【壓縮機網(wǎng)】前言

　　壓縮機的設(shè)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(jìn)行設(shè)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(fù)荷率通常只有設(shè)計流量的60%-85%；另一方面，工藝流程參數(shù)、流程的原料性質(zhì)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等經(jīng)常發(fā)生變化，對壓縮機流量的需求也要相應(yīng)改變。因此，必須提供合適的流量調(diào)控手段，以實現(xiàn)與系統(tǒng)流量需求變化的匹配運行，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

　　在吸排氣壓力不變的條件下，往復(fù)壓縮機的功率與流量一般呈正比關(guān)系，因此實現(xiàn)高效、精確的流量調(diào)節(jié)是流程工業(yè)中壓縮機實現(xiàn)大規(guī)模節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)和有效途徑之一。

　　往復(fù)壓縮機的流量調(diào)節(jié)方法多樣，對此，本文介紹幾種常用的調(diào)節(jié)方法。

　　一．排氣旁通調(diào)節(jié)

　　目前，排氣旁通調(diào)節(jié)方法是最常用的往復(fù)壓縮機流量調(diào)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(diào)節(jié)方法簡單可靠，但壓縮機始終處于滿負(fù)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(fù)壓縮機，能源浪費巨大。

　　排氣旁通調(diào)節(jié)方法是最簡單的流量無級調(diào)節(jié)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(shè)置旁通閥門，通過閥門的開度來達(dá)到對排氣量的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方法只需對壓縮機管路進(jìn)行簡單改造即可實現(xiàn)。

　　排氣旁通調(diào)節(jié)是目前使用比較廣泛的一種調(diào)節(jié)方式，其優(yōu)點是裝置結(jié)構(gòu)簡單，改造成本低，能夠連續(xù)調(diào)節(jié)排氣量，壓縮機運轉(zhuǎn)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(diào)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(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(jì)性差。因此，該方法適用于偶爾調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)幅度小或配合其它調(diào)節(jié)的場合。

 

　　二．進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)

　　進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)是通過在壓縮機的進(jìn)氣管路上安裝相應(yīng)的節(jié)流閥，進(jìn)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(jìn)入壓縮機的氣體質(zhì)量流量減少。根據(jù)節(jié)流閥開啟度的不同，質(zhì)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(diào)節(jié)。

　　通常情況下，調(diào)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(jìn)氣節(jié)流會使壓縮機實際壓比增大進(jìn)而導(dǎo)致排氣溫度過高。進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，常用于不頻繁調(diào)節(jié)的中大型壓縮機裝置中。

 

　　三．驅(qū)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

　　驅(qū)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的原理是通過改變壓縮機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)壓縮機的排氣量。該方法的優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，且壓縮機轉(zhuǎn)速降低后，壓縮機氣缸內(nèi)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(diào)節(jié)過程中壓縮機各級壓比保持不變，不需要設(shè)專門的調(diào)節(jié)機構(gòu)等。

　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的缺點是受到驅(qū)動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍的限制，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍有限，因而流量調(diào)節(jié)范圍亦有限。而且當(dāng)轉(zhuǎn)速過低時，變轉(zhuǎn)速調(diào)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(yīng)用。該方法一般應(yīng)用在驅(qū)動機為內(nèi)燃機和汽輪機的壓縮機上。如果驅(qū)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(hù)、維修工作，目前在電動機驅(qū)動的往復(fù)壓縮機上較少采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

　　按照驅(qū)動機轉(zhuǎn)速變化的特點可分為連續(xù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、間斷停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)和分級調(diào)節(jié)。

　　1.連續(xù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

　　內(nèi)燃機和蒸汽機驅(qū)動的壓縮機，由于原動機的轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)，而且調(diào)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(shè)專門的調(diào)節(jié)機構(gòu)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(dāng)?shù)陀陬~定轉(zhuǎn)速時，發(fā)動機經(jīng)濟(jì)性降低，在低轉(zhuǎn)速下壓縮機進(jìn)氣速度降低，壓縮機氣閥可能無法正常工作。

　　2.間斷停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)

　　當(dāng)原動機轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)時，可采用壓縮機暫時停機的方法來調(diào)節(jié)流量。間斷停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的原理在于使壓縮機和驅(qū)動電機同時停轉(zhuǎn)，此調(diào)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(shè)置專門調(diào)節(jié)機構(gòu)。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(shè)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(diào)節(jié)方法一般適用于微型壓縮機或者極少調(diào)節(jié)的場合，因此應(yīng)用不是很廣泛。

　　3.分級調(diào)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(zhuǎn)來調(diào)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(diào)節(jié)。

 

　　四．余隙容積調(diào)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(diào)節(jié)。余隙容積調(diào)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(diào)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(diào)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(yīng)用中的余隙容積調(diào)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(diào)節(jié)和可變余隙調(diào)節(jié)：固定余隙調(diào)節(jié)通過更換余隙調(diào)節(jié)裝置部件改變余隙大??；而可變余隙調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)機構(gòu)復(fù)雜，其優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，也能夠在一定程度上達(dá)到調(diào)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(diào)節(jié)需要對氣缸進(jìn)行改造，而且會導(dǎo)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(fù)壓縮機，需要的余隙容積過大。加之此裝置十分復(fù)雜，且余隙容積改變的范圍不大，氣量調(diào)節(jié)范圍受到限制，故這種方式的應(yīng)用受到限制。

 

　　五．進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

　　進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)的研究和應(yīng)用主要集中在頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)。頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)就是通過一個機械頂開機構(gòu)，強制頂開進(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始后通過進(jìn)氣閥流出氣缸，從而實現(xiàn)排氣量的調(diào)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(diào)節(jié)。這種方法使多余氣體在被壓縮前排出氣缸，能夠?qū)崿F(xiàn)排氣量的調(diào)節(jié)，能達(dá)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(jì)的調(diào)節(jié)方式。頂開進(jìn)氣閥調(diào)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(jìn)氣閥調(diào)節(jié)和部分頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)。

　　1.全行程頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

　　全行程頂開進(jìn)氣閥調(diào)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(jìn)氣閥為開啟狀態(tài)，壓縮機進(jìn)入空載運行，排氣量為零。這種調(diào)節(jié)方式只能實現(xiàn)氣量的階躍式調(diào)節(jié)而非連續(xù)調(diào)節(jié)。全行程頂開進(jìn)氣閥的調(diào)節(jié)方法結(jié)構(gòu)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(jìn)氣閥使壓縮機空負(fù)荷啟動，屬于間斷性非連續(xù)調(diào)節(jié)方法，長期使用會縮短氣閥壽命。

　　2.部分行程頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

　　部分行程頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)是在進(jìn)氣結(jié)束后，進(jìn)氣閥仍然保持強制打開狀態(tài)。活塞壓縮時，部分氣體從進(jìn)氣閥排出，到某一時刻，進(jìn)氣閥關(guān)閉，氣缸內(nèi)剩余氣體被壓縮。進(jìn)氣閥延遲關(guān)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(jìn)氣閥調(diào)節(jié)方式的基本原理是通過外加作用力來控制進(jìn)氣閥的開啟與關(guān)閉，具體過程是利用一套機械執(zhí)行機構(gòu)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(dāng)氣缸中剩余的氣量滿足需求時，撤銷機械執(zhí)行機構(gòu)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(dá)到調(diào)節(jié)排氣量的目的?；亓鬟^程由于進(jìn)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(diào)節(jié)，節(jié)能效果顯著。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)閉時間。這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點是能夠在0%-100%無級調(diào)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(diào)節(jié)排氣量的同時達(dá)到減少功率消耗的目的。缺點是調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)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(zhuǎn)速場合回流過程的流動損失轉(zhuǎn)化為熱能，不能及時帶走，導(dǎo)致閥腔溫度過高，影響氣閥和壓縮機的正常工作。

 

　　總結(jié)

　　除以上方法可實現(xiàn)往復(fù)壓縮機的流量調(diào)節(jié)，還有線性電機驅(qū)動，大余隙容積流量調(diào)節(jié)方式，但使用面窄，此處不做一一介紹。往復(fù)壓縮機的流量調(diào)節(jié)機構(gòu)除應(yīng)具有顯著工況適應(yīng)性和節(jié)能效果外，還應(yīng)保證系統(tǒng)高度的可靠性，實施調(diào)節(jié)過程中保證供氣的連續(xù)和壓力的穩(wěn)定。總之，流量調(diào)節(jié)發(fā)展的方向是各種調(diào)節(jié)方式的結(jié)合以及各種調(diào)節(jié)方式同智能自動實時控制的結(jié)合，實現(xiàn)流量調(diào)控技術(shù)的高效，可靠及智能化。

 

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