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    压缩机流量五大调节方法点评
    发布时间:2021/3/1  浏览次数:216 次  来源:本站

    压缩机的设计流量(额定排气量)往往与系统运行需求的流量不匹配。一方面,压缩机一般是按照装置的工艺条件和额定的流量进行设计,在选型时主要考虑峰值流量的满足,这使得压缩机运行时的流量经常处于富余状态,有效负荷率通常只有设计流量的60%-85%;另一方面,工艺流程参数、流程的原料性质及产品结构等经常发生变化,对压缩机流量的需求也要相应改变。因此,必须提供合适的流量调控手段,以实现与系统流量需求变化的匹配运行,达到节能减排的效果。

    在吸排气压力不变的条件下,往复压缩机的功率与流量一般呈正比关系,因此实现高效、精确的流量调节是流程工业中压缩机实现大规模节能的关键技术和有效途径之一。

    往复压缩机的流量调节方法多样,对此,本文介绍几种常用的调节方法。

    一.排气旁通调节

    目前,排气旁通调节方法是最常用的往复压缩机流量调节方法。通过安装在排气管路上的旁通管道将多余的气体回流到吸气管路,以实现压缩机的供气量与系统需求气量的平衡。虽然这种调节方法简单可靠,但压缩机始终处于满负荷工作状态,系统效率低,特别是对于大型石化企业的大功率往复压缩机,能源浪费巨大。

    排气旁通调节方法是最简单的流量无级调节方法之一,其原理是将进气管和排气管用旁通管路加以连通,并在旁通管路上设置旁通阀门,通过阀门的开度来达到对排气量的调节。这种调节方法只需对压缩机管路进行简单改造即可实现。

    排气旁通调节是目前使用比较广泛的一种调节方式,其优点是装置结构简单,改造成本低,能够连续调节排气量,压缩机运转平稳,对压缩机运行基本没有影响。但为了实现排气量的调节,需要将一部分压缩气体通过节流减压,又送回到吸气口,并再次进行压缩。对此部分气体的压缩增加了功率的消耗,浪费了能源,经济性差。因此,该方法适用于偶尔调节,调节幅度小或配合其它调节的场合。

    二.进气节流调节

    进气节流调节是通过在压缩机的进气管路上安装相应的节流阀,进气受到节流后,因克服节流阀阻力使压缩机的吸气压力和吸气密度降低,所以进入压缩机的气体质量流量减少。根据节流阀开启度的不同,质量流量减少的程度也不同,可实现压缩机流量的连续调节。

    通常情况下,调节后因为节流损失,吸气温度会升高,且压缩机的比功率会上升。此外,进气节流会使压缩机实际压比增大进而导致排气温度过高。进气节流调节结构简单,常用于不频繁调节的中大型压缩机装置中。

    三.驱动机转速调节

    驱动机转速调节的原理是通过改变压缩机的转速来调节压缩机的排气量。该方法的优点是能够实现气量的连续调节,且压缩机转速降低后,压缩机气缸内气体热力循环的周期变长,这在一定程度上意味着被压缩气体与外界的热交换程度增大,压缩过程和膨胀过程指数会下降,有利于降低压缩机的指示功,而且调节过程中压缩机各级压比保持不变,不需要设专门的调节机构等。

    转速调节的缺点是受到驱动机的转速调节范围的限制,其转速调节范围有限,因而流量调节范围亦有限。而且当转速过低时,变转速调节可能会对压缩机的工作产生不良影响,如气阀颤振部件磨损大,振动增加和润滑不充分等,这也限制了该方法的广泛应用。该方法一般应用在驱动机为内燃机和汽轮机的压缩机上。如果驱动机为电动机,则需要配置变频器,由于大功率、高压变频器价格昂贵,而且需要大量的维护、维修工作,目前在电动机驱动的往复压缩机上较少采用转速调节。

    按照驱动机转速变化的特点可分为连续转速调节、间断停转调节和分级调节。

    1.连续转速调节

    内燃机和蒸汽机驱动的压缩机,由于原动机的转速是可以连续改变的,所以较方便地实现了连续的气量调节,而且调节工况比功率消耗小,压缩机机械摩擦损失小,压缩机各级压力保持不变,压缩机上不需要设专门的调节机构等。缺点是出于原动机本身性能的限制,若想降低气量,需采取其它辅助措施。当低于额定转速时,发动机经济性降低,在低转速下压缩机进气速度降低,压缩机气阀可能无法正常工作。

    2.间断停转调节

    当原动机转速不可调节时,可采用压缩机暂时停机的方法来调节流量。间断停转调节的原理在于使压缩机和驱动电机同时停转,此调节方法的优点是压缩机停止工作后不再消耗动力,压缩机本身也无须设置专门调节机构。缺点是频繁地启动和停机会增加零件的磨损,启动时消耗的电能一般比运行状态大。但启动设备简单,操作方便,启动时间短,需要有较大的储气罐,以便储存较多的气体,借以减少启动的次数。由于存在上述缺点,这种调节方法一般适用于微型压缩机或者极少调节的场合,因此应用不是很广泛。

    3.分级调节

    在化工企业中或者空气压缩机站,一般是多机配置,可以通过停止部分压缩机的运转来调节系统的供气量,如果配置的压缩机排气量相同,就可以实现成比例的分级调节。

    四.余隙容积调节

    压缩机实际气量受余隙容积的影响,改变余隙容积大小可以改变压缩机的容积系数,从而改变排气量,因此连续改变余隙容积大小就能实现压缩机流量的无级调节。余隙容积调节的工作原理:在压缩机的气缸上,除固定余隙容积外,还没有一定的空腔,调节对接入气缸工作腔,使余隙容积增大,容积系数减小,排气量降低。

    余隙容积调节一般是通过在气缸头安装附加的容积装置,该装置可以连续改变余隙容积大小。但对于低压比(<1.3)和低排气量(40%)的情况,所需增加的附加余隙容积会很大。

    实际应用中的余隙容积调节方法在机器运行时按照余隙是否可变分为固定余隙调节和可变余隙调节:固定余隙调节通过更换余隙调节装置部件改变余隙大小;而可变余隙调节装置调节机构复杂,其优点是稳定可靠,也能够在一定程度上达到调节压缩机排气量,同时降低运行成本的目的。变余隙容积调节需要对气缸进行改造,而且会导致压缩机比功率上升,节能效果不是很好。对于低压比的大型往复压缩机,需要的余隙容积过大。加之此装置十分复杂,且余隙容积改变的范围不大,气量调节范围受到限制,故这种方式的应用受到限制。

    五.进气阀调节

    进气阀调节的研究和应用主要集中在顶开进气阀调节。顶开进气阀调节就是通过一个机械顶开机构,强制顶开进气阀,使已经进入气缸中的部分气体或全部气体在压缩行程开始后通过进气阀流出气缸,从而实现排气量的调节流出气缸,从而减少了被压缩机气体的体积,即回流省功原理,从而实现排气量的调节。这种方法使多余气体在被压缩前排出气缸,能够实现排气量的调节,能达到节能的效果,同时对于压缩机的活塞力和排气温度也没大的影响,是一种安全可靠且经济的调节方式。顶开进气阀调节根据吸气阀被顶开行程的长短,可分为全行程顶开进气阀调节和部分顶开进气阀调节。

    1.全行程顶开进气阀调节

    全行程顶开进气阀调节是在压缩机活塞活动的全过程中,即整个压缩循环中都保持进气阀为开启状态,压缩机进入空载运行,排气量为零。这种调节方式只能实现气量的阶跃式调节而非连续调节。全行程顶开进气阀的调节方法结构简单,操作方便,其功耗主要消耗在克服气阀的阻力上,能耗较少,投资不大。这种方式常用于压缩机启动时,全行程顶开进气阀使压缩机空负荷启动,属于间断性非连续调节方法,长期使用会缩短气阀寿命。

    2.部分行程顶开进气阀调节

    部分行程顶开进气阀调节是在进气结束后,进气阀仍然保持强制打开状态。活塞压缩时,部分气体从进气阀排出,到某一时刻,进气阀关闭,气缸内剩余气体被压缩。进气阀延迟关闭时间的长短,决定气缸中剩余气体量的多少,从而决定排气量的多少。

    主动控制进气阀调节方式的基本原理是通过外加作用力来控制进气阀的开启与关闭,具体过程是利用一套机械执行机构延迟关闭进气阀,使已经进入气缸的气体在压缩的初始阶段又回流到进气腔或者进气管道中。当气缸中剩余的气量满足需求时,撤销机械执行机构作用使进气阀关闭,这样就减少了气缸为最终被压缩的气体量,达到调节排气量的目的。回流过程由于进气阀是开启状态,理想状态下是不耗功的,相比旁通管路调节,节能效果显著。该方法的核心技术是在压缩机高速运行的情况下如何精确控制进气阀的关闭时间。

    这种调节方法的优点是能够在0%-100%无级调节压缩机排气量,只压缩需要的气量,因此在理想状况下随着排气量的减少,压缩机指示功也成比例下降,在调节排气量的同时达到减少功率消耗的目的。缺点是调节系统复杂,可靠性与稳定性不高,成本也很高,初期投资会很大,对于高转速场合回流过程的流动损失转化为热能,不能及时带走,导致阀腔温度过高,影响气阀和压缩机的正常工作。

    总结

    除以上方法可实现往复压缩机的流量调节,还有线性电机驱动,大余隙容积流量调节方式,但使用面窄,此处不做一一介绍。往复压缩机的流量调节机构除应具有显著工况适应性和节能效果外,还应保证系统高度的可靠性,实施调节过程中保证供气的连续和压力的稳定。总之,流量调节发展的方向是各种调节方式的结合以及各种调节方式同智能自动实时控制的结合,实现流量调控技术的高效,可靠及智能化。

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