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1、中英文对照资料外文翻译文献 离心式和往复式压缩机的工作效率特性 往复式压缩 机和离心式压缩机具有不同的工作特性，而且关于效率的定义也不同。本文提供了 一个公平的比较准则，得到了对于两种类型机器普遍适用的效率定义。这个比较基 于用户最感兴趣的要求提出的。此外，对于管道的工作环境影响和在不同负载水平 的影响给出了评估。 乍一看，计算任何类型的压缩效率看似是很简单的：比较理想 压缩过程和实际压缩过程的工作效率。难点在于正确定义适当的系统边界，包括与 之相关的压缩过程的损失。除非这些边界是恰好定义的，否则离心式和往复式压缩 机的比较就变得有缺陷了。 我们也需要承认，效率的定义，甚至是在评估公平的情 况
2、下，仍不能完全回应操作员的主要关心问题：压缩过程所需的驱动力量是什么？ 要做到这一点，就需要讨论在压缩过程中的机械损失。 随着时间的推移效率趋势也 应被考虑，如非设计条件，它们是由专业的流水线规定，或者是受压缩机的工作时间 和自身退化的影响。 管道使用的压缩设备涉及到往复式和离心式压缩机。离心式压 缩机用燃气轮机或者是电动马达来驱动。所用的燃气轮机，总的来说，是两轴发动机， 电动马达使用的是变速马达或者变速齿轮箱。往复压缩机是低速整体单位或者是可 分的“高速”单位，其中低速整体单位是燃气发动机和压缩机在一个曲柄套管内。后 者单位的运行在750-1200rpm 范围内（1800rpm 是更小的单
3、位）并且通常都是由电 动马达或者四冲程燃气发动机来驱动。效率 要确定任何压缩过程的等熵效率，就要 基于测量的压缩机吸入和排出的总焓h，总压力p，温度T和熵s，于是等熵效率 s 变 为： h p disch s suct h p suct Tsuct s h p disch Tdisch h p suct Tsuct Eq.1 并且加上测量的稳态质量流 m，吸收轴功率为： . m p h p disch Tdisch h p suct Tsuct m Eq.2考虑机械效率 m 。 理论（熵）功耗（这是绝热系统可能出现的最低功 耗）如下： . Ptheor m h p disch s suct h
4、 p suct Tsuct Eq.3 。环境的热交换通流 入和流出离心式压缩机的流量可以视为“稳态”常可以忽略。系统边界的效率计算通 常是用吸入和排出的喷嘴。需要确定的是，系统边界要包含所有内部泄露途径，尤其 是从平衡活塞式或分裂墙渗漏的循环路径。机械效率 m ，在描述轴承和密封件的 摩擦损失以及风阻损失时可以达到 98和 99。 对于往复式压缩机，理论的气体马力 也是由 Eq.3 给出的，?谖撼迤魃嫌魏团帕撼迤飨掠蔚奈团牌沽龆 囱顾趸推湫灾识裕恿俳恍枰喾矫娴南低忱纯刂坡龆吞峁?，以及 可以自然存在的来自管线的管流量离（包括往复式和离心式）和面积管道。对于任何 一个低速或高速单位的歧管系统设计
5、，使用了卷相结合，管道长度和压力降元素来 创造脉动（声波）滤波器。这些歧管系统（过滤器）引起压力下降，因此必须在效率计 算时考虑到。潜在的，从吸气压力扣除的额外压力不得不包含进残余脉动的影响。就 像离心压缩机一样，传热就经常被忽视。 对于积分的机器，机械效率一般取为 95。 对于可分机机械效率一般使用 97。这些数字似乎有些乐观，一系列数字显示，往复 式发动机机械损失在 8-15之间，往复压缩机的在 6-12（参考 1 往复压 。缩机招致 号码：库尔兹，R.，K.，光布伦，2007）工作环境 在这样的情况下，当压缩机在一个系 统中运行时，管道长度 Lu上游和 Ld 下游，以及管道 pu 上游的
6、初始压力和管道 pe 下游的终止压力均被视为常量，在管道系统中我们有一个压缩机运行的简单模 型（图 1）。 图 1：管道段的概念模型（文献 2：库尔兹.R，M.由罗穆斯基， 。2006 年）对于给定的，标准管线定量流动能力将在吸入阶段强加压力 p s ，在压缩机放电区 强加压力 p d 。对于给定的管线， （ 压缩机站头部 H s ） k 1 k 1流（Q）关系可以近 似表述为 H s C p Ts 1（Eq.4） C3 C 4 Q 2 1 2 pd其中 C3 和 C4 是常数（对于一个 给定的管道几何）分别描述了管道两边的压力和摩擦损失（文献 2：库尔兹.R，M.由 罗穆斯基， 。 2006
7、 年） 除去其他问题，这意味着对于带管道系统的压缩机站，头 部所需 。特别地，这一特点对于压缩流量扬程是由管道系统规定的（图 2）机需要的 能力允许头部减量，按照规定的方式反之亦然。管道因此将不需要改变头部的流量 恒定（或压力比）。 图 2：建立在 4 式上的机头流量关系。 在短暂的情况下（如包装 其间），最初的操作条件遵循恒功率分布，如头部流量关系如下： Hs P m const （Eq.5） s s const 1 Hs Q并将渐进地达到稳定的关系（文献 3：奥海宁 S.，R.库尔兹， 2002 年） 在上述要求的基础上，必须控制压缩机输出与系统要求匹配。该系统需求 的特点是系统流程和系统
8、头部或压力比的强烈关系。管线压缩机提供了在操作条件 经验下的大量变化，一个重要问题就是如何使压缩机适应这样变化的条件，具体的 说就是如何影响效率。 离心压缩机具有相当大的平头部和流程特点。这意味着压力 比的改变对机器的实际流程有重大的影响（文献 4： 20004 年） 库尔兹 R.， 。对于 一个恒速运行的压缩机，头部或压力比随着流量的增加而减少。控制压缩机内的流 程可以实现压缩机不同的运行速度。这是控制离心压缩机最便捷的方法。两轴燃气 轮机和变速电机允许大范围的速度变化（通常是最大速度或更多的 40或 50到 100）。 应当指出，被控制的值通常不是速度，但速度是间接平衡由涡轮产生的动力（受
9、进入 燃气轮机燃油流量控制）和压缩机的吸收功率。 事实上，在过去 15 年安装的任何 离心压缩机在管线服务方面是由调速器来驱使的，通常是两轴燃气轮机。年长的设 施和服务设施在其他管线服务有时使用单轴燃气轮机（允许速度 90到 100的变化） 和恒速电动机。在这些装置中，吸节流或可变进气导叶用来提供控制方法。 图 3：典 型的管线运行点绘制成的典型离心压缩机性能图。 离心压缩机的运行封套受最大 允许速度限制，最小流量（涌）和 （图 3）最大流量（窒息或石墙） 。另一个限制因素 可能是可用的驱动电源。 只有最小流量需要特别注意，因为它被定义为压缩机的一 种气动稳定性的极限。跨越这个限制以降低流动将
10、导致压缩机流动逆转，这可能会 损坏压缩机。调制解调器控制系统通过打开一个循环阀来控制这种情况。出于这个 原因，几乎所有的现代压缩机装置都使用带有控制阀的循环线，当压缩机内的流量 趋于稳定极限时这种控制阀允许流量的增加。控制系统不断地监测压缩机关系喘振 线的运行点，并且有必要的话自动地开关循环阀。对于大多数应用来说，带有开放或 部分开放循环阀的运行模式只被用于开启和关闭阶段，或者是在混乱运行条件时的 短暂时期。 假设由公式 4 得到管线特点，压缩机的叶轮将在达到或接近其最大效 率时被选出来运行，这个最大效率是由管线强加在整个系列的头部和流量条件下的。 这可能是有一个速度（N）控制的压缩机，因为一
11、个压缩机的最有效点是由一种关系 而连接的，这种关系需要大约（风扇法方程）： H5 C5 2 C5 Q C6 H 5 Q 2 Eq.6 N N 2 C6 为满足上述关系的操作点，吸入气压 Pg 是（基于效率几乎保持不变这个的事实） ： C5 Pg C 7 H 5 Q 2 C 7 Q 3 C5 C 6 C 7 N 3 Eq.7 正 C6 因为如此，这?至?速度关系 允许动力涡轮运行达到或非常接近其 整个范围的理想速度。管线中典型的运行方案允许压缩机和动力涡轮在大多数时间里在最有效点运行。然而，燃气轮机的燃气 生产商将在部分负荷运行时丢失一些热效率。 图 3 显示了一个典型的实际例子： 不同流动要求
12、的管线运行点绘制成用于压缩机站中的速度控制离心压缩机性能图。 往复压缩机将自动服从系统压力比的需求，只要没有超出机械的 。系统吸排气压力 的改变将仅能引起阀门或限制条件（杆负载功率）早或晚的开启。头部可以自动下降 因为阀门可以降低排气端的管线压力和/或吸入端更高的管线压力。因此，如果没有 额外的措施，流量将大致恒定除了容积效率将增加的变化，所以降低压力比而 增加流量。 控制的挑战存在于系统要求的流量调整。如果没有额外的调整，随着压 力比的变化，压缩机流量的改变微乎其微。从历史上看，通过改变激活机器的数量使 管线安装许多小的压缩机和调整流量。这个容量和负荷可通过速度调谐，或者通过 一个单一单元的
13、缸间隙中的许多小调整（加载步骤）来调谐。随着压缩机的发展，控 制容量的负担转移到独立压缩机上。 负荷控制是压缩机运行的一个关键组成部分。 从管线操作角度来看，在机组中流量变化要符合管线投出承诺，以及实施公司最佳 操作（例如，线包装，负载预期）。从一个单元的角度来看，负荷控制包含降低单元流 量（通过卸载或速度）使操作尽可能的贴近设计扭矩限制，并在压缩机或驱动程序没 有超载的情况下进行。对于任何给定的机组入口和出口压力，在任何负荷图曲线上 的关键限制都是杆负荷限制和马力/扭矩限制。瓦斯控制通常会建立在一个机组的单 元上，而这个机组运行必须达到管线流量目标。地方单元控制将建立负载步骤或速 度要求来限
14、制杆负荷或达到扭矩控制。 改变流量的常用方法是改变速度，改变间隙， 或取消激活缸头（保 。另一种方法是卸载无限步骤，从而延缓吸气阀封闭持进口阀 开启）以减少容积效率。此外，流程的一部分可以回收或吸气压力可以节流从而降低 质量流量，同时保持进入压缩机的容积流量基本不间断。 压缩机控制策略应该能够 实现自动化，并在压缩机运行期间能够简便地调整。特别地，压缩机设计修改的战略 需求（如：离心压缩机重新旋转，改变缸径，或给往复压缩机添加固定间隙）在这里不 被考虑。需要指出的是，对于往复式压缩机一个关键的控制要求是不超载驱动或超 过机械限制。运行 典型的稳态管道运行将产生图 4 所示的一个有效行为。该图是
15、 评估沿管道稳定运行特征状态压缩机效率的结果。大中型压缩机都将达到 100流量 的最佳效率，并允许超出设计流量的 10。不同的机械效率并没有考虑这种对比。 往 复压缩机效率在文献 5 中被推导出，从增加的阀门效率测量与压缩效率和造成的 损失脉动衰减器。低速压缩机的效率是可以实现的。高速往复压缩机在效率上可能 比较低。 图 4：以稳态管线特性运行为基础的在不同流量率的压缩机效率。 图 4 显示在较低压力比下增加的阀门损失的影响和往复机器的较低流量，而离心压缩机 的效率几乎保持常量。结论 不同型号压缩机间的效率定义和对比需要密切关注边 界条件的定义，对于这样的边界条件，效率和受用的运行发展趋势同时
16、被定义。当效 率值用来计算功耗时机械效率具有重要作用。如果不考虑这些定义，不同系统的优 缺点讨论将变得不准确和有误导性。参考文献： 1.库尔兹.R.K.光布伦， “往复和离 心压缩机的效率定义和负 2007。 荷管理”美国机械工程师协会文章 GT2007-2708 2.库尔兹.R，M.由罗穆斯基， “ 。 2006。 不对称接压缩机站闲置产能” 美国机械工 程师协会文章 2006-90069 3.奥海宁.S.R.库尔兹， “两机压缩机站的系列或平行排列” 2002。 。反式。美国机械工程师协会，第 124 栏 4.库尔兹.R，2004。“离心压缩 机性能的物理”。管道仿真利益集团。棕榈泉，加利福尼亚 5.米.瓦特沙发，2003。“天 然气压缩服务六主线压缩机阀门的性能和耐用性试验”。天然气机械会议。盐湖城， UT原文Efficiency And Operating Characteristics Of Centrifugal AndReciprocating Compressors Recipr
