【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(jìn)行設計，在選型時(shí)主要考慮峰值流量的滿(mǎn)足，這使得壓縮機運行時(shí)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、流程的原料性質(zhì)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(shí)現與系統流量需求變化的匹配運行，達到節能減排的效果。

　　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(guān)系，因此實(shí)現高效、精確的流量調節是流程工業(yè)中壓縮機實(shí)現大規模節能的關(guān)鍵技術(shù)和有效途徑之一。

　　往復壓縮機的流量調節方法多樣，對此，本文介紹幾種常用的調節方法。

　　一．排氣旁通調節

　　目前，排氣旁通調節方法是最常用的往復壓縮機流量調節方法。通過(guò)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(shí)現壓縮機的供氣量與系統需求氣量的平衡。雖然這種調節方法簡(jiǎn)單可靠，但壓縮機始終處于滿(mǎn)負荷工作狀態(tài)，系統效率低，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。

　　排氣旁通調節方法是最簡(jiǎn)單的流量無(wú)級調節方法之一，其原理是將進(jìn)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(mén)，通過(guò)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)達到對排氣量的調節。這種調節方法只需對壓縮機管路進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可實(shí)現。

　　排氣旁通調節是目前使用比較廣泛的一種調節方式，其優(yōu)點(diǎn)是裝置結構簡(jiǎn)單，改造成本低，能夠連續調節排氣量，壓縮機運轉平穩，對壓縮機運行基本沒(méi)有影響。但為了實(shí)現排氣量的調節，需要將一部分壓縮氣體通過(guò)節流減壓，又送回到吸氣口，并再次進(jìn)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，調節幅度小或配合其它調節的場(chǎng)合。

 

　　二．進(jìn)氣節流調節

　　進(jìn)氣節流調節是通過(guò)在壓縮機的進(jìn)氣管路上安裝相應的節流閥，進(jìn)氣受到節流后，因克服節流閥阻力使壓縮機的吸氣壓力和吸氣密度降低，所以進(jìn)入壓縮機的氣體質(zhì)量流量減少。根據節流閥開(kāi)啟度的不同，質(zhì)量流量減少的程度也不同，可實(shí)現壓縮機流量的連續調節。

　　通常情況下，調節后因為節流損失，吸氣溫度會(huì )升高，且壓縮機的比功率會(huì )上升。此外，進(jìn)氣節流會(huì )使壓縮機實(shí)際壓比增大進(jìn)而導致排氣溫度過(guò)高。進(jìn)氣節流調節結構簡(jiǎn)單，常用于不頻繁調節的中大型壓縮機裝置中。

 

　　三．驅動(dòng)機轉速調節

　　驅動(dòng)機轉速調節的原理是通過(guò)改變壓縮機的轉速來(lái)調節壓縮機的排氣量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠實(shí)現氣量的連續調節，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(cháng)，這在一定程度上意味著(zhù)被壓縮氣體與外界的熱交換程度增大，壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程指數會(huì )下降，有利于降低壓縮機的指示功，而且調節過(guò)程中壓縮機各級壓比保持不變，不需要設專(zhuān)門(mén)的調節機構等。

　　轉速調節的缺點(diǎn)是受到驅動(dòng)機的轉速調節范圍的限制，其轉速調節范圍有限，因而流量調節范圍亦有限。而且當轉速過(guò)低時(shí)，變轉速調節可能會(huì )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(dòng)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(dòng)機為內燃機和汽輪機的壓縮機上。如果驅動(dòng)機為電動(dòng)機，則需要配置變頻器，由于大功率、高壓變頻器價(jià)格昂貴，而且需要大量的維護、維修工作，目前在電動(dòng)機驅動(dòng)的往復壓縮機上較少采用轉速調節。

　　按照驅動(dòng)機轉速變化的特點(diǎn)可分為連續轉速調節、間斷停轉調節和分級調節。

　　1.連續轉速調節

　　內燃機和蒸汽機驅動(dòng)的壓縮機，由于原動(dòng)機的轉速是可以連續改變的，所以較方便地實(shí)現了連續的氣量調節，而且調節工況比功率消耗小，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(zhuān)門(mén)的調節機構等。缺點(diǎn)是出于原動(dòng)機本身性能的限制，若想降低氣量，需采取其它輔助措施。當低于額定轉速時(shí)，發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟性降低，在低轉速下壓縮機進(jìn)氣速度降低，壓縮機氣閥可能無(wú)法正常工作。

　　2.間斷停轉調節

　　當原動(dòng)機轉速不可調節時(shí)，可采用壓縮機暫時(shí)停機的方法來(lái)調節流量。間斷停轉調節的原理在于使壓縮機和驅動(dòng)電機同時(shí)停轉，此調節方法的優(yōu)點(diǎn)是壓縮機停止工作后不再消耗動(dòng)力，壓縮機本身也無(wú)須設置專(zhuān)門(mén)調節機構。缺點(diǎn)是頻繁地啟動(dòng)和停機會(huì )增加零件的磨損，啟動(dòng)時(shí)消耗的電能一般比運行狀態(tài)大。但啟動(dòng)設備簡(jiǎn)單，操作方便，啟動(dòng)時(shí)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(dòng)的次數。由于存在上述缺點(diǎn)，這種調節方法一般適用于微型壓縮機或者極少調節的場(chǎng)合，因此應用不是很廣泛。

　　3.分級調節

　　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(guò)停止部分壓縮機的運轉來(lái)調節系統的供氣量，如果配置的壓縮機排氣量相同，就可以實(shí)現成比例的分級調節。

 

　　四．余隙容積調節

　　壓縮機實(shí)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，從而改變排氣量，因此連續改變余隙容積大小就能實(shí)現壓縮機流量的無(wú)級調節。余隙容積調節的工作原理：在壓縮機的氣缸上，除固定余隙容積外，還沒(méi)有一定的空腔，調節對接入氣缸工作腔，使余隙容積增大，容積系數減小，排氣量降低。

　　余隙容積調節一般是通過(guò)在氣缸頭安裝附加的容積裝置，該裝置可以連續改變余隙容積大小。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(huì )很大。

　　實(shí)際應用中的余隙容積調節方法在機器運行時(shí)按照余隙是否可變分為固定余隙調節和可變余隙調節：固定余隙調節通過(guò)更換余隙調節裝置部件改變余隙大??；而可變余隙調節裝置調節機構復雜，其優(yōu)點(diǎn)是穩定可靠，也能夠在一定程度上達到調節壓縮機排氣量，同時(shí)降低運行成本的目的。變余隙容積調節需要對氣缸進(jìn)行改造，而且會(huì )導致壓縮機比功率上升，節能效果不是很好。對于低壓比的大型往復壓縮機，需要的余隙容積過(guò)大。加之此裝置十分復雜，且余隙容積改變的范圍不大，氣量調節范圍受到限制，故這種方式的應用受到限制。

 

　　五．進(jìn)氣閥調節

　　進(jìn)氣閥調節的研究和應用主要集中在頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節。頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節就是通過(guò)一個(gè)機械頂開(kāi)機構，強制頂開(kāi)進(jìn)氣閥，使已經(jīng)進(jìn)入氣缸中的部分氣體或全部氣體在壓縮行程開(kāi)始后通過(guò)進(jìn)氣閥流出氣缸，從而實(shí)現排氣量的調節流出氣缸，從而減少了被壓縮機氣體的體積，即回流省功原理，從而實(shí)現排氣量的調節。這種方法使多余氣體在被壓縮前排出氣缸，能夠實(shí)現排氣量的調節，能達到節能的效果，同時(shí)對于壓縮機的活塞力和排氣溫度也沒(méi)大的影響，是一種安全可靠且經(jīng)濟的調節方式。頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節根據吸氣閥被頂開(kāi)行程的長(cháng)短，可分為全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節和部分頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節。

　　1.全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節

　　全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節是在壓縮機活塞活動(dòng)的全過(guò)程中，即整個(gè)壓縮循環(huán)中都保持進(jìn)氣閥為開(kāi)啟狀態(tài)，壓縮機進(jìn)入空載運行，排氣量為零。這種調節方式只能實(shí)現氣量的階躍式調節而非連續調節。全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥的調節方法結構簡(jiǎn)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(dòng)時(shí)，全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥使壓縮機空負荷啟動(dòng)，屬于間斷性非連續調節方法，長(cháng)期使用會(huì )縮短氣閥壽命。

　　2.部分行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節

　　部分行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調節是在進(jìn)氣結束后，進(jìn)氣閥仍然保持強制打開(kāi)狀態(tài)?；钊麎嚎s時(shí)，部分氣體從進(jìn)氣閥排出，到某一時(shí)刻，進(jìn)氣閥關(guān)閉，氣缸內剩余氣體被壓縮。進(jìn)氣閥延遲關(guān)閉時(shí)間的長(cháng)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(dòng)控制進(jìn)氣閥調節方式的基本原理是通過(guò)外加作用力來(lái)控制進(jìn)氣閥的開(kāi)啟與關(guān)閉，具體過(guò)程是利用一套機械執行機構延遲關(guān)閉進(jìn)氣閥，使已經(jīng)進(jìn)入氣缸的氣體在壓縮的初始階段又回流到進(jìn)氣腔或者進(jìn)氣管道中。當氣缸中剩余的氣量滿(mǎn)足需求時(shí)，撤銷(xiāo)機械執行機構作用使進(jìn)氣閥關(guān)閉，這樣就減少了氣缸為最終被壓縮的氣體量，達到調節排氣量的目的?；亓鬟^(guò)程由于進(jìn)氣閥是開(kāi)啟狀態(tài)，理想狀態(tài)下是不耗功的，相比旁通管路調節，節能效果顯著(zhù)。該方法的核心技術(shù)是在壓縮機高速運行的情況下如何精確控制進(jìn)氣閥的關(guān)閉時(shí)間。這種調節方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠在0%-100%無(wú)級調節壓縮機排氣量，只壓縮需要的氣量，因此在理想狀況下隨著(zhù)排氣量的減少，壓縮機指示功也成比例下降，在調節排氣量的同時(shí)達到減少功率消耗的目的。缺點(diǎn)是調節系統復雜，可靠性與穩定性不高，成本也很高，初期投資會(huì )很大，對于高轉速場(chǎng)合回流過(guò)程的流動(dòng)損失轉化為熱能，不能及時(shí)帶走，導致閥腔溫度過(guò)高，影響氣閥和壓縮機的正常工作。

 

　　總結

　　除以上方法可實(shí)現往復壓縮機的流量調節，還有線(xiàn)性電機驅動(dòng)，大余隙容積流量調節方式，但使用面窄，此處不做一一介紹。往復壓縮機的流量調節機構除應具有顯著(zhù)工況適應性和節能效果外，還應保證系統高度的可靠性，實(shí)施調節過(guò)程中保證供氣的連續和壓力的穩定?？傊?，流量調節發(fā)展的方向是各種調節方式的結合以及各種調節方式同智能自動(dòng)實(shí)時(shí)控制的結合，實(shí)現流量調控技術(shù)的高效，可靠及智能化。

 

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