膨胀干燥机主轴断裂原因分析及对策.pdf

1、2 0 0 5 年 第 4 期2 0 0 3 年 9 月 2 3 日 , 大 庆 石 油 化 工 总 厂 化 工 厂橡 胶 装 置 后 处 理 B 线 膨 胀 干 燥 机 ( M - 3 0 4 ) 进 料 段螺 套 与 进 料 斗 发 生 摩 擦 , 致 使 进 料 斗 过 热 已 呈 暗红 色 , 且 减 速 机 振 动 并 逐 渐 加 剧 , 停 车 对 设 备 进 行检 查 , 发 现 减 速 机 地 脚 螺 栓 断 一 根 , 且 地 脚 发 现 裂纹 , 需 对 该 设 备 进 行 检 修 。 操 作 人 员 排 料 时 发 现 膨胀 干 燥 机 不 出 料 , 减 速 机 振 动

2、 大 , 紧 急 停 车 重 新 对膨 胀 干 燥 机 认 真 检 查 , 在 干 燥 机 的 主 电 机 联 轴 节处 进 行 盘 车 , 发 现 盘 车 非 常 轻 松 , 仔 细 检 查 确 认 膨胀 干 燥 机 螺 杆 主 轴 断 。1 膨 胀 干 燥 机 的 工 作 原 理 和 主 要 结 构1 . 1 工 作 原 理膨 胀 干 燥 机 主 要 由 主 电 机 、 液 力 偶 合 器 、 齿 轮减 速 箱 、 膨 胀 干 燥 机 主 体 4 部 分 组 成 。 其 主 体 部 分结 构 示 意 图 见 图 1 。1 - 电 机 ; 2 - 耦 合 器 ; 3 - 减 速 机 ; 4

3、- 主 机 底 座 ; 5 - 下 料 段 支 撑 板 ;6 - 下 料 段 ; 7 - 主 轴 ; 8 - 螺 套 ; 9 - 主 机 机 体 ; 1 0 - 支 撑 套 ;1 1 - 剪 切 销 钉 ; 1 2 - 连 接 段 ; 1 3 - 模 板图 1 膨 胀 干 燥 机 结 构 示 意由 挤 压 脱 水 机 输 出 的 胶 料 , 通 过 膨 胀 干 燥 机进 料 斗 连 续 不 断 地 喂 入 进 料 段 , 然 后 通 过 剪 切 螺钉 剪 切 胶 料 , 旋 转 螺 杆 挤 压 胶 料 并 把 其 沿 轴 向 输送 推 进 ; 与 此 同 时 , 采 用 过 热 蒸 汽 加 热

4、 胶 料 至 1 0 0 1 7 5 , 以 软 化 胶 料 而 利 于 挤 压 、 干 燥 , 逐 步 升 温 增压 的 胶 料 由 挤 出 段 输 出 并 被 压 入 模 板 并 挤 出 。 由于 胶 料 在 机 筒 内 受 到 剪 切 、 挤 压 和 摩 擦 作 用 , 到 挤出 段 胶 料 压 力 已 升 至 5 7 M P a , 当 处 于 受 压 状 态 的胶 料 从 模 板 喷 嘴 以 高 速 喷 出 时 , 因 模 板 外 侧 的 空间 突 然 增 大 , 胶 料 的 压 力 由 约 7 M P a 骤 降 至 0 , 使胶 条 突 然 膨 胀 放 松 , 胶 条 内 所 含

5、 水 分 迅 速 闪 蒸 气化 , 并 由 此 达 到 使 胶 料 进 一 步 膨 胀 干 燥 的 目 的 。1 . 2 主 要 结 构主 螺 杆 由 2 4 节 螺 套 依 次 套 在 螺 杆 主 轴 上 并通 过 键 联 接 而 组 成 , 首 段 螺 套 为 5 圈 等 螺 距 螺 纹 ,为 便 于 安 装 剪 切 螺 钉 , 压 缩 段 和 挤 出 段 均 设 计 成单 开 放 式 的 断 续 螺 纹 , 各 段 螺 距 均 不 相 同 。 螺 距 由低 压 侧 向 高 压 侧 逐 渐 缩 小 , 利 用 螺 距 缩 小 来 造 压和 增 加 摩 擦 省 热 , 以 挤 出 胶 料 中

6、 的 水 分 , 提 高 干 燥能 力 。 螺 杆 头 为 锥 形 结 构 , 利 于 螺 杆 主 轴 的 调 心 定位 。3 段 夹 套 式 机 筒 彼 此 用 螺 栓 联 接 , 每 段 机 筒 都有 供 蒸 气 加 热 或 水 冷 却 的 进 出 口 。 沿 机 筒 每 隔 一段 距 离 的 四 周 上 均 布 有 4 个 由 外 向 内 壁 延 伸 凸 出的 剪 切 螺 钉 , 共 2 0 圈 , 剪 切 螺 钉 与 螺 套 的 螺 槽 相对 应 , 其 作 用 是 断 裂 剪 切 螺 杆 上 的 胶 料 , 阻 止 胶 料随 螺 杆 同 轴 旋 转 并 促 使 其 沿 轴 向 挤 压

7、 推 进 。每 两 节 机 筒 或 与 短 节 的 联 接 处 共 4 处 衬 有 支撑 衬 套 , 对 机 筒 的 安 装 起 定 心 作 用 及 利 于 机 体 的密 封 。 支 撑 衬 套 内 表 面 堆 焊 3 m m 左 右 的 硬 质 合 金层 , 与 4 个 支 撑 衬 套 位 置 对 应 的 E 、 F 两 节 螺 旋 套表 面 也 堆 焊 硬 质 合 金 , 以 提 高 耐 磨 性 。 在 挤 出 段 的末 端 装 有 模 板 , 用 螺 栓 固 定 在 短 节 。 干 燥 机 的 螺 杆主 轴 为 单 端 固 定 的 悬 臂 轴 , 悬 臂 端 长 达 3 . 9 m ,

8、悬膨 胀 干 燥 机 主 轴 断 裂 原 因 分 析 及 对 策许 中 义 谢 志 文( 大 庆 石 油 化 工 总 厂 化 工 厂 , 黑 龙 江 大 庆 1 6 3 7 1 4 )摘 要 : 膨 胀 干 燥 机 是 顺 丁 橡 胶 装 置 后 处 理 单 元 的 关 键 设 备 。 文 中 简 要 介 绍 了 膨 胀 干 燥 机 的 工作 原 理 和 结 构 , 通 过 对 膨 胀 干 燥 机 主 轴 断 裂 原 因 , 从 理 论 上 分 析 了 主 轴 在 交 变 应 力 作 用 下 断裂 发 生 、 发 展 的 过 程 , 并 从 设 备 操 作 、 结 构 上 分 析 了 交 变

9、应 力 产 生 的 原 因 和 对 设 备 产 生 的 危害 , 并 针 对 这 些 问 题 , 提 出 了 解 决 和 防 止 主 轴 断 裂 的 措 施 。关 键 词 : 膨 胀 干 燥 机 ; 主 轴 ; 断 裂 ; 原 因 ; 对 策中 图 分 类 号 : T Q 0 5 1 . 8 文 献 标 识 码 : B 文 章 编 号 : 1 6 7 1 - 4 9 6 2 ( 2 0 0 5 ) 0 4 - 0 0 3 5 - 0 3炼 油 与 化 工 3 5炼 油 与 化 工 第 1 6 卷臂 端 主 要 靠 4 个 支 撑 衬 套 支 撑 。2 膨 胀 干 燥 机 断 裂 主 轴 的 检

10、 查发 现 主 轴 断 裂 后 , 当 天 进 行 拆 检 。 解 体 检 查 时发 现 干 燥 机 主 轴 是 在 第 一 节 螺 旋 套 定 位 轴 肩 A 截面 处 断 裂 见 图 2 , 断 口 呈 剪 切 断 面 。 支 撑 衬 套 是 9月 1 日 检 修 时 更 换 的 , 经 检 查 , 四 节 支 撑 衬 套 的 磨损 都 很 小 , 各 节 螺 套 也 未 发 现 磨 损 , 说 明 9 月 1 日的 检 修 安 装 质 量 没 有 问 题 。 检 修 开 车 后 只 有 两 次停 车 , 一 次 是 因 前 工 段 改 造 计 划 停 车 , 再 有 就 是 9月 2 3

11、 日 主 轴 断 裂 停 车 , 说 明 在 这 期 间 的 操 作 也 没有 大 的 问 题 。图 2 膨 胀 干 燥 机 主 轴 结 构 示 意3 膨 胀 干 燥 机 主 轴 断 裂 分 析3 . 1 主 轴 断 裂 原 因从 主 轴 的 断 裂 截 面 来 看 , 轴 的 断 裂 属 于 疲 劳破 坏 。 轴 在 运 行 过 程 中 , 通 过 穿 在 主 轴 上 的 螺 套 将橡 胶 由 进 料 段 推 进 到 模 头 处 , 主 轴 主 要 承 受 扭 转剪 切 应 力 , 由 于 外 部 负 载 变 化 的 影 响 , 剪 切 应 力 也呈 周 期 性 变 化 , 这 样 就 产

12、生 了 交 变 应 力 。 轴 在 交 变应 力 的 作 用 下 , 产 生 疲 劳 断 裂 。 从 金 属 的 疲 劳 断 裂理 论 分 析 , 主 轴 断 裂 的 产 生 经 历 了 3 个 阶 段 。 与 主 应 力 方 向 大 体 成 4 5 倾 斜 的 疲 劳 扩 展是 第 阶 段 。 本 阶 段 一 般 仅 一 两 个 晶 粒 深 , 但 所 占疲 劳 寿 命 的 比 例 却 不 低 。 由 于 裂 纹 扩 展 的 速 率 很低 , 故 在 这 部 分 断 口 上 一 般 看 不 出 任 何 扩 展 的 特征 形 貌 。 与 主 应 力 方 向 垂 直 的 疲 劳 扩 展 是 第

13、阶段 。 在 此 阶 段 中 , 每 经 一 个 载 荷 循 环 , 裂 纹 就 往 前扩 展 一 步 。 在 循 环 加 载 、 卸 载 过 程 中 , 将 在 裂 尖 区产 生 塑 性 变 形 区 , 此 时 受 到 拉 伸 和 压 缩 性 应 变 循环 , 就 要 发 生 局 部 断 裂 扩 展 , 塑 性 区 也 往 前 推 进 一步 。 根 据 载 荷 的 不 同 , 每 一 循 环 中 开 裂 的 金 属 可 能经 历 了 不 止 一 次 二 次 , 而 许 多 次 的 塑 性 应 变 循 环 。 瞬 断 区 。 此 时 , 由 于 有 效 截 面 很 小 , 加 上 裂纹 很 深

14、 而 应 力 集 中 , 应 力 强 度 因 子 达 到 很 高 的 水平 , 其 断 裂 过 程 同 单 调 加 载 情 形 相 似 1 。3 . 2 主 轴 交 变 应 力 产 生 的 原 因3 . 2 . 1 开 、 停 车 过 于 频 繁 该 装 置 开 工 以 来 , 后 处理 设 备 运 行 一 直 不 太 稳 定 , 仅 在 运 行 的 近 两 个 半月 内 , B 线 共 开 、 停 车 达 5 5 次 之 多 , 从 电 机 开 车 的计 数 器 上 显 示 , 这 5 5 次 开 、 停 车 电 机 启 动 1 1 6 次 。由 于 膨 胀 干 燥 机 的 主 电 机 功

15、率 高 达 5 8 8 K w , 每 次膨 胀 干 燥 机 电 机 的 启 动 都 将 使 干 燥 机 主 轴 的 扭 转应 力 由 零 突 变 至 最 大 值 , 此 时 的 主 轴 承 受 了 巨 大的 交 变 应 力 。 而 自 7 月 1 日 至 9 月 2 3 日 短 短 的 8 0多 天 里 , 干 燥 机 主 轴 就 受 到 了 1 1 6 次 负 载 由 零 突变 至 最 大 值 的 交 变 应 力 突 变 , 这 种 交 变 应 力 的 产生 , 对 轴 的 断 裂 产 生 重 大 的 影 响 。3 . 2 . 2 下 料 不 均 膨 胀 干 燥 机 正 常 操 作 时 ,

16、 主 轴 转数 应 根 据 进 料 量 大 小 适 当 调 整 。 7 月 份 以 来 , 经 常发 生 凝 聚 釜 到 后 处 理 的 物 料 负 荷 波 动 幅 度 过 大 的情 况 , 严 重 时 甚 至 断 料 。 在 物 料 负 荷 波 动 幅 度 过 大的 情 况 下 , 相 应 的 螺 杆 转 数 不 可 能 及 时 做 相 应 调整 。 在 进 到 干 燥 机 内 的 物 料 偏 少 时 , 在 机 体 内 会 出现 间 断 空 膛 , 而 间 断 空 膛 要 比 机 体 充 满 物 料 时 在主 轴 上 产 生 的 扭 转 应 力 小 , 这 种 交 变 载 荷 也 是 产生

17、 交 变 应 力 的 原 因 之 一 , 虽 然 此 时 产 生 的 交 变 应力 和 开 停 机 产 生 的 交 变 应 力 相 比 要 小 很 多 , 但 是 ,下 料 不 均 的 情 况 却 时 刻 存 在 , 产 生 交 变 应 力 的 次数 也 相 当 巨 大 , 因 此 对 主 轴 的 疲 劳 断 裂 也 产 生 重大 的 影 响 。3 . 2 . 3 频 繁 堵 料 在 干 燥 机 进 料 段 发 生 堵 料 时 , 进料 段 的 物 料 积 存 在 进 料 斗 , 不 再 进 到 机 体 内 , 而 操作 人 员 不 可 能 每 次 都 及 时 发 现 干 燥 机 已 经 堵

18、料 并马 上 停 机 , 此 时 干 燥 机 大 电 机 将 继 续 运 转 。 由 于 此时 物 料 不 再 进 到 机 体 , 而 主 轴 还 在 继 续 旋 转 , 此 时主 轴 受 到 的 剪 切 力 要 小 于 正 常 开 车 时 的 剪 切 力 ,两 者 间 的 剪 切 力 的 差 别 要 大 于 机 体 间 断 空 膛 的 情况 , 此 时 产 生 的 交 变 应 力 对 主 轴 断 裂 也 是 重 要 原因 之 一 。3 . 2 . 4 螺 套 与 下 料 斗 发 生 机 械 摩 擦 由 于 断 料 及下 料 不 均 , 经 常 造 成 螺 套 与 下 料 斗 发 生 摩 擦

19、, 直 至发 热 、 发 红 , 此 时 主 轴 的 温 度 已 达 到 6 0 0 7 0 0 ,致 使 主 轴 进 料 段 处 形 成 多 次 退 火 , 其 强 度 极 限 已严 重 下 降 。 此 次 主 轴 断 裂 时 正 处 于 因 摩 擦 发 红 状态 , 而 高 温 状 态 下 材 料 的 强 度 极 限 比 正 常 温 度 下的 强 度 极 限 低 很 多 。 所 以 , 因 摩 擦 发 热 、 发 红 造 成主 轴 强 度 严 重 下 降 , 也 是 主 轴 断 裂 的 主 要 原 因 之3 62 0 0 5 年 第 4 期一 。3 . 3 轴 的 结 构 不 合 理分 析

20、 主 轴 断 裂 的 原 因 , 除 了 交 变 应 力 的 影 响 ,断 裂 处 的 应 力 集 中 也 是 重 要 原 因 之 一 。 据 了 解 , 与大 庆 石 油 化 工 总 化 工 厂 同 型 号 的 膨 胀 干 燥 机 , 北京 燕 化 橡 胶 厂 的 干 燥 机 主 轴 曾 多 次 发 生 断 裂 , 茂名 石 化 橡 胶 厂 同 型 号 的 膨 胀 干 燥 机 去 年 曾 发 生 过主 轴 断 裂 的 故 障 , 前 不 久 又 发 生 了 同 样 的 故 障 , 且断 裂 部 位 都 相 同 。 分 析 各 厂 主 轴 断 裂 的 原 因 , 主 轴结 构 不 合 理 也

21、是 重 要 原 因 之 一 。 由 于 轴 肩 处 产 生应 力 突 变 , 造 成 该 处 应 力 集 中 , 在 交 变 应 力 作 用下 , 加 剧 了 主 轴 断 裂 的 周 期 。4 防 止 主 轴 断 裂 的 措 施4 . 1 加 强 操 作 人 员 的 技 术 培 训要 防 止 膨 胀 干 燥 机 主 轴 断 裂 , 首 先 要 保 证 膨胀 干 燥 机 的 安 全 平 稳 运 行 , 尽 可 能 降 低 非 计 划 停车 次 数 。 所 以 要 在 加 强 操 作 人 员 的 技 能 培 训 上 下功 夫 。 根 据 膨 胀 干 燥 机 的 各 项 运 行 参 数 , 制 订

22、当 运行 参 数 超 标 时 如 何 调 整 的 各 项 措 施 , 并 认 真 组 织操 作 人 员 进 行 技 术 培 训 , 考 试 合 格 后 上 岗 , 确 实 保证 膨 胀 干 燥 机 的 安 全 平 稳 运 行 。4 . 2 稳 定 凝 聚 单 元 的 操 作后 处 理 单 元 的 上 一 道 工 序 是 凝 聚 单 元 , 凝 聚单 元 的 操 作 是 否 稳 定 、 生 产 负 荷 是 否 稳 定 是 影 响后 处 理 单 元 是 否 平 稳 运 行 的 重 要 因 素 。 前 面 已 分析 , 由 于 下 料 不 均 , 对 膨 胀 干 燥 机 主 轴 的 疲 劳 断 裂会

23、 产 生 重 要 影 响 。 所 以 , 稳 定 凝 聚 单 元 的 操 作 , 保证 生 产 负 荷 的 平 稳 , 是 保 证 膨 胀 干 燥 机 安 全 平 稳运 行 的 对 策 之 一 。4 . 3 提 高 橡 胶 产 品 的 内 在 质 量橡 胶 产 品 内 在 质 量 的 好 坏 , 直 接 影 响 到 橡 胶后 处 理 设 备 尤 其 是 膨 胀 干 燥 机 的 操 作 。 橡 胶 产 品的 内 在 质 量 取 决 于 聚 合 单 元 聚 合 反 应 的 好 坏 。 聚合 反 应 好 , 并 且 稳 定 , 橡 胶 的 门 尼 值 恒 定 , 凝 胶 含量 低 , 橡 胶 的 各

24、 项 性 能 指 标 优 良 , 到 后 处 理 单 元 的橡 胶 就 不 易 堵 、 不 易 挂 , 反 映 在 膨 胀 干 燥 机 的 设 备操 作 上 就 不 易 堵 料 。 如 果 聚 合 反 应 不 稳 定 , 橡 胶 物性 就 不 好 , 在 膨 胀 干 燥 机 的 操 作 上 反 映 出 来 的 就是 易 堵 料 , 设 备 的 各 项 操 作 参 数 失 控 。 而 聚 合 反 应的 好 坏 , 和 回 收 单 元 精 制 的 原 料 丁 二 烯 和 溶 剂 油的 质 量 有 关 , 还 和 操 作 人 员 的 操 作 水 平 有 关 。 所以 , 只 有 加 强 对 橡 胶

25、产 品 内 在 质 量 的 控 制 , 膨 胀 干燥 机 的 运 行 才 会 平 稳 。4 . 4 增 加 设 备 连 锁 保 护为 了 加 强 膨 胀 干 燥 机 的 安 全 平 稳 运 行 , 针 对膨 胀 干 燥 机 的 操 作 特 点 , 下 一 步 要 增 加 设 备 的 联锁 保 护 , 使 得 操 作 人 员 能 够 及 时 发 现 设 备 运 行 异常 现 象 。 比 如 增 加 堵 料 报 警 联 锁 、 模 头 压 力 联 锁 以及 大 电 机 频 繁 启 动 延 时 联 锁 等 , 切 实 保 证 膨 胀 干燥 机 的 安 全 平 稳 运 行 , 延 长 其 使 用 寿

26、命 。4 . 5 优 化 主 轴 结 构由 于 膨 胀 干 燥 机 主 轴 轴 肩 处 的 应 力 集 中 是 引起 主 轴 断 裂 的 原 因 之 一 , 所 以 在 有 机 会 对 主 轴 结构 进 行 改 造 时 要 对 此 处 结 构 加 以 优 化 , 避 免 或 减少 应 力 集 中 。 比 如 在 此 处 加 轴 套 等 。参 考 文 献 : 1 吴 望 周 , 化 工 设 备 断 裂 失 效 分 析 基 础 M , 东 南 大 学 出 版 社 ,1 9 9 1收 稿 日 期 : 2 0 0 5 - 0 8 - 2 7作 者 简 介 : 许 中 义 , 男 , 高 级 工 程 师

27、 , 1 9 8 3 年 毕 业 于 东 北 重 型 机 械学 院 , 现 从 事 化 工 设 备 技 术 管 理 工 作 , 已 发 表 论 文 1 0 余 篇 。A b s t r a c t : T h e e x p a n s i o n d r y e r i s t h e c r i t i c a l e q u i p m e n t f o r t h e f i n i s h i n g u n i t o f b u t a d i e n e r u b b e r p l a n t . W o r k i n g p r i n c i p l e a n d

28、 c o n -s t r u c t i o n o f t h e e x p a n s i o n d r y e r i s i n t r o d u c e d , t h e o c c u r r e n c e a n d d e v e l o p m e n t o f t h e m a i n s h a f t b r e a k a g e u n d e r a l t e r n a t i v e s t r e s s a r ea n a l y z e d t h e o r e t i c a l l y t h r o u g h t h e a

29、 n a l y s i s o f t h e c a u s e f o r t h e b r e a k a g e o f t h e e x p a n s i o n d r y e r m a i n s h a f t , t h e c a u s e o f o c c u r r e n c e o fa l t e r n a t i v e s t r e s s a n d i t s h a r m f u l n e s s t o t h e e q u i p m e n t a r e a n a l y z e d i n t e r m s o f

30、t h e e q u i p m e n t o p e r a t i o n a n d c o n s t r u c t i o n , a n d t h em e a s u r e s f o r p r e v e n t i n g m a i n s h a f t b r e a k a g e f r o m o c c u r r i n g a n d t h e s o l u t i o n a r e s e t f o r t h r e g a r d i n g t h e s e p r o b l e m s .K e y w o r d s :

31、e x p a n s i o n d r y e r ; m a i n s h a f t ; b r e a k a g e ; c a u s e ; c o u n t e r m e a s u r eC a u s e a n a l y s i s a n d c o u n t e r m e a s u r e f o rb r e a k a g e o f t h e e x p a n s i o n d r y e r m a i n s h a f tX u Z h o n g y i X i e Z h i w e n( D a q i n g P e t r o c h e m i c a l C o m p l e x C h e m i c a l P l a n t , D a q i n g C h i n a 1 6 3 7 1 4 )许 中 义 等 . 膨 胀 干 燥 机 主 轴 断 裂 原 因 分 析 及 对 策 3 7