摘要：某腈綸廠紡絲定型機輸入輥的盤根密封采用碳纖維替代石棉材質(zhì)后，出現(xiàn)泄漏和過載引起生產(chǎn)波動的情況。文中針對使用的盤根進行了分析，提出了改進措施。采用穿心編織替代原夾心編織方式，采用預(yù)壓環(huán)形替代手工切割填充的安裝方式，有效解決了盤根泄漏問題，確保了裝置的長周期運行。

　　關(guān)鍵詞：濕法紡絲; 連續(xù)定型機; 盤根; 改進

　　某腈綸廠 10 kt/a 濕法紡絲生產(chǎn)線，采用連續(xù)蒸汽定型生產(chǎn)技術(shù)。經(jīng)過干燥致密化后，纖維的服用性能還較差，需要通過定型進一步改善纖維的超分子結(jié)構(gòu)。熱定型的目的是提高纖維形狀穩(wěn)定性(或尺寸穩(wěn)定型)，形狀穩(wěn)定性可以用腈綸在沸水中的收縮率來衡量，收縮率越小，說明纖維在加工過程中和服用過程中遇到濕熱處理(洗滌)時，織物不易變形。進一步改善腈綸纖維的機械性能(勾結(jié)強度和伸度) 及改善纖維的染色性。

　　1 設(shè)備結(jié)構(gòu)與設(shè)計參數(shù)

　　(1)定型機設(shè)備結(jié)構(gòu)

　　絲束入口密封：輥式密封充水; 絲束出口密封：板式密封充水。

　　定型機輸入輥盤根規(guī)格：

　　104 mm×70 mm×17 mm。

　　數(shù)量：每個密封點安裝8道盤根。

　　種類:原設(shè)計采用石棉盤根。

　　安裝方式:逐根手工添加。

　　盤根腔深度：140 mm。

　　定型機主動輥外部、 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別見圖1，2。

　　(2)設(shè)計參數(shù)

　　該定型機的單機總功率：9.95 kW; 介質(zhì)為蒸汽+水; 總體長度為 23 200 mm、寬度為 2 258 mm、高度為3 830 mm; 設(shè)計壓力：0.35 MPa; 工作壓力：0.15~0.25 MPa; 停留時間：50 s; 定型機內(nèi)收縮：20.1%~29.5%，溫度： 130~142 ℃。

　　2 故障現(xiàn)象

　　原設(shè)計采用石棉填料。石棉因其耐熱性、耐磨性、耐化學(xué)品和強度均較好，而價格又低，長期以來作為泵和閥門的填料材料[1]。通過添加不同的潤滑劑改善性能，如用礦物油并混合石墨或二硫化鉬等固體潤滑劑提高石棉纖維本身的致密性和減少對軸的磨損。采用浸漬聚四氟乙烯乳液的方法，一方面加強它的化學(xué)穩(wěn)定性，另一方面聚四氟乙烯的自潤滑性可減輕軸的磨損。但石棉填料使用后會發(fā)生體積減少和變硬的現(xiàn)象，影響密封性能，尤其是它的致癌性危害人體健康，近年來已經(jīng)停止使用。在連續(xù)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)未達到預(yù)期的一個半月的運行周期提前檢修更換，泄漏嚴重緊固效果不明顯，緊固量大導(dǎo)致過載跳車保護。

　　3 盤根泄漏原因分析

　　(1)結(jié)構(gòu)形式不適應(yīng)采用夾心編織， 外層采用耐磨的芳綸纖維， 內(nèi)層采用耐高溫的碳纖維。這類填料致密性好，密封性能也較好， 然而由于套層之間易發(fā)生脫層而失去密封作用， 故只適合低參數(shù)場合， 如管道法蘭的靜密封或閥門桿密封等[2]。

　　(2)選型不合適

　　芳綸纖維又稱芳香族聚肽胺纖維， 其商品名為 Kevler纖維。這種纖維強度高、 密度低、 彈性好、耐燃燒、耐磨損， 因此其編織的填料具有很好的穩(wěn)定性、 耐磨性和耐熱性。不足是導(dǎo)熱性差、 潤滑性差、 價格高。介質(zhì)泄露較少導(dǎo)致潤滑不足時， 易產(chǎn)生燒損。碳素纖維含 95%以上的碳， 具有很好的耐熱性。具有較小的摩擦系數(shù)， 對軸的磨損小。碳素纖維適用于熱水等， 不適合于蒸汽環(huán)境[3]。

　　(3)失效原因分析

　　軟填料密封具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、加工方便和使用方位廣的優(yōu)點。缺點是軟填料是通過壓蓋與壓蓋螺栓而達到軸向壓緊，并發(fā)生軸向和徑向變形，使?jié)櫥瑒┍粩D出，軟填料與軸和箱體緊密接觸，將間隙填塞而達到密封。因此填料與軸表面的摩擦和磨損較大，造成材料和功率消耗也大。為了潤滑摩擦部位并帶出摩擦熱，降低材料消耗，延長使用壽命，填料密封要允許有一定的泄漏。因此對于定型機轉(zhuǎn)速高、密封要求嚴、壽命要求長的場合，軟填料密封就不能滿足全部要求[4]。由于外層的芳綸纖維被磨損，造成內(nèi)部的碳纖維隨著轉(zhuǎn)動擠入軸與下層盤根之間，導(dǎo)致摩擦加劇，電流上升，直到超載跳車。定型機原夾心編結(jié)盤根磨損情況見圖3。

　　4 盤根密封改進措施

　　(1)結(jié)構(gòu)改進

　　采用穿心編織方法。形成致密均勻的整體結(jié)構(gòu)，因而彈性好、 強度高、耐磨性和密封性好。內(nèi)層磨損，只是通過軸向壓緊盤根，增加徑向的形變，補充了磨損的消耗量。也可以采用將芳綸纖維絲邊編織在其它填料的四角，既發(fā)揮了芳綸材料的高強度和耐磨好的優(yōu)點，又彌補了其導(dǎo)熱性、潤滑性差和價格較高的不足，尤其適用在有磨粒介質(zhì)的場合，見圖4。

　　(2)進行材質(zhì)優(yōu)化選型

　　盤根材料的選用 蒸汽<280 ℃ 推薦使用(耐介質(zhì)性好)的柱塞泵用填料： 石墨纖維編織盤根、膨脹石墨盤根; 可以使用(耐介質(zhì))的旋轉(zhuǎn)泵用填料： 高碳纖維編織盤根、 膨脹四氟盤根、 GORE、 石墨增強四氟盤根 [5]。采用碳纖維， 也可以采用復(fù)合材料。碳素纖維或石墨纖維填料，石墨纖維含碳量達到 99%以上， 因而具有極好的抗化學(xué)性和散熱性， 可在 400 ℃以上的溫度， 很高的壓力和速度條件下工作。

　　(3)安裝和維護改進

　?、?小進量緊固。每次進行微小的調(diào)整， 保持微量泄漏和實現(xiàn)潤滑的平衡。

　?、?定期進行檢查和調(diào)整。鉗工結(jié)合包機進行定期檢查和調(diào)整， 當班人員巡檢并及時聯(lián)系保全人員處理泄漏情況。

　?、?計劃檢修進行檢查和維護。利用停工的機會有針對性的檢修和更換。

　　5 泄漏量控制

　　代入實際運行數(shù)據(jù)，泄漏量q = 0.018 36 m3/s2016年 4月在生產(chǎn)一線定型機更換成預(yù)壓成型穿心編織的高彈纖維和石墨纖維環(huán)，經(jīng)過試用檢驗，泄漏量在可接受范圍內(nèi)。剛開車使用水進行冷卻，工況穩(wěn)定停止用水。生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和可靠性得到提升，檢修工作量逐漸降低，見圖5。

　　6 結(jié)束語

　　針對使用的盤根應(yīng)用情況進行分析，確定改進措施，采用穿心編織替代原夾心編織方式，采用預(yù)壓環(huán)形替代手工切割填充的安裝方式，解決了盤根泄漏問題。經(jīng)過生產(chǎn)檢驗，逐漸對其他生產(chǎn)線進行推廣使用。

　　【參考文獻】

　　[1]付平， 常德功.密封設(shè)計手冊 [M] .北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2009： 18-20.

　　[2]柴立平.泵選用手冊 [M] .北京： 機械工業(yè)出版社， 2009： 11-13.

　　[3]成大先.機械設(shè)計手冊 [M] .北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2004： 42-43.

　　[4]張建中.石油化工密封技術(shù) [M] .北京： 中國科學(xué)技術(shù)出版社，1994： 39-43.

　　[5]陳云龍. 淺談石油化工泵用機械密封技術(shù)的選擇與發(fā)展 [J] .中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012，32 (3)：104.

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