我国是一个能源紧缺的国家,在国家规划中如何实现节能减排始终是反复强调的重要问题,从“十三五”的节能减排政策到“十四五”的碳达峰要求,可见我国十分重视能源问题。往复压缩机因其适应范围广,压缩效率高被广泛应用于石油石化,天然气输送以及冶金化工行业,同时其能源消耗占据了我国工业能耗很大比例,因此压缩机是企业需要节能降耗的重点设备之一。基于部分行程顶开进气阀的往复压缩机无级气量调节系统解决了压缩机因气缸固定无法适应流量调节而造成大量能源浪费的问题,同时该系统因其调节范围宽、节能效果好,被广泛应用工业领域。由于气量调节系统的调控性能需求,要求系统执行机构在行程范围内快速动作并维持在限位处一定时间,造成机械部件的速度冲击大、振动以及噪声高、寿命短,液压密封件磨损快等问题,同时执行机构动作特性涉及多个子系统参数,动作特性也与调控系统和压缩机性能直接关联。因此,优化执行机构的结构以及子系统参数匹配对于提高无级气量调节系统经济性和性价比,提升其安全可靠、高效节能的运行能力有着极其重要的意义和价值。针对执行机构振动冲击大,噪声高,寿命短的问题,以往复压缩机无级气量调节系统为研究对象,本文开展了液压系统以及机械系统关键参数的优化匹配以及执行机构液压部件缓冲优化改造等研究。气阀故障作为压缩机典型频发故障,本文探究了气阀故障与气量调节耦合后压缩机工作性能的变化规律。本文的研究成果对于延长无级气量调节系统的执行机构使用寿命,提升系统的经济性能,增强系统安全可靠性有着重要意义。具体研究内容如下:首先,依据部分行程压开进气阀的工作原理,建立了往复压缩机无级气量调节系统的各个子系统模型,包括变负荷工况下往复压缩机工作循环模型,机械系统、液压系统以及调控系统工作模型,基于数学模型确定了影响系统性能的关键参数。通过分析液压系统、机械系统以及往复压缩机系统的耦合点,搭建了基于接口技术的往复压缩机无级气量调节系统多系统联合仿真方案,对比仿真与实验的动态压力数据结果验证了模型的正确性和求解方案可行性。其次,为降低卸荷器的顶出冲击和撤回冲击,延长执行机构整体的使用寿命,提升系统运行安全稳定性,提出了一种实现双向缓冲的执行机构液压部件缓冲优化结构。基于缓冲原理和结构设计,构建了缓冲活塞和柱塞的运动学模型以及仿真模型,通过仿真研究和实验研究验证了缓冲结构的缓冲效果以及关键参数对缓冲性能的影响,并对缓冲结构的可靠性进行了长周期验证。继而,基于影响卸荷器撤回动作特性的关键参数独立分析结果,定义了初选方案并给出了参数的初选范围。利用仿真试验探究了影响卸荷器动作特性的关键参数之间的耦合关系,并建立了关键参数（进油压力,回油压力和复位弹簧刚度）与目标函数（卸荷器的顶出和撤回速度,系统的指示功偏差和排量偏差）之间的代理数学模型。针对气量调节系统负荷工况多且系统多目标互抑的特点,提出一种仿真试验与多目标优化方法相结合的关键参数优化方法,确定了进油压力,回油压力以及复位弹簧刚度适应全负荷工况优化结果。并通过实验验证了优化结果,优化后卸荷器冲击的有效值明显下降,顶出冲击有效值下降了20%左右,撤回冲击有效值下降了50%左右,气量调节偏差在10%以内,实现了保证压缩机节能的同时间接延长了执行机构的使用寿命,提升了气量调节系统的经济性。然后,通过建立吸气阀泄漏质量流量工作模型,并与变负荷压缩机工作模型融合,建立了吸气阀泄漏故障与气量调节耦合工况的往复压缩机工作循环模型,探究了耦合工况下压缩机性能和气量调控系统性能的变化规律,吸气阀的泄漏造成了机组示功图发生异变,机组排气量下降,指示比功增加,机组的经济性能下降,同时负荷的降低加剧了泄漏故障带来的机组性能的劣化,并依托往复压缩机无级气量调节系统实验台设计相关实验,验证了理论分析结论的正确性,为耦合工况下气阀故障识别以及故障工况下系统调控参数优化奠定了理论基础。最后,将气量调节系统多目标优化方法与执行机构液压缓冲优化结构成功应用于某石化的氮气机组,优化后现场机组的卸荷器振动大幅度下降,冲击噪声明显降低,同时经过电控系统参数的合理匹配调控效果良好。经过一个月的连续稳定运行,缓冲部件缓冲效果良好,进一步验证了其可靠性。因此,优化后的往复压缩机无级气量调节系统不仅实现了压缩机的高效节能,而且提高了调控系统的经济性,提升了系统的安全可靠性。