大型往復活塞式壓縮機電動盤車設計

馬靜 張秋穎 龐巖衛

摘 要：盤車是往復活塞式壓縮機不可缺少的裝置，尤其是中、大型壓縮機。本文詳細介紹了電動盤車裝置的結構、特點和使用方法。并以一臺大型往復活塞式壓縮機為例，介紹了大型壓縮機電動盤車裝置的選型設計過程，以及設計和使用過程中的注意事項。

關鍵詞：往復壓縮機；盤車裝置；電動盤車；飛輪

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0089-02

0 概述

壓縮機盤車的目的是在機組運轉前對壓縮機的裝配質量作最后檢查，以保證壓縮機能正常、順利地運轉。另外，在裝配檢修過程中，也常需盤動運動部件至某一便于拆裝的位置。例如安裝連桿、測十字頭間隙、壓活塞止點間隙等都需要盤動壓縮機。

根據驅動方式盤車裝置一般分為手動盤車、電動盤車和氣動盤車三種。當壓縮機組較大時，往往不能實現手動盤車，需要動力盤車裝置，即電動或氣動盤車。API618第五版7.11.4節規定：所有壓縮機應提供適合維修用的盤車裝置，額定功率等于或大于750kW的壓縮機，和最大盤車扭矩要求等于或大于1600N.m的壓縮機，應提供動力盤車裝置。電動盤車因其結構簡單、操作便捷、安全可靠，成為動力盤車的首選。

1 電動盤車裝置結構介紹

電動盤車主要由安裝在壓縮機曲軸法蘭端的飛輪、與飛輪嚙合的小齒輪、減速機及減速機支架等組成。早期電動盤車主要由蝸輪蝸桿減速后，再通過兩對齒輪減速，達到盤動壓縮機所需的轉數。小齒輪與飛輪的嚙合是通過扳動安裝在減速機支架上的撥桿來實現，其結構復雜，不方便操作，且扳動撥桿比較費力，長時間使用后撥桿常常銹蝕無法扳動。

我公司電動盤車裝置經過兩次優化升級后，現行電動盤車裝置結構如圖1所示。

改進后的新式減速機設置兩處操作手輪，見圖1中手輪1和手輪2。手輪1安裝在減速機從動齒輪軸上，旋轉手輪可以使小齒輪沿軸向進給。手輪2安裝在減速機驅動電機的尾部，用于盤動減速機電機，即旋轉手輪2可使小齒輪旋轉。先旋轉手輪2使小齒輪旋轉，讓小齒輪與飛輪齒位對正，再旋轉手輪1使小齒輪徑向進給，實現小齒輪與飛輪的嚙合。啟動減速機進入盤車狀態。當盤車結束時，旋轉手輪1，使小齒輪與飛輪脫開。減速機支架上設有行程開關，小齒輪與飛輪脫開后，繼續盤動小齒輪使小齒輪觸動行程開，解鎖啟動壓縮機邏輯，允許啟動壓縮機。手輪1的設置使齒輪的嚙合變得極為省力，手輪2不僅可以調整小齒輪的角度對部分壓縮機也可進行手動盤車。

此盤車裝置結構先進，操作省力，安全可靠，代替了靠撥桿和固定銷撥動或鎖死盤車齒輪的既笨重又費力的傳統盤車裝置。而且減速機的電動機立式配置在減速機上端，占地面積小，便于操作。新結構的電動盤車推出后，得到用戶的認可，陸續為多家用戶的老式結構的盤車進行了改造，改造后使用情況良好。現場使用照片見圖2。

此電動盤車裝置的主要特點總結如下：

（1）雙手輪結構，使小齒輪與飛輪的嚙合與脫開方便、快捷、省力。（2）減速機的電動機立式配置在減速機上端，占地面積小，便于操作。（3）行程開關的設置，與壓縮機啟機邏輯形成聯鎖，保證運行安全。

2 電動盤車裝置的選型設計

電動盤車裝置選型設計時，首先要確定壓縮機空載盤車時所需的轉矩，再計算出所需盤車電機的功率，再對各零部件進行強度計算和優化設計。下面以我公司生產的一臺6M80壓縮機組為例，對該臺壓縮機進行電動盤車裝置的選型設計。

2.1 設計參數

該壓縮機為6列6缸3級壓縮。一級缸2個，缸徑1140mm，二級缸2個，缸徑840mm，三級缸2個，缸徑630mm。機組許用活塞力800KN，采用同步電機驅動，壓縮機曲軸與主電機采用剛性直聯。機組所需飛輪矩8.7tm2。主要參數如下：

主電機功率：7800kW；

壓縮機轉速：333r/min；

電機轉子重量：40000kg；

電機軸直徑：400mm；

飛輪齒數：123（初選，同參考飛輪齒數相同）；

小齒輪齒數：19（初選，同參考小齒輪齒數相同）。

2.2 計算壓縮機空載盤車時所需的轉矩M，單位N.m

M=M1+M2

M1為壓縮機空載時的轉矩，單位N.m

M1=×k

Pd為主電機功率，單位kW

n為壓縮機轉速，單位r/min

k為系數，取0.12

M2為電動機空載時的轉矩，單位N.m

M2=

G為主電機轉子重量，單位kg

f為電動機軸徑與軸承摩擦系數，取0.3

d為電動機軸徑，單位m

將已知參數代入公式，計算得壓縮機空載盤車時所需的轉矩為50387Nm。

2.3 計算所需盤車電機的功率P，單位kW

P=

M即壓縮機空載盤車時所需的轉矩，單位N.m

np為壓縮機盤車轉速，單位r/min

np=

n1為減速機輸出轉速，查減速機樣本為5.3r/min

Z1為小齒輪齒數，為減少零件的種類，初步借用現有小齒輪，齒數為19

Z為飛輪齒數，為減少零件的種類，初步借用現有飛輪，齒數為123

η為盤車機械的傳動效率，取0.9

將已知參數代入公式，計算得所需盤車電機的功率為4.8kW，查減速機樣本，可選用5.5kW的減速機。

2.4 電動盤車裝置零部件強度計算

本裝置中零部件強度計算，主要是校核齒輪強度。飛輪常規材質為HT250，小齒輪常規材質為40Cr，應分別對飛輪和小齒輪上的齒進行強度計算。因盤車時間較短，且僅在壓縮機檢維修時使用，無需進行疲勞計算，僅靜強度分析即可。可參照機械設計手冊進行，本文不再贅述。

3 電動盤車裝置使用時的注意事項

（1）安裝了電動盤車的壓縮機，應檢查是否安裝了行程開關，且對行程開關進行調試，確保行程開關正常工作。檢查壓縮機啟機邏輯，是否對盤車行程開關進行了聯鎖，確保小齒輪與飛輪脫開后方可啟動壓縮機。（2）盤車前，應將小齒輪與飛輪正確嚙合后再啟動盤車電機，防止對齒輪造成損傷。（3）盤車前，應對壓縮機各摩擦部位進行適當潤滑，防止干摩擦損傷摩擦副，尤其是對于高轉速壓縮機和立式壓縮機。高轉速由于其軸瓦的結構干摩擦特別容易損傷軸瓦，導致運行時燒瓦。而立式壓縮機由于其立式結構使運動部件的重力全部作用在軸瓦上，若干摩擦也容易導致軸瓦損傷。（4）應控制盤車時間，一般為盤車3～5轉，低速盤車不能有效的形成油膜，所以不可以長時間的盤車。（5）盤車前應提醒現場其他工作人員注意，防止夾手等傷害發生。

參考文獻

[1] 郁永章.容積式壓縮機技術手冊[M].機械工業出版社，2005.

[2] 《活塞式壓縮機設計》編寫組.活塞式壓縮機設計[M].機械工業出版社，1974.