涤纶纺丝计量泵常见故障分析及对策

郭洋洋，宋东东

（江苏德力化纤有限公司，江苏 宿迁 223800）

1 纺丝计量流程

计量泵传动系统（计量泵电机、减速箱、传动轴）→将军帽（联轴节）→计量泵→泵板→连接头→组件→喷丝板。

2 纺丝计量泵的结构及工作原理

目前，江苏德力化纤有限公司使用的计量泵为德国进口马尔双层行星齿轮泵，各层之间均属于端面密封，没有专门的密封材料。其从上到下的结构部件主要包括将军帽上盖板、石墨垫、将军帽衬套、计量泵顶板、齿轮板、中间隔板、计量泵底板，结构简图如图1所示。齿轮板又分上齿轮板和下齿轮板，上齿轮板内安装1个主齿和6个（或5个）从齿，分别称为上主齿和上从齿；下齿轮板内安装1个主齿和6个（或5个）从齿，分别称为下主齿和下从齿；齿轮板内齿轮呈行星分布，即从齿围绕主齿分布。

图1 计量泵结构

使用时，熔体经过进料口进入计量泵内，传动装置通过带动将军帽使计量泵运转，主齿与从齿啮合增压、计量分配熔体进入组件内，挤出成型且纤度均匀的丝条，使其纺成丝饼。

3 纺丝计量泵的规格

计量泵的规格按从齿数量进行区分，可以分为两种：12*A和10*A。12和10代表从齿数量，A指泵的排量。计量泵分上下两层，每层有1个主齿、6个（或5个）从齿，1个从齿对应一锭组件。

4 常见故障分析及对策

纺丝箱体的温度一般要求在280.00~290.00 ℃，将计量泵安装在箱体的泵座上，一般工作温度为280.00 ℃左右，根据产品规格的不同，其泵后压力在14~20 MPa，泵前压力在12~17 MPa。常见的设备故障如下。

4.1 卡泵

卡泵指计量泵不能运转，熔体经过计量泵时被强行切断，长丝生产立刻中断，丝饼未达到满卷质量，必须降等处理，否则影响生产效率和效益。其主要表现特征是泵销卡断（又称断销），细分为泵方面的卡住和将军帽卡住造成的断销或单纯的断销。造成卡泵的原因主要有以下4种。

（1）计量泵齿轮卡死。计量泵主齿与从齿的啮合非常精确，间隙非常小，当大颗粒杂质进入齿轮槽时会造成齿轮卡死，进而造成卡泵。

这种事故出现的概率极低，一般偶尔出现齿轮卡死的情况多是齿轮超负荷运转，超出了极限寿命，齿轮自身出现裂纹造成卡死，主要是在长丝生产过程中，计量泵的关停非常频繁，开启时泵受到较大的瞬时扭矩，在长期运转中，齿轮产生疲劳断裂，进而造成卡泵。

（2）长时间停纺，泵内熔体黏度增大。当纺位停纺时间过长时，熔体流动停滞，计量泵内温度下降，泵内熔体黏度增加，齿轮的传动阻力增大，进而造成卡泵。由于计量泵在箱体中处于半开放状态，上面使用可移动保温盖板封盖，计量泵在运转时，高温恒温的熔体源源不断地输入计量泵内，泵保持在高温恒温状态，一旦停纺时间延长，高温熔体只堵塞在泵的底部进料口处，泵的上段温度下降，一开纺，熔体经过上段，黏度下降，齿轮运行阻力增大，进而造成卡泵。

通过长期跟踪，统计相同纺位、相同规格产品情况下计量泵不同停纺时间的温度，统计得出数据：计量泵长时间（60 min）停纺，温度平均下降12.16 ℃；泵的温度下降趋势严重的临界点是15 min左右，之后泵的温度下降幅度较大。所以在面对长时间停纺纺位时，一是必须进行良好的保温，通过加盖保温条，减少泵的热量散失；二是每隔15 min排料1次，保证泵本体温度不会下降太多。

实验发现，这两种方法效果较好：加盖保温条后纺位停纺60 min后，计量泵温度平均下降4.67 ℃；而每15 min排料1次，停纺60 min之后，计量泵温度平均下降1.67 ℃。考虑到经济效益，在生产许可条件下，最终选择加盖保温条的方法。

（3）主轴干磨。计量泵主轴的润滑是熔体自润滑，当轴头处熔体降解使熔体无法润滑主轴轴头或者不出浆时，会导致主轴干磨，进而造成卡泵。

跟踪发现，主轴干磨的纺位均是不出浆的纺位，进一步测温发现，不出浆的纺位温度较正常纺位偏低，这样熔体在主轴处的黏度降低，熔体润滑通道不畅，出浆困难，主轴与轴套之间无法形成良好的润滑膜，进而导致摩擦力增加，温度不断升高，润滑熔体降解，导致润滑不良，形成恶性循环，直至卡泵发生。

面对主轴出浆不畅的纺位，解决方法还是溯源温度问题。通过在箱体泵座周围加装铝套和桥架，架空计量泵周边，利用烟囱效应，让箱体加热产生的热量不断上升至泵的上端，并且在铝套周边、上边和桥架上边填充保温条，其密封保温作用使箱体上升的热量不散失，最终保证计量泵本体温度适中，出浆明显好转，实验的6个纺位、5个纺位成功出浆。

通过改造，加装铝套、桥架和保温棉后，计量泵的本体上下温度偏差由之前的平均9.00 ℃降低到2.30 ℃，这样熔体黏度稳定，流动性良好，各部件之间的润滑得到保障，卡泵情况得以改善。

（4）计量泵锁紧力过大或锁紧施力不均。计量泵各泵板之间以及计量泵与泵座之间的密封均属于端面密封，依靠螺栓均匀锁紧并达到一定预紧力，使各端面之间互相挤压，形成良好的密封效果。但如果计量泵受力不均或受力过大，造成齿轮出现卡点或者计量泵内各密封间隙变小，润滑不畅，均会造成卡泵。

一般因计量泵锁紧力造成的卡泵都是0.9规格以下（如0.8/0.6）的计量泵，因为长时间在线运转，在高温状态下会出现热膨胀，而螺栓咬紧螺栓孔，导致泵板所受锁紧力增加；出现这种情况后，调整计量泵上机时的锁紧力矩（由之前的80 N·m调整为75 N·m），该现象消失。

4.2 断销

计量泵在设计传动系统时，采用泵销（即安全销）来保护计量泵和传动装置。一般在设计安全销时，其设计剪切扭矩值要小于计量泵所需要的最大驱动扭矩值，避免对计量泵齿轮或者主轴产生危害。江苏德力化纤有限公司目前使用的泵销规格有7种。当计量泵排量较大时，对应泵销的直径大，排量大的计量泵运转时所需克服的熔体阻力比排量小的计量泵大，所以泵销的剪切扭矩大、泵销直径大，当泵销选用错误时，可能会发生断销现象。

出现断销的主要原因有以下方面：（1）卡泵。当发生卡泵时，计量泵所需驱动扭矩大于泵销设定的剪切扭矩，进而发生断销。（2）将军帽与衬套卡死。将军帽内熔体降解，使传动轴头与将军帽间隙被填满，将军帽卡死在计量泵端面，导致断销。长期跟踪发现，计量泵出浆3~4个月，将军帽与传动轴头处熔体降解固化堆满在泵头处，堵塞熔体通道。为了减少这种现象导致的卡泵（断销），每3个月集中对所有计量泵将军帽处进行清浆，将降解固化的浆料清理干净，保持熔体通道通畅。（3）计量泵的急停急开。由于熔体的压力作用，计量泵电机处于关闭状态，依然会因为熔体带动力量泵转动而转动，导致喷丝板继续挤出熔体，所以电机设置了制动系统。急开急停使泵销受到瞬时冲击，可能会发生断销。通过电气面改造，减缓计量泵电机的启动和停机速度，该现象可得到有效缓解。（4）计量泵传动系统与计量泵对中偏差较大。对中不好，传动轴的输出效率下降，计量泵所需的输入扭矩不变，电机的输出扭矩增大，泵销所受剪切扭矩增大，超出自身剪切扭矩极限，进而发生断销。跟踪发现，对中偏差的计量泵往往有计量泵减速机振动大的现象，通过侧面使用照明将传动轴旋转影像照射在墙上，可以发现传动轴出现明显的挠性旋转，根据这一现象，及时停机对计量泵对中找正。（5）泵销设计安全系数过高。在理论设计中，为充分保护计量泵，将泵销的剪切扭矩极限设计得较小，而在实际生产中，计量泵并非在理想状态下运转，部分纺位计量泵运行阻力较大，使用对应规格泵销会发生断销。

目前，通过改进泵销（表1），一种是12*A计量泵泵销适当加大直径；另一种是10*A计量泵泵销直径不变，对泵销进行调质处理，增加强度。这两种方法均起到良好效果。

表1 计量泵所对应的泵销规格

4.3 色泽

产生色泽的原因有很多，如各处的熔体管道死角可能使停留此处的熔体降解，当被新的熔体带走纺丝成型时产生色泽。在计量泵方面，产生色泽的原因主要有以下方面。

（1）计量泵维修清洁不彻底。维修计量泵时未对熔体通道进行彻底清洁，有污染物附着在通道内被熔体带走，产生色泽。严格规范计量泵维修规程，使用超声设备清洗，去除死角内污垢。

（2）生产过程中的熔体压力波动。当熔体出现压力波动——熔体压力突然降低时，计量泵入口熔体流量不足，入口处产生负压，将泵头处污染的浆料吸入泵内，在齿轮的带动下进入熔体输出通道，产生色泽。

（3）上机含熔体的旧计量泵在预热炉内的预热时间过长。由于预热炉温度在320.00 ℃左右，而箱体温度一般在290.00 ℃左右，时间过长，熔体降解后碳化发黑，上机后排浆容易出现黑褐色杂质，且需排浆较长时间方可将计量泵内杂质排出。经过实验，选择预热2 h为宜。

4.4 纤度异常

纤度异常是指同一纺位的丝饼之间质量偏差较大。其产生的原因有很多，如分错丝、组件漏浆、喷丝板出丝不畅等。随着计量泵在线时间逐渐延长，齿轮的磨损情况逐渐显现出来，计量泵的纤度异常成为计量泵发生故障的主要原因，具体如下。

（1）计量泵端面密封不到位造成漏浆。维修计量泵时，各板端面打磨不够平整，或者安装时螺栓锁紧力矩不够。当泵板表面有杂质时，计量泵与泵板之间将会出现微小间隙，导致漏浆，出现纤度异常。

（2）齿轮和键的磨损。计量泵在长期生产过程中受到熔体和驱动系统的相互作用力，或者受到杂物污染，会出现齿轮和键的磨损，使泵的容积效率下降，导致纤度异常。

（3）计量泵的使用效率与泵前压力有关。当泵前压力小于2 MPa时，计量作用削弱，纤度降低。熔体管道较长，压力较大，熔体黏度大，则泵前压力低。但泵前压力也不宜过大，跟踪对比下机纺位计量泵，发现熔体压力高于18 MPa，齿轮的使用寿命明显缩短，拆卸大量纤度偏小下机的计量泵后发现，计量泵下齿轮磨损（齿尖存在明显倒角）。分析认为，高压力熔体经过计量泵进料口进入计量泵内，从底部润滑孔进入主轴底部，向上顶起主轴，带动下主齿向上，使主齿与中间隔板的间隙变小，磨损增大。结合工艺，在满足生产稳定的条件下，需最大限度地降低泵前压力。

（4）在计量泵更换过程中，将计量泵拆卸后，由于纺丝组件未拆卸，熔体从泵板输出孔溢出，清理不易，安装计量泵需要迅速，避免安装后相邻输出孔串联，导致生产中纤度异常。

涤纶熔体直纺设备，因连续生产，绝大部分齿轮磨损处于正常状况，设备管理方面需要加强原因分析，在精准维修方面下功夫，提高维修效率和准确率，确保修一台、好一台。

10*A系列计量泵上下齿与锭位对应关系如下：上齿为1、2、5、8、9，下齿为3、4、6、7、10。

*A系列计量泵上下齿与锭位对应关系注意点如下：（1）每个纺位对应两个计量泵（a泵、b泵）；（2）12锭组件对应24锭丝饼；（3）1~6锭组件对应a泵，7~12锭组件对应b泵；（4）第1锭组件对应1、2锭丝饼，第2锭组件对应3、4锭丝饼，以此类推。

按照以上注意点，12*A规格的计量泵主齿轮与丝饼对应关系如下。a泵：上齿为2、3、6、7、10、11，下齿为1、4、5、8、9、12；b泵：上齿为14、15、18、19、22、23，下齿为13、16、17、20、21、24。

在维修计量泵时，根据工艺提供的纤度异常锭位，结合计量泵结构判断可能会磨损的零部件，对其进行打磨或者更换。

5 结语

在长期对计量泵故障的处理过程中发现，计量泵温度偏低和轴头浆料碳化固化是引发计量泵故障最主要的原因。因此，需注重对计量泵的保温，并按周期对计量泵进行查浆、清浆，保证计量泵的正常运行，降低对生产质量的影响。