往複壓（yā）縮機是最早被（bèi）人類發明和使（shǐ）用的一種流體機械，隨（suí）著材料、機械設計和製造工藝等學科的（de）技術發展（zhǎn），各種結構布置的往複壓（yā）縮機被應用到各個工業領域。往複壓縮機發展到現在，其設計和製（zhì）造技術已經達到了較（jiào）高水平。今後（hòu）往複壓縮機（jī）技術的發展方向將主要集中在壓縮機實際（jì）運行工況下性能的提高和壓縮機可（kě）靠性的提高兩個方麵。
此外，為了滿足不同應用領域的需求，適（shì）應各類特種（zhǒng）和極端條件的往複壓縮機也是今後技術發展的方向之一。
1.隨著電機技術發展（zhǎn），直線電機（jī）驅動的往複壓縮機——直線（線性）壓縮機在冰箱等領域將成功應（yīng）用。
2.傳感（gǎn）技術（shù）的發展。基於數據采集分析處理的往複壓縮機在線監測故障診斷技術逐（zhú）漸得到發展。尤其是工（gōng）藝往複壓縮機，因其故障引起的事故，該技術可以（yǐ）獲得往（wǎng）複壓縮機的實時運行（háng）狀態，提前捕捉（zhuō）故障信息，達到故障預警的目的。
3.材料學科的發展。各種具有機械強（qiáng）度高，耐高溫，耐衝擊，阻燃，耐酸堿，耐水解，耐磨和（hé）耐疲勞等多方麵優越的（de）新材料將被逐步（bù）應用（yòng）到往複壓縮機的零部件中。
4.一些（xiē）如海（hǎi）洋工程中要求壓縮機體積小、質量輕、可靠性高和噪聲振動低等特殊領域對往複壓縮機（jī）將（jiāng）提（tí）出新的要求。
一、往（wǎng）複壓縮機的應（yīng）用發展趨勢
1.流體工業
隨（suí）著流程工業普（pǔ）遍朝著大型化、規模化和集成化方向發展，尤其石（shí）化（huà）通用設備向大型化、高精（jīng）度、長壽命方向發展，將更多地按（àn）石化（huà）生產工藝參（cān）數要求采用專用設計、個性化和製（zhì）造，以使設（shè）備在最佳設計工況下運行，因而對往複壓縮機的要求也在逐漸提高。流體機械及其係統的大型化對（duì）往複壓縮機的設計方法，關鍵共性技（jì）術研發，運行狀態實時監控（kòng）和故障（zhàng）診斷技術的（de）發展帶來了新的挑戰，開發適用於大型化的（de）設（shè）計與（yǔ）製造技術（shù）是往複壓縮機大型化發展的基本路線。
2.海洋工程裝備
往複壓縮機是海上石油和51吃瓜网開發作業平台上用於氣體處理、運輸的（de）關鍵（jiàn）設（shè）備。從51吃瓜网的（de）處（chù）理和集輸到發動機提供高壓燃（rán）料氣，應用非常廣泛。往複壓縮機由於（yú）效率高，製造技（jì）術成熟，排氣壓力高且對（duì）於氣體組分波動具有較好的適應性，成為海洋工程油氣開采中應用最為廣泛的壓（yā）縮機。
海洋油（yóu）氣開發的特殊環境對海洋（yáng）工程（chéng）油氣開發作業平台（tái）上的設備提出了諸多要求，如體積小，振動噪聲低，可靠性（xìng）高（gāo）等。另外，海上工況環境比陸上工況環境更為苛刻，因而陸上（shàng）的常規天然（rán）氣壓縮機（jī）已不能滿足海（hǎi）上平台的要求，而開發出滿足海上作業的大功率往複壓縮機，意義重大。
二、往複壓縮機（jī）技術進展及應用
（一）壓縮機性能計算技（jì）術
近年來，隨著計算機技術的發展，詳細的數值分（fèn）析技術逐漸被應用到壓縮機的（de）設計計算，性能模擬及優化，強度分析與計算和動力學分析等方麵。
1.設計優化與性能模擬技術
首先，往複壓縮機設計過程（chéng）中（zhōng）的熱力學和動力學計算（suàn），可利用計算機進（jìn）行編程，通過計算軟件（jiàn）完（wán）成整個計算過程。
在熱力計算（suàn）過程中，需根據設計條件（如流量、吸排氣（qì）壓力、氣（qì）體組分等）確（què）定壓縮機的級數、各級壓比、轉速、功率和效率等參數。通過各種經驗係數的選（xuǎn）取和氣體壓縮過程的計算，得到排氣溫度、功率、氣缸直徑等重要設計參數（shù）。
在往複壓縮機（jī）設計軟件開發過程中，可將氣（qì）體（tǐ）物理性（xìng）數據植於軟件中，從而獲得單一組分氣（qì）體或多組分混合氣體的準確物理性數據，保證設計精度。特（tè）別是對於實際氣體，該方法可以準（zhǔn）確得到壓縮過程中（zhōng）實際氣體各種狀態點的物理性數值，準確計算壓縮和級間冷卻造成的氣體（tǐ）冷（lěng）凝析出等。在計（jì）算軟件（jiàn）編製過程中，熱力計算與容積流量有關的各種係數（如進氣係（xì）數、泄漏係數和析水係數等參數）可以製成數據庫，需要時可以利（lì）用計算（suàn）軟件自動查表和采用插（chā）植（zhí）的方法求取。
往複壓縮機的動（dòng）力計算，主要是確定其主要運動部件的受（shòu）力（lì），解（jiě）決慣性力和慣性力矩的平衡，計算壓縮機的切向力和確定壓縮機飛輪矩等。對於多列壓縮機，計算軟件可根據各列的布置方案，並根據各列（liè）相差的轉角（相位角（jiǎo））進行相應疊加，可快速得到總（zǒng）的切（qiē）向力及（jí）飛輪矩。
其（qí）次，往複壓縮機的理想工作過程由等壓吸氣（qì）、氣熵壓縮、等壓排氣和等熵膨脹四個過程（chéng）組（zǔ）成，而壓縮機的實際工作（zuò）過程受到泄露、流動損失和傳熱等因素的影響，上述四個過程都會與理想過程發生偏離。
在壓（yā）縮機熱力計（jì）算過程中，可以通過各種係數（shù）對壓縮機的實（shí）際工作過程進行（háng）修正，以便使壓縮機（jī）的設計更接近實際工作過程。但這種方法不能精確反應壓縮機的真實工作過程和性能，也不能很好地為壓縮（suō）機的（de）優化設計提供參（cān）考依據。
因而，計算機（jī）技術的發展使得通過數值計（jì）算方（fāng）法模（mó）擬壓縮機真實工作（zuò）過程成為可能。例如：氣閥是往複（fù）壓縮機的關鍵部件（jiàn）之（zhī）一（yī），其性（xìng）能對壓縮機運行的可靠性、經濟性都有很大影響。氣閥是（shì）往複壓縮機易損部件之一，延長氣閥的壽（shòu）命（mìng）對保（bǎo）證（zhèng）壓縮機可靠（kào）性（xìng）具有重要意義。由於壓縮機工作過程（chéng）中氣體流經氣（qì）閥的（de）流動損失占（zhàn）總氣體流動損失的比例較大，氣閥設計的好壞對壓縮機的經濟性有著直接影響。因此（cǐ），在實際工作中，可（kě）以通過模型假設，對其工作過程建立模型，在各種工況條件下，分別模擬往複壓縮機的工作過（guò）程和氣閥運行規律，通過（guò）計算（suàn）機計算結果和分（fèn）析（xī）找出最佳工況和選擇最優工作過程，以延長（zhǎng）氣閥壽命。
2.強（qiáng）度計算與分析（xī）
往（wǎng）複壓縮機工作過程中，其曲軸、活塞杆和連杆等關鍵運動部件受到各（gè）種力作用，且大多為（wéi）周期性交變作用力。當壓（yā）縮機結構設計不合理或運行（háng）工況偏離設計工（gōng）況時，往往會造成這些關（guān）鍵部件產生裂紋、斷裂，甚至進一（yī）步造成爆炸等惡性安全事故。因此，在往複壓縮機的設計階段需（xū）要對這些關鍵部件進行力學分析，以確保壓縮機的壽命和可靠性。
曲軸的（de）強度計算包括靜強度計算和疲勞強度計算。靜強度計算的（de）目的是求（qiú）出曲軸的應力分布（bù），找出曲軸薄弱部件。疲勞強度計算的目的是求出曲軸在承受交（jiāo）變作用下的最（zuì）小強度儲備，以（yǐ）安全係數的形式表示。曲軸強度的常用計算有普通計算法和有限元法。在（zài）曲軸設計時，初步強度（dù）校核或進行方案比較（jiào）可采用經驗公式的辦法初（chū）步計算應力集中係數，從（cóng）而得到圓角處的（de）最大應（yīng）力。但在精（jīng）度要求高的場合，應采用有限元方法進行曲軸的應力場和應變場的（de）數值分析。數值分析（xī）曲（qǔ）軸的彎扭疲勞強度是（shì）壓縮機曲軸強度計算向（xiàng）前跨（kuà）出的重要一步。
在往複（fù）壓縮機（jī）設計（jì）過程中，除了需計算其疲勞強度，還應對（duì）曲軸的（de）動力學（xué）特性進行分析，而結（jié）構件的模擬分析（xī）可評估其動力特性。結構設（shè）計時需考（kǎo）慮結構（gòu）的受激頻率是否接近該結構的自（zì）然頻率。模態分析是結（jié）構動態分（fèn）析的一種有效手段。通過分析結構（gòu）的動特性（xìng）可建立結（jié）構在動態模擬條件下的響應預測模擬，預測結構在實際工作狀態下的行為及其對環境的影響。
（二）往複壓縮機的平衡技術
往複壓縮機的工（gōng）作過程中，需要將軸的回轉變為（wéi）活塞的往複運動（dòng），這（zhè）一功（gōng）能通（tōng）常由壓縮機的曲柄連杆機構來（lái）實現（xiàn）。往複壓縮機的運（yùn）動特點導致其工作過程中產生慣性力和慣性力矩，它們的大小（xiǎo）和方向隨著曲軸（zhóu）的轉動做（zuò）周期性變（biàn）化。這（zhè）些力和力矩對壓縮（suō）機來說是外力，如果機器內沒有相應的力和力矩加以平衡，則會導致整機振動。為了保證機組（zǔ）平穩運行，在壓縮機設計時應（yīng）力（lì）需求所有（yǒu）外力在壓縮機內部平衡。例如（rú）：單（dān）列壓（yā）縮機（jī）往往設置相應的平衡質量對這些力進行平衡，多列壓縮機在方案布置（zhì）時盡量讓壓縮機各列產生的力和力矩能（néng）夠（gòu）相互（hù）平衡。
在壓縮機設計階段，會盡量平衡其（qí）各種慣性（xìng）力。但由於往複壓縮機自身特點和設計方案的局限性，設（shè）計過程中往往並不能平衡所（suǒ）有（yǒu）力和力矩，這一情況（kuàng）造成了壓縮機運行過（guò）程中的振（zhèn）動，這也是往（wǎng）複壓縮機（jī）高速化的一個（gè）重要基礎瓶頸。為了提高壓縮機轉速（sù），以滿足特殊領域對往複壓縮機的要求（qiú），發展全平衡結構的往複壓縮機技術與產品，可以完全平衡結構（gòu）的往（wǎng）複壓縮機的慣性力和慣性力矩，但這類產品結（jié）構複雜（zá），加工及裝配精度要求極高，增加了設備的設（shè）計製造難度，降低（dī）了機組的可靠性。
（三）氣流脈（mò）動及管道振動技術
管道振動是往複壓縮機運行（háng）過程中經常遇到的問題，直（zhí）接影響（xiǎng）係統安全，其對（duì）壓縮機組的影響主要表現在以下（xià）方麵：
1.管道及（jí）其附件產生疲勞損壞，特別是管道的連接（jiē）部位發生鬆動（dòng）和破裂。
2.壓縮機工況惡劣，閥片過早損壞。
3.管道上或附件儀表失真或毀壞。
4.噪聲增大。
5.壓縮機運行效（xiào）率降低。
往複（fù）壓縮機吸排（pái）氣管道及其附屬裝置和與之相連接的各種動（dòng）力設（shè）備、裝置構成一個複雜的係統，該係統產生的（de）振（zhèn）動是由多（duō）種原因引起的，主要（yào）有以下三種：
1.由氣流脈動引起，氣流脈動增發管路做機械振動。
2.管（guǎn）道發生共振（zhèn），從（cóng）而造成管路係統的振動。
3.動平（píng）衡差或（huò）基礎設計不當引起的管道振動。
往複壓縮機（jī）的吸排氣過程是間（jiān）歇性的，因而氣體的壓力和速度呈周期性變化，進而導致管道內氣體呈脈動狀態，致使管內氣體參數（shù）（如壓力（lì）、速度、密度（dù）等）不僅隨（suí）位置變化，而且隨時間做周期性變（biàn）化，這也就產生了氣流脈動。生產中遇（yù）到的往複壓縮機管係振動（dòng）絕大多數是（shì）由氣流脈動引起的。管道振動反過來又會引起機組的振動，因而要（yào）消除管道振動，首要的問題是消除氣流脈動。
目前，采用管係的有限元分析法提供了進（jìn）行應力（lì）分析，解決管（guǎn）道（dào）振動問題的有（yǒu）效手（shǒu）段。用有限元方法分析管道係統的結構振動（dòng），實質上是用有限個自由度（dù）的離散係統替代無限個自（zì）由度的連（lián）續係統（tǒng），即用有限個結點和結點的運動替代實際係統與實際係統的運動。通過這種方法改造後的（de）進氣管道係統，氣（qì）流脈動明顯降（jiàng）低，從而直接導致振動激發力降低（dī），同時，振（zhèn）動結構（gòu）也有明顯改變，分離器（qì）出口和（hé）管道的標高降低使得剛度顯著加強，有（yǒu）效（xiào）避開低階共振。管道係統匯（huì）管前後段管道結構振動明顯減少（shǎo），主激發頻率，氣柱固有頻率和（hé）結構（gòu）固有頻率（lǜ）基本錯開，從根本上避免了共振。
（四）在線（xiàn）監測與故（gù）障診斷技術
設（shè）備狀態監測（cè）與故障診斷技術的實質是（shì）了解和掌握設備在運行過程中的狀態，評價、預測設備未來的一段時（shí）間在役運行的可靠性，早期發現（xiàn）故障（zhàng）並（bìng）對其原因、部位（wèi）、危險程（chéng）度等進行識別，預報（bào）故障的發展趨勢。
往複壓縮機是石（shí）化、煤化工等重要流程工業的核心裝備，但其結構複雜，易損件多，若不能及（jí）時發現和排除故障，易造（zào）成事故，給生（shēng）產帶（dài）來巨大損失。因此，隨著計算機、傳（chuán）感器、信號處理等相關技術的進步，往複壓縮機在線（xiàn）監測和故（gù）障診斷技術（shù）也在近些年得到了較快發展。
壓（yā）縮機運行狀態監測是壓縮機（jī）故障診斷的基礎（chǔ），開展往複壓縮機狀態監測需要實現以下四個目（mù）的：
1.通過監測優化檢修計（jì）劃，減少非計（jì）劃停機，延長運轉周期，降低維（wéi）修維護費用（yòng）。
2.通過監測（cè）了解機器（qì）的運（yùn）行工況，優化運行參數，提高設備運行效率。
3.通過（guò）監測發現（xiàn）故障發（fā）生的部位，使檢修做到有的放失，縮短檢修時間。
4.及時預警，提前采（cǎi）取有效措施，降低故障（zhàng）的發生率，特別預防災難性事（shì）故的發生。
目前，往複（fù）壓縮機采用的監測方法主要有工程熱力學參數法（壓力、溫度、流量等），振動監（jiān）測分析法、衝動振動分析法、噪聲監測（cè）分析法、氣體泄漏檢測法、磨損（sǔn）位移監測法、油液（yè）分（fèn）析法等。例如：氣缸內氣體壓力（lì），溫度是往複壓縮機氣（qì）閥（fá）、活塞、氣缸（gāng）等故障判斷的重要參數。機殼的振動與活塞杆的下沉可用於判斷曲軸連杆機構的振動狀（zhuàng）況與活塞環的磨損（sǔn）情況。通過溫度、壓（yā）力、振動、位移、噪（zào）聲等各種傳感器在壓縮機重要（yào）部位的安裝和運行實時數據的采集，可以及時準確獲得壓縮機各部（bù）件（jiàn）的各（gè）種狀態。
隨著無線傳感技術，基於網絡（luò）的遠程在線技術的（de）發展，對往複壓（yā）縮機的運行狀態在線監測（cè）將越來越深入，而（ér）往複（fù）壓縮機故障診斷過程包括信號檢測（cè）、特征提取、狀態識別三個步頻，其中（zhōng）特征提（tí）取（qǔ）和狀態識別最（zuì）為關鍵。隨著深度，多源信（xìn）號分析等技術的發（fā）展，故障診斷（duàn）係統的智能化水平不斷提高（gāo），診斷準確（què）率也在不斷（duàn）上升。
隨著社會的發展，以生產高度數字化、網絡化（huà）、機器自（zì）組織（zhī）等技術標誌（zhì）的工業（yè）發展，往複壓縮機作為一種流體機械，也將不斷地利用（yòng）這些技術向著高度智能的方向發展。
