Турбодетандер: назначение, конструкция, сферы применения
Турбодетандеры – это расширительные лопаточные устройства непрерывного действия, предназначенные для преобразования потенциальной энергии газа в механическую энергию. Они являются разновидностью детандеров, наряду с поршневыми агрегатами.
В турбодетандерах совмещены неподвижные сопла (входной направляющий аппарат), при прохождении через которые часть потенциальной энергии газа превращается в кинетическую, и подвижные лопатки (рабочее колесо), проходя через которые энергия газа превращается в механическую работу.
Результатом работы турбодетандера является охлаждение воздуха – расширяясь в рабочем колесе, газ отдает свою энергию, снижая температуру. Охлажденная среда попадает в выходной диффузор.
Помимо холода, турбодетандер создает дешевую электроэнергию, так как энергия газа может в дальнейшем быть использована для привода компрессора или энергогенератора.
Турбодетандеры получают широкое распространение в промышленности, в частности включаются в конструкцию воздушных холодильных машин, ожижителей природного и других газов, воздухоразделительных установок.
Перспективно применение таких устройств на газораспределительных станциях для утилизации энергии газа при избыточном его давлении в процессе транспортировки по трубопроводам, а также на нефтяных и химических заводах.
Лепестковые газодинамические подшипники для турбодетандера
Возможность высоких скоростей вращения ротора обеспечивается внедрением в конструкцию лепестковых газодинамических подшипников. Их несущую поверхность формирует набор тонких стальных пластин.
При использовании такого типа подшипников между деталями создается плотный газовый клин, который полностью разделяет поверхности вала и элементов подшипников – при работе оборудования на больших скоростях нет истирания деталей.
Это выгодно отличает ЛГП от используемых ранее масляных подшипников, ограничивающих не только скорости вращения, но и рабочую температуру агрегатов.
Применение такого типа опор для роторов турбодетандеров позволяет не только повысить мощность, но и обеспечить высокую стабильность и безотказную работу оборудования – минимизировать количество отказов.
Достоинством ЛГП является длительный срок службы за счет отсутствия износа в рабочем режиме турбины.
Однако в моменты запуска, а также останова установки лепестки контактируют с валом – на пластины не действуют аэродинамические силы, которых было бы достаточно для их «всплытия» (отделения от вала).
Чтобы снизить коэффициент трения и предотвратить истирание, на поверхности пластин, обращенные к валу, наносятся антифрикционные материалы – твердосмазочные покрытия.
Они формируют тонкую износостойкую пленку, которая снижает трение при контакте деталей, обеспечивая повышение ресурса и надежности работы подшипников турбодетандеров.
Антифрикционное покрытие – обязательная часть конструкции лепестковых газодинамических подшипников.
Для ЛГП турбодетандеров было разработано антифрикционное покрытие MODENGY 1071, которое учитывает все режимы и условия работы энергетических установок и обеспечивает длительную работоспособность оборудования.
Покрытие обладает термостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью, кроме того, в его композиции реализуется адаптационный механизм – покрытие способно изменять свою структуру в зависимости от изменения внешних условий.
Покрытие было испытано совместно с импортными аналогами, в результате тестирований показало наилучшие результаты и было рекомендовано для применения в лепестковых газодинамических подшипниках.