往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)方法節(jié)能算例

某往復(fù)式壓縮機(jī)功率P為2000KW，機(jī)械效率η為85%，壓縮機(jī)負(fù)荷L按70%運(yùn)行，當(dāng)投入往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，每小時(shí)壓縮機(jī)耗能為：

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

每小時(shí)通過氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可節(jié)約的能耗為：

P_節(jié)=P-P_耗=2000-1490=510KW

每年壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間t按8000小時(shí)，電費(fèi)單價(jià)M₁按平均0.7元/度計(jì)算，當(dāng)投入氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，每年可節(jié)約的電費(fèi)M 為：

M=P_節(jié)*t*M₁=510*8000*0.7=285.6萬元。 2100433B

往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)由如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）最寬廣的調(diào)節(jié)范圍，最優(yōu)控制特性，并使壓縮機(jī)啟停更加自如；

2）最大限度節(jié)省能源，氣量調(diào)節(jié)后，主電機(jī)的實(shí)際功率隨壓縮機(jī)排氣量的降低成等比例規(guī)律減少；

3）易于實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有壓縮機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，且在升級(jí)改造過程中不影響現(xiàn)有壓縮機(jī)的部件和安全運(yùn)行；

4）調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可自動(dòng)切除，不影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行，且系統(tǒng)易于維護(hù)；

往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)方法基本原理

往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)基本原理為“回流省功”，如下圖1所示，

活塞在壓縮機(jī)氣缸的一個(gè)正常工作循環(huán)包括：（1）余隙容積中殘留高壓氣體的膨脹過程，如圖1中A~B曲線，此時(shí)壓縮機(jī)的進(jìn)氣閥和排氣閥均處于正常的關(guān)閉狀態(tài)；（2）進(jìn)氣過程，如圖1中B~C曲線，此時(shí)進(jìn)氣閥在氣缸內(nèi)外差的作用下開啟，進(jìn)氣管線中的氣體通過進(jìn)氣閥進(jìn)入氣缸，至C點(diǎn)完成相當(dāng)于氣缸100%容積的進(jìn)氣量，進(jìn)氣閥關(guān)閉；（3）C~D為壓縮過程，氣缸內(nèi)氣體在活塞的作用下壓縮達(dá)到排氣壓力；（4）D~A為排氣過程，排氣閥打開，被壓縮的氣體經(jīng)過排氣閥進(jìn)入下一級(jí)。

當(dāng)投入氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，進(jìn)氣閥在進(jìn)氣過程結(jié)束后由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用下仍被強(qiáng)制的保持開啟狀態(tài)，那么壓縮過程并不能沿原壓縮曲線由位置C到位置D，而是由位置C先到達(dá)位置C_r，50，此時(shí)原吸入氣缸中的部分氣體通過被頂開的進(jìn)氣閥回流到進(jìn)氣管而不被壓縮，所消耗的能量當(dāng)然要比壓縮機(jī)滿負(fù)荷時(shí)小的多，待活塞運(yùn)動(dòng)到特定的位置D_r，50時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)使頂開進(jìn)氣閥的強(qiáng)制外力消失，進(jìn)氣閥片回落到閥座上而關(guān)閉，氣缸內(nèi)剩余的氣體開始被壓縮，壓縮過程開始沿著位置D_r，50到達(dá)位置A。氣體達(dá)到額定排氣壓力后從排氣閥排出，容積流量減少。壓縮機(jī)的指示功耗與實(shí)際容積流量成正比，因此氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠最大程度的節(jié)約能源。

往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)方法系統(tǒng)組成

往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由PLC控制器、液壓系統(tǒng)、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和測量與監(jiān)控系統(tǒng)組成，如下圖2所示：

PLC控制器是氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心組成部分，主要功能包括：

1）利用上死點(diǎn)傳感器采集壓縮機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)位置時(shí)刻，依據(jù)上死點(diǎn)信號(hào)計(jì)算曲軸角度，通過壓縮機(jī)負(fù)荷的設(shè)定值控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁閥，從而精確控制壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的啟閉時(shí)間；

2）可實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的油液溫度、油壓和液位等相關(guān)參數(shù)的采集、監(jiān)控以及油泵的就地、遠(yuǎn)程控制；

3）可以提供Modbus RS-485接口，實(shí)現(xiàn)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)就地控制和與DCS等上位機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；

4）可以實(shí)現(xiàn)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的切除以及故障聯(lián)鎖切除，使得往復(fù)式壓縮機(jī)恢復(fù)到滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)影響現(xiàn)場往復(fù)式壓縮機(jī)的正常運(yùn)行；

液壓油站向機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供高壓液壓油以控制進(jìn)氣閥的開啟、關(guān)閉，通過內(nèi)置齒輪油泵將液壓油的壓力從常壓提升到所需的工作壓力，在液壓油供油及回油管路中均安裝了隔膜蓄能器來穩(wěn)定油壓。PLC控制器對(duì)液壓油站的油壓、油溫和油液液位進(jìn)行了監(jiān)控。

機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有油缸、電磁閥、卸荷器等組成。機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)中電磁閥接受來自PLC控制器的控制信號(hào)，適時(shí)啟閉電磁閥，從而接通或斷開來自液壓油站的高壓油，以控制頂開進(jìn)氣閥的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)。

測量與監(jiān)控系統(tǒng)主要是用于氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置以及監(jiān)控。

國外的HydroCOM系統(tǒng) 和ISC系統(tǒng) 均是基于不同調(diào)節(jié)原理的氣量無級(jí)調(diào)節(jié)設(shè)備，國外產(chǎn)品價(jià)格較高，同時(shí)因技術(shù)封鎖，國內(nèi)并不能掌握核心技術(shù)，因此在氣量無級(jí)調(diào)節(jié)設(shè)備的使用過程中的技術(shù)支持也十分有限。

自2000年來，浙江大學(xué)化機(jī)所針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了不少研究工作，開發(fā)出了一套具有國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全量程部分行程頂開進(jìn)氣閥的氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) ，不僅打破國外技術(shù)壟斷，并填補(bǔ)了國內(nèi)技術(shù)空白。

近幾年，北京航天石化技術(shù)裝備工程有限公司也研制出基于頂開進(jìn)氣閥的往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)品。國內(nèi)產(chǎn)品的成長也促使國外產(chǎn)品不合理的壟斷價(jià)格降價(jià)，開發(fā)往復(fù)式壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)意義重大，為我國節(jié)能減排做出重要貢獻(xiàn)。

國外已有HydroCOM系統(tǒng) 和ISC系統(tǒng) 等氣量無級(jí)調(diào)節(jié)設(shè)備，國外產(chǎn)品價(jià)格較高，同時(shí)因技術(shù)封鎖，國內(nèi)并不能掌握核心技術(shù)，因此在氣量無級(jí)調(diào)節(jié)設(shè)備的使用過程中的技術(shù)支持也十分有限。

近幾年，國內(nèi)也進(jìn)行了不少研究工作，也研制出基于頂開進(jìn)氣閥的往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)品。國內(nèi)產(chǎn)品的成長也促使國外產(chǎn)品不合理的壟斷價(jià)格降價(jià)，開發(fā)往復(fù)式壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)意義重大，為我國節(jié)能減排做出重要貢獻(xiàn) 。

往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)由如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）最寬廣的調(diào)節(jié)范圍，最優(yōu)控制特性，并使壓縮機(jī)啟停更加自如；

2）最大限度節(jié)省能源，氣量調(diào)節(jié)后，主電機(jī)的實(shí)際功率隨壓縮機(jī)排氣量的降低成等比例規(guī)律減少；

3）易于實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有壓縮機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，且在升級(jí)改造過程中不影響現(xiàn)有壓縮機(jī)的部件和安全運(yùn)行；

4）調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可自動(dòng)切除，不影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行，且系統(tǒng)易于維護(hù)；

往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)由如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）最寬廣的調(diào)節(jié)范圍，最優(yōu)控制特性，并使壓縮機(jī)啟停更加自如；

2）最大限度節(jié)省能源，氣量調(diào)節(jié)后，主電機(jī)的實(shí)際功率隨壓縮機(jī)排氣量的降低成等比例規(guī)律減少；

3）易于實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有壓縮機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，且在升級(jí)改造過程中不影響現(xiàn)有壓縮機(jī)的部件和安全運(yùn)行；

4）調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可自動(dòng)切除，不影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行，且系統(tǒng)易于維護(hù)；