挤压机离合器速差原因分析

作者:黎龙贵 文章来源:PROCESS《流程工业》》 点击数:17 发布时间:2017-11-20
挤压机气动离合器速差过大会导致跳车频繁。
挤压机离合器速差原因分析

本文从机械、仪表、电气和工艺上多方面查找分析原因,解决速差问题。

事例

挤压造粒机组是集机、电、仪高度一体化的设备,自动化控制水平高。在实际运行中会出现多重故障,影响装置的前后工序正常运行,大大地降低了生产经济效益。某企业40万t/a聚丙烯装置使用的Coperion公司生产的ZSK380型双螺杆挤压机,配套主电机和变速箱为西门子的产品,离合器为Orpex生产,在运行过程中,多次发生主电机与变速箱之间的离合器速差,影响生产正常运行。该挤压机相关参数如表1所示。

工作原理

图1 离合器结构图

Orpex气动离合器是靠空气压力来连接,靠复归弹簧来脱开的联轴器。如图1所示,当接通电磁阀电源后压缩空气通过一端(减速机侧)管路进入离合器气缸(件5),活塞产生轴向移动,克服弹簧力推动中间盘与摩擦片(件6)及带轮平面之间压紧形成完整一体的联轴器。当电磁阀关闭时气压消失,摩擦片靠复位弹簧(件7)快速复位达到彻底分离,前后两轴可以各自旋转。

设置离合器有3个目的:1.减少主电机启动时的负载;2.当负载过大时保护主电机;3.方便挤压设备低转速排料。

故障现象

主电机与减速机之间连接为一气动离合器,在离合器的两侧有两速度探头,当两速度探头速差在30rpm时,DCS连锁动作,气压卸载,离合器脱离。

2016年12月17日,离合器出现滑差跳停,离合器脱不开,因该离合器已经使用3年,遂进行更换;2016年12月27日凌晨和上午,更换后的离合器发生两次滑差跳停。

原因分析及处理

因挤压机是机电仪一体高度集中的设备,一个故障现象可能源自各方面的原因,所以需要从机械、仪表和工艺等多方面着手查找问题原因。

图2  旋转接头剖视图

机械原因

离合器滑差首要查找因素便是机械上的问题。离合器摩擦片磨损严重,造成摩擦阻力减少会造成离合器打滑,这时需要更换离合器。而这次出现速差的离合器是刚换上的新离合器。对旧的离合器进行拆解,除了内部有大量灰尘外,离合器磨损程度一般。

旋转接头(图2)是气源和润滑油输送管路接头,与挤压机输入轴直连。在设备运行过程中,该接头的轴部分旋转,而外壳静止,径向走用于离合器离合的气,轴向是一路到变速箱的油。因该旋转接头轴承自润滑,在2016年4月发生轴承烧毁,导致内部气源软管扭曲打结的,内部气体不能回流导致离合器脱不开。从此次事件之后,每4~5个月更换一次旋转接头。

如图2中,该旋转接头旋转部分与静止部分有一环形尼龙材质填料,其与转动部分以及静止部分都存在间隙,因此存在漏气的可能,同样该接头上静止外壳有四个泄漏孔,用于泄漏气排放。

图3  离合器气控图

气动活塞是气源压力转化成摩擦力的关键部件。气动活塞内有两唇形密封环,长期使用会导致漏气。本次检修因没有该备件,所以未进行更换,事后发现存在离合器脱离时卡涩现象。向气缸内部注入少量轻质润滑油,卡涩现象有所缓解。现场未发现活塞存在漏气状况,将择机更换活塞密封环。

工艺原因

挤压机设计加工产量,现加工量50t/h, 按108%的负荷进行生产。粉料进入挤压机腔体前,在料仓部位有一栅栏板,其目的是防止金属垃圾进入腔体,造成腔体和螺杆损坏。尤其在新装置建成开车阶段,该栅栏必须设置,但在装置稳定运行一段时间后,物料系统基本清洁,栅栏存在的必要性降低,且其存在会阻碍粉料进入挤压机腔体,上面的沉积物料也会造成料仓料位过高报警,所以通常情况,会拆除栅栏板。栅栏板拆除可能会造成加工量的变化,但影响不大。

电气原因

挤压机主电机是西门子生产异步电动机,功率14700kW,转速1492rpm,提供最大扭矩94091N.M。因主电机带动变速箱起步扭矩较大,故在开车阶段,盘车电机带动变速箱低速启动,再与启动后的电机进行耦合。因为滑差时电机储运运行状态,从工作原理上分析,滑差原因同电机没有关系。

仪表原因

挤压机厂房引入仪表风经过仪表调压控制在3.9-5.0bar之间,供离合器气动活塞使用,现场采用电磁阀控制气路的进出。

另在离合器的两侧正下方有两个转速探头,分别检测电机端和变速箱输入转速。滑差通过两个探头检测出,当两探头速度差在2分钟4转以上时,挤压机联锁跳车。这两测速探头安装位置距离联轴器测量块6~8mm。考虑支撑板太薄变形对探头影响,每次检修后都需重新测量调整间距。

图3是离合器气控图。有高低压两路气控。挤压机启动初期离合器扭矩很大,远高于运行时的扭矩,此时,高低压两路气控同时开启,离合器以大扭矩联动电机和变速机。10 s后,高压气源关闭,离合器以较低扭矩进行工作。

图4为该离合器气压与扭矩对应关系图。根据线性规划,得出离合器扭矩与仪表气压的关系T=32678P-28772.8,因此测算出电机最大扭矩时对应的仪表气压为0.376mpa,但是现场使用0.39mpa的气压出现了滑差现象,在整个气路系统中的任一节点存在气体泄漏,会导致离合器活塞闭合力不够,从而致使离合器打滑。

图4 离合器气压扭矩图

现场可能存在气体泄漏的点还有电磁阀接头、旋转接头和离合器活塞。检测后,需要重新更换电磁阀、紧固接头、更滑旋转接头以及气路设置压力变速器至远程监控,同时将气压提高至0.43mpa。

结语

经过更换气路元件后,压力变送器未监测出压降,经过半年运行,挤压机再未出现过运行中打滑的状况,问题得到解决。

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