雙螺桿捏合機結構原理及故障解析

馬志榮

（神華寧夏煤業集團煤化工公司聚甲醛廠 寧夏靈武）

一、捏合機原理及結構簡介

RCK捏合機是同向雙螺桿積木自潔式聚合反應器，物料三聚甲醛、二氧五環和甲縮醛按照一定比例輸入預混合器混合后再輸入至聚合反應器,在三氟化硼催化劑的作用下發生聚合放熱反應,產生的熱量由筒體夾套水和空心冷卻水調節到一定的溫度值。在整個反應過程中物料經過內部模塊的攪拌、混合、剪切、擠壓、分散和反混等過程后，生產出具備一定物理性能的產品,可以通過一定序列的模塊自由組合生產出不同性能的產品。

RCK捏合機主要由變頻控制器、電機、扭矩釋放器、減速機、設備筒體及內部轉子和冷卻水單位等系統組成。轉子的轉速調節范圍為6～60 r/min，當轉子扭矩超過1700 N·m 時，扭矩釋放器動作與驅動側皮帶輪分離防止齒輪箱、齒輪聯軸器和轉子的損壞。在捏合機筒體內部同一對平行軸上安裝100個特殊模塊，這對軸在8個支撐點的軸承中以相同的速度一起同向轉動，其中一個軸的模塊頂尖和另一個軸的模塊圓周及桶內壁之間保持1～3 mm間隙。物料進入模塊與筒體組成的空間后經過攪拌混合、擠壓、反應、剪切后輸送到出料端磨粉機進行研磨處理。

捏合機的模塊類型較多，但在RCK捏合機內主要有3種類型的模塊即 F型平模塊用于混合、H型螺旋面模塊用于混合和傳送和RH型反向模塊用于混合和反向。每一個模塊在軸上的安裝有4個相位角度，分別是0°、45°、90°、135°。并排安裝在一對軸上的相對模塊保持90°相位差，見圖1。可以通過改變模塊布置的方式按照攪拌材料調節攪拌（揉合）條件。通過向筒體上6段獨立的的夾套空間引入循環熱水和冷水來溫度調節。

二、故障及處理措施

1.捏合機振動

捏合機在運行中不定期的出現劇烈振動，并伴有強烈的異音，電流大范圍波動，減速機內部產生異音和振動，筒體傳出碰撞摩擦聲音。

影響設備振動的主要原因有物料的品質、物料量的配比、物料在螺桿中的填充量及聚合轉化率等。當單體物料的品質和配比發生變化時，在液態—漿態—固態聚合物的相變過程中，形成分布不均的不同的粘性流體和不同硬度的固態物料，捏合機的剪切和破碎能力不夠時就會產生不同強度的振動。內部物料填充度不夠時，轉子不能完全被物料包裹且在軸向發生不同程度的撓性彎曲，模塊下方與筒體內壁接觸出現摩擦。催化劑流量不穩定，溫度控制不合理時，聚合主副反應發生變化，內部產生不同種類的副產品導致輸送扭矩和填充度出現波動。

在單體物料和催化劑出現波動時，聚合反應被破壞，提高設備轉速將內部廢料盡快移出，重新進料建立新的反應平衡以減小設備振動。當出現較大異音時降低轉速或提高設備的負荷確保內部填充度，避免模塊裸露轉動。因為導致設備振動和異音的因素較多，并且各個因素互相影響，在出現問題時還需要綜合考慮，全面調控。

圖1 捏合機內部模塊組裝實體

圖2 捏合機旋轉接頭示意圖

2.捏合機旋轉接頭損壞

捏合機運行中旋轉接頭處出現滴漏，拆檢發現靜密封環出現了破裂，測繪加工相同尺寸的石墨靜密封環安裝后，運行周期不到一個月又出現泄漏。

旋轉接頭作為空心軸的中心導流管末端部件，在設備運行時不能移動，長時間運行將導致其密封失效。整個轉子在物料填充過程中各個部位的填充度不均勻而產生微小彎曲，由于軸的總長度為6 m，跳動傳遞到末端旋轉接頭處位幅度較大，靜密封環卡死時，密封面處動環對靜環產生一定的破壞力矩。安裝在密封靜環和彈簧之間的O形密封環出現磨損而失去在徑向和軸向的密封作用。靜密封環在彈簧、墊圈和O形環的支持下沒有安裝到靜環座內孔，處于自由浮動狀態，隨動環密封面的運動軌跡一起運動，在軸向壓力增大時靜環被壓入靜環座內孔。

將原來的O形密封環外側包裹一層四氟材料,起到了很好的耐溫防老化和防腐作用,延長了使用周期。通過幾次檢修發現，損壞的靜環密封面以外部分有時被壓入靜環座內孔而破裂，因此對靜環的活動位移范圍進行放大，減小靜環外側相應的尺寸，同時減小密封斜面角度，最后在動環法蘭和轉軸之間的密封面增加墊片來減少旋轉接頭對中心導流管的軸向壓力，見圖2。

3.筒體內物料集聚

生產中捏合機排出管內壁粘料嚴重，導致下料孔內徑縮小，有時完全被物料堵塞，4根切向進入喉管的沖洗水無法正常使用，甚至出現筒體內部物料暴聚現象，導致生產被迫中斷。

由于聚合反應的轉化率控制在70%～85%，一部份未發生反應的TOX（三聚甲醛）與POM（聚甲醛）混合在一起輸送，下料口設計為上大下小的錐型口，外壁伴熱加熱溫度不夠時，物料在出口喉管處遇冷凝固結晶。隨著結晶凝固物料的不斷堆積最終導致出口堵塞。

將與設備連接的出料錐形管全部拆除，更換成雙層不銹鋼管道，內壁表面經過拋光粗糙度達到一定技術要求，每一段管道中間流道尺寸滿足約20 m2/h左右的循環熱水量，保證熱量充足以防止管道內壁結晶，見圖3。

圖3 出料管道改造示意圖

三、改造效果

通過對RCK雙螺桿捏合機旋轉接頭密封部位的改進，解決了設備運行中的滴漏問題。又通過對出料管的全面改造，解決了物料在出料口結晶堆積問題，使設備運行周期從改造前的7～10天提高到改造后的30～40天，實現了設備的長周期穩定運行，提高了生產效率。