淺析多功能供料設(shè)備的開(kāi)發(fā)流程

朱明艷

(江蘇中宏環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 江陰 214400)

再生膠的主要反應(yīng)過(guò)程叫“脫硫”或者再生。影響硫化膠再生的主要因素有機(jī)械力、熱氧化、軟化劑和再生活化劑四個(gè)方面。其中軟化劑對(duì)橡膠起溶脹作用，使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)松弛，從而增加了氧化滲透作用，有利于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氧化斷裂，并能降低重新結(jié)構(gòu)化的可能性，加快了再生過(guò)程。再生活化劑在再生過(guò)程中能分解出自由基，可加速熱氧化速度或起自由基接受體的作用，來(lái)穩(wěn)定熱氧化生成的橡膠自由基，阻止他們他們?cè)俣冉Y(jié)合。同時(shí)再生活化劑還能引發(fā)雙硫鍵和多硫鍵的降解，提高硫化膠再生時(shí)交聯(lián)的破壞程度，從而達(dá)到盡快再生的目的。再生活化劑可以大幅度縮短再生時(shí)間，減少軟化劑用量，并改善再生膠工藝加工性能和質(zhì)量。因此軟化劑和再生活化劑是再生膠配方中不可或缺的原料。再生活化劑需要經(jīng)過(guò)加熱成流態(tài)。在加熱過(guò)程中出現(xiàn)積碳、攪拌不均勻等問(wèn)題。

本文主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一套用于再生膠助劑軟化、混合的設(shè)備。從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品驗(yàn)證等過(guò)程，介紹一種用于再生助劑軟化、混合的設(shè)備。

1 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程

1.1 供油設(shè)備開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū)

收集設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，影響設(shè)備穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行、低能耗生產(chǎn)的存在的一些問(wèn)題。軟化劑加熱到熔融狀態(tài)時(shí)加入再生活化劑，主要存在再生助劑外表面形成氣泡體引起混合效果差；油罐底部結(jié)碳，引起加熱效率降低，操作工人維護(hù)周期短，維修困難；再生助劑加熱過(guò)程中出現(xiàn)的積碳現(xiàn)象?；谝陨蠁?wèn)題 ，公司下達(dá)開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū)——一種可以解決以上問(wèn)題的多功能供料設(shè)備。

1.2 方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示，一個(gè)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)的實(shí)施，可以劃分為工藝流程、功能劃分、部件設(shè)計(jì)、仿真分析、方案評(píng)審等過(guò)程。

圖1 方案設(shè)流程圖

依據(jù)收集到的問(wèn)題，研討多功能供料設(shè)備的工藝流程，進(jìn)行功能劃分。初步進(jìn)行設(shè)備的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。多功能供料設(shè)備外形圖如圖2所示。多功能供料設(shè)備主要有加熱管路、混合攪拌油罐、導(dǎo)熱油加熱等部分組成。

圖2 多功能供料設(shè)備外形圖

1.2.1 工藝流程

多功能供料設(shè)備工藝流程圖如圖三所示，再生助劑通過(guò)加熱、攪拌作用快速變成液態(tài)，通過(guò)自動(dòng)計(jì)量裝置輸送到膠粉倉(cāng)進(jìn)入下一道攪拌混合。依據(jù)生產(chǎn)線產(chǎn)能、再生助劑的品種及數(shù)量以及與產(chǎn)線其他設(shè)備的連接等因素，本設(shè)計(jì)設(shè)備選用四個(gè)混合攪拌罐。

根據(jù)工藝流程，我們知道再生助劑的關(guān)鍵功能是加熱和攪拌。加熱分為油溫機(jī)和加熱管路設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，主要實(shí)現(xiàn)降低能耗、提高熱效率兩個(gè)功能。

加熱方式選擇：綜合考慮加熱方式、加熱結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)成本等因素，加熱方式選擇導(dǎo)熱油加熱、夾套結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)熱油加熱主要根據(jù)再生助劑加熱溫差、產(chǎn)量等選擇油溫機(jī)型號(hào)。

圖3 工藝流程圖

1.2.2 導(dǎo)熱油加熱

（1）加熱形式選擇油溫機(jī)加熱，媒介為導(dǎo)熱油

導(dǎo)熱油在幾乎常壓的條件下，可獲得較高的傳熱溫度；溫度波動(dòng)小，便于控制；油箱容積較小，減少了系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)備選用導(dǎo)熱油加熱。

（2）導(dǎo)熱油管路設(shè)計(jì)

根據(jù)導(dǎo)熱油容積、再生助劑的容積、加熱溫度、加熱時(shí)間等選擇油溫機(jī)型號(hào)。油溫機(jī)加熱采用兩個(gè)加熱模塊，可單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)加熱和保溫功能，降低能耗。

導(dǎo)熱油管路主要輸送導(dǎo)熱油，實(shí)現(xiàn)再生助劑受熱快速、均勻的目標(biāo)。為了使導(dǎo)熱油流速均勻、提高再生助劑的加熱效率進(jìn)行油路流向及管徑的設(shè)計(jì)。依據(jù)最終的管路流速、揚(yáng)程、管路壓損等選擇合適的循環(huán)泵。

1.3 混合油罐設(shè)計(jì)

為了再生助劑可以更好的混合、加熱，本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是攪拌軸的設(shè)計(jì)。主要包括攪拌軸設(shè)計(jì)、減速電機(jī)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

1.3.1 傳動(dòng)裝置

為提高同軸度及密封效果。傳動(dòng)裝置采用反應(yīng)罐支架、減速電機(jī)，反應(yīng)罐支架、減速電機(jī)與攪拌軸均通過(guò)中心定位法蘭連接。反應(yīng)罐支架內(nèi)含油封，保證軸的密封效果。

1.3.2 攪拌葉片形式選擇三層兩葉漿式攪拌器

為了使兩到三種再生助劑可以混合均勻、懸浮在上面，解決油罐內(nèi)部積碳問(wèn)題。再生助劑油罐體焊接旋轉(zhuǎn)切刀，打散粉體與液體結(jié)合形成的小氣泡，加快再生助劑混合速度。改善添加劑混合均勻性，提高膠粉脫硫再生效果。降低加熱能耗。

通過(guò)flowsimulation仿真分析流體軌跡如圖4所示，從再生助劑立面和平面的流動(dòng)軌跡，我們可以看到流體整體旋轉(zhuǎn)向上，流體懸浮在罐體上部，避免底部發(fā)生積碳。

圖4 流體軌跡圖

結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，攪拌軸底部位于罐體內(nèi)部，容易出現(xiàn)軸承卡滯，軸承壽命段等問(wèn)題。因此攪拌軸與罐體的固定形式設(shè)計(jì)為上部銅套，下部定位軸的結(jié)構(gòu)形式。一是攪拌軸兩端固定，避免旋轉(zhuǎn)過(guò)程中引起振動(dòng)；二是減少雜質(zhì)進(jìn)入銅套，提高銅套使用壽命；三是方便安裝，提高工作效率。

1.3.3 溢油結(jié)構(gòu)與罐體焊接為一體

再生助劑加熱過(guò)程中，由于再生助劑受潮會(huì)出現(xiàn)泡沫狀氣泡，引起溢油現(xiàn)象。溢油結(jié)構(gòu)與罐體焊接為一體，當(dāng)出現(xiàn)溢油時(shí)，再生助劑直接進(jìn)入溢油接盤(pán)后流入收集桶，解決油罐外表面有溢油而影響美觀和車(chē)間環(huán)境污染的問(wèn)題。

接油盤(pán)與罐體焊接為一體，在吊裝過(guò)程中，提高罐體強(qiáng)度。防止起吊過(guò)程中，罩殼變形。

2 技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)階段主要依據(jù)方案設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核、零件選材、設(shè)備安全可靠運(yùn)行優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、繪制圖紙、編制技術(shù)文件等工作。設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

圖5 設(shè)計(jì)流程圖

技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)如下：

2.1 管路設(shè)計(jì)

安全排放指在系統(tǒng)發(fā)生超壓時(shí)，可通過(guò)安全閥自動(dòng)液壓。依據(jù)導(dǎo)熱油系統(tǒng)流向，確定安全閥安裝位置。

穩(wěn)壓管路是在系統(tǒng)需要調(diào)整各支路導(dǎo)熱油供油量，保證系統(tǒng)各路導(dǎo)熱油流速為2 m/s，各支路上有流量調(diào)節(jié)閥，來(lái)控制各支路流速。各支路回路最終回到主路回油系統(tǒng)，防止支路壓力過(guò)大引起安全事故。

2.2 罐體設(shè)計(jì)

2.2.1 起吊點(diǎn)

依據(jù)罐體外形、重量設(shè)置起吊點(diǎn)及起吊位置。在罐體起吊受力點(diǎn)做加強(qiáng)設(shè)計(jì)，防止起吊過(guò)程中罐體變形。

2.2.2 罐體厚度選擇

通過(guò)靜應(yīng)力分析，選擇安全厚度。從加工便利性對(duì)罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.3 攪拌軸設(shè)計(jì)

一是通過(guò)simulation仿真分析關(guān)鍵受力部件，從下圖可以看出攪拌軸和攪拌葉片滿足強(qiáng)度要求。二是從維修成本考慮攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，攪拌軸與葉片通過(guò)銷(xiāo)軸鏈接，易更換。葉片變形，無(wú)需更換攪拌軸，降低成本。

2.3.1 攪拌軸simulation結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

軸兩端固定，扭矩主要通過(guò)銷(xiāo)軸傳遞到三個(gè)空位，通過(guò)simulation仿真分析，優(yōu)化軸徑和管的厚度。從攪拌軸應(yīng)力圖如圖6所示可以看出，最大壓力小于屈服應(yīng)力，強(qiáng)度滿足要求。

圖6 攪拌軸應(yīng)力圖

2.3.2 攪拌葉片simulation結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

銷(xiāo)軸固定，扭距作用在槳葉上，依據(jù)Flows imulation仿真分析扭矩值，通過(guò)simulation分析，優(yōu)化葉片厚度，最終應(yīng)力值如圖7攪拌葉片的應(yīng)力圖所示，最大應(yīng)力小于屈服應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求。

圖7 攪拌葉片應(yīng)力圖

3 產(chǎn)品驗(yàn)證

產(chǎn)品驗(yàn)證主要包括樣機(jī)試制、調(diào)試樣機(jī)、產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行。具體如上圖。

圖8 產(chǎn)品驗(yàn)證流程圖

樣機(jī)試制過(guò)程中的重點(diǎn)要求：

（1）加工公差、粗糙度符合設(shè)計(jì)要求；油罐體焊接后，密封性帶壓試水檢驗(yàn)。

（2）安裝保證攪拌軸同軸度。

（3）調(diào)試過(guò)程記錄加熱時(shí)間、攪拌電流及運(yùn)行過(guò)程中的其它問(wèn)題及時(shí)反饋技術(shù)部形成書(shū)面記錄、分析文件。

（4）產(chǎn)線一個(gè)月連續(xù)運(yùn)行，記錄開(kāi)始加熱時(shí)間、中間添料加熱時(shí)間。連續(xù)一個(gè)月運(yùn)行能耗。設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的其他問(wèn)題及時(shí)反饋技術(shù)部形成書(shū)面記錄、分析文件。

4 結(jié)論

本文通過(guò)簡(jiǎn)單介紹一種新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程，完成多功能供料設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)。多功能供料設(shè)備已經(jīng)被應(yīng)用到多條生產(chǎn)線，解決了再生助劑在加熱、攪拌過(guò)程中積碳問(wèn)題以及溢油問(wèn)題并且降低能耗、降低再生制品成本。