新型高壓紡絲空調(diào)機(jī)組的研制
在化纖生產(chǎn)的紡絲過程中，需要空調(diào)機(jī)組向紡絲機(jī)提供具有一定溫／濕度、風(fēng)量和潔凈度的空氣，以確保從紡絲機(jī)噴絲板擠壓下的絲束能夠在一定的時間內(nèi)冷卻成型。實(shí)踐表明：空調(diào)機(jī)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(jī)生產(chǎn)商通常將環(huán)吹頭（空氣由此送出）阻力設(shè)計得很大，這樣可以達(dá)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(fēng)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(fēng)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(jī)組的送風(fēng)壓力達(dá)到１００００Ｐａ才能保證環(huán)吹頭的送風(fēng)量達(dá)到設(shè)計要求，因此研制新型高壓紡絲空調(diào)設(shè)備已十分必要。二００二年我們承接了高壓紡絲空調(diào)機(jī)組的研制任務(wù)。
二、研制高壓紡絲空調(diào)機(jī)組的必要性
一般紡絲空調(diào)機(jī)組配置模式如下：將室外空氣進(jìn)行溫度、濕度和過濾處理，最后由通風(fēng)機(jī)將處理后的空氣直接送入送風(fēng)管道，這種空調(diào)機(jī)組的配置模式對于送風(fēng)壓力低于３０００Ｐａ是可行的，也是國內(nèi)比較成功的經(jīng)驗(yàn)，但對于送風(fēng)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(jī)組的送風(fēng)必須達(dá)到下列要求：送風(fēng)量７００００ｍ３／ｈ，溫度１８２１±０．５℃，濕度７５８０±３％，壓力１００００±５０Ｐａ，潔凈度：歐洲標(biāo)準(zhǔn)Ｆ８。
根據(jù)紡絲機(jī)對送風(fēng)參數(shù)的要求，我們經(jīng)過詳細(xì)計算發(fā)現(xiàn)：空調(diào)機(jī)組通風(fēng)機(jī)溫升高達(dá)１３．５℃。根據(jù)此計算結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)：空調(diào)機(jī)組若按照常規(guī)模式配置將存在很嚴(yán)重的設(shè)計缺陷，因?yàn)橐獫M足送風(fēng)溫度要求必須使進(jìn)入通風(fēng)機(jī)前的空氣溫度達(dá)到４．５７．５℃（１８２１－１３．５＝４．５７．５），然而，冷凍機(jī)供水溫度一般為７℃，因此，空調(diào)機(jī)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(fēng)機(jī)溫升及風(fēng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)也決定了不能滿足送風(fēng)濕度和潔凈度要求。
三、工藝方案設(shè)計
為了解決新型紡絲生產(chǎn)線用空調(diào)機(jī)組由于風(fēng)機(jī)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(rèn)真研究分析，新型高壓紡絲空調(diào)機(jī)組必須解決以下問題：⑴、空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)后所產(chǎn)生的溫升必須消除；⑵、溫度變化將導(dǎo)致濕度變化，必須對濕度進(jìn)行調(diào)整；⑶、風(fēng)機(jī)在裸露狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，不潔凈凈的空氣會進(jìn)入機(jī)殼，同時，風(fēng)機(jī)本身在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也會產(chǎn)塵，因此，必須對風(fēng)機(jī)出口后的空氣進(jìn)行過濾。
據(jù)上所述，在配置空調(diào)機(jī)組時應(yīng)該將部分溫／濕度處理設(shè)備及過濾設(shè)備設(shè)置在通風(fēng)機(jī)出風(fēng)口后方，以達(dá)到對空氣進(jìn)行二次處理的目的，從而保證空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫／濕度和潔凈度滿足生產(chǎn)工藝要求。空調(diào)機(jī)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(fēng)段－風(fēng)機(jī)段－進(jìn)風(fēng)段－表冷段－加濕段－加熱段－亞高效過濾段－加濕段－送風(fēng)段。
四、高壓紡絲空調(diào)機(jī)組研制目標(biāo)
在提出上述工藝方案后，我們認(rèn)為空調(diào)機(jī)組在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)有所創(chuàng)新，不能墨守成規(guī)。具體目標(biāo)為：⑴、結(jié)構(gòu)設(shè)計必須經(jīng)濟(jì)合理；⑵、安全可靠，箱體必須具有一定的剛度和強(qiáng)度，能夠承受不小于１２５００Ｐａ的正壓；⑶、外形必須美觀；⑷、漏風(fēng)率必須得到控制；⑸、機(jī)組運(yùn)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(jìn)出水管穿越壁板密封問題；⑺、應(yīng)充分考慮正壓箱體框架加工及安裝的工藝性，其設(shè)計應(yīng)模塊化；⑻表面防腐性能應(yīng)達(dá)到系統(tǒng)工藝要求等。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，我們提出了空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)解決方案：
?、趴照{(diào)機(jī)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(jī)組的保溫性能和外形美觀。
?、瓶照{(diào)機(jī)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(shè)置加強(qiáng)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(yīng)的公式驗(yàn)算其強(qiáng)度剛度。
?、菫榱吮ＷC箱體框架的密封，使漏風(fēng)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。
?、葯z修門采用雙門結(jié)構(gòu)，確保機(jī)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(qiáng)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(yīng)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(jī)組運(yùn)行時門板不異形變形、不漏風(fēng)。外門為塑鋼外開門，不承受機(jī)組壓力，起保溫和裝飾作用。
?、蛇^濾器的更換：負(fù)壓部分通過切換功能段進(jìn)行；正壓部分在亞高效過濾段設(shè)置靜壓箱，靜壓箱內(nèi)設(shè)置充／泄壓裝置，通過對靜壓箱內(nèi)的壓力平衡，便于人員進(jìn)出正壓箱體更換過濾器。切換段及靜壓箱的設(shè)置，避免了過濾器更換時送風(fēng)壓力的波動，把對系統(tǒng)的影響降低到最低程度。
?、试谙潴w內(nèi)部將所有線纜匯集并由一根總管穿越機(jī)組箱體壁板，從而保證了空調(diào)機(jī)組箱體的美觀，并最大限度地減少了漏風(fēng)點(diǎn)。
⑺由于正壓框架為現(xiàn)場整體焊接結(jié)構(gòu)，為達(dá)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(yīng)采用粘接防腐層的方法來進(jìn)行防腐處理。
五、高壓空調(diào)機(jī)組驗(yàn)證試驗(yàn)
在確立了機(jī)組的解決方案后，我們根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的放大／縮小理論，按研制機(jī)組的１／４截面尺寸制作了模擬樣機(jī)，便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)及相關(guān)的工藝試驗(yàn)，通過試驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)并解決空調(diào)機(jī)組設(shè)計及機(jī)組運(yùn)行過程中結(jié)構(gòu)與工藝的相關(guān)技術(shù)難題；模擬機(jī)組高壓運(yùn)行時過濾器更換的可行性；同時通過試驗(yàn)來驗(yàn)證強(qiáng)度剛度計算的準(zhǔn)確性。
為了使樣機(jī)能準(zhǔn)確反映空調(diào)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況，我們對樣機(jī)的試驗(yàn)作了必要的策劃，試驗(yàn)程序與試驗(yàn)內(nèi)容嚴(yán)格按照空調(diào)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況的要求執(zhí)行，試驗(yàn)內(nèi)容如下：
?、畔潴w耐壓強(qiáng)度——用目測和卷尺測量的方法，確定空調(diào)機(jī)組在高壓狀態(tài)下箱體變形，并與理論及要求值比較；
?、葡潴w漏風(fēng)情況——在箱體外側(cè)縫隙處采用泡沫水涂刷，檢查是否漏風(fēng)；
?、窃跈C(jī)組運(yùn)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(yàn)證該裝置的使用性能。
試驗(yàn)結(jié)果與分析如下：
?、艠訖C(jī)箱體變形：我們對樣機(jī)框架中一受力較大的骨架變形作了測試，結(jié)果如下，實(shí)測值小于理論值是因?yàn)闉榉奖阌嬎悖谟嬎銜r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(zhǔn)確可靠的，能夠指導(dǎo)空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計；表中允許值為跨距的１／４００ｍｍ。
?、瓶照{(diào)機(jī)組箱體外側(cè)表面基本無明顯漏風(fēng)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(fēng)，須在實(shí)際操作中加以注意并消除。
?、菢訖C(jī)檢修門經(jīng)受１２５００Ｐａ壓力后，無明顯變形，開關(guān)自如，證明其設(shè)計是切實(shí)可行的。
⑷在正壓（１２５００Ｐａ）運(yùn)行狀態(tài)下，通過對模擬靜壓箱的充／泄壓，證明在不停機(jī)狀態(tài)下，對空調(diào)箱內(nèi)部的過濾器進(jìn)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(jī)組模擬樣機(jī)的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝及測試，我們認(rèn)為：研制滿足新型紡絲生產(chǎn)線工藝要求的高壓空調(diào)機(jī)組技術(shù)問題完全可以解決，但在實(shí)際設(shè)計生產(chǎn)中還須注意以下幾點(diǎn)：
?。?、承壓板與主骨架的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)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(fēng)率，同時改善框架內(nèi)部平整度。
?。病?nèi)部零件與框架連接的密封問題應(yīng)引起重視，在實(shí)際運(yùn)行過程中此處可能是最大漏風(fēng)點(diǎn)。
六、結(jié)論
?。玻埃埃材辏对拢覀?yōu)槟秤脩舭瓷鲜鲆笤O(shè)計并生產(chǎn)的兩套高壓空調(diào)機(jī)組一次性調(diào)試成功。目前，兩套空調(diào)機(jī)組（含自動控制系統(tǒng)）運(yùn)行穩(wěn)定，溫／濕度、壓力、潔凈度各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)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(jī)組的成功運(yùn)行，再次體現(xiàn)了我們設(shè)計方案的合理性，同時也為我們設(shè)計生產(chǎn)高壓紡絲空調(diào)機(jī)組積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。繼首批兩套空調(diào)機(jī)組的設(shè)計成功，近兩年，我們?yōu)閲鴥?nèi)多家用戶的進(jìn)口紡絲生產(chǎn)線設(shè)計了相同類型的空調(diào)機(jī)組，均取得了圓滿成功。
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