1.1余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)基本原理

正常的往復(fù)活塞式壓縮機存在一定余隙V_c，該余隙通常較小，正常余隙下往復(fù)機的理想氣體示功圖如圖1（a）。圖1中，橫坐標V和縱坐標p分別表示氣缸的體積和壓力，1-2，2-3，3-4，4-1分別為壓縮、排氣、膨脹、吸氣4個過程。

在圖1（a） 中，由于余隙容積V_c的存在，工作活塞剛開始向右運動時，因留存在余隙容積V_c內(nèi)的氣體壓力大于進氣壓力，吸氣閥不能打開，直到活塞右行到位置4時，缸內(nèi)氣體體積由V_c膨脹到V₄、壓力由p₂下降至p₁時才開始進氣。如果將余隙體積V_c增加到V_c′，余隙體積V_c′更大，使得膨脹過程更長，吸氣和排氣過程變短，壓縮過程也相應(yīng)變長，如圖1（b） 所示，壓縮機的排氣量（2-3線）和所需要的能耗（1-2-3-4所圍的面積） 均減小?？烧{(diào)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)是將原壓縮機氣缸缸蓋改為可調(diào)的余隙活塞缸，利用可調(diào)的余隙活塞缸調(diào)節(jié)余隙大小實現(xiàn)對氣量的自動控制（圖2）。

1.2延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理

延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)是利用程序控制延遲吸氣閥在壓縮過程中的關(guān)閉時間來調(diào)節(jié)氣量。其主要工作原理是通過液壓執(zhí)行機構(gòu)作用在進氣閥卸荷器上，通過計算機將壓縮機運行過程中的狀態(tài)信號反饋至液壓執(zhí)行機構(gòu)的電子模塊，來控制進氣閥的啟閉時間，可實現(xiàn)壓縮機排氣量30%～100%范圍的無級調(diào)節(jié)。

其示功圖如圖3所示，當進氣過程達到C點后，給定的閥位信號使得液壓執(zhí)行機構(gòu)將吸氣閥強制保持在開啟狀態(tài)，壓縮過程由原壓縮曲線C-D，改變?yōu)镃r-Dr，C-Cr為液壓執(zhí)行機構(gòu)強制吸氣閥開啟的時間，該段體積的變化即為調(diào)節(jié)減少下來的氣量，而圖中斜線陰影部分C-Cr-Dr-D所圍的面積即壓縮機所減少的做功。

本次對6家企業(yè)往復(fù)壓縮機使用氣量調(diào)節(jié)方式進行統(tǒng)計，兩種氣量調(diào)節(jié)方式均有所推廣。6家企業(yè)共計36臺套機組在使用氣量調(diào)節(jié)裝置，延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)市場占比仍占絕對優(yōu)勢（表1）。                

通過對2種氣量調(diào)節(jié)方式歷年發(fā)生的故障進行分類統(tǒng)計（表2），余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障頻率最高的為液壓油泄漏導(dǎo)致余隙缸故障，延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)故障頻率最高的為執(zhí)行機構(gòu)填料泄漏。

分析其原因，余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓油系統(tǒng)與延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的液壓油系統(tǒng)使用環(huán)境和壓力并無太大區(qū)別，故障率卻較高，主要是國產(chǎn)液壓油系統(tǒng)采用金屬卡套管連接，在卡套接頭防振防松方面可靠度不夠?qū)е?，從裝備的改進提升是可以解決的。而延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)的執(zhí)行機構(gòu)填料泄漏卻是其結(jié)構(gòu)決定的，在執(zhí)行機構(gòu)頻繁干涉氣閥開啟的過程中，閥桿的動作頻率較高，特別對于高壓缸來說，這種填料的泄漏問題很難有好的應(yīng)對方案。

3.1結(jié)構(gòu)特點比較  

余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是采用普通的電液控制和執(zhí)行機構(gòu)對余隙活塞行程進行調(diào)節(jié)，一次調(diào)節(jié)后保持不動，由于余隙缸執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)過程中線速度低，磨損少，故障率較低；余隙調(diào)節(jié)不需改變原有氣閥；余隙調(diào)節(jié)的無用功耗主要表現(xiàn)在余隙腔內(nèi)余氣的反復(fù)膨脹和壓縮；由于余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)只能在蓋側(cè)安裝，對于雙作用氣缸，其流量調(diào)節(jié)范圍只能達到60%～100%的無級調(diào)節(jié)。

延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)通過控制壓縮過程中吸氣閥的關(guān)閉時刻，來控制進氣量的大小，從而實現(xiàn)排氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)。該方式理論上可以實現(xiàn)氣量0～100%的無級調(diào)節(jié)，實際應(yīng)用中，過低負荷下可能會導(dǎo)致吸氣閥片不能關(guān)閉，變成全行程壓開 ，通常規(guī)定操作范圍為30%～100%。由于壓開吸氣閥的時間有精確要求，其對控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)要求較高；由于執(zhí)行機構(gòu)需隨氣閥的啟閉周期不斷執(zhí)行壓開和釋放，其執(zhí)行機構(gòu)運動相對頻繁，特別是對高壓操作條件下密封件較易磨損；延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)的無用功耗主要表現(xiàn)在氣體在進入吸氣閥后一部分通過吸氣閥返回到入口管線造成的內(nèi)能增加。

3.2兩種氣量調(diào)節(jié)方式的對比  

3.2.1 性能比較

表3給出了兩種氣量調(diào)節(jié)方式的使用性能比較，在實際選用過程中還應(yīng)充分考慮兩種氣量調(diào)節(jié)方式所適用的工況范圍以及其對機組本機運行可靠性的影響，盡量選擇滿足生產(chǎn)需求、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠的調(diào)節(jié)方式。

3.2.2 投資費用經(jīng)濟性比較

早期由于延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)只有進口廠家，其初始投資成本較高，但是延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的成本不會隨著機組功率的增大而增加很多，只與氣閥數(shù)量及壓力等級有關(guān)；而余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)因需制作余隙缸，其投資成本與氣缸數(shù)量、氣缸大小及壓力等級有關(guān)。

近年來，國內(nèi)已有部分廠家開始生產(chǎn)延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其初始投資成本已經(jīng)大幅降低，與余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)投資成本已相差無幾。

3.2.3 可靠性比較

（1）易損件比較

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要易損件為余隙活塞缸各密封件，由于其動作線速度低，且操作頻次較低，易損件相對磨損量較小，理論壽命應(yīng)較長。延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要易損件為氣閥執(zhí)行機構(gòu)中的填料和油路密封件，該部位動作頻繁，線速度高，特別是對高壓缸來說，易損件壽命較短。

（2）液壓系統(tǒng)比較

從液壓系統(tǒng)來看，兩者液壓系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)相似。國產(chǎn)余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)多采用卡套連接的金屬不銹鋼管作為液壓油管，延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)則較多采用高壓液壓油軟管連接。實際應(yīng)用表現(xiàn)來看，高壓軟管比金屬管卡套連接形式要更加可靠。

（3）電控系統(tǒng)比較

從電控系統(tǒng)來比較，余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要增加的反饋單元為活塞位移傳感器，其主要作用是反饋余隙活塞的行程位置，作為調(diào)節(jié)反饋信號；延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要通過在飛輪上安裝的鍵相位來反饋活塞做功過程的上死點位置，進而為延時關(guān)閉氣閥時間提供零點信號。理論上講，余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電控單元更簡單，但實際應(yīng)用中，無論是余隙調(diào)節(jié)的位移探頭壞還是延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)的飛輪鍵相位信號丟失都將使調(diào)節(jié)系統(tǒng)無法工作。

3.2.5 綜合比較（表4）。

表4 余隙氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)與延時關(guān)閉氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)特點對比表