Expander (från franska détendre-weaken ) - en anordning som omvandlar gasens inre energi till mekanisk energi . I det här fallet kyls gasen, som utför arbete, . Används i kretsloppet för att producera flytande gaser som syre , väte och helium . De vanligaste är kolvexpanderar och turboexpanderar .
Turboexpanderar har funnit sin huvudsakliga tillämpning i tekniska processer för produktion av flytande väte , syre, luft, kväve och andra kryogena gaser, såväl som LNG . Men idag börjar turboexpanders användas i processerna för att utnyttja energin från strypt naturgas vid GDS och hydraulisk sprickbildning i distributionen av gas som transporteras genom huvudgasledningar . Dessutom är en turbo-expander en turbokylare, TX är en viktig komponent i luftkonditioneringssystemet på alla jet- eller turbopropflygplan på hög höjd . [ett]
Det finns stora möjligheter att använda turboexpanders i tekniska produktionsprocesser med ånga som den huvudsakliga energibäraren ( oljeraffinaderier och kemiska anläggningar), såväl som i gas- och oljefält.
I början av 1900-talet sökte man efter sätt att höja temperaturen i masugnar och därigenom förenkla smältningen av tackjärn . För att göra detta var det tänkt att man blåste in syreberikad luft i masugnen. Syre erhålls från flytande luft genom fraktionerad destillation . Följaktligen har problemet med att erhålla flytande luft i industriell skala uppstått. Den kylningsmetod som uppfanns 1895 av Carl von Linde ( strypa genom ett tunt rör) var mycket energikrävande och inte tillräckligt effektiv, vilket inte tillät användning av syre i metallurgin. Kolvexpanderar försökte användas i kryoteknik nästan omedelbart: 1902 uppfann Georges Claude ett schema med en lågtemperaturexpander, som hade en relativt bra verkningsgrad på upp till 30%, men låg tillförlitlighet, och 1906 modifierade Paul Geilandt processen så att expandern arbetade vid normal temperatur genom att öka tryckluften i installationen och offra effektiviteten, men vinna i tillförlitlighet. Det var på det senare schemat som de flesta av 1930-talets installationer fungerade. För att expanderarna inte skulle misslyckas, igensatta med vattenis, måste luften torkas genom att passera genom speciella kemiska blandningar, vilket komplicerade och ökade kostnaderna för processen.
Den ganska uppenbara idén med att använda en turbin som expander föreslogs av Lord Rayleigh 1898, men det var bara möjligt att implementera det i början av 1930-talet, medan effektiviteten hos rörexpandern inte nådde den teoretiska, två höga och lågtryckskretsar måste införas i installationen, kemisk reningsluft bevarades och slutprodukten var gasformig och inte flytande syre [2] .
Till skillnad från ingenjörer som hade arbetat i industrin i decennier och behandlat turboexpandern som en ångturbin, uppmärksammade fysikern Kapitsa det faktum att den kalla komprimerade luften i Claudes schema var närmare en vätska än ånga i egenskaperna, och höll i åtanke. konstruktionerna av centripetala radiella axiella turbiner inom vattenkraft; med hans egna ord: "... rätt typ av turboexpander kommer att vara som en kompromiss mellan en vatten- och en ångturbin" [2] . Kapitsa tog också bort en värmeväxlare från Claudes plan, vilket placerade sig i paritet med Geilandt och Linde. Turboexpandern, som fungerade tillförlitligt vid låga temperaturer, gjorde det möjligt att avsevärt minska trycket i installationen, använda en turbokompressor som inte introducerar smörjoljor i den kylda luften, ersätta återvinningsvärmeväxlare med regenerativa , som bättre överför värme och, dessutom rena luften från fukt utan några kemikalier, och i allmänhet underlätta och göra installationen billigare.
Utvecklingen av en i grunden ny installation gjorde det möjligt att använda syre i masugnar och omvandlare . Detta gjorde det inte bara lättare att smälta järn, det gjorde det också lättare att omvandla tackjärn till järn ( stål ). Det resulterande stålet var av högre kvalitet än på Bessemer-konverterare, eftersom det innehöll mindre kväve löst i det . Användningen av rent syre istället för luft ökar också temperaturen i omvandlaren avsevärt, vilket gör att den kan smälta om en betydligt större mängd metallskrot.
Akademikern Kapitsa spelade en ledande roll i utvecklingen av expanderare i Sovjetunionen sedan 1936 , i synnerhet föreslog han en förbättrad utformning av turboexpandern, vilket gjorde det möjligt att öka dess effektivitet från 0,52–0,58 till 0,79–0,83 [ 2] . är, 3 gånger minska förlusterna (jämfört med världens bästa turbo-expanders av det tyska företaget Linde ).