大型往复活塞式压缩机电动盘车设计

马静 张秋颖 庞岩卫

摘 要：盘车是往复活塞式压缩机不可缺少的装置，尤其是中、大型压缩机。本文详细介绍了电动盘车装置的结构、特点和使用方法。并以一台大型往复活塞式压缩机为例，介绍了大型压缩机电动盘车装置的选型设计过程，以及设计和使用过程中的注意事项。

关键词：往复压缩机；盘车装置；电动盘车；飞轮

中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0089-02

0 概述

压缩机盘车的目的是在机组运转前对压缩机的装配质量作最后检查，以保证压缩机能正常、顺利地运转。另外，在装配检修过程中，也常需盘动运动部件至某一便于拆装的位置。例如安装连杆、测十字头间隙、压活塞止点间隙等都需要盘动压缩机。

根据驱动方式盘车装置一般分为手动盘车、电动盘车和气动盘车三种。当压缩机组较大时，往往不能实现手动盘车，需要动力盘车装置，即电动或气动盘车。API618第五版7.11.4节规定：所有压缩机应提供适合维修用的盘车装置，额定功率等于或大于750kW的压缩机，和最大盘车扭矩要求等于或大于1600N.m的压缩机，应提供动力盘车装置。电动盘车因其结构简单、操作便捷、安全可靠，成为动力盘车的首选。

1 电动盘车装置结构介绍

电动盘车主要由安装在压缩机曲轴法兰端的飞轮、与飞轮啮合的小齿轮、减速机及减速机支架等组成。早期电动盘车主要由蜗轮蜗杆减速后，再通过两对齿轮减速，达到盘动压缩机所需的转数。小齿轮与飞轮的啮合是通过扳动安装在减速机支架上的拨杆来实现，其结构复杂，不方便操作，且扳动拨杆比较费力，长时间使用后拨杆常常锈蚀无法扳动。

我公司电动盘车装置经过两次优化升级后，现行电动盘车装置结构如图1所示。

改进后的新式减速机设置两处操作手轮，见图1中手轮1和手轮2。手轮1安装在减速机从动齿轮轴上，旋转手轮可以使小齿轮沿轴向进给。手轮2安装在减速机驱动电机的尾部，用于盘动减速机电机，即旋转手轮2可使小齿轮旋转。先旋转手轮2使小齿轮旋转，让小齿轮与飞轮齿位对正，再旋转手轮1使小齿轮径向进给，实现小齿轮与飞轮的啮合。启动减速机进入盘车状态。当盘车结束时，旋转手轮1，使小齿轮与飞轮脱开。减速机支架上设有行程开关，小齿轮与飞轮脱开后，继续盘动小齿轮使小齿轮触动行程开，解锁启动压缩机逻辑，允许启动压缩机。手轮1的设置使齿轮的啮合变得极为省力，手轮2不仅可以调整小齿轮的角度对部分压缩机也可进行手动盘车。

此盘车装置结构先进，操作省力，安全可靠，代替了靠拨杆和固定销拨动或锁死盘车齿轮的既笨重又费力的传统盘车装置。而且减速机的电动机立式配置在减速机上端，占地面积小，便于操作。新结构的电动盘车推出后，得到用户的认可，陆续为多家用户的老式结构的盘车进行了改造，改造后使用情况良好。现场使用照片见图2。

此电动盘车装置的主要特点总结如下：

（1）双手轮结构，使小齿轮与飞轮的啮合与脱开方便、快捷、省力。（2）减速机的电动机立式配置在减速机上端，占地面积小，便于操作。（3）行程开关的设置，与压缩机启机逻辑形成联锁，保证运行安全。

2 电动盘车装置的选型设计

电动盘车装置选型设计时，首先要确定压缩机空载盘车时所需的转矩，再计算出所需盘车电机的功率，再对各零部件进行强度计算和优化设计。下面以我公司生产的一台6M80压缩机组为例，对该台压缩机进行电动盘车装置的选型设计。

2.1 设计参数

该压缩机为6列6缸3级压缩。一级缸2个，缸径1140mm，二级缸2个，缸径840mm，三级缸2个，缸径630mm。机组许用活塞力800KN，采用同步电机驱动，压缩机曲轴与主电机采用刚性直联。机组所需飞轮矩8.7tm2。主要参数如下：

主电机功率：7800kW；

压缩机转速：333r/min；

电机转子重量：40000kg；

电机轴直径：400mm；

飞轮齿数：123（初选，同参考飞轮齿数相同）；

小齿轮齿数：19（初选，同参考小齿轮齿数相同）。

2.2 计算压缩机空载盘车时所需的转矩M，单位N.m

M=M1+M2

M1为压缩机空载时的转矩，单位N.m

M1=×k

Pd为主电机功率，单位kW

n为压缩机转速，单位r/min

k为系数，取0.12

M2为电动机空载时的转矩，单位N.m

M2=

G为主电机转子重量，单位kg

f为电动机轴径与轴承摩擦系数，取0.3

d为电动机轴径，单位m

将已知参数代入公式，计算得压缩机空载盘车时所需的转矩为50387Nm。

2.3 计算所需盘车电机的功率P，单位kW

P=

M即压缩机空载盘车时所需的转矩，单位N.m

np为压缩机盘车转速，单位r/min

np=

n1为减速机输出转速，查减速机样本为5.3r/min

Z1为小齿轮齿数，为减少零件的种类，初步借用现有小齿轮，齿数为19

Z为飞轮齿数，为减少零件的种类，初步借用现有飞轮，齿数为123

η为盘车机械的传动效率，取0.9

将已知参数代入公式，计算得所需盘车电机的功率为4.8kW，查减速机样本，可选用5.5kW的减速机。

2.4 电动盘车装置零部件强度计算

本装置中零部件强度计算，主要是校核齿轮强度。飞轮常规材质为HT250，小齿轮常规材质为40Cr，应分别对飞轮和小齿轮上的齿进行强度计算。因盘车时间较短，且仅在压缩机检维修时使用，无需进行疲劳计算，仅静强度分析即可。可参照机械设计手册进行，本文不再赘述。

3 电动盘车装置使用时的注意事项

（1）安装了电动盘车的压缩机，应检查是否安装了行程开关，且对行程开关进行调试，确保行程开关正常工作。检查压缩机启机逻辑，是否对盘车行程开关进行了联锁，确保小齿轮与飞轮脱开后方可启动压缩机。（2）盘车前，应将小齿轮与飞轮正确啮合后再启动盘车电机，防止对齿轮造成损伤。（3）盘车前，应对压缩机各摩擦部位进行适当润滑，防止干摩擦损伤摩擦副，尤其是对于高转速压缩机和立式压缩机。高转速由于其轴瓦的结构干摩擦特别容易损伤轴瓦，导致运行时烧瓦。而立式压缩机由于其立式结构使运动部件的重力全部作用在轴瓦上，若干摩擦也容易导致轴瓦損伤。（4）应控制盘车时间，一般为盘车3～5转，低速盘车不能有效的形成油膜，所以不可以长时间的盘车。（5）盘车前应提醒现场其他工作人员注意，防止夹手等伤害发生。

参考文献

[1] 郁永章.容积式压缩机技术手册[M].机械工业出版社，2005.

[2] 《活塞式压缩机设计》编写组.活塞式压缩机设计[M].机械工业出版社，1974.