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造粒机技术篇之挤压造粒机筒体密封国产化改造初探
发布时间 :[2014/1/19 10:42:28] 浏览次数 2127
    关键词:造粒机;挤压造粒机;筒体密封;国产化
    摘要:挤压造粒机是聚丙烯厂的心脏设备,筒体密封作为挤压造粒机的重要部件之一,其使用寿命直接影响到挤压造粒机的平稳连续运行。由于进口备件价格昂贵且供货周期较长,故对其进行了国产化改造工作。在改造过程中,针对筒体密封的工作参数,合理地设计了密封结构,选择了恰当的密封材料,并对密封参数进行精心计算和校核,通过现场实际使用,其使用寿命已经达到甚至超过了进口备件,挤压造粒机运行平稳。
    1 国产化改造过程
    针对挤压造粒机筒体密封的具体工况, 我们在国产化改造的工作中主要对密封结构、 密封材料、密封参数上进行了设计和选择。
    挤压造粒机筒体密封的主要参数如下:
    介质为聚丙烯粉末;温度为 80 ℃;工作压力为常压;转速为 180~240 r/min;轴径为 217 mm;密封气为 N2;密封气压力为 0.014~ 0.034 MPa;密封气流量为 0~130 L/min。 1.1 密封结构
    筒体密封的结构是改造中的难点之一, 改造后的筒体密封结构
考虑到挤压造粒机螺杆长度很长(10 m 左右) ,装拆不便,故改造后的筒体密封采用整体剖分式结构。 采用此结构可实现不拆机更换密封,具有停车时间短,劳动强度低,方便快捷等特点。
    改造后的动环、静环均为径向对开式结构,在剖分面上均设置有小间隙配合定位销,动环密封圈和静环密封圈为开口结构, 由在现场组装时进行粘接而成。安装过程如下:
    (1)将介质侧静环密封圈套到轴上进行粘接,待粘接牢固后放入密封腔体内,再将介质侧静环两部分套入轴上, 对准定位销并进行连接, 使用螺钉将其固定到密封腔体上并均匀对称拧紧。
    (2)将介质侧动环两部分套入轴上,对准定位销后进行连接。 再将开口的动环密封圈套到轴上进行粘接,待粘接牢固后,用相同方法将大气侧动环连接好后, 将动环及动环密封圈作为一个整体部件轻推至介质侧密封面贴合位置。
    (3)将大气侧静环两部分套入轴上,对准定位销并进行连接, 放入粘接好后的大气侧静环密封圈,使用螺钉将其固定到外压板上并均匀对称拧紧。将螺杆拧入密封腔体,再将外压板推入密封腔体至大气侧密封面贴合位置。
    (4)依次装入调节弹簧、弹簧套、螺母对筒体密封实施预紧和调节。
    1.2 密封材料的选择
    密封材料的基本要求主要体现在其材料性能方面, 密封材料的性能是保证有效密封的重要因素。选择密封材料,主要是根据密封元件的工作环境如使用温度、工作压力、所适用的工作介质以及运动方式等进行选择。 针对筒体密封的结构和使用环境, 主要从密封圈材料和摩擦副材料上进行了选择。
    1.2.1 密封圈材料
    针对筒体密封的工作环境,经多方比较,我们选择了氟橡胶作为密封圈材料。 氟橡胶具有优良的弹性和较好的力学性能, 还有一定的耐蚀性、耐油性和耐温性,其组织致密,并且容易模压成型。
    1.2.2 摩擦副材料
    动静环摩擦副对任何密封而言都是最重要的零件。 由于密封依靠摩擦副高精度密封端面组合和相互滑动摩擦形成密封面, 要确保密封面的精度, 密封面材料的特性起着很大的作用。针对筒体密封的使用环境,对摩擦副材料所要求的必要特性有:
    (1)密封性能好、弹性模量高。
    (2)自润滑性好,耐干运转及高负荷。
    (3)配对材料摩擦学相容性好,粘着倾向小以及配合性能和耐磨性好。
    (4)具有良好的导热性、耐热性及抗热冲击和热疲劳的能力。
    (5)线膨胀系数小。
    (6)材料的化学和电化学相容性好,耐腐蚀性好。
     (7)具有良好的的加工性能。
    密封面摩擦副材料的选择是此次改造中的难点之一,我们选用了摩擦副硬对软的配对,由于筒体密封轴径较大,密封环整体尺寸也较大, 故动环材料的密度也成为了考虑的重点,经过不同材料的各方面对比,我们选择了高自润滑性高分子材料作为动环材料, 它具有导热率高,耐热性较好,耐腐蚀性优异、密度较小等特点,尤其具有高度自润滑性。
    在静环材质的选择上, 考虑到静环均为径向对开式结构, 并使用螺钉与密封腔体或外压板连接, 故材料的力学性能和加工性能也成为选择的重点, 最终我们选择了表面喷涂硬质合金的304不锈钢作为静环材料。 使得静环既有硬质合金硬度高,耐磨性好,热导率高而膨胀系数较低等特点, 又具有304不锈钢机加工性能好,耐腐蚀性好,经济实惠等特点。
    1.3 密封参数的设计
    密封环端面采用软、 硬两种不同的材料配对。窄环采用软材料,宽环采用硬材料,这样可以避免磨损后硬环嵌入软环。在强度、刚度允许的前提下,端面宽度应尽量选择较小值,过大时散热效果不好,但也不宜过小,否则会使端面压力增加,磨损加剧。在设计端面宽度时,硬环端面宽度应比软环大 2~5 mm,在筒体密封改造过程中,选取了窄环端面宽度为 10 mm,硬环宽度为 15 mm。
    对于静环与密封腔体的配合间隙, 由于筒体密封采用大气侧静环压紧的结构形式, 故为了保证大气侧静环具有一定的浮动性以补偿轴与动环的偏斜和轴的震动等影响, 取其直径配合间隙为 0.5~1 mm。同时由于轴与静环间有相对运动且腔体尺寸较大, 考虑到散热效果因素,其间隙值选取为 5 mm。
    动环密封圈的设计也是此次改造工作中的难点。由于密封腔体轴向尺寸的限制,故要求所设计的动环密封圈要实现三个作用, 即密封、传动和补偿作用,这就要求在动环密封圈和轴套间以及动环密封圈和动环间的摩擦力的大小必须适中。摩擦力太大,会影响筒体密封动环部分的安装及补偿功能, 即出现卡死现象,造成“推不动”的表象,使得调节弹簧补偿不畅,密封端面贴合不严,聚丙烯粉末严重泄漏或 N2 大量消耗。摩擦力太小,动环密封圈无法实现传动功能, 会使得动环与轴之间产生相对运动,造成 N2 泄漏、聚丙烯粉末泄漏并将螺杆密封表面磨损。经过多次试验和改进,终于制作出合适的动环密封圈。
    调节弹簧在筒体密封中主要有三个作用。第一是对密封端面产生一定的预紧力, 使密封端面在启动、 停车或介质压力波动时能保持良好的贴合。 第二是用来克服动环密封圈与轴直接的摩擦力,使动环部分轴向移动,以补偿密封端面磨损后形成的间隙。 第三就是对轴的跳动等引起的震动起一定的缓冲作用。 在此次改造中,弹簧采用 316 不锈钢材质制作,工作时弹簧力大小可由螺母进行调节。
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