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烘叶丝机筒体密封材料研究
烘叶丝机筒体密封材料选用
作者:
周劲
单位:
贵州中烟工业有限责任公司
专业:
制丝
日期:
2011年5月
烘叶丝机筒体密封材料选用
周劲
(贵州中烟工业有限责任公司)
【摘要】本文针对SH315B型管板式环形烘叶丝机进、出口端密封材料。
在高温、高湿环境下,易老化、变形、破损,造成筒体密封泄漏,烟丝损耗增加,同时由于密封不严,筒体温度稳定性差,影响制丝质量这一普遍现象。
提出了应用高温、高湿环境下耐磨损、抗老化、变形的新型密封材料取代目前使用的羊毛毡材料的全新理念。
论证数据表明:
通过改变密封材料,能有效降低制丝线烟丝损耗和设备故障停机率,同时也能提高制丝质量的稳定性。
具有较高的应用价值。
【关键词】烘丝机密封材料羊毛毡密封
1设备现状及课题目标
1.1设备现状
制丝关键设备SH315B型管板式环形烘叶丝机采用内、外筒管板式加热结构,烘丝机筒体密封选用羊毛毡、拉簧与烘丝机旋转筒体进行密封,密封结构形式简单。
但在实际使用过程中发现羊毛毡因老化、变形后造成筒体密封不严,而且老化后的羊毛毡极易破损,造成筒体密封不严,漏丝严重,筒体温度不稳定,影响制丝质量稳定性和物耗增加。
密封结构如图一:
图一
由图所示:
烘丝机筒体密封材料选用羊毛毡与烘丝机旋转筒体进行密封,拉簧弹力将羊毛毡适度拉紧。
由于羊毛毡的粘缩反应(通常所指的缩水)使其在高温、高湿环境下易老化、变形,使用寿命短对生产造成如下影响:
1)、羊毛毡因老化、变形后极易破损,羊毛毡更换极为频繁。
初步统计,羊毛毡平均更换周期为20-30天,半年约更换6-8次,而每次更换时间约2-3小时,加上停机后筒温冷却时间约40-50分钟,共计一次维修时间在4小时左右,给流水线作业的制丝生产线造成很大的维修压力。
2)、羊毛毡老化、变形后筒体密封不严,生产过程中烟丝泄漏严重,消耗增加。
项目开始初期,遵义卷烟厂制丝线物耗统计没有细分到工序,无法得出因烘丝机进出口端筒体密封不严的烟丝损耗数据。
但从日常维护保养过程中能觉察到物耗明显增加。
为了明确烘丝机进出口端筒体密封不严造成的烟丝损耗的严重性,09初年,制丝线物耗统计开始细分到工序具体部位。
烘丝机出口端物耗统计见下表:
3)、由于密封泄漏,造成烘丝机筒体内部分热能损耗,影响筒体温度(工艺定值)控制精度及出口水分控制稳定性。
由于影响筒体温度的因素很多,无法得出因烘丝机进出口端筒体密封不严造成的参数控制的偏差值。
研究适用于烘丝机筒内高温、高湿环境下的新型密封材料,对降低物耗、提高制丝质量的稳定性有重要作用。
1.2课题目标:
1)、新型密封材料使用寿命长。
SH315B型管板式环形烘丝机进出口端密封材料的使用周期应在5-半年个月以上是比较合理的使用周期。
一次更换安装所需时间约为1.5-2小时,一年因密封老化破损所造成的设备停机次数约为1-2次,更换安装时间控制在3-5小时以内。
作为易损件应在合理范围内。
2)、密封效果好。
降低因密封不严造成烘叶丝机对筒体温度和出口水分控制精度波动值。
3)、降低叶丝消耗。
2改进方案确认及实施
2.1技术关键点
作为烘丝机进出端密封的新型材料具有在高温、高湿的工作环境下不易老化、耐磨损、使用周期长的金属材料很易选择,但由于密封材料在与炒叶丝机旋转筒体密封接触时不能破坏旋转体的整体构造,因此密封材料的选型范围只能在非金属材料中选择。
材料选用范围:
非金属材料。
选用的非金属材料具有在高温、高湿的工作环境里不易老化、耐磨损、使用周期长、抗变形能力强、回弹力强,保证良好的密封效果是技术关键。
2.2选用满足条件的非金属材料
烘丝机环境工作条件:
环境工作温度:
120度-170度范围。
环境相对湿度:
65%-98%HR范围。
选用新型材料应具有如下特性:
耐高温、抗老化、耐磨损、抗变形能力强、回弹力强,柔韧性强,耐磨损性能好的特点。
考虑到卷烟工业的特殊性,选用的材料还必须具有无毒、无味的特点。
根据以上条件,仍然采用原烘叶丝机密封结构,选用新型材料代替现用的羊毛毡材料进行试验。
2.3方案选取及确认
2.3.1方案一:
改变烘丝机进出口端密封的结构。
通过分析对烘丝机进出口端筒体密封结构形式研究,设想通过如下方案对密封结构形式进行改变,结构如图一。
改造原理:
现烘叶丝机进出口端密封结构是将羊毛毡固定在前、后室定位板上,羊毛毡弯曲压实在旋转的筒体上,拉簧弹力将羊毛毡适度拉紧,避免烟丝通过前后室泄漏。
我们设想在筒体密封面上加装“U”槽,将密封材料塞进“U”
槽内进行密封,这种方法密封材料更换安装较方便。
但由于烘丝机筒体是一个旋转体,羊毛毡在高温、高湿环境下老化变形后形状不规则,且老化后的羊毛毡柔韧性差,加上“U”型槽内容易积垢等原因,羊毛毡在“U”槽内阻力增大很容易从固定端撕裂破损。
此方案不可取。
2.3.2方案二:
选用复合材料替代羊毛毡作为密封材料。
复合材料的组成分三层:
两表面仍然使用羊毛毡材料,中间选用聚四氟乙烯材料。
复合材料的主要特点是:
表面选用羊毛毡是取用羊毛毡的耐磨损性能较好特性,中间聚四氟乙烯材料具有抗变形能力强的特点,但耐磨损性较差,两种材料复合而成就具有耐磨损性较好,同时具有抗变性能力强的特点。
试验结果:
复合材料在烘丝机筒体内部高温、高湿的环境条件下,两表面羊毛毡同样变形严重,羊毛毡变形后中间聚四氟乙烯材料根本无法对变形后的羊毛毡进行变形矫正。
效果不明显。
2.3.3方案三:
选用耐高温的硅胶管作为密封材料。
通过制丝线在用的梗丝膨胀HT槽体盖板密封采用硅胶管得到启示,梗丝膨胀HT槽体内部工作环境与烘丝机环境工作条件相似:
都是高温、高湿环境,但硅胶管仍然密封效果好,使用寿命长。
查阅资料知道硅胶板的主要特性:
无毒、环保,耐高低温(-80度—300度)、耐老化,抗变形能力强、回弹力强,耐压缩永久不变形等。
由于硅胶板的特性基本满足我们所选的密封材料的无毒、环保,耐高温、耐腐蚀性强,且高温、高湿环境下抗老化、抗变形能力强的要求,只是对硅胶板的耐磨损性能是否满足要求,只能通过试验进行判定。
试验结果:
2009年12月6日开始试用硅胶板,到2010年3月底设备检修时发现硅胶板有2处局部磨穿,但由于硅胶板柔韧性好、回弹力强、抗变形能力强的特点,局部磨穿的硅胶板其密封性仍然远好于羊毛毡。
结论:
选用硅胶板作为烘丝机进出口端筒体密封材料可以达到密封效果好的目的,但硅胶板耐磨损性较差,试验没有达到预期效果。
2.3.4方案四:
选用耐高温的硅胶管和耐磨的皮带输送机德皮带组合作为密封材料。
通过试验,发现磨穿后硅胶板的密封性仍然好于羊毛毡。
因此,决定继续使用硅胶板作为密封材料,但必须解决硅胶板耐磨损性较差问题。
根据制丝线大量使用的皮带运输机两端面密封得到启发:
输送皮带与固定在端面护板上的沿边密封,由于输送皮带与沿边密封材料都是非金属材料,输送皮带与沿边因摩擦造成破损的故障现象几乎没有发生过。
根据这种现象我们得到如下改造启示:
改造原理如下:
如图二,通过在硅胶版与筒体密封面之间粘贴一块高温皮带,并取消拉簧避免硅胶板与筒体直接接触,并取消拉簧。
目的是使硅胶板与高温皮带作为密封面,降低摩擦系数和作用力,减小摩擦力,从而增加硅胶板的耐磨性能,延长硅胶板使用寿命,解决硅胶板耐磨损性能较差的难题。
图三
摩擦力大小分析论证:
摩擦力计算公式:
F=μN
μ—材料摩擦系数N—作用力
有摩擦力计算公式可知:
摩擦力F大小与作用力N成正比关系,N越大,F也越大;摩擦系数在式中为一个定值,摩擦副中材料摩擦系数越大,摩擦力也越大,反之越小。
因此,取消作用于密封材料上的拉簧,减小作用力可以降低摩擦力,从而增加密封材料的使用寿命。
由于硅胶板抗变形能力强、回弹力强,取消拉簧不会对密封面的贴合效果产生影响。
材料摩擦系数对比:
选用硅胶板作为密封材料直接与筒体表面接触产生摩擦,筒体材料为锅炉钢,属于碳钢材料其摩擦系数为:
0.15。
硅胶板与聚四氟乙烯材料制作的高温皮带接触,聚四氟乙烯材料摩擦系数为:
0.04。
μ刚≥μ聚四氟乙烯
两种密封材料摩擦系数相差较大,很明显,硅胶板与聚四氟乙烯材料制作的高温皮带作为密封,其产生摩擦力小于硅胶板与锅炉钢材料筒体表面密封产生的摩擦力。
通过以上分析得出结论:
采用的硅胶板与锅炉钢筒体表面作为一对摩擦副,材料摩擦系数大;同时,由于担心密封面的贴合效果,没有取消拉簧,密封面摩擦力增大,使用硅胶硅胶板使用寿命大为缩短。
硅胶板与高温皮带表面作为密封面上的一对摩擦副,密封材料摩擦系数降低,作用力减小,摩擦力大为降低,达到延长硅胶板使用寿命的目的。
3结论
2010年8月,我们开始通过上述方法进行试验:
用高温胶将宽度为200mm的高温皮带粘贴在烘丝机筒体与硅胶板接触的密封面上进行试用,到2010年12月20日为止,经检查,还没有发现硅胶板磨穿,根据表面磨痕情况,预计还能使用3个月以上,试验结果取得了意想不到的效果。
3.1主要技术、经济指标完成情况
3.1.1延长密封材料使用寿命,达到预期目的。
现用的羊毛毡材料更换周期为20-30天,半年约更换6-8次。
硅胶板密封材料的更换周期在8个月以上,全年约更换1-2次。
3.1.2密封效果好,保证工艺参数与出口水分控制稳定性。
由于密封泄漏,使用烘丝机筒体内热能损耗及筒体内潮湿蒸汽泄漏(相当于增加排潮风门开度),影响筒体温度(工艺定值)控制精度及出口水分控制稳定性。
烘叶丝机筒体由于采用内外筒结构,单机设备筒体密封有五处,如果密封不严,直接影响出口水分的控制精度,但由于无法测试密封不严对水分控制的波动值,因此,不能设定具体的目标值。
3.1.3降低消耗:
烘丝机筒体密封材料更换一般都是计划检修,更换的及时性难以保证,烘丝机因密封泄漏使生产过程中烟丝损耗较大。
改造后,筒体密封效果好、密封材料使用周期延长,烟丝消耗大为降低。
数据见烟丝消耗表:
烘丝机废料消耗对比数据表
改造前
改造后
时间
烘丝出口端
时间
烘丝出口端
09年8
514
10年8
250
09年9
321
10年9
338
09年10
303
10年10
375
09年11
603
10年11
392
09年12
460
10年12
337
合计
2201
合计
1692
由于遵义卷烟厂制丝线物料消耗从09年8月开始细分到工序具体位置,因此,对比消耗只能从2009年8月开始和2010年同期废料消耗数据对比。
从消耗对比可以看出烘丝机出口端废料消耗明显下降:
改造前09年8月至12月平均月消耗:
440.2公斤;改造后同期废料消耗:
338.4公斤;平均月消耗降低101.8公斤。
从以上可以看出:
通过在硅胶版与筒体密封面之间粘贴一块高温皮带,降低密封材料摩擦系数,同时取消拉簧,减少作用于密封材料上的作用力,可以使硅胶板使用寿命达8个月以上,同时提高烘叶丝工序工艺参数控制的稳定性及降低物料消耗,改造达到预期目的。
4结束语
通过对SH315B型管板式环形烘叶丝机进、出口端密封材料进行更换后,有效地减少了烟丝损耗和设备的故障停机率,同时也提高了制丝质量的稳定性。
达到了设备技术改进的目的,降低了岗位工人的劳动强度,提高了生产效率,社会经济效益显著。
参考文献
[1]《秦皇岛烟草机械有限责任公司随机设备使用说明书》
[2]《卷烟工艺规范》.中国轻工业出版社中国烟草总公司编著
[3]《机械设计手册》.化学工业出版社(第三版)。
[4]《实用非金属材料手册》.湖南科学技术出版社。
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