关键词：挤压造粒机摩擦离合器摩擦片故障
某石化公司聚乙烯装置挤压造粒机(以下简称挤压机)21/22M840型号为CMP-230X-9AW,聚丙烯装置挤压造粒机EX801型号为CMP-230X-12AW,都是日本JSW公司制造的双速双螺杆单支撑挤压机,均选用德国Desch公司生产的PlanoxPPF243RA-OrpexF630型摩擦离合器。
3台挤压机技术参数见表1。
表13台挤压机技术参数
1摩擦离合器
摩擦离合器安装在每台挤压机主电机和主减速箱之间,主要作用是将主电机的运转扭矩传递到主减速箱,并且还要保证在挤压机螺杆过载或减速器卡阻时能够迅速脱开,停止扭矩的传递,避免主电机和主减速箱出现不可控的设备故障。摩擦离合器扭矩传递可靠、操作简单、拆装维护方便,是挤压机组主电机与主减速箱之间常见的一种安全联轴器。目前科倍隆挤压机ZSK380、ZSK320等机型也选用了摩擦离合器。
1.1摩擦离合器的结构【1】
摩擦离合器系统主要由气动执行单元、滑移/同步监视单元和摩擦离合器3部分组成(见图1)。气动执行单元由减压阀、电磁阀、调速器等组成,主要用于控制进入摩擦离合器活塞的风压。挤压机摩擦离合器主要涉及3种风压的控制,分别是启动风压、高速风压和低速风压,以确保挤压机在不同载荷下安全运行。滑移/同步监视单元由速度传感器和监控单元组成。在摩擦离合器主动轮和从动轮安装转速探头测量联轴器两端的转速,通过测速卡件计算测得的联轴器两端转速信号的差值,并在集散控制系统(以下简称DCS)中设置联锁值,若转速差值大,则说明摩擦离合器摩擦片与盘之间存在相对滑移,摩擦片磨损,甚至有全面损坏的危险,一旦达到联锁值,就会联锁停主电机。通常情况下,摩擦离合器的滑差联锁值为4(r·min-1)/2min。
1—调速器;2—隔膜压力控制器;3—手动阀;4—启动风压电磁阀;5—高速风压电磁阀;6—高压减压阀;7—低速风压电磁阀;8—低压减压阀;9—系统风压减压阀;10—滑移泄压电磁阀;11—仪表风过滤器;12—润滑油雾化器;13—旋转接头
图1CMP-230X型挤压机摩擦离合器气动控制单元
摩擦离合器主要由主动轮和从动轮两部分组成(见图2),其中,主动轮部分由榖体、内齿圈、橡胶弹性块等组成,从动轮部分由联轴器缸体、活塞、压力盘、摩擦盘、摩擦片组件等组成。活塞在气缸中自由移动冲击压板盘,使摩擦片与从动轮贴合并通过摩擦力传递扭矩。
1—联轴器缸体;2—螺栓;3—活塞;4—压力盘;5—摩擦片组件;6—摩擦盘;7—内齿圈;8—外齿榖;9—弹簧;10—橡胶弹性块;11—主动端榖体
图2摩擦离合器结构示意
1.2摩擦离合器工作原理
仪表风通过开车电机减速箱输出轴末端,经凸轮离合器,再经主减速箱输入轴进入摩擦离合器的活塞,在仪表风的作用下,活塞推动压板施加压力,使摩擦片与摩擦盘紧密贴合;电机扭矩通过橡胶弹性块传递到内齿圈,内齿圈又将扭矩通过摩擦片和摩擦盘的外齿传递给主减速箱输入轴,从而实现扭矩传递。仪表风持续作用下的活塞缸轴向位移可自动补偿摩擦片的磨损量,从而保证摩擦离合器的正常运行。
气动执行单元、滑移/同步监视单元是摩擦离合器的控制系统。滑移/同步监视单元接收速度传感器测得的离合器主动轮和从动轮的转速并发出脉冲信号,通过DCS计算速度差值,然后由输出继电器发出信号。输出继电器控制电磁阀4、5、7、10的开关;由减压阀6、8、9调压后的仪表风通过电磁阀4、5、7、10的开关,控制减压阀2的开度,从而控制进入摩擦离合器活塞中的仪表风的量。
图3摩擦离合器传递扭矩与供气压力关系曲线
2摩擦离合器运行情况
聚乙烯、聚丙烯装置3台JSW挤压机从1995年运行以来,曾多次因摩擦离合器故障导致挤压机停机,最近一次为2022年1月。此次故障中,聚丙烯装置EX801挤压机摩擦离合器因挤压机负荷突然增加导致摩擦片异常磨损灼烧。停机解体摩擦离合器发现非金属摩擦片表面碳化,需更换摩擦片。2015～2022年摩擦离合器检修情况见表2。
表22015～2022年摩擦离合器检修情况
3摩擦离合器故障分析及处理
3.1仪表原因
3.1.1仪表误动作
聚丙烯装置EX801挤压机因控制摩擦离合器的监视器和速度传感器故障,误发停车信号导致挤压机停车。为排除由于仪表误动作造成的摩擦离合器滑脱,需对现场速度传感器及二次仪表进行检查。通过对现场速度传感器安装位置进行检查,发现探头与贴片的距离较大,而且与贴片不是正对,两者之间偏离近50%。这种情况导致速度传感器不能正常地检测两者的转速,发出了误报信号。调整速度传感器与贴片的位置后,经检测发现,输出电压仍然达不到要求值,说明速度传感器故障可能性很大。更换传感器后故障消除。
3.1.2仪表阀门故障
2009年5月,EX801挤压机摩擦离合器的“滑差”报警联锁动作,连续3次未开机成功,在后续运行中发现仪表风压控制系统电磁阀的继电器存在故障,更换后,仍存在“滑差”联锁停机现象,经检查发现,高速风压电磁阀5未动作,更换电磁阀5后开机正常。由此可见,在日常维护过程中,应注意气动执行单元的仪表阀门的维护,必要时应进行预防性更换。
3台挤压机的摩擦离合器隔膜压力控制器2均采用TACO生产的R53-201-MOBO型控制器。该控制器工作性能稳定,但经过20多年的使用,存在内部密封件老化情况,腔体压力平衡状况差,部分工况控制器输出压力有缓慢下降,如果日常检查不能及时发现压力下降问题,将会因工作压力不足造成摩擦离合器打滑。在无配件更换的情况下,可适当提高操作风压,以避免压力下降造成的风险。
3.1.3仪表逻辑问题
2017年9月,EX801挤压机因“滑差”报警动作,导致挤压机停机。停机时,摩擦离合器处烟气大。解体检查发现,摩擦片表面磨损严重,部分摩擦片表面的摩擦副出现大面积脱落。摩擦副厚度约2mm,部分部位摩擦材料已完全剥落(见图4)。造成这次摩擦片磨损的主要原因是,“滑差”报警出现后,延时30s主电机才会停机,而主电机在这30s内的继续运转导致了摩擦片的加速磨损。因此在机组长期运行过程中,对发生的故障要重新进行风险评估,确定逻辑功能是否满足设计要求。
图4摩擦片磨损情况
3.2机械原因
3.2.1旋转接头故障【2-3】
旋转接头是通过空心轴将气动执行单元的仪表风输送给摩擦离合器活塞的一种特殊连接件(见图5),一端与气动执行单元出来的仪表风软管连接,另一端与空心轴连接,其内部有一球轴承和机械密封,通过气动执行单元的润滑油雾化器带出来的润滑油对轴承和机械密封摩擦副进行润滑。
图5挤压机旋转接头外形
如果润滑油雾化器出现故障或无润滑油,润滑油就进入不到仪表风中,这时机械密封动、静环摩擦副和球轴承润滑效果就会变差,造成摩擦副和球轴承磨损严重、密封面处泄漏,使得气源压力下降,进而导致摩擦离合器滑脱,而球轴承雾润滑则会导致轴承卡涩、旋转接头与空心轴旋转不同步、旋转接头出现抖动,并最终因旋转接头漏风、漏油造成挤压机“滑差”联锁动作停机。2008年21/22M840挤压机因旋转接头泄漏导致摩擦离合器滑脱的事故就高达7次。
因此需定期对润滑油雾化器进行彻底检查、清理,若雾化器较脏,就会加速旋转接头动、静环的磨损。目前旋转接头按照机械密封使用寿命管理,更换过对摩擦副和经O形圈材质升级过的国产旋转接头,其使用寿命完全可满足25000h的要求。
3.2.2联轴器安装存在偏差【4】
摩擦离合器对中时,首先要确定主、从靠背轮端面间距为263.5mm(见图6),并采用双表法分两次对主电机轴与减速箱输入轴进行对中。第一次在摩擦离合器安装前,此时,需检查电机联轴器靠背轮端面和径向跳动(见图6),要求端面跳动<0.06mm,径向跳动<0.05mm;第二次对中在摩擦离合器安装后,此时,需对联轴器对中进行复测(见图7),主动端榖体端面跳动不得大于0.14mm,径向跳动不得大于0.35mm。进行2次联轴器对中的目的是为了确保对中精度,延长离合器使用寿命。
图6摩擦离合器安装前对中
图7摩擦离合器安装后对中
3.2.3摩擦离合器部件故障
摩擦离合器活塞O形密封圈失效会导致活塞推力降低,使其通过压板传递给摩擦片的力减小,摩擦力也相应减小,这时,摩擦片在挤压机高负荷下就会出现速度差,加速摩擦片磨损。因此摩擦离合器活塞部分的密封件需定期更换。
摩擦离合器长期运行过程中,其摩擦片表面耐磨材料和外齿均会出现磨损(见图8),这属于正常磨损,但也会导致摩擦力降低,因此需及时更换新的摩擦片。
图8摩擦片和内齿圈磨损情况
此外,摩擦片和摩擦盘安装时还应注意不得沾上油脂,以免降低摩擦力,导致摩擦离合器打滑。
3.3工艺原因
从摩擦离合器的结构(见图2)可以看出,摩擦片为串联安装。其扭矩计算【5】见式(1)。
(1)
式中:M——传递扭矩,N·m;
P——气源压力,MPa;
F1——活塞作用面积,m2;
i——摩擦面对数;
f——摩擦片的摩擦系数;
DP——摩擦片平均直径,m;
K——工作情况系数。
由式(1)可以看出,传递扭矩M与气源压力P、摩擦片的摩擦系数f、摩擦片平均直径DP成正比,与工作情况系数K成反比。
随着近年来新产品的开发,各种物料性质发生变化,有的粉料流动性很差,导致粉料下料不均,会出现负荷突增的情况。这种情况下,摩擦离合器所需传递扭矩增大,而摩擦片和风压等参数没有变化,因此就会导致摩擦离合器出现打滑直至“滑差”联锁动作停机。
此外,还有误操作、产品变更、产品质量等原因,都会导致挤压机频繁开、停机,使摩擦片遭受过多冲击载荷,加速摩擦片的损坏。
4结论及建议
本文对造成摩擦离合器常见故障的原因进行了详细分析,并对各种故障的处理方法进行总结,进而制定出挤压机摩擦离合器的特护措施,解决了摩擦离合器频繁故障的难题。为确保挤压机安、稳、长运行,还需持续做好以下工作:
1)优化操作,减少挤压机开、停车次数,特别是必须严格控制挤压机的筒体温度和筒体间隙。
2)利用每次挤压机计划停机机会,一是对摩擦离合器气动执行单元等部件进行检查、消缺,二是清理挤压机下料秤及管线,避免附着的粉料或块料突然脱落导致挤压机负荷突增。
3)定期对摩擦离合器进行解体检查,特别是检查摩擦片、摩擦盘和内齿圈的磨损情况;定期更换活塞缸密封件。