Детандер

Детандер (от франц. détendre — ослаблять) — устройство, преобразующее потенциальную энергию газа в механическую энергию. При этом газ, совершая работу, охлаждается. Используется в цикле получения жидких газов, таких как воздух и гелий. Наиболее распространены поршневые детандеры и турбодетандеры.

Содержание

Применение

Основное применение турбодетандеры нашли в технологических процессах получения жидкого водорода, кислорода, воздуха, азота и других криогенных газов. Однако сегодня турбодетандеры начинают применяться в процессах утилизации избыточной «даровой» энергии дросселируемого природного газа на ГРС и ГРП при распределении газа, транспортируемого по магистральным газопроводам. Большие перспективы применения турбодетандеров в технологических процессах производств с применение пара в качестве основного энергоносителя (нефтеперерабатывающие и химические заводы), а также на газовых и нефтяных промыслах.

Причины разработки турбодетандеров, значимость

В начале 20-го века велись поиски способов повысить температуру в домнах, и тем самым упростить выплавку чугуна. Для этого предполагалось применять поддув в домну обогащённого кислородом воздуха. Кислород получают из жидкого воздуха посредством пофракционной перегонки. Соответственно возникла проблема получения жидкого воздуха в промышленных масштабах. Существовавший на то время способ охлаждения (дросселирование через тонкую трубку) был очень энергозатратным и не достаточно эффективным, что не позволяло применять кислород в металлургии. Попытки применять поршневые детандеры оканчивались неудачей, так как они быстро выходили из строя, забиваясь водяным льдом. Для применения поршневых детандеров воздух приходилось осушать, пропуская через специальные химические смеси, что опять же чрезмерно усложняло и удорожало процесс.

Разработка турбодетандера позволила применять кислород в доменных печах и конвертерах. Это не только упростило выплавку чугуна, но и упростило преобразование чугуна в железо (сталь). Получаемая сталь была более высокого качества, чем ранее, так как содержала меньше растворённого в ней азота. Применение чистого кислорода, вместо воздуха также существенно повышает температуру в конвертере, что позволяет в нём переплавлять существенно большее количество металлолома.

Источник

Детандер

Полезное

Смотреть что такое «Детандер» в других словарях:

детандер — а, м. détendeur < detendere ослаблять. 1. техн. Клапан, уменьшитель давления. СИС 1954. Редукционный клапан подачи воздуха. ТЭ 1937 3 970. Редукционный клапан. Пищепром. 2. Поршневая машина, работающая на сжатом газе; применяется в холодильной … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ДЕТАНДЕР — (фр.). Прибор для распределения пара. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. детандер (фр. detendre уменьшать давление лат. detendere ослаблять) 1) клапан, уменьшитель давления пара; 2) машина для… … Словарь иностранных слов русского языка

ДЕТАНДЕР — (от франц. detendre ослаблять) поршневая или турбинная машина для охлаждения газа за счет его расширения с совершением внешней работы. Используются главным образом в установках для сжижения и разделения газов … Большой Энциклопедический словарь

ДЕТАНДЕР — (Reducing valve) редукционный клапан, устанавливаемый на паровой магистрали для понижения давления пара. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

детандер — сущ., кол во синонимов: 3 • клапан (25) • манодетандер (1) • турбодетандер (1) … Словарь синонимов

детандер — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN expansion engine … Справочник технического переводчика

детандер — gas expansion machine, expansion [reducer] valve *Entspannugsmaschine, Expansionsmaschine – 1) Машина для охолодження й скраплення газу. 2) Клапан, зменшувач тиску пари … Гірничий енциклопедичний словник

Детандер — Схема работы детандера Детандер (от франц. détendre ослаблять) устройство, преобразующее потенциальную энергию газа в механическую энергию. При этом газ, совершая работу, охлаждается. Используется в цикле получения жидких газов, таких … Википедия

детандер — (от франц. détendre ослаблять), поршневая или турбинная машина для охлаждения газа за счёт его расширения с совершением внешней работы. Используются главным образом в установках для сжижения и разделения газов. * * * ДЕТАНДЕР ДЕТАНДЕР (от франц … Энциклопедический словарь

детандер — detanderis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Stūmoklinė arba turbininė mašina, kurioje dujos plėsdamosios atšąla ir atlieka mechaninį darbą. atitikmenys: angl. expander vok. Expansionsmaschine, f rus. детандер, m pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

детандер — detanderis statusas T sritis chemija apibrėžtis Stūmoklinė arba turbininė mašina, kurioje plėsdamosi dujos atšąla ir atlieka mechaninį darbą. atitikmenys: angl. expander rus. детандер … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Источник

ДЕТА́НДЕР

Том 8. Москва, 2007, стр. 585

Скопировать библиографическую ссылку:

ДЕТА́НДЕР (от франц. détendre – ос­лаб­лять, сни­жать дав­ле­ние), ма­ши­на для ох­ла­ж­де­ния га­за пу­тём его рас­ши­ре­ния с со­вер­ше­ни­ем (от­да­чей) внеш­ней ра­бо­ты. Ис­поль­зу­ет­ся в ус­та­нов­ках для ох­ла­ж­де­ния и сжи­же­ния га­зов и раз­де­ле­ния га­зо­вых сме­сей, в крио­ген­ных реф­ри­же­ра­то­рах и ожи­жи­те­лях. В Д. энер­гия сжа­то­го га­за, пре­вра­ща­ясь в ме­ха­нич. ра­бо­ту, со­про­во­ж­да­ет­ся по­ни­же­ни­ем темп-ры это­го га­за; наи­боль­шее ох­ла­ж­де­ние мо­жет быть по­лу­че­но при ис­клю­че­нии по­терь в ок­ру­жаю­щую сре­ду (см. Адиа­ба­ти­че­ский про­цесс ). По прин­ци­пу дей­ст­вия Д. раз­де­ля­ют на порш­не­вые и тур­бин­ные (тур­бо­де­тан­де­ры). Порш­не­вые Д. – ма­ши­ны объ­ём­но­го пе­рио­дич. дей­ст­вия, в ко­то­рых внутр. энер­гия га­за при его рас­ши­ре­нии пре­об­ра­зу­ет­ся во внеш­нюю ра­бо­ту, пе­ре­ме­щая пор­шень. При­ме­ня­ют­ся в ус­та­нов­ках с хо­ло­диль­ны­ми цик­ла­ми вы­со­ко­го (15–20 МПа) и сред­не­го (2–8 МПа) дав­ле­ния. Тур­бо­де­тан­де­ры – ма­ши­ны ки­не­тич. дей­ст­вия, в ко­то­рых по­ток га­за про­хо­дит че­рез не­под­виж­ные на­прав­ляю­щие ка­на­лы (со­пла), пре­вра­щая внутр. энер­гию га­за в ки­не­ти­че­скую, и сис­те­му вра­щаю­щих­ся меж­ло­па­точ­ных ка­на­лов ро­то­ра, где энер­гия по­то­ка пре­об­ра­зу­ет­ся в ме­ха­нич. ра­бо­ту, в ре­зуль­та­те че­го по­ни­жа­ет­ся темп-ра га­за. Тор­мо­же­ние тур­бо­де­тан­де­ра осу­ще­ст­в­ля­ет­ся элек­тро­ге­не­ра­то­ром, гид­ро­тор­мо­зом или на­гне­та­те­лем. Тур­бо­де­тан­де­ры при­ме­ня­ют­ся для хо­ло­диль­ных цик­лов низ­ко­го (0,4–0,8 МПа), сред­не­го и вы­со­ко­го дав­ле­ния с объ­ём­ны­ми рас­хо­да­ми га­за 1,5–40 м 3 /ч. Эти ма­ши­ны ха­рак­те­ри­зу­ют­ся ма­лы­ми раз­ме­ра­ми (диа­метр ра­бо­че­го ко­ле­са 10–40 мм) и вы­со­кой час­то­той вра­ще­ния ро­то­ра (100000–500000 об/мин).

Источник

Принцип действия турбодетандера

Технологические установки и газораспределительные станции, перерабатывая энергию сжатого газа, позволяют не только получать холод. Они способны вырабатывать механическую и электрическую энергию. Такое устройство известно, как турбодетандер, принцип действия которого основан на перепадах давления. Данные установки позволяют получать не использованный энергетический потенциал.

Устройство турбодетандера

Турбодетандерная установка представляет собой лопаточную турбинную машину с непрерывным действием. С помощью турбодетандера производится расширение газа с целью его дальнейшего охлаждения. Освобожденная энергия позволяет совершать полезную внешнюю работу. Турбодетандер осуществляет низкотемпературную обработку газа в промышленных установках, принимают непосредственное участие в сжижении газа и разделении многокомпонентных газовых смесей.

В конструкцию турбодетандера входит корпус, ротор, сопловой регулируемый аппарат, а также направляющий аппарат, оборудованный поворотными механизмами. Агрегат полностью герметичен и не нуждается в электрической энергии. Направление движущегося потока газа определяет его конструкцию. Поэтому турбодетандеры могут быть центробежными, центростремительными и радиальными (осевыми). В соплах наблюдается различная степень расширения газа. В связи с этим турбодетандеры разделяются на активные и реактивные.

В первом случае давление понижается лишь в неподвижных направляющих каналах, а во втором случае – еще и во вращающихся каналах ротора. Конструкции установок могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми, в зависимости от количества ступеней.

Принцип работы турбодетандерных установок

Прохождения газа или сжиженных газовых смесей происходит через отверстия неподвижных направляющих каналов, исполняющих функции сопел. В этом месте потенциальная энергия газа частично преобразуется в кинетическую, благодаря которой приводятся в действие вращающиеся лопаточные каналы ротора. Резкое расширение газа приводит к падению давления, в результате чего ротором совершается механическая работа с одновременным интенсивным охлаждением газового потока. Одновременно с ротором вращается колесо компрессора, насаженное на него.

Как правило, при использовании установок в промышленности, на входе турбины поддерживается постоянное давление в соответствии с проектным уровнем. В такой ситуации давление регулируется специальными клапанами, что не совсем рационально. Более эффективными считаются турбины с переменным давлением при полностью открытых входных клапанах. Используемые клапана должны иметь максимально большие размеры. Это позволяет достигнуть необходимого дросселирования при перепадах давления всего лишь 5-10%. Для традиционных клапанов этот показатель составляет 25 – 50% из-за слишком малых размеров. То же самое касается насосов, создающих давление газа. Они подбираются в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.

Наиболее оптимальным вариантом является применение турбодетандера для производства электроэнергии за счет избыточного давления. Одновременно, газ, проходящий через агрегат, используется по прямому назначению, независимо от режима работы и без каких-либо потерь. Таким образом, весь цикл представляет собой термодинамический обратимый процесс.

Использование турбодетандеров в промышленности

Применение турбодетандеров практикуется совместно с новыми установками или теми из них, которые были подвергнуты существенной модернизации. В обязательном порядке учитывается экономическая целесообразность и условия конкретного предприятия.

В промышленности широко используются турбодетандеры, принцип действия которых позволяет вырабатывать электрическую или механическую энергию, приводящих в движение вентиляторы или компрессоры. Но, несмотря на оптимальную энергетическую эффективность применения этих агрегатов, они должны соотноситься с общей предполагаемой потребностью и балансом пара на предприятии. При чрезмерном количестве или мощности устройств вполне возможно избыточное производство пара под низким давлением. Чаще всего этот пар просто стравливается в атмосферу, что значительно снижает энергетическую эффективность.

Основным условием должна стать доступность парового потока, необходимого для нормальной работы турбодетандера в течение точно установленного и довольно продолжительного отрезка времени. В случае нерегулярного или непредсказуемого поступления пара, его полезное применение существенно затрудняется, и турбина будет работать вхолостую. Наиболее эффективное использование турбодетандеров требует существенных перепадов давления и большого расхода газа. Поэтому агрегаты нашли широкое применение в черной металлургии, где работа плавильных печей сопровождается мощным потоком доменного газа.

Источник

Детандер

Дет а ндер (от франц. d é tendre — ослаблять), машина для охлаждения газа путём его расширения с отдачей внешней работы. Детандер относится к классу расширительных машин (см. Пневмодвигатель), но применяется главным образом не с целью совершения внешней работы, а для получения холода. Расширение газа в детандере — наиболее эффективный способ его охлаждения. Детандер используется в установках для сжижения газов и разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения, в криогенных рефрижераторах, в установках, имитирующих высотные и космические условия, в некоторых системах кондиционирования воздуха и т.д.

Наиболее распространены поршневые детандеры (рис. 1) и турбодетандеры (рис. 2). Поршневые детандеры — машины объёмного периодического действия, в которых потенциальная энергия сжатого газа преобразуется во внешнюю работу при расширении отдельных порций газа, перемещающих поршень. Они выполняются вертикальными и горизонтальными, одно- и многорядными. Торможение поршневых детандеров осуществляется электрогенератором и реже компрессором. Применяются в основном в установках с холодильными циклами высокого 15—20 Мн/м 2 (150—200 кгс/см 2 ) и среднего 2—8 Мн/м 2 (20—80 кгс/см 2 ) давлений для объёмных расходов газа при температуре и давлении на входе в машину (физических расходов) 0,2—20 м 3 /ч. Турбодетандеры — лопаточные машины непрерывного действия, в которых поток проходит через неподвижные направляющие каналы (сопла), преобразующие часть потенциальной энергии газа в кинетическую, и систему вращающихся лопаточных каналов ротора, где энергия потока преобразуется в механическую работу, в результате чего происходит охлаждение газа. Они делятся по направлению движения потока на центростремительные, центробежные и осевые; по степени расширения газа в соплах — на активные и реактивные; по числу ступеней расширения — на одно- и многоступенчатые. Наиболее распространён реактивный одноступенчатый центростремительный детандер, разработанный П. Л. Капицей. Торможение турбинных детандеров осуществляется электрогенератором, гидротормозом, нагнетателем, насосом. Турбодетандеры применяются главным образом в установках с холодильным циклом низкого давления 0,4—0,8 Мн/м 2 (4—8 кгс/см 2 ) для объёмных (физических) расходов газа 40—4000 м 3 /ч. Созданы турбодетандеры для холодильных циклов низкого, среднего и высокого давлений с объёмными расходами газа 1,5—40 м 3 /ч. Эти машины характеризуются малыми размерами (диаметр рабочего колеса 10—40 мм) и высокой частотой вращения ротора (100000—500000 об/мин).

Лит. см. при ст. Глубокое охлаждение.

Рис. 1. Схема поршневого детандера: 1 — поршень; 2 — цилиндр; 3 — впускной клапан; 4 — выпускной клапан; 5 — кривошипно-шатунный механизм.

Рис. 2. Схема центростремительного реактивного турбодетандера: 1 — спиральный подвод газа; 2 — направляющий сопловой аппарат; 3 — ротор; 4 — отводной диффузор.

Источник