順丁橡膠用膨脹干燥機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

吳丹，王艷群，賈朝陽(yáng)，閆志國(guó)

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

順丁橡膠用膨脹干燥機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

Improved design of expansion dryer for butadiene rubber

吳丹，王艷群，賈朝陽(yáng)，閆志國(guó)

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

針對(duì)原設(shè)計(jì)的順丁橡膠用膨脹干燥機(jī)，對(duì)其主要組成及工作原理進(jìn)行介紹，詳細(xì)分析了其生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題,闡述了技術(shù)改進(jìn)的具體措施，并對(duì)改進(jìn)后機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行了說(shuō)明。

順丁橡膠；膨脹干燥機(jī)；技術(shù)；改進(jìn)

順丁橡膠全名為順式-1,4-聚丁二烯橡膠，簡(jiǎn)稱BR，屬混合物，具有彈性好、耐磨性強(qiáng)、耐低溫性能好、生熱低、滯后損失小、耐屈擾性、抗龜裂性及動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)。順丁橡膠是我國(guó)合成橡膠技術(shù)開(kāi)發(fā)最成熟的膠種。廣泛應(yīng)用于汽車(chē)輪胎和耐寒制品，緩沖材料及各種膠鞋、膠布、膠帶和海綿膠等。

膨脹干燥機(jī)是順丁橡膠后處理工序中關(guān)鍵機(jī)組之一，其主要作用是利用螺桿、銷(xiāo)釘在機(jī)筒內(nèi)部的擠壓、剪切、混煉作用，形成高溫、高壓的環(huán)境，通過(guò)模板出料時(shí)，膠料利用“閃蒸”的原理，脫去橡膠中的水分，使橡膠的含水量降低到1%以下。由于膨脹干燥機(jī)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量起著決定性的作用［1］，同時(shí)由于其占地面積小、流程短、工藝先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，與擠壓脫水機(jī)組成雙階機(jī)組，在合成橡膠行業(yè)中得到也越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1 膨脹干燥機(jī)的主要組成

膨脹干燥機(jī)主要由主電機(jī)、液力耦合器、減速箱、排水篩板、進(jìn)料斗、機(jī)筒、剪切銷(xiāo)釘、螺桿、模板等組成。其主體部分結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 膨脹干燥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 膨脹干燥機(jī)的工作原理

由擠壓脫水機(jī)擠出的膠料,通過(guò)進(jìn)料斗連續(xù)不斷地喂入膨脹干燥機(jī)螺桿進(jìn)料段，膠料在剪切螺釘?shù)募羟凶饔孟?被旋轉(zhuǎn)的螺桿擠壓并沿軸向輸送。與此同時(shí),利用過(guò)熱蒸氣對(duì)膠料進(jìn)行加熱,使其軟化，軟化后的膠料有利于擠壓、干燥、逐步升溫、增壓，最終膠料由擠出段擠出并被壓入模板,膠料被從模頭擠出的瞬間，在“閃蒸”作用下，膨脹成大小均勻的膠粒。即膠料在機(jī)筒內(nèi)受到剪切、擠壓和摩擦作用下,到擠出段后膠料壓力已升至3～12 MPa,出?？讜r(shí)膠料的壓力由高壓驟降至0,使膠條突然膨脹放松,膠條內(nèi)所含水分迅速“閃蒸氣化”，由此達(dá)到膠料進(jìn)一步膨脹干燥的目的。

3 膨脹干燥機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)膨脹干燥機(jī)在投料試車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和存在的隱患,為保證機(jī)組能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)一步提高干燥能力,經(jīng)過(guò)大量的分析、論證，對(duì)進(jìn)料斗、排水篩板、襯套等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3.1 進(jìn)料斗

原進(jìn)料斗的設(shè)計(jì)是沿螺桿的切線傾斜加料方式［2］,易造成“窩料”現(xiàn)象,為避免這種現(xiàn)象，現(xiàn)將進(jìn)料斗改為錐形焊接結(jié)構(gòu)，加大此段的壓縮比，提高吃料能力。并且，在進(jìn)料斗的錐形內(nèi)壁上加工若干條溝槽，目的是增大膠料與進(jìn)料斗之間的摩擦力，提高喂料效率。另外，提高加料斗錐形內(nèi)壁面的粗糙度要求，防止了膠料的黏滯。

根據(jù)工藝需要，進(jìn)料斗有時(shí)需要冷卻，有時(shí)需要加熱，因此，引起應(yīng)力變化是不可避免的。這樣,應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮如何降低由于進(jìn)料斗支撐約束而引起的應(yīng)力集中。經(jīng)有限元分析結(jié)果表明,由于支撐的約束限制了進(jìn)料斗因熱脹冷縮引起的軸向自由移動(dòng),從而引起進(jìn)料斗沿軸向產(chǎn)生很大的約束應(yīng)力［3］，極易造成機(jī)筒法蘭螺栓、減速機(jī)與短節(jié)聯(lián)接處螺栓被截?cái)嗟默F(xiàn)象。因此,建議將進(jìn)料斗支撐的地腳螺栓孔設(shè)置成沿筒體軸線方向的長(zhǎng)圓孔形式,并考慮在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)支撐和地基之間使用聚四氟乙烯襯墊，以減小支撐在移動(dòng)過(guò)程中與地基的摩擦系數(shù)。

3.2 排水篩板

進(jìn)料斗的下半部是掏空結(jié)構(gòu),排水篩板安裝在進(jìn)料斗的下半部，目的是將擠壓出的游離態(tài)的水通過(guò)排水篩板上排水孔迅速排出筒體外。原排水篩板是采用約翰遜籠條型式，即籠條與筋板焊接結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其強(qiáng)度、剛度相對(duì)較差。當(dāng)吃料困難或窩料較多時(shí)，易造成排水篩板變形或開(kāi)裂，給生產(chǎn)帶來(lái)很大的麻煩。

圖2 原排水篩板示意圖

對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，決定將排水篩板進(jìn)行改進(jìn)，即將原來(lái)采用的約翰遜籠條型式改為兩塊焊接型式的弧形厚板，如圖3所示，目的是為了提高其強(qiáng)度、剛度。兩塊焊接型式的弧形厚板通過(guò)凹凸止口對(duì)接配合組成，便于操作、安裝。焊接型式的弧形厚板內(nèi)表面加工若干條溝槽，目的是利于喂料。

溝槽上均勻布置若干排水孔d（直徑為d），排水孔深度H，要盡量小，建議小于5 mm，并用較大的α錐孔與之順接（如圖4所示），以期提高排水效果。

排水篩板改進(jìn)的主要目的：①一方面可使膠料中所含的水分預(yù)先被分離,另一方面利于干燥機(jī)吃料;②提高排水篩板的強(qiáng)度、剛度。

圖3 改進(jìn)排水篩板示意圖

圖4 排水篩板上排水孔示意圖

3.3 襯套

在原設(shè)計(jì)中，靠近模板處襯套內(nèi)壁的硬化處理方式：與螺棱表面配合部分堆焊合金或滲氮，與銷(xiāo)釘配合部分不進(jìn)行硬化處理，為襯套本體，且由多段襯套組成。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)如下：①硬度不均勻，易造成螺桿與襯套的磨損；②安裝要求高，維護(hù)不方便?，F(xiàn)將靠近模板處襯套內(nèi)壁改為離心澆鑄硬質(zhì)合金的硬化方式，且澆鑄合金采用耐腐蝕性材質(zhì)，硬度達(dá)到50 HRC。這樣，提高了整段襯套的耐磨性，穩(wěn)定了使用性能，減少因多段襯套安裝引起的“存膠”現(xiàn)象，便于設(shè)備的安裝、維護(hù)及更換。

3.4 螺桿支撐

常見(jiàn)的膨脹干燥機(jī)螺桿為懸臂形式，即螺桿一端與減速箱的輸出軸直聯(lián)，另一端為懸臂形式。這樣，當(dāng)膠料產(chǎn)量波動(dòng)較大時(shí)，機(jī)筒與螺桿懸臂前端之間的機(jī)械磨損就會(huì)較大，縮短了關(guān)鍵件的使用周期。

針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)膨脹干燥機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加了螺桿支撐。螺桿支撐主要由支撐架、支撐軸、軸承、密封等組成，如圖5所示。

支撐架分別與模板、機(jī)筒相連，起到了分流的作用。支撐架一方面將從螺桿中輸送來(lái)的膠料均勻分配給模板，另一方面可以有效地防止支撐軸旋轉(zhuǎn)，在機(jī)筒內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了對(duì)螺桿頭部的支撐。其中，支撐軸一端用四方的連接結(jié)構(gòu)插入支撐架內(nèi)，另一端伸入螺桿頭部；軸承通過(guò)支撐軸鑲在螺桿頭部?jī)?nèi)部，當(dāng)螺桿在旋轉(zhuǎn)時(shí)起到支撐螺桿的作用；軸承的密封采用機(jī)械密封與密封圈相結(jié)合的形式。這樣的螺桿支撐，不僅對(duì)螺桿頭部起支撐作用，而且結(jié)構(gòu)緊湊，拆卸方便，不必伸出到模板外。增加的螺桿支撐，改善了懸臂形式的螺桿由于物料輸送不均勻造成的螺桿磨損的問(wèn)題，提高了關(guān)鍵件的使用性能。

圖5 螺桿支撐示意圖

4 膨脹干燥機(jī)改進(jìn)后的運(yùn)行狀況

2012年底，我公司為國(guó)內(nèi)某石化公司提供順丁橡膠用膨脹干燥機(jī)，對(duì)其進(jìn)行如上的技術(shù)改造，至今機(jī)組已運(yùn)行2年多,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品性能良好?，F(xiàn)膨脹干燥機(jī)運(yùn)行狀況：進(jìn)料順暢,解決了原先窩料問(wèn)題,加快了輸送膠料的速度,提高了干燥能力，更好的保證使用性能，延長(zhǎng)螺桿使用周期，方便了安裝和維護(hù)。

實(shí)踐證明:①對(duì)膨脹干燥機(jī)的技術(shù)改造完全正確可行,改造是成功的,為整個(gè)裝置的穩(wěn)定安全生產(chǎn)提供了進(jìn)一步保障;②機(jī)組結(jié)構(gòu)及性能的進(jìn)一步優(yōu)化和提高，還需經(jīng)過(guò)更進(jìn)一步的摸索、試驗(yàn)、分析之后，方可實(shí)現(xiàn)。

[1] 唐世華,等. 膨脹干燥機(jī)加熱夾套開(kāi)裂原因分析,機(jī)械工程材料，2007，31(1)：63～66.

[2] 王定忠. 螺桿擠壓膨脹干燥機(jī)的改造與應(yīng)用，合成橡膠工業(yè)，1995，18(4)：224～225.

[3] 鄧肖明. 膨脹干燥機(jī)的技術(shù)改造與應(yīng)用，茂名學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，11(1)：40～42.

TQ333.2

1009-797X(2015)15-0044-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.15.011

吳丹（1975-），女，高級(jí)工程師，1998年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)，主要從事合成橡膠后處理設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。

2015-01-29