【壓縮機網(wǎng)】前言
壓縮機的設計流量（額定排氣量）往往與系統(tǒng)運行需求的流量不匹配。一方面，壓縮機一般是按照裝置的工藝條件和額定的流量進行設計，在選型時主要考慮峰值流量的滿足，這使得壓縮機運行時的流量經(jīng)常處于富余狀態(tài)，有效負荷率通常只有設計流量的60%-85%；另一方面，工藝流程參數(shù)、流程的原料性質及產(chǎn)品結構等經(jīng)常發(fā)生變化，對壓縮機流量的需求也要相應改變。因此，必須提供合適的流量調控手段，以實現(xiàn)與系統(tǒng)流量需求變化的匹配運行，達到節(jié)能減排的效果。
在吸排氣壓力不變的條件下，往復壓縮機的功率與流量一般呈正比關系，因此實現(xiàn)高效、精確的流量調節(jié)是流程工業(yè)中壓縮機實現(xiàn)大規(guī)模節(jié)能的關鍵技術和有效途徑之一。
往復壓縮機的流量調節(jié)方法多樣，對此，本文介紹幾種常用的調節(jié)方法。
一．排氣旁通調節(jié)
目前，排氣旁通調節(jié)方法是最常用的往復壓縮機流量調節(jié)方法。通過安裝在排氣管路上的旁通管道將多余的氣體回流到吸氣管路，以實現(xiàn)壓縮機的供氣量與系統(tǒng)需求氣量的平衡。雖然這種調節(jié)方法簡單可靠，但壓縮機始終處于滿負荷工作狀態(tài)，系統(tǒng)效率低，特別是對于大型石化企業(yè)的大功率往復壓縮機，能源浪費巨大。
排氣旁通調節(jié)方法是最簡單的流量無級調節(jié)方法之一，其原理是將進氣管和排氣管用旁通管路加以連通，并在旁通管路上設置旁通閥門，通過閥門的開度來達到對排氣量的調節(jié)。這種調節(jié)方法只需對壓縮機管路進行簡單改造即可實現(xiàn)。
排氣旁通調節(jié)是目前使用比較廣泛的一種調節(jié)方式，其優(yōu)點是裝置結構簡單，改造成本低，能夠連續(xù)調節(jié)排氣量，壓縮機運轉平穩(wěn)，對壓縮機運行基本沒有影響。但為了實現(xiàn)排氣量的調節(jié)，需要將一部分壓縮氣體通過節(jié)流減壓，又送回到吸氣口，并再次進行壓縮。對此部分氣體的壓縮增加了功率的消耗，浪費了能源，經(jīng)濟性差。因此，該方法適用于偶爾調節(jié)，調節(jié)幅度小或配合其它調節(jié)的場合。
二．進氣節(jié)流調節(jié)
進氣節(jié)流調節(jié)是通過在壓縮機的進氣管路上安裝相應的節(jié)流閥，進氣受到節(jié)流后，因克服節(jié)流閥阻力使壓縮機的吸氣壓力和吸氣密度降低，所以進入壓縮機的氣體質量流量減少。根據(jù)節(jié)流閥開啟度的不同，質量流量減少的程度也不同，可實現(xiàn)壓縮機流量的連續(xù)調節(jié)。
通常情況下，調節(jié)后因為節(jié)流損失，吸氣溫度會升高，且壓縮機的比功率會上升。此外，進氣節(jié)流會使壓縮機實際壓比增大進而導致排氣溫度過高。進氣節(jié)流調節(jié)結構簡單，常用于不頻繁調節(jié)的中大型壓縮機裝置中。
三．驅動機轉速調節(jié)
驅動機轉速調節(jié)的原理是通過改變壓縮機的轉速來調節(jié)壓縮機的排氣量。該方法的優(yōu)點是能夠實現(xiàn)氣量的連續(xù)調節(jié)，且壓縮機轉速降低后，壓縮機氣缸內氣體熱力循環(huán)的周期變長，這在一定程度上意味著被壓縮氣體與外界的熱交換程度增大，壓縮過程和膨脹過程指數(shù)會下降，有利于降低壓縮機的指示功，而且調節(jié)過程中壓縮機各級壓比保持不變，不需要設專門的調節(jié)機構等。
轉速調節(jié)的缺點是受到驅動機的轉速調節(jié)范圍的限制，其轉速調節(jié)范圍有限，因而流量調節(jié)范圍亦有限。而且當轉速過低時，變轉速調節(jié)可能會對壓縮機的工作產(chǎn)生不良影響，如氣閥顫振部件磨損大，振動增加和潤滑不充分等，這也限制了該方法的廣泛應用。該方法一般應用在驅動機為內燃機和汽輪機的壓縮機上。如果驅動機為電動機，則需要配置變頻器，由于大功率、高壓變頻器價格昂貴，而且需要大量的維護、維修工作，目前在電動機驅動的往復壓縮機上較少采用轉速調節(jié)。
按照驅動機轉速變化的特點可分為連續(xù)轉速調節(jié)、間斷停轉調節(jié)和分級調節(jié)。
1.連續(xù)轉速調節(jié)
內燃機和蒸汽機驅動的壓縮機，由于原動機的轉速是可以連續(xù)改變的，所以較方便地實現(xiàn)了連續(xù)的氣量調節(jié)，而且調節(jié)工況比功率消耗小，壓縮機機械摩擦損失小，壓縮機各級壓力保持不變，壓縮機上不需要設專門的調節(jié)機構等。缺點是出于原動機本身性能的限制，若想降低氣量，需采取其它輔助措施。當?shù)陀陬~定轉速時，發(fā)動機經(jīng)濟性降低，在低轉速下壓縮機進氣速度降低，壓縮機氣閥可能無法正常工作。
2.間斷停轉調節(jié)
當原動機轉速不可調節(jié)時，可采用壓縮機暫時停機的方法來調節(jié)流量。間斷停轉調節(jié)的原理在于使壓縮機和驅動電機同時停轉，此調節(jié)方法的優(yōu)點是壓縮機停止工作后不再消耗動力，壓縮機本身也無須設置專門調節(jié)機構。缺點是頻繁地啟動和停機會增加零件的磨損，啟動時消耗的電能一般比運行狀態(tài)大。但啟動設備簡單，操作方便，啟動時間短，需要有較大的儲氣罐，以便儲存較多的氣體，借以減少啟動的次數(shù)。由于存在上述缺點，這種調節(jié)方法一般適用于微型壓縮機或者極少調節(jié)的場合，因此應用不是很廣泛。
3.分級調節(jié)
在化工企業(yè)中或者空氣壓縮機站，一般是多機配置，可以通過停止部分壓縮機的運轉來調節(jié)系統(tǒng)的供氣量，如果配置的壓縮機排氣量相同，就可以實現(xiàn)成比例的分級調節(jié)。
四．余隙容積調節(jié)
壓縮機實際氣量受余隙容積的影響，改變余隙容積大小可以改變壓縮機的容積系數(shù)，從而改變排氣量，因此連續(xù)改變余隙容積大小就能實現(xiàn)壓縮機流量的無級調節(jié)。余隙容積調節(jié)的工作原理：在壓縮機的氣缸上，除固定余隙容積外，還沒有一定的空腔，調節(jié)對接入氣缸工作腔，使余隙容積增大，容積系數(shù)減小，排氣量降低。
余隙容積調節(jié)一般是通過在氣缸頭安裝附加的容積裝置，該裝置可以連續(xù)改變余隙容積大小。但對于低壓比（<1.3）和低排氣量（40%）的情況，所需增加的附加余隙容積會很大。
實際應用中的余隙容積調節(jié)方法在機器運行時按照余隙是否可變分為固定余隙調節(jié)和可變余隙調節(jié)：固定余隙調節(jié)通過更換余隙調節(jié)裝置部件改變余隙大小；而可變余隙調節(jié)裝置調節(jié)機構復雜，其優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，也能夠在一定程度上達到調節(jié)壓縮機排氣量，同時降低運行成本的目的。變余隙容積調節(jié)需要對氣缸進行改造，而且會導致壓縮機比功率上升，節(jié)能效果不是很好。對于低壓比的大型往復壓縮機，需要的余隙容積過大。加之此裝置十分復雜，且余隙容積改變的范圍不大，氣量調節(jié)范圍受到限制，故這種方式的應用受到限制。
五．進氣閥調節(jié)
進氣閥調節(jié)的研究和應用主要集中在頂開進氣閥調節(jié)。頂開進氣閥調節(jié)就是通過一個機械頂開機構，強制頂開進氣閥，使已經(jīng)進入氣缸中的部分氣體或全部氣體在壓縮行程開始后通過進氣閥流出氣缸，從而實現(xiàn)排氣量的調節(jié)流出氣缸，從而減少了被壓縮機氣體的體積，即回流省功原理，從而實現(xiàn)排氣量的調節(jié)。這種方法使多余氣體在被壓縮前排出氣缸，能夠實現(xiàn)排氣量的調節(jié)，能達到節(jié)能的效果，同時對于壓縮機的活塞力和排氣溫度也沒大的影響，是一種安全可靠且經(jīng)濟的調節(jié)方式。頂開進氣閥調節(jié)根據(jù)吸氣閥被頂開行程的長短，可分為全行程頂開進氣閥調節(jié)和部分頂開進氣閥調節(jié)。
1.全行程頂開進氣閥調節(jié)
全行程頂開進氣閥調節(jié)是在壓縮機活塞活動的全過程中，即整個壓縮循環(huán)中都保持進氣閥為開啟狀態(tài)，壓縮機進入空載運行，排氣量為零。這種調節(jié)方式只能實現(xiàn)氣量的階躍式調節(jié)而非連續(xù)調節(jié)。全行程頂開進氣閥的調節(jié)方法結構簡單，操作方便，其功耗主要消耗在克服氣閥的阻力上，能耗較少，投資不大。這種方式常用于壓縮機啟動時，全行程頂開進氣閥使壓縮機空負荷啟動，屬于間斷性非連續(xù)調節(jié)方法，長期使用會縮短氣閥壽命。
2.部分行程頂開進氣閥調節(jié)
部分行程頂開進氣閥調節(jié)是在進氣結束后，進氣閥仍然保持強制打開狀態(tài)?；钊麎嚎s時，部分氣體從進氣閥排出，到某一時刻，進氣閥關閉，氣缸內剩余氣體被壓縮。進氣閥延遲關閉時間的長短，決定氣缸中剩余氣體量的多少，從而決定排氣量的多少。
主動控制進氣閥調節(jié)方式的基本原理是通過外加作用力來控制進氣閥的開啟與關閉，具體過程是利用一套機械執(zhí)行機構延遲關閉進氣閥，使已經(jīng)進入氣缸的氣體在壓縮的初始階段又回流到進氣腔或者進氣管道中。當氣缸中剩余的氣量滿足需求時，撤銷機械執(zhí)行機構作用使進氣閥關閉，這樣就減少了氣缸為最終被壓縮的氣體量，達到調節(jié)排氣量的目的?；亓鬟^程由于進氣閥是開啟狀態(tài)，理想狀態(tài)下是不耗功的，相比旁通管路調節(jié)，節(jié)能效果顯著。該方法的核心技術是在壓縮機高速運行的情況下如何精確控制進氣閥的關閉時間。這種調節(jié)方法的優(yōu)點是能夠在0%-100%無級調節(jié)壓縮機排氣量，只壓縮需要的氣量，因此在理想狀況下隨著排氣量的減少，壓縮機指示功也成比例下降，在調節(jié)排氣量的同時達到減少功率消耗的目的。缺點是調節(jié)系統(tǒng)復雜，可靠性與穩(wěn)定性不高，成本也很高，初期投資會很大，對于高轉速場合回流過程的流動損失轉化為熱能，不能及時帶走，導致閥腔溫度過高，影響氣閥和壓縮機的正常工作。
總結
除以上方法可實現(xiàn)往復壓縮機的流量調節(jié)，還有線性電機驅動，大余隙容積流量調節(jié)方式，但使用面窄，此處不做一一介紹。往復壓縮機的流量調節(jié)機構除應具有顯著工況適應性和節(jié)能效果外，還應保證系統(tǒng)高度的可靠性，實施調節(jié)過程中保證供氣的連續(xù)和壓力的穩(wěn)定?？傊髁空{節(jié)發(fā)展的方向是各種調節(jié)方式的結合以及各種調節(jié)方式同智能自動實時控制的結合，實現(xiàn)流量調控技術的高效，可靠及智能化。
來源：本站原創(chuàng)
壓縮機的設計流量（額定排氣量）往往與系統(tǒng)運行需求的流量不匹配。一方面，壓縮機一般是按照裝置的工藝條件和額定的流量進行設計，在選型時主要考慮峰值流量的滿足，這使得壓縮機運行時的流量經(jīng)常處于富余狀態(tài)，有效負荷率通常只有設計流量的60%-85%；另一方面，工藝流程參數(shù)、流程的原料性質及產(chǎn)品結構等經(jīng)常發(fā)生變化，對壓縮機流量的需求也要相應改變。因此，必須提供合適的流量調控手段，以實現(xiàn)與系統(tǒng)流量需求變化的匹配運行，達到節(jié)能減排的效果。
在吸排氣壓力不變的條件下，往復壓縮機的功率與流量一般呈正比關系，因此實現(xiàn)高效、精確的流量調節(jié)是流程工業(yè)中壓縮機實現(xiàn)大規(guī)模節(jié)能的關鍵技術和有效途徑之一。
往復壓縮機的流量調節(jié)方法多樣，對此，本文介紹幾種常用的調節(jié)方法。
一．排氣旁通調節(jié)
目前，排氣旁通調節(jié)方法是最常用的往復壓縮機流量調節(jié)方法。通過安裝在排氣管路上的旁通管道將多余的氣體回流到吸氣管路，以實現(xiàn)壓縮機的供氣量與系統(tǒng)需求氣量的平衡。雖然這種調節(jié)方法簡單可靠，但壓縮機始終處于滿負荷工作狀態(tài)，系統(tǒng)效率低，特別是對于大型石化企業(yè)的大功率往復壓縮機，能源浪費巨大。
排氣旁通調節(jié)方法是最簡單的流量無級調節(jié)方法之一，其原理是將進氣管和排氣管用旁通管路加以連通，并在旁通管路上設置旁通閥門，通過閥門的開度來達到對排氣量的調節(jié)。這種調節(jié)方法只需對壓縮機管路進行簡單改造即可實現(xiàn)。
排氣旁通調節(jié)是目前使用比較廣泛的一種調節(jié)方式，其優(yōu)點是裝置結構簡單，改造成本低，能夠連續(xù)調節(jié)排氣量，壓縮機運轉平穩(wěn)，對壓縮機運行基本沒有影響。但為了實現(xiàn)排氣量的調節(jié)，需要將一部分壓縮氣體通過節(jié)流減壓，又送回到吸氣口，并再次進行壓縮。對此部分氣體的壓縮增加了功率的消耗，浪費了能源，經(jīng)濟性差。因此，該方法適用于偶爾調節(jié)，調節(jié)幅度小或配合其它調節(jié)的場合。
二．進氣節(jié)流調節(jié)
進氣節(jié)流調節(jié)是通過在壓縮機的進氣管路上安裝相應的節(jié)流閥，進氣受到節(jié)流后，因克服節(jié)流閥阻力使壓縮機的吸氣壓力和吸氣密度降低，所以進入壓縮機的氣體質量流量減少。根據(jù)節(jié)流閥開啟度的不同，質量流量減少的程度也不同，可實現(xiàn)壓縮機流量的連續(xù)調節(jié)。
通常情況下，調節(jié)后因為節(jié)流損失，吸氣溫度會升高，且壓縮機的比功率會上升。此外，進氣節(jié)流會使壓縮機實際壓比增大進而導致排氣溫度過高。進氣節(jié)流調節(jié)結構簡單，常用于不頻繁調節(jié)的中大型壓縮機裝置中。
三．驅動機轉速調節(jié)
驅動機轉速調節(jié)的原理是通過改變壓縮機的轉速來調節(jié)壓縮機的排氣量。該方法的優(yōu)點是能夠實現(xiàn)氣量的連續(xù)調節(jié)，且壓縮機轉速降低后，壓縮機氣缸內氣體熱力循環(huán)的周期變長，這在一定程度上意味著被壓縮氣體與外界的熱交換程度增大，壓縮過程和膨脹過程指數(shù)會下降，有利于降低壓縮機的指示功，而且調節(jié)過程中壓縮機各級壓比保持不變，不需要設專門的調節(jié)機構等。
轉速調節(jié)的缺點是受到驅動機的轉速調節(jié)范圍的限制，其轉速調節(jié)范圍有限，因而流量調節(jié)范圍亦有限。而且當轉速過低時，變轉速調節(jié)可能會對壓縮機的工作產(chǎn)生不良影響，如氣閥顫振部件磨損大，振動增加和潤滑不充分等，這也限制了該方法的廣泛應用。該方法一般應用在驅動機為內燃機和汽輪機的壓縮機上。如果驅動機為電動機，則需要配置變頻器，由于大功率、高壓變頻器價格昂貴，而且需要大量的維護、維修工作，目前在電動機驅動的往復壓縮機上較少采用轉速調節(jié)。
按照驅動機轉速變化的特點可分為連續(xù)轉速調節(jié)、間斷停轉調節(jié)和分級調節(jié)。
1.連續(xù)轉速調節(jié)
內燃機和蒸汽機驅動的壓縮機，由于原動機的轉速是可以連續(xù)改變的，所以較方便地實現(xiàn)了連續(xù)的氣量調節(jié)，而且調節(jié)工況比功率消耗小，壓縮機機械摩擦損失小，壓縮機各級壓力保持不變，壓縮機上不需要設專門的調節(jié)機構等。缺點是出于原動機本身性能的限制，若想降低氣量，需采取其它輔助措施。當?shù)陀陬~定轉速時，發(fā)動機經(jīng)濟性降低，在低轉速下壓縮機進氣速度降低，壓縮機氣閥可能無法正常工作。
2.間斷停轉調節(jié)
當原動機轉速不可調節(jié)時，可采用壓縮機暫時停機的方法來調節(jié)流量。間斷停轉調節(jié)的原理在于使壓縮機和驅動電機同時停轉，此調節(jié)方法的優(yōu)點是壓縮機停止工作后不再消耗動力，壓縮機本身也無須設置專門調節(jié)機構。缺點是頻繁地啟動和停機會增加零件的磨損，啟動時消耗的電能一般比運行狀態(tài)大。但啟動設備簡單，操作方便，啟動時間短，需要有較大的儲氣罐，以便儲存較多的氣體，借以減少啟動的次數(shù)。由于存在上述缺點，這種調節(jié)方法一般適用于微型壓縮機或者極少調節(jié)的場合，因此應用不是很廣泛。
3.分級調節(jié)
在化工企業(yè)中或者空氣壓縮機站，一般是多機配置，可以通過停止部分壓縮機的運轉來調節(jié)系統(tǒng)的供氣量，如果配置的壓縮機排氣量相同，就可以實現(xiàn)成比例的分級調節(jié)。
四．余隙容積調節(jié)
壓縮機實際氣量受余隙容積的影響，改變余隙容積大小可以改變壓縮機的容積系數(shù)，從而改變排氣量，因此連續(xù)改變余隙容積大小就能實現(xiàn)壓縮機流量的無級調節(jié)。余隙容積調節(jié)的工作原理：在壓縮機的氣缸上，除固定余隙容積外，還沒有一定的空腔，調節(jié)對接入氣缸工作腔，使余隙容積增大，容積系數(shù)減小，排氣量降低。
余隙容積調節(jié)一般是通過在氣缸頭安裝附加的容積裝置，該裝置可以連續(xù)改變余隙容積大小。但對于低壓比（<1.3）和低排氣量（40%）的情況，所需增加的附加余隙容積會很大。
實際應用中的余隙容積調節(jié)方法在機器運行時按照余隙是否可變分為固定余隙調節(jié)和可變余隙調節(jié)：固定余隙調節(jié)通過更換余隙調節(jié)裝置部件改變余隙大小；而可變余隙調節(jié)裝置調節(jié)機構復雜，其優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，也能夠在一定程度上達到調節(jié)壓縮機排氣量，同時降低運行成本的目的。變余隙容積調節(jié)需要對氣缸進行改造，而且會導致壓縮機比功率上升，節(jié)能效果不是很好。對于低壓比的大型往復壓縮機，需要的余隙容積過大。加之此裝置十分復雜，且余隙容積改變的范圍不大，氣量調節(jié)范圍受到限制，故這種方式的應用受到限制。
五．進氣閥調節(jié)
進氣閥調節(jié)的研究和應用主要集中在頂開進氣閥調節(jié)。頂開進氣閥調節(jié)就是通過一個機械頂開機構，強制頂開進氣閥，使已經(jīng)進入氣缸中的部分氣體或全部氣體在壓縮行程開始后通過進氣閥流出氣缸，從而實現(xiàn)排氣量的調節(jié)流出氣缸，從而減少了被壓縮機氣體的體積，即回流省功原理，從而實現(xiàn)排氣量的調節(jié)。這種方法使多余氣體在被壓縮前排出氣缸，能夠實現(xiàn)排氣量的調節(jié)，能達到節(jié)能的效果，同時對于壓縮機的活塞力和排氣溫度也沒大的影響，是一種安全可靠且經(jīng)濟的調節(jié)方式。頂開進氣閥調節(jié)根據(jù)吸氣閥被頂開行程的長短，可分為全行程頂開進氣閥調節(jié)和部分頂開進氣閥調節(jié)。
1.全行程頂開進氣閥調節(jié)
全行程頂開進氣閥調節(jié)是在壓縮機活塞活動的全過程中，即整個壓縮循環(huán)中都保持進氣閥為開啟狀態(tài)，壓縮機進入空載運行，排氣量為零。這種調節(jié)方式只能實現(xiàn)氣量的階躍式調節(jié)而非連續(xù)調節(jié)。全行程頂開進氣閥的調節(jié)方法結構簡單，操作方便，其功耗主要消耗在克服氣閥的阻力上，能耗較少，投資不大。這種方式常用于壓縮機啟動時，全行程頂開進氣閥使壓縮機空負荷啟動，屬于間斷性非連續(xù)調節(jié)方法，長期使用會縮短氣閥壽命。
2.部分行程頂開進氣閥調節(jié)
部分行程頂開進氣閥調節(jié)是在進氣結束后，進氣閥仍然保持強制打開狀態(tài)?；钊麎嚎s時，部分氣體從進氣閥排出，到某一時刻，進氣閥關閉，氣缸內剩余氣體被壓縮。進氣閥延遲關閉時間的長短，決定氣缸中剩余氣體量的多少，從而決定排氣量的多少。
主動控制進氣閥調節(jié)方式的基本原理是通過外加作用力來控制進氣閥的開啟與關閉，具體過程是利用一套機械執(zhí)行機構延遲關閉進氣閥，使已經(jīng)進入氣缸的氣體在壓縮的初始階段又回流到進氣腔或者進氣管道中。當氣缸中剩余的氣量滿足需求時，撤銷機械執(zhí)行機構作用使進氣閥關閉，這樣就減少了氣缸為最終被壓縮的氣體量，達到調節(jié)排氣量的目的?；亓鬟^程由于進氣閥是開啟狀態(tài)，理想狀態(tài)下是不耗功的，相比旁通管路調節(jié)，節(jié)能效果顯著。該方法的核心技術是在壓縮機高速運行的情況下如何精確控制進氣閥的關閉時間。這種調節(jié)方法的優(yōu)點是能夠在0%-100%無級調節(jié)壓縮機排氣量，只壓縮需要的氣量，因此在理想狀況下隨著排氣量的減少，壓縮機指示功也成比例下降，在調節(jié)排氣量的同時達到減少功率消耗的目的。缺點是調節(jié)系統(tǒng)復雜，可靠性與穩(wěn)定性不高，成本也很高，初期投資會很大，對于高轉速場合回流過程的流動損失轉化為熱能，不能及時帶走，導致閥腔溫度過高，影響氣閥和壓縮機的正常工作。
總結
除以上方法可實現(xiàn)往復壓縮機的流量調節(jié)，還有線性電機驅動，大余隙容積流量調節(jié)方式，但使用面窄，此處不做一一介紹。往復壓縮機的流量調節(jié)機構除應具有顯著工況適應性和節(jié)能效果外，還應保證系統(tǒng)高度的可靠性，實施調節(jié)過程中保證供氣的連續(xù)和壓力的穩(wěn)定?？傊髁空{節(jié)發(fā)展的方向是各種調節(jié)方式的結合以及各種調節(jié)方式同智能自動實時控制的結合，實現(xiàn)流量調控技術的高效，可靠及智能化。
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