往复式压缩机气量无级调节往复式压缩机气量无级调节技术

往复式压缩机气量无级调节基本原理

往复式压缩机气量无级调节基本原理为“回流省功”，如下图1所示，

活塞在压缩机气缸的一个正常工作循环包括：(1)余隙容积中残留高压气体的膨胀过程，如图1中A~B曲线，此时压缩机的进气阀和排气阀均处于正常的关闭状态；(2)进气过程，如图1中B~C曲线，此时进气阀在气缸内外差的作用下开启，进气管线中的气体通过进气阀进入气缸，至C点完成相当于气缸100%容积的进气量，进气阀关闭；(3)C~D为压缩过程，气缸内气体在活塞的作用下压缩达到排气压力；(4)D~A为排气过程，排气阀打开，被压缩的气体经过排气阀进入下一级。

当投入气量调节系统后，进气阀在进气过程结束后由于执行机构作用下仍被强制的保持开启状态，那么压缩过程并不能沿原压缩曲线由位置C到位置D，而是由位置C先到达位置C_r,50，此时原吸入气缸中的部分气体通过被顶开的进气阀回流到进气管而不被压缩，所消耗的能量当然要比压缩机满负荷时小的多，待活塞运动到特定的位置D_r,50时，执行机构使顶开进气阀的强制外力消失，进气阀片回落到阀座上而关闭，气缸内剩余的气体开始被压缩，压缩过程开始沿着位置D_r,50到达位置A。气体达到额定排气压力后从排气阀排出，容积流量减少。压缩机的指示功耗与实际容积流量成正比，因此气量无级调节系统能够最大程度的节约能源。

往复式压缩机气量无级调节系统组成

往复式压缩机气量无级调节系统是由PLC控制器、液压系统、机械执行机构和测量与监控系统组成，如下图2所示：

PLC控制器是气量无级调节系统的核心组成部分，主要功能包括：

1）利用上死点传感器采集压缩机活塞运动到上死点位置时刻，依据上死点信号计算曲轴角度，通过压缩机负荷的设定值控制执行机构的电磁阀，从而精确控制压缩机进气阀的启闭时间；

2）可实现液压系统的油液温度、油压和液位等相关参数的采集、监控以及油泵的就地、远程控制；

3）可以提供Modbus RS-485接口，实现气量无级调节系统就地控制和与DCS等上位机设备的远程控制；

4）可以实现气量无级调节系统的切除以及故障联锁切除，使得往复式压缩机恢复到满负荷运行状态，不会影响现场往复式压缩机的正常运行；

液压油站向机械执行机构提供高压液压油以控制进气阀的开启、关闭，通过内置齿轮油泵将液压油的压力从常压提升到所需的工作压力，在液压油供油及回油管路中均安装了隔膜蓄能器来稳定油压。PLC控制器对液压油站的油压、油温和油液液位进行了监控。

机械执行机构主要有油缸、电磁阀、卸荷器等组成。机械执行机构中电磁阀接受来自PLC控制器的控制信号，适时启闭电磁阀，从而接通或断开来自液压油站的高压油，以控制顶开进气阀的时间，实现压缩机的负荷调节。

测量与监控系统主要是用于气量调节系统参数的设置以及监控。

国外已有HydroCOM系统 和ISC系统 等气量无级调节设备，国外产品价格较高，同时因技术封锁，国内并不能掌握核心技术，因此在气量无级调节设备的使用过程中的技术支持也十分有限。

近几年，国内也进行了不少研究工作，也研制出基于顶开进气阀的往复式压缩机气量无级调节系统产品。国内产品的成长也促使国外产品不合理的垄断价格降价，开发往复式压缩机气量调节系统意义重大，为我国节能减排做出重要贡献 。

往复式压缩机气量无级调节由如下几个特点：

1）最宽广的调节范围，最优控制特性，并使压缩机启停更加自如；

2）最大限度节省能源，气量调节后，主电机的实际功率随压缩机排气量的降低成等比例规律减少；

3）易于实现对现有压缩机进行升级改造，且在升级改造过程中不影响现有压缩机的部件和安全运行；

4）调节系统出现故障后可自动切除，不影响压缩机正常运行，且系统易于维护；

某往复式压缩机功率P为2000KW，机械效率η为85%，压缩机负荷L按70%运行，当投入往复式压缩机气量无级调节系统后，每小时压缩机耗能为：

P_耗=P*（1-η） P*η*L=2000*0.15 2000*0.85*0.7=1490KW

每小时通过气量无级调节系统可节约的能耗为：

P_节=P-P_耗=2000-1490=510KW

每年压缩机运行时间t按8000小时，电费单价M₁按平均0.7元/度计算，当投入气量无级调节系统后，每年可节约的电费M 为：

M=P_节*t*M₁=510*8000*0.7=285.6万元2100433B

国外的HydroCOM系统 和ISC系统 均是基于不同调节原理的气量无级调节设备，国外产品价格较高，同时因技术封锁，国内并不能掌握核心技术，因此在气量无级调节设备的使用过程中的技术支持也十分有限。

自2000年来，浙江大学化机所针对往复式压缩机气量调节系统进行了不少研究工作，开发出了一套具有国内自主知识产权的全量程部分行程顶开进气阀的气量无级调节系统 ，不仅打破国外技术垄断，并填补了国内技术空白。

近几年，北京航天石化技术装备工程有限公司也研制出基于顶开进气阀的往复式压缩机气量无级调节系统产品。国内产品的成长也促使国外产品不合理的垄断价格降价，开发往复式压缩机气量调节系统意义重大，为我国节能减排做出重要贡献。

往复式压缩机气量无级调节由如下几个特点：

1）最宽广的调节范围，最优控制特性，并使压缩机启停更加自如；

2）最大限度节省能源，气量调节后，主电机的实际功率随压缩机排气量的降低成等比例规律减少；

3）易于实现对现有压缩机进行升级改造，且在升级改造过程中不影响现有压缩机的部件和安全运行；

4）调节系统出现故障后可自动切除，不影响压缩机正常运行，且系统易于维护；

往复式压缩机气量无级调节由如下几个特点：

1）最宽广的调节范围，最优控制特性，并使压缩机启停更加自如；

2）最大限度节省能源，气量调节后，主电机的实际功率随压缩机排气量的降低成等比例规律减少；

3）易于实现对现有压缩机进行升级改造，且在升级改造过程中不影响现有压缩机的部件和安全运行；

4）调节系统出现故障后可自动切除，不影响压缩机正常运行，且系统易于维护；