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臥式螺旋沉降離心機在樹脂漿料脫水中的應用

作者:  來源:  添加時間:2011-9-5 15:44:46
 遵義氯堿股份有限公司(原遵義堿廠)通過1995年以來的對次技術改造與擴建,PVC樹脂(以下簡稱樹脂)年產量從1995年的20Kt上升到目前的150Kt,可是生產SG—1至SG—8通用型樹脂。用于PVC樹脂漿料(一下簡稱漿料)脫水的離心機是PVC干燥工序的關鍵設備之一。遵義氯堿股份有限公司(以下簡稱遵義氯堿)對離心機的升級換代和技術改進成為公司消化吸收新技術的典型代表。

     遵義氯堿是上世紀60年代末期建成的一套樹脂沸騰床式干燥系統,漿料脫水設備是兩臺直徑為80mm的刮刀式離心機,該設備采用間隙式操作,生產效率低下,很難控制樹脂雜質離子含量。頻繁的開停車操作,開蓋清理內部沉積的樹脂,容易造成物體打擊和機械傷害等人身傷害事故。1995年的技改擴建時引進了LW—450型臥式螺旋沉降離心機(以下簡稱LW—450離心機),該機具有自動進料和卸料功能,干燥系統實現了連續自動化生產,保證了樹脂質量,單臺設備產能明顯提高。2003年技改擴建時又一次引進了新型離心機,即麗水市恒力離心機械設備有限公司生產的LW—530型臥式螺旋沉降離心機(以下簡稱LW—530離心機),他在單位時間內的處理能力達到達到LW—450離心機的兩倍以上。重要的是該設備內部結構設計更加合理,運行更加可靠,維護保養成本更低,實現了長期穩定運行的目標,消除了刮刀式離心機存在危險有害因素,同時符合本企業低成本發展戰略要求。通過LW—530離心機的實際應用,在維護、保養和檢修過程中總結出一些經驗,遇到疑難問題進行原因分析及處理,談一點自己的認識,供同行參考。

1、 LW—530離心機的應用

1.1    結構與用途

    LW—530離心機的主要結構由轉鼓、螺旋、實現轉鼓與螺旋同向旋轉又存在相對不同轉速的重要部件——差速器、電機、為轉鼓主軸承提供潤滑的供油站和扭矩保護裝置等零部件組成;主要作用是將含固率為30%左右的漿料,經過離心機脫水處理后其含水范圍降至20%-25%;主要技術指標和生產能力由脫水后的濕含量與母液水中的含固量,以及單位時間排出PVC固體物料量體現。

1.2   設備應用的技術分析

        LW—530離心機與LW—450離心機相比較,主要在結構上設計、標準零部件選型與整體的合理性等方面有顯著的優點,技術應用更加成熟。

1.2.1   不同的主軸承座設計方式

       LW—450離心機的主軸承座與機座是同一整體,由于多次拆卸和安裝,以及運行過程中的啟動與停車,所以難免讓軸承座內孔表面(與軸承外圈間的配合面)受到磨損,嚴重時軸承外圈隨著轉鼓的旋轉打滑(軸承跑外圓),出現軸承溫度上升,加劇離心機整體振動使其無法正常運行,甚至導致整臺離心機提前報廢。

   而LW—530離心機的主軸承座與機座分開,兩者采用螺栓連接由圓錐銷定位,便于軸承座與機座的分離和組合。當軸承座與軸承外圈的配合間隙超標后,只需更換軸承座即可修復。

1.2.2    主軸承選型不同

       LW—450離心機支撐轉鼓的兩盤主軸承都是深溝向心球軸承,由于轉股長徑比大,理論上通過轉鼓大端的主軸承定位,轉鼓小端的主軸承可以根據轉鼓溫度的變化而自由伸縮。實際情況是小端軸承由于軸承座內控與軸承外圈預緊力過大和其他原因,轉鼓溫度變化引起的的熱膨脹使軸承可能無法沿軸向自由伸縮,導致兩主軸承間存在無法消除的軸向內應力,所以軸承的這種選擇方式存在不足。

      而LW—530離心機轉鼓大端的主軸承采用深溝向心球軸承,它不具備軸向定位功能,只對轉鼓徑向定位,外圈可沿滾動體軸向自由滑動,轉鼓在溫度變化后引起的軸向尺寸改變不會導致軸承間產生內應力,從而有效延長了軸承的使用壽命。

1.2.3   螺旋定位方式不同

     LW—450離心機螺旋由大端背靠背的兩盤圓錐球軸承定位,由于裝配或軸承本身制造的誤差,導致螺旋定位精度不夠,拆裝不便,螺旋小端是一盤深溝向心球軸承。當螺旋與轉鼓溫度變化存在差異時會引起不同的熱膨脹伸縮量,兩軸承間產生軸向內應力且無法消除,這必然影響軸承的使用壽命。

    LW—530離心機螺旋的徑向支撐軸承與軸向定位軸承分開。即螺旋大、小端各有一盤NU系列的單列向心滾子軸承,軸承外圈可以沿滾動體軸向自由滑動,它們安裝在轉鼓內對螺旋起到徑向支撐作用;在皮帶輪內裝有一盤特殊的圓錐滾子軸承,軸承后端面布置了調節彈簧,前端面的緊鎖套和調節螺母通過彈簧的調整作用將軸承固定在螺旋軸頭上,實現了螺旋與轉鼓的精確定位和可靠支撐,即使螺旋與轉鼓溫度變化存在較大差異,不同的熱膨脹伸縮量也不會引起軸向內應力產生。

1.2.4   優化了螺旋上軸承密封設計

     LW—450離心機螺旋上軸承的軸向密封采用簡單的橡膠骨架油封,樹脂粉末很容易進入軸承腔體內,再高速運轉時潤滑脂還容易被甩出,造成軸承潤滑不良甚至軸承缺乏潤滑脂而損壞。

     LW—530離心機螺旋充分考慮離心機高速旋轉產生強大離心力場的實際情況,軸向密封采用橡膠骨架油封和迷宮密封相結合,徑向密封面設置有橡膠O形圈。這樣,基本上避免了樹脂粉末進入軸承腔內,同時有效阻止潤滑脂被甩出,軸承在良好的潤滑環境中可靠運行。

1.2.5  差速器的進步

     差速器是離心機的核心部件,其運行狀況直接影響的該設備開工率。LW—450離心機的差速器檢修周期為三個月,每次拆開均可見到大部分軸承因磨損嚴重需更新,特別是支撐低速級行星架的軸承非常容易損壞。由于檢修頻繁,差速器內部多個配合面受到嚴重磨損,整臺差速器振動惡化,檢修周期變短,維修度變低,形成了惡性循環趨勢。

    LW—530離心機的差速器由于各零部件配合間隙精確各表面粗糙度設計制造合理,滾動軸承選型得當,滑動軸承選材合適,每使用半年后拆卸檢查各零部件和軸承都沒有發現明顯磨損,清洗恢復即可重復使用。投入使用近6年來,該設備的差速器運行平穩,機體內沒有出現不正常磨損的痕跡。

2.1  扭振現象的產生

     LW—530離心機自2004年1月投入使用至2006年12月正常停車后開始大檢修。在本次檢修時只對該設備進行過必要的維護和保養,沒有拆開主要部件。然而,大修過后開車發現兩臺離心機相繼出現了同樣的異常情況。即正常運行約1小時后出現扭振,伴隨嚴重堵料,主機電流迅速上升,這必須立即停止進料甚至緊急停車。

2.2  對扭振現象的描述

    扭振是機械設備中的一種非正常的劇烈振動現象,對于1離心機來說,由于自身或其他原因讓離心機轉鼓受到交變載荷后,差速器高速級太陽輪軸上扭矩控制器的傳遞桿來回跳動打擊阻阻擋裝置,主機電流迅速上升,同時伴隨整臺離心機劇烈振動,阻擋裝置很快被打翻,離心機自動被迫停車。這不但無法滿足樹脂產量和質量要求,而且威脅到離心機的安全平穩運行。

2.3  產生扭振的原因分析

     經初步分析認為造成這一后果的原因可能比較復雜,由于分別成立了工藝、設備、操作和質量等小組,從不同專業來查找造成扭振的原因。

2.3.1  樹脂的內在質量發生變化造成影響

         通過工藝技術人員及質量分析組查找熟知的內在質量與檢修之前進行對比,沒有發現異常情況,所以排除樹脂本身質量造成扭振的原因。

2.3.2   漿料含固量變化的影響

        由于進入離心機的漿料是由漿料槽通過專用的泵輸送,漿料槽上設置有底伸式攪拌,運行平穩,短時間內漿料含固量不會發生明顯變化,輸送過程也不會使漿料的含固量在短時間內發生變化。所以排除含固量在短時間發生變化導致扭振的可能。

2.3.3    進料量大小發生變化及工藝狀況改變的影響

     離心機進料采用專門的漿料泵進行,離心機進口的壓力穩定,進料量大小不會發生變化。所以排除進料量大小發生變化引起扭振的可能。

     在本次大修期間,聚合至干燥工藝系統沒有任何改變,所以直接排除工藝系統變化引起的可能。

2.3.4   設備本省存在缺陷的可能性

        進入離心機內的漿料在高速旋轉的轉股形成的離心力場作用下,迅速通過分布器進去沉降區,由于樹脂比重大于水,樹脂沉積后緊貼于轉鼓內壁,水處于樹脂內層。離心機內實現脫水的沉降區和干燥區所在的轉鼓段是圓錐形,設有葉片的螺旋與轉鼓同向旋轉但比轉鼓慢50rpm,這就是轉鼓與螺旋間的同向相對轉速。正常運行時樹脂粉末受到螺旋葉片的推力、轉鼓旋轉時產生的離心力、樹脂與轉鼓內壁間的摩擦力、樹脂與螺旋葉片表面間的摩擦力,在這些力形成的合力作用下樹脂粉末被推向小端,至排出孔時被甩出轉鼓外。而水在離心力的作用下向轉鼓大端流動由出水口排出。

      在這一分離過程中哦,對樹脂在沉降區和干燥區的受力分析發現,只要離心機轉鼓的轉速穩定,近排量正常的情況下,螺旋葉片對樹脂的推力、樹脂受到的離心力     、樹脂與徑向葉片表面間的摩擦力都不會改變。拆卸該設備后發現轉鼓沉降區和干燥區內壁表面顯得非常光滑。轉鼓內壁與螺旋葉片沿圓錐方向存在3mm的間隙且兩者處于相對運動狀態,即這些特殊點上的樹脂受到50次/min左右的交變載荷的作用,逐步形成了含濕量為20%—30%的塊狀樹脂。由于此處表面很光滑,所以隨著運行時間推移這些塊狀樹脂變得不易向前移動,從而影響到其他位置的樹脂粉末受到的作用力,造成排料不暢。滯留在葉片與轉鼓間的塊狀樹脂所承受的交變載荷反作用于螺旋葉片,然后傳遞給差速器低速級行星齒輪,再傳遞給高速級與太陽輪上的扭矩控制器的傳遞桿,然后由阻擋裝置抵消。交變載荷隨著排料不暢的惡化趨勢加劇而迅速增大,主機電流急速上升,導致傳遞桿來回打擊阻擋裝置,很快將阻擋裝置打翻,離心機被迫跳停。嚴重時會造成離心機轉鼓內大量積料。

2.4對扭振的解決辦法

     在廠家設計制造時轉鼓干燥區與沉降區的內壁表面粗糙度Ra=1.6um。該設備2004年初投入使用,正常運行時轉鼓內壁的干燥區和沉降區相當于受到樹脂粉末50次/分鐘的打磨。也就是說樹脂粉末對轉鼓內壁進行不斷研磨拋光作用,其表面變得越來越光滑,當表面粗糙度達到Ra=0.4-0.2um,導致這一扭振現象發生。

     經有關技術人員分析后認為:只要改變轉鼓內壁干燥區與沉降區表面粗糙度Ra值,就可以緊貼于轉鼓內壁的樹脂變得容易移動順利排出轉鼓外。具體的做法是樣沖在轉鼓內壁沿母線方向沖出毛刺帶,每條毛刺帶的寬度約為80mm,相鄰毛刺帶的弧長間距約100mm,毛刺帶的孔徑約1.0mm,深度為0.8mm,相鄰毛刺點的距離5.0mm。這樣既不會影響轉鼓的機械強度、也不會對轉鼓的動平衡等造成影響。

3  結束語

    通過改進,離心機在沒有發生過扭振堵料情況,通過兩年多來運行表明這兩臺離心機出現的扭振問題得到妥善解決。

    回顧遵義氯堿引進LW—530離心機后投入使用以來,通過有關人員的共同努力,在不斷認識和熟悉過程中總結經驗,逐步消化了這一新技術,為樹脂的高產穩產做出應有貢獻。

污泥離心脫水處理成套裝置(臥螺離心機),全稱:臥式螺旋卸料沉降離心機,是城市生活污水處理、自來水生產過程中的污泥處理、工農業污水處理工程中的重要設備。
“臥式螺旋卸料沉降離心機(簡稱臥螺離心機)是利用離心沉降原理分離懸浮液的設備。對固相顆粒當量直徑=3um、重量濃度比:10%或體積濃度比=70%、液固比重差:0.05g/cm3的各種懸浮液均適合采用該類離心機進行液固分離或顆粒分級。
獨一無二的焚燒裝置結構和干燥裝置設計,可使含水率40%的污泥完全燃燒,燃燒溫度高達850~1100℃。