Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за конвейери за хлебни пещи и обработка на тесто
Червячната зъбна предавка, задвижваща конвейер за тунелна пещ, е разположена на 400 мм от камера, работеща при 230 градуса по Целзий. Лъчистата топлина повишава повърхността на корпуса на зъбната предавка до 85-110 градуса по Целзий - доста над границата от 80 градуса за стандартната минерална грес. В рамките на 6 седмици стандартната грес се овъглява върху резбата на червяка, триенето се увеличава, луфтът се увеличава и конвейерът спира по средата на печенето с 200 хляба вътре. Изборът на смазка е спецификацията, която разделя 5-годишна зъбна предавка от 6-седмична повреда.
Конвейерите за хлебни пещи, задвижванията на камерите за втасване и оборудването за обработка на тесто поставят червячната зъбна двойка във външно нагрята среда - от 60 до 120 градуса по Целзий околна температура от лъчистата топлина на пещта - вместо да генерират топлина вътрешно поради неефективност на зъбното колело. Това външно топлинно предизвикателство изисква смазка, предназначена за действителната температура на корпуса, а не за референтната температура от каталога. Матрицата за избор на високотемпературна смазка съпоставя температурата на корпуса с правилната фамилия грес: стандартна литиева грес за до 80 градуса по Целзий (обработка на тесто далеч от пещи), синтетична PAG за 80 до 120 градуса по Целзий (задвижвания в близост до пещта), силиконова грес за 120 до 150 градуса по Целзий (задвижвания, монтирани на пещта) и PFPE за над 150 градуса по Целзий (механизми, вътрешни за пещта). Термичното разширение при повишена температура измества разстоянието между центровете на червячната предавка с 0,03 до 0,08 мм на всеки 50 градуса по Целзий - достатъчно, за да промени хлабината и модела на контакт. В пекарните също така се съдържа прах от брашно (запалим — потенциал за ATEX зона 22) и се изисква безопасна за храните смазка (NSF H1) за всяко задвижване в производствената зона.
Защо оборудването за хлебни изделия е различно термично предизвикателство от другите приложения
В повечето приложения на червячни зъбни колела топлината се отвежда навън: зъбната двойка генерира топлина от триене, а корпусът я разсейва в околната среда. Зъбната двойка е източникът на топлина; околната среда е хладилният поглътител. В приложенията на пещ за хлебни изделия тази връзка е обратна: фурната е източникът на топлина, а червячната зъбна двойка е приемник на външна лъчиста и конвективна топлина. Зъбната двойка абсорбира топлина от околната среда, вместо да я генерира.
Това разграничение е важно, защото стандартният термичен модел (ескалатор от статия A08: T_корпус = T_окола + P_топлина / (h × A)) приема, че околната температура е постоянна и по-ниска от тази на корпуса. В пекарна, околната температура около корпуса на редуктора може да бъде от 60 до 120 градуса по Целзий - и температурата на корпуса е равна или по-висока от околната, защото корпусът не може да разсейва топлината към въздуха, който вече е горещ.
Практическото следствие: червячна зъбна двойка, номинално 2000 N·m при околна температура от 20 градуса по Целзий, може да осигури само 1400 до 1600 N·m при околна температура от 100 градуса по Целзий, тъй като повишената температура намалява вискозитета на смазочния материал, увеличава коефициента на триене, понижава границата на провлачване на бронза и ускорява термичното разграждане на греста. Коефициентът на намаляване на номиналните характеристики на червячната зъбна двойка при повишена околна температура обикновено е от 15 до 30 процента на всеки 50 градуса по Целзий над каталожната референтна стойност (обикновено 20 градуса по Целзий). Това намаляване често се пренебрегва в спецификациите на оборудването за хлебни изделия — червячната зъбна двойка се избира с пълна каталожна номинална мощност и след това се поставя до фурна с температура от 230 градуса, където работи на 70 до 80 процента от номиналния си капацитет от първия ден.
Матрица за избор на високотемпературни смазочни материали — от температурата на корпуса до класа на грес
Изборът на смазка за червячни зъбни колела за хлебни изделия зависи от едно измерване: стационарната температура на повърхността на корпуса по време на работа на фурната. Тази температура определя кое семейство грес ще издържи на термичното излагане. Матрицата по-долу съпоставя температурните диапазони на корпуса с правилната смазка, като за всяка от тях са отбелязани варианти за безопасност на храните (NSF H1).
Нарастването на разходите е стръмно: PFPE с цена от 250 до 600 щатски долара на килограм е 20 до 40 пъти по-скъп от стандартната литиева грес. Количеството грес за пълнене на червячна зъбна предавка обаче е малко (50 до 200 грама), така че абсолютната цена за пълнене е от 12 до 120 щатски долара за PFPE спрямо 0,50 до 3 щатски долара за стандартен — което е смислено, но не е непосилно за оборудване, предпазващо печени изделия на стойност хиляди долари на зареждане на фурната.
Внимание със силиконова грес. Силиконовата грес се справя с температурата, но има значително по-ниски характеристики при екстремно налягане (EP) от литиевите или PAG гресите. При големи натоварвания, типични за големи конвейери за тунелни пещи (изходен въртящ момент от 200 до 500 N·m), силиконовата грес може да не успее да поддържа граничния смазочен филм, необходим за предотвратяване на износване от бронз върху стомана. За червячни зъбни двойки над 100 N·m изход в диапазона от 120 до 150 градуса, синтетичният PAG с по-висок вискозитет на базовото масло (ISO VG 680 или 1000) често превъзхожда силикона, въпреки номинално по-ниския температурен диапазон - превъзходната EP защита компенсира леко намаления термичен запас. Тествайте специфичната грес под натоварване при температура върху червячната зъбна двойка, преди да се ангажирате с производствена спецификация.
Термично разширение — как топлината във фурната измества централното разстояние и хлабината
Когато червячна зъбна предавка се нагрее от 20 градуса по Целзий (температура на сглобяване) до 100 градуса по Целзий (работна температура в близост до фурна), корпусът и валовете на червячната предавка се разширяват. Стоманата и чугунът имат коефициент на термично разширение от приблизително 11 до 12 µm на метър на градус по Целзий. За двойка с междуосово разстояние от 100 mm и повишаване на температурата от 80 градуса, междуосното разстояние се увеличава с приблизително 0,09 до 0,10 mm. Бронзът се разширява по-бързо (18 µm/m/°C), така че бронзовото колело расте повече от стоманения червяк - което допълнително отваря мрежата.
Комбинираният ефект: луфтът се увеличава с приблизително 0,03 до 0,08 мм на всеки 50 градуса по Целзий при повишаване на температурата от типична червячна зъбна предавка с размери за пекарна (междуцентрово разстояние 80 до 125 мм). Този термичен луфт е обратим - той изчезва, когато двойката се охлади до температура на сглобяване. Но по време на работа увеличеният луфт променя схемата на контакт на червячната предавка (измествайки контактната лента към върховете на зъбите) и увеличава шума при работа. При оборудване за хлебни изделия, където двойката се нагрява и охлажда ежедневно (фурната е включена по време на смяна за печене, изключена през нощта), дневният цикъл на луфт натоварва зоната на контакт на зъбите по различен начин от двойка, работеща при постоянна температура.
Смекчаване на проектирането. Определете началния хлабинен ход в стегнатия край на зоната на допустимо отклонение (а не в номиналния център), така че термичното разширение да отвори мрежата до номиналния работен хлабинен ход при температура на фурната. За двойка зъбни колела, предназначена да работи при температура на корпуса от 100 градуса по Целзий, задайте хлабината на сглобката с 0,05 до 0,08 мм по-стегната от стандартната каталожна спецификация. Двойката зъбни колела ще се усеща леко твърда при сглобяване на стайна температура, но ще работи с предвидения хлабинен ход, след като се нагрее до работна температура. Този подход изисква доставчикът на зъбна двойка да знае работната температура – което означава, че конструкторът на оборудване за хлебни изделия трябва да съобщи топлинната среда, а не само въртящия момент и предавателното число.
Корейска индустриална пекарна инсталира нова 25-метрова тунелна пещ за производство на сандвичи хляб. Пещта работеше при 210 градуса по Целзий. Задвижването на конвейера на пещта беше разположено в края на изхода, на 400 мм от стената на пещта, без термична защита. Спецификация на червячната зъбна предавка: едноходова, модул 4, междуосово разстояние 100 мм, предавателно число 30:1 — запълнена със стандартна минерална литиева грес (NLGI 2, максимална непрекъсната мощност 80 градуса по Целзий). Температура на повърхността на корпуса, измерена на третия ден от производството: 95 градуса по Целзий. Стандартната грес започна да се окислява в рамките на 2 седмици — образува се кафява кора върху резбите на червяка, видима през стъклото за контрол на маслото. До 6-та седмица греста се беше овъглила, коефициентът на триене се беше удвоил приблизително, токът на двигателя се беше увеличил с 40 процента и конвейерът спря с 200 хляба в камерата на пещта. Авариен ремонт: промиване на корпуса с разтворител, пълнене със синтетична PAG H1 грес (оценена до 120 градуса по Целзий). Цена за смяна на грес: 180 щатски долара (включително разтворител, PAG грес и 3 часа труд на техник). Цена на 200 изгорели хляба плюс 4 часа загубена продукция: приблизително 3200 щатски долара. Общата цена на повредата — 3380 щатски долара — произтича от грешка при избора на грес, чието предотвратяване на етапа на спецификация би струвало 35 щатски долара (разликата в цената между стандартна минерална грес и PAG H1 грес за едно пълнене на червячна зъбна предавка). Впоследствие пекарната инсталира топлинен екран от неръждаема стомана между стената на фурната и корпуса на зъбното колело, намалявайки температурата на корпуса до 72 градуса по Целзий — в рамките на стандартния диапазон на грес. Топлинният екран струва 85 щатски долара. Комбинирани разходи за превенция: общо 120 щатски долара спрямо 3380 щатски долара разходи за ремонт.
Класификация на хранителните зони за червячни зъбни колела и съображения за прах от брашно
Производствените среди за хлебни изделия съчетават два регулаторни измерения: безопасност на храните (смазка NSF H1 за задвижвания в производствената зона) и горим прах (прахът от брашно може да образува експлозивни атмосфери над минималната експлозивна концентрация от приблизително 60 g/m³).
Не всички двойки червячни зъбни колела за хлебни изделия се нуждаят от спецификация за хранителен клас. Червячните задвижвания преди печенето (тестомесач, разделител, формовъчна машина, камера за втасване) са в хранителната зона и изискват NSF H1. Задвижването на конвейера на фурната и задвижването на охлаждащия конвейер обикновено са след зоната за печене — продуктът се пече и не контактува със задвижващия механизъм. Тези задвижвания могат да използват стандартна индустриална смазка, ако оценка на HACCP потвърди липса на път на замърсяване.
Задвижвания: Тестомесач, разделител, формовъчна машина, конвейер за втасване.
Смазка: Задължителен NSF H1 (риск от контакт с тесто).
Температура: Околна температура 20-35°C (достатъчна е стандартна грес).
Прах: Наличие на брашнен прах — запечатан корпус, ATEX зона 22, ако концентрацията надвишава LEL. Неискреща повърхност на корпуса.
Задвижвания: Конвейер за тунелна пещ, мрежесто ремъчно задвижване, индексатор за каменна палуба.
Смазка: PAG, силикон или PFPE — избира се според температурата на корпуса. NSF H1 е за предпочитане, но не винаги е задължителен (зона след печене).
Температура: Корпус 60-150°C в зависимост от близостта и екранирането.
Прах: Минимално количество брашно (изгаря се в зоната на пещта). ATEX обикновено не се изисква.
Спецификации на три червячни зъбни колела за хлебни фурни
Случай 1 — Корейска индустриална пекарна: 25-метрова тунелна пещ, хляб, топлоизолирано задвижване
Корейска индустриална пекарна (30 000 хляба на ден) е определила червячна зъбна предавка за задвижването на разтоварващия конвейер на 25-метрова газова тунелна фурна при температура на камерата 210 градуса по Целзий. Задвижването е било разположено на изхода на фурната, първоначално на 400 мм от стената на фурната - температурата на корпуса е била измерена при 95 градуса по Целзий (вижте Engineering Desk Note). След монтиране на топлинен екран от неръждаема стомана (85 USD), температурата на корпуса е намаляла до 72 градуса по Целзий. Крайната спецификация на червячната зъбна предавка: едноходова, модул 4, междуосово разстояние 100 мм, предавателно число 30:1. Двигател: 2,2 kW, 1450 об/мин. Изходен въртящ момент: 180 N·m (опън на ремъка + триене на теглото на хляба). Грес: NSF H1 синтетичен PAG (номинална до 120 градуса по Целзий - осигуряващ 48 градуса запас над работната температура от 72 градуса). Интервал за повторно смазване: 12 месеца (коригирано по Арениус за 72 градуса по Целзий от референтните 40 градуса). Материал: червяк AISI 304, колело от фосфорен бронз. Уплътнение: FKM (Viton) — устойчиво на високи температури. Цена за чифт: 195 щатски долара. Обща цена на задвижването на фурната (чифт + топлинен екран + PAG грес): 315 щатски долара. Годишно производство на хляб през тази фурна: приблизително 1,8 милиона щатски долара на едро.
Случай 2 — Японска фабрика за инстантни рамени: фурна за бързо пържене, корпус 160°C, силиконова грес
Японски производител на инстантни рамени е определил червячна зъбна предавка за конвейерното задвижване вътре в пещ за бързо пържене, която пържи блокове юфка при температура на олиото 150 градуса по Целзий. Задвижването е вътрешно във фурната - монтирано върху рамката на фурната в нагрятата камера. Не е било възможно топлинно екраниране. Температурата на корпуса е измерена на 135 градуса по Целзий по време на работа в стационарен режим. Стандартната PAG грес (с номинална мощност 120 градуса по Целзий) би се повредила в рамките на месеци при 135 градуса по Целзий. Спецификация: еднократно стартиране, модул 3, междуосово разстояние 80 мм, съотношение 25:1. Грес: високотемпературна грес на силиконова основа, с номинална мощност 180 градуса по Целзий, регистрирана по NSF H1. Силиконовата грес има по-ниски EP характеристики от PAG - потвърдено е, че е приемлива при изходен въртящ момент от 85 N·m (в рамките на намаления капацитет на EP филма). Материал: червяк AISI 316L (пръските от олио за пържене са киселинни с течение на времето), колело от алуминиев бронз. Интервал за повторно смазване: 3 месеца (силиконът се разгражда по-бързо от PAG поради летливостта на базовото масло при продължителна висока температура). Цена за чифт: 165 щатски долара. Цена на силиконова грес H1 за пълнене: 18 щатски долара. Годишна поддръжка на грес (4 пълнения): 72 щатски долара. Разгледайте високотемпературен червячен редуктор опции, предназначени за приложения в пекарни, както в близост до пещ, така и във пещ.
Случай 3 — Виетнамска фабрика за багети: зареждане на пещ с под, оптимизирана цена, умерена температура
Виетнамска фабрика за багети е определила червячни зъбни колела за механизми за зареждане на двуетажна пещ, които плъзгат тавите за тесто в триетажна пещ при 240 градуса по Целзий. Задвижването на зареждащото устройство е разположено на 1,2 метра от предната част на пещта, зад тухлена топлинна стена. Температура на корпуса: 58 градуса по Целзий - под стандартната граница за грес от 80 градуса. Това позволява използването на стандартна литиево-комплексна грес NSF H1 - избягвайки ценова премия на синтетичния PAG или силикон. Червячна зъбна колела: едноходова, модул 2,5, междуосово разстояние 63 мм, съотношение 20:1. Изходен въртящ момент: 55 N·m (тегло на тавата плюс триене на плъзгане върху каменната платформа). Двигател: 0,75 kW. Материал: поцинкован червяк от въглеродна стомана, колело от фосфорен бронз. Интервал за повторно смазване: 12 месеца (стандартен график при 58 градуса по Целзий). Цена на зъбна колела: 72 щатски долара. Случаят показва, че не всички червячни зъбни колела за хлебни изделия се нуждаят от високотемпературна смазка - решението зависи от действителната температура на корпуса, която се определя от разстоянието от пещта и евентуалното термично екраниране. 30-секундно измерване на температурата с инфрачервен термометър по време на работа на фурната предоставя данните, които определят дали е необходима стандартна или синтетична грес.
Често задавани въпроси
В: Как да измеря температурата на корпуса за избор на смазка?
Използвайте инфрачервен термометър, насочен към повърхността на корпуса на червячната предавка по време на работа на пещта в стационарен режим (поне 2 часа след стартиране на пещта, за да се осигури пълно термично равновесие). Измерете в точката, най-близка до пещта. Запишете температурата в най-горещия производствен ден (лятната околна среда допринася за лъчистата топлина на пещта). Това измерване в най-лошия случай определя семейството смазочни материали. Ако корпусът все още не е монтиран (нова конструкция на оборудването), направете оценка с помощта на термична симулация или монтирайте временна термодвойка по време на въвеждане в експлоатация, преди да определите производствената грес. Никога не приемайте температурата на корпуса на червячната предавка от температурата на пещта - връзката зависи от разстоянието, екранирането, изолацията и въздушния поток, които варират в зависимост от инсталацията.
В: Може ли топлинен щит да реши проблема с температурата вместо скъпа грес?
В много случаи, да - и това е най-рентабилното решение. Полиран топлинен рефлектор от неръждаема стомана между стената на фурната и корпуса на червячната предавка, разположен между стената на фурната и корпуса на предавката, отразява 70 до 90 процента от лъчистата топлина. 1 мм полирана ламарина от неръждаема стомана 304, изрязана по размер и закрепена с болтове към рамката на фурната, струва от 50 до 150 щатски долара и обикновено намалява температурата на корпуса с 20 до 40 градуса по Целзий. Това намаление често връща температурата на корпуса от PAG диапазона (80-120 градуса по Целзий) обратно в стандартния литиев диапазон (под 80 градуса по Целзий) - елиминирайки изцяло необходимостта от скъпа синтетична грес. Топлинен екран плюс стандартна грес струва по-малко от липсата на екран плюс PAG грес - и стандартната грес има по-добри свойства на EP филма. Винаги оценявайте екранировката, преди да специфицирате високотемпературна смазка.
В: Изисква ли се ATEX спецификация за прах от брашно в близост до червячни зъбни колела в пекарна?
Прахът от брашно е запалим (минимална концентрация на експлозивност приблизително 60 g/m³, минимална температура на запалване приблизително 380-440 градуса по Целзий в зависимост от вида брашно). Ако червячната предавка работи в зона, класифицирана като ATEX Зона 21 или Зона 22 (по време на нормална или необичайна работа може да се появи облак прах), корпусът трябва да отговаря на съответната категория ATEX оборудване. На практика повечето корпуси на червячни предавки за хлебни изделия са запечатани и нямат вътрешен източник на запалване — те обикновено отговарят на изискванията на Зона 22 без модификация, тъй като температурата на повърхността на запечатания корпус (дори при 120 градуса по Целзий) е доста под температурата на самозапалване на праха от брашно. Основната предпазна мярка е предотвратяване на натрупването на брашно върху външната страна на корпуса, което би могло да се запали от горещата повърхност — редовното почистване на повърхността на корпуса по време на производството поддържа слоя прах под критичната дълбочина.
В: Как влияе термичното циклиране (ежедневно включване/изключване на фурната) на червячната зъбна двойка?
Ежедневното термично циклиране (от 20 градуса по Целзий на студено до 90+ градуса по Целзий на топло и обратно) води до два ефекта. Първо, термичното разширение и свиване на корпуса създава микропомпане в уплътненията - въздух се засмуква по време на охлаждане и се изхвърля по време на нагряване - което в продължение на месеци вкарва атмосферна влага и брашнен прах покрай уплътненията. Второ, кондензация се образува вътре в корпуса по време на фазата на охлаждане, когато температурата на корпуса премине точката на оросяване. Тази кондензация емулгира мазнините и корозира непокритите стоманени повърхности. Превенция: инсталирайте малък обезвъздушителен клапан с патрон с десикант, който позволява изравняване на налягането, като същевременно блокира влагата и праха. Сменяйте патрона с десикант на всеки 6 месеца. Този аксесоар на стойност 15 USD предотвратява свързаното с влагата разграждане на мазнините, което в противен случай съкращава живота на мазнините с 30 до 50 процента в пекарни с термично циклиране.
В: Какъв е експлоатационният живот на червячна зъбна предавка за пещ за хлебни изделия?
С правилна смазка за действителната температура на корпуса: от 4 до 8 години при едносменна работа в пекарната (2500 до 3000 часа годишно). Бронзовото колело е износващият се елемент; стоманената червячна помпа издържа 10+ години. С неправилна смазка (стандартна грес на място с висока температура): от 3 до 12 месеца, преди карбонизацията на мазнините да причини ускорено износване и потенциално спиране. Изборът на смазка е най-големият определящ фактор за експлоатационния живот в пекарните приложения — чифт с правилната грес издържа 5 пъти по-дълго от същия чифт с грешна грес при повишена температура. Годишната проверка трябва да включва измерване на температурата на корпуса, проверка на състоянието на греста (цвят, консистенция) и измерване на луфта.
Конвейерите за хлебни пещи и оборудването за обработка на тесто налагат термично предизвикателство, което е уникално сред приложенията с червячни зъбни колела: външна топлина от близостта на пещта, а не вътрешна топлина от триенето на зъбното колело. Матрицата за избор на смазочни материали за висока температура - от температурата на корпуса до семейството грес - е най-важният инструмент за спецификация на двойки червячни зъбни колела за хлебни изделия, тъй като смазочният материал определя дали двойката ще издържи 5 години или 5 седмици при повишена температура. Термичното разширение при 60 до 120 градуса по Целзий измества измеримо разстоянието между центровете и хлабината - компенсирано чрез определяне на по-малка начална хлабина при температура на сглобяване. Топлинното екраниране между фурната и корпуса на зъбното колело често е най-рентабилната интервенция, намалявайки температурата на корпуса с 20 до 40 градуса по Целзий и потенциално елиминирайки необходимостта от скъпо синтетично смазочно масло. Класификацията на хранителните зони (пред пещта срещу зоната на пещта) определя дали смазката NSF H1 е задължителна или по избор, а оценката на прах от брашно определя дали се изисква съответствие на корпуса с ATEX.
За производителите на оборудване за хлебни изделия и инженерите на инсталации, нашият инженерен екип извършва избор на смазка спрямо измерената или очакваната температура на корпуса. Стандартен каталог комплекти червячни зъбни колела за хранителни цели Доставят се със стандартни, PAG и силиконови греси с междуосово разстояние от 63 до 160 мм. Изпратете Спецификация на задвижването на пекарна с температура на пещта, позиция на задвижването (разстояние от пещта) и измерване на температурата на корпуса, ако е налично.
Специфициране на червячни зъбни колела за пещ за хлебни изделия или оборудване за обработка на тесто?
Изпратете температурата на фурната, позицията на задвижването спрямо фурната, температурата на корпуса (или ние ще я приблизим) и дали задвижването е в зоната за храна или в зоната след печене. Ще препоръчаме подхода за управление на смазката, материала и температурата.
Редактор: Cxm
