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        6.1輪胎橡膠行業硫化機疏水問題
        發布時間:2016-11-10 17:02:21

        一、硫化工藝

        1、硫化是輪胎生產過程除檢測外的最后的工序,是將成型的胎胚變成輪胎成品,對于橡膠制品,硫化是膠料在一定條件下,橡膠大分子由線型結構轉變為網狀結構的交聯過程。通常將胎胚放在一個具有一定輪廓和帶有花紋的模型內,一方面讓蒸汽通過模型,一方面過熱水進入水胎或膠囊內,使外胎內外同時受熱硫化。硫化方法有冷硫化、室溫硫化和熱硫化三種。大多數橡膠制品采用熱硫化。

        2、目前硫化方式是根據硫化內溫的介質的不同來區分,不論那種方式外溫(或稱熱板溫度、模溫)都是通入一定壓力的蒸汽,只是溫度有高有低罷了。
        熱水硫化:由蒸汽將水加熱并形成過熱狀態。
        蒸汽硫化:由蒸汽形成飽和狀態,即飽和蒸汽作為內溫介質。通常也稱高溫硫化。
        氮氣硫化:蒸汽硫化的后期,通過氮氣的保壓完成硫化過程。是目前先進的硫化技術,符合環保的要求。

        變溫硫化:蒸汽硫化的后期,通過過熱水作為內溫介質保壓完成硫化過程 

        輪胎生產的過程中,輪胎在模型內部進行硫化時的壓力和溫度的變化直接影響輪胎的質量,這就要求在輪胎進行硫化時,嚴格按照工藝規定的溫度進行控制和監控,而PLC正是當前硫化機的首選控制器。

        二、硫化設備說明

        熱硫化的設備主要有硫化罐、平板硫化機等。

        子午胎硫化采用雙模定型硫化機

        現代硫化機的基本要求:高質,高產,可靠長壽,高質---保證硫化質量,降低次品率;高產---在盡可能短的時間內完成硫化過程;可靠長壽---故障率低,使用壽命長,年維修用度少。 

        而現行硫化機面臨的問題主要有:

        1、高溫高濕帶來的可靠性不足:1)造成控制器運行不穩定,多故障,增加次品率及維護;2)縮短了使用壽命,增加備件用度。硫化環境的高溫高濕,加上腐蝕性(含硫)氣體,導致一些PLC電子元器件線路腐蝕和閥門腐蝕,造成停車故障。 

        2、溫度控制不良:1)溫度檢測分辨率不夠使實際溫度超過或低于工藝要求造成過硫或欠硫。2)溫度控制響應慢導致升溫時間過長,延長了硫化時間;3)硫化機外溫升溫時易超調、不穩定,外溫發生擾動時溫度控制器調整慢、易超調。

        溫度、壓力、時間被稱為硫化的三要素, 其中尤以溫度控制為關鍵且較復雜。衡量溫控好壞主要看恒溫特性和追從特性(實時性)。恒溫特性:硫化過程通常要求熱板和膠囊保持170℃左右的高溫,誤差要求在±2℃內。溫度過高會“烤糊”輪胎, 溫度過低則會發生欠硫。假如使用溫控精度不足, 會造成實際溫度超過范圍而不被控制, 從而影響輪胎質量。追從特性:硫化過程需要在啟動加熱和發生溫度偏差時能以最短時間達到170℃的恒溫狀態。溫控性能不足會使響應變慢, 延長升溫時間, 同時在溫度出現擾動時不

        因此,硫化機使用的蒸汽壓力一般為7~8barg,對應的飽和溫度為170-175℃,所以需要使用減壓閥和氣動控制閥。為了確保溫度穩定,必須使用疏水閥及時將冷凝水排放干凈。能及時調整造成輪胎質量不穩定。

        三、如何保證硫化機上下模的溫度一致?

        從上述介紹可知,硫化機上下模(上下熱板)的溫差一定要低于±2,但事實上,絕大部分的橡膠廠普遍出現一個共同的問題:

        1、 硫化機上下模的溫度總是不一致,都存在不同程度的溫差,溫差大于±2℃;

        2、 有時溫度也升不到所需的硫化溫度,這將直接導致橡膠制品的硫化質量不合格,即“欠硫”現象。

        3、 能源損耗過大。

        A、首先需了解硫化機的結構及蒸汽室的布局

        1)平板硫化機:從模具數量上來說,又分為單模、雙模、四模硫化機,每套模具分為上下模,其中以雙模硫化機使用最廣泛。采用熱板式蒸汽室,蒸汽直接接入上下模熱板內部的許多小通道進行加熱。

        2)立式硫化機:一般來說,上模采用蒸汽夾套加熱,下模則是在熱板內部的蒸汽室直接通入蒸汽進行加熱。

        3)對于帶有膠囊定型機構的立式硫化機,則還需要抽真空,這對系統也提出了更高的要求。

        4)蒸汽室布局:有些工廠上下模以并聯方式設計,即單獨采用進汽口;有些則上下模以串聯方式設計,即采用一個進汽口,先經過上模,再經過下模;至于冷凝水,目前大部分工廠都是上下模具共用一個疏水閥來疏水(群組疏水),而且還有很多工廠是采用熱動力疏水閥來疏水的。

        B、 原因分析:這是因為疏水閥堵水,冷凝水排放不及時,設備內有積水,導致硫化機換熱慢、升溫不正常。而這里疏水閥堵水主要是由于系統內產生了“蒸汽綁”造成的。因為上下模的換熱效率不可能完全相同,而且蒸汽中本身有一定的含水量,被夾帶的冷凝水首先進入下模,一方面使下模的換熱效率降低,一方面這些水又汽化成蒸汽,這樣有可能管道內出現“一股水加一股蒸汽”的現象,不停的出現此現象,這時蒸汽就被鎖閉在通往疏水閥的管路中。盡管蒸汽在設備內已開始形成冷凝水,但只有當疏水閥內的蒸汽冷卻冷凝后,疏水閥才會再次打開。與設備內用于加熱其他介質的蒸汽冷凝速度相比,被鎖閉的蒸汽的冷凝速度要慢得多,造成設備中充滿冷凝水,這些冷凝水只能等到被鎖閉的蒸汽冷凝后才能排放。由于被鎖閉的蒸汽占據了管路且無法通過疏水閥,設備中的冷凝水又缺乏足夠的重力作用,導致冷凝水只能在設備內繼續積聚,而無法通過疏水閥進行排放,這種現象稱為蒸汽綁。一旦產生蒸汽綁,冷凝水無法及時排出,導致硫化機內積水,這就造成了下模的溫度比上模溫度低,有時溫差達3℃以上,若更嚴重一點,可能還出現模具不熱,達不到工藝要求的溫度等問題。

        產生“蒸汽綁”的原因有3個:疏水閥選型錯誤,蒸汽管線設計不合理,蒸汽中含水過多。

        C、 解決辦法

        1) 選用能破除“蒸汽綁”的專用疏水閥,如way’s帶有破除“蒸汽綁”裝置的B系列自由浮球疏水閥,型號WY42FB/WY80FB/BFT45F(法蘭連接),WY42SB(螺紋連接)。一旦產生蒸汽綁,破汽綁裝置馬上自動打開,將被鎖閉蒸汽及時排除。

        2) 在硫化機前端使用汽水分離器SP25,先將蒸汽的干度提高,去除蒸汽中的絕大部分水分和管線中的冷凝水,得到高品質的干飽和蒸汽。

        建議上下模具單獨進汽、單獨疏水,不要采取“群組疏水”的方式,這會導致其中一個模具可能會積水。


        附注:典型硫化機蒸汽系統圖

        附圖1:(常見并聯模具系統圖,不推薦)                       附圖2:(最佳并聯模具系統圖,推薦)


        附圖3:(常見串聯模具系統圖,不推薦)                      附圖4:(最佳串聯模具系統圖,推薦)


        四、如何保證硫化機上下模內的壓力和溫度準確?

              1、 蒸汽壓力控制:因為飽和蒸汽的壓力與溫度是一一對應的,若壓力不穩定,則蒸汽溫度忽高忽低,無法滿足硫化機加熱所需的設計溫度。硫化工藝的飽和蒸汽壓力一般為4-8barg,硫化機模具(熱板)需要加熱到較高溫度(140~170℃)。

        解決方法:建議選用way’s先導式減壓閥,型號DPR16或PR16,可確保蒸汽壓力非常穩定,相應的蒸汽溫度也就穩定了,也就可以保證硫化機模具的溫度穩定。

        2、溫度和時間控制:使用氣動控制閥可以實現溫度和時間的過程控制,以前很多工廠都是使用手動閥門手動調節的,現在越來越多的客戶會選擇自動控制。建議選用way’s波紋管密封氣動控制閥,型號PCV3000-B,等百分比自動調節;或選用way’s氣動波紋管截止閥,型號S16FGBH-P,自動開關控制。

        綜上所述,通過這幾個方面的改善,可以確保模具溫度正常,且上下模的溫差可控制在1-2℃以內。硫化質量也自然達到最佳狀態。

        五、對閥門的要求

        硫化工序占全部蒸汽消耗量的80%,同時對硫化機的溫度控制精度和壓力都提出了嚴格規定。因此,選用一款高精度的波紋管密封氣動控制閥是非常必要的,否則將導致輪胎“欠硫”的質量問題。另外此工序中,若疏水閥選配不合理或直排乏氣,將造成設計蒸汽消耗量的30%被浪費,同時也無法準確掌握硫化的溫度和時間,因此,選用高品質的自由浮球疏水閥將可以節約大量的蒸汽,并確保產品的品質。若減壓閥不能精確穩定控制壓力,將造成定型壓力和作用時間與硫化機合模時間、高度配合不當,導致外胎定型質量不過關。還有模型預熱也是通過減壓閥調節壓力來控制模型溫度的,因此,必須選用一款能穩定控制壓力的先導式減壓閥,而且,這里截止閥也是絕對不允許泄漏的。

        硫化機蒸汽閥門安裝圖:





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