CN111397035A - 一种用于纺织厂空调风系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于纺织厂空调风系统及其工作方法，包括进风管、热湿处理装置、公共主风道、送风系统，所述进风管、热湿处理装置、公共主风道、送风系统依次连接，所述送风系统布置在所述纺织厂车间内顶部；所述送风系统包括分风道、风机、支风道、送风口、变风量末端风阀，所述分风道、风机有若干个并且所述分风道、风机数量相同，所述公共主风道与分风道连通，所述分风道与风机一一对应连接；一个所述风机与若干个支风道连接，每个所述支风道末端设置有送风口并且所述送风口处设置有变风量末端风阀。本发明所述的用于纺织厂空调风系统及其工作方法，送风量大，送风距离长，运行效率高，有益于送风的均匀性，优化了送风系统的运行能耗，应用前景广泛。

Description

一种用于纺织厂空调风系统及其工作方法

技术领域

本发明属于空调风系统技术领域，具体涉及一种用于纺织厂空调风系统及其工作方法。

背景技术

随着社会的快速发展和人们生活水平的不断提高，我国纺织工业迅速增长，纺织车间也不断扩大，动辄几十万锭的纺纱车间的出现，对纺织厂织造车间的空调风系统提出了巨大的考验.

纺织厂为了控制厂房内的污染物，保证生产过程中洁净度、温湿度、压力梯度等要求，除了要严格控制空气过滤器的过滤效率及空气处理过程外，还要保证送到各个受控空间的送、排风量不受系统内其它因素的干扰，以保持受控环境与外界的压力差的稳定。另外，在纺织厂空调风系统运行过程中，过滤器阻力的不断增加，送风机、排风机等设备工作效率的不断变化，系统运行过程中人为操作的不规范等都会对厂房的送风量和压力差带来影响。另外, 由于纺织车间特殊的工艺流程和纺织品对温湿度的严格要求，如果温湿度控制不当会造成纺织品的质量达不到要求，空调送风不均匀时还容易造成车间飞花，棉纤维散落到空气中还会对工作人员的健康造成威胁，另外，由于纺织厂庞大的风机数量，会造成巨大的能源消耗。

因此，研究出一种用于纺织厂空调风系统及其工作方法，提高织造车间的温湿度控制和送风的稳定性，同时节能环保，这对纺织工业以及操作工人的身体健康都有着十分重要的作用和意义。

中国专利申请号为CN201810344269.X公开了一种能减少运行能耗的空调风系统，是通过针对现有空调系统存在的在过渡季节仍需要使制冷系统处于运行状态的问题，在过渡季节使用该空调风系统，无需启动运行制冷系统，仅通过室外新风即可对室内进行降温处理，不是针对纺织厂设计的，也没有对纺织厂空调风系统的整体运行、送风均匀性、巨大能耗做出改进和提高。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种用于纺织厂空调风系统及其工作方法，送风量大，送风距离长，运行效率高，有益于送风的均匀性；工作方法简单，便于维护，稳定可靠，灵活性高，既能满足纺织厂织造车间各区域对于风量的需求，也能优化风机的运行能耗，应用前景广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于纺织厂空调风系统，其特征在于，包括进风管、热湿处理装置、公共主风道、送风系统，所述进风管、热湿处理装置、公共主风道、送风系统依次连接，所述送风系统布置在所述纺织厂车间内顶部；所述送风系统包括分风道、风机、支风道、送风口、变风量末端风阀，所述分风道、风机有若干个并且所述分风道、风机数量相同，所述公共主风道与分风道连通，所述分风道与风机一一对应连接；一个所述风机与若干个支风道连接，每个所述支风道末端设置有送风口并且所述送风口处设置有变风量末端风阀。

本发明所述的用于纺织厂空调风系统，采用多风机非完全并联模式，混合气体通过进风管进入所述热湿处理装置后，径直流入公共主风道，在分风道分风后，经各条支风道入口处的风机送进各条支风道，在支风道内，通过各个送风口送入纺织厂车间内区域，变风量末端风阀根据纺织厂车间内负荷的变化实时控制送风量，以优化送风系统的运行能耗。

在纺织厂织造车间采用所述空调风系统的优势如下：（1）送风量大：采用多风机并联的模式，相比传统的单一风机送风系统增大了管网的总风量，能为织造车间输送更多的气体；（2）送风距离长：每台风机单独完全承担公共主风道和各自支风道的压力损失，风机安装在支风道入口处，送风距离长，适合大空间的织造车间；（3）运行效率高：单一风机的送风系统，当织造车间冷湿负荷较小或者部分设备运行时，仅仅通过节流调节，容易使风机偏离高效运行区段，使风机效率降低，造成能源的浪费；而多风机并联运行模式，在遇到这种情况时就可以关闭一些风机，使其它风机仍然可以维持在高效工况区段运行，较少了能源的浪费；由于纺织厂织造车间数量多，且每间车间至少需要一套空调系统，风机数量很大，所以风机高效率的运行节约的能源是很可观的；（4）有益于送风的均匀性：每条支风道可以单独调节风量末端风阀，相比于传统的单一风机和完全并联送风系统，可以更加灵活的调整各个支风道，更容易保证各区域的送风均匀性；（5）修理方便：当某一台风机出现故障时，可以单独关闭该风机支管段进行维修，其他风机可以继续工作，这样不至于关闭整个空调风系统造成整个纺织车间温湿度失控，可以更好的保证产品的质量和工作的效率。

进一步的，上述的用于纺织厂空调风系统，所述变风量末端风阀包括阀体、阀芯、阀杆；所述阀体从左至右依次包括入口圆筒段、圆锥收缩段、圆筒形喉部、圆锥扩散段、出口圆筒段；所述阀芯的初始位置位于入口圆筒段、圆锥收缩段之间并且通过阀杆水平设置在阀体内部，所述阀芯内安装有一个可以伸缩的弹簧。

所述变风量末端风阀安装在送风口处，结构简单，具有风量控制精度高，响应时间短，可调比大，能在较大的压力范围内实现压力无关型调节的优点。通过将阀体从左至右依次设置为入口圆筒段、圆锥收缩段、圆筒形喉部、圆锥扩散段、出口圆筒段，可以降低最小工作压力，较小的工作静压意味着风机仅需要提供较小的动力，从而对系统的节能有着重要意义。

进一步的，上述的用于纺织厂空调风系统，所述弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧；所述阀体上安装有TX消声器。

阀体上安装有TX消声器，可以有效减少送风口处的辐射噪声。

进一步的，上述的用于纺织厂空调风系统的工作方法，所述工作方法，包括变风量末端风阀开度控制方法、风机转速控制方法。

所述空调风系统，是通过风机、风道管网（公共主风道、分风道、支风道）及变风量末端风阀相互作用，以来调节纺织厂织造车间各区域的送风量，以满足织造车间内温度的控制需求。其中，风机是该系统的动力设备，其通过改变转速调节所述空调风系统的总送风量，各变风量末端风阀通过改变开度调节所属区域的送风量，风道管网是风机与变风量末端风阀连接的纽带。对风机、变风量末端风阀中耦合关系进行优化控制，可以优化空调风系统的运行能耗，保证稳定性与节能性。

进一步的，上述的用于纺织厂空调风系统的工作方法，所述变风量末端风阀开度控制方法，包括如下步骤：

（1）基于由公共主风道、分风道、支风道组成的风道管网的压力与流量平衡关系，得到阻抗-流量平衡方程，建立所述空调风系统的阻抗-流量平衡模型；

（2）根据所述空调风系统的阻抗-流量平衡模型，设定各末端送风口（44）的风量，以所述变风量末端风阀最小阻抗为优化目标，以设定的风量与送风量的平衡关系为约束条件，建立变风量末端风阀的分布式优化模型；

（3）基于分布式迭代算法，求解所述分布式优化模型，得到满足风量约束条件的变风量末端风阀最优阀位状态，根据得到的变风量末端风阀最优阀位状态进行实时控制。

所述变风量末端风阀开度控制方法，具备良好的稳定性，避免了 PID 控制中的回路耦合，优化算法始终保证至少有一个变风量末端风阀处于全开状态，可保证所述空调风系统阻抗处于较低水平，可降低风道管网的能耗。

其中，对于流体网络中的任意节点，流体流进或流出该节点的所有管路的流量的代数和零，称为流量平衡定律；对于任意流体网络中的任意回路，沿着该回路的所有支路压降的代数和为零，称为压力平衡定律。因此，对风道管网的阻抗-流量特性进行分析，支风道压降、支风道末端送风口的送风量、支风道阻力之间满足压降平衡关系，可以得到阻抗-流量平衡方程，根据该方程式加上及纺织厂的风道管网阻抗模型，就可以建立所述空调风系统的阻抗-流量平衡模型。

进一步的，上述的用于纺织厂空调风系统的工作方法，所述风机转速控制方法，包括如下步骤：在各末端送风口的风量、变风量末端风阀开度已知条件下，通过所述阻抗-流量平衡关系、风机的特性曲线，求解出风机优化后的压头及运行转速，根据得到的风机优化后的压头及运行转速进行控制。

进一步的，上述的用于纺织厂空调风系统的工作方法，所述求解，计算流程如下：

（1）假定各末端送风口的实际风量与设定风量平衡，风机总送风量与总设定风量平衡，根据任意支路的压降关系，确定风机压头；

（2）已知风机送风量与风机压头，基于风机的特性曲线，求解当前状态下的优化转速。

进一步的，上述的用于纺织厂空调风系统的工作方法，所述风机转速控制方法是在变风量末端风阀开度控制方法的基础上实行。

在变风量末端风阀开度控制方法的基础上，运行风机转速控制方法，可以保持风机出口风量与总需求风量的平衡，既能满足纺织厂织造车间各区域对于风量的需求，也能优化风机的运行能耗。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明公开的用于纺织厂空调风系统，采用多风机非完全并联模式，相比传统的单一风机送风系统增大了管网的总风量，能为织造车间输送更多的气体，送风距离长，运行效率高，每条支风道可以单独调节风量末端风阀，相比于传统的单一风机和完全并联送风系统，可以更加灵活的调整各个支风道，更容易保证各区域的送风均匀性，修理方便；

（2）本发明公开的用于纺织厂空调风系统的工作方法，工作方法简单，便于维护，稳定可靠，灵活性高，既能满足纺织厂织造车间各区域对于风量的需求，也能优化风机的运行能耗，实际应用效果好，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明所述一种用于纺织厂空调风系统的整体布局示意图；

图2为本发明所述一种用于纺织厂空调风系统的变风量末端风阀的结构示意图；

图中：风管1、热湿处理装置2、公共主风道3、送风系统4、分风道41、风机42、支风道43、送风口44、变风量末端风阀45、阀体451、入口圆筒段4511、圆锥收缩段4512、圆筒形喉部4513、圆锥扩散段4514、出口圆筒段4515、阀芯452、阀杆453、弹簧454、TX消声器455、纺织厂织造车间a。

具体实施方式

下面将结合具体实验数据和附图1~2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，以下实施例提供了一种用于纺织厂空调风系统，包括进风管1、热湿处理装置2、公共主风道3、送风系统4，所述进风管1、热湿处理装置2、公共主风道3、送风系统4依次连接，所述送风系统4布置在所述纺织厂车间内顶部；所述送风系统4包括分风道41、风机42、支风道43、送风口44、变风量末端风阀45，所述分风道41、风机42有若干个并且所述分风道41、风机42数量相同，所述公共主风道3与分风道41连通，所述分风道41与风机42一一对应连接；一个所述风机42与若干个支风道43连接，每个所述支风道43末端设置有送风口44并且所述送风口44处设置有变风量末端风阀45。

进一步的，如图2所示，所述变风量末端风阀45包括阀体451、阀芯452、阀杆453；所述阀体451从左至右依次包括入口圆筒段4511、圆锥收缩段4512、圆筒形喉部4513、圆锥扩散段4514、出口圆筒段4515；所述阀芯452的初始位置位于入口圆筒段4511、圆锥收缩段4512之间并且通过阀杆453水平设置在阀体451内部，所述阀芯452内安装有一个可以伸缩的弹簧454。

进一步的，如图2所示，所述弹簧454为圆柱螺旋压缩弹簧；所述阀体451上安装有TX消声器455。

实施例

本发明所述的用于纺织厂空调风系统，所述工作方法，包括变风量末端风阀开度控制方法、风机转速控制方法。所述风机转速控制方法是在变风量末端风阀开度控制方法的基础上实行。

这是因为，在变风量末端风阀45开度控制方法的基础上，运行风机42转速控制方法，可以保持风机42出口风量与总需求风量的平衡，既能满足纺织厂织造车间各区域对于风量的需求，也能优化风机42的运行能耗。

所述变风量末端风阀开度控制方法，包括如下步骤：

（1）基于由公共主风道3、分风道41、支风道43组成的风道管网的压力与流量平衡关系，得到阻抗-流量平衡方程，建立所述空调风系统的阻抗-流量平衡模型；

（2）根据所述空调风系统的阻抗-流量平衡模型，设定各末端送风口44的风量，以所述变风量末端风阀45最小阻抗为优化目标，以设定的风量与送风量的平衡关系为约束条件，建立变风量末端风阀45的分布式优化模型；

（3）基于分布式迭代算法，求解所述分布式优化模型，得到满足风量约束条件的变风量末端风阀45最优阀位状态，根据得到的变风量末端风阀45最优阀位状态进行实时控制。

所述变风量末端风阀开度控制方法，具备良好的稳定性，避免了 PID 控制中的回路耦合，优化算法始终保证至少有一个变风量末端风阀处于全开状态，可保证所述空调风系统阻抗处于较低水平，可降低风道管网的能耗。

其中，对于流体网络中的任意节点，流体流进或流出该节点的所有管路的流量的代数和零，称为流量平衡定律；对于任意流体网络中的任意回路，沿着该回路的所有支路压降的代数和为零，称为压力平衡定律。因此，对风道管网的阻抗-流量特性进行分析，支风道43压降、支风道末端送风口44的送风量、支风道43阻力之间满足压降平衡关系，可以得到阻抗-流量平衡方程，根据该方程式加上及纺织厂的风道管网阻抗模型，就可以建立所述空调风系统的阻抗-流量平衡模型。

所述风机转速控制方法，包括如下步骤：在各末端送风口44的风量、变风量末端风阀45开度已知条件下，通过所述阻抗-流量平衡关系、风机42的特性曲线，求解出风机42优化后的压头及运行转速，根据得到的风机42优化后的压头及运行转速进行控制。

所述求解，计算流程如下：

（1）假定各末端送风口44的实际风量与设定风量平衡，风机42总送风量与总设定风量平衡，根据任意支路的压降关系，确定风机42压头；

（2）已知风机42送风量与风机42压头，基于风机42的特性曲线，求解当前状态下的优化转速。

本发明所述的用于纺织厂空调风系统，采用多风机非完全并联模式，混合气体通过进风管1进入所述热湿处理装置2后，径直流入公共主风道3，在分风道41分风后，经各条支风道43入口处的风机42送进各条支风43道，在支风道43内，通过各个送风口44送入纺织厂车间内区域。

在纺织厂织造车间采用所述空调风系统的优势如下：（1）送风量大：采用多风机并联的模式，相比传统的单一风机送风系统增大了管网的总风量，能为织造车间输送更多的气体；（2）送风距离长：每台风机42单独完全承担公共主风道3和各自支风道43的压力损失，风机42安装在支风道43入口处，送风距离长，适合大空间的织造车间；（3）运行效率高：单一风机的送风系统，当织造车间冷湿负荷较小或者部分设备运行时，仅仅通过节流调节，容易使风机42偏离高效运行区段，使风机42效率降低，造成能源的浪费；而多风机并联运行模式，在遇到这种情况时就可以关闭一些风机42，使其它风机42仍然可以维持在高效工况区段运行，较少了能源的浪费；由于纺织厂织造车间数量多，且每间车间至少需要一套空调系统，风机42数量很大，所以风机42高效率的运行节约的能源是很可观的；（4）有益于送风的均匀性：每条支风道可以单独调节风量末端风阀，相比于传统的单一风机和完全并联送风系统，可以更加灵活的调整各个支风道，更容易保证各区域的送风均匀性；（5）修理方便：当某一台风机42出现故障时，可以单独关闭该风机42支风道43进行维修，其他风机42可以继续工作，这样不至于关闭整个空调风系统造成整个纺织车间温湿度失控，可以更好的保证产品的质量和工作的效率。

本发明所述的用于纺织厂空调风系统的工作方法，通过结合变风量末端风阀开度控制方法、风机转速控制方法，得到变风量末端风阀45与风机42转速的最优参数，然后根据得到的最优参数进行控制、调节，提高了空调风系统运行的稳定性与节能性，可以根据纺织厂车间内负荷的变化实时控制送风量，以优化空调风系统的运行能耗。

本发明具体工作方法途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于纺织厂空调风系统，其特征在于，包括进风管（1）、热湿处理装置（2）、公共主风道（3）、送风系统（4），所述进风管（1）、热湿处理装置（2）、公共主风道（3）、送风系统（4）依次连接，所述送风系统（4）布置在所述纺织厂车间内顶部；所述送风系统（4）包括分风道（41）、风机（42）、支风道（43）、送风口（44）、变风量末端风阀（45），所述分风道（41）、风机（42）有若干个并且所述分风道（41）、风机（42）数量相同，所述公共主风道（3）与分风道（41）连通，所述分风道（41）与风机（42）一一对应连接；一个所述风机（42）与若干个支风道（43）连接，每个所述支风道（43）末端设置有送风口（44）并且所述送风口（44）处设置有变风量末端风阀（45）。

2.根据权利要求1所述的用于纺织厂空调风系统，其特征在于，所述变风量末端风阀（45）包括阀体（451）、阀芯（452）、阀杆（453）；所述阀体（451）从左至右依次包括入口圆筒段（4511）、圆锥收缩段（4512）、圆筒形喉部（4513）、圆锥扩散段（4514）、出口圆筒段（4515）；所述阀芯（452）的初始位置位于入口圆筒段（4511）、圆锥收缩段（4512）之间并且通过阀杆（453）水平设置在阀体（451）内部，所述阀芯（452）内安装有一个可以伸缩的弹簧（454）。

3.根据权利要求2所述的用于纺织厂空调风系统，所述弹簧（454）为圆柱螺旋压缩弹簧；所述阀体（451）上安装有TX消声器（455）。

4.根据权利要求1－3任意一项所述用于纺织厂空调风系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法，包括变风量末端风阀开度控制方法、风机转速控制方法。

5.根据权利要求4所述用于纺织厂空调风系统的工作方法，其特征在于，所述变风量末端风阀开度控制方法，包括如下步骤：

（1）基于由公共主风道（3）、分风道（41）、支风道（43）组成的风道管网的压力与流量平衡关系，得到阻抗-流量平衡方程，建立所述空调风系统的阻抗-流量平衡模型；

（2）根据所述空调风系统的阻抗-流量平衡模型，设定各末端送风口（44）的风量，以所述变风量末端风阀（45）最小阻抗为优化目标，以设定的风量与送风量的平衡关系为约束条件，建立变风量末端风阀（45）的分布式优化模型；

（3）基于分布式迭代算法，求解所述分布式优化模型，得到满足风量约束条件的变风量末端风阀（45）最优阀位状态，根据得到的变风量末端风阀（45）最优阀位状态进行实时控制。

6.根据权利要求5所述用于纺织厂空调风系统的工作方法，其特征在于，所述风机转速控制方法，包括如下步骤：在各末端送风口（44）的风量、变风量末端风阀（45）开度已知条件下，通过所述阻抗-流量平衡关系、风机（42）的特性曲线，求解出风机（42）优化后的压头及运行转速，根据得到的风机（42）优化后的压头及运行转速进行控制。

7.根据权利要求6所述用于纺织厂空调风系统的工作方法，其特征在于，所述求解，计算流程如下：

（1）假定各末端送风口（44）的实际风量与设定风量平衡，风机（42）总送风量与总设定风量平衡，根据任意支路的压降关系，确定风机（42）压头；

（2）已知风机（42）送风量与风机（42）压头，基于风机（42）的特性曲线，求解当前状态下的优化转速。

8.据权利要求7所述用于纺织厂空调风系统的工作方法，其特征在于，所述风机转速控制方法是在变风量末端风阀开度控制方法的基础上实行。

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