2003年9月23日，大慶石油化工總廠化工廠橡膠裝置后處理B線膨脹烘干機(jī)（M-304）進(jìn)料段螺套與進(jìn)料斗發(fā)生摩擦，致使進(jìn)料斗過熱已呈暗紅色，且減速機(jī)振動(dòng)并逐漸加劇，停車對設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)地腳螺栓斷一根，且地腳發(fā)現(xiàn)裂紋，需對該設(shè)備進(jìn)行檢修。操作人員排料時(shí)發(fā)現(xiàn)膨脹烘干機(jī)不出料，減速機(jī)振動(dòng)大，緊急停車重新對膨脹烘干機(jī)認(rèn)真檢查，在烘干機(jī)的主電機(jī)聯(lián)軸節(jié)處進(jìn)行盤車，發(fā)現(xiàn)盤車非常輕松，仔細(xì)檢查確認(rèn)膨脹烘干機(jī)螺桿主軸斷，富通新能源生產(chǎn)銷售滾筒烘干機(jī)、氣流式烘干機(jī)等干燥烘干機(jī)械設(shè)備。
1、膨脹烘干機(jī)的工作原理和主要結(jié)構(gòu)
1.1工作原理
    膨脹烘干機(jī)主要由主電機(jī)、液力偶合器、齒輪減速箱、膨脹烘干機(jī)主體4部分組成。其主體部分結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
    由擠壓脫水機(jī)輸出的膠料，通過膨脹烘干機(jī)進(jìn)料斗連續(xù)不斷地喂人進(jìn)料段，然后通過剪切螺釘剪切膠料，旋轉(zhuǎn)螺桿擠壓膠料并把其沿軸向輸送推進(jìn)；與此同時(shí)，采用過熱蒸汽加熱膠料至100-175℃，以軟化膠料而利于擠壓、烘干，逐步升溫增壓的膠料由擠出段輸出并被壓人模板并擠出。由于膠料在機(jī)筒內(nèi)受到剪切、擠壓和摩擦作用，到擠出段膠料壓力已升至5～7MPa，當(dāng)處于受壓狀態(tài)的膠料從模板噴嘴以高速噴出時(shí)，因模板外側(cè)的空間突然增大，膠料的壓力由約7 MPa驟降至0，使膠條突然膨脹放松，膠條內(nèi)所含水分迅速閃蒸氣化，并由此達(dá)到使膠料進(jìn)一步膨脹烘干的目的。
1.2主要結(jié)構(gòu)
    主螺桿由24節(jié)螺套依次套在螺桿主軸上并通過鍵聯(lián)接而組成，首段螺套為5圈等螺距螺紋，為便于安裝剪切螺釘，壓縮段和擠出段均設(shè)計(jì)成單開放式的斷續(xù)螺紋，各段螺距均不相同。螺距由低壓側(cè)向高壓側(cè)逐漸縮小，利用螺距縮小來造壓和增加摩擦省熱，以擠出膠料中的水分，提高烘干能力。螺桿頭為錐形結(jié)構(gòu)，利于螺桿主軸的調(diào)心定位。
  3段夾套式機(jī)筒彼此用螺栓聯(lián)接，每段機(jī)筒都有供蒸氣加熱或水冷卻的進(jìn)出口。，沿機(jī)筒每隔一段距離的四周上均布有4個(gè)由外向內(nèi)壁延伸凸出的剪切螺釘，共20圈，剪切螺釘與螺套的螺槽相對應(yīng)，其作用是斷裂剪切螺桿上的膠料，阻止膠料隨螺桿同軸旋轉(zhuǎn)并促使其沿軸向擠壓推進(jìn)。
    每兩節(jié)機(jī)筒或與短節(jié)的聯(lián)接處共4處村有支撐襯套，對機(jī)筒的安裝起定心作用及利于機(jī)體的密封。支撐襯套內(nèi)表面堆焊3mm左右的硬質(zhì)合金層，與4個(gè)支撐襯套位置對應(yīng)的E、F兩節(jié)螺旋套表面也堆焊硬質(zhì)合金，以提高耐磨性。在擠出段的末端裝有模板，用螺栓固定在短節(jié)。烘干機(jī)的螺桿主軸為單端固定的懸臂軸，懸臂端長達(dá)3.9 m，懸臂端主要靠4個(gè)支撐襯套支撐。
2、膨脹烘干機(jī)斷裂主軸的檢查
  發(fā)現(xiàn)主軸斷裂后，當(dāng)天進(jìn)行拆檢。解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)烘干機(jī)主軸是在第一節(jié)螺旋套定位軸肩A截面處斷裂見圖2，斷口呈剪切斷面。支撐襯套是9月1日檢修時(shí)更換的，經(jīng)檢查，四節(jié)支撐襯套的磨損都很小，各節(jié)螺套也未發(fā)現(xiàn)磨損，說明9月1日的檢修安裝質(zhì)量沒有問題。檢修開車后只有兩次停車，一次是因前工段改造計(jì)劃停車，再有就是9月23日主軸斷裂停車，說明在這期間的操作也沒有大的問題。
3、膨脹烘干機(jī)主軸斷裂分析
3.1主軸斷裂原因
    從主軸的斷裂截面來看，軸的斷裂屬于疲勞破壞。軸在運(yùn)行過程中，通過穿在主軸上的螺套將橡膠由進(jìn)料段推進(jìn)到模頭處，主軸主要承受扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力，由于外部負(fù)載變化的影響，剪切應(yīng)力也呈周期性變化，這樣就產(chǎn)生了交變應(yīng)力。軸在交變應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生疲勞斷裂。從金屬的疲勞斷裂理論分析，主軸斷裂的產(chǎn)生經(jīng)歷了3個(gè)階段。
    (1)與主應(yīng)力方向大體成450傾斜的疲勞擴(kuò)展是第1階段。本階段一般僅一兩個(gè)晶粒深，但所占疲勞壽命的比例卻不低。由于裂紋擴(kuò)展的速率很低，故在這部分?jǐn)嗫谏弦话憧床怀鋈魏螖U(kuò)展的特征形貌。
    (2)與主應(yīng)力方向垂直的疲勞擴(kuò)展是第Ⅱ階段。在此階段中，每經(jīng)一個(gè)載荷循壞，裂紋就往前擴(kuò)展一步。在循環(huán)加載、卸載過程中，將在裂尖區(qū)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，此時(shí)受到拉伸和壓縮性應(yīng)變循環(huán)，就要發(fā)生局部斷裂擴(kuò)展，塑性區(qū)也往前推進(jìn)一步。根據(jù)載荷的不同，每一循環(huán)中開裂的金屬可能經(jīng)歷了不止一次二次，而許多次的塑性應(yīng)變循環(huán)。
  (3)瞬斷區(qū)。此時(shí)，由于有效截面很小，加上裂紋很深而應(yīng)力集中，應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到很高的水平，其斷裂過程同單調(diào)加載情形相似。
3.2主軸交變應(yīng)力產(chǎn)生的原因
3.2.1開、停車過于頻繁該裝置開工以來，后處理設(shè)備運(yùn)行一直不太穩(wěn)定，僅在運(yùn)行的近兩個(gè)半月內(nèi)，B線共開、停車達(dá)55次之多，從電機(jī)開車的計(jì)數(shù)器上顯示，這55次開、停車電機(jī)啟動(dòng)116次。由于膨脹烘干機(jī)的主電機(jī)功率高達(dá)588 Kw，每次膨脹烘干機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)都將使烘干機(jī)主軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力由零突變至最大值，此時(shí)的主軸承受了巨大的交變應(yīng)力。而自7月1日至9月23日短短的80多天里，烘干機(jī)主軸就受到了116次負(fù)載由零突變至最大值的交變應(yīng)力突變，這種交變應(yīng)力的產(chǎn)生，對軸的斷裂產(chǎn)生重大的影響。
3.2.2下料不均膨脹烘干機(jī)正常操作時(shí)，主軸轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)進(jìn)料量大小適當(dāng)調(diào)整。7月份以來：經(jīng)常發(fā)生凝聚釜到后處理的物料負(fù)荷波動(dòng)幅度過大的情況，嚴(yán)重時(shí)甚至斷料。在物料負(fù)荷波動(dòng)幅度過大的情況下，相應(yīng)的螺桿轉(zhuǎn)數(shù)不可能及時(shí)做相應(yīng)調(diào)整。在進(jìn)到烘干機(jī)內(nèi)的物料偏少時(shí)，在機(jī)體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)間斷空膛，而間斷空膛要比機(jī)體充滿物料時(shí)在主軸上產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力小，這種交變載荷也是產(chǎn)生交變應(yīng)力的原因之一，雖然此時(shí)產(chǎn)生的交變應(yīng)力和開停機(jī)產(chǎn)生的交變應(yīng)力相比要小很多，但是，下料不均的情況卻時(shí)刻存在，產(chǎn)生交變應(yīng)力的次數(shù)也相當(dāng)巨大，因此對主軸的疲勞斷裂也產(chǎn)生重大的影響。
3.2.3頻繁堵料在于燥機(jī)進(jìn)料段發(fā)生堵料時(shí)，進(jìn)料段的物料積存在進(jìn)料斗，不再進(jìn)到機(jī)體內(nèi)，而操作人員不可能每次都及時(shí)發(fā)現(xiàn)烘干機(jī)已經(jīng)堵料并馬上停機(jī)，此時(shí)烘干機(jī)大電機(jī)將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于此時(shí)物料不再進(jìn)到機(jī)體，而主軸還在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)主軸受到的剪切力要小于正常開車時(shí)的剪切力，兩者間的剪切力的差別要大于機(jī)體間斷空膛的情況，此時(shí)產(chǎn)生的交變應(yīng)力對主軸斷裂也是重要原因之一。
3.2.4螺套與下料斗發(fā)生機(jī)械摩擦由于斷料及下料不均，經(jīng)常造成螺套與下料斗發(fā)生摩擦，直至發(fā)熱、發(fā)紅，此時(shí)主軸的溫度已達(dá)到600 -700℃，致使主軸進(jìn)料段處形成多次退火，其強(qiáng)度極限已嚴(yán)重下降。此次主軸斷裂時(shí)正處于因摩擦發(fā)紅狀態(tài)，而高溫狀態(tài)下材料的強(qiáng)度極限比正常溫度下的強(qiáng)度極限低很多。所以，因摩擦發(fā)熱、發(fā)紅造成主軸強(qiáng)度嚴(yán)重下降，也是主軸斷裂的主要原因之一。
3.3軸的結(jié)構(gòu)不合理
    分析主軸斷裂的原因，除了交變應(yīng)力的影響，斷裂處的應(yīng)力集中也是重要原因之一。據(jù)了解，與大慶石油化工總化工廠同型號(hào)的膨脹烘干機(jī)，北京燕化橡膠廠的烘干機(jī)主軸曾多次發(fā)生斷裂，茂名石化橡膠廠同型號(hào)的膨脹烘干機(jī)去年曾發(fā)生過主軸斷裂的故障，前不久叉發(fā)生了同樣的故障，且斷裂部位都相同。分析各廠主軸斷裂的原因，主軸結(jié)構(gòu)不合理也是重要原因之一。由于軸肩處產(chǎn)生應(yīng)力突變，造成該處應(yīng)力集中，在交變應(yīng)力作用下，加劇了主軸斷裂的周期。
4、防止主軸斷裂的措施
4.1加強(qiáng)操作人員的技術(shù)培訓(xùn)
    要防止膨脹烘干機(jī)主軸斷裂，首先要保證膨脹烘干機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，盡可能降低非計(jì)劃停車次數(shù)。所以要在加強(qiáng)操作人員的技能培訓(xùn)上下功夫。根據(jù)膨脹烘干機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，制訂當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超標(biāo)時(shí)如何調(diào)整的各項(xiàng)措施，并認(rèn)真組織操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，考試合格后上崗，確實(shí)保證膨脹烘干機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
4.2穩(wěn)定凝聚單元的操作
    后處理單元的上一道工序是凝聚單元，凝聚單元的操作是否穩(wěn)定、生產(chǎn)負(fù)荷是否穩(wěn)定是影響后處理單元是否平穩(wěn)運(yùn)行的重要因素。前面已分析，由于下料不均，對膨脹烘干機(jī)主軸的疲勞斷裂會(huì)產(chǎn)生重要影響。所以，穩(wěn)定凝聚單元的操作，保證主產(chǎn)負(fù)荷的平穩(wěn)，是保證膨脹烘干機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行的對策之一。
4.3提高橡膠產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量
    橡膠產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的好壞，直接影響到橡膠后處理設(shè)備尤其是膨脹烘干機(jī)的操作。橡膠產(chǎn)晶的內(nèi)在質(zhì)量取決于聚合單元聚合反應(yīng)的好壞。聚合反應(yīng)好，并且穩(wěn)定，橡膠的門尼值恒定，凝膠含量低，橡膠的各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，到后處理單元的橡膠就不易堵、不易掛，反映在膨脹烘干機(jī)的設(shè)備操作上就不易堵料。如果聚合反應(yīng)不穩(wěn)定，橡膠物性就不好，在膨脹烘干機(jī)的操作上反映出來的就是易堵料，設(shè)備的各項(xiàng)操作參數(shù)失控。而聚合反應(yīng)的好壞，和回收單元精制的原料丁二烯和溶劑油的質(zhì)量有關(guān)，還和操作人員的操作水平有關(guān)。所以，只有加強(qiáng)對橡膠產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的控制，膨脹烘干機(jī)的運(yùn)行才會(huì)平穩(wěn)。
4.4增加設(shè)備連鎖保護(hù)
    為了加強(qiáng)膨脹烘干機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，針對膨脹烘干機(jī)的操作特點(diǎn)，下一步要增加設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)，使得操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異�，F(xiàn)象。比如增加堵料報(bào)警聯(lián)鎖、模頭壓力聯(lián)鎖以及大電機(jī)頻繁啟動(dòng)延時(shí)聯(lián)鎖等，切實(shí)保證膨脹烘干機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，延長其使用壽命。
4.5優(yōu)化主軸結(jié)構(gòu)
    由于膨脹烘干機(jī)主軸軸肩處的應(yīng)力集中是引起主軸斷裂的原因之一，所以在有機(jī)會(huì)對主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造時(shí)要對此處結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化，避免或減少應(yīng)力集中。比如在此處加軸套等。
（轉(zhuǎn)載請注明：富通新能源烘干機(jī)http://m.hyaqg.cn/ganzaoji/）