捏合型双螺杆挤压造粒机浅析及维护

赵瑞

摘要：主要介绍ZSK 350挤压造粒机主要组成部分;挤出过程参变量;筒体结构选用;设备维护;常见故障停车方法及处理办法，优化系统控制，使设备尽可能大的发挥生产效益，保证安全平稳连续运行。

关键词：设备维护;工作原理;结构选用;故障停车处理

0  引言

本公司选用德国CWP公司生产的ZSK 350捏合型同向旋转双螺杆挤压造粒机。挤压机各段筒体温度为200-290℃（开车阶段温度控制：2段筒体温度>170℃，3-9段>190℃），整套挤压机变量多，连锁复杂，不易操作等特点，使得后期的设备维护尤为重要。

1  挤压造粒机

1.1 挤压造粒机主要部位及参数介绍

挤压造粒机主要组成：

①传动系统：开车电机、开车电机减速器、摩擦离合器、主电机;

②挤压系统：筒体、螺杆;

③节流开车阀;

④换网器;

⑤熔融泵;

⑥切粒机;

⑦粒料处理系统及切粒水系统。

主电机、熔融泵电机、切粒机为三大重要机组，其中主电机为固定转速1480rpm，熔融泵电机和切粒机均为变频电机，利用操作站可以调整，熔融泵设定一定的入口压力，通过入口压力调整熔融泵转速。切粒机通过操作站手动输入，切刀为36把时，设定开车转速为400rpm，后续生产过程中通过观察粒料的颗粒大小，进行调整。即当粒料颗粒略大时，提高切粒机转速，反之降低。

1.2 捏合型双螺杆挤压机的工作原理

挤压机螺杆由三个大区组成：进料段、混炼剪切段和出料段。在出料段下游有一个节流阀。物料通过料斗由重力落到进料段，在筒体内由三种摩擦热和筒体传递的热量来加热物料，物料在部分熔融态的状态下通过混炼剪切段，由螺杆的动能将无联系的聚丙烯粉料挤压为有联系的熔融树脂送到下游。节流阀安装在筒体的出口，抑制熔融树脂流到下游设备。当节流阀打开，形成一个窄缝时，具有较高能量的熔体会被挤出，送往下游。在节流阀下游有换向阀，可以选择将熔融树脂排向地面或者进入后续熔融泵中，这么做的好处是可以检查熔融树脂的状态，确保进入后续系统中的树脂具有良好的品质，另外在开车时用于排空筒体内部的残留料或者使筒体具有高的充满度，为冲模建立良好的条件。

想要得到好的粒形，模板温度控制、水温、进刀压力、切刀的质量（平坦度）、切刀与模板的间隙、切刀磨损等条件控制尤为重要。定期停车检查刀况，也是设备养护的重要手段。

1.3 挤压机常见故障停车及处理办法

①主电机线组温度高报停车，系主电机换热器循环水测堵塞，导致换热能力丢失。

②输送风机故障停车，备用风机启动失败，迫使挤压机停车。处理方法：联系电气及机修人员，及时修复。

③切粒机缠刀导致挤压机停车，系切粒机进刀压力丢失导致，清理水室后重新开车成功。

④振动筛网损坏导致挤压机停车，换新网后重新开车。

⑤干燥器高扭矩导致挤压机停车，具体原因为振动筛振动频率低，导致下料不畅，挤压机连锁停车。

⑥脱气仓下部旋阀偷停，导致主电机低扭矩停车。

⑦大小粒严重超标，手动停车更换模板和切粒机切刀。

⑧挤压机熔融泵电机扭矩高引发停车，联系电气处理故障，复位报警。

2  挤出过程参变量

2.1 温度

温度是挤出过程的得以顺利进行的重要条件之一。物料从粉料颗粒到最后的成型为制品需要经历一个复杂的温度变化过程。物料由固态变为熔融态，需要热量。挤出过程热量的来源有两个：

①物料与物料之间、物料与筒体之间、物料与螺杆之间的摩擦热和物料受剪切而生成的热量。

②筒体外部加热传给物料的热量。

在加料口处，为保证物料的瞬间加入，必须保持固体的摩擦性质，因而一段筒体不但不需要加热，反而需要冷却。在加料口的下端，筒体温度需升高，使物料熔融。

熔融后，温度不宜过高，防止物料过于分散，不利于物料挤出。故合理控制温度显得尤为重要，也是挤出过程的重要环节。

2.2 填充率的意义

输送段：表明物料与螺杆和筒体的接触情况，因而表明由筒体吸收热量的情况。

熔融段：表明物料受剪切的强弱。

排气段：表明物料自由表面积的大小和排气效果的好坏。

均化加压段：表明螺杆内是否建立起压力。

2.3 压力

压力的建立：只有填充率等于1的区段，才有可能建立起压力。

压力的分布：沿螺杆轴线方向只有一个压力分布曲线。

影响压力的因素：不同的螺杆元件，建立的压力能力是不同的。

2.4 能量

热能、压力能和剪切能是由加热单元的热能和驱动螺杆的机械能转化而来的。这些能量一部分为熔融树脂、制作成品所利用，一部分作为热量损失而损失掉。

3  筒体结构选择

筒体是挤出单元的重要部件。分为九段筒体，分别是输送区、塑化区、混炼剪切区、脱气区、均化区、加压区。配有油加热和油冷却系统，脱盐水冷却系统仅为一段筒体冷却，其他各段均为热油和冷油冷却，介質为导热油，加热方式采用电加热器加热方式。一段筒体驱动端配有专用的WOODEX密封（螺杆密封），使用低压氮气作为密封，脱气系统带有三个脱气罐和特殊设计的脱气口。外操在巡检时，要密切关注螺杆密封压力及氮气流量，若氮气压力丢失，调整氮气流量控制阀和连接螺栓螺母到氮气建立有压力。检查密封面温度，出现局部高温情况，调整氮气流量。有轻微泄漏情况，调整连接螺母，保持密封面在同一水平面。筒体和螺杆共同组成了挤压机的挤压单元，完成对粉料的加料、混炼剪切和输送的过程。

筒体的结构形式关系到热量传递的稳定性和均匀性，筒体的操作正常与否也会影响整个机组的正常运行和产品质量。采用矩形截面，保证机筒内、外壁之间的热量传递均匀，使8字形孔区的温度波动达到最小值。矩形截面机筒的顶端与内壁的温差在25-50℃之间，而圆形截面机筒上的温差达到80-110℃，即使进行机筒外套冷却，温差也依然存在。

4  设备的维护

保障设备的安稳长满优运行要做好设备管理，设备的管理重点则是设备的正常维护。通过有效、定时的设备维护可以使设备得到良好的运行环境，从而使隐患消灭于萌芽之中。

设备维护说白了就是通过不同的手段和方法，使设备处于完好的状态的过程。大概包括：

①及时处理运行中随机出现的问题。

②改变设备的运行条件。

③提高设备的使用寿命。

④避免一切不必要的损失。

针对以上问题，特制定以下几条措施：

4.1 造粒主操做好实时监控

造粒主操应时刻监控设备的各项参数，包括主电机扭矩和轴温、主电机转速、熔融泵电机扭矩和轴温、熔融泵转速、各筒体温度、模板温度、切粒机转速、切粒机扭矩、进刀量等。发现问题及时调整并通知设备管理人员。

4.2 做好设备的使用管理

①设备在调整参数和改变某种状态时，要做好记录，并告知设备管理人员备案。

②设备运行中，设备定期切换或设备异常切换时，要做好记录，填好设备切换操作卡，并告知设备管理人员备案。

③员工对设备理解有所不同，相应对操作人员进行上岗培训，使其熟知并了解设备原理和生产工艺。

④设备管理人员应编写和更新各项操作卡，使操作人员按操作卡执行，避免产生不必要的损失。

4.3 做好设备的维护管理

4.3.1 日常维护

设备日常维护包括日保养和周保养。日保养主要由操作人员当班进行，检查交接班记录、按照补油管理规定对设备进行补油、检查机组的现场情况是否有漏油漏料等、检查产品粒的品质、打扫现场卫生、整理工具。

周保养主要为定期清理添加剂卸料泵内部、清理主电机循环水过滤器、清理熔融泵电机循环水过滤器、按周期切换备用泵、给筒体导热油罐和熔融泵导热油罐及模板出料段导热油罐补油、清理各风机的入口过滤器。

4.3.2 小检修维护

小检修维护主要有更换切粒机切刀和模板、更换干燥器滤网、更换螺杆密封元件、校验自动阀门灵敏度、检查正压通风、检查抽湿风机入口过滤器等。

4.3.3 大检修维护

大检修维护主要有主齿轮箱大修、减速器维修、更换螺杆密封、更换筒体导热油、更换模板出料段导热油、更换熔融泵导热油、切粒机维修、清理切粒水箱、清理造粒污水池、振动器检修、干燥器检修、更换切粒机液压油等。

设备保养维护是设备长期稳定运行的基础、是保持设备处于完好状态的重要手段。因此，设备的保养工作要强制执行，并检查督促，保证设备的正常运行。

参考文献：

[1]詹姆斯L.怀特（James L.White），金永奎（Eung K.Kim）.雙螺杆挤出—技术与原理.

[2]郁君平.设备管理.

[3]朱复华.螺杆设计及其理论基础[M].北京：中国轻工业出版社，2004：32-33.

[4]朱复华.挤压理论及应用[M].北京：中国轻工业出版社，2001：12-14.