往复压缩机在石油、化工、天然气运输等行业应用广泛,是企业的高能耗设备。由于其容积式压缩原理,往复压缩机存在压缩流量固定、与系统变化的气量需求不匹配等问题,造成实际大量机组依赖回流阀进行流量调节,大量气体被压缩做功后通过回流阀流回进气管道,机组做功效率低,能耗高。因此对于往复压缩机而言,需要对其排气流量进行连续调节,使压缩机设备满足不同气量工况下高效运行的要求。目前已有的国外节能型气量调节技术及相关系统存在成本高、使用模式僵化、技术成果对国内封锁等问题,使其在国内推广应用受到了限制。因此研发低成本、宽适用范围、高可靠性、高灵活性的压缩机节能流量调节技术,对实现国产压缩机组的高性能(高效率、工况自适应)运行具有极其重要的意义和价值。本文从往复压缩机进气阀回流变流量调节的机理出发,基于流体动力学对变流量调节工况下的压缩机热力学循环特性和气阀运动规律进行理论和实验研究,优化改进了往复压缩机流量无级调控方法,基于电液分体式原理设计了一套流量无级调控装置,并对调控系统关键参数进行了优化选择。相关理论研究成果经过了实验与实际应用验证,取得了良好的应用效果。首先,将进气阀延时关闭气体回流调节特性以及压缩机各级压力动态平衡引入压缩机工作循环模型,并将压缩机各进气阀作为独立启闭单元建模,建立了改进的变流量工况下往复压缩机工作循环理论计算模型。实现了变流量工况下气阀动力学和压缩腔热力学循环特性的计算分析,利用实验结果与仿真计算结果对比研究,揭示了进气阀回流节能调节的机理和特性。其次,提出了采用单周期均匀负荷回流调节、双周期差别负荷回流调节和多周期可调占空比回流优化组合的气量无级调节方法,进一步拓宽了压缩机组高效稳定运行工况范围和适用的压缩机转速范围。通过进气阀回流节能调节模型,分析了少量气阀参与回流的压缩机工作循环特征,提出了基于进气阀通流面积动态自适应调整的气量调节方法并开发了基于控制时序的非全部进气阀回流气量偏差补偿修正算法,为使用较少气阀实现气量无级连续调节、降低实际应用成本奠定了基础。构建了多级压缩机缓冲腔压力动态预测模型,可实现各级压力稳态特性与加入阶跃下的动态响应特性预测,为多级压缩机流量调控奠定了基础。针对多级多缸压缩机在变流量条件下,各级压力的变化是一个多耦合、时变、非线性强的复杂过程,研究并提出了多级压缩机系统嵌套式的多回路压力控制方法。继而,以一台DW2/12往复压缩机组为研究对象,提出了气阀液压卸荷机构与电气元件分离的往复压缩机流量无级调控系统设计方案;采用一个电气元件驱动多个液压执行机构的“一带多”架构设计设计了硬件控制系统,能够实现压缩机组全流量负荷范围的高效节能稳定调控。研制了往复压缩机流量无级调控原理样机,并搭建了相关实验测试平台,在实验平台上对调控系统性能、无级气量调节与控制方法和不同流量负荷的运行工况进行了大量的实验,实验结果验证了本文在流量调节原理与控制方法方面研究成果的正确性与可行性。然后,深入分析了卸荷器顶开力、顶开位移、顶出相位、执行机构撤回速度、气阀升程、气阀弹簧等参数对进气阀动态性能和压缩机热力循环的影响。并在功能完备保证节能效果的前提下,以低加工成本、少能量消耗、长寿命为目标对系统结构参数和运行参数进行了优化选择,提高了调控系统对机组的适用性,避免了变流量调节对机组和工艺带来的不利影响。最后,在国内多个石化企业的往复压缩机上应用了本文研究成果,取得了良好的应用效果,并进一步对本文往复压缩机气量调控研究成果进行了验证。