雙螺桿捏合機(jī)結(jié)構(gòu)原理及故障解析

馬志榮

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤化工公司聚甲醛廠 寧夏靈武）

一、捏合機(jī)原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

RCK捏合機(jī)是同向雙螺桿積木自潔式聚合反應(yīng)器，物料三聚甲醛、二氧五環(huán)和甲縮醛按照一定比例輸入預(yù)混合器混合后再輸入至聚合反應(yīng)器,在三氟化硼催化劑的作用下發(fā)生聚合放熱反應(yīng),產(chǎn)生的熱量由筒體夾套水和空心冷卻水調(diào)節(jié)到一定的溫度值。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中物料經(jīng)過(guò)內(nèi)部模塊的攪拌、混合、剪切、擠壓、分散和反混等過(guò)程后，生產(chǎn)出具備一定物理性能的產(chǎn)品,可以通過(guò)一定序列的模塊自由組合生產(chǎn)出不同性能的產(chǎn)品。

RCK捏合機(jī)主要由變頻控制器、電機(jī)、扭矩釋放器、減速機(jī)、設(shè)備筒體及內(nèi)部轉(zhuǎn)子和冷卻水單位等系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為6～60 r/min，當(dāng)轉(zhuǎn)子扭矩超過(guò)1700 N·m 時(shí)，扭矩釋放器動(dòng)作與驅(qū)動(dòng)側(cè)皮帶輪分離防止齒輪箱、齒輪聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)子的損壞。在捏合機(jī)筒體內(nèi)部同一對(duì)平行軸上安裝100個(gè)特殊模塊，這對(duì)軸在8個(gè)支撐點(diǎn)的軸承中以相同的速度一起同向轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)軸的模塊頂尖和另一個(gè)軸的模塊圓周及桶內(nèi)壁之間保持1～3 mm間隙。物料進(jìn)入模塊與筒體組成的空間后經(jīng)過(guò)攪拌混合、擠壓、反應(yīng)、剪切后輸送到出料端磨粉機(jī)進(jìn)行研磨處理。

捏合機(jī)的模塊類型較多，但在RCK捏合機(jī)內(nèi)主要有3種類型的模塊即 F型平模塊用于混合、H型螺旋面模塊用于混合和傳送和RH型反向模塊用于混合和反向。每一個(gè)模塊在軸上的安裝有4個(gè)相位角度，分別是0°、45°、90°、135°。并排安裝在一對(duì)軸上的相對(duì)模塊保持90°相位差，見(jiàn)圖1。可以通過(guò)改變模塊布置的方式按照攪拌材料調(diào)節(jié)攪拌（揉合）條件。通過(guò)向筒體上6段獨(dú)立的的夾套空間引入循環(huán)熱水和冷水來(lái)溫度調(diào)節(jié)。

二、故障及處理措施

1.捏合機(jī)振動(dòng)

捏合機(jī)在運(yùn)行中不定期的出現(xiàn)劇烈振動(dòng)，并伴有強(qiáng)烈的異音，電流大范圍波動(dòng)，減速機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生異音和振動(dòng)，筒體傳出碰撞摩擦聲音。

影響設(shè)備振動(dòng)的主要原因有物料的品質(zhì)、物料量的配比、物料在螺桿中的填充量及聚合轉(zhuǎn)化率等。當(dāng)單體物料的品質(zhì)和配比發(fā)生變化時(shí)，在液態(tài)—漿態(tài)—固態(tài)聚合物的相變過(guò)程中，形成分布不均的不同的粘性流體和不同硬度的固態(tài)物料，捏合機(jī)的剪切和破碎能力不夠時(shí)就會(huì)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的振動(dòng)。內(nèi)部物料填充度不夠時(shí)，轉(zhuǎn)子不能完全被物料包裹且在軸向發(fā)生不同程度的撓性彎曲，模塊下方與筒體內(nèi)壁接觸出現(xiàn)摩擦。催化劑流量不穩(wěn)定，溫度控制不合理時(shí)，聚合主副反應(yīng)發(fā)生變化，內(nèi)部產(chǎn)生不同種類的副產(chǎn)品導(dǎo)致輸送扭矩和填充度出現(xiàn)波動(dòng)。

在單體物料和催化劑出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，聚合反應(yīng)被破壞，提高設(shè)備轉(zhuǎn)速將內(nèi)部廢料盡快移出，重新進(jìn)料建立新的反應(yīng)平衡以減小設(shè)備振動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)較大異音時(shí)降低轉(zhuǎn)速或提高設(shè)備的負(fù)荷確保內(nèi)部填充度，避免模塊裸露轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)閷?dǎo)致設(shè)備振動(dòng)和異音的因素較多，并且各個(gè)因素互相影響，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)還需要綜合考慮，全面調(diào)控。

圖1 捏合機(jī)內(nèi)部模塊組裝實(shí)體

圖2 捏合機(jī)旋轉(zhuǎn)接頭示意圖

2.捏合機(jī)旋轉(zhuǎn)接頭損壞

捏合機(jī)運(yùn)行中旋轉(zhuǎn)接頭處出現(xiàn)滴漏，拆檢發(fā)現(xiàn)靜密封環(huán)出現(xiàn)了破裂，測(cè)繪加工相同尺寸的石墨靜密封環(huán)安裝后，運(yùn)行周期不到一個(gè)月又出現(xiàn)泄漏。

旋轉(zhuǎn)接頭作為空心軸的中心導(dǎo)流管末端部件，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)不能移動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將導(dǎo)致其密封失效。整個(gè)轉(zhuǎn)子在物料填充過(guò)程中各個(gè)部位的填充度不均勻而產(chǎn)生微小彎曲，由于軸的總長(zhǎng)度為6 m，跳動(dòng)傳遞到末端旋轉(zhuǎn)接頭處位幅度較大，靜密封環(huán)卡死時(shí)，密封面處動(dòng)環(huán)對(duì)靜環(huán)產(chǎn)生一定的破壞力矩。安裝在密封靜環(huán)和彈簧之間的O形密封環(huán)出現(xiàn)磨損而失去在徑向和軸向的密封作用。靜密封環(huán)在彈簧、墊圈和O形環(huán)的支持下沒(méi)有安裝到靜環(huán)座內(nèi)孔，處于自由浮動(dòng)狀態(tài)，隨動(dòng)環(huán)密封面的運(yùn)動(dòng)軌跡一起運(yùn)動(dòng)，在軸向壓力增大時(shí)靜環(huán)被壓入靜環(huán)座內(nèi)孔。

將原來(lái)的O形密封環(huán)外側(cè)包裹一層四氟材料,起到了很好的耐溫防老化和防腐作用,延長(zhǎng)了使用周期。通過(guò)幾次檢修發(fā)現(xiàn)，損壞的靜環(huán)密封面以外部分有時(shí)被壓入靜環(huán)座內(nèi)孔而破裂，因此對(duì)靜環(huán)的活動(dòng)位移范圍進(jìn)行放大，減小靜環(huán)外側(cè)相應(yīng)的尺寸，同時(shí)減小密封斜面角度，最后在動(dòng)環(huán)法蘭和轉(zhuǎn)軸之間的密封面增加墊片來(lái)減少旋轉(zhuǎn)接頭對(duì)中心導(dǎo)流管的軸向壓力，見(jiàn)圖2。

3.筒體內(nèi)物料集聚

生產(chǎn)中捏合機(jī)排出管內(nèi)壁粘料嚴(yán)重，導(dǎo)致下料孔內(nèi)徑縮小，有時(shí)完全被物料堵塞，4根切向進(jìn)入喉管的沖洗水無(wú)法正常使用，甚至出現(xiàn)筒體內(nèi)部物料暴聚現(xiàn)象，導(dǎo)致生產(chǎn)被迫中斷。

由于聚合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率控制在70%～85%，一部份未發(fā)生反應(yīng)的TOX（三聚甲醛）與POM（聚甲醛）混合在一起輸送，下料口設(shè)計(jì)為上大下小的錐型口，外壁伴熱加熱溫度不夠時(shí)，物料在出口喉管處遇冷凝固結(jié)晶。隨著結(jié)晶凝固物料的不斷堆積最終導(dǎo)致出口堵塞。

將與設(shè)備連接的出料錐形管全部拆除，更換成雙層不銹鋼管道，內(nèi)壁表面經(jīng)過(guò)拋光粗糙度達(dá)到一定技術(shù)要求，每一段管道中間流道尺寸滿足約20 m2/h左右的循環(huán)熱水量，保證熱量充足以防止管道內(nèi)壁結(jié)晶，見(jiàn)圖3。

圖3 出料管道改造示意圖

三、改造效果

通過(guò)對(duì)RCK雙螺桿捏合機(jī)旋轉(zhuǎn)接頭密封部位的改進(jìn)，解決了設(shè)備運(yùn)行中的滴漏問(wèn)題。又通過(guò)對(duì)出料管的全面改造，解決了物料在出料口結(jié)晶堆積問(wèn)題，使設(shè)備運(yùn)行周期從改造前的7～10天提高到改造后的30～40天，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了生產(chǎn)效率。