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卧式螺旋沉降离心机在树脂浆料脱水中的应用

作者:  来源:  添加时间:2011-9-5 15:44:46
 遵义氯碱股份有限公司(原遵义碱厂)通过1995年以来的对次技术改造与扩建,PVC树脂(以下简称树脂)年产量从1995年的20Kt上升到目前的150Kt,可是生产SG—1至SG—8通用型树脂。用于PVC树脂浆料(一下简称浆料)脱水的离心机是PVC干燥工序的关键设备之一。遵义氯碱股份有限公司(以下简称遵义氯碱)对离心机的升级换代和技术改进成为公司消化吸收新技术的典型代表。

     遵义氯碱是上世纪60年代末期建成的一套树脂沸腾床式干燥系统,浆料脱水设备是两台直径为80mm的刮刀式离心机,该设备采用间隙式操作,生产效率低下,很难控制树脂杂质离子含量。频繁的开停车操作,开盖清理内部沉积的树脂,容易造成物体打击和机械伤害等人身伤害事故。1995年的技改扩建时引进了LW—450型卧式螺旋沉降离心机(以下简称LW—450离心机),该机具有自动进料和卸料功能,干燥系统实现了连续自动化生产,保证了树脂质量,单台设备产能明显提高。2003年技改扩建时又一次引进了新型离心机,即丽水市恒力离心机械设备有限公司生产的LW—530型卧式螺旋沉降离心机(以下简称LW—530离心机),他在单位时间内的处理能力达到达到LW—450离心机的两倍以上。重要的是该设备内部结构设计更加合理,运行更加可靠,维护保养成本更低,实现了长期稳定运行的目标,消除了刮刀式离心机存在危险有害因素,同时符合本企业低成本发展战略要求。通过LW—530离心机的实际应用,在维护、保养和检修过程中总结出一些经验,遇到疑难问题进行原因分析及处理,谈一点自己的认识,供同行参考。

1、 LW—530离心机的应用

1.1    结构与用途

    LW—530离心机的主要结构由转鼓、螺旋、实现转鼓与螺旋同向旋转又存在相对不同转速的重要部件——差速器、电机、为转鼓主轴承提供润滑的供油站和扭矩保护装置等零部件组成;主要作用是将含固率为30%左右的浆料,经过离心机脱水处理后其含水范围降至20%-25%;主要技术指标和生产能力由脱水后的湿含量与母液水中的含固量,以及单位时间排出PVC固体物料量体现。

1.2   设备应用的技术分析

        LW—530离心机与LW—450离心机相比较,主要在结构上设计、标准零部件选型与整体的合理性等方面有显著的优点,技术应用更加成熟。

1.2.1   不同的主轴承座设计方式

       LW—450离心机的主轴承座与机座是同一整体,由于多次拆卸和安装,以及运行过程中的启动与停车,所以难免让轴承座内孔表面(与轴承外圈间的配合面)受到磨损,严重时轴承外圈随着转鼓的旋转打滑(轴承跑外圆),出现轴承温度上升,加剧离心机整体振动使其无法正常运行,甚至导致整台离心机提前报废。

   而LW—530离心机的主轴承座与机座分开,两者采用螺栓连接由圆锥销定位,便于轴承座与机座的分离和组合。当轴承座与轴承外圈的配合间隙超标后,只需更换轴承座即可修复。

1.2.2    主轴承选型不同

       LW—450离心机支撑转鼓的两盘主轴承都是深沟向心球轴承,由于转股长径比大,理论上通过转鼓大端的主轴承定位,转鼓小端的主轴承可以根据转鼓温度的变化而自由伸缩。实际情况是小端轴承由于轴承座内控与轴承外圈预紧力过大和其他原因,转鼓温度变化引起的的热膨胀使轴承可能无法沿轴向自由伸缩,导致两主轴承间存在无法消除的轴向内应力,所以轴承的这种选择方式存在不足。

      而LW—530离心机转鼓大端的主轴承采用深沟向心球轴承,它不具备轴向定位功能,只对转鼓径向定位,外圈可沿滚动体轴向自由滑动,转鼓在温度变化后引起的轴向尺寸改变不会导致轴承间产生内应力,从而有效延长了轴承的使用寿命。

1.2.3   螺旋定位方式不同

     LW—450离心机螺旋由大端背靠背的两盘圆锥球轴承定位,由于装配或轴承本身制造的误差,导致螺旋定位精度不够,拆装不便,螺旋小端是一盘深沟向心球轴承。当螺旋与转鼓温度变化存在差异时会引起不同的热膨胀伸缩量,两轴承间产生轴向内应力且无法消除,这必然影响轴承的使用寿命。

    LW—530离心机螺旋的径向支撑轴承与轴向定位轴承分开。即螺旋大、小端各有一盘NU系列的单列向心滚子轴承,轴承外圈可以沿滚动体轴向自由滑动,它们安装在转鼓内对螺旋起到径向支撑作用;在皮带轮内装有一盘特殊的圆锥滚子轴承,轴承后端面布置了调节弹簧,前端面的紧锁套和调节螺母通过弹簧的调整作用将轴承固定在螺旋轴头上,实现了螺旋与转鼓的精确定位和可靠支撑,即使螺旋与转鼓温度变化存在较大差异,不同的热膨胀伸缩量也不会引起轴向内应力产生。

1.2.4   优化了螺旋上轴承密封设计

     LW—450离心机螺旋上轴承的轴向密封采用简单的橡胶骨架油封,树脂粉末很容易进入轴承腔体内,再高速运转时润滑脂还容易被甩出,造成轴承润滑不良甚至轴承缺乏润滑脂而损坏。

     LW—530离心机螺旋充分考虑离心机高速旋转产生强大离心力场的实际情况,轴向密封采用橡胶骨架油封和迷宫密封相结合,径向密封面设置有橡胶O形圈。这样,基本上避免了树脂粉末进入轴承腔内,同时有效阻止润滑脂被甩出,轴承在良好的润滑环境中可靠运行。

1.2.5  差速器的进步

     差速器是离心机的核心部件,其运行状况直接影响的该设备开工率。LW—450离心机的差速器检修周期为三个月,每次拆开均可见到大部分轴承因磨损严重需更新,特别是支撑低速级行星架的轴承非常容易损坏。由于检修频繁,差速器内部多个配合面受到严重磨损,整台差速器振动恶化,检修周期变短,维修度变低,形成了恶性循环趋势。

    LW—530离心机的差速器由于各零部件配合间隙精确各表面粗糙度设计制造合理,滚动轴承选型得当,滑动轴承选材合适,每使用半年后拆卸检查各零部件和轴承都没有发现明显磨损,清洗恢复即可重复使用。投入使用近6年来,该设备的差速器运行平稳,机体内没有出现不正常磨损的痕迹。

2.1  扭振现象的产生

     LW—530离心机自2004年1月投入使用至2006年12月正常停车后开始大检修。在本次检修时只对该设备进行过必要的维护和保养,没有拆开主要部件。然而,大修过后开车发现两台离心机相继出现了同样的异常情况。即正常运行约1小时后出现扭振,伴随严重堵料,主机电流迅速上升,这必须立即停止进料甚至紧急停车。

2.2  对扭振现象的描述

    扭振是机械设备中的一种非正常的剧烈振动现象,对于1离心机来说,由于自身或其他原因让离心机转鼓受到交变载荷后,差速器高速级太阳轮轴上扭矩控制器的传递杆来回跳动打击阻阻挡装置,主机电流迅速上升,同时伴随整台离心机剧烈振动,阻挡装置很快被打翻,离心机自动被迫停车。这不但无法满足树脂产量和质量要求,而且威胁到离心机的安全平稳运行。

2.3  产生扭振的原因分析

     经初步分析认为造成这一后果的原因可能比较复杂,由于分别成立了工艺、设备、操作和质量等小组,从不同专业来查找造成扭振的原因。

2.3.1  树脂的内在质量发生变化造成影响

         通过工艺技术人员及质量分析组查找熟知的内在质量与检修之前进行对比,没有发现异常情况,所以排除树脂本身质量造成扭振的原因。

2.3.2   浆料含固量变化的影响

        由于进入离心机的浆料是由浆料槽通过专用的泵输送,浆料槽上设置有底伸式搅拌,运行平稳,短时间内浆料含固量不会发生明显变化,输送过程也不会使浆料的含固量在短时间内发生变化。所以排除含固量在短时间发生变化导致扭振的可能。

2.3.3    进料量大小发生变化及工艺状况改变的影响

     离心机进料采用专门的浆料泵进行,离心机进口的压力稳定,进料量大小不会发生变化。所以排除进料量大小发生变化引起扭振的可能。

     在本次大修期间,聚合至干燥工艺系统没有任何改变,所以直接排除工艺系统变化引起的可能。

2.3.4   设备本省存在缺陷的可能性

        进入离心机内的浆料在高速旋转的转股形成的离心力场作用下,迅速通过分布器进去沉降区,由于树脂比重大于水,树脂沉积后紧贴于转鼓内壁,水处于树脂内层。离心机内实现脱水的沉降区和干燥区所在的转鼓段是圆锥形,设有叶片的螺旋与转鼓同向旋转但比转鼓慢50rpm,这就是转鼓与螺旋间的同向相对转速。正常运行时树脂粉末受到螺旋叶片的推力、转鼓旋转时产生的离心力、树脂与转鼓内壁间的摩擦力、树脂与螺旋叶片表面间的摩擦力,在这些力形成的合力作用下树脂粉末被推向小端,至排出孔时被甩出转鼓外。而水在离心力的作用下向转鼓大端流动由出水口排出。

      在这一分离过程中哦,对树脂在沉降区和干燥区的受力分析发现,只要离心机转鼓的转速稳定,近排量正常的情况下,螺旋叶片对树脂的推力、树脂受到的离心力     、树脂与径向叶片表面间的摩擦力都不会改变。拆卸该设备后发现转鼓沉降区和干燥区内壁表面显得非常光滑。转鼓内壁与螺旋叶片沿圆锥方向存在3mm的间隙且两者处于相对运动状态,即这些特殊点上的树脂受到50次/min左右的交变载荷的作用,逐步形成了含湿量为20%—30%的块状树脂。由于此处表面很光滑,所以随着运行时间推移这些块状树脂变得不易向前移动,从而影响到其他位置的树脂粉末受到的作用力,造成排料不畅。滞留在叶片与转鼓间的块状树脂所承受的交变载荷反作用于螺旋叶片,然后传递给差速器低速级行星齿轮,再传递给高速级与太阳轮上的扭矩控制器的传递杆,然后由阻挡装置抵消。交变载荷随着排料不畅的恶化趋势加剧而迅速增大,主机电流急速上升,导致传递杆来回打击阻挡装置,很快将阻挡装置打翻,离心机被迫跳停。严重时会造成离心机转鼓内大量积料。

2.4对扭振的解决办法

     在厂家设计制造时转鼓干燥区与沉降区的内壁表面粗糙度Ra=1.6um。该设备2004年初投入使用,正常运行时转鼓内壁的干燥区和沉降区相当于受到树脂粉末50次/分钟的打磨。也就是说树脂粉末对转鼓内壁进行不断研磨抛光作用,其表面变得越来越光滑,当表面粗糙度达到Ra=0.4-0.2um,导致这一扭振现象发生。

     经有关技术人员分析后认为:只要改变转鼓内壁干燥区与沉降区表面粗糙度Ra值,就可以紧贴于转鼓内壁的树脂变得容易移动顺利排出转鼓外。具体的做法是样冲在转鼓内壁沿母线方向冲出毛刺带,每条毛刺带的宽度约为80mm,相邻毛刺带的弧长间距约100mm,毛刺带的孔径约1.0mm,深度为0.8mm,相邻毛刺点的距离5.0mm。这样既不会影响转鼓的机械强度、也不会对转鼓的动平衡等造成影响。

3  结束语

    通过改进,离心机在没有发生过扭振堵料情况,通过两年多来运行表明这两台离心机出现的扭振问题得到妥善解决。

    回顾遵义氯碱引进LW—530离心机后投入使用以来,通过有关人员的共同努力,在不断认识和熟悉过程中总结经验,逐步消化了这一新技术,为树脂的高产稳产做出应有贡献。

污泥离心脱水处理成套装置(卧螺离心机),全称:卧式螺旋卸料沉降离心机,是城市生活污水处理、自来水生产过程中的污泥处理、工农业污水处理工程中的重要设备。
“卧式螺旋卸料沉降离心机(简称卧螺离心机)是利用离心沉降原理分离悬浮液的设备。对固相颗粒当量直径=3um、重量浓度比:10%或体积浓度比=70%、液固比重差:0.05g/cm3的各种悬浮液均适合采用该类离心机进行液固分离或颗粒分级。
独一无二的焚烧装置结构和干燥装置设计,可使含水率40%的污泥完全燃烧,燃烧温度高达850~1100℃。