箱式空压站在工业生产中的应用

王忠焕

（上海英格索兰压缩机有限公司，上海 200245）

一般企业的生产车间是固定的，通过采购空压机及后处理等单体设备，然后建设空压站的方式，为生产线和生产工艺提供压缩空气；但有些行业的生产和工作地点是不断变动的，如野外勘探、建筑安装企业的施工现场等，不适合建设固定的空压站，使用箱式空压站是较好的选择，当某个施工现场的工作完成后，可以马上把箱式空压站发运到下一个勘探点或施工现场继续投入使用，以保证生产的连续性和生产效率。由此可见，箱式空压站可以解决特殊工业生产的压缩空气需求的难题，其对工业生产起着重要的作用。

1 箱式空压站概述

1.1 箱式空压站结构

箱式空压站是将空压机、干燥机、过滤器、储气罐、冷却水泵（用于水冷式空压机）、配电柜、控制柜等空气设备安装在一个特种集装箱里，通过地脚螺栓和辅助支架，把所有设备固定安装在集装箱的底板和底梁上，然后按照图纸设计流程，完成设备、管道、电气、仪表安装，压缩空气法兰接口、冷却循环水的接口、排污接口预留在集装箱底座或墙壁边缘，用于客户现场外接管路和工艺配管；箱体上预留电缆的进线孔，配齐电缆葛兰，便于现场接线，如果设备的功率较小，可以在箱体外侧设计插座箱并配齐45°斜向防爆插孔和插座，便于现场供电；特种集装箱配有吊耳或叉车孔用于吊装和铲运；箱内进行吸音隔热装修，可吸收空压机及附属设备的运行噪音。

1.2 箱式空压站特点

箱式空压站安装非常简单，平地即可；在风载荷较大的特殊环境如海边，可以设计专门的设备基础并通过地脚螺栓安装固定集装箱，以满足风载荷的设计强度要求。箱式空压站的优点如下：

（1）保证操作人员和设备的安全，避免设备在露天被风吹雨淋，保护空压机等设备，从而保证空压机系统连续正常运转；在海洋环境下，箱式空压站相当于增强了箱内所有设备的防护等级；在温度极低和极高的环境中，可以通过设计安装加热器和隔热层、空调，来调节箱内的温度适合于空压机正常运转；在沙漠环境里，箱式空压站可以在空气进气口安装防沙过滤器来阻挡沙尘而保护箱内设备，从而延长空压机和后处理设备的使用寿命，提供设备运行效率，减少维修工作量。

（2）便于设备集中管理，箱门上锁可以避免施工现场的设备零部件丢失。

（3）随着工业用地的成本价格上涨，选用箱式空压机站替代传统的空压站房来为生产提供压缩空气，也是企业降低前期投资成本的方式之一。

1.3 箱式空压站的主要附件

箱式空压站的主要设备有空压机等主要设备和柜体以外，集装箱本身的主要配置有：轴流风机、照明灯、进气百叶窗及空气初滤器、排气百叶窗及防虫网、进气导流罩、排热风的导风罩（风冷空压机）、设备操作观察窗（窥视窗）、安全门锁、箱门锁、吸音隔热装修等，这些配置可以满足空压机的运行、观察、记录、日常维护和维修保养的使用要求。

2 集装箱强度计算

以某项目箱式空压站为例来阐述集装箱强度的计算。箱内的主要设备是英格索兰的1台R160I-A14喷油螺杆空压机，1台D1350IE微热再生式干燥机，1台2.0 m3/1.3 MPa储气罐，集装箱为40尺标准尺寸箱，连同其他配电柜控制柜管道阀门仪表橇底座等所有设备和物料，箱子的总质量为10吨，考虑到运输的存储方便，按照40尺的标准高箱来设计，箱体尺寸为：12 192×2 438×2 896 mm，箱式空压站整体重量约为9.6吨。

已知条件：总重量（含集装箱自重）为95 687 N，约为 9.6 t。

集装箱中有顶角件、角柱和底角件组成角结构，承受集装箱堆码载荷。由集装箱底部四个底角件、左右两个下侧梁、下端梁、地板、底梁组成集装箱底结构，底侧梁和底梁组成集装箱底框架，直接承受集装箱内部负荷。已知该集装箱长度为12 192 mm，宽度为2 438 mm，高度为2 896 mm，属于40尺高柜集装箱。设备布置示意图如图1所示。

图1 集装箱底梁分类示意图

2.1 底梁强度和挠度计算

根据承载不同，对集装箱底梁（2 330 mm）进行分类，主要有四种，具体如意图2所示。以底梁1和4的强度和挠度计算为例来加以说明，其余底梁2和3的强度计算略。

图2 底梁截面尺寸图

（1）底梁1的强度和挠度计算（L=2 330 mm）底梁1主要承受集装箱的部分自重。底梁1的截面尺寸如图2所示。

集装箱尺寸为12 192×2 438×2 896 mm(4 350 kg)总质量=42 630 N，则底梁1所承担的集装箱的自重为：

由于F均布在底梁1上，则q=0.86 N·mm。

底梁截面截面尺寸如图3所示，则I=1.46×106mm4，y1=64.2 mm（截面中心至下翼缘距离）为：

通过上述计算证明，槽钢的强度完全满足要求。

图3 底梁3荷载示意图

（2）底梁1的刚度计算

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

通过上述计算证明，底梁1的刚度满足要求。

（3）底梁3的强度计算：底梁长度（L=2 330 mm）

干燥机和配电柜的重量由4根底梁3承担，则每根底梁3承担的荷载F1=3 680 N，底梁3的荷载分布示意图如图4所示。

底梁3承担的部分集装箱自重F2=360 N。

每根底梁3承担的荷载F=4 040 N，q=F/887=4.55 N·mm。

Mmax=2×106N/mm

通过上述计算证明，底梁3的强度满足要求。

（4）底梁3的刚度计算

Wmax=3.8 mm

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

通过上述计算证明，底梁3的刚度满足要求。

2.2 角柱和底角件强度计算

根据《集装箱检验规范》（2008），角柱和角件为标准件，因篇幅原因，其强度校核及插图略。对集装箱采用了SAP2000软件简化建模进行整体受力分析，有限元模型如下图4所示。

图4 有限元模型图

经软件计算可得，集装箱吊装过程中最不利截面在底侧梁跨中，底侧梁跨中的最大弯矩为M=4 012 308 N·mm=4.01 kN·m；底侧梁抗弯截面模量为 I=3.3×106mm4，y=85.7 mm。

通过上述强度校核，集装箱整体强度满足设计要求。

3 箱式空压站的应用及前景

箱式空压机站的特点是吊装、运输、使用方便、便于设备管理、噪音低、设备使用安全性高、箱内设备故障率低，在工程施工现场、造船厂、野外勘探、矿山凿岩、海洋平台、地铁盾构机维修现场、天然气分输站等特殊行业和特殊使用环境中得到很好的应用，发挥着重要的作用。

箱式空压站使车间布局美观，降低噪音，改善空压机操作人员的工作环境。随着城市工业用地将更加紧张，如果一个工厂空压机数量多而没有足够大的空压站房安装设备，可以参照立体车库的设计思路，把多个箱式空压站叠加起来来解决这个问题。

目前我国有数量庞大的机电建筑安装企业，正在全力开拓国际市场，尤其是海外的发展中国家，工程施工现场需要压缩空气，箱式空压站海运陆运都方便，标准尺寸的箱式空压站，可以直接装船运输而不需要货柜，可以为企业降低部分运输成本，满足海外施工的要求。

4 结束语

与传统的固定式空压站相比，箱式空压站机动灵活，运行可靠，安全舒适，其在特殊的工业生产中发挥着重要的作用。箱内的吸音降噪措施，操作舒适，符合工业时代的发展趋势，且安全、环保、舒适、快捷。其可以安放在室外任何地点，也能在风雨沙尘的环境下正常使用使用。英格索兰公司设计制造的箱式空压站在国内和国际生产企业和工程施工现场，得到广泛地应用。

[1]集装箱检验规范(2008)[S].