摘要：:船厂使用的四季型风冷移动式组合除湿机主要包括制冷系统、处理空气加热系统、转轮除湿系统以及电气控制系统等,本文通过结合具体示例的设计计算,详细讨论了这些系统的设计方法及其要点。

关键词：除湿，制冷，转轮，加热，四季型，移动型

Design of Air-cooling Removable Combined Dehumidifier Used

in Shipyard and Operated ALL Year Ro und

     Abstract:The air-cooling removable combined dehumidifier is widely used in shipyard and   operated all year round there. This kind of dehumidifier mainlyconsists of the refrigeration  system,heating system of process air, rotor dehumidifying system and electrica| control system. ln this paper`,the design methods and ther key points of these systems are discussed in detail throughthe design calculation of a demonstrat on example

    Keywords:dehumidify,refrigeration ,rotor;heating;operated all year roung;removable

1前言

        船厂造船或修船时对船体的表面防锈防腐处理要求很高,在喷漆之前须对船体进行打磨、等除锈处理,而经过除锈处理过的金属表面在喷漆之前必须保持相当干燥,即处理过的船体金属表面需保存在干燥的空气环境中,一般空气相对湿度要保证在40%以下,并保持合适的工作环境温度,这样的要求靠单纯的制冷除湿系统或单纯的转轮除湿系统均无法实现,而必须采用制冷和转轮组合起来进行除湿和调节温度。另外,因船厂一年四季都需要进行造船或修船,并且对大型船厂而言,其船坞、涂装车间均有多个,其所造船体或修补的船体往往都较大,因而使用的除湿机还必须保证一年四季都可运行,并能通过吊机吊至不同的地方或都位使用,所以船厂造船或修船过程中使用的除湿机必须是四季型风冷移动式组合除湿机。

2处理流程、原理及设计参数要求

        四季型风冷移动式组合除湿机的处理流程如图2-1所示,它主要由制冷系统(包括表冷器)、 转轮除湿系统(含除湿转轮、转轮驱动系统及加热再生系统)、 处理空气电加热系统及电制系统组成。表冷器和转轮除湿对处埋空气分别进行冷冻和吸附除湿,处理空气电加热器用于在冬季调节处理空气的温度,并且还可便于在春秋季节调节开启制冷系统,保证除湿机能满足要求地一年四季正常运行。

        由于夏季极限工况条件下,室外空气含湿量较高,这增加转轮再生难度,势必要求增加再生加热温度,但由于转轮耐高温程度有限,温度过高,转轮会被烧毁,因此在此情况下,先将再生空气经过表面冷却处理,出去部分湿度后,在加热供转轮再生。

         通常,船厂使用的四季型可移动风冷组合除湿机的设计参数如表2-1所示。

3具体系统设计

        本文以除湿处理空气风量G=10000mγh,其它设计参数要求均与表2-1相同为例,进表2-1四季型风冷移动式组合除湿机设计参数行具体的设计方面的讨论。

       根据表2-1的设计要求,夏季除湿处理出风温度tn≤3O℃,相对湿度RHn≤40%,为了确保设计满足要求,可以考虑出风温度和相对湿度分别为小于、但分别很接近30℃和40%的数值。同样,冬季时可以考虑处理出风温度和相对湿度分别为大于15℃和小于40%、但分别很接近15℃和40%的数值。另外,设计中应注意考虑处理风机的温生,一般估计为1℃左右。

        转轮除湿时,除湿处理空气流过转轮3抑 的区域,而再生加热空气反向流过转轮1/4的区域。除湿处理空气通过转轮的面风速为2,5~4m/s或质量流速为3~48Kg/m2s,再生空气风量一般为处理空气的1/4~1 /3,经 过再生加热到120~140℃后,反向流过转轮吸湿后直接排空;现在基本都采用高效硅胶转轮,转速为8~10r/h[1]。 转轮生产厂商均有转轮性能曲线表或转轮选用计算软件供设计人员进行转轮选择和系统设计计算。

3.1制冷系统

      取表2-1中夏季最不利(极限)环境气象参数作为进风设计参数,即tw=40℃ ,RHw=95%。 夏季处理空气具体除湿处理过程在1-D图中表示如图3-1所示。

      根据1-D图和转轮选择计算软件(或性能曲线),在上述图3-1处理过程中,除湿处理系统和转轮再生系统各处理点

        参数见表3-1,其中再生空气风量设计为通过转轮的处理空气风量的1/3,再生温度设计为20℃,处理空气流过转轮的质量流速设计为3,3Kg/m2.s(即面风速为2.75m/s)。由图3-1和表3-1可知,夏季处理空气先经过表冷器冷却至18℃饱和态,达到降温去湿的效果,之后,部分处理空气进入转轮进行除湿处理,另外一部分处理空气通过旁通,不经转轮除湿,这两部分处理空气在转轮后混合,经风机送入工作区域。经过这样处理的除湿空气,其出□温tn=29℃,RHn=38%,完全满足设计要求,并使机组有可靠的运行保证。

        根据表3-1,通过转轮的处理空气风量占全部处理空气风量的比例r为:r=(iE-ic )/(iD-ic)=(52.6-49.3)/(l55.4-49.3)=3.3/6.1=0.54

       所以,通过转轮的处理空气风量G1为:G1=r× G=0.54×10000=5400m3/h,已知再生空气风量设计为通过转轮的处理空气风量的1/3,根据表3-1,机组所需总制冷量Q1计算如下:

Q1=G× ρ×(iA-iC)/3600+1/3× G1× ρ×(iL-iM)/3600

= 10000 ×12 ×(159.4-49.3)/3600+1/3 ×5400× 1.2×(159.4-96.3)/3600

=367+37.9(Kw)

=404.9(Kw)

式中ρ为空气密度,取1.2Kg/m3,下 同。

        根据制冷量、冷凝温度和蒸发温度,可以选择制冷压缩机,并配置相关制冷部件和管路。选择制冷压缩机时,可以选择无级能量调节的压缩机,也可选择有级能量调节的压缩机, 如0-25%-50%-75%-100%四级能调的压缩机,在本文示例中,即采用这样的四级能调的压缩机。另外,为了调节和控制制冷系统,设计时还可控制冷凝风机的开启台数、通过变频或调节阀门控制冷凝风量。

3.2处理空气电加热系统

        取表2-1中冬季最不利(极限)环境气象参数作为进风设计参数,即tw=-10℃,RHw=95%。 通过在l-D中观察分析,冬季极限环境条件下无需开启转轮除湿系统和制冷系统,只需对除湿处理空气进行加热即可。本文示例中,设计将处理空气电加热至16℃,考虑1℃的处理风机温升,因此通过查l-D图可知,除湿机出口处理空气的温度tn=17℃,相对湿度RHn=12.1%,完全满足设计要求。具体各主要处理点参数如表3-2所示。

       根据表3-2参数,冬季除湿处理空气所需最大加热量Q2为:Q2=G× ρ×(iB-iA)/3600=10000× 1.2×[19.7-(-6.5)]/3600=87.3(KW)

       考虑到春秋季运行的可能,特别是当制冷压缩机非无级能量调节时,需在表冷器前设置加热器。在本文示例中,选用0-25%-50%-75%-100%有级能调制冷压缩机,故表冷器前加热器的加热量可设计为106Kw(该设计值大于404.9×0.25=101.2Kw,且冬季加热器全开时,处理空气出口温度tn=20.9℃,相对湿度RHn=10%,满足设计要求),加热器可无级或分组控制,本文示例中分4组,每组26Kw。

3.3转轮除湿系统

     目前转轮规格基本统—,直径主要有如下几种:

Φ350mm、Φ550mm、Φ770mm、Φ965mm、Φ1050mm、Φ1220mm、Φ1350mm、Φ1525mm、

Φ1740mm、Φ1940mm、Φ2190mm,厚度主要有200mm400mm两种,但常用的转轮厚度为200mm。

       本文设计示例采用转轮计算软件进行转轮选择计算,并以此进行转轮除湿系统的设计,选择计算结果如图3-2所示[2]。

已知示例中再生风量设计为通过转轮除湿的处理风量的1/3,再生温度设计为120℃,处

       理空气流过转轮的质量流速vm为3.3Kg/m2.s,即面风速v设计为2.75m/s,并由3.1的计算已知通过转轮除湿的处理风量G1为5400m3/h,所以,转轮所需直径:

再生加热量:

     Q3=1/3×G1× p×c×(tn-tm)/3600=l/3×5400×1.2×1.01×(120-30)/3600=54.5(KW)式中c为空气比热,取1.01Kj/Kg.℃。

        根据以上计算结果,可以选择Φ965×200mm的硅胶转轮。再生加热器加热量可设计为57Kw,可采取无级调节或分组调节控制,以防再生温度过高,烧毁转轮,本例中设计分为三组,每组19Kw。

3.4电气控制系统

        机组控制和调节的参数较多,如制冷系统的开启和制冷压缩机能量调节、冷凝风机的开启台数和风量调节、处理空气加热器和再生空气加热器的调节、旁通风量的调节等等,目前设计中基本都采用PLC或西门子LOGO!进行控制。在本文示例中采用LOGO|控制,主要电气控制设计如下图3-3、 图3-4、图3-5所示,供参考[3]。

4小结

       船厂四季型风冷移动式组合除湿机主要包括制冷、转轮、电气控制等系统及机械外壳,具体设计应主要注意如下几点：

       4.1机组制冷量一般比较大,常选用无级或有级能量调节制冷压缩机。另外,冷凝风机系统要能辅助能调,这可单独或联合采用开启冷凝风机台数、调节风机转速或调节安装在冷凝风机出口的调节阀门来实现;

       4 .2为保证舂秋季机组能良好运行,特别当制冷压缩机非无级能调时,注意将处理空气加热器设置在表冷器前;

       4.3为保护转轮,防止被烧毁,再生加热器一般均无级或分组控制,并配置高质量的温度传感器和控制器;

       4.4机组控制要求高,控制参数较多,一般均采用PLC或西门子LOGOl进行逻辑控制,并合理配置温湿度传感器;

       4.5机组常年运行,一般夏季开动制冷系统、转轮除湿系统,冬季只需开动处理空气加热系统,春秋季根据具体情形而定,因此,必须通过实践,不断修正和确定控制参数,调整控制程序,以保证机组最优运行;

       4.6外壳机械设计应便于吊装,并要有很强的耐碰撞能力,以适应船厂使用环境;此外,设计时可利用制冷系统冷凝排风作为转轮再生空气源[4],并可在转轮再生系统中使用非接触式空气热交换器进行再生系统进出空气热量交换,以减少机组能耗。

参考文献

[1]陆耀庆,等,实用供热空调设计手册(第二版)[M],北京:中国建筑工业出版社,2008.5

[2]ProFlute公司,转轮选择计算软件Procalc2.14[Z],瑞典:ProFlute公司,2006.3,

[3]SIEMENS公司,LOGO| 手册[M],德国:SIEMENS公司2003.6,

[4]杜垲,张卫红,转轮与冷却除湿组合式空调系统变工况稳态性能模拟分析[J],南京:东南大学学报(自然科学版),2005,35(1)∶86~89.