新型高壓紡絲空調機組的研制
在化纖生產的紡絲過程中，需要空調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冷卻成型。實踐表明：空調機組能否提供滿足生產工藝要求的空氣將對產品質量產生很大的影響。
在短纖生產過程中，為了確保能夠向絲束提供性質均勻的工藝性空氣（確保所有絲束具有相同的冷卻效果），紡絲機生產商通常將環吹頭（空氣由此送出）阻力設計得很大，這樣可以達到兩個目的：⑴、促使生產線上所有環吹頭內的靜壓盡可能保持一致，確保所有環吹頭送風均勻；⑵、每個環吹頭氣腔內靜壓均勻一致，保證環吹頭四周送風均勻。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線，并已出口到我國。該生產線要求空調機組的送風壓力達到１００００Ｐａ才能保證環吹頭的送風量達到設計要求，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。
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，這種空調機組的配置模式對于送風壓力低于３０００Ｐａ是可行的，也是國內比較成功的經驗，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工藝要求的。
例如我們為某公司研制的高壓紡絲空調與紐馬格公司紡絲生產線配套（４８個紡絲位），其生產工藝要求空調機組的送風必須達到下列要求：送風量７００００ｍ３／ｈ，溫度１８２１±０．５℃，濕度７５８０±３％，壓力１００００±５０Ｐａ，潔凈度：歐洲標準Ｆ８。
根據紡絲機對送風參數的要求，我們經過詳細計算發現：空調機組通風機溫升高達１３．５℃。根據此計算結果，不難發現：空調機組若按照常規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４．５７．５℃（１８２１－１３．５＝４．５７．５），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４．５７．５℃的狀態，但由于風機溫升及風機本身的結構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線用空調機組由于風機溫升而引發的溫度、濕度、潔凈度等一系列問題，需要重新確定其配置模式。經過認真研究分析，新型高壓紡絲空調機組必須解決以下問題：⑴、空氣經風機后所產生的溫升必須消除；⑵、溫度變化將導致濕度變化，必須對濕度進行調整；⑶、風機在裸露狀態下運轉，不潔凈凈的空氣會進入機殼，同時，風機本身在運轉過程中也會產塵，因此，必須對風機出口后的空氣進行過濾。
據上所述，在配置空調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，從而保證空調機組送風溫／濕度和潔凈度滿足生產工藝要求。空調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新，不能墨守成規。具體目標為：⑴、結構設計必須經濟合理；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工藝要求等。
為了實現上述目標，我們提出了空調機組結構解決方案：
⑴空調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，這樣確保空調機組的保溫性能和外形美觀。
⑵空調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、框架模塊現場組裝全部采用焊接連接，同時對框架與內部功能段零件連接注重密封性能。
⑷檢修門采用雙門結構，確保機組美觀和密封性能。檢修門分為內外兩重門。內門為高強度保溫內開門，門鉸鏈采用特殊的浮動結構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，靜壓箱內設置充／泄壓裝置，通過對靜壓箱內的壓力平衡，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，把對系統的影響降低到最低程度。
⑹在箱體內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由于正壓框架為現場整體焊接結構，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進行防腐處理。
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，便于進行結構及相關的工藝試驗，通過試驗來發現并解決空調機組設計及機組運行過程中結構與工藝的相關技術難題；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，試驗程序與試驗內容嚴格按照空調機組實際運行工況的要求執行，試驗內容如下：
⑴箱體耐壓強度——用目測和卷尺測量的方法，確定空調機組在高壓狀態下箱體變形，并與理論及要求值比較；
⑵箱體漏風情況——在箱體外側縫隙處采用泡沫水涂刷，檢查是否漏風；
⑶在機組運行狀態下，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。
⑵空調機組箱體外側表面基本無明顯漏風現象，但在一些角部及內部零件與框架螺栓連接處有輕度漏風，須在實際操作中加以注意并消除。
⑶樣機檢修門經受１２５００Ｐａ壓力后，無明顯變形，開關自如，證明其設計是切實可行的。
⑷在正壓（１２５００Ｐａ）運行狀態下，通過對模擬靜壓箱的充／泄壓，證明在不停機狀態下，對空調箱內部的過濾器進行更換完全可行，且對系統無明顯影響。
通過對高壓空調機組模擬樣機的設計、生產、安裝及測試，我們認為：研制滿足新型紡絲生產線工藝要求的高壓空調機組技術問題完全可以解決，但在實際設計生產中還須注意以下幾點：
１、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，降低漏風率，同時改善框架內部平整度。
２、內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、結論
２００２年６月，我們為某用戶按上述要求設計并生產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，為新型紡絲生產線的正常生產創造了條件。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，同時也為我們設計生產高壓紡絲空調機組積累了豐富經驗。繼首批兩套空調機組的設計成功，近兩年，我們為國內多家用戶的進口紡絲生產線設計了相同類型的空調機組，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：機械工業出版社，１９９２
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