Турбодетандеры
Турбодетандер — расширительная турбина, в которой сжатый газ расширяется с совершением работы и сильно охлаждается (адиабатное расширение). Его применяют в установках сжижения и разделения воздуха, газовых холодильных машинах, на газораспределительных станциях для получения холода и электроэнергии из перепада давления природного газа.
Турбодетандеры. Для промышленного получения пересыщенного воздуха методом адиабатного расширения могут быть использованы различные расширительные машины - детандеры, являющиеся основным элементом воздушных и газовых холодильных машин. Они имеют ограниченное применение в узкоспециализированных установках, главным образом при температурах ниже −70…−80 °C из-за меньшей (по сравнению с парокомпрессионными машинами) энергетической эффективности.
В настоящей работе не ставится задача использования адиабатных расширителей для получения холода. Источником холода для камер хранения остаются парокомпрессионные холодильные машины, а расширительная машина служит лишь для перевода влажного расширяющегося воздуха в пересыщенное МС-состояние.
В расширительной машине (поршневом детандере, турбодетандере и различных видах пневмодвигателей) охлаждение происходит в основном в результате отдачи внешней работы.
Расширение воздуха в детандерах характеризуется сравнительно небольшими необратимыми потерями энергии и наиболее близко к адиабатному (КПД до 0,85).
Конденсация паров при расширении
Из теории туманообразования известно, что при достижении состояния насыщения в объеме потока конденсации водяных паров еще не происходит, так как насыщение - это устойчивое равновесное состояние. Пары начинают конденсироваться тогда, когда воздух пересыщен. В этом случае давление насыщения водяных паров меньше фактического, а относительная влажность больше 1. Такое состояние паров обычно неустойчиво (метастабильное состояние) и стремится к устойчивому за счет конденсации, избыточной для данной температуры влаги.
Из физики конденсации паров известно также, что для осуществления этого процесса в объеме необходимо не просто пересыщение, а некоторое критическое пересыщение, раньше которого фазовый переход не происходит. На твердых поверхностях и центрах конденсации влага конденсируется при весьма незначительном пересыщении.
Работами Вильсона, Фольмера, А.Г. Амелина и других установлено, что критическое пересыщение водяных паров зависит от температуры, от присутствия в объеме центров конденсации - пылинок и газовых ионов, от числа Re (при движении газа), и от характера процесса охлаждения. Совокупное влияние всех этих факторов не поддается теоретическому вычислению и поэтому величина критического пересыщения в каждом случае определяется экспериментально.
Турбодетандер — что это такое
Турбодетандер — турбина, в которой сжатый газ расширяется, вращая рабочее колесо и совершая работу; отдавая энергию на вал, газ сильно охлаждается — гораздо сильнее, чем при дросселировании. Работу вала используют для привода компрессора или электрогенератора. Охлаждение при расширении с совершением работы — основа воздухоразделительных установок, сжижения природного газа, гелия и водорода.
| Параметр | Дроссель | Турбодетандер |
|---|---|---|
| Процесс | Изоэнтальпийный | Близок к изоэнтропийному |
| Охлаждение воздуха при 200→6 бар | Около 40–50 K | Около 100–150 K |
| Полезная работа | Нет | Есть, на вал |
| Сложность | Простой клапан | Высокооборотная машина |
На газораспределительных станциях турбодетандеры вырабатывают электроэнергию за счёт перепада давления магистрального газа. Другой способ охлаждения газа без движущихся частей — вихревая труба.
Частые вопросы
Как работает турбодетандер?
Сжатый газ проходит через сопла и рабочее колесо турбины, расширяется и отдаёт энергию на вал; так как работа совершается за счёт внутренней энергии газа, его температура резко падает.
Чем детандер лучше дросселирования?
При дросселировании газ охлаждается только за счёт эффекта Джоуля–Томсона, а в детандере ещё и совершает работу, поэтому охлаждение значительно глубже и можно получить электроэнергию.
Турбодетандер — что это?
Турбина, в которой сжатый газ расширяется с совершением работы на валу и при этом сильно охлаждается; применяется при сжижении и разделении газов и для выработки электроэнергии на ГРС.
Читайте также