Come funziona un Turbo Expander?

Gli expander turbo sono uno dei componenti meno conosciuti ma più importanti nei sistemi di gestione e pressurizzazione del gas. Gli expander Turbo lavorano su una delle più semplici leggi naturali per convertire la pressione del fluido (o del gas) in movimento meccanico. Questi dispositivi possono essere trovati in molte applicazioni come turbocompressori, motori a reazione, impianti di generazione di energia, frigoriferi commerciali e almeno una forma interessante di rigenerazione di energia.

Conservazione di energia - altrimenti noto come "Prima legge della termodinamica", questa legge afferma che l'energia non può mai essere creata o distrutta; può solo cambiare le forme. Ad esempio, quando un motore brucia carburante per spostare la tua auto, è essenzialmente solo la conversione dell'energia immagazzinata sotto forma di un liquido (benzina) in energia cinetica (movimento). Un expander turbo funziona sfruttando la pressione e il calore del gas pressurizzato per far girare un albero.

Parti e funzioni

Un expander di base turbo ha due parti: un alloggiamento esterno contiene il gas e una turbina la rotella dell'espansore "cattura" il gas mentre passa. Il gas esercita una pressione sulla ruota dell'espansore, provocandone la rotazione. Dopo aver premuto la rotella dell'espansore, il gas fuoriesce attraverso un foro nell'alloggiamento. Poiché ha consumato una certa quantità della sua energia immagazzinata per far girare l'albero, il gas in uscita lascia l'expander del turbo ad una temperatura molto più bassa di quella in cui è entrato.

Forma della ruota dell'espansore

Se hai mai visto la girandola di un bambino, allora hai una certa familiarità con il funzionamento di una ruota di espansione. Il ritrovamento sulle alette della ruota dell'espansore cattura il gas in pressione proveniente dal lato. Se quelle pinne fossero completamente verticali (come una ruota a pale), la maggior parte della pressione passerebbe sopra la cima. Per aumentare il flusso, gli ingegneri "ruotano" l'intero assieme in una forma elicoidale. Ciò consente ai gas di passare rapidamente mentre si espande il maggior carico possibile sulla ruota dell'espansore.

Applicazioni del compressore-azionamento

Gli espansori del turbo formano esattamente metà del corpo di un turbocompressore e una grossa fetta di qualsiasi motore a reazione . Anche se potrebbe non esercitare molta coppia (forza) per giro, il gas pressurizzato può produrre una potenza significativa una volta che la ruota dell'espansore si alza alla velocità. La ruota di espansione nelle applicazioni di azionamento del compressore si collega a un compressore centrifugo corrispondente (che funziona come l'expander del turbo, ma indietro) tramite un albero. L'albero gira la ruota del compressore, che spinge l'aria nella camera di combustione del motore.

Il raffreddamento del gas in uscita dall'espansore è più freddo e più basso di quando era entrato. Il calo della temperatura rende il turbo espansori utili nelle applicazioni di refrigerazione; il gas pressurizzato entra ad una certa temperatura, esce freddo e trasferisce la sua nuova freddezza all'aria con uno scambiatore di calore (radiatore).

Rigenerazione energetica

Quando il gas naturale esce dall'impianto di lavorazione, deve fatelo con enorme pressione per viaggiare per centinaia o migliaia di miglia ovunque venga utilizzato. Prima che raggiunga l'utente finale, il gas deve passare attraverso una serie di valvole e limitatori per ridurre la pressione in modo da non far esplodere nulla nel punto di utilizzo. Questi requisiti di caduta di pressione rappresentano un'opportunità per la ricattura di energia utilizzando gli espansori turbo; l'expander turbo aziona un generatore che rimanda l'elettricità nella rete elettrica.