（机械工程专业论文）塑料挤出机装置自动换网机构的研究和改进.pdf

摘要 在聚合物造粒工艺中，为确保物料顺利规范切粒，熔融状态的聚合物在通过模板孔前必须经过 严格的过滤，根据物科的牌号不同，要求过滤的筛网孔目数也不相同。由于生产聚合物过程为连续 生产，不断过滤杂质的结果使大颗粒物料及脏物被挡在网前并逐渐积多，久之会使网孔堵塞，流量 降低面压力增高，当影响产量的时候，就必须更换筛网。a b s 车间换网器由日本j s w 公司制造，随 挤出机等设备配套提供，目前已经使用4 年。这些换网器采用液压方式，介质是4 6 # 抗磨液压油， 换网时先将贮能器压力提高到2 1 m p a ，然后手动换网，更换是人工的，而且必须在停车的情况下进 行更换，这种更换方式不但费时费工，而且每次都有停工损失，为了更好省时有效的换网，对原有 的换网器进行改造。用双通道滑板组件( 原来使用的单通道) 。换网时，滑板1 先动作，这时物科全 部从滑板2 通过，由于液压缸动作一次时间不到一秒，所以模头压力不会波动，也就不会产生落条 现象，保证生产正常运行。滑板1 动作完后，再使滑板2 动作。这样始终保持一个通道畅通，从而 实现不停车连续自动换网。在滑板密封面侧边缘部位加工出循环水通道，在正常生产时通入冷却水， 使物料在边缘部位降温固化，从而起到密封作用，从根本上杜绝泄漏。 关键词：换网器；滑板；改造；自动；密封 n s t u d y o u a l t e r a t i o n o f t h e a u t o s c r e e n e x c h a n g e r f o r e x t r u d e e q u i r m e n t a b s t r a o t t oe n s u r et h ep e l l e tc u t t i n gs m o o t h l y , t h em e l t e dp o l y m e rm u s tb ef i l t e r e ds t r i c t l y b e f o r ee n t e r e di n t ot h em o u l db o a r di nt h ep o l y m e rp e l l e tp r o c e s s t h eg r a d eo ft h em a t e r i a l i sd i f f e r e n t , t h es a 孵e nh o l et h a tn e e dt ob ef i l t e r e di sa l s od i f f e r e n t b e c a u s et h ep o l y m e ri s p r o d u c e ds u c c e s s i v e l y , t h ec o n t i n u o u sf i l t e r i n gm a k e st h ep a r t i c l e sa n dd i a yt h i n g s a c c u m u l a t e ，r e s u l ti nt h eb l o c ko f t h es c r e e n s ，t h ef l o wr a t ed e c r e a s ea n dp r e s s u r ei n c r e a s e ，i n o r d e rn o tt oa f f e c tt h ep r o d u c t i o n , t h es c l c c nm u s tb ec h a n g e d t h es c r e e r le x c h a n g e ri na b s p l a n tw a sm a n u f a c t u r e di nj s wc o m p a n yi nj a p a na n ds u p p l i e df o u ry e a r sa g ow i t ht h e e x t r u d e r t h e s ee x c h a n g e r sa r eh y d r a u l i c ，a n dt h em e d i u mi s4 6 # a n tg r i n dh y d r a u l i co i l ，a t f i r s tt h ep r e s s u r em u s tb ei n c r e a s et o2 1 m p a , a n dt h e nc h a n g et h es c r e e n t h ec h a n g ei s m a n u a l ，a n di n t h ec a s eo f s h u tu p ，s ot h i sk i n do f c h a n g ei sw a s t et i m ea n dl a b e r a n ds h u tu p n e e d st 0w a s t em o n e y t oc h a n g et h es c r e e ne f f i c i e n t l ya n db e t 懈t h es c r e e ne x c h a n g e rh a v e b e e nr e v a m p e da sp e rt h ed r a w i n g ，t h ed o u b l ep a s ss l i pp l a t e ( s i n g l es l i p p l a t ei su s e da t p r e s e n t ) h a v eb e e nu s e d w h e nt h es c r e e ni sc h a n g e d ，p l a t e1a c t i o n sf i r s t ，a l lt h em a t e r i a lp a s s t h ep l a t e2 , a st h et i m eo f h y d r a u l i cc y l i n d e ra c t i o ni sl e s st h a no l l es e c o n d t h ed i eh e a dw i l l n o tf l u c t u a t e a f t e rt h ep l a t e1a c t i o n s ，t h ep l a t e2a c t i o n s ，as t r a i g h tp a s si se n s u r e da n dt h e s c r e e nc h a n g e dw i t h o u ts h u tu pi sr e a l i z e d r e c y c l ew a t e rp a s si sp u ti nt h es l i pp l a t es e a ls i d e ， d u r i n gn o r m a lo p e r a t i o n , c o l dw a t e rc a nb ep u ti n ，t h em a t e r i a li nt h ee d g es i d ec a nb e d e c r e a s e dt h et e m p e r a t u r e ，f u n c t i o n e da ss e a l ，a n dt h el e a k a g ei se r a d i c a t e d k e y w o r d s ：s c r e e ne x c h a n g e r ；s l i pp l a t e ；r e v a m p ；a u t o m a t i s m ：s e a l h i 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说 明并表示谢意 学位论文使用授权声明 本人完全了解大庆石油学院有关保留，使用学位论文的规定，学校有权保留学位 论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容 编入有关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文 在解密后适用本规定 学位论文作者签名：刚恤j 4 善导师签名：一= 多历秀 日期：口7 ，f f日期：彻7 鸩 创新点摘要 本文论述了将原换网器的单通道改为双通道滑板组件，利用原有的液压系统控制，实现了挤出 机不停车换网器在线换网；在滑板密封面侧边缘部位加工出循环水通道，在正常生产时通入冷却水， 使物料在边缘部位降温固化，从而起到密封作用，从根本上杜绝泄漏。 銮量至鎏茎竖三耋璧圭至塞耋兰些篁兰 引言 在聚合物造粒工艺中，为确保物料顺利规范切粒，熔融状态的聚合物0 1 通过模板孔 前必须经过严格的过滤，根据物料的牌号不同，要求过滤的筛网孔目数也不相同。大多 数塑料材料中都含有杂质，由于聚合物为连续生产性质，不断过滤的结果使大颗粒物料 。及脏物被挡在网前并逐渐积多，久之会使网孔堵塞，流量降低而压力增高，当影响产 量的时候，就必须更换筛网。这些杂质可很方便地用安装在挤出机简体后聚合物熔体流 路上的换网器清除。网是与挤出机简直径相同的纺织网盘。通常，由几层不同目数的网 构成一组网衬。最细的网可过滤熔体流中的最小的固体颗粒，外层的粗网较坚固，可阻 止较大的颗粒过早地进入内层细网中。为抵抗熔体流动产生的力，滤网组衬一密孔的圆 形钢盘，叫作防护板，嵌入挤出机机筒末端的凹槽中。为了更换堵塞网衬，先移开下游 设备，用干净的网衬换下旧网，重新装到生产线上。 a b s 车间换网器采用的单通道滑板，采用液压方式驱动，手动换网，更换是人工的， 而且必须在停车的情况下进行更换，这种更换方式不但费时费工，每次换网时都要产生 落地料，造成很大物料损失，而且每次都有停工损失，该换网器密封性能极差，投用以 来一直无法解决泄漏问题。熔融的a b s 漏出后，常常将仪表、电器元件粘住，从而出现 故障，导致停车。 本论文是为了解决装置使用的换网器存在的这些问题，对换网器进行研究改造。通 过将原换网器的单通道改为双通道滑板组件，利用原有的液压系统控制，实现了挤出机 不停车，换网器在线换网；在滑板密封面侧边缘部位加工出循环水通道，在正常生产时 通入冷却水，使物料在边缘部位降温固化，从而起到密封作用。 第一章概述 1 1 生产过程简介 第一章概述 a b s 装置是引进韩国锦湖公司专利技术，由大庆石化设计院详细设计的，装置于 1 9 9 7 年8 月投料试车，9 月生产出合格产品。装置设计年产量5 万吨，可生产1 8 个等 级5 9 个牌号的a b s 产品。 a b s 车间粉料和s a n 粒料是一种可塑性树脂，两种原料经初步混合后送入挤压机， 在适当加热条件下进行熔融，经过挤压机的塑炼，使物料在挤出机的螺杆的剪切力的作 用下热熔，剪切混合达到适当的柔软度和可塑性，使各种组分的分散更趋均匀，同时还 依赖于这种条件来脱除挥发物及弥补树脂合成中带来的缺陷，使有利于输送和成型等。 经挤压机均匀熔融塑炼后，通过换网器的网片滤过夹杂在树脂里的杂质，从挤压机模头 成条状连续挤出，塑炼均匀后挤出的条状料经水冷却浴槽冷却，再经风刷干燥后，然后 由切粒机切成颗粒，筛选，送入产品料仓。挤压机模头及真空抽出的废气送入废气吸收 塔处理。 废气吸收处理系统包括废气吸收塔、碱罐及两台水循环泵、两台计量泵、3 台风机， 其流程是从挤压机简体抽出的废气经真空系统气液分离后气体和模头处产生的废气一 起通过挤压排风扇送至废气吸收塔进行最后处理，从p b 碱贮罐来的合格浓度的n a o h 溶液接收至本工段n a o h 罐内，并由热水盘管控制罐内温度，然后由计量泵送至气体吸 收塔进行喷淋，脱除部分挤压机排气风机抽出来的未反应单体，喷淋后的水部分排入地 漏，部分由循环水泵打循环，处理后的雾气经除雾器后从顶部排出。 i 2 改造前造粒系统情况 i 2 1 生产情况 聚合物挤出过程中，聚合物熔体经长时间的魍化和受热，熔体将会产生残渣，加上 原材料中的杂质和未塑化的颗粒，一旦进入挤出模具中，就会造成流道阻塞或制品缺陷， 乃至不能正常生产，为了消除这些颗粒状的的杂质，使纯净的熔体顺利的进入挤出模具， 并获得优质的制品，所以必须在挤出机螺杆头部和模具之间放置过滤网，并随挤出时间 的延续，过滤网上就会堆积越来越多的垢物，此时熔压升高，熔体流量下降，当超过一 定的熔压，过滤网会被击破或堵塞而失效，就必须更换网片。a b s 车间换网器由日本j s w 公司制造，随挤出机等设备配套提供，a b s 装置有5 条造粒线，其中两条能力是2 8 吨 d 时，三条线能力是0 7 吨d 时，因此共有5 台换网器。在生产过程中，物料里难免 2 掺杂些杂质，这样就需要通过换网器里的网片把这些杂质和糊料过滤出来。这些换网器 采用液压方式旧，介质是4 6 # 抗磨液压油，换网时先将贮能器压力提高到2 1 m p a ，然后 手动换网。换网前需先停车，因此在每次换网时都要产生落地料【7 j ，造成很大损失，而 且落地料中挥发出许多有毒的单体，严重危害工人的身心健康。有时在换网器缸头推出 时会有很多料在高压作用下流出，容易造成人身伤害。 操作人员每次换网时都需停车3 0 分钟左右，此时在挤出机筒体里的a b s 在高温下 会发黄或焦糊，熔融的a b s 在模头内焦化变黄，发黑，使模孔频繁堵塞，经常要停车清 理。另外再次开车时，需先向废料仓进料5 分钟左右，以防止糊料进入成品仓，这样会 减少产品的正品量。尽管如此，还是经常发生用户投诉事件，影响效益和公司形象。在 工艺生产中为了提高产品的质量保证正常生产，规定每8 小时需换一次滤网，使设备频 繁开停，造成造粒线设备经常出现故障，大大缩短了部件的寿命。切粒机轴承约2 3 个月就需更换；切刀3 4 个月就要重修磨。 原来的换网器密封性能极差，投用以来一直无法解决泄漏问题。熔融的a b s 漏出后， 常常将仪表、电器元件粘住，从而出现故障，导致停车。 1 2 2 存在的问题： i 、每次换网时都要产生落地料，造成很大损失。 2 、a b s 在高温下停留会发黄或焦糊，每次换网时都需停车3 0 分钟左右，熔融的a b s 在模头内焦化变黄，发黑，使模孔频繁堵塞，经常要停车清理。另外再次开车时，需先 向废料仓进料5 分钟左右，以防止糊料进入成品仓。尽管如此，还是经常发生用户投诉 事件，影响效益和公司形象。 3 、每次换网时都要产生几十公斤的落地料，损失很大，另外，落地料中挥发出许 多有毒的单体，严重危害工人的身心健康。 4 、每8 小时需换一次滤网，使设备频繁开停，造成造粒线设备经常出现故障，大 大缩短了部件的寿命。如轴承约2 3 个月就需更换；切刀3 4 个月就要重修磨。 5 、该换网器密封性能极差，投用以来一直无法解决泄漏问题。熔融的a b s 漏出后，常 常将仪表、电器元件粘住l ，从而出现故障，导致停车。 1 3 本文研究的主要内容及步骤 1 3 1 课题的选择及目的 在聚合物造粒工艺中，为确保物料顺利规范切粒，熔融状态的聚合物【2 】通过模板孔 前必须经过严格的过滤，根据物料的牌号不同，要求过滤的筛网孔目数也不相同。大多 数塑料材料中都含有杂质，由于聚合物为连续生产性质，不断过滤的结果使大颗粒物料 及脏物被挡在网前并逐渐积多，久之会使网孔堵塞，流量降低而压力增高，当影响产量 的时候，就必须更换筛网【2 j 。这些杂质可很方便地用安装在挤出机简体后聚合物熔体流 路上的换网器清除。网是与挤出机简直径相同的纺织网盘。通常，由几层不同目数的网 3 第一章概述 构成一组网衬f ，l 。最细的网可过滤熔体流中的最小的固体颗粒，外层的粗网较坚固，可 阻止较大的颗粒过早地进入内层细网中。为抵抗熔体流动产生的力，滤网组衬一密孔的 圆形钢盘，叫作防护板，嵌入挤出机机筒末端的凹槽中。为了更换堵塞网衬，先移开下 游设备，用干净的网衬换下旧网，重新装到生产线上。 a d s 车间换网器由日本j s w 公司制造，随挤出机等设备配套提供，目前已经使用4 年。a b s 装置有5 条造粒线，其中两条能力是2 8 吨4 , 时，三条线能力是0 7 吨4 , 时， 因此共有5 台换网器。这些换网器采用液压方式，介质是4 6 # 抗磨液压油，换网时先将 贮能器压力提高到2 1 m p a ，然后手动换网，更换是人工的，而且必须在停车的情况下进 行更换，这种更换方式不但费时费工，而且每次都有停工损失1 4 l 。 此种情况引起了化工厂和总厂的高度重视，多次召开专题会议进行研究，为减少损 失提高效益会议决定由化工厂和齐齐哈尔和平机器厂共同开发，设计并制造一台新型国 产化换网装置，在完成新型国产化换网装置研制工作中，化工厂与齐齐哈尔和平机器厂 密切配合，相互支持，共同研究和实施，严把质量关，历时二年时间，先后经历了技术 方案论证、技术设计、设计评审、施工设计、工艺设计、加工制造和整机试验等阶段。 攻克了粘性密封设计与计算，新型氮化钢的研制，液压设计，过滤元件形状设计和氮化 钢焊接等五大难关，在国内有关单位的鼎力协助下，按期顺利地完成了项目的研制任务。 换网前需先停车，换网后重新拉条开车。原换网器主要存在以下缺点： l 、每次换网时都要产生落地料，造成很大损失。 2 、a b s 在高温下停留会发黄或焦糊，每次换网时都需停车3 0 分钟左右，熔融的a b s 在模头内焦化变黄，发黑，使模孔频繁堵塞，经常要停车清理。另外再次开车时，需先 向废料仓进料5 分钟左右，以防止糊料进入成品仓。尽管如此，还是经常发生用户投诉 事件，影响效益和公司形象。 3 、每次换网时都要产生几十公斤的落地料，损失很大。另外，落地料中挥发出许 多有毒的单体，严重危害工人的身心健康。 4 、每8 小时需换一次滤网，使设备频繁开停，造成造粒线设备经常出现故障，大 大缩短了部件的寿命。如轴承约2 3 个月就需更换；切刀3 4 个月就要重新修磨。 5 、原换网器密封性能极差，投用以来一直无法解决泄漏问题。熔融的a b s 漏出后， 常常将仪表、电器元件粘住，从而出现故障，导致停车。 在造粒工艺中，为确保物料顺利规范切粒，熔融状态的聚合物通过模板孔前必须 经过严格的过滤嘲，根据物料的牌号不同，要求过滤的筛网孔目数也不相同。此次换网 器改造是把单流道换网器改成双流道换网器。双流道换网器优点如下：1 、油压有两式 前进脱气避免产生气泡。2 、超硬钢制品少磨损1 6 1 ，使用寿命长。3 、降低塑料过滤所产 生的压力，提高生产量。4 、隐藏式电热管，加热迅速，保温效果佳。5 、可将过滤孔钢 模单独取下彻底清理滞留孔内的塑料，迅速更换干净的过滤孔钢模，确保过滤钢模后的 塑料是干净的。6 、精密制品，踏实的制品，达到少出废料产生。通过自动换网机构改 造，可实现了不停车自动换网，解决原换网器存在的问题。而且减少了过渡料的产生， 4 大庆石油学院工程硕士研究生学位论文 节省了大量劳动力。 1 3 2 改造内容 聚合物挤出过程中，聚合物熔体经长时间的塑化和受热，熔体将会产生残渣，加 上原材料中的杂质和未塑化的颗粒【7 1 9 1 ，一旦进入挤出模具中，就会造成流道阻塞或制 品缺陷，乃至不能正常生产，为了消除这些颗粒状的的杂质，使纯净的熔体顺利的进入 挤出模具，并获得优质的制品，所以必须在挤出机螺杆头部和模具之间放置过滤网，并 随挤出时间的延续，过滤网上就会堆积越来越多的垢物，此时熔压升高，熔体流量下降， 当超过一定的熔压，过滤网就会被击破或堵塞而失效，就必须更换网片。 ( 1 ) 用双通道滑板组件( 原来使用的单通道) ，换网时，滑板1 先动作，这时物料 全部从滑板2 通过，由于液压缸动作一次时间不到一秒，所以模头压力不会波动，也就 不会产生落条现象，保证生产正常运行。滑板l 动作完后，再使滑板2 动作，这样始终 保持一个通道畅通，从而实现不停车连续换网。 ( 2 ) 在滑板密封面侧边缘部位加工出循环水通道，在正常生产时通入冷却水，物 料在边缘部位降温固化，从而起到密封作用，从根本上杜绝泄漏。 1 3 3 设备改造的前期工作 首先在改造前，针对换网器存在的问题详细研究制定了采用更换自动换网器的方 案。成立了由厂领导、技术科、机动科、车间干部、技术员组成的改造小组，组织协调 车间与各工种及外单位的技术力量，用系统工程的观点，统筹生产、安装、调试的各项 工作。制定切实可行的网络图和工程进度表，在执行中根据实际情况加以调整，同时做 好熟悉资料、图纸和技术练兵工作，对全体岗位人员进行考试，合格后才能上岗。车间 积极配合有关单位进行设备安装调试，切实保证了施工进度和质量。工作中我们坚持科 学求实的态度，做好了改造工作中每一项细小的工作。 釜三耋苎垫兰整兰垄塞 第二章换网器改造方案 2 1 换网器常见结构形式及a b $ 装置原设备状况简介 2 1 1 换网器类型简介 塑料挤出机换网器大致可分为二大类，如图2 1 所示，一类是非连续型换网器， 在换网时熔体料流( 或瞬时) 中断或需停机换网，这类换网器的型式较多，较为典型的 有：人工闸阀式换网器、液压切阀式换网器、柱型人工换网器等等。非连续型换网器料 流瞬间会出现中断，不能实现真正意义上的连续操作，只适合挤出量波动大、精度不高、 质量不严的产品，对于扁丝、单丝、农地膜、流涎膜、淋膜、复膜、片材等质量要求较 高的产品来说，即便挤出过程不会全部中断，产品也将留下瑕疵。另一类是连续型换网 器，可连续、自动、不需停机换网，料流无瞬时中断。带式换网器属于此类。带式换网 器又称熔压式连续型换网器。 熔压式换网器是新一代换网装置，技术来源于国外。它主要由换网器本体、加热 及冷却系统、皮带式无接头过滤网和带式过滤网仓盒等主要部件组成。由仓盒中引出的 干净带式过滤网从换网器本体一侧进入，经过滤流道，过滤熔体后的脏网从换网器本体 另一侧穿出。在换网器本体上，设置了四段温度控制区，由温度控制系统分别准确地控 制四个区的温度，由于四个区设置了不同的温度，就形成四个高低不等的熔体压力区域。 在工作状态时，塑料熔体充满换网器本体流道和带式过滤网，当须换网时，改变进、出 网区段温度使其形成高低不等的熔压，由于熔体压力的作用，带式过滤网就会向出网方 向移动，即可实现连续换网。只要调整出网区温度和保温时间，就很方便地控制带式过 滤网的移动周期及距离。温控系统可由压力传感器、热电偶、延时继电器、热工仪表等 组成，在延时电路中预选所需要的参数，便可实现周而复始的自动换网。熔压式换网器 还采用了自密封技术，在带式过滤网进、出区段，经过适当的水冷却，熔体与换网器本 体接触的表面凝固成一层光滑的膜，高温熔体也就被阻隔和密封，同时，带式过滤网移 动十分轻便。带式过滤网是由本身挤出的熔体压力来驱动的，换网器省去了动力驱动系 统。带式过滤网长1 p 1 5 米，可使用几千小时，并可回收清洁后再使用。 换网器外形尺寸小，安装方便，不须对原挤出机进行改动，直接可安装在任何型号 的塑料挤出机的机头上。换网器适用于过滤h d p e 、l d p e 、p p 、p v c 、a b s 、p s 、p e t 、 尼龙等热塑性塑料，也能过滤再生料。它广泛应用于生产扁丝( 编织袋) 、单丝( 网) 、片 材、复合薄膜、吹塑薄膜、流涎薄膜等塑料制品。 熔压式连续型换网器最大优点有几点，一是换网时料流压力无变化，流速稳定，无 瞬时断流现象，无须重新牵引，用于过滤高品质的制品：二是采用熔体自密封系统，解 决了长期困扰换网器内熔体的泄漏问题；三是不需要动力驱动换网。这些优点也是熔压 6 8 s 物料 b s 物料 橱援 横头 图2 j 换阿器改造示意图 第二章换热器改造方案 固化，这样物料就出料效果不好或不能连续出料，造成生产困难，在换网时活塞缸就不 容易推出推进，造成换网困难。因此给换网器安装加热设施是必要的。 2 、改造的技术特征 熔压式换网器是新一代换网装置。它主要由换网器本体、加热及冷却系统、过滤网 和过滤网仓盒等主要部件组成。由仓盒中引出的干净过滤网从换网器本体一侧进入，经 过过滤流道，过滤熔体后的脏网从换网器本体另一侧穿出。换网器本体上，设置了四段 温度控制区，由温度控制系统分别准确地控制四个区的温度，由于四个区设置了不同的 温度，就形成四个高低不等的熔体压力区域。在工作状态时，塑料熔体充满换网器本体 流道和带式过滤网，当须换网时，改变进、出网区段温度使其形成高低不等的熔压，由 于熔体压力的作用，带式过滤网就会向出网方向移动，即可实现连续换网。只要调整出 网区温度和保温时间，就很方便地控制带式过滤网的移动周期及距离。温控系统可由压 力传感器、热电偶、延时继电器、热工仪表等组成，在延时电路中预选所需要的参数， 便可实现周而复始的自动换网。熔压式换网器还采用了自密封技术，在过滤网进、出区 段，经过适当的水冷却，熔体与换网器本体接触的表面凝固成一层光滑的膜，高温熔体 也就被阻隔和密封，同时，过滤网移动十分轻便。过滤网是由本身挤出的熔体压力来驱 动的，换网器省去了动力驱动系统。 换网器外形尺寸小，安装方便，不须对原挤出机进行改动，直接可安装在塑料挤出 机的机头上。实践证明，塑料挤出机安装了这种连续、自动、不停机的换网器，经济效 益十分显著，较之人工换网增加了产量，节省了电能，减少了劳力，提高了产品质量， 回收料减少等，可降低生产成本1 0 左右。 熔压式连续型换网器最大优点有几点，是换网时料流压力无变化，流速稳定，无 瞬时断流现象，无须重新牵引，用于过滤高品质的制品；二是采用熔体自密封系统，解 决了长期困扰换网器内熔体的泄漏问题：三是不需要动力驱动换网。这些优点也是熔压 式连续型换网器的关键技术。目前这类换网器在国内外已广泛地在塑料挤出机上得到应 用，换网技术十分成熟可靠。 2 2 改造要求及要解决问题 8 在改造过程中应有以下四个要求： ( 1 ) 设计制造任务及技术要求。 ( 2 ) w n u 型自动换网装置与原挤出机接口不变，实现不停车切换。 ( 3 ) w n u 型自动换网装置在筛网更换过程中，不允许有物体泄漏。 ( 4 ) w n u 型自动换网装置设计的技术途径。 原换网器装置是固定形式的，要做到不停车更换筛网必须解决以下几个问题； ( 1 ) 改原筛网装置固定形式为活动型式，活动的筛网装置必须有两个工位；一个 大厌石油学院工程硕士研究生学位论文 工位在工作位置上，另一个工位在准备的工位上，这样一个工位工作，另一个工位可以 进行体外筛网更换，以实现不停车更换筛网之目的。 ( 2 ) 既然新装置是活动形式的，那么必然具有运行部件，运动部件间必须存在着 必要的间隙，所以寻求a b s 工作条件下可靠密封形式，防止漏料是个极为重要的问题。 ( 3 ) 筛网的更换必须在瞬间完成( 1 秒) ，不然会使物料断条影响产量，所以经 研究，这种瞬间爆发动力最好使用液压设计来完成，这样比较可靠又经济。 2 3 设计计算 2 3 1 技术难点 ( 1 ) 实验条件差 由于该装置的介质是 b s ，生产过程又是在平均1 8 0 。c 的热态情况下进行的，所以 除在生产线上进行试验能得出较正确的数据外，很难找到其它的类似试验条件。因此， 有些项目的实验只能使用替代介质在常温下进行，实验结果与实际现场情况会有差异， 使部分研究工作变的复杂化，这是项目研制中的较大难题。 ( 2 ) 主要零件的选材及热处理 该装置的壳体和活动部件是在高温高压条件下工作的，要求具有较高的强度和表面 硬度，并且有不粘料，不污染物料的性能，还必须有良好的热稳定性和较好的加工性能。 以上零件对材质的要求必须立足于国内解决，需做大量的调查研究和试验。 ( 3 ) 密封型式的选择与设计 装置的活动部位紧贴着物料，所以选择合理的运动配合间隙，使物料充满整个间隙 面起润滑作用，是最理想的选择，但必须解决密封的问题，即有物料填充作润滑，又使 物料不泄漏，是个较复杂的问题。 ( 4 ) 加热孔道的设计 原装置为圆形结构，其蒸汽通入夹层即可实现加热目的，而新装置由于有活动部件 的原因，所以装置的基本形状为方形结构，而且内部物料流和管道孔垂直相贯，使加热 孔道的设计变得复杂化。 2 3 2 设计与计算 该设备运行中的任何一点故障都会造成停产损失，对这样的关键装置的改型设计， 只有美国、日本、德国等技术先进工业发达的国家做过，我国尚没有任何一个单位和厂 家干过，这是一项全新的任务，对我们的技术水平和研制能力将是一个严峻的考验。 ( 1 ) 滑动部件形状的设计 从工艺性能上的考虑我们要确定滑动部件的形状在长方形和圆柱形之间选择。但由 于长方形结构四角处润滑物料含不住，而圆柱形为获得所需的过滤面积，而直径过大等 都被否定，最后采用了两种结构形状的综合形状即圆头键形状，该形状不但具有较大的 过滤面积，而且物料润滑性能好，而且工艺性能好，能加工出较精确的几何尺寸。 9 第二章换热器改造方案 ( 2 ) 过滤元件的形状设计 原装置的筛网安装在网架上呈圆锥形状。其过滤面积为0 1 4 5 m 2 ，而受结构上的限 制该形状无法移植到新装置的设计中，而只能在直径由3 0 0 m 的滑枕表面上创造出满足 工艺要求的过滤面积来。经研究我们设计了3 1 个小圆筒形式的筛网元件，此种元件不 但更换安装方便，而且易于清洗，可重复使用。 ( 3 ) 密封形式的设计与计算 滑道间隙中必须有物料润滑，而且这些物料又无泄漏，是滑道密封的基本要求，我 们对比了诸多种密封形式后，最终选择了“粘性密封”的形式。 所谓“粘性密封”就是根据物料温度下降会变硬，流动性差的阻尼作用来实现自我 密封的。说的通俗点就是用水冷却，说起来简单，但做起来就比较复杂，因为受诸多因 素的影响，其中包括元件温度、冷却水流孔道形状及面积、冷却水流量、压力、入口温 度、出口温度等。而且三种传热的方式对流、传导、幅射都程度不同在影响着。由于无 实验条件所以使设计与计算变得复杂化。 模拟试验证明当a b s 温度降低到1 3 0 。c 时，自身的粘度所能达到的密封能力，是可 以在配合间隙o 1 的情况下，使2 4 5 m p a 压力的下不向大气中泄漏。根据这一结果，我 们实施的粘性密封的设计与计算如下： 首先确定冷却孔道形状，即1 3 2 3 的矩形孔道。 折合当量半径d 。= ! 垒 u 式中a 一面积= 1 3 2 3 = 2 9 9 m u 一混圈= 1 3 + 2 3 = 3 6 m 代入 d h = 1 6 6 m m ：o 0 1 6 6 m ( 2 - 1 ) 设定冷却水流量为3 m 3 h ，冷却水温度3 5 。c ，出口温度6 5 c ，己知壳体被被冷却部位 表面的温度恒定为1 6 5 ，要计算冷却孔管长度。 根据t f ：( 3 5 + 6 5 ) 2 = 5 0 t = 1 6 5 ( 2 2 ) 1 ：- - ( 1 6 5 + 5 0 ) 2 = 1 0 7 5 ( 2 - 3 ) 查得下列物性值：u - - 1 6 8 5 x1 0 6 k g ( n l s ) ur = 5 4 9 1 7 1 0 1 k g ( m s ) pr = 9 8 8 1 k g m 3 c p r = 4 1 8 2 6 j ( k g ) po = 9 5 1k g m 3 1 1 - - 2 7 6 9 1 0 1 k g ( m s ) - - 6 8 4 l o 勺e m p r m = 1 7 1 。 先由下式计算出单位时间内冷却水所吸收的热量 o = r e c p ，( t f 2 - t f 。) = pf u r 竺d 2 c p f ( t f 2 - t f 。) a 代入以上数据q = 9 8 9 1 3 8 5 兰0 0 1 6 6 2 4 1 8 2 6 ( 6 5 3 5 ) a = 0 1 0 3 3 1 d ( 2 4 ) 銮昼至垫耋璧三矍堡圭篓耋兰兰堡兰奎 式中盼磊蠹：= 3 8 5 m s 在己r e 数判定流态： r 盱业 脚w 代入r e m = 3 6 8 7 x1 0 5 1 0 3 判定为紊流。 又芝：5 4 9 1 7 ：3 2 5 9 z 田1 6 8 5 上两值符合b s p e t u k 8 2 0 v 的公式范围，即1 0 4 r e m 5 xi o e 和o 盟 t f 故n = o i i ，则： m 一丽10 7 者1 2 器f ( p r c 争 + 7 ( 8 ) “2肌”一1 ) 聊 m = 熹10 7 黑1 27 瓮00 0 黑1 7 4 簧篇7 1 2 丽 z s 鲈“ 浯 + “2 n 一1 ) = 9 4 2 q = n u m 塑= 9 4 2 6 8 4 x 1 0 - 型= 3 8 8 1 5 w ( m z ) (2一lod001 6 6 由牛顿冷却公式q = a d e ( t w t f ) 得： 代入 l - 堡 a , r d ( t w 一抑 l ： q ：! 壁! ! ! ! q ： ：o 4 4 m 3 8 8 1 5 z x 0 0 1 6 6 x ( 1 6 5 - 5 0 ) ( 2 - 1 1 ) 上述计算得出冷却长度0 4 4 m 即可保证密封要求，实际上受结构的影响，我们选用 了1 1 m 的冷却长度，安全系数较大。 ( 4 ) 主要零件的选材与热处理 新装置的壳体零件和滑枕零件是在高温高压下工作的，而且是在瞬间0 5 m s 的速 第二苹抉热器改造方案 度进行切换，所以对材质要求较高的强度和表面硬度。并且要求有良好的高温性能。 我们选择了许多国产材料，都不能满足以上对材质的要求【1 2 1 ，而在国外有关的材料 中我们查到了一种德国的专用钢种3 1 c r m o v 9 ，此钢种是专用氮化用钢，能够具备以上 对材质的要求。 为此，我们会同北满钢厂共同研制3 1 c r m o v 9 钢获得成功。该材料的组分和性能见表 2 - 1 。 表2 - 13 1 c r m o v 9 钢组分和性能 化学成分机械性能 热处理规范 cg b o 2 6 0 3 41 2 3 0 n m r a 2 热加- r 1 0 5 0 8 5 0 s ig 5退火6 5 0 7 0 0 0 1 5 0 3 5 1 0 3 0 n m m 2淬火8 4 0 8 7 0 m 65( 水) 0 4 - 0 79 6 9 8 6 0 - 8 7 0 p 冲击( d v m ) ( 油) 0 0 2 5 3 4 j 回火5 8 0 6 3 0 s 氮化h v 7 5 0 渗氮4 9 0 - 5 1 0 0 ，0 2 5 c r 2 3 - 2 7 m o 0 1 5 - 0 2 5 v o 1 0 2 ( 5 ) 液压设计 要求瞬间切换速度在0 5 m s ，这样的驱动速度只有液压和气压能完成，考虑到气 压的密封性能要求严格，所以采用了液压驱动形式，为达到所要求的驱动速度，在油路 中设计了蓄能器补充流量提高速度。 ( 6 ) 在滑板密封面侧边缘部位加工出循环水通道，在正常生产时通入冷却水，使 物料在边缘部位降温固化，从而起到密封作用，从根本上杜绝泄漏。在换网器和挤出机 简体的接触面上开一个环行槽，安装一个铜密封圈，密封圈的直径大于环行槽的深度， 大庆石油学院工程硕士研究生学位论文 高出接触面，这样在安装时保证两个接触面的紧密配合，通过铜密封圈保证密封效果。 在换网器的的上、下面增加电加热板，在换网器和挤出机筒体的连接板上增加电加热板， 保证换网器的加热效果，使物料的熔融效果更好。 2 3 3 需要的外接条件 ( 1 ) 冷却水：0 翎p a ( g ) ，给挤出机简体冷却。 ( 2 ) 电源：a c 3 8 0 v 5 0 h z ，给电加热器供电。 ( 3 ) 仪表电源：两线制、d c 2 4 v 0 3 1 2 3 4 设备选型 ( 1 ) 换网器根据挤出机的筒体尺寸配套设计制造 ( 2 ) 自动换网机构。 图2 - i 换网器实图 2 4 改造后的挤出机换网器的使用 改造后运行情况，2 0 0 4 年1 1 月1 0 日系统正式开车，试车一次成功，开车后，经 过一周时间的调试，各参数与设计值相符，挤出机运行平稳，换网器操作简单，实现不 停车自动换网，减少了开车落地料和糊料的产生，设备运行稳定性和安全问题获得圆满 解决，达到了预期效果。 自动换网机构改造主要解决人工停车换网的问题，及实现换网自动化。目的为了提 高产品的外观质量l ”l ，同时也有利于安全生产。当模头的压力很高时达到i o m p a 时，说 明物料杂质多网片堵塞需要更换网片。操作自动换网器控制柜使用，使用双通道滑板组 件0 4 l ，换网时，滑板i 先动作，这时物料全部从滑板2 通过，由于液压缸动作一次时间 不到一秒，所以模头压力不会波动，也就不会产生落条现象，保证生产正常运行。滑板 i 动作完后，再使滑板2 动作，这样始终保持一个通道畅通，从而实现不停车连续换网。 芝三耋釜垫登盗兰奎兰 2 5 改造后的自动换网器使用效果 州u 型自动换网装置的研制任务包括：带滑道的壳体，带模头的分流器，带筛网元 件的滑枕和独立的液压系统等。通过各项见证材料证明，所有设计件的材质，加工质量， 性能等均符合设计图纸要求。新装置经整机安装调试实际运行一年的结果表明；新装置 不停车更换筛网动作平稳可靠，切换速度1 秒，滑道处无物料泄漏，完全达到了设计 要求。w n u 型自动换网装置的研制中，采用了粘性密封技术，先进的氮化用钢的采用， 特种焊接等新工艺新技术，保证了产品的高质量，其产品性能已达到目前国际先进水平。 新装置的应用每年可节约各种人工费，停工损失。 1 4 第三章自动换网器的标定 第三章自动换网器的标定 3 1 自动换网器的标定概述 自动换网机构于2 0 0 4 年1 1 月1 0 日投入运行，经过一年的生产运行，共生产6 3 6 8 0 吨合格产品。我们认为该自动换网机构工艺设计合理，运转平稳，设备设计安全可靠， 各项指标均达到设计要求。自动换网机构双滑道椭圆直筒型过滤网切换器，具有结构简 单，操作方便，系统密封性良好等特点，使用安全可靠，完全能满足生产要求，过滤效 果有显著提高，过滤网采用3 1 个直简型过滤网，增大子过滤面积，产品质量的优级品 率达到9 9 以上。自动换网机构改造的成功，为a b s 装置长周期、平稳运行创造有利 条件。取得较好的经济效益。 设备运行情况 总运行时间 该自动换网机构，自2 0 0 4 年1 1 月1 0 日投入运行以来，一直担负着a b s 装置造粒 的生产任务。a b s 装置塑料颗粒的生产为连续操作，累计运行时间为8 0 0 0 小时，每月 平均生产2 8 t h 2 4 x3 0 = 2 0 1 6 吨月( 不停车不降量) 。 累计产量 到目前，该设备已累计生产塑料颗粒4 8 3 8 4 吨 生产能力 最大生产能力2 8 t h 。 使用效果 经过一年的生产运行检验，自动换网装置从根本上解决了人力换网、拆装法兰、更 换过滤网、密封圈、清理简体物料等繁重的体力劳动，提高了生产效率，减少了浪费， 降低了产品的成本，提高了过滤网的过滤效果，从而提高了产品的优级品率，为企业创 出了很高的经济效益。 3 2 基础数据 3 2 1 挤出机换网器系统的数据 见表3 - 1 1 5 查鏖互翌兰氅三堡堡圭翟耋耋兰堡丝吝 1 6 表3 - 1 挤出机换网器系统工艺控制指标 序号项目单位仪表位控制指标 备注 号 1 e x - 3 0 1 挤压机各段温度 2 l 伊1 5 d 2 3 4 5 2e x 一3 0 1 挤压机网前压力 k i p a 1 4 o 2 3 4 3e x 一3 0 1 挤压机主机电流 a 5 0 0 2 4 e x 一3 0 3 挤压机主机电流 a 3 2 l 4 5 5挤压机齿数和温 e x 一3 0 1 4 5 5 5 度2 3 4 5 6 挤压换网器压力m p a 1 0 一1 5 7t g 一3 4 1 1 冷却水浴第一槽 2 3 4 8 0 8 5 温度 a 8冷却水浴第二槽 6 5 7 5 温度 3 2 2 产品分析指标及频率 见表3 - 2 第三章自动换网器的标定 表3 - 2 产品分析指标及频率 指标 高抗分析 项目板材普通级阻燃级执行标准 冲频率 7 7 07 5 0 a7 5 07 5 0 s w7 07 27 57 4 0 a 熔体流动速率 1 2 2 02 5 3 6 3 6 5 0 4 5 1 3 0 4 0 1 5 a s t m 3 5 5 5 g 1 0 m i n 6 01 7 06 02 7d 1 2 3 8 缺口冲击强度， a s t m 2 6 01 6 71 6 71 6 79 81 2 01 5 52 8 0 3 f m d 2 5 6 拉伸强度，m p a a s t m 5 04 24 54 03 84 04 04 0 1 次 d 6 3 8 批 a s t m 洛氏硬度， 9 81 0 09 89 5 9 5 9 59 51 0 0 d 7 8 5 热变形温度， a s t m 8 67 88 0 8 06 8 7 57 58 0 d 6 4 8 阻燃性，级 f v 一0f v - of v og b4 6 0 9 3 2 3 产量及能耗 考核产量为2 8 吨d , 时，能耗为2 1 4 千克油吨粉料。 3 3 考核期间装置运行参数 1 7 查盎互塑兰鳖三彗罂圭罂耋兰兰警鲨吝 3 3 1 操作参数 见表3 - 3 ，表3 4 ，表3 - 5 。 表3 3 挤压造粒岗位操作记录2 0 0 4 年1 1 月1 1 日 时间 零点班白班四点班 时间0 ：0 02 ：0 04 ：0 06 ：0 08 ：0 0 1 0 ：0 01 2 ：0 01 4 ：0 01 6 ：0 01 8 ：0 02