مشكلة عدد مراحل المضخة التوسعية

مبدأ المكثف هو: استخدام انتفاخ الغاز المضغوط وانخفاض ضغطه لإنتاج طاقة ميكانيكية تُستخدم لخفض درجة حرارة الغاز، وبذلك يتم الحصول على الطاقة الباردة. تُستخدم المضخات التوسعية غالبًا في المعدات ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا. تنقسم محركات التوسيع حسب نوع الحركة والتركيب إلى محركات التوسيع ذات المكبس ومحركات التوسيع التوربينية. يُستخدم محرك التوسع بالمكبس بشكل أساسي في المعدات ذات الضغط العالي والتدفق المنخفض، والتي تُستخدم في التطبيقات ذات الضغط المتوسط إلى العالي ودرجات الحرارة المنخفضة، سواء كانت صغيرة أو متوسطة الحجم. مقارنةً بمحركات التوسيع ذات المكبس، يتميز محركات التوسيع التوربينية بكمية تدفق كبيرة، وبنية بسيطة، وحجم صغير، وكفاءة عالية، بالإضافة إلى فترة تشغيل طويلة، وهو ما يجعلها مناسبة للمعدات الكبيرة والمتوسطة الحجم في درجات الحرارة المنخفضة جداً. 　　محرك التمدد بالمكبس هو محرك يجعل الغاز يتمدد في حجم متغير، مما يؤدي إلى إنتاج طاقة خارجية لعملية التبريد (وعادةً ما يتم استخدام محرك كهربائي لاستيعاب هذه الطاقة الخارجية). يوجد نوعان من هذه المكائن المُوسعة: النوع المنفصل والنوع الأفقي. يُستخدم الهيكل العمودي بشكل واسع، حيث تعتبر عمود المحرك والوصلات والرأس المعيني والمكبس وصمامات السحب وصمامات العادم أجزاء متحركة، تُركب في جسم الآلة والأسطوانات والقاعدة الوسطى. ووظيفتها مشابهة لوظيفة مضخات المكبس الترددية، لكن صمامات السحب والعادم تُفتح وتُغلق بواسطة كامات السحب والعادم. نظرًا لخسائر الطاقة الناتجة عن مقاومة تدفق صمامات الدخول والخروج، وعدم الانتفاخ الكامل، وحرارة الاحتكاك، بالإضافة إلى تبادل الحرارة بين الجزء الخارجي والداخلي، فإن كفاءة التوسيع في المكابس تكون عادةً كالتالي: 65–85% بالنسبة لمكابس الضغط العالي، و60–70% بالنسبة لمكابس الضغط المتوسط. في خمسينيات القرن العشرين، ظهرت محركات التوسع التي لا تحتوي على صمامات أو تلك التي تحتوي على صمام واحد فقط، وهي محركات لا تعتمد على آلية التروس المستخدمة في المحركات التقليدية. وقد ساعد ذلك في تقليل عدد الأجزاء المتحركة في المحرك، مما رفع من موثوقية أدائه. وقد تم استخدام هذه المحركات على نطاق واسع في الأجهزة الصغيرة التي تعمل في درجات حرارة منخفضة جدًا. في ستينيات القرن الماضي، تم استخدام عناصر ختم مصنوعة من البوليتترافلوروإيثيلين مع إضافة مواد مالئة، بدلاً من عناصر الختم المعدنية التي تحتاج إلى تزييت. وذلك لتجنب دخول زيت التشحيم إلى مناطق التقطير أو التكثيف في درجات الحرارة المنخفضة جداً، مما ساهم في ضمان الأمان. 　　مُوسع التوربين: هو جهاز لنقل الطاقة من خلال التغير في سرعة الغاز أثناء تمدده. يوجد من هذه المضخات أنواع مختلفة، مثل تلك ذات المرحلة الواحدة وذات المرحلتين، والعمودية والأفقية، والنوع الاندفاعي والنوع الردي. عادةً ما يتم استخدام نظام التدفق الشعاعي أحادي المرحلة، حيث يتم امتصاص الطاقة الخارجية الناتجة بواسطة المولد أو المروحة أو مكبح الزيت. إنه يشبه الضاغط الطارد المركزي ذو المرحلة الواحدة، لكنه يحتوي على أجهزة توجيه (شفرات قابلة للتعديل) لضبط كمية الهواء الداخل. يتم تزويد محامل السرعات المنخفضة بزيت للتشحيم القسري، بينما تستخدم محامل السرعات العالية محامل غازية. نظرًا لوجود خسائر في الفوهات، وخسائر في الشفرات، وخسائر بسبب السرعة الزائدة، وخسائر بسبب احتكاك العجلات، بالإضافة إلى خسائر التسرب وخسائر التيار الجانبي وخسائر دخول الحرارة الخارجية، فإن كفاءة التوسع العازلة لآلات التوسع التوربينية تكون عادةً كالتالي: 65–75% بالنسبة لآلات التوسع ذات الضغط المتوسط، و75–85% بالنسبة لآلات التوسع ذات الضغط المنخفض. في ستينيات القرن الماضي، تم تطوير محركات التمدد بالسائل، واستُخدمت في الغالب في أجهزة فصل الغاز الطبيعي.