往复活塞式压缩机的变工况压气性能研究*

范晓勇 余历军 王战辉

(1.榆林学院化学与化工学院；2.西北大学化工学院)

往复活塞式压缩机的变工况压气性能研究*

范晓勇**1余历军2王战辉1

(1.榆林学院化学与化工学院；2.西北大学化工学院)

运用压缩机性能测试系统对上海压缩机厂制造的V型双缸风冷式压缩机性能进行研究，通过改变排气压力、吸气温度和气缸冷却情况研究压缩机排气量及轴功率等参数的变化规律，并对排气压力为0.1、0.3、0.5MPa时压缩机的示功图进行了分析。实验结果表明：压缩机排气量和轴功率受排气压力和气缸冷却情况的影响较大；排气压力升高时，排气温度随之升高。

往复活塞式压缩机 变工况 性能参数 示功图

往复活塞式压缩机是一种靠压缩气体来提高气体压力或输送气体的设备，具有排气压力高且稳定的特点[1]，被广泛的应用在化工合成、石油开采、医药卫生及冶金采矿等领域[2]。而在一些特殊工况环境下(如在空气和气体钻井作业中)，由于受到外界环境因素的影响，压缩机处于变工况运行[3]，会出现排气量不足及功率消耗大等问题，因此在保证压缩机安全可靠运行的前提下对其进行排气压力、排气量和功耗分析(即在一定的能耗前提下取得较大的排气量)具有重要意义。笔者利用现代测试技术和计算机技术，对往复活塞式压缩机在变工况条件下的排气量、功耗与吸气温度、排气压力、冷却方式的关系进行了分析研究，为压缩机在变工况下的合理应用提供科学依据。

1 实验装置

压缩机变工况工作是指压缩机的性能参数(即进气压力、进气温度、排气压力或排气量)中只要有一个发生变化，其他参数也会相应改变，压缩机在新工况下自动调节达到稳定状态，继续安全工作的过程。笔者利用图1所示实验装置分析了压缩机变工况工作的性能参数。实验所用的空气压缩机为上海压缩机厂制造的V型双缸风冷式压缩机，其主要参数如下：

排气量Q0.48m3/min

吸气压力px大气压

排气压力p0.6MPa

活塞行程 60mm

气缸直径 90mm

气缸数目 2

电机功率P4.0kW

功率因数 0.85

最大理论功率 3.4kW

图1 实验装置示意图1——流量计；2——储气罐；3——压力传感器； 4——压缩机；5——转速传感器； 6——数据采集箱；7——信号处理系统

2 实验结果

2.1排气压力对排气量和轴功率的影响

图2 排气压力与排气量关系

保持进气温度和压缩机冷却情况不变，通过改变排气阀门开度的大小改变排气压力，得到排气压力对轴功率的影响规律(图3)，从图3可以看出：排气压力升高时，轴功率将会升高。这是因为排气压力升高时，压缩比随之增大，轴功率明显提高。

图3 排气压力与轴功率的关系

2.2进气温度对排气量和轴功率的影响

不同进气温度下的压缩机排气量如图4所示，从图4可以看出：在一定范围内，进气温度升高时，压缩机排气量增大。这是因为压缩机装有空气滤清器，进气温度的升高使空气比重减小，进而使通过空气滤清器的阻力减小，排气量增大[4]。

图4 进气温度对排气量的影响

保持排气压力和压缩机冷却情况不变，通过改变加热器的功率来调节压缩机的进气温度，得到压缩机轴功率随温度的变化规律(图5)，从图5可以看出：随着压缩机进气温度从21.0℃升至30.2℃时，轴功率从1.54kW降至1.44kW后又升高，但变化不大。说明压缩机轴功率与进气温度基本无关，这是因为进气温度升高时，空气比重增加，则进气的相对损失减少，轴功率降低；而进气温度升高时排气量增加，轴功率增加，因此进气温度对压缩机轴功率影响是一个综合结果。

图5 进气温度对轴功率的影响

2.3工作时间和排气压力对排气温度的影响

压缩机在压缩过程中会放出大量的热，如果散热不好，会造成排气温度过高，因此控制压缩机冷却效果是保证压缩机工作效率和较少耗能的关键环节[5]。图6为当排气压力分别取0.1、0.3、0.5 MPa时排气温度随工作时间的变化，从图6可以看出：随着工作时间的增加，压缩机排气温度上升，且上升速度越来越慢；排气压力升高时，排气温度也升高，且开始时温度上升速度较快，随着工作时间的增加，排气温度的上升速度减小。

图6 不同排气压力下排气温度随工作时间的变化

2.4气缸冷却情况对轴功率的影响

保持气缸原有状态，不安装额外的冷却系统，保持进气温度不变，压缩机每工作10min改变一次排气压力并记录其轴功率；或采用气缸外加水冷盘管的方式冷却气缸，并记录实验数据(图7)。从图7可以看出：气缸冷却是影响压缩机性能的重要因素，采用外加水冷系统冷却气缸时，在相同的排气压力下，轴功率相对消耗较低。这是因为压缩机的实际压缩过程趋于绝热，在一定的进气温度下，若气缸冷却不充分，随着单级压力比的提高，实际压缩过程越来越偏离等温压缩过程，即绝热循环指示功将越来越偏离等温循环指示功，压缩机轴功率也越来越大。

图7 气缸冷却情况对轴功率的影响规律

3 示功图分析

往复活塞式压缩机的一个循环过程中，气缸内气体压力变化曲线是随活塞位移而变化的循环曲线，循环曲线所包围的面积是压缩机所做的功或所消耗的功，故称其为示功图[6]。示功图除了表示做功或耗功的大小外，还常被用来分析研究气缸内的工作过程。

笔者采用调节排气压力的方法，运用压缩机测试系统测量统计压缩机的转速和轴功率(表1)。

表1 不同排气压力下的压缩机转速和轴功率

图8为根据计算机采集到的数据所绘制的压缩机示功图。压缩机压缩循环过程由膨胀、吸气、压缩和排气4个过程曲线构成，根据过程曲线所包围的面积计算出压缩循环功。从图8可以看出：压缩气体压力曲线为震荡曲线，排气压力越大，转速越低，轴功率就越大。

a. p=0.1MPa

b. p=0.3MPa

c. p=0.5MPa图8 排气压力为0.1、0.3、0.5MPa时的示功图

4 结论

4.1当进气温度、压缩机冷却情况保持不变时，压缩机的排气压力越大，轴功率越大，排气量越小。

4.2当压缩机的冷却情况和排气压力保持不变时，进气温度对压缩机轴功率的影响不大，但进气温度升高时，压缩机排气量增大。

4.3压缩机排气压力保持不变时，随着工作时间的增加，排气温度升高，且上升速度越来越小；排气压力升高时，压缩机排气温度随之升高。

4.4当压缩机进气温度与排气压力保持不变时，压缩机的冷却效果越好，轴功率越低。

[1] 张海平，姜金锁，杨巧玲.基于OPTO-SNAP的往复式压缩机气量无级调节控制系统设计[J].化工自动化及仪表，2012，39(3)：377～379，402.

[2] 郑学鹏. 提高往复式压缩机运行可靠性的方法浅析[J].石油化工设备技术，2004，25(4)：28～32.

[3] 王佑坤，朱荣东.空气压缩机变工况运行试验研究[J].石油矿场机械，2007，36(11)：33～35.

[4] 魏新利，汤本凯.降低压缩机吸气温度对排气量和功耗的影响分析[J].化肥工业，2012，39(3)：29～32.

[5] 苗刚.往复活塞式压缩机关键部件的故障诊断方法研究及应用[D].大连：大连理工大学，2006.

[6] 姜立新.摆动式压缩机性能参数测试原理研究[D].大庆：大庆石油学院，2005.

ResearchofPerformanceofReciprocatingCompressorUnderVaryingWorkingConditions

FAN Xiao-yong1, YU Li-jun2, WANG Zhan-hui1

(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,YulinCollege,Yulin719000,China; 2.SchoolofChemicalEngineering,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China)

The performance test system for compressors was applied to analyze V-shaped air-cooled compressors. Through changing displacement pressure, suction temperature and cylinder cooling, the variation of parameters like the compressor’s displacement and shaft power were discussed, including the compressor’s indicator diagram when the displacement pressure stay at 0.1 MPa,0.3 MPa and 0.5MPa,respectively. The experimental result shows that both displacement pressure and cylinder cooling greatly influences the compressor’s displacement and shaft power; and the exhaust temperature rises with the discharged pressure.

reciprocating compressor, varying working condition, performance parameter,indicator diagram

*榆林学院高层次人才启动基金项目(11GK29)。

**范晓勇，男，1985年2月生，讲师。陕西省榆林市，719000。

TQ051.21

A

0254-6094(2015)02-0180-04

2014-07-01，

2014-08-15)

国家鼓励发展的重大环保技术装备目录(2014年版)公布浙江丰利废塑料复合材料回收处理成套装备入选

日前工业和信息化部、科技部和环境保护部联合发布了《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录(2014年版)》，浙江丰利开发的“废塑料复合材料回收处理成套装备”入选。这是该装备相继入选《产业结构调整指导目录》(2013修正)、《环保装备“十二五”发展规划》、《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录(2011年版)》、2012年浙江省装备制造业重点领域首台(套)之后的又一殊荣。

此次入选的项目是浙江丰利在之前完成承担的国家重大产业技术开发专项“废塑料基复合材料粉体法综合利用技术开发”课题的基础上，进一步创新开发而成的新装备。突破了粉体化回收废塑料技术(不会改变化学成分，造成二次环境污染)；高压静电分选技术；智能化自动控制技术和贵金属提取技术等关键技术，从而有效破解铝塑复合膜、铝塑板、塑料复合膜、光缆电缆等复合制品的回收处理这一亟待解决的问题，攻克了国内无法用物理方法来解决废塑料复合材料回收利用的技术难题，实现资源再生综合利用，为废塑料复合材料回收利用提供强有力技术支撑的绿色环保装备。 (吴红富)

(浙江丰利热线：0575-83105888、83100888、83185888、83183618；丰利网址：www.zjfengli.com)