双螺杆捏合机结构原理及故障解析

马志荣

（神华宁夏煤业集团煤化工公司聚甲醛厂 宁夏灵武）

一、捏合机原理及结构简介

RCK捏合机是同向双螺杆积木自洁式聚合反应器，物料三聚甲醛、二氧五环和甲缩醛按照一定比例输入预混合器混合后再输入至聚合反应器,在三氟化硼催化剂的作用下发生聚合放热反应,产生的热量由筒体夹套水和空心冷却水调节到一定的温度值。在整个反应过程中物料经过内部模块的搅拌、混合、剪切、挤压、分散和反混等过程后，生产出具备一定物理性能的产品,可以通过一定序列的模块自由组合生产出不同性能的产品。

RCK捏合机主要由变频控制器、电机、扭矩释放器、减速机、设备筒体及内部转子和冷却水单位等系统组成。转子的转速调节范围为6～60 r/min，当转子扭矩超过1700 N·m 时，扭矩释放器动作与驱动侧皮带轮分离防止齿轮箱、齿轮联轴器和转子的损坏。在捏合机筒体内部同一对平行轴上安装100个特殊模块，这对轴在8个支撑点的轴承中以相同的速度一起同向转动，其中一个轴的模块顶尖和另一个轴的模块圆周及桶内壁之间保持1～3 mm间隙。物料进入模块与筒体组成的空间后经过搅拌混合、挤压、反应、剪切后输送到出料端磨粉机进行研磨处理。

捏合机的模块类型较多，但在RCK捏合机内主要有3种类型的模块即 F型平模块用于混合、H型螺旋面模块用于混合和传送和RH型反向模块用于混合和反向。每一个模块在轴上的安装有4个相位角度，分别是0°、45°、90°、135°。并排安装在一对轴上的相对模块保持90°相位差，见图1。可以通过改变模块布置的方式按照搅拌材料调节搅拌（揉合）条件。通过向筒体上6段独立的的夹套空间引入循环热水和冷水来温度调节。

二、故障及处理措施

1.捏合机振动

捏合机在运行中不定期的出现剧烈振动，并伴有强烈的异音，电流大范围波动，减速机内部产生异音和振动，筒体传出碰撞摩擦声音。

影响设备振动的主要原因有物料的品质、物料量的配比、物料在螺杆中的填充量及聚合转化率等。当单体物料的品质和配比发生变化时，在液态—浆态—固态聚合物的相变过程中，形成分布不均的不同的粘性流体和不同硬度的固态物料，捏合机的剪切和破碎能力不够时就会产生不同强度的振动。内部物料填充度不够时，转子不能完全被物料包裹且在轴向发生不同程度的挠性弯曲，模块下方与筒体内壁接触出现摩擦。催化剂流量不稳定，温度控制不合理时，聚合主副反应发生变化，内部产生不同种类的副产品导致输送扭矩和填充度出现波动。

在单体物料和催化剂出现波动时，聚合反应被破坏，提高设备转速将内部废料尽快移出，重新进料建立新的反应平衡以减小设备振动。当出现较大异音时降低转速或提高设备的负荷确保内部填充度，避免模块裸露转动。因为导致设备振动和异音的因素较多，并且各个因素互相影响，在出现问题时还需要综合考虑，全面调控。

图1 捏合机内部模块组装实体

图2 捏合机旋转接头示意图

2.捏合机旋转接头损坏

捏合机运行中旋转接头处出现滴漏，拆检发现静密封环出现了破裂，测绘加工相同尺寸的石墨静密封环安装后，运行周期不到一个月又出现泄漏。

旋转接头作为空心轴的中心导流管末端部件，在设备运行时不能移动，长时间运行将导致其密封失效。整个转子在物料填充过程中各个部位的填充度不均匀而产生微小弯曲，由于轴的总长度为6 m，跳动传递到末端旋转接头处位幅度较大，静密封环卡死时，密封面处动环对静环产生一定的破坏力矩。安装在密封静环和弹簧之间的O形密封环出现磨损而失去在径向和轴向的密封作用。静密封环在弹簧、垫圈和O形环的支持下没有安装到静环座内孔，处于自由浮动状态，随动环密封面的运动轨迹一起运动，在轴向压力增大时静环被压入静环座内孔。

将原来的O形密封环外侧包裹一层四氟材料,起到了很好的耐温防老化和防腐作用,延长了使用周期。通过几次检修发现，损坏的静环密封面以外部分有时被压入静环座内孔而破裂，因此对静环的活动位移范围进行放大，减小静环外侧相应的尺寸，同时减小密封斜面角度，最后在动环法兰和转轴之间的密封面增加垫片来减少旋转接头对中心导流管的轴向压力，见图2。

3.筒体内物料集聚

生产中捏合机排出管内壁粘料严重，导致下料孔内径缩小，有时完全被物料堵塞，4根切向进入喉管的冲洗水无法正常使用，甚至出现筒体内部物料暴聚现象，导致生产被迫中断。

由于聚合反应的转化率控制在70%～85%，一部份未发生反应的TOX（三聚甲醛）与POM（聚甲醛）混合在一起输送，下料口设计为上大下小的锥型口，外壁伴热加热温度不够时，物料在出口喉管处遇冷凝固结晶。随着结晶凝固物料的不断堆积最终导致出口堵塞。

将与设备连接的出料锥形管全部拆除，更换成双层不锈钢管道，内壁表面经过抛光粗糙度达到一定技术要求，每一段管道中间流道尺寸满足约20 m2/h左右的循环热水量，保证热量充足以防止管道内壁结晶，见图3。

图3 出料管道改造示意图

三、改造效果

通过对RCK双螺杆捏合机旋转接头密封部位的改进，解决了设备运行中的滴漏问题。又通过对出料管的全面改造，解决了物料在出料口结晶堆积问题，使设备运行周期从改造前的7～10天提高到改造后的30～40天，实现了设备的长周期稳定运行，提高了生产效率。