節能降耗技術在往復式壓縮機中的應用

王晗 蔣營營

摘 要：往復式壓縮機的能耗問題是目前復式壓縮機發展的重要問題，如何最大程度地降低往復式壓縮機的能耗是技術的重點之一。文章的主要思路是根據往復式壓縮機的指示功量以及功率理論的公式計算出壓縮機的壓力比、壓力損失等影響壓縮機功率的主要因素，通過計算機對這些影響因素進行分析，從而得出節能降耗技術在往復式壓縮機中的應用方式的分析，以及這個分析結果在改善往復式壓縮機的運行、合理布置壓縮機和冷卻器等方面提供的一定優化措施。

關鍵詞：節能降耗技術；往復式壓縮機；功率計算；優化措施

往復式壓縮機的節能技術在往復式壓縮機的整體應用當中處于相當重要的地位，在這方面進行一定程度的研究是很有必要的。

1 相關的公式和理論準備

往復式壓縮機的指示功量一般只壓縮機氣缸在工作的過程當中循環所用的壓縮氣體的總功量，一般情況下用L來表示。在單位時間內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，在實際的氣體壓縮過程當中，指示功量可以由以下的公式來計算：

而指示功率可以由以下的公式來計算：

在這個公式當中，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，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，ε是氣缸排氣壓力和吸氣壓力的壓力比，σ是相對情況下的壓力損失，單位為百分比，而n是壓縮機的轉速，單位為r/min。

根據上述公式我們可以明白，壓縮機的轉速和氣缸尺寸固定的時候，影響壓縮機指示功率的主要變量就是氣體的性質、壓力損失和壓力比，這也是我們研究往復式壓縮機節能降耗技術的主要思路。

2 氣體的性質對于壓縮機功率的變量影響

2.1 絕熱指數對于壓縮機功率的影響

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

我們可以得知，往復式壓縮機的容積系數可以采用以下的方式計算：

其中，α是相對的余隙容積，具體為余隙空間容積和氣缸總容積之間的比值，而m則是膨脹過程的指數。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，氣體絕熱指數增加會帶來壓縮機容積系數和排氣量的增加。

而壓縮機中排氣溫度可以由以下的公式計算出來：

其中，Td是排氣溫度，單位為℃，Ts是進氣溫度，單位同上，所以在往復式壓縮機的壓力比ε不變的情況下氣體的絕熱指數就會變大，所以壓縮機的排氣溫度也會有一定的提升。

2.2 氣體比重對于壓縮機功率的影響

氣體的比重增加會使得氣缸內的實際壓力比增加，壓縮機的指示功率會因此減小，所以排氣量就會下降，反之亦然。

2.3 導熱系數和壓縮系數對于壓縮機功率的影響

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

3 一些物理參數對于壓縮機功率的影響

3.1 進氣溫度對于壓縮機功率的影響

為了驗證進氣溫度對于壓縮機的影響，我們進行了一個模擬實驗，使用直徑229mm、活塞行程152.4mm、出入口壓力分別為2.5MPa和1.0Mpa的六氣缸壓縮機來進行實驗，通過固定氣缸入口的阻力降，來模擬并計算進氣溫度對于壓縮機功率的影響，實驗結果如下：

在往復式壓縮機的進出口壓力穩定的情況下，進氣溫度越高，壓縮機的排氣量和功率都越低，進氣溫度升高1℃，壓縮機功率就會下降0.25kW，排氣量就會減少3000m3/d。這個實驗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量也會相對減小。

3.2 排氣壓力對于壓縮機功率的影響

排氣壓力的升高會導致壓縮機的壓力比增大，所以它的指示功率的指示功量都將增大，我們繼續采用上文中的模擬壓縮機進行試驗，將出口壓力調整為3.1MPa，經過模擬可以得到如下的結果：

隨著出口壓力的升高，壓縮機的功率從會增加，排氣量則會減少，這個對應數值為排氣壓力升高0.1MPa壓縮機功率就增加1.3%-3.5%，而隨著壓縮比的增加，壓縮機功率增加的幅度則會逐漸變慢。

3.3 進氣壓力對于壓縮機功率的影響

在單級壓縮的情況下，壓縮機進氣壓力的升高會帶來排氣量的增大和壓縮機功率的增大，當壓縮機的進氣壓力增大到一定程度的時候，壓縮機的功率會出現一定的降低情況。在多級壓縮的情況下，隨著壓縮機進氣壓力的增大，壓縮機的功率和排氣量也會隨之呈現一個上升的態勢。

我們根據上文的壓縮機指示功率的公式可以知道，壓縮機功率主要取決于對壓縮機的排氣量和ε這兩個因素，當ε大于1.1的時候，吸氣壓力降低導致壓縮機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致了壓縮功率的降低，在相反的情況下，吸氣壓力的降低會導致壓縮機排量降低減少的功率比ε上升增加的功率低，所以我們可以總結出來，入口壓力的升高降低和壓縮機功率的升高和降低是呈現負相關的。

4 結束語

總之技術工作者在實際的往復式壓縮機運行當中要注意一些關鍵參數的變化，依據這些參數判斷如何使得往復式壓縮機達到更好的節能降耗效果，從而實現往復式壓縮機組在天然氣的壓縮運輸過程中達到節能降耗和穩定運行的雙重要求。

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