滌綸紡絲計(jì)量泵常見(jiàn)故障分析及對(duì)策

郭洋洋，宋東東

（江蘇德力化纖有限公司，江蘇 宿遷 223800）

1 紡絲計(jì)量流程

計(jì)量泵傳動(dòng)系統(tǒng)（計(jì)量泵電機(jī)、減速箱、傳動(dòng)軸）→將軍帽（聯(lián)軸節(jié)）→計(jì)量泵→泵板→連接頭→組件→噴絲板。

2 紡絲計(jì)量泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前，江蘇德力化纖有限公司使用的計(jì)量泵為德國(guó)進(jìn)口馬爾雙層行星齒輪泵，各層之間均屬于端面密封，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的密封材料。其從上到下的結(jié)構(gòu)部件主要包括將軍帽上蓋板、石墨墊、將軍帽襯套、計(jì)量泵頂板、齒輪板、中間隔板、計(jì)量泵底板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。齒輪板又分上齒輪板和下齒輪板，上齒輪板內(nèi)安裝1個(gè)主齒和6個(gè)（或5個(gè)）從齒，分別稱(chēng)為上主齒和上從齒；下齒輪板內(nèi)安裝1個(gè)主齒和6個(gè)（或5個(gè)）從齒，分別稱(chēng)為下主齒和下從齒；齒輪板內(nèi)齒輪呈行星分布，即從齒圍繞主齒分布。

圖1 計(jì)量泵結(jié)構(gòu)

使用時(shí)，熔體經(jīng)過(guò)進(jìn)料口進(jìn)入計(jì)量泵內(nèi)，傳動(dòng)裝置通過(guò)帶動(dòng)將軍帽使計(jì)量泵運(yùn)轉(zhuǎn)，主齒與從齒嚙合增壓、計(jì)量分配熔體進(jìn)入組件內(nèi)，擠出成型且纖度均勻的絲條，使其紡成絲餅。

3 紡絲計(jì)量泵的規(guī)格

計(jì)量泵的規(guī)格按從齒數(shù)量進(jìn)行區(qū)分，可以分為兩種：12*A和10*A。12和10代表從齒數(shù)量，A指泵的排量。計(jì)量泵分上下兩層，每層有1個(gè)主齒、6個(gè)（或5個(gè)）從齒，1個(gè)從齒對(duì)應(yīng)一錠組件。

4 常見(jiàn)故障分析及對(duì)策

紡絲箱體的溫度一般要求在280.00~290.00 ℃，將計(jì)量泵安裝在箱體的泵座上，一般工作溫度為280.00 ℃左右，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格的不同，其泵后壓力在14~20 MPa，泵前壓力在12~17 MPa。常見(jiàn)的設(shè)備故障如下。

4.1 卡泵

卡泵指計(jì)量泵不能運(yùn)轉(zhuǎn)，熔體經(jīng)過(guò)計(jì)量泵時(shí)被強(qiáng)行切斷，長(zhǎng)絲生產(chǎn)立刻中斷，絲餅未達(dá)到滿卷質(zhì)量，必須降等處理，否則影響生產(chǎn)效率和效益。其主要表現(xiàn)特征是泵銷(xiāo)卡斷（又稱(chēng)斷銷(xiāo)），細(xì)分為泵方面的卡住和將軍帽卡住造成的斷銷(xiāo)或單純的斷銷(xiāo)。造成卡泵的原因主要有以下4種。

（1）計(jì)量泵齒輪卡死。計(jì)量泵主齒與從齒的嚙合非常精確，間隙非常小，當(dāng)大顆粒雜質(zhì)進(jìn)入齒輪槽時(shí)會(huì)造成齒輪卡死，進(jìn)而造成卡泵。

這種事故出現(xiàn)的概率極低，一般偶爾出現(xiàn)齒輪卡死的情況多是齒輪超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，超出了極限壽命，齒輪自身出現(xiàn)裂紋造成卡死，主要是在長(zhǎng)絲生產(chǎn)過(guò)程中，計(jì)量泵的關(guān)停非常頻繁，開(kāi)啟時(shí)泵受到較大的瞬時(shí)扭矩，在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中，齒輪產(chǎn)生疲勞斷裂，進(jìn)而造成卡泵。

（2）長(zhǎng)時(shí)間停紡，泵內(nèi)熔體黏度增大。當(dāng)紡位停紡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，熔體流動(dòng)停滯，計(jì)量泵內(nèi)溫度下降，泵內(nèi)熔體黏度增加，齒輪的傳動(dòng)阻力增大，進(jìn)而造成卡泵。由于計(jì)量泵在箱體中處于半開(kāi)放狀態(tài)，上面使用可移動(dòng)保溫蓋板封蓋，計(jì)量泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，高溫恒溫的熔體源源不斷地輸入計(jì)量泵內(nèi)，泵保持在高溫恒溫狀態(tài)，一旦停紡時(shí)間延長(zhǎng)，高溫熔體只堵塞在泵的底部進(jìn)料口處，泵的上段溫度下降，一開(kāi)紡，熔體經(jīng)過(guò)上段，黏度下降，齒輪運(yùn)行阻力增大，進(jìn)而造成卡泵。

通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤，統(tǒng)計(jì)相同紡位、相同規(guī)格產(chǎn)品情況下計(jì)量泵不同停紡時(shí)間的溫度，統(tǒng)計(jì)得出數(shù)據(jù)：計(jì)量泵長(zhǎng)時(shí)間（60 min）停紡，溫度平均下降12.16 ℃；泵的溫度下降趨勢(shì)嚴(yán)重的臨界點(diǎn)是15 min左右，之后泵的溫度下降幅度較大。所以在面對(duì)長(zhǎng)時(shí)間停紡紡位時(shí)，一是必須進(jìn)行良好的保溫，通過(guò)加蓋保溫條，減少泵的熱量散失；二是每隔15 min排料1次，保證泵本體溫度不會(huì)下降太多。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這兩種方法效果較好：加蓋保溫條后紡位停紡60 min后，計(jì)量泵溫度平均下降4.67 ℃；而每15 min排料1次，停紡60 min之后，計(jì)量泵溫度平均下降1.67 ℃?？紤]到經(jīng)濟(jì)效益，在生產(chǎn)許可條件下，最終選擇加蓋保溫條的方法。

（3）主軸干磨。計(jì)量泵主軸的潤(rùn)滑是熔體自潤(rùn)滑，當(dāng)軸頭處熔體降解使熔體無(wú)法潤(rùn)滑主軸軸頭或者不出漿時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主軸干磨，進(jìn)而造成卡泵。

跟蹤發(fā)現(xiàn)，主軸干磨的紡位均是不出漿的紡位，進(jìn)一步測(cè)溫發(fā)現(xiàn)，不出漿的紡位溫度較正常紡位偏低，這樣熔體在主軸處的黏度降低，熔體潤(rùn)滑通道不暢，出漿困難，主軸與軸套之間無(wú)法形成良好的潤(rùn)滑膜，進(jìn)而導(dǎo)致摩擦力增加，溫度不斷升高，潤(rùn)滑熔體降解，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，形成惡性循環(huán)，直至卡泵發(fā)生。

面對(duì)主軸出漿不暢的紡位，解決方法還是溯源溫度問(wèn)題。通過(guò)在箱體泵座周?chē)友b鋁套和橋架，架空計(jì)量泵周邊，利用煙囪效應(yīng)，讓箱體加熱產(chǎn)生的熱量不斷上升至泵的上端，并且在鋁套周邊、上邊和橋架上邊填充保溫條，其密封保溫作用使箱體上升的熱量不散失，最終保證計(jì)量泵本體溫度適中，出漿明顯好轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)的6個(gè)紡位、5個(gè)紡位成功出漿。

通過(guò)改造，加裝鋁套、橋架和保溫棉后，計(jì)量泵的本體上下溫度偏差由之前的平均9.00 ℃降低到2.30 ℃，這樣熔體黏度穩(wěn)定，流動(dòng)性良好，各部件之間的潤(rùn)滑得到保障，卡泵情況得以改善。

（4）計(jì)量泵鎖緊力過(guò)大或鎖緊施力不均。計(jì)量泵各泵板之間以及計(jì)量泵與泵座之間的密封均屬于端面密封，依靠螺栓均勻鎖緊并達(dá)到一定預(yù)緊力，使各端面之間互相擠壓，形成良好的密封效果。但如果計(jì)量泵受力不均或受力過(guò)大，造成齒輪出現(xiàn)卡點(diǎn)或者計(jì)量泵內(nèi)各密封間隙變小，潤(rùn)滑不暢，均會(huì)造成卡泵。

一般因計(jì)量泵鎖緊力造成的卡泵都是0.9規(guī)格以下（如0.8/0.6）的計(jì)量泵，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間在線運(yùn)轉(zhuǎn)，在高溫狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)熱膨脹，而螺栓咬緊螺栓孔，導(dǎo)致泵板所受鎖緊力增加；出現(xiàn)這種情況后，調(diào)整計(jì)量泵上機(jī)時(shí)的鎖緊力矩（由之前的80 N·m調(diào)整為75 N·m），該現(xiàn)象消失。

4.2 斷銷(xiāo)

計(jì)量泵在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，采用泵銷(xiāo)（即安全銷(xiāo)）來(lái)保護(hù)計(jì)量泵和傳動(dòng)裝置。一般在設(shè)計(jì)安全銷(xiāo)時(shí)，其設(shè)計(jì)剪切扭矩值要小于計(jì)量泵所需要的最大驅(qū)動(dòng)扭矩值，避免對(duì)計(jì)量泵齒輪或者主軸產(chǎn)生危害。江蘇德力化纖有限公司目前使用的泵銷(xiāo)規(guī)格有7種。當(dāng)計(jì)量泵排量較大時(shí)，對(duì)應(yīng)泵銷(xiāo)的直徑大，排量大的計(jì)量泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需克服的熔體阻力比排量小的計(jì)量泵大，所以泵銷(xiāo)的剪切扭矩大、泵銷(xiāo)直徑大，當(dāng)泵銷(xiāo)選用錯(cuò)誤時(shí)，可能會(huì)發(fā)生斷銷(xiāo)現(xiàn)象。

出現(xiàn)斷銷(xiāo)的主要原因有以下方面：（1）卡泵。當(dāng)發(fā)生卡泵時(shí)，計(jì)量泵所需驅(qū)動(dòng)扭矩大于泵銷(xiāo)設(shè)定的剪切扭矩，進(jìn)而發(fā)生斷銷(xiāo)。（2）將軍帽與襯套卡死。將軍帽內(nèi)熔體降解，使傳動(dòng)軸頭與將軍帽間隙被填滿，將軍帽卡死在計(jì)量泵端面，導(dǎo)致斷銷(xiāo)。長(zhǎng)期跟蹤發(fā)現(xiàn)，計(jì)量泵出漿3~4個(gè)月，將軍帽與傳動(dòng)軸頭處熔體降解固化堆滿在泵頭處，堵塞熔體通道。為了減少這種現(xiàn)象導(dǎo)致的卡泵（斷銷(xiāo)），每3個(gè)月集中對(duì)所有計(jì)量泵將軍帽處進(jìn)行清漿，將降解固化的漿料清理干凈，保持熔體通道通暢。（3）計(jì)量泵的急停急開(kāi)。由于熔體的壓力作用，計(jì)量泵電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，依然會(huì)因?yàn)槿垠w帶動(dòng)力量泵轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致噴絲板繼續(xù)擠出熔體，所以電機(jī)設(shè)置了制動(dòng)系統(tǒng)。急開(kāi)急停使泵銷(xiāo)受到瞬時(shí)沖擊，可能會(huì)發(fā)生斷銷(xiāo)。通過(guò)電氣面改造，減緩計(jì)量泵電機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)速度，該現(xiàn)象可得到有效緩解。（4）計(jì)量泵傳動(dòng)系統(tǒng)與計(jì)量泵對(duì)中偏差較大。對(duì)中不好，傳動(dòng)軸的輸出效率下降，計(jì)量泵所需的輸入扭矩不變，電機(jī)的輸出扭矩增大，泵銷(xiāo)所受剪切扭矩增大，超出自身剪切扭矩極限，進(jìn)而發(fā)生斷銷(xiāo)。跟蹤發(fā)現(xiàn)，對(duì)中偏差的計(jì)量泵往往有計(jì)量泵減速機(jī)振動(dòng)大的現(xiàn)象，通過(guò)側(cè)面使用照明將傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)影像照射在墻上，可以發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸出現(xiàn)明顯的撓性旋轉(zhuǎn)，根據(jù)這一現(xiàn)象，及時(shí)停機(jī)對(duì)計(jì)量泵對(duì)中找正。（5）泵銷(xiāo)設(shè)計(jì)安全系數(shù)過(guò)高。在理論設(shè)計(jì)中，為充分保護(hù)計(jì)量泵，將泵銷(xiāo)的剪切扭矩極限設(shè)計(jì)得較小，而在實(shí)際生產(chǎn)中，計(jì)量泵并非在理想狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，部分紡位計(jì)量泵運(yùn)行阻力較大，使用對(duì)應(yīng)規(guī)格泵銷(xiāo)會(huì)發(fā)生斷銷(xiāo)。

目前，通過(guò)改進(jìn)泵銷(xiāo)（表1），一種是12*A計(jì)量泵泵銷(xiāo)適當(dāng)加大直徑；另一種是10*A計(jì)量泵泵銷(xiāo)直徑不變，對(duì)泵銷(xiāo)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，增加強(qiáng)度。這兩種方法均起到良好效果。

表1 計(jì)量泵所對(duì)應(yīng)的泵銷(xiāo)規(guī)格

4.3 色澤

產(chǎn)生色澤的原因有很多，如各處的熔體管道死角可能使停留此處的熔體降解，當(dāng)被新的熔體帶走紡絲成型時(shí)產(chǎn)生色澤。在計(jì)量泵方面，產(chǎn)生色澤的原因主要有以下方面。

（1）計(jì)量泵維修清潔不徹底。維修計(jì)量泵時(shí)未對(duì)熔體通道進(jìn)行徹底清潔，有污染物附著在通道內(nèi)被熔體帶走，產(chǎn)生色澤。嚴(yán)格規(guī)范計(jì)量泵維修規(guī)程，使用超聲設(shè)備清洗，去除死角內(nèi)污垢。

（2）生產(chǎn)過(guò)程中的熔體壓力波動(dòng)。當(dāng)熔體出現(xiàn)壓力波動(dòng)——熔體壓力突然降低時(shí)，計(jì)量泵入口熔體流量不足，入口處產(chǎn)生負(fù)壓，將泵頭處污染的漿料吸入泵內(nèi)，在齒輪的帶動(dòng)下進(jìn)入熔體輸出通道，產(chǎn)生色澤。

（3）上機(jī)含熔體的舊計(jì)量泵在預(yù)熱爐內(nèi)的預(yù)熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。由于預(yù)熱爐溫度在320.00 ℃左右，而箱體溫度一般在290.00 ℃左右，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，熔體降解后碳化發(fā)黑，上機(jī)后排漿容易出現(xiàn)黑褐色雜質(zhì)，且需排漿較長(zhǎng)時(shí)間方可將計(jì)量泵內(nèi)雜質(zhì)排出。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，選擇預(yù)熱2 h為宜。

4.4 纖度異常

纖度異常是指同一紡位的絲餅之間質(zhì)量偏差較大。其產(chǎn)生的原因有很多，如分錯(cuò)絲、組件漏漿、噴絲板出絲不暢等。隨著計(jì)量泵在線時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，齒輪的磨損情況逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，計(jì)量泵的纖度異常成為計(jì)量泵發(fā)生故障的主要原因，具體如下。

（1）計(jì)量泵端面密封不到位造成漏漿。維修計(jì)量泵時(shí)，各板端面打磨不夠平整，或者安裝時(shí)螺栓鎖緊力矩不夠。當(dāng)泵板表面有雜質(zhì)時(shí)，計(jì)量泵與泵板之間將會(huì)出現(xiàn)微小間隙，導(dǎo)致漏漿，出現(xiàn)纖度異常。

（2）齒輪和鍵的磨損。計(jì)量泵在長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程中受到熔體和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相互作用力，或者受到雜物污染，會(huì)出現(xiàn)齒輪和鍵的磨損，使泵的容積效率下降，導(dǎo)致纖度異常。

（3）計(jì)量泵的使用效率與泵前壓力有關(guān)。當(dāng)泵前壓力小于2 MPa時(shí)，計(jì)量作用削弱，纖度降低。熔體管道較長(zhǎng)，壓力較大，熔體黏度大，則泵前壓力低。但泵前壓力也不宜過(guò)大，跟蹤對(duì)比下機(jī)紡位計(jì)量泵，發(fā)現(xiàn)熔體壓力高于18 MPa，齒輪的使用壽命明顯縮短，拆卸大量纖度偏小下機(jī)的計(jì)量泵后發(fā)現(xiàn)，計(jì)量泵下齒輪磨損（齒尖存在明顯倒角）。分析認(rèn)為，高壓力熔體經(jīng)過(guò)計(jì)量泵進(jìn)料口進(jìn)入計(jì)量泵內(nèi)，從底部潤(rùn)滑孔進(jìn)入主軸底部，向上頂起主軸，帶動(dòng)下主齒向上，使主齒與中間隔板的間隙變小，磨損增大。結(jié)合工藝，在滿足生產(chǎn)穩(wěn)定的條件下，需最大限度地降低泵前壓力。

（4）在計(jì)量泵更換過(guò)程中，將計(jì)量泵拆卸后，由于紡絲組件未拆卸，熔體從泵板輸出孔溢出，清理不易，安裝計(jì)量泵需要迅速，避免安裝后相鄰輸出孔串聯(lián)，導(dǎo)致生產(chǎn)中纖度異常。

滌綸熔體直紡設(shè)備，因連續(xù)生產(chǎn)，絕大部分齒輪磨損處于正常狀況，設(shè)備管理方面需要加強(qiáng)原因分析，在精準(zhǔn)維修方面下功夫，提高維修效率和準(zhǔn)確率，確保修一臺(tái)、好一臺(tái)。

10*A系列計(jì)量泵上下齒與錠位對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：上齒為1、2、5、8、9，下齒為3、4、6、7、10。

*A系列計(jì)量泵上下齒與錠位對(duì)應(yīng)關(guān)系注意點(diǎn)如下：（1）每個(gè)紡位對(duì)應(yīng)兩個(gè)計(jì)量泵（a泵、b泵）；（2）12錠組件對(duì)應(yīng)24錠絲餅；（3）1~6錠組件對(duì)應(yīng)a泵，7~12錠組件對(duì)應(yīng)b泵；（4）第1錠組件對(duì)應(yīng)1、2錠絲餅，第2錠組件對(duì)應(yīng)3、4錠絲餅，以此類(lèi)推。

按照以上注意點(diǎn)，12*A規(guī)格的計(jì)量泵主齒輪與絲餅對(duì)應(yīng)關(guān)系如下。a泵：上齒為2、3、6、7、10、11，下齒為1、4、5、8、9、12；b泵：上齒為14、15、18、19、22、23，下齒為13、16、17、20、21、24。

在維修計(jì)量泵時(shí)，根據(jù)工藝提供的纖度異常錠位，結(jié)合計(jì)量泵結(jié)構(gòu)判斷可能會(huì)磨損的零部件，對(duì)其進(jìn)行打磨或者更換。

5 結(jié)語(yǔ)

在長(zhǎng)期對(duì)計(jì)量泵故障的處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，計(jì)量泵溫度偏低和軸頭漿料碳化固化是引發(fā)計(jì)量泵故障最主要的原因。因此，需注重對(duì)計(jì)量泵的保溫，并按周期對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行查漿、清漿，保證計(jì)量泵的正常運(yùn)行，降低對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的影響。