
怎样使气体对外作功呢？活塞膨胀机是通过气缸容积的改变，使气体绝热膨胀，推动活塞对外作功，达到制冷的目的。在透平膨胀机中，气体的能量转换发生在导流器的喷嘴叶片间与工作叶片内。和所有的叶片式机械一样，向心式透平膨机的工作原理是根据气流动量矩变化的规律，即通过旋转工作轮一定形状的流道时，动量矩发生改变，对外输出功，而消耗气体本身的内能，降低温度。从原理上讲，透平膨胀机就是一种冷气发动机，和蒸汽透平与燃气透平的原理是相同的，只不过是透平膨胀机的根本用途是着眼于工作气体焓值降低而制取冷量这一点上，至于它对外输出功的回收问题则是次要的。

透平膨胀机制冷的基本原理
根据能量转换和守恒定律可知，气体在透平膨胀机内进行绝热膨张对外作功时，气体的能量焓值一定要减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。
透平膨胀机的实际制冷量总比理论制冷量要小，因此，膨胀机的效率总是小于1。膨胀机的效率越低，则在相同进、出口压力和进口温度下，膨胀机的单位工质制冷量越小，反映出膨胀机的温降效果越小。在实际操作中，应该了解哪些因素影响膨胀机的效率，以便尽可能保证膨胀机在高效率下运转。
膨胀机的效率高低取决于膨胀机内的各种损失的大小。由于各种损失的存在，使气体对外做功的能力降低。而这些损失(如摩擦、涡流等)又以热的形式传给气体本身，使气体的出口温度升高，温降效果减小。其损失主要有以下几种：
1)流动损失。气流流过导流器和工作轮时，由于流道表面的摩擦、局部产生漩涡、气流撞击等产生的损失属于流动损失。
流动损失的大小与流道形状是否与气流流动方向相适应、表面光洁程度等因素有关。流道除了与设计、制造技术水平有关外，膨胀机内流道的磨损、杂质在表面积聚、转速变化而使气流进入叶轮时产生的撞击等，都会增加流动损失。一般情况下，导流器内的流动损失约占总制冷量的5%，工作轮内的流动损失约占总制冷量的6%。
2)工作轮轮盘的摩擦鼓风损失。工作轮在旋转时，轮盘周围的气体对叶轮的转动有一摩擦力，轮盘将带动气体运动。由此产生的摩擦热将使气体的温度升高，这种损失称为摩擦鼓风损失。它与工作轮的直径及转速等因素有关，一般占总制冷量的3%～4%。
3)泄漏损失。泄漏损失包括内泄漏和外泄漏两种，如图71所示。内泄漏是指一部分气体经过导流器后不通过叶轮膨胀，而直接从工作轮与机壳之间的缝隙漏出，与通过叶轮膨胀的气体汇合。这小股泄漏气体未经过叶轮的进一步膨胀，温度较高，因而使膨胀机的制冷量减小，降低了膨胀机的效率。内泄漏量的大小取决于转子与机壳之间的间隙，因此在安装时必须严格控制在规定公差范围之内。
外泄漏是指通过轮盘后部沿轴间隙向外泄漏出的气体。这部分气体的泄漏对膨胀机的效率没有影响，但是将减少总的制冷量。同时外漏气体的冷量也无法回收，所以它对产冷的影响是很大的。外泄漏量的大小与密封装置结构、间隙以及是否通压力密封气有关。
4)排气损失。通过膨胀机的气体在出口还具有一定的速度，叫做余速。余速越高，能量损失也越大，这部分损失叫做排气损失或余速损失。排气损失不仅与设计有关，在运转过程中当转速变化偏离设计工况时，也会使气流出口速度增加，效率降低。