新型高壓紡絲空調機組的研制

新型高壓紡絲空調機組的研制

　　在化纖生產(chǎn)的紡絲過(guò)程中，需要空調機組向紡絲機提供具有一定溫／濕度、風(fēng)量和潔凈度的空氣，以確保從紡絲機噴絲板擠壓下的絲束能夠在一定的時(shí)間內冷卻成型。實(shí)踐表明：空調機組能否提供滿(mǎn)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(guò)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(gè)目的：⑴、促使生產(chǎn)線(xiàn)上所有環(huán)吹頭內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(gè)環(huán)吹頭氣腔內靜壓均勻一致，保證環(huán)吹頭四周送風(fēng)均勻?；谶@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(xiàn)，并已出口到我國。該生產(chǎn)線(xiàn)要求空調機組的送風(fēng)壓力達到１００００Ｐａ才能保證環(huán)吹頭的送風(fēng)量達到設計要求，因此研制新型高壓紡絲空調設備已十分必要。二００二年我們承接了高壓紡絲空調機組的研制任務(wù)。

　　二、研制高壓紡絲空調機組的必要性

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

　　例如我們?yōu)槟彻狙兄频母邏杭徑z空調與紐馬格公司紡絲生產(chǎn)線(xiàn)配套（４８個(gè)紡絲位），其生產(chǎn)工藝要求空調機組的送風(fēng)必須達到下列要求：送風(fēng)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。

　　根據紡絲機對送風(fēng)參數的要求，我們經(jīng)過(guò)詳細計算發(fā)現：空調機組通風(fēng)機溫升高達１３．５℃。根據此計算結果，不難發(fā)現：空調機組若按照常規模式配置將存在很?chē)乐氐脑O計缺陷，因為要滿(mǎn)足送風(fēng)溫度要求必須使進(jìn)入通風(fēng)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，表冷器能夠將空氣處理到４．５７．５℃的狀態(tài)，但由于風(fēng)機溫升及風(fēng)機本身的結構也決定了不能滿(mǎn)足送風(fēng)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(xiàn)用空調機組由于風(fēng)機溫升而引發(fā)的溫度、濕度、潔凈度等一系列問(wèn)題，需要重新確定其配置模式。經(jīng)過(guò)認真研究分析，新型高壓紡絲空調機組必須解決以下問(wèn)題：⑴、空氣經(jīng)風(fēng)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(jìn)行調整；⑶、風(fēng)機在裸露狀態(tài)下運轉，不潔凈凈的空氣會(huì )進(jìn)入機殼，同時(shí)，風(fēng)機本身在運轉過(guò)程中也會(huì )產(chǎn)塵，因此，必須對風(fēng)機出口后的空氣進(jìn)行過(guò)濾。

　　據上所述，在配置空調機組時(shí)應該將部分溫／濕度處理設備及過(guò)濾設備設置在通風(fēng)機出風(fēng)口后方，以達到對空氣進(jìn)行二次處理的目的，從而保證空調機組送風(fēng)溫／濕度和潔凈度滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求?？照{機組主要功能段配置為：初效過(guò)濾段－加熱段－表冷段－切換段－中效過(guò)濾段－亞高效過(guò)濾段－切換段－出風(fēng)段－風(fēng)機段－進(jìn)風(fēng)段－表冷段－加濕段－加熱段－亞高效過(guò)濾段－加濕段－送風(fēng)段。

　　四、高壓紡絲空調機組研制目標

　　在提出上述工藝方案后，我們認為空調機組在結構設計上應有所創(chuàng )新，不能墨守成規。具體目標為：⑴、結構設計必須經(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(guān)；⑷、漏風(fēng)率必須得到控制；⑸、機組運行過(guò)程中能更換過(guò)濾器且對系統影響降低到最低限度；⑹、須解決線(xiàn)纜及進(jìn)出水管穿越壁板密封問(wèn)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工藝要求等。

　　為了實(shí)現上述目標，我們提出了空調機組結構解決方案：

　?、趴照{機組正壓箱體采用雙層結構，內層為承壓密封層，外層為保溫裝飾層。內層為框架結構，采用焊接加工工藝，并確保內層平面平整和密封。外層為保溫板，安裝于內層框架外表面，這樣確?？照{機組的保溫性能和外形美觀(guān)。

　?、瓶照{機組正壓箱體框架主骨架采用性能比較高的冷彎內卷邊槽鋼，承壓層采用冷軋薄鋼板，通過(guò)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(shí)使每個(gè)骨架及承壓板簡(jiǎn)化成等跨距的連續梁及一般的間支梁，方便計算，并且利用其相應的公式驗算其強度剛度。

　?、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、框架模塊現場(chǎng)組裝全部采用焊接連接，同時(shí)對框架與內部功能段零件連接注重密封性能。

　?、葯z修門(mén)采用雙門(mén)結構，確保機組美觀(guān)和密封性能。檢修門(mén)分為內外兩重門(mén)。內門(mén)為高強度保溫內開(kāi)門(mén)，門(mén)鉸鏈采用特殊的浮動(dòng)結構使門(mén)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(shí)也保證門(mén)板周邊間隙均勻，確保機組運行時(shí)門(mén)板不異形變形、不漏風(fēng)。外門(mén)為塑鋼外開(kāi)門(mén)，不承受機組壓力，起保溫和裝飾作用。

　?、蛇^(guò)濾器的更換：負壓部分通過(guò)切換功能段進(jìn)行；正壓部分在亞高效過(guò)濾段設置靜壓箱，靜壓箱內設置充／泄壓裝置，通過(guò)對靜壓箱內的壓力平衡，便于人員進(jìn)出正壓箱體更換過(guò)濾器。切換段及靜壓箱的設置，避免了過(guò)濾器更換時(shí)送風(fēng)壓力的波動(dòng)，把對系統的影響降低到最低程度。

　?、试谙潴w內部將所有線(xiàn)纜匯集并由一根總管穿越機組箱體壁板，從而保證了空調機組箱體的美觀(guān)，并最大限度地減少了漏風(fēng)點(diǎn)。

　?、擞捎谡龎嚎蚣転楝F場(chǎng)整體焊接結構，為達到系統所要求的表面性能，其內表面防腐不能采用常規的處理方式，應采用粘接防腐層的方法來(lái)進(jìn)行防腐處理。

　　五、高壓空調機組驗證試驗

　　在確立了機組的解決方案后，我們根據結構設計的放大／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(jìn)行結構及相關(guān)的工藝試驗，通過(guò)試驗來(lái)發(fā)現并解決空調機組設計及機組運行過(guò)程中結構與工藝的相關(guān)技術(shù)難題；模擬機組高壓運行時(shí)過(guò)濾器更換的可行性；同時(shí)通過(guò)試驗來(lái)驗證強度剛度計算的準確性。

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

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

　?、葡潴w漏風(fēng)情況——在箱體外側縫隙處采用泡沫水涂刷，檢查是否漏風(fēng)；

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

　　試驗結果與分析如下：

　?、艠訖C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，結果如下，實(shí)測值小于理論值是因為為方便計算，在計算時(shí)對一些有利因素沒(méi)有考慮所致，測試結果表明我們的理論計算是準確可靠的，能夠指導空調機組的結構設計；表中允許值為跨距的１／４００ｍｍ。

　?、瓶照{機組箱體外側表面基本無(wú)明顯漏風(fēng)現象，但在一些角部及內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檢修門(mén)經(jīng)受１２５００Ｐａ壓力后，無(wú)明顯變形，開(kāi)關(guān)自如，證明其設計是切實(shí)可行的。

　?、仍谡龎海ǎ保玻担埃埃校幔┻\行狀態(tài)下，通過(guò)對模擬靜壓箱的充／泄壓，證明在不停機狀態(tài)下，對空調箱內部的過(guò)濾器進(jìn)行更換完全可行，且對系統無(wú)明顯影響。

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

　?。?、承壓板與主骨架的焊接結構應改變，由塊式結構改為板式（平板），減少焊接工作量，降低漏風(fēng)率，同時(shí)改善框架內部平整度。

　?。?、內部零件與框架連接的密封問(wèn)題應引起重視，在實(shí)際運行過(guò)程中此處可能是最大漏風(fēng)點(diǎn)。

　　六、結論

　?。玻埃埃材辏对?，我們?yōu)槟秤脩?hù)按上述要求設計并生產(chǎn)的兩套高壓空調機組一次性調試成功。目前，兩套空調機組（含自動(dòng)控制系統）運行穩定，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(xiàn)的正常生產(chǎn)創(chuàng )造了條件。國內首臺高壓紡絲空調機組的成功運行，再次體現了我們設計方案的合理性，同時(shí)也為我們設計生產(chǎn)高壓紡絲空調機組積累了豐富經(jīng)驗。繼首批兩套空調機組的設計成功，近兩年，我們?yōu)閲鴥榷嗉矣脩?hù)的進(jìn)口紡絲生產(chǎn)線(xiàn)設計了相同類(lèi)型的空調機組，均取得了圓滿(mǎn)成功。

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