往复压缩机流量无级调控系统具有很好的节能特性，其能够使工艺系统中的压缩机具备较好的流量自适应调节性能，降低工艺系统的运行成本。利用气阀主动控制的方法实现大型往复压缩机的流量调节，具有较好的节能效果。

　　一、基于气阀主动控制的流量无级调控原理

　　基于气阀主动控制的流量无级调控具体控制原理是，当控制系统以排气压力作为控制参数时，安装在排气管道或级间缓冲罐上的级间压力传感器实时检测压缩机排气压力并将信号反馈至控制系统。排气压力高于设定值时，表明后续工艺流程气体的消耗量较低，压缩机排出的高压气体聚集在压缩机排气侧，需要降低压缩机实际排气量。控制系统利用检测的实际压力值与设定值计算系统工况偏离程度，将压力偏差转换为吸气阀延迟关闭时间，并输出模拟量控制信号。电液伺服机构根据控制信号执行动作，强制延迟吸气阀的关闭时刻，使气缸内更多的气体回流至吸气管道，降低压缩机的排气量，直至压力偏差消失。

　　对于多级、多列往复压缩机，其流量则根据排气压力和级间压力共同控制，既要保证压缩机的流量，又要保证压缩机各级间的正常压比。

　　需要指出，流量调节过程是一个动态过程，调节过程中实际压力偏差存在动态波动，目标压力的稳定取决于系统的机组结构参数，管道系统特性，调节系统动态响应速度，控制策略，PID（proportion,integral,derivative）参数等多种因素。

　　吸气阀的延迟关闭是通过增加强制执行机构实现的，对于常规的往复压缩机，吸气阀的动作取决于气缸内的气体压力。当吸气压力与气缸内气体压力差值无法克服阀片弹簧力时，吸气阀将自动关闭，此时气缸容积即对应压缩机的实际吸气量。当引入流量调节系统后，吸气阀被强制顶开而无法自动关闭，气缸内的气体将伴随活塞的运动而从吸气阀回流至吸气管道，直至强制力撤销时气缸内气体才开始进入压缩过程，即压缩过程因吸气阀的延迟关闭而被推迟。流量调控系统的节能体现在延迟了压缩过程的起点，降低了实际被压缩气体的流量。因此，系统节能量的大小与压缩机实际运行负荷有关，压缩机运行负荷越低，流量调节幅度越大，减少功耗越多。

　　压缩机流量调控是一个闭环控制系统，通过实时吸气或排气压力与设定压力的差值反馈，实现吸气阀延迟关闭的控制。控制系统检测到设定压力与实际压力的偏差，根据压缩机结构参数及PID参数将压力偏差转换的吸气阀延迟关闭的时间，结合键相传感器信号输出电液伺服机构动作信号，利用液压系统提供的液压力完成吸气阀的延迟关闭。

　　二、系统构成

　　基于主动控制吸气阀的大型往复压缩机流量无级调控系统中，原压缩机吸气阀被更换为带有执行机构的可调吸气阀，再配套相应系统即可使用，不改变压缩机结构尺寸，也可独立于压缩机原控制装置执行。

　　该系统主要包含有：

　　1.液压系统

　　液压系统的功能是为了执行机构提供驱动力，由液压站、液压管和附件等部件组成，包括液压泵、箱体、油冷却器、油加热器、油分配器、电磁阀、油过滤器、传感器、管路附件等组件。箱体内的液压油由液压泵增压后，经高压油过滤器后进入油分配器，并分别由液压管路输送至调节气阀上所安装的液压伺服机构，用于提供伺服机构驱动力。从液压伺服机构回流的低压油在油分离器内汇流，经油冷却器及低压过滤器回至箱体内。在高压油管路与低压管路之间装有溢流阀，用于将部分高压油回流至低压侧以调节油分配器内液压油压力。油分配器的进出口装有泄压电磁阀，用于启动、停机及紧急情况下泄压以确保液压伺服机构不被损坏。为降低执行机构动作过程造成的供油压力被动，在油分配器前端装有压力传感器，以保证供油压力的稳定。液压管路、箱体内装有压力传感器及液位传感器，用以实时监测液压系统运行状态。

　　2.可调吸气阀

　　可调吸气阀是在传统吸气阀基础上，增加了执行机构和相关附件，使原吸气阀具备自动阀和强制阀两种功能。执行机构由导杆和压叉组成，其中导杆与液压伺服机构的动力输出端连接，压叉作用于阀片上，两者利用液压伺服机构输出的动力顶开阀片。复位弹簧安装在执行机构与阀体之间，用于将下行的执行机构复位。

　　可调吸气阀的特殊机构确保了其可在自动阀和强制阀两种状态下运行，是实现流量无级调节的基本条件，与传统吸气阀在结构上存在差异，但并不改变气阀全体安装尺寸，即在压缩机气缸结构尺寸、安装位置、限位尺寸均不需改变的情况下，即可完成可调吸气阀对传统吸气阀的更换，特别适用于在设定压缩机组改造。

　　3.电液伺服机构

　　电液伺服机构由壳体、电磁阀、液压缸、液压活塞和密封等组件构成，其功能是将液压根据控制要求转换为执行机构驱动力。

　　两位三通电磁阀安装在液压缸上方的壳体内，利用通断电控制液压缸内液压油流动方向。液压缸内装有液压活塞，并与可调吸气阀的导杆相连，以驱动执行机构向下运动。液压缸体、可调吸气阀导杆与壳体之间装有密封装置，并在壳体上预留排气孔口和排液孔口。当控制系统要求打开吸气阀时，电磁阀通电，液压缸通过电磁阀与供油管路连通，高压油进入液压缸并驱动液压活塞向下移动，并推动执行机构下行直至吸气阀打开。当控制系统关闭吸气阀时，电磁阀断电，液压缸与回油管路连通，复位弹簧驱动执行机构上行，并推动液压活塞向上移动，液压油经电磁阀排出液压缸外。

　　4.控制系统

　　控制系统包含有硬件和软件系统。

　　硬件主要包括传感器和控制器。传感器主要包括压力传感器、温度传感器、液位传感器和相位传感器。它们分别安装在压缩机、电液伺服机构及液压系统中，用于测量压缩机各级吸气压力、排气压力、曲轴相位以及电液伺服机构中阀控温度，液压系统中供油压力、供油温度、液压油液位等参数。控制器需要具有较高的数据输入，输出相应速度，可采用PLC、单片机或其他数据采集控制硬件。

　　大型往复压缩机往往配置旁通调节系统，其旁通调节阀开度、压缩机吸排气温度、吸排气压力等数据均被DCS采集，压缩机气量无级调节系统可通过与DCS通信，共享原系统传感器采集数据进行系统控制、监测等，便于控制系统与原系统的协同兼容。

　　控制系统软件包括控制程序和人机交互界面。控制程序安装在控制器中，通过计算设定压力与实际压力的偏差计算吸气阀延迟关闭时间，再转换为电磁阀控制信号输出，用于调节液压伺服机构中电磁阀的通断电时间，以实现流量调控。控制程序是装置调节速度、稳定性、精确度的关键之一，需考虑液压系统、电液伺服机构、执行机构等控制硬件的响应时间，确保不造成控制周期絮乱，且尽量不额外干预阀片运动规律。对于不同机构形式，不同运行参数的往复压缩机，其控制程序与控制参数均有所差异，单独设计和整定。

　　人机交互界面是针对现场工程操作人员的用户交界面，用于实时监控系统运行状态，调节系统运行参数。通常具备压缩机状态参数监测、调节系统状态参数监测、故障报警、联锁保护及手动参数输入等功能。

　　三、系统动态响应分析

　　往复压缩机流量无级调控系统利用电液伺服机构改变吸气阀运动规律，使压缩机的压缩过程自动适应系统所需气量，实现压缩机流量的自适应无级调节。流量调节过程中控制系统实时检测压缩机运行状态，并发送控制命令，调整吸气阀动作，吸气阀运动规律的改变又反馈至压缩机运行参数，最终形成一个闭环控制。

　　往复压缩机流量无级调控装置通过精确控制吸气阀动作实现流量调节，必然要求机械部分、电控部分、液压部分协同工作，各部分关键参数对系统性能有很大影响。结构参数设计不合理或控制参数偏高严重，甚至会导致调节系统失效，因此，合理设计液压伺服机构结构参数，优化控制参数是提高调节系统性能的关键。影响调节系统性能的参数主要包括液压缸直径、复位弹簧刚度、供油孔直径、执行机构与阀片间隙，液压站供油压力、液压力作用时间等。

　　往复压缩机在非调节工况下，利用气阀两侧的压差自动完成吸气阀和排气阀的打开与关闭过程，进而实现压缩机的吸气—压缩—排气过程。其吸气阀的打开过程完全依靠吸气压力与缸内气体压力间的差值实现，打开和关闭速度受结构参数、运行工况等影响。吸气阀打开过程中，阀片运动速度逐渐增大，当阀片与升程限制器发生碰撞时，阀片改变运动方向，且有部分能量损失，经反复碰撞后阀片完全贴靠在升程限制器上。吸气阀关闭时，阀片同样在发生碰撞后落在阀座上。无论流量无级调控系统是否投入运行，压缩机排气阀始终处于自动打开和自动关闭状态，该特性也确保了调节吸气阀改变流量的过程，并不影响压缩机的实际排气压力。

　　执行机构和阀片的动态响应时间受结构参数与运行参数的共同影响。阀片与执行机构的打开、关闭过程所需要的时间直接影响系统动态响应速度，进而影响系统控制精度。对于打开过程，阀片以自动阀方式打开，其响应时间与其自身结构参数和吸排气参数有关，而执行机构打开过程则由液压力与复位弹簧力的差值决定，差值越大，打开过程越迅速。执行机构的复位时刻是影响系统调节性能的关键因素，也是系统调控的关键参数；其复位角度的增大，意味着阀片被延迟关闭的时间变长，流量和功率随之降低。流量无级调控系统的优势体现在压缩工艺流程需要的气体量，从而实现节能。

　　四、系统调控过程

　　往复压缩机流量调节是以匹配工艺流程实际需要气量的自适应调节过程，实际过程中需要保持压缩机的吸气或排气压力不受工艺流程耗气量的影响。为实现吸气或排气压力控制，需要利用实际压力与设定压力间的差值反馈控制信号，并将该信号转换为吸气阀打开时间。在此过程中，利用PID控制算法，将PID输出值转换为吸气阀打开时间，再将该时间转换为伺服机构中电磁阀的打开时间，进而利用高压油流入、流出液压缸来实现吸气阀的控制过程。

　　考虑到压缩机一般均配置排气缓冲罐以降低排气压力脉动，调节系统实际控制的是排气缓冲罐内的压力恒定不变。由于压缩机的流量与排气储罐内压力变化相互关联，利用储罐内气体压力间接控制压缩机流量具有可行性。当流程所需气量降低时，排气罐内气体增多，导致罐内压力增大，反之亦然。调节系统根据储罐内气体压力与设定压力的差值，利用PID原理输出控制参数，控制执行机构打开和复位时刻，并通过压缩机实际排气量的变化维持储罐内压力稳定。基于主动控制吸气阀的往复压缩机的流量调节系统是在压缩机的每个运行周期时吸气阀片进行控制，通过改变压缩机每转排气量实现流量的连续调节。

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