順丁橡膠用膨脹干燥機改進設計

吳丹，王艷群，賈朝陽，閆志國

（大連橡膠塑料機械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

順丁橡膠用膨脹干燥機改進設計

Improved design of expansion dryer for butadiene rubber

吳丹，王艷群，賈朝陽，閆志國

（大連橡膠塑料機械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

針對原設計的順丁橡膠用膨脹干燥機，對其主要組成及工作原理進行介紹，詳細分析了其生產過程中出現的常見問題,闡述了技術改進的具體措施，并對改進后機組的運行狀況進行了說明。

順丁橡膠；膨脹干燥機；技術；改進

順丁橡膠全名為順式-1,4-聚丁二烯橡膠，簡稱BR，屬混合物，具有彈性好、耐磨性強、耐低溫性能好、生熱低、滯后損失小、耐屈擾性、抗龜裂性及動態性能好等優點。順丁橡膠是我國合成橡膠技術開發最成熟的膠種。廣泛應用于汽車輪胎和耐寒制品，緩沖材料及各種膠鞋、膠布、膠帶和海綿膠等。

膨脹干燥機是順丁橡膠后處理工序中關鍵機組之一，其主要作用是利用螺桿、銷釘在機筒內部的擠壓、剪切、混煉作用，形成高溫、高壓的環境，通過模板出料時，膠料利用“閃蒸”的原理，脫去橡膠中的水分，使橡膠的含水量降低到1%以下。由于膨脹干燥機對產品產量起著決定性的作用［1］，同時由于其占地面積小、流程短、工藝先進等優點，與擠壓脫水機組成雙階機組，在合成橡膠行業中得到也越來越廣泛的應用。

1 膨脹干燥機的主要組成

膨脹干燥機主要由主電機、液力耦合器、減速箱、排水篩板、進料斗、機筒、剪切銷釘、螺桿、模板等組成。其主體部分結構，如圖1所示。

圖1 膨脹干燥機結構示意圖

2 膨脹干燥機的工作原理

由擠壓脫水機擠出的膠料,通過進料斗連續不斷地喂入膨脹干燥機螺桿進料段，膠料在剪切螺釘的剪切作用下,被旋轉的螺桿擠壓并沿軸向輸送。與此同時,利用過熱蒸氣對膠料進行加熱,使其軟化，軟化后的膠料有利于擠壓、干燥、逐步升溫、增壓，最終膠料由擠出段擠出并被壓入模板,膠料被從模頭擠出的瞬間，在“閃蒸”作用下，膨脹成大小均勻的膠粒。即膠料在機筒內受到剪切、擠壓和摩擦作用下,到擠出段后膠料壓力已升至3～12 MPa,出模孔時膠料的壓力由高壓驟降至0,使膠條突然膨脹放松,膠條內所含水分迅速“閃蒸氣化”，由此達到膠料進一步膨脹干燥的目的。

3 膨脹干燥機改進設計

根據膨脹干燥機在投料試車過程中出現的問題和存在的隱患,為保證機組能正常運轉，進一步提高干燥能力,經過大量的分析、論證，對進料斗、排水篩板、襯套等結構進行了相應的改進設計。

3.1 進料斗

原進料斗的設計是沿螺桿的切線傾斜加料方式［2］,易造成“窩料”現象,為避免這種現象，現將進料斗改為錐形焊接結構，加大此段的壓縮比，提高吃料能力。并且，在進料斗的錐形內壁上加工若干條溝槽，目的是增大膠料與進料斗之間的摩擦力，提高喂料效率。另外，提高加料斗錐形內壁面的粗糙度要求，防止了膠料的黏滯。

根據工藝需要，進料斗有時需要冷卻，有時需要加熱，因此，引起應力變化是不可避免的。這樣,應從結構上考慮如何降低由于進料斗支撐約束而引起的應力集中。經有限元分析結果表明,由于支撐的約束限制了進料斗因熱脹冷縮引起的軸向自由移動,從而引起進料斗沿軸向產生很大的約束應力［3］，極易造成機筒法蘭螺栓、減速機與短節聯接處螺栓被截斷的現象。因此,建議將進料斗支撐的地腳螺栓孔設置成沿筒體軸線方向的長圓孔形式,并考慮在現場安裝時支撐和地基之間使用聚四氟乙烯襯墊，以減小支撐在移動過程中與地基的摩擦系數。

3.2 排水篩板

進料斗的下半部是掏空結構,排水篩板安裝在進料斗的下半部，目的是將擠壓出的游離態的水通過排水篩板上排水孔迅速排出筒體外。原排水篩板是采用約翰遜籠條型式，即籠條與筋板焊接結構，如圖2所示，其強度、剛度相對較差。當吃料困難或窩料較多時，易造成排水篩板變形或開裂，給生產帶來很大的麻煩。

圖2 原排水篩板示意圖

對其結構進行分析研究，決定將排水篩板進行改進，即將原來采用的約翰遜籠條型式改為兩塊焊接型式的弧形厚板，如圖3所示，目的是為了提高其強度、剛度。兩塊焊接型式的弧形厚板通過凹凸止口對接配合組成，便于操作、安裝。焊接型式的弧形厚板內表面加工若干條溝槽，目的是利于喂料。

溝槽上均勻布置若干排水孔d（直徑為d），排水孔深度H，要盡量小，建議小于5 mm，并用較大的α錐孔與之順接（如圖4所示），以期提高排水效果。

排水篩板改進的主要目的：①一方面可使膠料中所含的水分預先被分離,另一方面利于干燥機吃料;②提高排水篩板的強度、剛度。

圖3 改進排水篩板示意圖

圖4 排水篩板上排水孔示意圖

3.3 襯套

在原設計中，靠近模板處襯套內壁的硬化處理方式：與螺棱表面配合部分堆焊合金或滲氮，與銷釘配合部分不進行硬化處理，為襯套本體，且由多段襯套組成。該設計的缺點如下：①硬度不均勻，易造成螺桿與襯套的磨損；②安裝要求高，維護不方便。現將靠近模板處襯套內壁改為離心澆鑄硬質合金的硬化方式，且澆鑄合金采用耐腐蝕性材質，硬度達到50 HRC。這樣，提高了整段襯套的耐磨性，穩定了使用性能，減少因多段襯套安裝引起的“存膠”現象，便于設備的安裝、維護及更換。

3.4 螺桿支撐

常見的膨脹干燥機螺桿為懸臂形式，即螺桿一端與減速箱的輸出軸直聯，另一端為懸臂形式。這樣，當膠料產量波動較大時，機筒與螺桿懸臂前端之間的機械磨損就會較大，縮短了關鍵件的使用周期。

針對以上問題，對膨脹干燥機進行了優化設計，增加了螺桿支撐。螺桿支撐主要由支撐架、支撐軸、軸承、密封等組成，如圖5所示。

支撐架分別與模板、機筒相連，起到了分流的作用。支撐架一方面將從螺桿中輸送來的膠料均勻分配給模板，另一方面可以有效地防止支撐軸旋轉，在機筒內部實現了對螺桿頭部的支撐。其中，支撐軸一端用四方的連接結構插入支撐架內，另一端伸入螺桿頭部；軸承通過支撐軸鑲在螺桿頭部內部，當螺桿在旋轉時起到支撐螺桿的作用；軸承的密封采用機械密封與密封圈相結合的形式。這樣的螺桿支撐，不僅對螺桿頭部起支撐作用，而且結構緊湊，拆卸方便，不必伸出到模板外。增加的螺桿支撐，改善了懸臂形式的螺桿由于物料輸送不均勻造成的螺桿磨損的問題，提高了關鍵件的使用性能。

圖5 螺桿支撐示意圖

4 膨脹干燥機改進后的運行狀況

2012年底，我公司為國內某石化公司提供順丁橡膠用膨脹干燥機，對其進行如上的技術改造，至今機組已運行2年多,機組運行穩定，產品性能良好。現膨脹干燥機運行狀況：進料順暢,解決了原先窩料問題,加快了輸送膠料的速度,提高了干燥能力，更好的保證使用性能，延長螺桿使用周期，方便了安裝和維護。

實踐證明:①對膨脹干燥機的技術改造完全正確可行,改造是成功的,為整個裝置的穩定安全生產提供了進一步保障;②機組結構及性能的進一步優化和提高，還需經過更進一步的摸索、試驗、分析之后，方可實現。

[1] 唐世華,等. 膨脹干燥機加熱夾套開裂原因分析,機械工程材料，2007，31(1)：63～66.

[2] 王定忠. 螺桿擠壓膨脹干燥機的改造與應用，合成橡膠工業，1995，18(4)：224～225.

[3] 鄧肖明. 膨脹干燥機的技術改造與應用，茂名學院學報，2001，11(1)：40～42.

TQ333.2

1009-797X(2015)15-0044-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.15.011

吳丹（1975-），女，高級工程師，1998年畢業于沈陽化工學院機械設計與制造專業，主要從事合成橡膠后處理設備的研發設計工作。

2015-01-29