Expander (fra fransk détendre-weaken ) - en enhed, der omdanner gassens indre energi til mekanisk energi . I dette tilfælde afkøles gassen, der udfører arbejde . Anvendes i kredsløbet til fremstilling af flydende gasser som oxygen , brint og helium . De mest almindelige er stempelexpandere og turboexpandere .
Turbo-ekspandere har fundet deres hovedanvendelse i teknologiske processer til produktion af flydende brint , oxygen, luft, nitrogen og andre kryogene gasser samt LNG . Men i dag begynder turboekspandere at blive brugt i processerne med at udnytte energien fra gasspjældet ved GDS og hydraulisk frakturering i distributionen af gas, der transporteres gennem hovedgasrørledninger . En turbo-ekspander er også en turbo-køler, TX er en vigtig komponent i klimaanlægget i ethvert jet- eller turbopropfly i høj højde . [en]
Der er store udsigter for brugen af turboekspandere i teknologiske produktionsprocesser ved hjælp af damp som den vigtigste energibærer ( olieraffinaderier og kemiske anlæg) samt i gas- og oliefelter.
I begyndelsen af det 20. århundrede blev der søgt efter måder at øge temperaturen i højovne og derved forenkle smeltningen af råjern . For at gøre dette skulle den bruge blæser iltberiget luft ind i højovnen. Ilt opnås fra flydende luft gennem fraktioneret destillation . Følgelig er problemet med at opnå flydende luft i industriel skala opstået. Den kølemetode , som blev opfundet i 1895 af Carl von Linde ( drosling gennem et tyndt rør) var meget energikrævende og ikke effektiv nok, hvilket ikke tillod brugen af ilt i metallurgi. Stempelekspandere blev forsøgt brugt i kryoteknologi næsten med det samme: i 1902 opfandt Georges Claude et skema med en lavtemperaturekspander, som havde en relativt god effektivitet på op til 30 %, men lav pålidelighed, og i 1906 modificerede Paul Geilandt processen, så ekspanderen fungerede ved normal temperatur ved at øge trykluften i installationen og ofre effektiviteten, men vinde i pålidelighed. Det var på sidstnævnte ordning, at de fleste af 1930'ernes installationer fungerede. For at ekspandererne ikke skulle fejle, tilstoppet med vandis, skulle luften tørres ved at passere gennem specielle kemiske blandinger, hvilket komplicerede og øgede omkostningerne ved processen.
Den helt åbenlyse idé med at bruge en turbine som ekspander blev foreslået af Lord Rayleigh i 1898, men det var først muligt at implementere det i begyndelsen af 1930'erne, mens effektiviteten af rørekspanderen ikke nåede den teoretiske, to høje og der skulle indføres lavtrykskredsløb i installationen, kemisk renseluft blev bevaret, og slutproduktet var gasformigt og ikke flydende ilt [2] .
I modsætning til ingeniører, der havde arbejdet i industrien i årtier og behandlet turboekspanderen som en dampturbine, henledte fysikeren Kapitsa opmærksomheden på det faktum, at den kolde trykluft i Claudes plan var tættere på en væske end på damp, og holdt sig i tankerne. design af centripetale radiale aksiale turbiner i vandkraft; med hans egne ord: "... den rigtige type turbo-ekspander vil være som et kompromis mellem en vand- og en dampturbine" [2] . Kapitsa fjernede også en varmeveksler fra Claudes plan, hvilket placerede sig på niveau med Geilandt og Linde. Turboekspanderen, som fungerede pålideligt ved lave temperaturer, gjorde det muligt at reducere trykket i installationen betydeligt, bruge en turbokompressor, der ikke introducerer smøreolier i den afkølede luft, erstatte rekuperative varmevekslere med regenerative , som bedre overfører varme og, desuden rense luften for fugt uden kemikalier, og generelt lette og gøre installationen billigere.
Udviklingen af en grundlæggende ny installation gjorde det muligt at anvende ilt i højovne og omformere . Dette gjorde det ikke kun lettere at smelte jern, det gjorde det også lettere at omdanne råjern til jern ( stål ). Det resulterende stål var af højere kvalitet end på Bessemer-konvertere, da det indeholdt mindre nitrogen opløst i det . Brugen af ren ilt i stedet for luft øger også temperaturen i konverteren markant, hvilket gør det muligt for den at omsmelte en væsentlig større mængde metalskrot.
Akademiker Kapitsa spillede en førende rolle i udviklingen af ekspandere i USSR siden 1936 , især foreslog han et forbedret design af turboexpanderen, som gjorde det muligt at øge dens effektivitet fra 0,52-0,58 til 0,79-0,83 [2] . er, 3 gange reducere tab (sammenlignet med verdens bedste turbo-ekspandere af det tyske firma Linde ).