紡絲計(jì)量泵產(chǎn)生色澤絲問(wèn)題的探討

任懷林

（江蘇恒力化纖股份有限公司，江蘇 蘇州 215226）

江蘇恒力化纖股份有限公司民用長(zhǎng)絲采用聚合熔體直紡的方法制得。

熔體計(jì)量泵要求計(jì)量精度高、耐磨損，能精確計(jì)量熔體、保證熔體壓力穩(wěn)定等。目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的計(jì)量泵主要分為進(jìn)口計(jì)量泵和國(guó)產(chǎn)計(jì)量泵，進(jìn)口計(jì)量泵主要有德國(guó)Mahr、德國(guó)Barmag、英國(guó)斯奈克S&P和日本川崎泵等，國(guó)產(chǎn)計(jì)量泵主要有蘇州華西、蘇州陸聯(lián)、蘇州新綸和天津兆川泵等。江蘇恒力化纖股份有限公司選用的是德國(guó)Mahr和Barmag紡絲計(jì)量泵。圖1和圖2是1進(jìn)12出的紡絲計(jì)量泵結(jié)構(gòu)圖。

圖1 計(jì)量泵剖面（中間箭頭模擬的是計(jì)量泵的潤(rùn)滑通道）

圖2 計(jì)量泵底面

江蘇恒力化纖股份有限公司紡絲裝置采用上裝式紡絲計(jì)量泵、下裝式螺扣旋轉(zhuǎn)連接式組件。全拉伸絲（Fully Drawn Yarn，F(xiàn)DY）每位12頭、20頭和24頭絲餅，分別由1進(jìn)6出、1進(jìn)10出和1進(jìn)12出的紡絲計(jì)量泵提供熔體漿料；預(yù)取向絲（Pre-Oriented Yarn，POY）每位10頭和12頭絲餅，由1進(jìn)10出和1進(jìn)12出的紡絲計(jì)量泵提供熔體漿料。

熔體計(jì)量泵的工作原理：計(jì)量泵是化纖紡絲生產(chǎn)中的高精度部件，由永磁同步電機(jī)帶動(dòng)減速器、傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸帶動(dòng)計(jì)量泵泵軸旋轉(zhuǎn)，從而使主齒和從動(dòng)齒嚙合。當(dāng)齒輪嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在進(jìn)口處形成負(fù)壓，熔體流入泵內(nèi)并填滿齒輪的齒谷，齒谷間的熔體在齒輪的帶動(dòng)下緊貼泵殼行星孔的內(nèi)壁回轉(zhuǎn)到出口，將經(jīng)過(guò)精確計(jì)量的熔體排出。由于熔體黏度高，為了保證計(jì)量準(zhǔn)確，計(jì)量泵進(jìn)口的熔體壓力一般設(shè)定在60.0～90.0 bar（滌綸長(zhǎng)絲紡絲）。同時(shí)，熔體通過(guò)泵的自潤(rùn)滑通道進(jìn)入泵內(nèi)，對(duì)主軸14和軸套10接觸處潤(rùn)滑，在萬(wàn)向塊9和泵頭支撐套6及石墨墊8等相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)部件之間進(jìn)行潤(rùn)滑。最后，起潤(rùn)滑作用的熔體一部分回到入口，另一部分從計(jì)量泵頭排出，堆積在接料盤(pán)里，滿足泵的工作要求。滌綸紡絲計(jì)量泵的工作溫度將近300 ℃，維修清理時(shí)的溫度高達(dá)450 ℃，要求計(jì)量泵的材料必須具備良好的耐高溫性和耐磨性。

紡絲箱體采用兩位為一單元的設(shè)計(jì)模式、聯(lián)苯蒸汽循環(huán)供熱和新型保溫材料，使所有熔體分配管道、計(jì)量泵和組件周圍環(huán)繞著氣相熱媒，使各部分保持均勻加熱，對(duì)外絕熱效果好，表面溫度低，耗能小。

2007年，在江蘇恒力化纖股份有限公司新上的FDY紡絲生產(chǎn)線上，成品絲的色澤絲降級(jí)率高達(dá)3%。色澤是指絲餅上有一個(gè)或幾個(gè)灰黑色同心環(huán)（圖3），這些產(chǎn)品不合格，要降級(jí)處理。

圖3 成品絲的色澤情況（從左至右分別為嚴(yán)重、輕、輕微）

1 紡絲中產(chǎn)生成品色澤絲的原因和措施

滌綸紡絲中產(chǎn)生色澤絲現(xiàn)象的原因有很多，可能是聚酯熔體中本身存在降解物，也可能是長(zhǎng)絲管路中、計(jì)量泵中、紡絲箱體中及組件內(nèi)等都存在或形成死角，這些位置的熔體停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生降解物，形成色澤[1]。本研究重點(diǎn)分析計(jì)量泵使用過(guò)程中產(chǎn)生色澤絲的原因，并探討相應(yīng)的對(duì)策和方法。

1.1 維修后的計(jì)量泵存在殘留熔體

在維修過(guò)程中，未將泵內(nèi)的殘留物徹底清理干凈或計(jì)量泵內(nèi)部件磨損形成死角，上機(jī)后也會(huì)出現(xiàn)色澤絲。

措施：精細(xì)化維修計(jì)量泵。計(jì)量泵是紡絲的關(guān)鍵部件之一，要想解決因計(jì)量泵內(nèi)存在死角而導(dǎo)致色澤絲現(xiàn)象的問(wèn)題，就要提高計(jì)量泵的維修精度。下機(jī)后，將計(jì)量泵送至真空爐中煅燒，使泵內(nèi)的大部分熔體在高溫下變?yōu)闅怏w。分解煅燒后的計(jì)量泵，并用煤油清洗，將泵內(nèi)各部件上殘余的碳化漿體徹底清除，再組裝。在整個(gè)維修過(guò)程中，選用培訓(xùn)合格、有經(jīng)驗(yàn)的專職泵修工，每個(gè)步驟都嚴(yán)格按照操作規(guī)程完成，防止維修過(guò)程中損壞計(jì)量泵部件。另外，要更換磨損嚴(yán)重的零件。通過(guò)上述措施，可最大限度地減少因計(jì)量泵內(nèi)部存在死角而產(chǎn)生色澤絲的現(xiàn)象。

1.2 安裝計(jì)量泵護(hù)板和計(jì)量泵定位不精確

安裝計(jì)量泵護(hù)板和計(jì)量泵定位不精確，熔體孔錯(cuò)位，形成死角，也會(huì)產(chǎn)生色澤絲。

措施：先用專用定位銷定位，再用螺栓鎖緊固定，確保零部件安裝后結(jié)合孔不會(huì)錯(cuò)邊，將錯(cuò)邊量控制在公差范圍內(nèi)，見(jiàn)圖4。

圖4 熔體孔對(duì)接示意

1.3 計(jì)量泵的泵前壓力不足

在紡絲過(guò)程中，計(jì)量泵依靠進(jìn)料口分配的部分熔體對(duì)主軸及運(yùn)轉(zhuǎn)的各部件進(jìn)行自潤(rùn)滑。當(dāng)泵前壓力較小時(shí)，分配到潤(rùn)滑通道的漿料就很少，流通不暢，使?jié)櫥ǖ乐饾u封閉，形成死角。一方面，部件得不到良好的潤(rùn)滑，磨損嚴(yán)重；另一方面，封閉通道的熔體降解，降解物隨計(jì)量泵的運(yùn)轉(zhuǎn)被送入組件，成品絲就會(huì)出現(xiàn)色澤問(wèn)題。

措施：提高計(jì)量泵的泵前壓力。2007年7月底，將泵前壓力由原先的50.8 bar提高到65.8 bar，調(diào)整后出現(xiàn)了明顯的改善，減少了色澤絲數(shù)量。

1.4 計(jì)量泵溫度不合適

（1）若溫度過(guò)低，熔體的黏度提高，自潤(rùn)滑漿料從計(jì)量泵泵頭溢出時(shí)的阻力就會(huì)加大，導(dǎo)致潤(rùn)滑通道逐漸封閉，不利于計(jì)量泵的潤(rùn)滑，造成色澤問(wèn)題。

（2）若溫度過(guò)高，熔體的黏度降低，自潤(rùn)滑漿料很多，大量溢出，在高溫作用下，來(lái)不及固化的熔體易碳化結(jié)焦，堵住繼續(xù)溢出的漿料，潤(rùn)滑通道的漿料越來(lái)越少，影響潤(rùn)滑的效果，部分結(jié)焦的漿料隨計(jì)量泵運(yùn)轉(zhuǎn)，也會(huì)造成色澤問(wèn)題。

措施：根據(jù)出漿情況提高或降低計(jì)量泵萬(wàn)向塊的溫度。

經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)萬(wàn)向塊表面溫度控制在240～260 ℃時(shí)，計(jì)量泵的出漿潤(rùn)滑情況良好，色澤問(wèn)題出現(xiàn)率較低。根據(jù)已確定的許用壁溫（通常希望冬季不超過(guò)40 ℃、夏季不超過(guò)50 ℃），可計(jì)算出最小保溫厚度。計(jì)算公式：

式中：TW1是熱載體溫度，℃；TW是保溫層壁面溫度，℃；λ2是保溫材料的熱導(dǎo)率，超細(xì)玻璃棉λ2=0.037 2 W/(m·℃)；δ1是紡絲箱鋼板厚度，m；K1是傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；λ1是鋼板的熱導(dǎo)率，λ1=46.500 0 W/(m·℃)；TC是環(huán)境溫度，℃。

保溫層壁面向周圍環(huán)境散失熱量是以對(duì)流和熱輻射方式進(jìn)行的，聯(lián)合傳熱系數(shù)K1可用實(shí)驗(yàn)方法確定。當(dāng)缺少實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，溫度在50～350 ℃，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

式中：TW是保溫層壁面溫度，℃。當(dāng)TW=50 ℃時(shí)，K1=12.2 W/(m2·℃)。

由此可計(jì)算出最小壁厚為29～32 mm。選用超細(xì)玻璃纖維棉制品制作成尺寸合適的保溫袋。在保溫過(guò)程中，由于保溫袋與保溫袋之間存在間隙散熱，在實(shí)際操作中，最小厚度一般選擇40～50 mm，并根據(jù)萬(wàn)向塊的實(shí)際溫度適當(dāng)增加或減少覆蓋的保溫袋。

計(jì)量泵保溫原理如圖5所示。

圖5 計(jì)量泵保溫示意

1.5 傳動(dòng)軸軸頭與計(jì)量泵的連接間隙過(guò)小

當(dāng)傳動(dòng)軸軸頭與計(jì)量泵的連接間隙過(guò)小時(shí)，向上溢出的熔體受到間隙的限制，無(wú)法正常溢出，導(dǎo)致潤(rùn)滑不正常，造成色澤問(wèn)題。

措施：（1）針對(duì)泵頭與傳動(dòng)軸間隙較小的情況，拆除傳動(dòng)上頂絲，允許傳動(dòng)軸適當(dāng)向上移動(dòng)2～3 mm，允許漿料溢出。實(shí)驗(yàn)拆除部分傳動(dòng)軸上頂絲，泵的出漿問(wèn)題明顯好轉(zhuǎn)。（2）減小計(jì)量泵泵頭熔體溢出的阻力，針對(duì)泵頭無(wú)潤(rùn)滑熔體，但去除泵頭支撐套石墨墊后有熔體涌出的現(xiàn)象，在萬(wàn)向塊上開(kāi)槽，開(kāi)槽后熔體溢出阻力減小，潤(rùn)滑情況明顯改善，色澤情況大大好轉(zhuǎn)。圖6為開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)圖。跟蹤統(tǒng)計(jì)表明，60%不出漿的計(jì)量泵換開(kāi)槽萬(wàn)向塊后，泵頭出漿情況明顯好轉(zhuǎn)，有效減少了色澤問(wèn)題。（3）定期檢查并清理萬(wàn)向塊處淤漿，對(duì)不出漿及出干漿的紡位及時(shí)采取上述措施，對(duì)有干漿或結(jié)焦現(xiàn)象的紡位及時(shí)進(jìn)行徹底清理，有效遏制了色澤問(wèn)題。

1.6 采用清淤漿放流法

對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)色澤問(wèn)題的紡位及時(shí)清理萬(wàn)向節(jié)處淤漿，同時(shí)對(duì)此紡位進(jìn)行放流處理，一般放流10～20 min即可恢復(fù)正常生產(chǎn)。這種措施非常有效，在出現(xiàn)大面積色澤問(wèn)題時(shí)，有效縮短了因換泵而停紡的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

1.7 更換護(hù)板和計(jì)量泵

對(duì)采取上述措施無(wú)效或連續(xù)出現(xiàn)色澤的紡位，只能及時(shí)更換備用護(hù)板和計(jì)量泵。

2 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)2007年7月至2008年10月的技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化操作后，有效地解決了紡絲過(guò)程中頻繁出現(xiàn)色澤絲的問(wèn)題。月度統(tǒng)計(jì)表明，色澤絲數(shù)量已由原先成品絲降級(jí)率高達(dá)3%，降到了每月1～2例甚至無(wú)色澤絲出現(xiàn)。另外，維修人員更換計(jì)量泵的工作量也明顯降低，異常維修時(shí)間大幅度縮短，生產(chǎn)效率得到提高，生產(chǎn)控制平穩(wěn)，產(chǎn)品的優(yōu)等品率得到提升。由于采取了上述方法和措施，江蘇恒力化纖股份有限公司在2008年以后的熔體直紡項(xiàng)目中沒(méi)有批量出現(xiàn)色澤絲現(xiàn)象。