全密度聚乙烯裝置振動篩堵孔機(jī)理與解決對策

程云芬，段滋華，李多民，閆江川

（1太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山西 太原030024；2廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名525000；3河北省科技工程學(xué)校，河北 保定071000）

篩分是物料加工過程的一個重要步驟。在篩分過程中，振動篩使物料顆粒經(jīng)過松散、分層、透篩，最終達(dá)到物料篩分目的的篩分機(jī)械［1］。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，篩分作業(yè)成為目前應(yīng)用最廣泛和最有效的物料分離的方法，因此篩分技術(shù)越來越受到國內(nèi)外研究者的關(guān)注，并對其進(jìn)行了大量的研究與探索。近幾年涌現(xiàn)出很多種先進(jìn)的篩分設(shè)備，處理粒度范圍從原來的0.1～300mm的物料顆粒增大到能夠處理更大粒度的各種各樣的顆粒物料［2］。篩機(jī)能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行脫水、脫泥、脫介、分級、按粒徑或質(zhì)量分選等，廣泛應(yīng)用于煤炭、水利、礦業(yè)、制鹽、糧食加工、化工等各個行業(yè)。粉末振動篩是全密度聚乙烯裝置中造粒下料線中間重要設(shè)備，在使用過程中出現(xiàn)了很多問題，如在其工作一段時間后篩網(wǎng)上往往會黏結(jié)大量的物料垢，阻礙粉狀物料的正常采集，給裝置生產(chǎn)帶來很大的影響，影響生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 問題與分析

全密度裝置振動篩是造粒下料線中間重要設(shè)備，主要作用是將聚乙烯粉料樹脂夾帶的經(jīng)破塊器破碎后的塊或片狀物等反應(yīng)產(chǎn)生的過大塊料篩分出來，通過可作手動控制或定時程序控制排料閥把塊料排向地面的廢料箱收集處理，以免影響到下游設(shè)備擠壓機(jī)組的運(yùn)行和產(chǎn)品的質(zhì)量。

目前，在國內(nèi)線性聚乙烯裝置的擠壓機(jī)組中，振動篩存在的問題都存在類似的情況。一般粉料振動篩出現(xiàn)的故障通常有以下幾種情況。

（1）由于聚乙烯粉料表面含有水分等原因，篩網(wǎng)容易堵塞。如圖1所示，為實際篩分過程中篩網(wǎng)堵塞的狀況。為減少篩網(wǎng)堵塞頻率，提高粉料樹脂通過篩網(wǎng)率，適當(dāng)增大篩孔尺寸后仍然存在小塊料產(chǎn)生，且需要不定時地清理篩網(wǎng)。

圖1 聚乙烯粉料在篩網(wǎng)的堵孔

（2）粉料從篩網(wǎng)兩側(cè)支撐板往外排地，高負(fù)荷生產(chǎn)的時候，粉料堆至左右兩側(cè)，造成粉料沿著篩網(wǎng)支撐筋板往外排，是粉料排地的主要原因。如圖2所示，為聚乙烯粉料排地的實際現(xiàn)狀。

（3）振動篩底部設(shè)計存在問題，傾斜角度不夠，使振動篩底部殼板存在容易使粉料形成堆積、黏結(jié)，然后大量粉料在振動的作用下往外跳排。

（4）振動篩的篩網(wǎng)長度偏短，導(dǎo)致整個篩分行程很短，塊料容易攜帶粉料一起出來。

圖2 聚乙烯粉料排地

（5）振動篩的物料入口與出口是對中的，塊料容易在篩網(wǎng)卡住，大量的塊料在篩分過程中，由于形狀不規(guī)則等原因被卡住不能夠篩分出來，極容易造成篩網(wǎng)堵塞，在裝置高負(fù)荷生產(chǎn)的時候，由于篩網(wǎng)的中間堵塞導(dǎo)致大量的粉料往外排。這時需要人工清理篩網(wǎng)，每隔1～2h必須進(jìn)行清理一次，給操作工人帶來了很大的工作量。

2 聚乙烯粉料堵塞篩網(wǎng)的因素

影響振動篩性能的因素有很多，其中包括物料特性、篩面結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動篩運(yùn)動參數(shù)、篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)、篩絲材質(zhì)等。從上述全密度聚乙烯裝置振動篩在篩分過程中出現(xiàn)的問題中可以看到，振動篩存在的主要問題是篩網(wǎng)容易堵塞，經(jīng)過分析主要原因如下所述。

2.1 物料顆粒形狀

篩分物料中，顆粒的大小不一，形狀各異，當(dāng)顆粒的形狀如圖3所示，為大粒徑或形狀不規(guī)則的顆粒物料時，可能會導(dǎo)致篩孔堵塞。因為物料顆粒進(jìn)入篩孔后達(dá)到一定的夾緊力時，此時如果沒有足夠大的振動強(qiáng)度，顆粒就不能脫離篩網(wǎng)，篩孔會被堵死。為了減輕這種篩孔堵死現(xiàn)象，設(shè)計篩網(wǎng)時要在滿足篩絲強(qiáng)度的前提下，采用細(xì)絲和光滑材料，提高篩分效率。

2.2 相對分離粒徑

相對分離粒徑是指顆粒橫截面在篩面的投影與篩孔面積的比值。相對分離粒徑的大小決定了顆粒物料透篩概率的大小。篩分物料顆粒中，“易篩?！笔侵噶叫∮诤Y孔尺寸3／4的顆粒；“難篩?！敝傅氖橇酱笥诤Y孔尺寸3／4的顆粒。在篩分過程中，將遮蓋篩面，堵塞篩孔，阻礙顆粒物料運(yùn)動的這一類粒徑的顆粒，通常稱為“阻礙?！?。易篩粒經(jīng)過多次與篩孔碰撞，透篩的機(jī)會很大，所以，篩分物料中易篩粒含量越高，篩分效率越高，相反，如果難篩粒、阻礙粒含量越高，篩分效率則越低。

圖3 聚乙烯粉料中的難篩粒

2.3 物料表面水分含量

Walters等指出［3－4］，水是一種模型黏結(jié)劑，表面含有水分的顆粒在相互接觸時，液面發(fā)生合并，減少氣液的表面積，降低系統(tǒng)的自由能，因此，在水的表面張力和粉料黏附力的作用下，聚乙烯粉料結(jié)團(tuán)、黏絲是一個自發(fā)的過程。潮濕細(xì)粒物料通過這種自發(fā)的吸引作用產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象。試驗表明，干燥的細(xì)粒物料之間的作用力對透篩過程幾乎沒有任何影響［4－5］。因此可以認(rèn)為，潮濕細(xì)粒黏性物料表面水分的含量是引起物料顆粒產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象的主要因素。

篩分過程中，篩分物料表面水分含量的增加，將會提高篩分物料的運(yùn)動阻尼，使物料分層困難，同時也易堵塞篩孔。實際生產(chǎn)中，當(dāng)散狀物料中的外在水分含量達(dá)到7%～14%或者物料的含泥量高時，篩分作業(yè)幾乎無法進(jìn)行。此時烘干物料或向物料淋水進(jìn)行濕式篩分，可以提高篩分效率。

2.4 篩面結(jié)構(gòu)

進(jìn)行篩分作業(yè)時，由于物料在篩面上的運(yùn)動速度快，在顆粒表面的水化膜張力和細(xì)粒粉料的黏附力的作用下，細(xì)小顆粒會黏在一起。有的雖然呈現(xiàn)分散的個體，但是相互之間也有粘連的性質(zhì)。與此同時物料顆粒與篩絲發(fā)生非彈性碰撞，造成黏性物料黏附在篩網(wǎng)上。又因篩網(wǎng)上有很多交叉點，篩面上的加固螺釘、篩網(wǎng)支撐梁、篩網(wǎng)與篩梁交接邊界等地方都容易滯留粉料，成為進(jìn)一步集聚的凝聚核，最終在篩網(wǎng)上形成一張覆蓋膜，堵塞篩孔。

上述原因造成篩分過程中篩網(wǎng)極易被堵塞，這嚴(yán)重地影響裝置運(yùn)行安全，尤其是關(guān)鍵機(jī)組的運(yùn)行安全。篩網(wǎng)堵塞與清理過程都容易引起擠壓機(jī)組的生產(chǎn)負(fù)荷與電流的波動過大。引發(fā)機(jī)組的正常運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦顟B(tài)。為保證關(guān)鍵機(jī)組的正常運(yùn)行，減少設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的非正常狀態(tài)產(chǎn)生，需要對振動篩進(jìn)行針對性的技術(shù)改造。

3 改造技術(shù)思路

傳統(tǒng)的篩分設(shè)備結(jié)構(gòu)都是篩網(wǎng)或篩板固定在篩箱上，與篩箱一起振動，對篩絲和篩箱材質(zhì)強(qiáng)度的要求很高，且篩分過程中產(chǎn)生的噪聲很大，而且篩絲之間沒有相對運(yùn)動或相對運(yùn)動較小。如果篩孔被堵，篩面的自清理能力較差，主要靠人工每隔一定的時間清理一次。堵孔現(xiàn)象嚴(yán)重時，會導(dǎo)致篩面的開孔率大大降低，嚴(yán)重影響篩分效率［6－9］。因此，篩網(wǎng)開孔率的大小很大程度上決定了振動篩的篩分效率。篩網(wǎng)的開孔率越大，顆粒物料透篩的概率越大，同時振動篩的處理能力也將大大提高。篩分過程中，潮濕細(xì)粒物料表面水分含量很高使得物料之間的“液橋力”明顯增大，導(dǎo)致篩分時顆粒物料松散困難，流動性變差，顆粒與顆粒之間以及顆粒與篩絲之間會產(chǎn)生粘連，嚴(yán)重時，篩絲會“長粗”，物料則“成餅”。

近年來，國內(nèi)外研究者一般從兩方面解決潮濕黏性物料的堵孔問題：一是改變振動篩的運(yùn)動形式和運(yùn)動參數(shù)；二是對篩面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，包括篩絲材質(zhì)和篩面的結(jié)構(gòu)形式。其中振動頻率與振動篩振幅對篩分效率的影響有交互效應(yīng)。當(dāng)振動頻率較低時，振幅越大，篩分效率越高，當(dāng)振動頻率較高時，振幅越大，篩分效率越低。當(dāng)振動方向角和篩面傾角固定，為了提高振動篩的拋射強(qiáng)度，此時宜采用較大的振幅，同時篩分機(jī)的頻率相應(yīng)地較?。?0－15］。鑒于此，針對振動篩篩網(wǎng)易堵孔、粘連的問題，提出一種改造方案以期解決該問題，即對振動篩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而提高篩分效率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，其思路如下所述，改進(jìn)前后的設(shè)備示意圖見圖4、圖5。

圖4 改造之前示意圖（單位：mm）

（1）在振動篩機(jī)體前端加裝一個限位固定板，在篩網(wǎng)振動過程中限制其鉛直方向的位移，同時依靠與篩網(wǎng)的碰撞起到加劇震動的作用；大塊物料跳躍得高，而小顆粒物料跳躍得低，產(chǎn)生有效分層，能夠起到防止堵孔和粘連的作用。

（2）在機(jī)體后端開一條橫槽，將篩網(wǎng)以彈簧和螺栓固定，在此進(jìn)行激振的同時減低振動篩對外部的振動影響。振動篩正常篩分作業(yè)時，噪聲一般高于90dB（A），超過環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)85dB（A）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBD95001—87規(guī)定的90dB（A），嚴(yán)重影響了工人的身心健康。采用這種設(shè)計方式可以降低振動篩的噪聲。

通過上述改造方法，達(dá)到增大振動效應(yīng)，降低結(jié)垢速率，以此來節(jié)約除垢時間和成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 改造之后示意圖（單位：mm）

4 篩分技術(shù)的發(fā)展趨勢

目前潮濕細(xì)粒黏性物料的篩分是一大難題，經(jīng)過幾十年的不斷研究與探索，無論在理論上還是實踐上，其篩分技術(shù)都取得了很大的進(jìn)步，篩分效率和處理量也在逐步提高。綜合國內(nèi)外篩分技術(shù)研究的現(xiàn)狀，難篩分物料的篩分問題具有如下發(fā)展趨勢。

（1）通過振動篩運(yùn)動規(guī)律的研究和對振動篩影響因素的分析，發(fā)現(xiàn)采用大振幅、大振動強(qiáng)度、較低頻率和新型篩網(wǎng)，能夠獲得較好的篩分效果。

（2）優(yōu)化參數(shù)設(shè)計。通過合理調(diào)整振動篩分機(jī)械的工作參數(shù)，可以顯著改善篩分效果。提高振動篩的振幅，可以強(qiáng)化篩分過程，但是振動篩的振動強(qiáng)度太大，往往會影響篩分機(jī)的使用壽命，并且對篩箱與地基的強(qiáng)度要求也很高。博后篩的篩面采用多段篩面振動篩箱和機(jī)架不振動的方式，故能在大振幅、大振動強(qiáng)度和較低的頻率條件下工作，篩分0～15mm的潮濕黏性細(xì)粒物料時，仍能取得較好的篩分效果。

（3）工藝組合，優(yōu)勢互補(bǔ)。目前，國內(nèi)外用于篩分潮濕細(xì)粒物料的篩分機(jī)不下幾十種，每種篩分機(jī)都有優(yōu)缺點和應(yīng)用范圍，即沒有一種振動篩能夠篩分全部粒級的物料。因此集中某些型號篩分機(jī)的優(yōu)點，進(jìn)行組合設(shè)計是一條可行的思路。

（4）降低噪聲，改善作業(yè)環(huán)境。篩分作業(yè)中產(chǎn)生的噪聲很大，主要來源于振動電機(jī)、振動篩的整體振動和篩網(wǎng)與物料的碰撞等?？紤]工人的健康以及環(huán)保要求，生產(chǎn)中采用非金屬材質(zhì)篩網(wǎng)，篩網(wǎng)振動篩箱不參與振動的方式，具有一定的緩沖作用，可降低噪聲20dB（A）左右［3，16］。

5 結(jié) 論

（1）本文簡要概述了振動篩的篩分機(jī)理以及篩分作業(yè)在散體物料處理工藝處理工藝中的地位。

（2）提出了線性聚乙烯裝置的擠壓機(jī)組中振動篩在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的主要問題是堵塞篩網(wǎng)，并分析了具體的原因，給出了一種新的設(shè)計方案。該方案有加劇篩網(wǎng)震動的作用，同時降低振動篩對外部的振動影響。

（3）給出了潮濕細(xì)粒物料篩分機(jī)械將向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、低噪聲的發(fā)展方向。

致謝：本文是在段滋華、李多民兩位導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的。兩位老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、敏銳的思維、寬以待人的崇高品質(zhì)及兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度使我受益匪淺。兩位老師在指導(dǎo)研究工作的同時，對本人的生活也給予了無微不至的關(guān)心和幫助。在此論文完成之際，謹(jǐn)對導(dǎo)師致以最衷心的謝意！

感謝閆江川老師所給予的指導(dǎo)與關(guān)照！

另外，感謝其他所有幫助過我的老師和同學(xué)！

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