聚酯树脂新型给料系统的设计

穆洪彪孙迎波

（杭州中法实业股份有限公司）（核工业二四二地质大队）

聚酯树脂新型给料系统的设计

穆洪彪*孙迎波

（杭州中法实业股份有限公司）（核工业二四二地质大队）

阐述了一种新型聚酯树脂给料系统。通过采用大容量电子称料仓，增加输料螺杆旋转定位装置、料仓出料管旋转装置以及接口气动密封，改善了作业环境，提高了生产效率及产品质量。

聚酯树脂给料系统螺杆定位装置料仓出料管气动密封

0　前言

目前，国内的聚酯树脂生产企业对生产所需的主、辅原料均采用移动料桶供料，料桶与反应釜一一对应，通过螺杆输送完成供料。这种供料方式易产生粉尘外泄和投错料等风险。因此我们研发了一种新的给料系统，并在一家工厂搬迁时进行了实际应用。

1　原聚酯树脂生产给料系统

如图1所示，原供料系统由移动料桶1、送料螺杆3、4、6和反应釜2、5、7组成。工作流程：原材料由移动料桶在电子枰上称重后，利用电动葫芦把料桶吊至与反应釜一一对应的送料螺杆的进料口上方，料桶放置在料桶架上，由人工将料桶阀门打开，原料进入螺杆进料口（开式放料，原料粉尘外泄），通过送料螺杆把物料送入反应釜内。

这种输料方式存在如下的缺点：

（1）开式放料，有害原料粉尘外泄，对操作人员的身体健康产生一定的危害。

（2）料桶定位及料桶阀门的开关均为手工操作，存在着料桶碰撞操作人员的风险，生产效率较低。

（3）各种原材料共用移动料桶，产生交叉污染，对产品质量有一定的影响。

（4）由于反应釜容量较大，需用移动料桶对同一种原料进行多次供料计量，存在着计量错误和误投料的风险。

图1　原反应釜螺杆供料系统

2　改进的聚酯树脂给料系统

2.1改进的聚酯树脂给料系统的组成及流程

如图2所示，改进的聚酯树脂给料系统主要由电子称料仓（主料仓1、辅料仓2）、两个料仓输料装置（螺杆旋转定位装置10、料仓出料管旋转装置4）和料管接口密封装置6四部分组成。

图2　新型反应釜固体供料系统

主料投料流程：反应釜所需的主要原料经主料仓的主料仓螺杆8、气动密封装置6进入在输料前已定位的旋转螺杆9内，在旋转螺杆的推动下经气动密封装置（反应釜）13进入反应釜内。

辅料投料流程：辅料在辅料仓中称量完成后，打开闸板阀3经料管旋转装置4、斜料管5和气动密封装置（反应釜）进入反应釜内。

2.2给料系统中各组成部分的设计

2.2.1电子称料仓的设计

设计要点：按每釜反应所需的最多主、辅料质量设计电子称料仓的容积，可规避因分次投料、计量、汇总产生的投错料风险；料仓的形状有一个设计成竖直向下的侧面，以利于物料进入输料通道。

2.2.2料管旋转装置的设计

如图3所示，由连接套法兰7、内筒轴9、无油润滑轴承1、平面自润滑轴承10、轴承座3、出料管法兰11、限位螺丝8和定位圈6组成。

图3　料管旋转装置

工作原理：连接套法兰与料仓闸板阀相连接，通过限位螺丝与内筒轴固定连接，轴承座2与内筒轴放置自润滑轴承1和10起减摩作用，轴承座与出料法兰通过外六角螺栓3连接，在内筒轴和出料管法兰间安装定位圈，限定这两个部件的间隙（一般取0.3～0.5 mm），轴承座、定位圈和出料管法兰一起可绕内筒轴转动。

2.2.3主料仓输料螺杆和旋转螺杆的设计

设计要点：旋转螺杆的输料效率应大于主料仓螺杆的效率10%～15%；尽量使旋转螺杆的旋转中心与旋转螺杆的重心在同一位置，这样可改善螺杆旋转装置的主轴受力状况。

2.2.4气动密封装置的设计

如图4所示，气动密封装置由气缸1、空心轴2、导向套7、导向带6、防尘圈8、连接板3和密封接口10等零部件组成。

图4　气动密封装置（螺杆）

工作原理：在需要密封时，气缸在压缩空气的作用下通过连接板带动密封接口和导向套向下运动，与相对应的柔性密封垫相接触，这样就起到了密封物料粉尘的作用。

2.2.5螺杆旋转定位装置的设计

如图5所示，螺杆旋转定位装置主要由连接板2、旋转轴13、平面轴承12、平面轴承座7、向心深沟球轴承17、轴承座14、盘式轴刹制动器18和梅花形弹性联轴器19等零部件组成。另外，还包括图2中的减速电机11和红外线定位开关7。

工作原理：在需要向反应釜供料时，启动减速电机，通过梅花形弹性联轴器带动旋转轴转动，旋转轴带动旋转螺杆一起转动。当旋转螺杆出料口接近反应釜的进料口时，先使减速电机断电，然后旋转螺杆以惯性继续转动。在螺杆出料口与反应釜进料口正对时红外线定位开关动作，启动盘式轴刹制动器，使旋转螺杆在极短的时间内停转并刹车，从而完成螺杆的定位功能。

设计要点：在这套供料系统中，减速电机只起到转动螺杆的作用，因此它所需的功率不高，但减速比要大，这样选择的目的是尽可能减小旋转螺杆的惯性矩；旋转螺杆的定位精度取决于盘式轴刹制动器的制动力矩。影响这套供料系统中定位精度的关键参数是刹车时间t（s）和螺杆在刹车时出料口处的摆幅L（mm）。

图5　螺杆旋转定位装置

（1）旋转螺杆刹车时间的确定

依据动量矩定理：

式中J——旋转螺杆的转动惯量，kg·m2；

ωt——螺杆刹车前的角速度，rad/s；

ω0——螺杆刹车后的角速度，rad/s；因螺杆已静止，ω0=0 rad/s；

T——作用在旋转轴上的制动力矩，N·m；

t——旋转螺杆的刹车时间，s。

旋转螺杆在刹车时，出料口处的摆幅L由以下两式确定（设定旋转螺杆为刚性部件）：

式中φ——旋转轴在制动扭矩T作用下的扭转角，rad；

r——螺杆旋转中心距螺杆出料口中心的距离，mm；Ti——第i段轴所受到的扭矩，N·m；

li——第i段轴的长度，mm；

di——第i段轴的直径，mm。

3　结论

（1）按反应釜主要原料最大进料量设计电子称料仓，可预防因采用移动料桶多次计量汇总出现的投错料的事故。

（2）采用螺杆旋转自动定位装置，为3个反应釜供料，定位准确，提高了生产效率。

（3）另设1个辅料仓，采用料仓出料管旋转装置向3个反应釜供固体辅料，可节约电能；另一方面也降低了不同物料间相互污染的现象，提高了产品质量。

（4）在原料输送管道接口处安装气动密封装置，无粉尘外泄，改善了工作环境。

（5）这套供料系统对于使用多个反应釜生产的化工企业，在扩充产能进行厂房设计及设备布置时具有指导意义。

［1］成大先.机械设计手册：常用设计资料［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［2］成大先.机械设计手册：轴及其联接［M］.北京：化学工业出版社，2004.

Design of Neotye Polyester Resin Feeding System

Mu HongbiaoSun Yingbo

A neotype polyester resin feeding system is described.The working environment is meliorated，meanwhile，the production efficiency and the product quality are improved through the usage of the large capacity feed bin with electronic scale，the rotary positioning device of the feeding screw，the rotary device of the discharge tube and the interface pneumatic sealing.

Polyester resin；Feeding system；Screw；Positioning device；Feed bin；；Discharge tube；Pneumatic sealing

TQ 051.25

2015-02-22）

*穆洪彪，男，1968年生，工程师。杭州市，310009。