磁悬浮轴承透平膨胀机.doc

磁悬浮轴承透平膨胀机早在1980年，CRYOSTAR公司就与一家磁轴承制造商结成伙伴关系，开发了采用磁悬浮轴承的增压透平膨胀机。随后进行了广泛的运转，于1988年推出了工业用生产装置。现在，磁悬浮轴承透平膨胀机在国外已有长足的发展。1999年11月，CRYOSTAR公司已生产磁悬浮轴承透平膨胀机75台，最小功率功率300kW，最大功率4MW。膨胀机效率实测92%，增压机效率为86%。采用闭式整体叶轮，材质为高强度铝合金，最大圆周速度可达400m/s。LOTOFLOW公司的磁悬浮轴承透平膨胀机最大功率已达到13000马力，转速达7000r/min， 用于石油平台上的乙烷回收装置。最小的磁悬浮轴承透平膨胀机功率为100kW。磁悬浮轴承透平膨胀机后透平膨胀机的发展方向。据介绍，LOTOFLOW公司已经完成了 30000马力，能量回收用磁悬浮轴承透平膨胀机的技术储备。图5是磁悬浮轴承透平膨胀机的示意图。透平膨胀机的一端是膨胀机叶轮，另一端是增压机叶轮。由两个叶轮和轴组成的子由每一段的径向磁悬浮轴承和一个中间的止推磁悬浮轴承所支承。为了防止在磁轴承失去磁性时刮伤迷宫密封以及在主电源和返回式电池电源都失电时能保护设备，在轴的两端还安装了一个抗摩擦轴承。这些轴承用从膨胀端和压缩端漏人中间室的气体冷却。冷却了磁轴承后的气体再用管路送回主供气压缩机或者循环压缩机。因此，在这个过程循环中没有气体损失。图5 磁悬浮袖承透平膨胀机磁悬浮径向轴承由两个部分组成：固定在透平转子轴上的电磁铁和在它周围的定子。借助于固定的电磁铁，由黑色金属制成的转子可以在磁场中被支承起来。如果在定子和之间建立起个小的 空气隙并对电磁铁施以恰当的电力控制，则转子可在负荷变动的情况下维持精确的位置。磁悬浮止推轴承由一个扁平的实心铁磁体盘组成，径向装配在轴上，在轴向固定。轴向磁悬浮轴承的定子用实心环形铁心制成，并加工了一些环形凹槽，用来嵌入电磁铁的配线线圈。把定子在两端定位后就形成了一个双作用推力轴承。控制系统在理论上是简单的，但在电子学上是较复杂的。电磁铁接受正在指示轴位置的传感器的讯号，并和与转轴的标准位置 (径向和轴向)相对应的讯号进行比较。这两个讯号之间的任何偏差都产生出一讯号。在控制回路中对这个误差讯号进行加工后，会发出一个命令给功率放大器，使某个电磁铁的供电电源增大或者减小。如上所述，磁悬浮轴承透平膨胀机了两道保护：当供电电源突然停电时，由UPS不间断电源供给电力；当UPS也不能供应足够的电力时，则在辅助抗摩擦轴承的帮助下实现安全停车（见图5)。 磁悬浮轴承透平膨胀机与常规的油轴承透平膨胀机相比有以下优点： （1）磁悬浮轴透平膨胀机不需要润滑，没有油泵、油过滤器、油冷却器等组成的供油装置，对过程气体没有任何污染，因此对后续设备(如换热器等)无任何威胁。（2）磁悬浮轴承透平膨胀对转子的动平衡要求低于常规油轴承透平膨胀机对转子动平衡的要求。即使转子在工作中有一定程度的局部损坏而影响了的动平衡也可以通过控制系统改变某个位置的磁力使其保持正常运行。（3）磁悬浮轴平膨胀机与油轴承透平膨胀相比，由于磁轴承降低了功率损失，不需要供油装置，再加上不损失工艺气体，因此可改善循环的效率，见表1-5。（4）磁悬浮轴承透平膨胀机启动方便，容易保管维护，可靠性好。据介绍，其可靠性或年运行可靠率超过99.9%。其中很多装置的年运行可靠率实际上是100%。 表1-5 两种轴承透平膨胀机气体动力学效率之比较轴承型式油轴承磁悬浮轴承转速（r/min）2800028000产生的冷量(kW)823823轴承损失(kW)267用于压缩的功率(kW)797816辅助设备之比较冷却水功率(kW)10油加热器功率(kW)40油泵功率(kW)150总的辅助功率(kW)200总功率用于压缩的功率(kW)777816循环效率的改进5.1%占地面积和重量重量(kg)65001500占地面积长宽髙(m)3.82.43.31.61.43.3目前用于空分装置的磁悬浮轴承透平膨胀机的造价要比常规油轴承透平膨胀机的造价约髙15%，而用于LNG装置中的磁悬浮轴承透平膨胀机的造价则要比常规油轴承透平膨胀机的造价低约15%。磁悬浮轴承的轴承损失现在已可降低到0。在国外，透平膨胀机