聚酯樹脂新型給料系統的設計

穆洪彪孫迎波

（杭州中法實業股份有限公司）（核工業二四二地質大隊）

聚酯樹脂新型給料系統的設計

穆洪彪*孫迎波

（杭州中法實業股份有限公司）（核工業二四二地質大隊）

闡述了一種新型聚酯樹脂給料系統。通過采用大容量電子稱料倉，增加輸料螺桿旋轉定位裝置、料倉出料管旋轉裝置以及接口氣動密封，改善了作業環境，提高了生產效率及產品質量。

聚酯樹脂給料系統螺桿定位裝置料倉出料管氣動密封

0　前言

目前，國內的聚酯樹脂生產企業對生產所需的主、輔原料均采用移動料桶供料，料桶與反應釜一一對應，通過螺桿輸送完成供料。這種供料方式易產生粉塵外泄和投錯料等風險。因此我們研發了一種新的給料系統，并在一家工廠搬遷時進行了實際應用。

1　原聚酯樹脂生產給料系統

如圖1所示，原供料系統由移動料桶1、送料螺桿3、4、6和反應釜2、5、7組成。工作流程：原材料由移動料桶在電子枰上稱重后，利用電動葫蘆把料桶吊至與反應釜一一對應的送料螺桿的進料口上方，料桶放置在料桶架上，由人工將料桶閥門打開，原料進入螺桿進料口（開式放料，原料粉塵外泄），通過送料螺桿把物料送入反應釜內。

這種輸料方式存在如下的缺點：

（1）開式放料，有害原料粉塵外泄，對操作人員的身體健康產生一定的危害。

（2）料桶定位及料桶閥門的開關均為手工操作，存在著料桶碰撞操作人員的風險，生產效率較低。

（3）各種原材料共用移動料桶，產生交叉污染，對產品質量有一定的影響。

（4）由于反應釜容量較大，需用移動料桶對同一種原料進行多次供料計量，存在著計量錯誤和誤投料的風險。

圖1　原反應釜螺桿供料系統

2　改進的聚酯樹脂給料系統

2.1改進的聚酯樹脂給料系統的組成及流程

如圖2所示，改進的聚酯樹脂給料系統主要由電子稱料倉（主料倉1、輔料倉2）、兩個料倉輸料裝置（螺桿旋轉定位裝置10、料倉出料管旋轉裝置4）和料管接口密封裝置6四部分組成。

圖2　新型反應釜固體供料系統

主料投料流程：反應釜所需的主要原料經主料倉的主料倉螺桿8、氣動密封裝置6進入在輸料前已定位的旋轉螺桿9內，在旋轉螺桿的推動下經氣動密封裝置（反應釜）13進入反應釜內。

輔料投料流程：輔料在輔料倉中稱量完成后，打開閘板閥3經料管旋轉裝置4、斜料管5和氣動密封裝置（反應釜）進入反應釜內。

2.2給料系統中各組成部分的設計

2.2.1電子稱料倉的設計

設計要點：按每釜反應所需的最多主、輔料質量設計電子稱料倉的容積，可規避因分次投料、計量、匯總產生的投錯料風險；料倉的形狀有一個設計成豎直向下的側面，以利于物料進入輸料通道。

2.2.2料管旋轉裝置的設計

如圖3所示，由連接套法蘭7、內筒軸9、無油潤滑軸承1、平面自潤滑軸承10、軸承座3、出料管法蘭11、限位螺絲8和定位圈6組成。

圖3　料管旋轉裝置

工作原理：連接套法蘭與料倉閘板閥相連接，通過限位螺絲與內筒軸固定連接，軸承座2與內筒軸放置自潤滑軸承1和10起減摩作用，軸承座與出料法蘭通過外六角螺栓3連接，在內筒軸和出料管法蘭間安裝定位圈，限定這兩個部件的間隙（一般取0.3～0.5 mm），軸承座、定位圈和出料管法蘭一起可繞內筒軸轉動。

2.2.3主料倉輸料螺桿和旋轉螺桿的設計

設計要點：旋轉螺桿的輸料效率應大于主料倉螺桿的效率10%～15%；盡量使旋轉螺桿的旋轉中心與旋轉螺桿的重心在同一位置，這樣可改善螺桿旋轉裝置的主軸受力狀況。

2.2.4氣動密封裝置的設計

如圖4所示，氣動密封裝置由氣缸1、空心軸2、導向套7、導向帶6、防塵圈8、連接板3和密封接口10等零部件組成。

圖4　氣動密封裝置（螺桿）

工作原理：在需要密封時，氣缸在壓縮空氣的作用下通過連接板帶動密封接口和導向套向下運動，與相對應的柔性密封墊相接觸，這樣就起到了密封物料粉塵的作用。

2.2.5螺桿旋轉定位裝置的設計

如圖5所示，螺桿旋轉定位裝置主要由連接板2、旋轉軸13、平面軸承12、平面軸承座7、向心深溝球軸承17、軸承座14、盤式軸剎制動器18和梅花形彈性聯軸器19等零部件組成。另外，還包括圖2中的減速電機11和紅外線定位開關7。

工作原理：在需要向反應釜供料時，啟動減速電機，通過梅花形彈性聯軸器帶動旋轉軸轉動，旋轉軸帶動旋轉螺桿一起轉動。當旋轉螺桿出料口接近反應釜的進料口時，先使減速電機斷電，然后旋轉螺桿以慣性繼續轉動。在螺桿出料口與反應釜進料口正對時紅外線定位開關動作，啟動盤式軸剎制動器，使旋轉螺桿在極短的時間內停轉并剎車，從而完成螺桿的定位功能。

設計要點：在這套供料系統中，減速電機只起到轉動螺桿的作用，因此它所需的功率不高，但減速比要大，這樣選擇的目的是盡可能減小旋轉螺桿的慣性矩；旋轉螺桿的定位精度取決于盤式軸剎制動器的制動力矩。影響這套供料系統中定位精度的關鍵參數是剎車時間t（s）和螺桿在剎車時出料口處的擺幅L（mm）。

圖5　螺桿旋轉定位裝置

（1）旋轉螺桿剎車時間的確定

依據動量矩定理：

式中J——旋轉螺桿的轉動慣量，kg·m2；

ωt——螺桿剎車前的角速度，rad/s；

ω0——螺桿剎車后的角速度，rad/s；因螺桿已靜止，ω0=0 rad/s；

T——作用在旋轉軸上的制動力矩，N·m；

t——旋轉螺桿的剎車時間，s。

旋轉螺桿在剎車時，出料口處的擺幅L由以下兩式確定（設定旋轉螺桿為剛性部件）：

式中φ——旋轉軸在制動扭矩T作用下的扭轉角，rad；

r——螺桿旋轉中心距螺桿出料口中心的距離，mm；Ti——第i段軸所受到的扭矩，N·m；

li——第i段軸的長度，mm；

di——第i段軸的直徑，mm。

3　結論

（1）按反應釜主要原料最大進料量設計電子稱料倉，可預防因采用移動料桶多次計量匯總出現的投錯料的事故。

（2）采用螺桿旋轉自動定位裝置，為3個反應釜供料，定位準確，提高了生產效率。

（3）另設1個輔料倉，采用料倉出料管旋轉裝置向3個反應釜供固體輔料，可節約電能；另一方面也降低了不同物料間相互污染的現象，提高了產品質量。

（4）在原料輸送管道接口處安裝氣動密封裝置，無粉塵外泄，改善了工作環境。

（5）這套供料系統對于使用多個反應釜生產的化工企業，在擴充產能進行廠房設計及設備布置時具有指導意義。

［1］成大先.機械設計手冊：常用設計資料［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［2］成大先.機械設計手冊：軸及其聯接［M］.北京：化學工業出版社，2004.

Design of Neotye Polyester Resin Feeding System

Mu HongbiaoSun Yingbo

A neotype polyester resin feeding system is described.The working environment is meliorated，meanwhile，the production efficiency and the product quality are improved through the usage of the large capacity feed bin with electronic scale，the rotary positioning device of the feeding screw，the rotary device of the discharge tube and the interface pneumatic sealing.

Polyester resin；Feeding system；Screw；Positioning device；Feed bin；；Discharge tube；Pneumatic sealing

TQ 051.25

2015-02-22）

*穆洪彪，男，1968年生，工程師。杭州市，310009。