聚丙烯裝置擠壓造粒機(jī)安裝調(diào)試問題及建議

沈彥卿(浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000)

0 引言

CMP387擠壓造粒機(jī)組是浙石化二期2×45萬噸/年聚丙烯裝置的核心設(shè)備，由日本制鋼所制造，單臺(tái)最高負(fù)荷可達(dá)75 t/h，由一臺(tái)16 000 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪泵功率為2 300 kW，其功能是將聚丙烯粉末加入添加劑熔融后造粒，以方便產(chǎn)品保存及運(yùn)輸。其主設(shè)備包含：主電機(jī)、主減速箱及驅(qū)動(dòng)齒輪箱、螺桿及筒體、齒輪泵單元、以及切粒單元。成套包內(nèi)設(shè)備多、調(diào)試期長，質(zhì)量控制點(diǎn)多，筆者將針對(duì)減速箱、螺桿、齒輪泵以及切粒單元等安裝調(diào)試細(xì)節(jié)及重點(diǎn)分別剖析說明[1]。

1 減速箱

減速箱是驅(qū)動(dòng)單元的核心，其功能是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供的動(dòng)能，降速、增扭，并分別傳遞給兩根螺桿，使螺桿同向旋轉(zhuǎn)，并承載輸送熔融樹脂時(shí)螺桿的反作用力。驅(qū)動(dòng)單元有兩臺(tái)成套使用的齒輪箱，分別為負(fù)責(zé)降速、增扭的主減速箱和扭矩分流、承載軸向力的驅(qū)動(dòng)齒輪箱。驅(qū)動(dòng)側(cè)選用16 000 kW、980 r/min的高功率電機(jī)，而輸出側(cè)則選用低轉(zhuǎn)高扭的閉式斜齒輪、扭矩分流式驅(qū)動(dòng)齒輪箱，所以對(duì)主減速箱而言，扭矩保護(hù)十分重要。主電機(jī)與主減速箱輸入軸聯(lián)軸器選用矩保護(hù)聯(lián)軸器，又叫安全銷聯(lián)軸器，主要功能是防止扭矩過載保護(hù)設(shè)備。在正常狀態(tài)下，聯(lián)軸器與軸之間為間隙配合，屬于脫開狀態(tài)，聯(lián)軸器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)液壓油腔體，油壓越高所承載的扭矩越大，充壓后，聯(lián)軸器內(nèi)部發(fā)生形變，將軸緊緊抱死，使間隙配合變?yōu)檫^盈配合。當(dāng)螺桿端超載，或機(jī)械故障，扭矩超過設(shè)定值時(shí)，聯(lián)軸器和軸會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)位移差(打滑)，固定在軸上的環(huán)狀切刀，會(huì)將聯(lián)軸器上的安全銷頭切斷泄壓，從而切斷傳動(dòng)系統(tǒng)所傳遞的扭矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)械保護(hù)的目的。扭矩保護(hù)聯(lián)軸器兩端分別設(shè)有滾動(dòng)軸承，在液壓腔未充壓時(shí)作為兩端支撐，同時(shí)也為聯(lián)軸器提供斷開后的滾動(dòng)支撐，在聯(lián)軸器外緣有潤滑油注入點(diǎn)，注意與液壓油口區(qū)分。

在液壓油腔加壓過程中，為將液壓腔內(nèi)氣體完全排空，需將加壓口盤車至垂直朝上位置，安全銷按扭矩緊固后反向松1/4圈，以便阻油排氣使液壓油灌滿液壓腔，按扭矩-油壓對(duì)照表選定油壓，通過隨機(jī)專用的液壓油泵加壓排氣，排氣期間觀察泵頭壓力表，此間有輕微壓降，排氣約15～30 min直到無壓降后，定壓按扭矩緊固排氣安全銷，安全銷聯(lián)軸器扭矩設(shè)定完成，如圖1所示。如有檢修需要斷開聯(lián)軸器，將加壓泵連接后，通過泵體泄壓閥泄壓即可斷開。

圖1 安全銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖

齒輪泵減速箱選用的是另一種扭矩保護(hù)聯(lián)軸器，作用相同，只是原理從液壓油腔形變摩擦力定扭變?yōu)榧袅︿N定扭，有一點(diǎn)需注意：說明書或圖紙中剪力銷數(shù)量與力矩保護(hù)成倍數(shù)關(guān)系，一般設(shè)定為140%額定力矩。筆者所用設(shè)備為六銷孔，安裝三個(gè)剪力銷即可達(dá)到140%剪力矩。最后，需注意主減速箱的推力軸承壽命與螺桿前端的樹脂壓力有關(guān)，在操作運(yùn)行過程中，要密切關(guān)注齒輪泵入口壓力，嚴(yán)格按制造廠提供的“螺桿前端壓力-止推軸承壽命曲線圖”控制，以保證止推軸承滿足設(shè)計(jì)使用壽命要求。在正常工況下，推力軸承壽命在10萬小時(shí)以上。

2 螺桿及ABC密封

CMP387型擠壓機(jī)螺桿直徑為387 mm，長徑比24.5，螺桿材質(zhì)為合金鍛鋼，螺桿表面經(jīng)加工研磨，拋光后做滲氮硬化處理。螺桿的進(jìn)料端軸頭設(shè)有花鍵式聯(lián)軸器與輸出齒輪箱連接，螺桿本體由螺桿軸和可更換的螺旋塊組成，根據(jù)螺桿所處筒體位置的功能需要，在制造廠拼裝成型，進(jìn)料段和排料段為右旋螺紋，功能在于物料輸送，中間段為捏合塊，用于正向、反向混煉。螺桿安裝至筒體時(shí)，需注意以下細(xì)節(jié)：首先是雙螺桿相位，螺桿為成對(duì)整體固定安裝，在固定前，要注意花鍵標(biāo)記，要求標(biāo)記朝上且區(qū)分L、R螺桿，螺桿花鍵軸端向盡可能調(diào)整平齊；第二，需用廠家提供的相位尺測(cè)量相位，調(diào)整偏差后安裝固定工裝；第三，安裝筒體穿入法蘭保護(hù)工裝，防止安裝過程中損壞筒體法蘭結(jié)合面，影響密封；最后，全面檢查螺桿本體是否有損傷，并涂覆耐高溫潤滑脂保護(hù)螺桿，螺桿穿入筒體過程中，要時(shí)刻關(guān)注螺桿水平度，杜絕生拉硬拽，做好設(shè)備保護(hù)。

ABC密封位于C1段筒體驅(qū)動(dòng)端，其功能是密封螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸與一段筒體的間隙，防止擠壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)，PP粉料沿螺桿軸泄漏至大氣。ABC密封整體結(jié)構(gòu)類似填料密封，主要由密封盒、ABC密封環(huán)，以及密封壓蓋組成。ABC密封環(huán)分為三種規(guī)格，玻璃纖維填充聚PTFE、石墨填充PTFE、以及碳纖維PTFE，一組8片，在每片上有安裝方向標(biāo)識(shí)及零件號(hào)，密封環(huán)外側(cè)由彈簧箍緊固定，軸向通過一個(gè)帶銷的保持架，定位固定在密封盒上。

安裝前檢查項(xiàng)目：(1)檢查密封環(huán)數(shù)量及完好程度，要求密封環(huán)徑向面無破損、劃痕，軸向面平整無彎曲；(2)檢查螺桿軸與密封配合位置表面清潔度，要求絕對(duì)清潔，防止異物損壞密封；(3)檢查密封配合表面是否有毛刺或劃痕凹坑等缺陷；(4)用細(xì)砂紙二次研磨配合面，安裝前再次清潔；(5)填料函架表檢查螺桿軸跳動(dòng)值，要求小于軸徑的0.15%，如果超差，可能會(huì)造成ABC密封氣首次投用流量增加，并影響使用壽命。

如圖2所示，ABC密封氮?dú)獯祾邽榈蛪旱獨(dú)?，在?jīng)過減壓閥減壓至0.015 MPa后，從ABC密封底部吹掃口進(jìn)入密封，ABC密封頂部設(shè)有引壓點(diǎn)連接壓力表，首次投用時(shí)需記錄流量，在正常運(yùn)行過程中，ABC密封有一定磨損泄漏量，這使得密封腔內(nèi)壓力逐漸降低，當(dāng)密封腔壓力接近低報(bào)值0.1 kg時(shí)，要通過調(diào)整減壓閥將壓力維持在0.15 kg，流量會(huì)隨之增加，當(dāng)流量增加接近首次投用的2倍時(shí)，計(jì)劃更換ABC密封。

圖2 ABC密封

3 齒輪泵及旋轉(zhuǎn)接頭

齒輪泵的轉(zhuǎn)子由一對(duì)相互嚙合的齒輪組成，由同一臺(tái)減速箱分別通過萬向聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)，而兩個(gè)齒輪轉(zhuǎn)子的配合間隙是設(shè)備安裝的重要檢查點(diǎn)，調(diào)整不好會(huì)直接影響齒輪泵的使用壽命及開車安全。兩齒輪轉(zhuǎn)子為上下布置，調(diào)相位工序如下。第一，松掉上部萬向聯(lián)軸節(jié)定位銷處的連接螺栓，僅用于徑向限位，用千斤頂及行車支撐聯(lián)軸節(jié)，防止其重力作用在齒輪泵上，通過在齒輪泵非驅(qū)動(dòng)端，用塞尺檢查上下軸與螺旋密封的上下間隙，確認(rèn)間隙均勻，齒輪泵軸端未受垂直方向重力影響；第二，拆除非驅(qū)動(dòng)端上下轉(zhuǎn)子的熱油旋轉(zhuǎn)接頭，用專用工裝固定齒輪泵下轉(zhuǎn)子并架百分表1調(diào)零，用于上轉(zhuǎn)子拉緊期間觀察驗(yàn)證下轉(zhuǎn)子未隨動(dòng)。在上轉(zhuǎn)子聯(lián)軸節(jié)減速箱側(cè)掛盤車器，并沿齒輪泵轉(zhuǎn)向反向拉緊鎖死，通過百分表1讀數(shù)確認(rèn)完成此工序，目的是固定下轉(zhuǎn)子，防止調(diào)整相位期間轉(zhuǎn)動(dòng)；第三，在上轉(zhuǎn)子聯(lián)軸節(jié)解口處法蘭的外緣上架百分表2，準(zhǔn)備測(cè)量相對(duì)位移，在上轉(zhuǎn)子非驅(qū)動(dòng)端固定盤車桿，做盤車調(diào)相位準(zhǔn)備，因齒間間隙較小且齒輪泵未進(jìn)料，為方便相位居中，建議在盤車桿位置固定液壓千斤頂做微調(diào)；第四，正反向手動(dòng)盤車測(cè)量相位總間隙，并根據(jù)百分表2讀數(shù)，將轉(zhuǎn)子相位間隙調(diào)至中間位置(圖3)，期間需觀察百分表1讀數(shù)，同時(shí)確認(rèn)齒輪泵下轉(zhuǎn)子未動(dòng)；最后，連接定位銷處法蘭螺栓，并根據(jù)實(shí)際錯(cuò)口尺寸加工定位銷塊安裝鎖緊，至此相位調(diào)整完成。定位銷塊加工時(shí)需注意以下三點(diǎn)：(1)尺寸建議用塊規(guī)配合塞尺測(cè)量銷槽中間偏內(nèi)側(cè)間隙，盡量減小測(cè)量誤差，定位銷塊與銷槽微過盈配合即可；(2)在定位銷塊與銷槽錯(cuò)口位置處加工倒角，徑向楔入位置同樣加工倒角以方便安裝；(3)定位銷塊為對(duì)稱兩塊布置，兩側(cè)測(cè)量尺寸應(yīng)為一致，安裝時(shí)盡可能對(duì)稱同時(shí)楔入[2]。

圖3 齒輪側(cè)隙調(diào)整示意圖

旋轉(zhuǎn)接頭安裝在齒輪泵非驅(qū)動(dòng)端，用以實(shí)現(xiàn)齒輪泵軸旋轉(zhuǎn)中的密封及冷卻，齒輪泵軸內(nèi)置冷卻套管，隨泵軸旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行導(dǎo)熱油循環(huán)，套管外側(cè)4個(gè)傳動(dòng)鍵，連接齒輪泵軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭跟齒輪泵同步旋轉(zhuǎn)，內(nèi)套管的另一端，為連接導(dǎo)熱油進(jìn)出口法蘭的集裝式機(jī)械密封，內(nèi)含一對(duì)石墨軸承、一組帶壓緊彈簧的動(dòng)靜環(huán)，以及軸端的填料密封。因齒輪泵相位調(diào)整時(shí)需拆除再安裝，此過程要注意落地?cái)[放時(shí)的支撐保護(hù)，防止損壞機(jī)械密封或壓蓋填料，如在開車期間出現(xiàn)熱油泄漏，在做好防護(hù)的前提下檢查具體泄漏位置，嘗試緊固填料壓蓋方法消漏，如果機(jī)械密封泄漏，則需降溫退熱油，整體更換旋轉(zhuǎn)接頭。

4 切刀安裝及檢查標(biāo)準(zhǔn)

作為最終顆粒成型輸出端，切刀的平行度是切粒單元的重要質(zhì)量控制點(diǎn)，如果控制不好，會(huì)出現(xiàn)異常磨損、退刀、纏刀等問題，會(huì)導(dǎo)致擠壓機(jī)啟動(dòng)失敗、切粒水管灌腸、甚至斷刀。

切刀安裝前，首先要根據(jù)刀盤尺寸準(zhǔn)備鉗工平臺(tái)以及盤車固定器。鉗工平臺(tái)的精度越高，累計(jì)誤差越小，切刀安裝效果越好；盤車固定器需根據(jù)刀盤尺寸重量選擇，如尺寸小、重量輕可用多個(gè)磁力表座固定，反之則需要做專用環(huán)狀工裝，原則是盤車期間定位，保證盤車期間刀盤軸向固定。第二，將刀盤底部與平臺(tái)的接觸面涂脂潤滑，并置于平臺(tái)一側(cè)，百分表架固定于另一側(cè)，用水平尺找平鉗工平臺(tái)，盡可能小于0.05 mm/m。準(zhǔn)備工作結(jié)束后，手動(dòng)盤車測(cè)量每把切刀平行度，平行度測(cè)量點(diǎn)為刀尖方向1/2至2/3處，要求誤差0.03 mm內(nèi)，超差切刀采用正負(fù)偏差互換位置方式處理至合格，如個(gè)別切刀偏差過大，更換新刀。首次開車需檢查刀盤平面度，要求偏差小于0.01 mm，合格后安裝切刀。

切刀安裝合格后用專用工裝將刀盤吊裝至切刀軸，注意安裝前花鍵及螺紋清理干凈并涂脂潤滑防卡死，刀盤裝配需用專用工裝帶緊推向驅(qū)動(dòng)側(cè)，禁止用緊固螺母背緊防止螺紋卡死，緊固后測(cè)量刀軸與水室結(jié)合面垂直度，檢查標(biāo)準(zhǔn)≤0.01 mm，如超差在水室背側(cè)緊固螺栓位置加找正墊片調(diào)整。磨刀轉(zhuǎn)速設(shè)定在最大轉(zhuǎn)速的60%～70%，進(jìn)刀風(fēng)壓自動(dòng)，磨刀15 min磨損切刀約0.03～0.05 mm，打開水室檢查確認(rèn)每把切刀磨損均勻，復(fù)測(cè)切刀平行度≤0.01 mm。

5 進(jìn)刀風(fēng)壓曲線

擠壓機(jī)開車為全自動(dòng)模式，因每臺(tái)機(jī)組情況不一，所以進(jìn)刀風(fēng)壓曲線需現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)予以繪制，風(fēng)壓曲線影響開車成功與否，且與切刀使用壽命息息相關(guān)，是調(diào)試重點(diǎn)。切刀軸的軸向受力分析如公式(1)所示：

式中：Fx為切刀向模板力；F1為進(jìn)刀風(fēng)壓；F2為刀旋力；F3為退刀風(fēng)壓；F4為摩擦損失；F5為水室水壓。

進(jìn)退刀風(fēng)壓可調(diào)，F(xiàn)2切刀旋轉(zhuǎn)力與轉(zhuǎn)速成正比，F(xiàn)4和F5基本為定值不變。

曲線繪制步驟：首先找切刀軸零點(diǎn)，將退刀風(fēng)壓調(diào)至0.7～0.8 MPa，進(jìn)刀風(fēng)壓調(diào)至0.3～0.4 MPa，依次投用進(jìn)、退刀風(fēng)壓后，手動(dòng)盤車，緩慢降低退刀風(fēng)壓，同時(shí)觀察百分表關(guān)注切刀軸位移，待盤車變重時(shí)，證明刀盤接觸模板，記錄百分表讀數(shù)，調(diào)整切刀軸定位裝置到刀軸端后，反向調(diào)整退回，可反復(fù)至百分表讀數(shù)接近4 mm后，鎖緊刀軸定位裝置，此位置作為進(jìn)刀零點(diǎn)；第二步，尋找平衡風(fēng)壓。將退刀風(fēng)壓設(shè)定在0.7 MPa，切刀轉(zhuǎn)速設(shè)定在最低轉(zhuǎn)速100～120 r/min，這樣找到的平衡風(fēng)壓為最低，可以大幅減少退刀概率，啟動(dòng)切粒機(jī)，緩慢降低退刀風(fēng)壓，觀察刀軸百分表，直到刀軸開始緩慢前進(jìn)，記錄此時(shí)風(fēng)壓為“平衡風(fēng)壓”，此風(fēng)壓為定值，可多次反復(fù)上述工序測(cè)得；第三步，進(jìn)刀風(fēng)壓及最小風(fēng)壓數(shù)據(jù)收集，分5個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)分別測(cè)量，轉(zhuǎn)速在最低轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速間平均選取，如筆者所在裝置轉(zhuǎn)速設(shè)定為100～320 r/min，選取5轉(zhuǎn)速點(diǎn)為120、170、220、270、320 r/min，具體操作為固定平衡風(fēng)壓，緩慢增加進(jìn)刀風(fēng)壓，觀察百分表，記錄5～10 s進(jìn)刀至模板風(fēng)壓，需反復(fù)測(cè)量取均值[3]。將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)繪制曲線，根據(jù)曲線情況二次修正平滑，如圖4所示。

圖4 風(fēng)壓曲線繪制示意圖

6 結(jié)語

擠壓造粒機(jī)是聚丙烯裝置核心設(shè)備，無論是齒輪泵相位調(diào)整，還是進(jìn)刀風(fēng)壓曲線都將直接影響設(shè)備的運(yùn)行安全，需設(shè)備管理人員重點(diǎn)關(guān)注。