節(jié)能降耗技術(shù)在往復(fù)式壓縮機(jī)中的應(yīng)用

王晗 蔣營營

摘 要：往復(fù)式壓縮機(jī)的能耗問題是目前復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)展的重要問題，如何最大程度地降低往復(fù)式壓縮機(jī)的能耗是技術(shù)的重點(diǎn)之一。文章的主要思路是根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)的指示功量以及功率理論的公式計(jì)算出壓縮機(jī)的壓力比、壓力損失等影響壓縮機(jī)功率的主要因素，通過計(jì)算機(jī)對(duì)這些影響因素進(jìn)行分析，從而得出節(jié)能降耗技術(shù)在往復(fù)式壓縮機(jī)中的應(yīng)用方式的分析，以及這個(gè)分析結(jié)果在改善往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行、合理布置壓縮機(jī)和冷卻器等方面提供的一定優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗技術(shù)；往復(fù)式壓縮機(jī)；功率計(jì)算；優(yōu)化措施

往復(fù)式壓縮機(jī)的節(jié)能技術(shù)在往復(fù)式壓縮機(jī)的整體應(yīng)用當(dāng)中處于相當(dāng)重要的地位，在這方面進(jìn)行一定程度的研究是很有必要的。

1 相關(guān)的公式和理論準(zhǔn)備

往復(fù)式壓縮機(jī)的指示功量一般只壓縮機(jī)氣缸在工作的過程當(dāng)中循環(huán)所用的壓縮氣體的總功量，一般情況下用L來表示。在單位時(shí)間內(nèi)消耗的指示功量被叫做指示功率，一般情況下用Ni來表示，所以我們可以得知，在實(shí)際的氣體壓縮過程當(dāng)中，指示功量可以由以下的公式來計(jì)算：

而指示功率可以由以下的公式來計(jì)算：

在這個(gè)公式當(dāng)中，ps是氣缸的吸氣壓力，單位是kgf/cm2，pd是氣缸的排氣壓力，單位同上。Vk是氣缸的行程容積，λV是容積系數(shù)，一般情況下指汽缸工作容積利用率降低的具體程度，k是氣體的絕熱指數(shù)，ε是氣缸排氣壓力和吸氣壓力的壓力比，σ是相對(duì)情況下的壓力損失，單位為百分比，而n是壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

根據(jù)上述公式我們可以明白，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和氣缸尺寸固定的時(shí)候，影響壓縮機(jī)指示功率的主要變量就是氣體的性質(zhì)、壓力損失和壓力比，這也是我們研究往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)的主要思路。

2 氣體的性質(zhì)對(duì)于壓縮機(jī)功率的變量影響

2.1 絕熱指數(shù)對(duì)于壓縮機(jī)功率的影響

隨著氣體中重組分的增加，氣體的比重和摩爾質(zhì)量都應(yīng)該有所增加，但是絕熱指數(shù)降低的話，壓縮機(jī)的排氣量和功率從就都會(huì)有一定的減少。

我們可以得知，往復(fù)式壓縮機(jī)的容積系數(shù)可以采用以下的方式計(jì)算：

其中，α是相對(duì)的余隙容積，具體為余隙空間容積和氣缸總?cè)莘e之間的比值，而m則是膨脹過程的指數(shù)。由上面公式我們可以看出，在氣缸的余隙容積相同的情況下，氣體絕熱指數(shù)增加會(huì)帶來壓縮機(jī)容積系數(shù)和排氣量的增加。

而壓縮機(jī)中排氣溫度可以由以下的公式計(jì)算出來：

其中，Td是排氣溫度，單位為℃，Ts是進(jìn)氣溫度，單位同上，所以在往復(fù)式壓縮機(jī)的壓力比ε不變的情況下氣體的絕熱指數(shù)就會(huì)變大，所以壓縮機(jī)的排氣溫度也會(huì)有一定的提升。

2.2 氣體比重對(duì)于壓縮機(jī)功率的影響

氣體的比重增加會(huì)使得氣缸內(nèi)的實(shí)際壓力比增加，壓縮機(jī)的指示功率會(huì)因此減小，所以排氣量就會(huì)下降，反之亦然。

2.3 導(dǎo)熱系數(shù)和壓縮系數(shù)對(duì)于壓縮機(jī)功率的影響

氣體的導(dǎo)熱性能是壓縮機(jī)在工作交換中熱交換的重要影響因素，導(dǎo)熱系數(shù)大的氣體容易加熱，所以排氣量也就會(huì)降低，不同組分的氣體由于壓縮系數(shù)的不同也有不同的表現(xiàn)，組份輕的氣體壓縮系數(shù)比較大，而在同樣的氣體壓力和氣缸直徑下面，壓縮系數(shù)比較大的氣體小號(hào)的壓縮機(jī)功率和排氣量也相對(duì)比較大。

3 一些物理參數(shù)對(duì)于壓縮機(jī)功率的影響

3.1 進(jìn)氣溫度對(duì)于壓縮機(jī)功率的影響

為了驗(yàn)證進(jìn)氣溫度對(duì)于壓縮機(jī)的影響，我們進(jìn)行了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，使用直徑229mm、活塞行程152.4mm、出入口壓力分別為2.5MPa和1.0Mpa的六氣缸壓縮機(jī)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過固定氣缸入口的阻力降，來模擬并計(jì)算進(jìn)氣溫度對(duì)于壓縮機(jī)功率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

在往復(fù)式壓縮機(jī)的進(jìn)出口壓力穩(wěn)定的情況下，進(jìn)氣溫度越高，壓縮機(jī)的排氣量和功率都越低，進(jìn)氣溫度升高1℃，壓縮機(jī)功率就會(huì)下降0.25kW，排氣量就會(huì)減少3000m3/d。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了隨著氣體溫度的升高，氣體由于膨脹密度減小，所以氣缸中吸入的氣體質(zhì)量也會(huì)相對(duì)減小。

3.2 排氣壓力對(duì)于壓縮機(jī)功率的影響

排氣壓力的升高會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的壓力比增大，所以它的指示功率的指示功量都將增大，我們繼續(xù)采用上文中的模擬壓縮機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，將出口壓力調(diào)整為3.1MPa，經(jīng)過模擬可以得到如下的結(jié)果：

隨著出口壓力的升高，壓縮機(jī)的功率從會(huì)增加，排氣量則會(huì)減少，這個(gè)對(duì)應(yīng)數(shù)值為排氣壓力升高0.1MPa壓縮機(jī)功率就增加1.3%-3.5%，而隨著壓縮比的增加，壓縮機(jī)功率增加的幅度則會(huì)逐漸變慢。

3.3 進(jìn)氣壓力對(duì)于壓縮機(jī)功率的影響

在單級(jí)壓縮的情況下，壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力的升高會(huì)帶來排氣量的增大和壓縮機(jī)功率的增大，當(dāng)壓縮機(jī)的進(jìn)氣壓力增大到一定程度的時(shí)候，壓縮機(jī)的功率會(huì)出現(xiàn)一定的降低情況。在多級(jí)壓縮的情況下，隨著壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力的增大，壓縮機(jī)的功率和排氣量也會(huì)隨之呈現(xiàn)一個(gè)上升的態(tài)勢(shì)。

我們根據(jù)上文的壓縮機(jī)指示功率的公式可以知道，壓縮機(jī)功率主要取決于對(duì)壓縮機(jī)的排氣量和ε這兩個(gè)因素，當(dāng)ε大于1.1的時(shí)候，吸氣壓力降低導(dǎo)致壓縮機(jī)的排量降低減少了大于ε增加所增多的功率。所以入口壓力的降低也就導(dǎo)致了壓縮功率的降低，在相反的情況下，吸氣壓力的降低會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)排量降低減少的功率比ε上升增加的功率低，所以我們可以總結(jié)出來，入口壓力的升高降低和壓縮機(jī)功率的升高和降低是呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的。

4 結(jié)束語

總之技術(shù)工作者在實(shí)際的往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行當(dāng)中要注意一些關(guān)鍵參數(shù)的變化，依據(jù)這些參數(shù)判斷如何使得往復(fù)式壓縮機(jī)達(dá)到更好的節(jié)能降耗效果，從而實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)組在天然氣的壓縮運(yùn)輸過程中達(dá)到節(jié)能降耗和穩(wěn)定運(yùn)行的雙重要求。

參考文獻(xiàn)

[1]王瑋，劉洋，孫文忠.往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)分析[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2014，1：49-51+79.

[2]張勇.往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)節(jié)能降耗淺析[J].通用機(jī)械，2009，8：33-36.

[3]李木林.大型往復(fù)式壓縮機(jī)無級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化分析[D].浙江大學(xué)，2013.

[4]周洪建.HydroCom氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在大型往復(fù)式壓縮機(jī)的工業(yè)應(yīng)用[J].化工管理，2014，33：102-104+106.

[5]郭鵬.往復(fù)式壓縮機(jī)工作過程模擬計(jì)算及試驗(yàn)研究[D].河南科技大學(xué)，2014.