新型高压纺丝空调机组的研制

新型高压纺丝空调机组的研制

在化纤生产的纺丝过程中，需要空调机组向纺丝机提供具有一定温／湿度、风量和洁净度的空气，以确保从纺丝机喷丝板挤压下的丝束能够在一定的时间内冷却成型。实践表明：空调机组能否提供满足生产工艺要求的空气将对产品质量产生很大的影响。

在短纤生产过程中，为了确保能够向丝束提供性质均匀的工艺性空气（确保所有丝束具有相同的冷却效果），纺丝机生产商通常将环吹头（空气由此送出）阻力设计得很大，这样可以达到两个目的：⑴、促使生产线上所有环吹头内的静压尽可能保持一致，确保所有环吹头送风均匀；⑵、每个环吹头气腔内静压均匀一致，保证环吹头四周送风均匀。基于这种需要，德国纽马格公司最近研制了一种新型纺丝生产线，并已出口到我国。该生产线要求空调机组的送风压力达到１００００Ｐａ才能保证环吹头的送风量达到设计要求，因此研制新型高压纺丝空调设备已十分必要。二００二年我们承接了高压纺丝空调机组的研制任务。

二、研制高压纺丝空调机组的必要性

一般纺丝空调机组配置模式如下：将室外空气进行温度、湿度和过滤处理，最后由通风机将处理后的空气直接送入送风管道，这种空调机组的配置模式对于送风压力低于３０００Ｐａ是可行的，也是国内比较成功的经验，但对于送风压力大于１００００Ｐａ，通过我们的分析，一般情况下是不能满足生产工艺要求的。
例如我们为某公司研制的高压纺丝空调与纽马格公司纺丝生产线配套（４８个纺丝位），其生产工艺要求空调机组的送风必须达到下列要求：送风量７００００ｍ３／ｈ，温度１８２１±０．５℃，湿度７５８０±３％，压力１００００±５０Ｐａ，洁净度：欧洲标准Ｆ８。
根据纺丝机对送风参数的要求，我们经过详细计算发现：空调机组通风机温升高达１３．５℃。根据此计算结果，不难发现：空调机组若按照常规模式配置将存在很严重的设计缺陷，因为要满足送风温度要求必须使进入通风机前的空气温度达到４．５７．５℃（１８２１－１３．５＝４．５７．５），然而，冷冻机供水温度一般为７℃，因此，空调机组所配置的表冷器根本不可能将空气处理到这样低的温度。即使采取其他低温冷媒，表冷器能够将空气处理到４．５７．５℃的状态，但由于风机温升及风机本身的结构也决定了不能满足送风湿度和洁净度要求。

三、工艺方案设计

为了解决新型纺丝生产线用空调机组由于风机温升而引发的温度、湿度、洁净度等一系列问题，需要重新确定其配置模式。经过认真研究分析，新型高压纺丝空调机组必须解决以下问题：⑴、空气经风机后所产生的温升必须消除；⑵、温度变化将导致湿度变化，必须对湿度进行调整；⑶、风机在裸露状态下运转，不洁净净的空气会进入机壳，同时，风机本身在运转过程中也会产尘，因此，必须对风机出口后的空气进行过滤。
据上所述，在配置空调机组时应该将部分温／湿度处理设备及过滤设备设置在通风机出风口后方，以达到对空气进行二次处理的目的，从而保证空调机组送风温／湿度和洁净度满足生产工艺要求。空调机组主要功能段配置为：初效过滤段－加热段－表冷段－切换段－中效过滤段－亚高效过滤段－切换段－出风段－风机段－进风段－表冷段－加湿段－加热段－亚高效过滤段－加湿段－送风段。

四、高压纺丝空调机组研制目标

在提出上述工艺方案后，我们认为空调机组在结构设计上应有所创新，不能墨守成规。具体目标为：⑴、结构设计必须经济合理；⑵、安全可靠，箱体必须具有一定的刚度和强度，能够承受不小于１２５００Ｐａ的正压；⑶、外形必须美观；⑷、漏风率必须得到控制；⑸、机组运行过程中能更换过滤器且对系统影响降低到最低限度；⑹、须解决线缆及进出水管穿越壁板密封问题；⑺、应充分考虑正压箱体框架加工及安装的工艺性，其设计应模块化；⑻表面防腐性能应达到系统工艺要求等。
为了实现上述目标，我们提出了空调机组结构解决方案：
⑴ 空调机组正压箱体采用双层结构，内层为承压密封层，外层为保温装饰层。内层为框架结构，采用焊接加工工艺，并确保内层平面平整和密封。外层为保温板，安装于内层框架外表面，这样确保空调机组的保温性能和外形美观。
⑵ 空调机组正压箱体框架主骨架采用性能比较高的冷弯内卷边槽钢，承压层采用冷轧薄钢板，通过合理分块（模块）及设置加强筋拉筋，使框架各方向受力均匀且互相抵消，同时使每个骨架及承压板简化成等跨距的连续梁及一般的间支梁，方便计算，并且利用其相应的公式验算其强度刚度。
⑶ 为了保证箱体框架的密封，使漏风率降低到最低限度，承压层薄钢板与骨架连接、框架模块现场组装全部采用焊接连接，同时对框架与内部功能段零件连接注重密封性能。
⑷ 检修门采用双门结构，确保机组美观和密封性能。检修门分为内外两重门。内门为高强度保温内开门，门铰链采用特殊的浮动结构使门板密封面与相应的支撑面能够均匀接触，密封件均匀变形，同时也保证门板周边间隙均匀，确保机组运行时门板不异形变形、不漏风。外门为塑钢外开门，不承受机组压力，起保温和装饰作用。
⑸ 过滤器的更换：负压部分通过切换功能段进行；正压部分在亚高效过滤段设置静压箱，静压箱内设置充／泄压装置，通过对静压箱内的压力平衡，便于人员进出正压箱体更换过滤器。切换段及静压箱的设置，避免了过滤器更换时送风压力的波动，把对系统的影响降低到最低程度。
⑹ 在箱体内部将所有线缆汇集并由一根总管穿越机组箱体壁板，从而保证了空调机组箱体的美观，并最大限度地减少了漏风点。
⑺ 由于正压框架为现场整体焊接结构，为达到系统所要求的表面性能，其内表面防腐不能采用常规的处理方式，应采用粘接防腐层的方法来进行防腐处理。

五、高压空调机组验证试验

在确立了机组的解决方案后，我们根据结构设计的放大／缩小理论，按研制机组的１／４截面尺寸制作了模拟样机，便于进行结构及相关的工艺试验，通过试验来发现并解决空调机组设计及机组运行过程中结构与工艺的相关技术难题；模拟机组高压运行时过滤器更换的可行性；同时通过试验来验证强度刚度计算的准确性。
为了使样机能准确反映空调机组实际运行工况，我们对样机的试验作了必要的策划，试验程序与试验内容严格按照空调机组实际运行工况的要求执行，试验内容如下：
⑴ 箱体耐压强度——用目测和卷尺测量的方法，确定空调机组在高压状态下箱体变形，并与理论及要求值比较；
⑵ 箱体漏风情况——在箱体外侧缝隙处采用泡沫水涂刷，检查是否漏风；
⑶ 在机组运行状态下，模拟正压部分更换过滤器的可行性—通过充／泄压装置对静压箱空间充／泄压，验证该装置的使用性能。
试验结果与分析如下：
⑴ 样机箱体变形：我们对样机框架中一受力较大的骨架变形作了测试，结果如下，实测值小于理论值是因为为方便计算，在计算时对一些有利因素没有考虑所致，测试结果表明我们的理论计算是准确可靠的，能够指导空调机组的结构设计；表中允许值为跨距的１／４００ｍｍ。
⑵ 空调机组箱体外侧表面基本无明显漏风现象，但在一些角部及内部零件与框架螺栓连接处有轻度漏风，须在实际操作中加以注意并消除。
⑶ 样机检修门经受１２５００Ｐａ压力后，无明显变形，开关自如，证明其设计是切实可行的。
⑷ 在正压（１２５００Ｐａ）运行状态下，通过对模拟静压箱的充／泄压，证明在不停机状态下，对空调箱内部的过滤器进行更换完全可行，且对系统无明显影响。
通过对高压空调机组模拟样机的设计、生产、安装及测试，我们认为：研制满足新型纺丝生产线工艺要求的高压空调机组技术问题完全可以解决，但在实际设计生产中还须注意以下几点：
１、承压板与主骨架的焊接结构应改变，由块式结构改为板式（平板），减少焊接工作量，降低漏风率，同时改善框架内部平整度。
２、内部零件与框架连接的密封问题应引起重视，在实际运行过程中此处可能是最大漏风点。　　

六、结论

２００２年６月，我们为某用户按上述要求设计并生产的两套高压空调机组一次性调试成功。目前，两套空调机组（含自动控制系统）运行稳定，温／湿度、压力、洁净度各项指标均达到了设计要求，为新型纺丝生产线的正常生产创造了条件。国内首台高压纺丝空调机组的成功运行，再次体现了我们设计方案的合理性，同时也为我们设计生产高压纺丝空调机组积累了丰富经验。继首批两套空调机组的设计成功，近两年，我们为国内多家用户的进口纺丝生产线设计了相同类型的空调机组，均取得了圆满成功。

参考文献
⑴ 徐灏等，编著．机械设计手册．北京：机械工业出版社，１９９２
⑵ 陆耀庆等，编著．实用供热空调设计手册．北京：中国建筑工业出版社，１９９３
⑶ 赵亮，编著．化纤厂空调与制冷．北京：中国纺织出版社，１９９４
⑷ 赵荣义等，编著．简明空调设计手册．北京：中国建筑出版社，１９９８