节能降耗技术在往复式压缩机中的应用

王晗 蒋营营

摘 要：往复式压缩机的能耗问题是目前复式压缩机发展的重要问题，如何最大程度地降低往复式压缩机的能耗是技术的重点之一。文章的主要思路是根据往复式压缩机的指示功量以及功率理论的公式计算出压缩机的压力比、压力损失等影响压缩机功率的主要因素，通过计算机对这些影响因素进行分析，从而得出节能降耗技术在往复式压缩机中的应用方式的分析，以及这个分析结果在改善往复式压缩机的运行、合理布置压缩机和冷却器等方面提供的一定优化措施。

关键词：节能降耗技术；往复式压缩机；功率计算；优化措施

往复式压缩机的节能技术在往复式压缩机的整体应用当中处于相当重要的地位，在这方面进行一定程度的研究是很有必要的。

1 相关的公式和理论准备

往复式压缩机的指示功量一般只压缩机气缸在工作的过程当中循环所用的压缩气体的总功量，一般情况下用L来表示。在单位时间内消耗的指示功量被叫做指示功率，一般情况下用Ni来表示，所以我们可以得知，在实际的气体压缩过程当中，指示功量可以由以下的公式来计算：

而指示功率可以由以下的公式来计算：

在这个公式当中，ps是气缸的吸气压力，单位是kgf/cm2，pd是气缸的排气压力，单位同上。Vk是气缸的行程容积，λV是容积系数，一般情况下指汽缸工作容积利用率降低的具体程度，k是气体的绝热指数，ε是气缸排气压力和吸气压力的压力比，σ是相对情况下的压力损失，单位为百分比，而n是压缩机的转速，单位为r/min。

根据上述公式我们可以明白，压缩机的转速和气缸尺寸固定的时候，影响压缩机指示功率的主要变量就是气体的性质、压力损失和压力比，这也是我们研究往复式压缩机节能降耗技术的主要思路。

2 气体的性质对于压缩机功率的变量影响

2.1 绝热指数对于压缩机功率的影响

随着气体中重组分的增加，气体的比重和摩尔质量都应该有所增加，但是绝热指数降低的话，压缩机的排气量和功率从就都会有一定的减少。

我们可以得知，往复式压缩机的容积系数可以采用以下的方式计算：

其中，α是相对的余隙容积，具体为余隙空间容积和气缸总容积之间的比值，而m则是膨胀过程的指数。由上面公式我们可以看出，在气缸的余隙容积相同的情况下，气体绝热指数增加会带来压缩机容积系数和排气量的增加。

而压缩机中排气温度可以由以下的公式计算出来：

其中，Td是排气温度，单位为℃，Ts是进气温度，单位同上，所以在往复式压缩机的压力比ε不变的情况下气体的绝热指数就会变大，所以压缩机的排气温度也会有一定的提升。

2.2 气体比重对于压缩机功率的影响

气体的比重增加会使得气缸内的实际压力比增加，压缩机的指示功率会因此减小，所以排气量就会下降，反之亦然。

2.3 导热系数和压缩系数对于压缩机功率的影响

气体的导热性能是压缩机在工作交换中热交换的重要影响因素，导热系数大的气体容易加热，所以排气量也就会降低，不同组分的气体由于压缩系数的不同也有不同的表现，组份轻的气体压缩系数比较大，而在同样的气体压力和气缸直径下面，压缩系数比较大的气体小号的压缩机功率和排气量也相对比较大。

3 一些物理参数对于压缩机功率的影响

3.1 进气温度对于压缩机功率的影响

为了验证进气温度对于压缩机的影响，我们进行了一个模拟实验，使用直径229mm、活塞行程152.4mm、出入口压力分别为2.5MPa和1.0Mpa的六气缸压缩机来进行实验，通过固定气缸入口的阻力降，来模拟并计算进气温度对于压缩机功率的影响，实验结果如下：

在往复式压缩机的进出口压力稳定的情况下，进气温度越高，压缩机的排气量和功率都越低，进气温度升高1℃，压缩机功率就会下降0.25kW，排气量就会减少3000m3/d。这个实验证明了随着气体温度的升高，气体由于膨胀密度减小，所以气缸中吸入的气体质量也会相对减小。

3.2 排气压力对于压缩机功率的影响

排气压力的升高会导致压缩机的压力比增大，所以它的指示功率的指示功量都将增大，我们继续采用上文中的模拟压缩机进行试验，将出口压力调整为3.1MPa，经过模拟可以得到如下的结果：

随着出口压力的升高，压缩机的功率从会增加，排气量则会减少，这个对应数值为排气压力升高0.1MPa压缩机功率就增加1.3%-3.5%，而随着压缩比的增加，压缩机功率增加的幅度则会逐渐变慢。

3.3 进气压力对于压缩机功率的影响

在单级压缩的情况下，压缩机进气压力的升高会带来排气量的增大和压缩机功率的增大，当压缩机的进气压力增大到一定程度的时候，压缩机的功率会出现一定的降低情况。在多级压缩的情况下，随着压缩机进气压力的增大，压缩机的功率和排气量也会随之呈现一个上升的态势。

我们根据上文的压缩机指示功率的公式可以知道，压缩机功率主要取决于对压缩机的排气量和ε这两个因素，当ε大于1.1的时候，吸气压力降低导致压缩机的排量降低减少了大于ε增加所增多的功率。所以入口压力的降低也就导致了压缩功率的降低，在相反的情况下，吸气压力的降低会导致压缩机排量降低减少的功率比ε上升增加的功率低，所以我们可以总结出来，入口压力的升高降低和压缩机功率的升高和降低是呈现负相关的。

4 结束语

总之技术工作者在实际的往复式压缩机运行当中要注意一些关键参数的变化，依据这些参数判断如何使得往复式压缩机达到更好的节能降耗效果，从而实现往复式压缩机组在天然气的压缩运输过程中达到节能降耗和稳定运行的双重要求。

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