滌綸紡絲計量泵常見故障分析及對策

郭洋洋，宋東東

（江蘇德力化纖有限公司，江蘇 宿遷 223800）

1 紡絲計量流程

計量泵傳動系統(tǒng)（計量泵電機、減速箱、傳動軸）→將軍帽（聯(lián)軸節(jié)）→計量泵→泵板→連接頭→組件→噴絲板。

2 紡絲計量泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前，江蘇德力化纖有限公司使用的計量泵為德國進口馬爾雙層行星齒輪泵，各層之間均屬于端面密封，沒有專門的密封材料。其從上到下的結(jié)構(gòu)部件主要包括將軍帽上蓋板、石墨墊、將軍帽襯套、計量泵頂板、齒輪板、中間隔板、計量泵底板，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。齒輪板又分上齒輪板和下齒輪板，上齒輪板內(nèi)安裝1個主齒和6個（或5個）從齒，分別稱為上主齒和上從齒；下齒輪板內(nèi)安裝1個主齒和6個（或5個）從齒，分別稱為下主齒和下從齒；齒輪板內(nèi)齒輪呈行星分布，即從齒圍繞主齒分布。

圖1 計量泵結(jié)構(gòu)

使用時，熔體經(jīng)過進料口進入計量泵內(nèi)，傳動裝置通過帶動將軍帽使計量泵運轉(zhuǎn)，主齒與從齒嚙合增壓、計量分配熔體進入組件內(nèi)，擠出成型且纖度均勻的絲條，使其紡成絲餅。

3 紡絲計量泵的規(guī)格

計量泵的規(guī)格按從齒數(shù)量進行區(qū)分，可以分為兩種：12*A和10*A。12和10代表從齒數(shù)量，A指泵的排量。計量泵分上下兩層，每層有1個主齒、6個（或5個）從齒，1個從齒對應(yīng)一錠組件。

4 常見故障分析及對策

紡絲箱體的溫度一般要求在280.00~290.00 ℃，將計量泵安裝在箱體的泵座上，一般工作溫度為280.00 ℃左右，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格的不同，其泵后壓力在14~20 MPa，泵前壓力在12~17 MPa。常見的設(shè)備故障如下。

4.1 卡泵

卡泵指計量泵不能運轉(zhuǎn)，熔體經(jīng)過計量泵時被強行切斷，長絲生產(chǎn)立刻中斷，絲餅未達到滿卷質(zhì)量，必須降等處理，否則影響生產(chǎn)效率和效益。其主要表現(xiàn)特征是泵銷卡斷（又稱斷銷），細分為泵方面的卡住和將軍帽卡住造成的斷銷或單純的斷銷。造成卡泵的原因主要有以下4種。

（1）計量泵齒輪卡死。計量泵主齒與從齒的嚙合非常精確，間隙非常小，當(dāng)大顆粒雜質(zhì)進入齒輪槽時會造成齒輪卡死，進而造成卡泵。

這種事故出現(xiàn)的概率極低，一般偶爾出現(xiàn)齒輪卡死的情況多是齒輪超負荷運轉(zhuǎn)，超出了極限壽命，齒輪自身出現(xiàn)裂紋造成卡死，主要是在長絲生產(chǎn)過程中，計量泵的關(guān)停非常頻繁，開啟時泵受到較大的瞬時扭矩，在長期運轉(zhuǎn)中，齒輪產(chǎn)生疲勞斷裂，進而造成卡泵。

（2）長時間停紡，泵內(nèi)熔體黏度增大。當(dāng)紡位停紡時間過長時，熔體流動停滯，計量泵內(nèi)溫度下降，泵內(nèi)熔體黏度增加，齒輪的傳動阻力增大，進而造成卡泵。由于計量泵在箱體中處于半開放狀態(tài)，上面使用可移動保溫蓋板封蓋，計量泵在運轉(zhuǎn)時，高溫恒溫的熔體源源不斷地輸入計量泵內(nèi)，泵保持在高溫恒溫狀態(tài)，一旦停紡時間延長，高溫熔體只堵塞在泵的底部進料口處，泵的上段溫度下降，一開紡，熔體經(jīng)過上段，黏度下降，齒輪運行阻力增大，進而造成卡泵。

通過長期跟蹤，統(tǒng)計相同紡位、相同規(guī)格產(chǎn)品情況下計量泵不同停紡時間的溫度，統(tǒng)計得出數(shù)據(jù)：計量泵長時間（60 min）停紡，溫度平均下降12.16 ℃；泵的溫度下降趨勢嚴(yán)重的臨界點是15 min左右，之后泵的溫度下降幅度較大。所以在面對長時間停紡紡位時，一是必須進行良好的保溫，通過加蓋保溫條，減少泵的熱量散失；二是每隔15 min排料1次，保證泵本體溫度不會下降太多。

實驗發(fā)現(xiàn)，這兩種方法效果較好：加蓋保溫條后紡位停紡60 min后，計量泵溫度平均下降4.67 ℃；而每15 min排料1次，停紡60 min之后，計量泵溫度平均下降1.67 ℃。考慮到經(jīng)濟效益，在生產(chǎn)許可條件下，最終選擇加蓋保溫條的方法。

（3）主軸干磨。計量泵主軸的潤滑是熔體自潤滑，當(dāng)軸頭處熔體降解使熔體無法潤滑主軸軸頭或者不出漿時，會導(dǎo)致主軸干磨，進而造成卡泵。

跟蹤發(fā)現(xiàn)，主軸干磨的紡位均是不出漿的紡位，進一步測溫發(fā)現(xiàn)，不出漿的紡位溫度較正常紡位偏低，這樣熔體在主軸處的黏度降低，熔體潤滑通道不暢，出漿困難，主軸與軸套之間無法形成良好的潤滑膜，進而導(dǎo)致摩擦力增加，溫度不斷升高，潤滑熔體降解，導(dǎo)致潤滑不良，形成惡性循環(huán)，直至卡泵發(fā)生。

面對主軸出漿不暢的紡位，解決方法還是溯源溫度問題。通過在箱體泵座周圍加裝鋁套和橋架，架空計量泵周邊，利用煙囪效應(yīng)，讓箱體加熱產(chǎn)生的熱量不斷上升至泵的上端，并且在鋁套周邊、上邊和橋架上邊填充保溫條，其密封保溫作用使箱體上升的熱量不散失，最終保證計量泵本體溫度適中，出漿明顯好轉(zhuǎn)，實驗的6個紡位、5個紡位成功出漿。

通過改造，加裝鋁套、橋架和保溫棉后，計量泵的本體上下溫度偏差由之前的平均9.00 ℃降低到2.30 ℃，這樣熔體黏度穩(wěn)定，流動性良好，各部件之間的潤滑得到保障，卡泵情況得以改善。

（4）計量泵鎖緊力過大或鎖緊施力不均。計量泵各泵板之間以及計量泵與泵座之間的密封均屬于端面密封，依靠螺栓均勻鎖緊并達到一定預(yù)緊力，使各端面之間互相擠壓，形成良好的密封效果。但如果計量泵受力不均或受力過大，造成齒輪出現(xiàn)卡點或者計量泵內(nèi)各密封間隙變小，潤滑不暢，均會造成卡泵。

一般因計量泵鎖緊力造成的卡泵都是0.9規(guī)格以下（如0.8/0.6）的計量泵，因為長時間在線運轉(zhuǎn)，在高溫狀態(tài)下會出現(xiàn)熱膨脹，而螺栓咬緊螺栓孔，導(dǎo)致泵板所受鎖緊力增加；出現(xiàn)這種情況后，調(diào)整計量泵上機時的鎖緊力矩（由之前的80 N·m調(diào)整為75 N·m），該現(xiàn)象消失。

4.2 斷銷

計量泵在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，采用泵銷（即安全銷）來保護計量泵和傳動裝置。一般在設(shè)計安全銷時，其設(shè)計剪切扭矩值要小于計量泵所需要的最大驅(qū)動扭矩值，避免對計量泵齒輪或者主軸產(chǎn)生危害。江蘇德力化纖有限公司目前使用的泵銷規(guī)格有7種。當(dāng)計量泵排量較大時，對應(yīng)泵銷的直徑大，排量大的計量泵運轉(zhuǎn)時所需克服的熔體阻力比排量小的計量泵大，所以泵銷的剪切扭矩大、泵銷直徑大，當(dāng)泵銷選用錯誤時，可能會發(fā)生斷銷現(xiàn)象。

出現(xiàn)斷銷的主要原因有以下方面：（1）卡泵。當(dāng)發(fā)生卡泵時，計量泵所需驅(qū)動扭矩大于泵銷設(shè)定的剪切扭矩，進而發(fā)生斷銷。（2）將軍帽與襯套卡死。將軍帽內(nèi)熔體降解，使傳動軸頭與將軍帽間隙被填滿，將軍帽卡死在計量泵端面，導(dǎo)致斷銷。長期跟蹤發(fā)現(xiàn)，計量泵出漿3~4個月，將軍帽與傳動軸頭處熔體降解固化堆滿在泵頭處，堵塞熔體通道。為了減少這種現(xiàn)象導(dǎo)致的卡泵（斷銷），每3個月集中對所有計量泵將軍帽處進行清漿，將降解固化的漿料清理干凈，保持熔體通道通暢。（3）計量泵的急停急開。由于熔體的壓力作用，計量泵電機處于關(guān)閉狀態(tài)，依然會因為熔體帶動力量泵轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致噴絲板繼續(xù)擠出熔體，所以電機設(shè)置了制動系統(tǒng)。急開急停使泵銷受到瞬時沖擊，可能會發(fā)生斷銷。通過電氣面改造，減緩計量泵電機的啟動和停機速度，該現(xiàn)象可得到有效緩解。（4）計量泵傳動系統(tǒng)與計量泵對中偏差較大。對中不好，傳動軸的輸出效率下降，計量泵所需的輸入扭矩不變，電機的輸出扭矩增大，泵銷所受剪切扭矩增大，超出自身剪切扭矩極限，進而發(fā)生斷銷。跟蹤發(fā)現(xiàn)，對中偏差的計量泵往往有計量泵減速機振動大的現(xiàn)象，通過側(cè)面使用照明將傳動軸旋轉(zhuǎn)影像照射在墻上，可以發(fā)現(xiàn)傳動軸出現(xiàn)明顯的撓性旋轉(zhuǎn)，根據(jù)這一現(xiàn)象，及時停機對計量泵對中找正。（5）泵銷設(shè)計安全系數(shù)過高。在理論設(shè)計中，為充分保護計量泵，將泵銷的剪切扭矩極限設(shè)計得較小，而在實際生產(chǎn)中，計量泵并非在理想狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，部分紡位計量泵運行阻力較大，使用對應(yīng)規(guī)格泵銷會發(fā)生斷銷。

目前，通過改進泵銷（表1），一種是12*A計量泵泵銷適當(dāng)加大直徑；另一種是10*A計量泵泵銷直徑不變，對泵銷進行調(diào)質(zhì)處理，增加強度。這兩種方法均起到良好效果。

表1 計量泵所對應(yīng)的泵銷規(guī)格

4.3 色澤

產(chǎn)生色澤的原因有很多，如各處的熔體管道死角可能使停留此處的熔體降解，當(dāng)被新的熔體帶走紡絲成型時產(chǎn)生色澤。在計量泵方面，產(chǎn)生色澤的原因主要有以下方面。

（1）計量泵維修清潔不徹底。維修計量泵時未對熔體通道進行徹底清潔，有污染物附著在通道內(nèi)被熔體帶走，產(chǎn)生色澤。嚴(yán)格規(guī)范計量泵維修規(guī)程，使用超聲設(shè)備清洗，去除死角內(nèi)污垢。

（2）生產(chǎn)過程中的熔體壓力波動。當(dāng)熔體出現(xiàn)壓力波動——熔體壓力突然降低時，計量泵入口熔體流量不足，入口處產(chǎn)生負壓，將泵頭處污染的漿料吸入泵內(nèi)，在齒輪的帶動下進入熔體輸出通道，產(chǎn)生色澤。

（3）上機含熔體的舊計量泵在預(yù)熱爐內(nèi)的預(yù)熱時間過長。由于預(yù)熱爐溫度在320.00 ℃左右，而箱體溫度一般在290.00 ℃左右，時間過長，熔體降解后碳化發(fā)黑，上機后排漿容易出現(xiàn)黑褐色雜質(zhì)，且需排漿較長時間方可將計量泵內(nèi)雜質(zhì)排出。經(jīng)過實驗，選擇預(yù)熱2 h為宜。

4.4 纖度異常

纖度異常是指同一紡位的絲餅之間質(zhì)量偏差較大。其產(chǎn)生的原因有很多，如分錯絲、組件漏漿、噴絲板出絲不暢等。隨著計量泵在線時間逐漸延長，齒輪的磨損情況逐漸顯現(xiàn)出來，計量泵的纖度異常成為計量泵發(fā)生故障的主要原因，具體如下。

（1）計量泵端面密封不到位造成漏漿。維修計量泵時，各板端面打磨不夠平整，或者安裝時螺栓鎖緊力矩不夠。當(dāng)泵板表面有雜質(zhì)時，計量泵與泵板之間將會出現(xiàn)微小間隙，導(dǎo)致漏漿，出現(xiàn)纖度異常。

（2）齒輪和鍵的磨損。計量泵在長期生產(chǎn)過程中受到熔體和驅(qū)動系統(tǒng)的相互作用力，或者受到雜物污染，會出現(xiàn)齒輪和鍵的磨損，使泵的容積效率下降，導(dǎo)致纖度異常。

（3）計量泵的使用效率與泵前壓力有關(guān)。當(dāng)泵前壓力小于2 MPa時，計量作用削弱，纖度降低。熔體管道較長，壓力較大，熔體黏度大，則泵前壓力低。但泵前壓力也不宜過大，跟蹤對比下機紡位計量泵，發(fā)現(xiàn)熔體壓力高于18 MPa，齒輪的使用壽命明顯縮短，拆卸大量纖度偏小下機的計量泵后發(fā)現(xiàn)，計量泵下齒輪磨損（齒尖存在明顯倒角）。分析認(rèn)為，高壓力熔體經(jīng)過計量泵進料口進入計量泵內(nèi)，從底部潤滑孔進入主軸底部，向上頂起主軸，帶動下主齒向上，使主齒與中間隔板的間隙變小，磨損增大。結(jié)合工藝，在滿足生產(chǎn)穩(wěn)定的條件下，需最大限度地降低泵前壓力。

（4）在計量泵更換過程中，將計量泵拆卸后，由于紡絲組件未拆卸，熔體從泵板輸出孔溢出，清理不易，安裝計量泵需要迅速，避免安裝后相鄰輸出孔串聯(lián)，導(dǎo)致生產(chǎn)中纖度異常。

滌綸熔體直紡設(shè)備，因連續(xù)生產(chǎn)，絕大部分齒輪磨損處于正常狀況，設(shè)備管理方面需要加強原因分析，在精準(zhǔn)維修方面下功夫，提高維修效率和準(zhǔn)確率，確保修一臺、好一臺。

10*A系列計量泵上下齒與錠位對應(yīng)關(guān)系如下：上齒為1、2、5、8、9，下齒為3、4、6、7、10。

*A系列計量泵上下齒與錠位對應(yīng)關(guān)系注意點如下：（1）每個紡位對應(yīng)兩個計量泵（a泵、b泵）；（2）12錠組件對應(yīng)24錠絲餅；（3）1~6錠組件對應(yīng)a泵，7~12錠組件對應(yīng)b泵；（4）第1錠組件對應(yīng)1、2錠絲餅，第2錠組件對應(yīng)3、4錠絲餅，以此類推。

按照以上注意點，12*A規(guī)格的計量泵主齒輪與絲餅對應(yīng)關(guān)系如下。a泵：上齒為2、3、6、7、10、11，下齒為1、4、5、8、9、12；b泵：上齒為14、15、18、19、22、23，下齒為13、16、17、20、21、24。

在維修計量泵時，根據(jù)工藝提供的纖度異常錠位，結(jié)合計量泵結(jié)構(gòu)判斷可能會磨損的零部件，對其進行打磨或者更換。

5 結(jié)語

在長期對計量泵故障的處理過程中發(fā)現(xiàn)，計量泵溫度偏低和軸頭漿料碳化固化是引發(fā)計量泵故障最主要的原因。因此，需注重對計量泵的保溫，并按周期對計量泵進行查漿、清漿，保證計量泵的正常運行，降低對生產(chǎn)質(zhì)量的影響。