王忠煥

（上海英格索蘭壓縮機(jī)有限公司，上海 200245）

一般企業(yè)的生產(chǎn)車間是固定的，通過(guò)采購(gòu)空壓機(jī)及后處理等單體設(shè)備，然后建設(shè)空壓站的方式，為生產(chǎn)線和生產(chǎn)工藝提供壓縮空氣；但有些行業(yè)的生產(chǎn)和工作地點(diǎn)是不斷變動(dòng)的，如野外勘探、建筑安裝企業(yè)的施工現(xiàn)場(chǎng)等，不適合建設(shè)固定的空壓站，使用箱式空壓站是較好的選擇，當(dāng)某個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的工作完成后，可以馬上把箱式空壓站發(fā)運(yùn)到下一個(gè)勘探點(diǎn)或施工現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)投入使用，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性和生產(chǎn)效率。由此可見(jiàn)，箱式空壓站可以解決特殊工業(yè)生產(chǎn)的壓縮空氣需求的難題，其對(duì)工業(yè)生產(chǎn)起著重要的作用。

1 箱式空壓站概述

1.1 箱式空壓站結(jié)構(gòu)

箱式空壓站是將空壓機(jī)、干燥機(jī)、過(guò)濾器、儲(chǔ)氣罐、冷卻水泵（用于水冷式空壓機(jī)）、配電柜、控制柜等空氣設(shè)備安裝在一個(gè)特種集裝箱里，通過(guò)地腳螺栓和輔助支架，把所有設(shè)備固定安裝在集裝箱的底板和底梁上，然后按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)流程，完成設(shè)備、管道、電氣、儀表安裝，壓縮空氣法蘭接口、冷卻循環(huán)水的接口、排污接口預(yù)留在集裝箱底座或墻壁邊緣，用于客戶現(xiàn)場(chǎng)外接管路和工藝配管；箱體上預(yù)留電纜的進(jìn)線孔，配齊電纜葛蘭，便于現(xiàn)場(chǎng)接線，如果設(shè)備的功率較小，可以在箱體外側(cè)設(shè)計(jì)插座箱并配齊45°斜向防爆插孔和插座，便于現(xiàn)場(chǎng)供電；特種集裝箱配有吊耳或叉車孔用于吊裝和鏟運(yùn)；箱內(nèi)進(jìn)行吸音隔熱裝修，可吸收空壓機(jī)及附屬設(shè)備的運(yùn)行噪音。

1.2 箱式空壓站特點(diǎn)

箱式空壓站安裝非常簡(jiǎn)單，平地即可；在風(fēng)載荷較大的特殊環(huán)境如海邊，可以設(shè)計(jì)專門的設(shè)備基礎(chǔ)并通過(guò)地腳螺栓安裝固定集裝箱，以滿足風(fēng)載荷的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。箱式空壓站的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）保證操作人員和設(shè)備的安全，避免設(shè)備在露天被風(fēng)吹雨淋，保護(hù)空壓機(jī)等設(shè)備，從而保證空壓機(jī)系統(tǒng)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；在海洋環(huán)境下，箱式空壓站相當(dāng)于增強(qiáng)了箱內(nèi)所有設(shè)備的防護(hù)等級(jí)；在溫度極低和極高的環(huán)境中，可以通過(guò)設(shè)計(jì)安裝加熱器和隔熱層、空調(diào)，來(lái)調(diào)節(jié)箱內(nèi)的溫度適合于空壓機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；在沙漠環(huán)境里，箱式空壓站可以在空氣進(jìn)氣口安裝防沙過(guò)濾器來(lái)阻擋沙塵而保護(hù)箱內(nèi)設(shè)備，從而延長(zhǎng)空壓機(jī)和后處理設(shè)備的使用壽命，提供設(shè)備運(yùn)行效率，減少維修工作量。

（2）便于設(shè)備集中管理，箱門上鎖可以避免施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備零部件丟失。

（3）隨著工業(yè)用地的成本價(jià)格上漲，選用箱式空壓機(jī)站替代傳統(tǒng)的空壓站房來(lái)為生產(chǎn)提供壓縮空氣，也是企業(yè)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(shè)備有空壓機(jī)等主要設(shè)備和柜體以外，集裝箱本身的主要配置有：軸流風(fēng)機(jī)、照明燈、進(jìn)氣百葉窗及空氣初濾器、排氣百葉窗及防蟲(chóng)網(wǎng)、進(jìn)氣導(dǎo)流罩、排熱風(fēng)的導(dǎo)風(fēng)罩（風(fēng)冷空壓機(jī)）、設(shè)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(jī)的運(yùn)行、觀察、記錄、日常維護(hù)和維修保養(yǎng)的使用要求。

2 集裝箱強(qiáng)度計(jì)算

以某項(xiàng)目箱式空壓站為例來(lái)闡述集裝箱強(qiáng)度的計(jì)算。箱內(nèi)的主要設(shè)備是英格索蘭的1臺(tái)R160I-A14噴油螺桿空壓機(jī)，1臺(tái)D1350IE微熱再生式干燥機(jī)，1臺(tái)2.0 m3/1.3 MPa儲(chǔ)氣罐，集裝箱為40尺標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備和物料，箱子的總質(zhì)量為10噸，考慮到運(yùn)輸?shù)拇鎯?chǔ)方便，按照40尺的標(biāo)準(zhǔn)高箱來(lái)設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)，承受集裝箱堆碼載荷。由集裝箱底部四個(gè)底角件、左右兩個(gè)下側(cè)梁、下端梁、地板、底梁組成集裝箱底結(jié)構(gòu)，底側(cè)梁和底梁組成集裝箱底框架，直接承受集裝箱內(nèi)部負(fù)荷。已知該集裝箱長(zhǎng)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(shè)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(qiáng)度和撓度計(jì)算

根據(jù)承載不同，對(duì)集裝箱底梁（2 330 mm）進(jìn)行分類，主要有四種，具體如意圖2所示。以底梁1和4的強(qiáng)度和撓度計(jì)算為例來(lái)加以說(shuō)明，其余底梁2和3的強(qiáng)度計(jì)算略。

圖2 底梁截面尺寸圖

（1）底梁1的強(qiáng)度和撓度計(jì)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(zhì)量=42 630 N，則底梁1所承擔(dān)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(guò)上述計(jì)算證明，槽鋼的強(qiáng)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(jì)算

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

通過(guò)上述計(jì)算證明，底梁1的剛度滿足要求。

（3）底梁3的強(qiáng)度計(jì)算：底梁長(zhǎng)度（L=2 330 mm）

干燥機(jī)和配電柜的重量由4根底梁3承擔(dān)，則每根底梁3承擔(dān)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(dān)的部分集裝箱自重F2=360 N。

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

Mmax=2×106N/mm

通過(guò)上述計(jì)算證明，底梁3的強(qiáng)度滿足要求。

（4）底梁3的剛度計(jì)算

Wmax=3.8 mm

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

通過(guò)上述計(jì)算證明，底梁3的剛度滿足要求。

2.2 角柱和底角件強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)《集裝箱檢驗(yàn)規(guī)范》（2008），角柱和角件為標(biāo)準(zhǔn)件，因篇幅原因，其強(qiáng)度校核及插圖略。對(duì)集裝箱采用了SAP2000軟件簡(jiǎn)化建模進(jìn)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(jīng)軟件計(jì)算可得，集裝箱吊裝過(guò)程中最不利截面在底側(cè)梁跨中，底側(cè)梁跨中的最大彎矩為M=4 012 308 N·mm=4.01 kN·m；底側(cè)梁抗彎截面模量為 I=3.3×106mm4，y=85.7 mm。

通過(guò)上述強(qiáng)度校核，集裝箱整體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 箱式空壓站的應(yīng)用及前景

箱式空壓機(jī)站的特點(diǎn)是吊裝、運(yùn)輸、使用方便、便于設(shè)備管理、噪音低、設(shè)備使用安全性高、箱內(nèi)設(shè)備故障率低，在工程施工現(xiàn)場(chǎng)、造船廠、野外勘探、礦山鑿巖、海洋平臺(tái)、地鐵盾構(gòu)機(jī)維修現(xiàn)場(chǎng)、天然氣分輸站等特殊行業(yè)和特殊使用環(huán)境中得到很好的應(yīng)用，發(fā)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(jī)操作人員的工作環(huán)境。隨著城市工業(yè)用地將更加緊張，如果一個(gè)工廠空壓機(jī)數(shù)量多而沒(méi)有足夠大的空壓站房安裝設(shè)備，可以參照立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)思路，把多個(gè)箱式空壓站疊加起來(lái)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

目前我國(guó)有數(shù)量龐大的機(jī)電建筑安裝企業(yè)，正在全力開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，尤其是海外的發(fā)展中國(guó)家，工程施工現(xiàn)場(chǎng)需要壓縮空氣，箱式空壓站海運(yùn)陸運(yùn)都方便，標(biāo)準(zhǔn)尺寸的箱式空壓站，可以直接裝船運(yùn)輸而不需要貨柜，可以為企業(yè)降低部分運(yùn)輸成本，滿足海外施工的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的固定式空壓站相比，箱式空壓站機(jī)動(dòng)靈活，運(yùn)行可靠，安全舒適，其在特殊的工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。箱內(nèi)的吸音降噪措施，操作舒適，符合工業(yè)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，且安全、環(huán)保、舒適、快捷。其可以安放在室外任何地點(diǎn)，也能在風(fēng)雨沙塵的環(huán)境下正常使用使用。英格索蘭公司設(shè)計(jì)制造的箱式空壓站在國(guó)內(nèi)和國(guó)際生產(chǎn)企業(yè)和工程施工現(xiàn)場(chǎng)，得到廣泛地應(yīng)用。

[1]集裝箱檢驗(yàn)規(guī)范(2008)[S].