Кіріспе
Жоғары қысымды газ турбинасының түрі Турбоэкспандер, сондай-ақ турбоэкспандер немесе кеңейту турбинасы деп аталады, ол орталықтандырылған немесе осьтік ағыс турбинасы, ол арқылы жоғары қысымды газ жиі компрессорды немесе генераторды іске қосу үшін қолданылады. Жұмыс кеңейіп жатқан жоғары қысымды газдан алынады, сондықтан кеңейу изоэнтропиялық процесспен (яғни тұрақты энтропиялық процесспен) шамаланады, ал турбинадан шығатын төмен қысымды газ өте төмен температурада, -150 °C немесе одан төмен, жұмыс қысымы мен газ қасиеттеріне байланысты. Жарық газдың ішінара сұйытылуы жиі кездеседі. Турбоэкспандерлер өнеркәсіптік процестерде, мысалы, табиғи газдан этан мен табиғи газ сұйықтықтарын (ТЖЖ) алу, газдарды сұйыту (табиғи оттегі, азот, гелий, аргон және криптон сияқты) және басқа да төмен температуралы процестерде тоңазыту көздері ретінде кеңінен қолданылады. Қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған турбоэкспандерлердің көлемі шамамен 750 Вт-тан шамамен 7,5 МВт-қа дейін (1 Қ.с.-дан шамамен 10 000 Қ.с.-ға дейін).
A turboexpander, also referred to as a turbo expander or an expansion turbine, is a centrifugal or axial flow turbine, through which a high pressure gas is expanded to produce work that is often used to drive a compressor or generator. Because work is extracted from the expanding high pressure gas, the expansion is approximated by an isentropic process (i. e., a constant entropy process), and the low pressure exhaust gas from the turbine is at a very low temperature, −150 °C or less, depending upon the operating pressure and gas properties. Partial liquefaction of the expanded gas is not uncommon. Turboexpanders are widely used as sources of refrigeration in industrial processes such as the extraction of ethane and natural gas liquids (NGLs) from natural gas, the liquefaction of gases (such as oxygen, nitrogen, helium, argon and krypton) and other low temperature processes. Turboexpanders currently in operation range in size from about 750 W to about 7.5 MW (1 hp to about 10,000 hp).
Қолданбалар
Турбоэкспандерлер төмен температуралы процестерде жиі қолданылса да, олар басқа көптеген қолданбаларда қолданылады. Бұл бөлімде төмен температурадағы процестердің бірі, сондай-ақ кейбір басқа қолданбалар талқыланады.
Тоңазытқыш жүйесі
Салқындату жүйесі компрессорды, турбоэкспандерді және электр қозғалтқышын пайдаланады. Жұмыс жағдайларына байланысты турбодифференстор турбодифференстордың орнына газды таралу клапанын пайдаланатын кәдімгі буды қысылған тоңазыту жүйесіне қарағанда электр қозғалтқышының жүктемесін 615% -ға азайтады. Негізінде, бұл турбо-композицияның бір түрі ретінде қарастырылуы мүмкін. Жүйеде жоғары қысымды тоңазытқыш қолданылады (яғни, төмен қалыпты қайнау температурасы бар), мысалы: Бұл турбошилендіргіштің эрозиядан зақымдануын болдырмау үшін қажет. Суретте көрсетілгендей, түтін газын турбодифлятор арқылы кеңейту регенератордың жанатын ауа компрессорын іске қосу үшін жеткілікті қуат береді. Электр қуатын қалпына келтіру жүйесіндегі электр қозғалтқышы генераторы электр қуатын тұтынады немесе өндіре алады. Егер түтін газын кеңейту ауа компрессорды іске қосу үшін жеткілікті қуатты қамтамасыз етпесе, электрлік генератор қажетті қосымша қуатты қамтамасыз етеді. Егер түтін газын кеңейту ауа компрессорды іске қосу үшін қажеттіден артық қуат берсе, онда электр қозғалтқышы генераторы артық қуатты электр қуатына айналдырады және оны өңдеу зауытының электр жүйесіне экспорттайды. Бу турбинасы сулы катализаторды іске қосу кезінде осы тапсырманы орындауға жеткілікті күйдіру түтін газдары болғанға дейін регенератордың жанар-жағармай ауа компрессорын іске қосу үшін қолданылады. Кейінгі уақытта кеңейтілген түтін газы буды өндіретін қазандық арқылы (CO қазандығы деп аталады) өткізіледі, онда түтін газындағы көміртек оксиді отын ретінде жандырылып, мұнай өңдеу зауытында қолданылатын буды қамтамасыз етеді. 1939 жылы орыс физигі Пётр Капица центрифугалы турбоэкспандерлердің құрылымын жетілдірді. Оның алғашқы практикалық прототипі Монель металдан жасалған, сыртқы диаметрі 8 см (3,1 дюйм), минутына 40 000 айналыммен жұмыс істеді және сағатына 1000 текше метр ауа кеңейтті. Ол су сорғысын тежегіш ретінде пайдаланып, 79-83% тиімділікке ие болды. 1983 жылы Сан-Диего газ және электр компаниясы энергияны қалпына келтіру үшін табиғи газды босату станциясына турбоэкспандер орнатуды біріншілердің бірі болды.
Түрлері
Турбоэкспандерлерді жүктеу құрылғысы немесе подшипниктер бойынша жіктеуге болады. Турбоэкспандерлерде қолданылатын үш негізгі жүктеу құрылғысы - орталықтандырылған компрессорлар, электр генераторлары немесе гидравликалық тежегіштер. Орталықтан тыс компрессорлар мен электр генераторлары арқылы турбоэкспандерден алынған вал қуаты процесс газын қайта қысу үшін немесе электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылады, бұл коммуналдық шоттарды төмендетеді. Гидравликалық тежегіштер турбоэкспандер өте кішкентай болған кезде және вал қуатын жинау экономикалық тұрғыдан ақталмайтын жағдайда қолданылады. Пайдаланылатын подшипниктер майлы подшипниктер немесе магниттік подшипниктер болып табылады.