箱式空壓站在工業生產中的應用

王忠煥

（上海英格索蘭壓縮機有限公司，上海 200245）

一般企業的生產車間是固定的，通過采購空壓機及后處理等單體設備，然后建設空壓站的方式，為生產線和生產工藝提供壓縮空氣；但有些行業的生產和工作地點是不斷變動的，如野外勘探、建筑安裝企業的施工現場等，不適合建設固定的空壓站，使用箱式空壓站是較好的選擇，當某個施工現場的工作完成后，可以馬上把箱式空壓站發運到下一個勘探點或施工現場繼續投入使用，以保證生產的連續性和生產效率。由此可見，箱式空壓站可以解決特殊工業生產的壓縮空氣需求的難題，其對工業生產起著重要的作用。

1 箱式空壓站概述

1.1 箱式空壓站結構

箱式空壓站是將空壓機、干燥機、過濾器、儲氣罐、冷卻水泵（用于水冷式空壓機）、配電柜、控制柜等空氣設備安裝在一個特種集裝箱里，通過地腳螺栓和輔助支架，把所有設備固定安裝在集裝箱的底板和底梁上，然后按照圖紙設計流程，完成設備、管道、電氣、儀表安裝，壓縮空氣法蘭接口、冷卻循環水的接口、排污接口預留在集裝箱底座或墻壁邊緣，用于客戶現場外接管路和工藝配管；箱體上預留電纜的進線孔，配齊電纜葛蘭，便于現場接線，如果設備的功率較小，可以在箱體外側設計插座箱并配齊45°斜向防爆插孔和插座，便于現場供電；特種集裝箱配有吊耳或叉車孔用于吊裝和鏟運；箱內進行吸音隔熱裝修，可吸收空壓機及附屬設備的運行噪音。

1.2 箱式空壓站特點

箱式空壓站安裝非常簡單，平地即可；在風載荷較大的特殊環境如海邊，可以設計專門的設備基礎并通過地腳螺栓安裝固定集裝箱，以滿足風載荷的設計強度要求。箱式空壓站的優點如下：

（1）保證操作人員和設備的安全，避免設備在露天被風吹雨淋，保護空壓機等設備，從而保證空壓機系統連續正常運轉；在海洋環境下，箱式空壓站相當于增強了箱內所有設備的防護等級；在溫度極低和極高的環境中，可以通過設計安裝加熱器和隔熱層、空調，來調節箱內的溫度適合于空壓機正常運轉；在沙漠環境里，箱式空壓站可以在空氣進氣口安裝防沙過濾器來阻擋沙塵而保護箱內設備，從而延長空壓機和后處理設備的使用壽命，提供設備運行效率，減少維修工作量。

（2）便于設備集中管理，箱門上鎖可以避免施工現場的設備零部件丟失。

（3）隨著工業用地的成本價格上漲，選用箱式空壓機站替代傳統的空壓站房來為生產提供壓縮空氣，也是企業降低前期投資成本的方式之一。

1.3 箱式空壓站的主要附件

箱式空壓站的主要設備有空壓機等主要設備和柜體以外，集裝箱本身的主要配置有：軸流風機、照明燈、進氣百葉窗及空氣初濾器、排氣百葉窗及防蟲網、進氣導流罩、排熱風的導風罩（風冷空壓機）、設備操作觀察窗（窺視窗）、安全門鎖、箱門鎖、吸音隔熱裝修等，這些配置可以滿足空壓機的運行、觀察、記錄、日常維護和維修保養的使用要求。

2 集裝箱強度計算

以某項目箱式空壓站為例來闡述集裝箱強度的計算。箱內的主要設備是英格索蘭的1臺R160I-A14噴油螺桿空壓機，1臺D1350IE微熱再生式干燥機，1臺2.0 m3/1.3 MPa儲氣罐，集裝箱為40尺標準尺寸箱，連同其他配電柜控制柜管道閥門儀表橇底座等所有設備和物料，箱子的總質量為10噸，考慮到運輸的存儲方便，按照40尺的標準高箱來設計，箱體尺寸為：12 192×2 438×2 896 mm，箱式空壓站整體重量約為9.6噸。

已知條件：總重量（含集裝箱自重）為95 687 N，約為 9.6 t。

集裝箱中有頂角件、角柱和底角件組成角結構，承受集裝箱堆碼載荷。由集裝箱底部四個底角件、左右兩個下側梁、下端梁、地板、底梁組成集裝箱底結構，底側梁和底梁組成集裝箱底框架，直接承受集裝箱內部負荷。已知該集裝箱長度為12 192 mm，寬度為2 438 mm，高度為2 896 mm，屬于40尺高柜集裝箱。設備布置示意圖如圖1所示。

圖1 集裝箱底梁分類示意圖

2.1 底梁強度和撓度計算

根據承載不同，對集裝箱底梁（2 330 mm）進行分類，主要有四種，具體如意圖2所示。以底梁1和4的強度和撓度計算為例來加以說明，其余底梁2和3的強度計算略。

圖2 底梁截面尺寸圖

（1）底梁1的強度和撓度計算（L=2 330 mm）底梁1主要承受集裝箱的部分自重。底梁1的截面尺寸如圖2所示。

集裝箱尺寸為12 192×2 438×2 896 mm(4 350 kg)總質量=42 630 N，則底梁1所承擔的集裝箱的自重為：

由于F均布在底梁1上，則q=0.86 N·mm。

底梁截面截面尺寸如圖3所示，則I=1.46×106mm4，y1=64.2 mm（截面中心至下翼緣距離）為：

通過上述計算證明，槽鋼的強度完全滿足要求。

圖3 底梁3荷載示意圖

（2）底梁1的剛度計算

[w]=l/300=2 438/300=8.13 mm

通過上述計算證明，底梁1的剛度滿足要求。

（3）底梁3的強度計算：底梁長度（L=2 330 mm）

干燥機和配電柜的重量由4根底梁3承擔，則每根底梁3承擔的荷載F1=3 680 N，底梁3的荷載分布示意圖如圖4所示。

底梁3承擔的部分集裝箱自重F2=360 N。

每根底梁3承擔的荷載F=4 040 N，q=F/887=4.55 N·mm。

Mmax=2×106N/mm

通過上述計算證明，底梁3的強度滿足要求。

（4）底梁3的剛度計算

Wmax=3.8 mm

[w]=l/300=2 438/300=8.13 mm

通過上述計算證明，底梁3的剛度滿足要求。

2.2 角柱和底角件強度計算

根據《集裝箱檢驗規范》（2008），角柱和角件為標準件，因篇幅原因，其強度校核及插圖略。對集裝箱采用了SAP2000軟件簡化建模進行整體受力分析，有限元模型如下圖4所示。

圖4 有限元模型圖

經軟件計算可得，集裝箱吊裝過程中最不利截面在底側梁跨中，底側梁跨中的最大彎矩為M=4 012 308 N·mm=4.01 kN·m；底側梁抗彎截面模量為 I=3.3×106mm4，y=85.7 mm。

通過上述強度校核，集裝箱整體強度滿足設計要求。

3 箱式空壓站的應用及前景

箱式空壓機站的特點是吊裝、運輸、使用方便、便于設備管理、噪音低、設備使用安全性高、箱內設備故障率低，在工程施工現場、造船廠、野外勘探、礦山鑿巖、海洋平臺、地鐵盾構機維修現場、天然氣分輸站等特殊行業和特殊使用環境中得到很好的應用，發揮著重要的作用。

箱式空壓站使車間布局美觀，降低噪音，改善空壓機操作人員的工作環境。隨著城市工業用地將更加緊張，如果一個工廠空壓機數量多而沒有足夠大的空壓站房安裝設備，可以參照立體車庫的設計思路，把多個箱式空壓站疊加起來來解決這個問題。

目前我國有數量龐大的機電建筑安裝企業，正在全力開拓國際市場，尤其是海外的發展中國家，工程施工現場需要壓縮空氣，箱式空壓站海運陸運都方便，標準尺寸的箱式空壓站，可以直接裝船運輸而不需要貨柜，可以為企業降低部分運輸成本，滿足海外施工的要求。

4 結束語

與傳統的固定式空壓站相比，箱式空壓站機動靈活，運行可靠，安全舒適，其在特殊的工業生產中發揮著重要的作用。箱內的吸音降噪措施，操作舒適，符合工業時代的發展趨勢，且安全、環保、舒適、快捷。其可以安放在室外任何地點，也能在風雨沙塵的環境下正常使用使用。英格索蘭公司設計制造的箱式空壓站在國內和國際生產企業和工程施工現場，得到廣泛地應用。

[1]集裝箱檢驗規范(2008)[S].