茂名乙烯工業(yè)公司1997年從美國氟蘭奇公司引進兩套橡膠裝置后處理主要設(shè)備的膨脹烘干機，于同年2月28日至1998年2月5日進行投料試車，在此過程中該機不斷發(fā)生故障，先后出現(xiàn)進料困難（不吃料）、剪切螺釘截斷、機筒法蘭螺栓截斷、減速機與短節(jié)連接處螺栓截斷等，致使設(shè)備不能正常運行。為此，對膨脹烘干機存在的結(jié)構(gòu)問題進行了分析研究，并對其進行了必要的技術(shù)改造。
1、膨脹烘干機的工作原理
膨脹烘干機主要由主電機、液力偶合器、齒輪減速器、膨脹烘干機主體4部分組成。其主體部分結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
由擠壓脫水機輸出的膠料，通過膨脹烘干機進料斗連續(xù)不斷地喂入進料段；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；與此同時，采用1. 6MPa的過熱蒸氣加熱膠料至100℃～200℃，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入模板，膠條自模頭擠出后被機頭旋轉(zhuǎn)切刀切割成粒狀。由于膠料在機內(nèi)受到剪切、擠壓和摩擦作用，到擠出段膠料壓力已升至3-12MPa，當處于壓縮狀態(tài)的膠料從模板噴咀以高速噴出時，因模板外側(cè)的空間突然增大，膠料的壓力由約120MPa驟降至O，使膠條突然膨脹放松，膠條內(nèi)所含水分迅速閃蒸氣化。也就是說，擠出膨脹的產(chǎn)生是在壓力突降的情況下，由模板出口處速度的重新調(diào)整和膠料在流動過程中因粘彈性而形成的應(yīng)力松馳共同作用的結(jié)果，并由此達到使膠料進一步膨脹烘干的目的。
2、膨脹烘干機的主要結(jié)構(gòu)
主螺桿由4段螺套依次套在螺桿軸上并通過鍵聯(lián)接而組成．進料段螺紋為5圈等螺距連續(xù)螺紋；為便于安裝剪切螺釘，兩壓縮段和擠出段均設(shè)計成單圈開放式的斷續(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生熱，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)，利于螺桿軸的調(diào)心定位。
3段夾套式機筒彼此用螺栓聯(lián)接，各段機筒分別各有供蒸氣加熱或水冷卻的進出口；沿機筒每隔一段距離的圓圈上均布有4個由外向內(nèi)壁延伸凸出的剪切螺釘，共為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。
每兩節(jié)機筒或與短節(jié)的聯(lián)接處共4處襯有長度為203mm的襯套，對機筒的安裝起定心作用及利于機體的密封；在擠出段的末端裝有一模板，用螺栓固定在短節(jié)上，模板邊緣外安裝有機頭旋轉(zhuǎn)叨刀。
3、結(jié)構(gòu)技術(shù)改造
根據(jù)膨脹烘干機投料試車過程中出現(xiàn)的問題和存在的隱患，為保證機組能正常運作以及提高烘干能力，對進料斗、螺套、襯套、支撐架的結(jié)構(gòu)進行了必要的技術(shù)改造。
1)進料斗 原進料斗的內(nèi)壁不夠光滑，摩擦力大；下部內(nèi)壁無縱向溝槽，不利于喂料；底部排水能力差，影響膠料產(chǎn)品的揮發(fā)份；且進料斗無地腳螺栓固定，不能承受軸向力，增加了減速箱體的負荷。為解決這些問題，從多方面采取了改進措施。首先，將進料斗內(nèi)壁打磨光滑以減少摩擦力；下部內(nèi)壁加工了若干條溝槽以助喂料；然后將進料斗筒節(jié)下半部掏空并加裝一篩板，篩板由固定在骨架上的籠條所組成，籠條之問被彈簧片隔開形成縱縫，其作用一方面可使膠料的水分先行篩漏去，另一方面利于烘干機吃料；另外，加大、加厚進料斗支架板，提高其強度、剛度，并用地腳螺栓固定，以助承受軸向力。
2)螺套 進料段螺套無抓料齒，吃料困難；且螺距排列變化不合理，輸送膠料的速度慢；各螺套的表面粗糙度差，螺套之間根徑過渡不圓滑，輸送效率低。為此，重新設(shè)計制造更換了進料段螺套。螺套的螺紋改為不完全連續(xù)，在一斷續(xù)處增裝一剪切螺釘，以提高吃料能力；螺距加大到165mm，以加快膠料運送速度。然后返修其他螺套面，改善粗糙度，使螺套之間的根徑圓滑過渡。
3)襯套 原襯套內(nèi)壁為光滑面，不利吃料。因此重新設(shè)計制造更換了4襯套，材料選用1Cr18Ni9Ti，沿襯套內(nèi)壁圓周均開36條3×Imm的縱向溝槽，籍以改善吃料性能，提高輸送能力；襯套內(nèi)壁表面進行滲氮處理，滲氮層膜厚0.2 -0.6mm，HRC48 - 56，以提高耐磨性。
4)支撐架 由于原支撐架剛度不夠，導致機筒軸向竄動、振動，致使剪切螺釘、機筒法蘭螺栓、減速機與短節(jié)連接處螺栓被截斷。因此，將支撐架加寬、加厚以提高剛度，強度和穩(wěn)定性。
4、改造后運行狀況
在膨脹于燥機的進料段安裝篩板；加大進料段螺套螺距；在進料段中處增加一剪切螺釘；改進進料斗；各襯套加開數(shù)條縱向溝槽，這些結(jié)構(gòu)的技術(shù)改造，使得膨脹烘干機工作起來進料順暢，解決了原先不吃料問題，加快了輸送膠料的速度，提高了烘干能力。支撐架改造后，整個機體的剛度得到提高，機筒不再軸向竄動，基本無剪切螺釘、機筒法蘭螺栓、減速機與短節(jié)聯(lián)接處螺栓被截斷的現(xiàn)象發(fā)生。
螺桿擠壓膨脹烘干機自1998年5月技術(shù)改造完畢運行至今已3年，工作狀態(tài)一直良好，生產(chǎn)正常。實踐證明：(1)對膨脹烘干機的技術(shù)改造完全正確可行，改造是成功的，為整個裝置的安全生產(chǎn)提供了保證；(2)有些進口設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作性能未必十分完善，需要根據(jù)具體情況科學地改進，改進的經(jīng)驗則可為同類設(shè)備的國產(chǎn)化設(shè)計提供成功的、可借鑒的先進技術(shù)。
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