機械攪拌器斷軸粘接用膠粘劑制備與修復(fù)性能分析

楊 毅,時國平,陳宏勝

(1.池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電與汽車系，安徽 池州 247000；2.池州學(xué)院 機電工程學(xué)院，安徽 池州 247000)

燃煤電廠一般通過吸收塔脫除煙氣中SO2。為了防止石膏漿液在吸收塔中沉積，需要在吸收塔壁上對稱布置幾個機械攪拌器。機械攪拌器負責通過攪動將石膏漿液中的亞硫酸鈣(CaSO3)轉(zhuǎn)化為硫酸鈣(CaSO4)，保證石膏性質(zhì)穩(wěn)定[1]。

隨著燃煤發(fā)電廠環(huán)保要求的不斷提升，脫硫過程中出現(xiàn)的一系列情況也越來越受到重視，原則上不允許脫硫過程長時間停運。考慮到過長的停運時間會引起機械攪拌器的載荷提高，并且導(dǎo)致停運側(cè)漿液產(chǎn)生一定的沉積[2-4]。為此，機械攪拌器的損壞檢修率相應(yīng)也就比較高，為了提升機械攪拌器檢修的簡易程度，傳統(tǒng)方法一般將機械攪拌器的傳動軸劃分為兩段，采用一對靠背輪串聯(lián)兩段[5-6]。如果機械攪拌器斷軸的位置為葉輪側(cè)軸，此時必須中止整個脫硫過程，拆除吸收塔內(nèi)部的葉輪組件，然后更換斷裂的機械攪拌器斷軸，這樣耗時又費力。由此進行機械攪拌器斷軸粘接用膠粘劑制備與修復(fù)性能分析，爭取緩解因機械攪拌器斷軸修復(fù)時間過長而導(dǎo)致的載荷提高且漿液沉積問題。

1 機械攪拌器斷軸情況及原因分析

1.1 機械攪拌器斷軸情況

機械攪拌器正常運行時電流處于180～210 A之間，如果電流突然降到60 A，減速器的溫度降到55 ℃且罐內(nèi)的漿液沖擊聲與攪拌聲明顯消失，則可判定為斷軸。通過內(nèi)部檢查，得出斷裂位置為機械攪拌器攪拌軸上方的機封軸懸掛環(huán)位置，機械攪拌器斷軸位置與情況如圖1、2所示，機械攪拌器軸承座磨損情況如圖3所示。

圖1 機械攪拌器斷軸位置示意

圖2 機械攪拌器軸斷裂

圖3 機械攪拌器軸承座磨損

1.2 機械攪拌器斷軸原因分析

1) 底部軸承不穩(wěn)定。底部軸承磨損嚴重不再穩(wěn)定或軸承材料和低液位空轉(zhuǎn)，使得攪拌軸擺動增大，軸承與攪拌軸的空隙隨之增大[7]。受機器攪拌器攪拌軸長度的影響，機器攪拌器上的機械密封軸在吊環(huán)處發(fā)生剪切，最后斷裂[8-9]。

2) 過程性原因。機械攪拌器的介質(zhì)進入N1噴嘴，并直接作用于機械攪拌器底部葉片表面的背面。雖然攪拌器的負載在一定程度上降低了，但它也會對徑向和軸向產(chǎn)生影響[10]。在一般生產(chǎn)操作中，原料進料經(jīng)常受阻或突然進料，導(dǎo)致物料推進機械攪拌器攪拌軸嚴重不平衡[11]。

3) 操作不規(guī)范。受到機械攪拌器底部支撐材料的穩(wěn)定性影響，為了防止無液體介質(zhì)影響攪拌器的工作狀態(tài)，要求攪拌器容器底封頭切線最低液位為Tl+2 300 mm，即4%液位[12-13]。

2 膠粘劑的研制

粘接修復(fù)機械攪拌器斷軸的工業(yè)修補劑選用硅烷改性聚醚膠，因為其粘接性能、抗位移性能、耐久性能均較強，應(yīng)用性較好[14]。

2.1 試驗部分

1) 試驗材料與儀器。

試驗材料包括：硅烷改性聚醚樹脂、納米碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、除水劑、硅烷類偶聯(lián)劑、鋯酸酯類偶聯(lián)劑、聚醚多元醇、觸變劑、防霉劑、催化劑、抗氧化劑。

試驗儀器包括：電子萬能拉力試驗機、橡膠硬度計、擠出性試驗機、粘度計。

2) 膠粘劑的制備程序及性能測試。

在烘箱內(nèi)放置納米鈣與重質(zhì)碳酸鈣，設(shè)置溫度為90 ℃，預(yù)除水時間最少為24 h，制好備用。依次將聚醚樹脂、聚醚多元醇、觸變劑以及抗氧化劑放入混合機內(nèi)，混合攪動20 min后放入全部填料，加熱至100 ℃后真空脫水2.5 h，然后放置待溫度降為50 ℃時進行攪動，同時添加偶聯(lián)劑、防霉劑與除水劑，15 min后攪動添加催化劑，5 min后進行真空密封。

利用上述方法制備出的硅烷改性聚醚密封膠粘接修復(fù)機械攪拌器斷軸。按照GB/T2794—1995、GB/T 10002.1—2006、JG/T485—2019與GB/T 9286—1998標準，測試不同原料成分和用量對硅烷改性聚醚膠粘接修復(fù)機械攪拌器斷軸效果的影響[15]。

2.2 結(jié)果與討論

1) 硅烷改性聚醚膠的表觀性能。膠體斷軸粘接性能的測試結(jié)果如表1所示。

表1 硅烷改性聚醚膠的各項性能測試結(jié)果

通過表1可知，該種膠的每項性能均符合標準，且具有較強的消黏性能和觸變性能，較易擠出操作。拉伸強度和硬度等數(shù)據(jù)說明膠體模量很低，擁有較強的位移能力，局部破口不會擴展。

2) 填料含量對硅烷改性聚醚膠的性能影響。

填料中的重質(zhì)碳酸鈣可以較好地提升硅烷改性聚醚膠中的抗拉力強度，具有較好的抗拉力性能。由于重質(zhì)碳酸鈣的密度較大，若儲存的時間較長容易產(chǎn)生沉淀，需要在制備過程中添加一些防沉劑，防止成分變化。該種膠抗拉性能受填料重質(zhì)碳酸鈣用量的影響程度如表2所示。

由表2可知，隨著硅烷改性聚醚膠內(nèi)的重質(zhì)碳酸鈣含量的提高，其抗拉力強度不斷提高。當重質(zhì)碳酸鈣含量低于50%，抗拉力強度小于1.0 MPa；當重質(zhì)碳酸鈣用量為60%時，抗拉力強度為1.5 MPa。利用硅烷改性聚醚膠粘接修復(fù)機械攪拌器斷軸時，當填料重質(zhì)碳酸鈣的含量達到65%后，膠體的黏度過高，極難攪拌均勻；當填料重質(zhì)碳酸鈣的含量低于50%時，膠體的黏度又較低，填料重質(zhì)碳酸鈣易發(fā)生沉降，且成膜發(fā)黏不致密，所以在利用硅烷改性聚醚膠粘接修復(fù)機械攪拌器斷軸時，最適宜的填料重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)區(qū)間為50%～60%。

表2 重質(zhì)碳酸鈣含量對抗拉力強度的影響

3) 聚醚多元醇含量對硅烷改性聚醚膠性能的影響。

通過相對分子質(zhì)量不同的聚醚多元醇制備硅烷改性聚醚膠，并利用其粘接修復(fù)機械攪拌器斷軸，待其完全固化后的性能變化如表3所示。

表3 聚醚多元醇含量對硅烷改性聚醚膠性能的影響

由表3可知，隨著聚醚多元醇含量的增加，硅烷改性聚醚膠的硬度、拉伸強度和預(yù)聚體粘度均增加，斷裂伸長率則顯著減小。原因是聚醚多元醇在預(yù)聚體內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵結(jié)合，變?yōu)榇蠓肿咏Y(jié)構(gòu)，增加拉伸強度和硬度，同時也縮短了鏈段，導(dǎo)致膠體柔韌性和斷裂伸長性能變差。預(yù)聚體粘度過高會減少硅烷改性聚醚膠的流動性，影響其施膠性能，極易再次出現(xiàn)斷裂，并且還會縮短硅烷改性聚醚膠的儲存時間，降低其使用性。當聚醚多元醇的含量為7.5%時，膠體的粘接性能較好，但會在一段時間后析出顆粒狀物質(zhì)；當含量為7.0%時，預(yù)聚體的穩(wěn)定性最好，膠體性能最佳。

4) 不同催化劑用量對硅烷改性聚醚膠性能的影響。

使用硅烷改性聚醚膠粘接修復(fù)機械攪拌器斷軸時，為了縮短表干時間，需要在膠體制備時加入催化劑。但是過多的催化劑會導(dǎo)致膠體內(nèi)出現(xiàn)氣泡，降低其內(nèi)聚力和粘接力，所以需要使用適量的催化劑。保持其他條件不變，研究不同催化劑用量對硅烷改性聚醚膠性能的影響情況，如表4所示。

表4 催化劑對硅烷改性聚醚膠性能的影響

由表4可知，通過催化劑能夠有效縮短硅烷改性聚醚膠的表干時間，有利于其在機械攪拌器斷軸粘接修復(fù)中的應(yīng)用。混合使用叔胺類催化劑和有機金屬類催化劑能夠明顯縮短表干時間。當叔胺類催化劑的用量為0.05%時，硅烷改性聚醚膠擁有較好的柔韌性。隨著有機金屬類催化劑用量的增加，膠體的表干時間和拉伸強度均減少，主要原因是在反應(yīng)過程中有CO2產(chǎn)生，膠體粘度增大，無法排除氣泡。為同時獲得與保證硅烷改性聚醚膠的表干時間與性能，選擇混合使用0.3%的有機金屬類催化劑與0.05%的叔胺類催化劑。

3 粘接工藝

粘接工藝在粘接修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用中具有非常重要的作用，粘接修復(fù)技術(shù)的粘接工藝如下。

1) 檢查機械斷軸位置是否存在接口不吻合等問題。

2) 機械攪拌器斷軸檢查無誤后，需要清潔粘接面，若粘接面存在油漬等污漬，需要通過丙酮進行清洗，得到干凈的粘接面。

3) 機械攪拌器斷軸的粘接面清理干凈后，開始施膠工作，這是一道重要的工序，要求膠粘劑涂抹均勻且膠粘劑用量合適。若膠量過多，容易造成粘接時間延長；若膠量過少，則會降低粘接的牢固度。通常情況下，需要按照機械攪拌器斷軸的外部直徑選擇用量，具體如表5所示。

表5 膠粘劑的用量標準

4) 完成施膠后需要盡快粘接斷軸。將完成施膠的機械攪拌器斷軸粘接面相互對準，按壓粘接斷軸，實現(xiàn)粘接強度的增大。按壓時間不能小于1 min，且要保持粘接位置不變。

5) 快速去除斷軸殘存的膠粘劑，繼續(xù)固化一段時間，這時粘接面不能受力。標準的固化時間如表6所示。

表6 膠粘劑的靜置固化時間

6) 通過上述工作實現(xiàn)了機械攪拌器斷軸的粘接修補施工，施工過程中需要注意以下幾點：①不能在水中進行施工；②施工環(huán)境保持干燥；③環(huán)境溫度要高于0 ℃，不能在膠粘劑凍結(jié)的情況下施工；④不能通過明火或電爐等加熱方式加熱膠粘劑。

4 結(jié)語

為了優(yōu)化機械攪拌器斷軸的粘接修復(fù)效果，研制了各項性能都符合標準的硅烷改性聚醚膠，使其具有較好的抗拉力性能，且粘結(jié)性能較強，能夠充分滿足機械攪拌器要求的粘接效果。在實際應(yīng)用中的施工操作性較好，可增加機械攪拌器攪拌軸的使用壽命。