【壓縮機(jī)網(wǎng)】前言

　　壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)流量（額定排氣量）往往與系統(tǒng)運(yùn)行需求的流量不匹配。一方面，壓縮機(jī)一般是按照裝置的工藝條件和額定的流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，在選型時(shí)主要考慮峰值流量的滿足，這使得壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)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(jì)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(duì)壓縮機(jī)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(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)流量需求變化的匹配運(yùn)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(jī)的功率與流量一般呈正比關(guān)系，因此實(shí)現(xiàn)高效、精確的流量調(diào)節(jié)是流程工業(yè)中壓縮機(jī)實(shí)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(jī)的流量調(diào)節(jié)方法多樣，對(duì)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(jī)流量調(diào)節(jié)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(xiàn)壓縮機(jī)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(jiǎn)單可靠，但壓縮機(jī)始終處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，系統(tǒng)效率低，特別是對(duì)于大型石化企業(yè)的大功率往復(fù)壓縮機(jī)，能源浪費(fèi)巨大。

　　排氣旁通調(diào)節(jié)方法是最簡(jiǎn)單的流量無(wú)級(jí)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(mén)，通過(guò)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)達(dá)到對(duì)排氣量的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方法只需對(duì)壓縮機(jī)管路進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可實(shí)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(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改造成本低，能夠連續(xù)調(diào)節(jié)排氣量，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行基本沒(méi)有影響。但為了實(shí)現(xiàn)排氣量的調(diào)節(jié)，需要將一部分壓縮氣體通過(guò)節(jié)流減壓，又送回到吸氣口，并再次進(jìn)行壓縮。對(duì)此部分氣體的壓縮增加了功率的消耗，浪費(fèi)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(chǎng)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(guò)在壓縮機(jī)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(jī)的吸氣壓力和吸氣密度降低，所以進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體質(zhì)量流量減少。根據(jù)節(jié)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(xiàn)壓縮機(jī)流量的連續(xù)調(diào)節(jié)。

　　通常情況下，調(diào)節(jié)后因?yàn)楣?jié)流損失，吸氣溫度會(huì)升高，且壓縮機(jī)的比功率會(huì)上升。此外，進(jìn)氣節(jié)流會(huì)使壓縮機(jī)實(shí)際壓比增大進(jìn)而導(dǎo)致排氣溫度過(guò)高。進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用于不頻繁調(diào)節(jié)的中大型壓縮機(jī)裝置中。

 

　　三．驅(qū)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

　　驅(qū)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的原理是通過(guò)改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的排氣量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，且壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，壓縮機(jī)氣缸內(nèi)氣體熱力循環(huán)的周期變長(zhǎng)，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(guò)程和膨脹過(guò)程指數(shù)會(huì)下降，有利于降低壓縮機(jī)的指示功，而且調(diào)節(jié)過(guò)程中壓縮機(jī)各級(jí)壓比保持不變，不需要設(shè)專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。

　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)是受到驅(qū)動(dòng)機(jī)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(guò)低時(shí)，變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可能會(huì)對(duì)壓縮機(jī)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(rùn)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(dòng)機(jī)為內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)的壓縮機(jī)上。如果驅(qū)動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，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(hù)、維修工作，目前在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)壓縮機(jī)上較少采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

　　按照驅(qū)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的特點(diǎn)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(jí)調(diào)節(jié)。

　　1.連續(xù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

　　內(nèi)燃機(jī)和蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，由于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是可以連續(xù)改變的，所以較方便地實(shí)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(jī)機(jī)械摩擦損失小，壓縮機(jī)各級(jí)壓力保持不變，壓縮機(jī)上不需要設(shè)專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。缺點(diǎn)是出于原動(dòng)機(jī)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(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性降低，在低轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)進(jìn)氣速度降低，壓縮機(jī)氣閥可能無(wú)法正常工作。

　　2.間斷停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)

　　當(dāng)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)時(shí)，可采用壓縮機(jī)暫時(shí)停機(jī)的方法來(lái)調(diào)節(jié)流量。間斷停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的原理在于使壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)停轉(zhuǎn)，此調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點(diǎn)是壓縮機(jī)停止工作后不再消耗動(dòng)力，壓縮機(jī)本身也無(wú)須設(shè)置專(zhuān)門(mén)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。缺點(diǎn)是頻繁地啟動(dòng)和停機(jī)會(huì)增加零件的磨損，啟動(dòng)時(shí)消耗的電能一般比運(yùn)行狀態(tài)大。但啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，啟動(dòng)時(shí)間短，需要有較大的儲(chǔ)氣罐，以便儲(chǔ)存較多的氣體，借以減少啟動(dòng)的次數(shù)。由于存在上述缺點(diǎn)，這種調(diào)節(jié)方法一般適用于微型壓縮機(jī)或者極少調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，因此應(yīng)用不是很廣泛。

　　3.分級(jí)調(diào)節(jié)

　　在化工企業(yè)中或者空氣壓縮機(jī)站，一般是多機(jī)配置，可以通過(guò)停止部分壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供氣量，如果配置的壓縮機(jī)排氣量相同，就可以實(shí)現(xiàn)成比例的分級(jí)調(diào)節(jié)。

 

　　四．余隙容積調(diào)節(jié)

　　壓縮機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)流量的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。余隙容積調(diào)節(jié)的工作原理：在壓縮機(jī)的氣缸上，除固定余隙容積外，還沒(méi)有一定的空腔，調(diào)節(jié)對(duì)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(guò)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(duì)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(yīng)用中的余隙容積調(diào)節(jié)方法在機(jī)器運(yùn)行時(shí)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(guò)更換余隙調(diào)節(jié)裝置部件改變余隙大小；而可變余隙調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，其優(yōu)點(diǎn)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(jī)排氣量，同時(shí)降低運(yùn)行成本的目的。變余隙容積調(diào)節(jié)需要對(duì)氣缸進(jìn)行改造，而且會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)比功率上升，節(jié)能效果不是很好。對(duì)于低壓比的大型往復(fù)壓縮機(jī)，需要的余隙容積過(guò)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(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)。頂開(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)就是通過(guò)一個(gè)機(jī)械頂開(kāi)機(jī)構(gòu)，強(qiáng)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(xiàn)排氣量的調(diào)節(jié)流出氣缸，從而減少了被壓縮機(jī)氣體的體積，即回流省功原理，從而實(shí)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(shí)對(duì)于壓縮機(jī)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(jì)的調(diào)節(jié)方式。頂開(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)根據(jù)吸氣閥被頂開(kāi)行程的長(zhǎng)短，可分為全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)和部分頂開(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)。

　　1.全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

　　全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)是在壓縮機(jī)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(jī)進(jìn)入空載運(yùn)行，排氣量為零。這種調(diào)節(jié)方式只能實(shí)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(kāi)進(jìn)氣閥的調(diào)節(jié)方法結(jié)構(gòu)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(jī)啟動(dòng)時(shí)，全行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥使壓縮機(jī)空負(fù)荷啟動(dòng)，屬于間斷性非連續(xù)調(diào)節(jié)方法，長(zhǎng)期使用會(huì)縮短氣閥壽命。

　　2.部分行程頂開(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

　　部分行程頂開(kāi)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(qiáng)制打開(kāi)狀態(tài)。活塞壓縮時(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(nèi)剩余氣體被壓縮。進(jìn)氣閥延遲關(guān)閉時(shí)間的長(zhǎng)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(diào)節(jié)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(jī)械執(zhí)行機(jī)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(shí)，撤銷(xiāo)機(jī)械執(zhí)行機(jī)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。回流過(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(diào)節(jié)，節(jié)能效果顯著。該方法的核心技術(shù)是在壓縮機(jī)高速運(yùn)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(diào)節(jié)方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠在0%-100%無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)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(jī)指示功也成比例下降，在調(diào)節(jié)排氣量的同時(shí)達(dá)到減少功率消耗的目的。缺點(diǎn)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(huì)很大，對(duì)于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合回流過(guò)程的流動(dòng)損失轉(zhuǎn)化為熱能，不能及時(shí)帶走，導(dǎo)致閥腔溫度過(guò)高，影響氣閥和壓縮機(jī)的正常工作。

 

　　總結(jié)

　　除以上方法可實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮機(jī)的流量調(diào)節(jié)，還有線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(jī)的流量調(diào)節(jié)機(jī)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(shí)施調(diào)節(jié)過(guò)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(dòng)實(shí)時(shí)控制的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)控技術(shù)的高效，可靠及智能化。

 

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