3）电机制动：在空分中主要用于较大功率的透平膨胀机中；另外，该类制动方式较多用于能量回收的透平膨胀机中。通常，它发出的电能要并入外界电网中。由于外界电网功率远大于透乎膨胀机的输出功，故电机制动的透乎膨胀机就有几乎恒定的转速。
n0?60f （5.2-23） p其中：n0-------发电机的同步转速（r/min）
f-------电网频率（Hz） p-------电极对数
由于电机最大转速每分钟只有几千转，而透平膨胀机要求的转速却很高，为此必须通过减速装置来传递功率，即要配一套减速箱。
4）油制动：主要用于小功率的透平膨胀机中。制动器为一系列位于转子和定子之间的油腔，工作时油腔内充有润滑油，透平膨胀机的轴功率通过油的摩擦而转变为热量由油带入冷却器中冷却，可以通过制动油腔数量和制动油压力的调节来适应不同的输出功率，以维持一定的工况要求。为减化结构，一般来说，在这类透平膨胀机中轴承润滑用油和制动器用油都由同一供油系统提供，进油参数是相同的，以简化机组结构和便于操作。 5.2.6透平膨胀机的性能曲线及工况调节
在空分设备中，透平膨胀机作为心脏部机，为整个装置提供了90％以上的冷量。由于每个阶段对产品产量的要求不同，或由于天气的季节性变化等情况，有时要求对透平膨胀机的制冷量做适当的调整，以满足新工况的要求。从（5.2-21）式我们知道，膨胀气量m，等熵比焓降△hs以及等熵效率ηs决定了制冷量Q的大小，也就是说原则上可以通过上面三个参数的任何一个来调节制冷量。然而，对一台既定的透平膨胀机来说，一般它的进口压力、温度、出口压力是相对不变的(△hs相对不变，如果能通过△hs的增加来增加制冷量，能耗也将增加)，通过膨胀量的增加当然可以增加制冷量，但这常常会引起装置能耗的增加，所以最经济的方法是维持η
s
始终在最高点附近。事实上，在上述三个因素中，调节任何
一个量都将使其它两个量发生变化，特别是对于目前空分中广泛使用的增压机制动透平膨胀机来说。但应该说明的是，在任何情况下能保持透平膨胀机等熵效率ηs最大无疑能提高整个装置的经济性。 5.2.6.1 透平膨胀机的特性曲线
在影响透平膨胀机等熵效率的诸因素中，特性比??u1cs具有决定性的意义。因此，在透平膨胀机中就把等熵效率ηs随特性比ν变化的关系曲线称为透平膨胀机的特性曲线，实际使用中，透平膨胀机等熵效率ηs随流量m的变化关
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系曲线也非常有用。图5.2.6-1给出了ηs-ν和ηs-m的关系曲线。
图5.2.6-1透平膨胀机特性曲线
图5.2.6-2给出了我国（杭州杭氧股份公司）八十年代产品20953（配10000空分用）透平膨胀机的实测特性曲线。
图5.2.6-2透平膨胀机(20953)实测特性曲线
真实的透平膨胀机特性曲线都是由实测数据经整理绘制而成的，不同类型透平膨胀机的特性曲线变化趋势也不仅相同，当然也可以通过计算绘制出供参考的预测特性曲线。透平膨胀机特性曲线可以帮助我们分析膨胀机的性能；可以指导透平膨胀机的设计以及帮助操作人员掌握正确的操作调节方法。
从上两图可见，特性比在某范围之内（本例为0.67～0.72），等熵效率都比
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较高，习惯上称这个特性比为最佳特性比。每一台透平膨胀机都存在着一个最佳特性比，实际操作时只要能维持这个最佳特性比，透平膨胀机的等熵效率都能达到较高的水平。
5.2.6.2 透平膨胀机的工况调节
对于空分设备来说，为了提高整个装置的运行经济性，选择合理有效的透平膨胀机调节方法非常重要，好的调节方法应能使机器始终运行在最佳特性比范围内，总具有较高的运行效率。根据结构和配置的不同，空分中透平膨胀机冷量调节的方法主要有：转动喷嘴叶片组调节；机前节流调节；部分进气调节；改变喷嘴叶片高度调节；多台机组组合调节。分别简述如下：
1．转动喷嘴叶片组调节：它是靠安装在外部的执行机构（可以是电动的、气动的或手动的执行器）来带动喷嘴叶片转动而改变通道截面积来实现的。调节时，通过传动机构同步转动均匀排列在导流器盘上的所有的喷嘴叶片，使叶片倾斜角改变，改变喷嘴喉部通道截面积从而改变膨胀机的气量。它基本属于对膨胀量m的一种调节方式；但对于气体增压后再进入膨胀机膨胀的增压机制动透平膨胀机来说，由于膨胀气量的改变使膨胀机轴端输出功率也发生变化，造成增压后气体参数的改变，从而改变了膨胀机的进口参数，也就改变了等熵比焓降△hs，所以对这类膨胀机来说，喷嘴叶片组调节是量和质的混合调节。图5.2.6-3为一转动喷嘴组件图。
图5.2.6-3转动喷嘴组件图
转动喷嘴组件分为固定盘和转动盘，图中喷嘴叶片尾部的转动销与固定盘固定，而头部设有滑槽，当执行机构带动转动盘（外盘）转动时，通过插在滑槽中且固定在转动盘上的销就能带动喷嘴组转动。图5.2.3-5为几种常用转动喷嘴型式，a)图表示的喷嘴，习惯上称之为小叶片喷嘴，其转动轴心位于喷嘴出口边上，在整个调节过程中喷嘴出口与叶轮进口的间隙始终不变，只是进口冲角发生了改
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变，增加了部分附加损失；而b)和c) 表示的喷嘴，习惯上称之为大叶片喷嘴，在整个调节过程中喷嘴出口与叶轮进口的间隙以及进口冲角始终是变化着的，增加了附加损失。从气流均匀分布的角度来说，小叶片喷嘴略优于大叶片喷嘴，但从方便使用和便于维修、简化结构、使用寿命上来说，大叶片喷嘴更优于小叶片喷嘴，设计时应仅可能使转动销距离喷嘴出口边近一点。
转动喷嘴叶片组调节性能好，在调节过程中能最大限度地利用工质的等熵比焓降，操作平稳、方便，是目前国内外大中型空分用透平膨胀机所普遍采用的，它的调节性能见图5.2.6-1。
2．机前节流调节：在透平膨胀机的进口管道中，设置一气动薄膜（或电动或手动）调节阀，通过调节阀开度的改变来调节膨胀前的气体压力，从而改变膨胀机等熵比焓降△hs和流量m，以实现制冷量调节的目的。这种调节方法基本上属于质的调节。但由于调节阀的特性以及膨胀机进口压力等变化对喷嘴进气量的改变，在气体节流的同时，也会使气体量发生改变，确切地说是一种质和量的混合调节，调节特性见图5.2.6-4。这种调节方法结构简单、工
作可靠、操作方便、可大大简化膨胀机的结构，又 图5.2.6-4节流调节特性 可实现较宽范围的无级调节，若配以可变转速的风机制动，把特性比调到最佳值附近，则对膨胀机的等熵效率没有太大的影响。因此，这种调节方法在小型空分设备的透平膨胀机中获得较广泛的应用。它的最大缺点是不能充分利用工质的有效焓降，降低了装置的运行经济性。
3．部分进气调节：相当于把圆周方向的喷嘴叶片组分成几个数目不等的互相隔开的小组，每一个小组都可以单独控制进气与否，考虑到结构的因素一般设3~4个小组，调节时根据需要可以全开各小组喷嘴，或选开部分小组喷嘴组成不同的组合。它基本属于量的一种调节方式，图5.2.6-5为这种调节方法的示意图。
图5.2.6-5部分进气调节方法示意图及调节特性 1-当为无限多喷嘴组时 2-有限喷嘴组加节流调节时
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当喷嘴组数目无限多时，它具有较好的调节性能，否则就应和节流调节配合一起使用，机器的效率与喷嘴组开启的数量有关。部分进气调节方法简单可靠，常用在冲动式透平膨胀机中，这时对膨胀机等熵效率影响不大。但用于反动式透平膨胀机时，由于不进气的一段喷嘴弧产生的鼓风损失和气体周向窜漏以及反动度的改变，增加了膨胀机的部分进气损失。这种调节方法现在较少采用。
4．改变喷嘴叶片高度的调节：见5.2.6-6示意图。它的调节原理是，在工作轮进口宽度不变的情况下，通过传动机构来轴向移动喷嘴压盖1（压盖1上铣有与喷嘴叶片断面相同形状的槽），来实现导流器叶片宽度的改变，基本属于量的调节。改变导流器叶片宽度的调节是各种调节方法中调节性能最好的一种方法。它可以充分利用膨胀机的焙降。显然，这种调节方法结构比较复杂，制造加工的要求也较
高，因而在一定程度上限制了它的推广应用。 图5.2.6-6改变喷嘴叶片高度
这种调节方法在调节过程中，喷嘴出口与叶轮 的调节方法示意图 进口间的间隙以及进口冲角是不变的，它的附加损失主要是过盖度损失，它主要是由喷嘴开度过大时气流出喷嘴对叶轮的冲击损失和喷嘴开度过小时造成的工作轮内的涡流损失，在透平膨胀机的设计时应充分考虑工况的调节要求，以设定合理的喷嘴开度范围，尽可能减少调节时的附加损失；另一项就是喷嘴和压盖1间的内泄露损失。实验表明，采用这种调节方法，当负荷减少50％时，膨胀机效率仅降低7％左右。
5．多台机组组合调节：按工况调节要求，设置2～3台容量不同的透平膨胀机组来满足变负荷的需要。届时根据情况来确定开哪一台、哪两台或全部开机组。这种调节方法成本较高，且不能实现无级调节。在小型的采用风机制动的透平膨胀机中有采用，以节流调节配合使用效果较好。
图5.2.6-7是反动式透平膨胀机几种调节方法在调节性能上的比较。从图中可以看出，改变喷嘴叶片高度和转动喷嘴叶片组的调节特性相差不多，是最好的；而全节流的调节特性最差；部分进气加节流的混合调节特性介于1和2之间；多台机组组合调节加节流的混合调节特性介于1和3之间。实用上，考虑结构的复杂性、加工工艺性、装配维修方便性和调节可靠性等诸因素，对于大中型透平膨胀机，目前国内外绝大部分厂商都采用转动喷嘴叶片组的调节方法。对于小型的透平膨胀机，由于结构尺寸的限制，一般仍采用节流调节方法为主。
当然，透平膨胀机的调节还应与制动器一起通盘考虑。为了使膨胀机能够经济地为装置提供所需要的冷量，应该尽可能使其维持在最大效率下工作，这就存在一个如何恰当地把调节方法和制动方式配合起来的问题。很显然，发挥透平
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