滌綸長絲車間紡絲機的側吹風空調系統

王玉博

（中國昆侖工程有限公司遼寧分公司，遼寧 遼陽 111003）

在化纖工業的快速發展狀態下，絲束冷卻作為一種核心生產技術被人們廣泛應用在側吹風空調系統設計中。高速的長絲滌綸紡制過程中，需要空調側吹風系統提供一定數量的絲位和相對溫濕度，用來保證卷繞絲生產的預備取向度和高質量染色度等指標。從20世紀70年代末期引進該項技術后，我國對滌綸長絲項目的研究和開發形成了三個不同發展階段，從最早的全套引進到中期的仿制工藝，現階段在不斷優化創新下冷卻絲束技術已經逐漸走向成熟。在滌綸長絲生產過程中，長絲側吹風空調系統的設計可以為操作環境和生產設備提供一定的溫度和濕度，在相對風量的輸送下，為設備生產長絲條起到冷卻成型的作用，完成系統風壓的平衡。一臺工藝完備的側吹風空調含有兩個送風路徑，可以平衡兩條生產線之間的設備操作。該送風系統在對回流風或者新進風加熱和冷卻后，通過送風機將適宜的溫度和濕度以及風量，重新保持相對平穩風壓,在相對緊張的空間環境下產生風壓形成側吹風風幕，可以有效減少外界環境對長絲條形狀的影響。因此，在制作工藝上要考慮風道中風速控制和風壓穩定，避免因風道面積過大產生的空間位置預留大等問題，在布置回風道與回風形式上，主要考慮風道之間的相互關系，著重檢查風道與溶體管路、熱媒管路的位置設定，最終保證產品質量。

1 滌綸長絲車間紡絲機的側吹風空調系統硬件設計

1.1 設計壓差采集電路

考慮到送風系統的轉換溫度時會產生一定壓差，在吸入空氣時采集電路會產生熱量，為保證內部運轉裝備的安全運行，需要對采集電路的溫度進行降溫。利用對接傳感器，將280Ω的高電阻在微處理裝置下轉換成1.5～6.5V低壓模式，具體電路如圖1所示。

如圖1所示電路含有一個高壓電阻，為方便系統對風機的溫度控制強度，電壓輸出相差值前后不超過4V。設置其電流輸出范圍在5～56mV，按照分辨率和精度均高于30uA的標準下進行壓差采集工作。

圖1 壓差采集電路圖

1.2 設計溫度傳感器電路

溫度是空調系統中最重要的參數之一，此次設計利用電阻式溫度傳感器，對換能器的進水溫度和回水溫度進行控制。傳感器的線路設置為雙線并行模式，選取西門子旗下的無線電源插入換能板，將溫度分辨率控制在0.2℃,具體電路圖如圖2所示。

圖2 溫度傳感器電路

如圖2中所示，在電路中放置多個熱敏電阻，每個電阻采取分壓式，最大分壓電阻不超過6.5K，溫度的輸出電壓在2～12V。在負溫狀態下，能夠將溫度變化的幅度轉化成電壓變化比值，溫度越高電阻產生的壓力就越小，由此控制傳感器溫度。

2 滌綸長絲車間紡絲機的側吹風空調系統軟件設計

2.1 建立神經網絡模型預測冷熱負荷

側吹風空調系統的組織形式主要是對空間內溫度和濕度以及空氣的流動速度進行調節和控制，在調節和控制過程中會產生機體和冷熱負荷。為了減少兩種負荷之間的誤差，基于神經網絡模型預測溫度轉換產生的冷熱負荷，在模型上設置三個以上的階層網絡，即輸入層、隱含層以及輸出層。在每個相鄰層級之間能夠實現各個神經元的連接過程，在上一層級的神經元傳送時保證下層神經元的無差別連接。主要分為兩個階段：一是在模型中加入一個設定的期望輸出值范圍，對網絡輸入的實際學習模式進行設定，并在輸入層收取數據后，按照期望值變化的大小排序，完成上層神經元的轉換。二是在每個分層結構中另外含有多個數據隱含節點，對輸入進來的信號，需要向第一個輸入信號做函數比對，在反向傳播與正向傳播的選擇中，把隱含節點的數據信息逐層處理，其中每層的神經元只能控制其相鄰狀態下的神經元形態。在兩個階段的數據轉換和對比下，如果輸出層無法得到期望值，則表示在預測模型內產生了誤差信號，需要將信號原路返回，通過各級神經元的重新比對，最終將誤差控制在最小范圍內，由此控制空調的側吹風送風量。

2.2 控制空調側吹風送風量

紡絲機的側吹風空調系統設計的主要目的，是在相對溫度下調控單位空間內滌綸長絲車間的制冷效果。在循環空氣通過高溫高壓氣體時，送風量的大小依據空間內部的濕度負荷，在相同送風狀態下確定送風量，在滿足制冷前提下加大送風溫差，將室內外的新風與回風進行混合，在不影響空氣濕度穩定性的狀態下計算濕度負荷t：

式中，W表示制冷量，aε表示維持單位空間內的空氣參數。

根據紡絲機運行狀態下表面產生熱量輻射，在單位空間內的溫差過大時，其空氣參數對濕度負荷的影響成反比關系，濕度負荷越大需要產生的送風量就越小。通過機組設備在外界環境與內部構造完成熱量交換過程中控制其送風量的合理性，滿足熱量排放時其環境相對溫度控制在標準范圍，即使在外部機器高效運轉階段依舊能夠完成對空調側吹風的風量控制，保證滌綸長絲車間的正常生產。

3 實驗論證分析

3.1 實驗準備

為驗證本文設計的側吹風空調系統具有實際使用功能，通過實驗測試的方法檢驗該系統的實用性。此次實驗選擇一組傳統側送風空調系統作為對照，分兩個階段進行：第一階段測試檢測兩組系統在相同設置的出口數量下，對出口溫度的控制能力，即是否能夠在相對溫度下完成側吹風風量輸送。第二階段在多次實驗測試下，比較兩組空調系統的側吹風的能耗值。以某滌綸長絲車間為實驗對象，在平臺搭建仿真測試模型，設置6h內該車間的溫度變化如圖3所示。

如圖3所示在選取的6h時間段內，生產車間的最高溫度和最低溫度分別為45℃和32℃，均在正常滌綸長絲生產標準溫度24～28℃，易影響滌綸長絲的生產質量。

3.2 控風效果測試

圖3 某滌綸長絲生產車間溫度變化樣本

圖4 出風口溫度對比結果

利用兩組側吹空調系統，對上文樣本中的環境溫度進行冷卻。以5m/s的入口速度設置出風口回風比例為60%，具體測試結果如圖4所示。

根據圖中各個出風口的溫度輸出結果可知，傳統系統在出口數量大于6h才能將車間出口溫度控制在標準生產溫度內，而本文系統可在僅有一個出口數量時將溫度控制在標準范圍內，具有實際使用效果。

3.3 能耗測試結果分析

為保證此次測試結果的準確性，對控風測試階段的樣本進行5組測試，比較兩組系統在控風過程中的側吹風耗冷量。在控制溫度滿足標準范圍的前提下，兩組系統的出口數量均為5個，具體測試結果如表1所示。

表1 耗冷量測試結果（kW）

根據測試結果可知，傳統系統的側吹風耗冷量平均為366.12kW，本文系統平均為224.61kW，較之減少了141.51kW，能夠有效降低能耗。

4 結語

此次設計主要在壓差采集與溫度傳感器的電路上做了改進，有效改善因外界環境變化所引起的系統回風問題。根據實驗結果可知，本文設計的側吹風空調系統，在回風比例為60%時，耗冷量較傳統系統有所減少，能夠有效降低生產能耗。但本文在設計過程中仍存在不足之處，此次側吹風空調系統的設計更偏向于對長絲條的市場需求，只能滿足其生產數量。在硬件設計上并沒有針對機房內高點對設備傳輸能力的準確性和穩定性進行探討，后續研究時會考慮所有模塊在不停機狀態下冷熱壓差的采集與維護工作，方便滌綸長絲車間紡絲機的高速運轉。