某印度聚酯項目臥式反應器的減速箱及電機選配方法

摘要：嘗試對臥式反應器的減速箱以及電機選配方法進行分析，結合某印度年產12.5萬t膜級聚酯項目實際情況展開分析，通過分析發現，在對電機以及減速箱進行選配的過程中，必須納入對工藝要求的考量，結合市場以及用戶需求參數，調節選配方案以達到最優狀態。同時，對轉矩產生影響的一系列因素展開核算，參考反應釜運行情況對關鍵參數予以調節，以達到預期目標。

關鍵詞：臥式反應器；減速箱；電機；選配

臥式反應器的減速箱及電機是反應器傳動系統中的關鍵設備。在五釜流程聚酯生產裝置中，預縮聚段和終縮聚段反應物料的黏度和聚合度均比較高，為了使縮聚反應能獲得較為理想的聚合度分布，需要及時將縮聚反應生成的乙二醇脫除并盡量實現平推流的流動方式，即在臥置的圓筒形夾套反應器殼體內裝配拉膜攪拌裝置（多塊圓盤結構或鼠籠結構），而拉膜攪拌裝置則由電機攪拌機拖動；在聚酯生產過程中，臥式反應器的盤系需要不斷旋轉，而減速箱則可以降低轉速使得反應器更加平穩地運行，從而提高生產效率和降低能耗。此外，臥式減速箱還可以有效地控制反應器的轉速，避免因轉速過高而導致設備損壞。

在印度某年產12.5萬t膜級聚酯項目中，該項目終縮聚反應器傳動系統的設計需要按全新減速箱及電機的機械性能進行核算考慮。根據該項目工藝條件，已知終縮聚反應釜為單軸功率輸入，出料端攪拌軸所需輸入功率P2=62 kW，最大軸轉速n2=4.3 r/min（rpm）。按全年300天連續運轉考慮，每天連續電機轉速n1=1 485 r/min（rpm），電機額定電壓415±5 V，額定電流124.8 A，減速機服務系數按fb≥1.5考慮。在反應器運行過程中可能會出現瞬間的高負載情況，如果減速箱的抗負載能力不足，可能會導致系統失控，影響整個生產過程。減速箱選型是否合理，將直接影響到反應釜傳動系統設計的經濟性與安全性，其意義十分重要。本文將主要從臥式反應器減速箱及配套電機的選型設計方面，探討其在該印度聚酯項目中的應用［1］。

1減速箱機械性能核算

根據減速機的額定功率P2N、額定輸出扭矩T2N來校核滿足軸轉速要求的傳動比。

（1） 計算反應器最大扭矩：Τ2=9 550×P2n2=9 550×624.3=137 698 N·m①（2） 計算需要的減速箱傳動比：iN≈i=n1n2=1 5004.3=348②（3） 考慮減速機輸出的額定轉速要滿足工藝要求的輸出軸轉速，即：nN≥n2=4.3 r/min（rpm）③再考慮減速機的額定功率要滿足負載功率的最大容量，即：P2N≥fb·P2=1.5×62=93 kW④（4） 綜上，根據某進口品牌齒輪箱樣本中的型號參數，初步選型為該品牌H4DH系列#17減速箱，其nN=4.8 r/min（可調速范圍0～4.8 r/min），P2N=100 kW，對應的傳動比iN=315。

校核額定扭矩。根據iN查表得減速箱的額定輸出扭矩T2N=200 kN·m?？紤]減速機的額定輸出扭矩要滿足負載扭矩的最大容量，即：T2N≥fb·T2=1.5×137 689=206 533 N·m⑤結果不符合要求。由此說明此選型傳動比偏小，若繼續選用可能導致減速箱扭矩過盈負載，造成齒輪損壞。若在相同傳動比iN下提高額定輸出扭矩T2N，滿足要求的選型為同速比系列#18減速箱，其額定輸出扭矩T2N=240 kN·m，對應減速機額定功率P2N=120 kW，則損耗功率增大，降低電機使用壽命［2］。

（5） 因此考慮選擇高一擋位iN=355傳動比進行二次選型核算，且仍保證P2N≥fb·P2=93 kW，滿足條件P2N=105 kW，即為此速比系列#18減速箱，但此型號的額定轉速nN=4.2 r/min（可調速范圍0～4.2 r/min），未達到工藝要求轉速。故只能與用戶協商變更工藝需求，最終用戶同意將此反應器最大軸轉速n2=4.3 r/min降低至4.2 r/min，以保證所需傳動比選擇。

（6） 降速后，公式①中反應器最大扭矩為：T2=9 550×P2n2=9 550×624.2=140 976 N·m公式⑤中減速箱負載扭矩的最大容量為：T2N≥fb·T2=1.5×140 976=211 464 N·m根據iN查表得減速箱的額定輸出扭矩T2N=240 kN·m，由此可證該減速箱選型符合要求。此反應器減速箱的最終選型為該進口品牌H4DH系列#18，iN=355。

2減速箱配用電機核算

根據減速機的實際輸出額定負載選擇電機，即反應釜實際軸功率下的扭矩［3］。

（1） 考慮電機額定轉矩×減速比要大于負載額定轉矩，即：TA·iN≥T2=140 976 N·m⑥計算得TA≥T2iN=140 976355=397 N·m，根據某國產品牌YP系列低壓變頻器相異步電動機樣本中型號參數，初步選型為YP280S4，其額定功率PAN=75 kW，額定轉矩TAN=481.7 N·m。

（2） 考慮減速箱的額定扭矩應大于或等于電機的額定轉矩×減速比，校核電機額定轉矩：T2N≥TAN·iN=481.7×355=17 358.5 N·m⑦由此可證該電機選型符合要求［4］。

（3） 核算電機安全電流：P1=3×U·I×cosφ×η式中：P1—電機實際功率（kW）；

U1—額定電壓（V），取415 V（按用戶當地供電電壓）；

I1—實測電流（A），取124.8 A（按電機品牌提供）；

T1—電機實際轉矩（N·m）；

n—實測轉速（rpm），取4.2 r/min（按工藝專業核算提供）；

cosφ—額定功率因數，取0.89（按時下電機手冊選取）；

η—額定效率，取0.935（按時下電機手冊選取）。P1=3×415×124.8×0.89×0.935≈74.6 kW

T1=9 550×P1n=9 550×74.64.2=169 626 N·m①當保持減速機輸出轉速為4.2 rpm時，P2=T/f×n9 550式中：P2——減速機所能承載的最大電機功率（kW）；

T——減速機額定轉矩（N·m），取240 000 N·m（根據減速箱樣本提供）；

f——減速機服務系數，取1.5；

n——實測轉速（rpm），取4.2 r/min。P2=240 000/1.5×4.29 550=70.4 kW根據P=3×U·I×cosφ×η，可得出當減速機輸出轉速為4.2 rpm時，電機最大電流Im=117.7 A。

②減速機輸出轉矩Tn在240 000/1.5=160 000 N·m，且輸出轉速為4.2 rpm時，電機最大電流In=117.7 A。

綜上所述，Im=Inlt;電機標稱電流132.2 A（按時下電機手冊選取），電機電流在117.7 A以下時，減速箱能夠安全使用［5］。

3總結

（1） 選配方法需要考慮多種因素。在選配減速箱和電機時，需要綜合考慮項目的工藝要求、設備參數、運行環境等因素，以確保選配方案的合理性和可行性。此外，還需要根據用戶需求、市場需求等，定期對選配方法進行優化和調整。

（2） 通過考核電流和轉速兩個參數的關系，在DCS中設置轉矩報警值來保證最大轉矩T。實際使用過程中，聯軸器、軸封、軸承等都會損耗轉矩，實際傳遞到軸上的轉矩會有所降低。以上結果為按全新設備核算所得，且未考慮電氣專業要求，用戶應根據工藝流程中各反應釜的實際運行情況進行調整。

參考文獻：

［1］王春芳，周清嶺.一種真空高效臥式反應器的設計［J］.浙江化工，2010，41（10）：2526.

［2］蘇既同，張彤輝，張利軍，等.Innovene氣相法聚丙烯臥式攪拌反應器運行分析［J］.化工管理，2021（13）：136137，162.

［3］劉偉，曹翌佳，王靖岱，等.聚丙烯臥式攪拌床反應器料面傾斜角的聲發射檢測［J］.石油化工，2009，38（10）：10951100.

［4］趙利娜，苗一，朱向則.基于FLUENT軟件臥式聚合反應器攪拌流場的數值計算［J］.化工裝備技術，2010，31（6）：2325，29.

［5］李峰哲，丁杰，郭婉茜，等.臥式CSTR生物制氫反應器設計與流場數值模擬［J］.太陽能學報，2021，42（10）：305310.