新型高壓紡絲空調(diào)機組的研制

　　在化纖生產(chǎn)的紡絲過程中，需要空調(diào)機組向紡絲機提供具有一定溫／濕度、風量和潔凈度的空氣，以確保從紡絲機噴絲板擠壓下的絲束能夠在一定的時間內(nèi)冷卻成型。實踐表明：空調(diào)機組能否提供滿足生產(chǎn)工藝要求的空氣將對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。

　　在短纖生產(chǎn)過程中，為了確保能夠向絲束提供性質(zhì)均勻的工藝性空氣（確保所有絲束具有相同的冷卻效果），紡絲機生產(chǎn)商通常將環(huán)吹頭（空氣由此送出）阻力設計得很大，這樣可以達到兩個目的：⑴、促使生產(chǎn)線上所有環(huán)吹頭內(nèi)的靜壓盡可能保持一致，確保所有環(huán)吹頭送風均勻；⑵、每個環(huán)吹頭氣腔內(nèi)靜壓均勻一致，保證環(huán)吹頭四周送風均勻。基于這種需要，德國紐馬格公司最近研制了一種新型紡絲生產(chǎn)線，并已出口到我國。該生產(chǎn)線要求空調(diào)機組的送風壓力達到１００００Ｐａ才能保證環(huán)吹頭的送風量達到設計要求，因此研制新型高壓紡絲空調(diào)設備已十分必要。二００二年我們承接了高壓紡絲空調(diào)機組的研制任務。

　　二、研制高壓紡絲空調(diào)機組的必要性

　　一般紡絲空調(diào)機組配置模式如下：將室外空氣進行溫度、濕度和過濾處理，最后由通風機將處理后的空氣直接送入送風管道，這種空調(diào)機組的配置模式對于送風壓力低于３０００Ｐａ是可行的，也是國內(nèi)比較成功的經(jīng)驗，但對于送風壓力大于１００００Ｐａ，通過我們的分析，一般情況下是不能滿足生產(chǎn)工藝要求的。

　　例如我們?yōu)槟彻狙兄频母邏杭徑z空調(diào)與紐馬格公司紡絲生產(chǎn)線配套（４８個紡絲位），其生產(chǎn)工藝要求空調(diào)機組的送風必須達到下列要求：送風量７００００ｍ３／ｈ，溫度１８２１±０．５℃，濕度７５８０±３％，壓力１００００±５０Ｐａ，潔凈度：歐洲標準Ｆ８。

　　根據(jù)紡絲機對送風參數(shù)的要求，我們經(jīng)過詳細計算發(fā)現(xiàn)：空調(diào)機組通風機溫升高達１３．５℃。根據(jù)此計算結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)：空調(diào)機組若按照常規(guī)模式配置將存在很嚴重的設計缺陷，因為要滿足送風溫度要求必須使進入通風機前的空氣溫度達到４．５７．５℃（１８２１－１３．５＝４．５７．５），然而，冷凍機供水溫度一般為７℃，因此，空調(diào)機組所配置的表冷器根本不可能將空氣處理到這樣低的溫度。即使采取其他低溫冷媒，表冷器能夠?qū)⒖諝馓幚淼剑矗耽湥罚怠娴臓顟B(tài)，但由于風機溫升及風機本身的結(jié)構(gòu)也決定了不能滿足送風濕度和潔凈度要求。

　　三、工藝方案設計

　　為了解決新型紡絲生產(chǎn)線用空調(diào)機組由于風機溫升而引發(fā)的溫度、濕度、潔凈度等一系列問題，需要重新確定其配置模式。經(jīng)過認真研究分析，新型高壓紡絲空調(diào)機組必須解決以下問題：⑴、空氣經(jīng)風機后所產(chǎn)生的溫升必須消除；⑵、溫度變化將導致濕度變化，必須對濕度進行調(diào)整；⑶、風機在裸露狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，不潔凈凈的空氣會進入機殼，同時，風機本身在運轉(zhuǎn)過程中也會產(chǎn)塵，因此，必須對風機出口后的空氣進行過濾。

　　據(jù)上所述，在配置空調(diào)機組時應該將部分溫／濕度處理設備及過濾設備設置在通風機出風口后方，以達到對空氣進行二次處理的目的，從而保證空調(diào)機組送風溫／濕度和潔凈度滿足生產(chǎn)工藝要求。空調(diào)機組主要功能段配置為：初效過濾段－加熱段－表冷段－切換段－中效過濾段－亞高效過濾段－切換段－出風段－風機段－進風段－表冷段－加濕段－加熱段－亞高效過濾段－加濕段－送風段。

　　四、高壓紡絲空調(diào)機組研制目標

　　在提出上述工藝方案后，我們認為空調(diào)機組在結(jié)構(gòu)設計上應有所創(chuàng)新，不能墨守成規(guī)。具體目標為：⑴、結(jié)構(gòu)設計必須經(jīng)濟合理；⑵、安全可靠，箱體必須具有一定的剛度和強度，能夠承受不小于１２５００Ｐａ的正壓；⑶、外形必須美觀；⑷、漏風率必須得到控制；⑸、機組運行過程中能更換過濾器且對系統(tǒng)影響降低到最低限度；⑹、須解決線纜及進出水管穿越壁板密封問題；⑺、應充分考慮正壓箱體框架加工及安裝的工藝性，其設計應模塊化；⑻表面防腐性能應達到系統(tǒng)工藝要求等。

　　為了實現(xiàn)上述目標，我們提出了空調(diào)機組結(jié)構(gòu)解決方案：

　　⑴空調(diào)機組正壓箱體采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為承壓密封層，外層為保溫裝飾層。內(nèi)層為框架結(jié)構(gòu)，采用焊接加工工藝，并確保內(nèi)層平面平整和密封。外層為保溫板，安裝于內(nèi)層框架外表面，這樣確保空調(diào)機組的保溫性能和外形美觀。

　　⑵空調(diào)機組正壓箱體框架主骨架采用性能比較高的冷彎內(nèi)卷邊槽鋼，承壓層采用冷軋薄鋼板，通過合理分塊（模塊）及設置加強筋拉筋，使框架各方向受力均勻且互相抵消，同時使每個骨架及承壓板簡化成等跨距的連續(xù)梁及一般的間支梁，方便計算，并且利用其相應的公式驗算其強度剛度。

　　⑶為了保證箱體框架的密封，使漏風率降低到最低限度，承壓層薄鋼板與骨架連接、框架模塊現(xiàn)場組裝全部采用焊接連接，同時對框架與內(nèi)部功能段零件連接注重密封性能。

　　⑷檢修門采用雙門結(jié)構(gòu)，確保機組美觀和密封性能。檢修門分為內(nèi)外兩重門。內(nèi)門為高強度保溫內(nèi)開門，門鉸鏈采用特殊的浮動結(jié)構(gòu)使門板密封面與相應的支撐面能夠均勻接觸，密封件均勻變形，同時也保證門板周邊間隙均勻，確保機組運行時門板不異形變形、不漏風。外門為塑鋼外開門，不承受機組壓力，起保溫和裝飾作用。

　　⑸過濾器的更換：負壓部分通過切換功能段進行；正壓部分在亞高效過濾段設置靜壓箱，靜壓箱內(nèi)設置充／泄壓裝置，通過對靜壓箱內(nèi)的壓力平衡，便于人員進出正壓箱體更換過濾器。切換段及靜壓箱的設置，避免了過濾器更換時送風壓力的波動，把對系統(tǒng)的影響降低到最低程度。

　　⑹在箱體內(nèi)部將所有線纜匯集并由一根總管穿越機組箱體壁板，從而保證了空調(diào)機組箱體的美觀，并最大限度地減少了漏風點。

　　⑺由于正壓框架為現(xiàn)場整體焊接結(jié)構(gòu)，為達到系統(tǒng)所要求的表面性能，其內(nèi)表面防腐不能采用常規(guī)的處理方式，應采用粘接防腐層的方法來進行防腐處理。

　　五、高壓空調(diào)機組驗證試驗

　　在確立了機組的解決方案后，我們根據(jù)結(jié)構(gòu)設計的放大／縮小理論，按研制機組的１／４截面尺寸制作了模擬樣機，便于進行結(jié)構(gòu)及相關(guān)的工藝試驗，通過試驗來發(fā)現(xiàn)并解決空調(diào)機組設計及機組運行過程中結(jié)構(gòu)與工藝的相關(guān)技術(shù)難題；模擬機組高壓運行時過濾器更換的可行性；同時通過試驗來驗證強度剛度計算的準確性。

　　為了使樣機能準確反映空調(diào)機組實際運行工況，我們對樣機的試驗作了必要的策劃，試驗程序與試驗內(nèi)容嚴格按照空調(diào)機組實際運行工況的要求執(zhí)行，試驗內(nèi)容如下：

　　⑴箱體耐壓強度——用目測和卷尺測量的方法，確定空調(diào)機組在高壓狀態(tài)下箱體變形，并與理論及要求值比較；

　　⑵箱體漏風情況——在箱體外側(cè)縫隙處采用泡沫水涂刷，檢查是否漏風；

　　⑶在機組運行狀態(tài)下，模擬正壓部分更換過濾器的可行性—通過充／泄壓裝置對靜壓箱空間充／泄壓，驗證該裝置的使用性能。

　　試驗結(jié)果與分析如下：

　　⑴樣機箱體變形：我們對樣機框架中一受力較大的骨架變形作了測試，結(jié)果如下，實測值小于理論值是因為為方便計算，在計算時對一些有利因素沒有考慮所致，測試結(jié)果表明我們的理論計算是準確可靠的，能夠指導空調(diào)機組的結(jié)構(gòu)設計；表中允許值為跨距的１／４００ｍｍ。

　　⑵空調(diào)機組箱體外側(cè)表面基本無明顯漏風現(xiàn)象，但在一些角部及內(nèi)部零件與框架螺栓連接處有輕度漏風，須在實際操作中加以注意并消除。

　　⑶樣機檢修門經(jīng)受１２５００Ｐａ壓力后，無明顯變形，開關(guān)自如，證明其設計是切實可行的。

　　⑷在正壓（１２５００Ｐａ）運行狀態(tài)下，通過對模擬靜壓箱的充／泄壓，證明在不停機狀態(tài)下，對空調(diào)箱內(nèi)部的過濾器進行更換完全可行，且對系統(tǒng)無明顯影響。

　　通過對高壓空調(diào)機組模擬樣機的設計、生產(chǎn)、安裝及測試，我們認為：研制滿足新型紡絲生產(chǎn)線工藝要求的高壓空調(diào)機組技術(shù)問題完全可以解決，但在實際設計生產(chǎn)中還須注意以下幾點：

　　１、承壓板與主骨架的焊接結(jié)構(gòu)應改變，由塊式結(jié)構(gòu)改為板式（平板），減少焊接工作量，降低漏風率，同時改善框架內(nèi)部平整度。

　　２、內(nèi)部零件與框架連接的密封問題應引起重視，在實際運行過程中此處可能是最大漏風點。

　　六、結(jié)論

　　２００２年６月，我們?yōu)槟秤脩舭瓷鲜鲆笤O計并生產(chǎn)的兩套高壓空調(diào)機組一次性調(diào)試成功。目前，兩套空調(diào)機組（含自動控制系統(tǒng)）運行穩(wěn)定，溫／濕度、壓力、潔凈度各項指標均達到了設計要求，為新型紡絲生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。國內(nèi)首臺高壓紡絲空調(diào)機組的成功運行，再次體現(xiàn)了我們設計方案的合理性，同時也為我們設計生產(chǎn)高壓紡絲空調(diào)機組積累了豐富經(jīng)驗。繼首批兩套空調(diào)機組的設計成功，近兩年，我們?yōu)閲鴥?nèi)多家用戶的進口紡絲生產(chǎn)線設計了相同類型的空調(diào)機組，均取得了圓滿成功。

　　參考文獻

　　⑴徐灝等，編著．機械設計手冊．北京：機械工業(yè)出版社，１９９２

　　⑵陸耀慶等，編著．實用供熱空調(diào)設計手冊．北京：中國建筑工業(yè)出版社，１９９３

　　⑶趙亮，編著．化纖廠空調(diào)與制冷．北京：中國紡織出版社，１９９４

　　⑷趙榮義等，編著．簡明空調(diào)設計手冊．北京：中國建筑出版社，１９９８