Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за задвижвания на циментови пещи и топкови мелници
Спомагателно задвижване на циментова пещ работи на 3 метра от въртящ се корпус при повърхностна температура от 300 градуса по Целзий, в атмосфера, гъста с алкален циментов прах с pH 12, като същевременно абсорбира периодичните ударни натоварвания от 80 тона стоманени топки за смилане, изливащи се в съседната топкова мелница. Топлината, прахът и ударите – едновременно и непрекъснато – правят цимента най-физически враждебната среда за всяка двойка червячни зъбни колела в тази поредица от 30 статии.
Циментовите заводи използват червячни зъбни колела за спомагателни (баринг) задвижвания на пещи, толчкови задвижвания на топкови мелници, задвижвания на решетки на охладители на клинкер и задвижващи механизми на клапани на ръкавни филтри — приложения, изискващи изходен въртящ момент от 500 до 15 000 N·m при 0,5 до 10 об/мин в комбинирана термична, абразивна и ударно-натоварваща среда. Дървото на решенията за управление на температурата разглежда двойното предизвикателство, свързано с топлината, уникално за цимента: външна лъчиста топлина от корпусите на пещта и охладителя на клинкера (повишаваща околната температура до 60 до 150 градуса по Целзий) плюс вътрешна топлина от триене от неефективност на зъбните колела — което води до температури на корпуса, които изискват активно охлаждане в повечето инсталации. Четири стратегии за охлаждане са съобразени с температурата на корпуса: естествена конвекция под 80 градуса, охлаждане с вентилатор за 80 до 110 градуса, циркулация на масло за 110 до 140 градуса и охлаждане с водна риза над 140 градуса. Циментовият прах при pH 12 е едновременно абразивен (разрушава уплътненията) и алкален (атакува стандартната гума) — което изисква тежки лабиринтни уплътнения с червячни зъбни колела с положително продухване с въздух и уплътнителен материал FKM. Ударното натоварване на топковата мелница при 20 до 40 Hz надвишава нормално изчисления коефициент на експлоатация и изисква специални коефициенти на ударна експлоатация от 2,0 до 3,0.
Къде работят червячни зъбни колела в циментови заводи
Главните задвижвания на ротационната пещ и топковата мелница използват отворени зъбни колела — диаметърът на оборудването (от 4 до 6 метра) е твърде голям за затворени зъбни двойки. Но всеки циментов завод има от 15 до 40 спомагателни задвижвания, където червячните зъбни колела са стандартът: задвижвания на решетките на пещта, които бавно въртят пещта по време на нагряване и охлаждане (предотвратявайки термично провисване), задвижвания на топковата мелница с бавно движение, които позиционират мелницата за проверка на облицовката, задвижвания на решетките на охладителя на клинкера, които придвижват охлаждащите плочи, и задвижващи механизми на клапани на ръкавни филтри, които циклично задействат амортисьорите в системата за прахоулавяне.
Тези спомагателни червячни зъбни колела споделят три характеристики: ниска изходна скорост (0,5 до 10 об/мин), висок въртящ момент (500 до 15 000 N·m) и екстремни условия на циментов завод (топлина, прах, удар). Червячната зъбна двойка се справя и с трите - но само ако са правилно зададени термичното управление, прахозащитата и коефициентът на ударно натоварване.
Дърво на решенията за управление на топлината — двойни източници на топлина изискват активно охлаждане
Червячните зъбни колела в циментовите заводи са изправени пред термично предизвикателство, което съчетава едновременно проблема с външната топлина на задвижванията на пещи за хлебни изделия (Статия A14) с проблема с топлината от триене на задвижванията на ескалатори с непрекъснат режим на работа (Статия A08). Кожухът на пещта с повърхностна температура от 250 до 350 градуса по Целзий излъчва топлина върху близкия корпус на спомагателното задвижване, повишавайки температурата на околната среда около зъбната двойка до 60 до 150 градуса по Целзий. В същото време червячната зъбна двойка генерира вътрешно топлина от триене поради неефективността на зъбното колело (обикновено 50 до 60 процента от входящата мощност се превръща в топлина). Корпусът трябва да разсейва и двата източника на топлина, а високата температура на околната среда намалява топлинния градиент, достъпен за естествено разсейване.
Първо топлинна защита, второ активно охлаждане. Преди да се определи охлаждане с вентилатор или циркулация на масло, преценете дали лъчист топлинен екран между корпуса на пещта и червячната зъбна предавка може да намали температурата на околната среда до диапазона на естествена конвекция (под 80 градуса по Целзий). Полиран рефлектор от неръждаема стомана струва от 100 до 300 щатски долара и намалява натоварването от лъчиста топлина със 70 до 90 процента - потенциално елиминирайки необходимостта от охлаждане с вентилатор (от 500 до 1500 щатски долара) или циркулация на масло (от 3000 до 8000 щатски долара). Най-рентабилната стратегия за управление на температурата в циментовите заводи е: първо екраниране, след което избор на минимален метод на охлаждане за екранираната температура.
Защита от циментов прах и ударно натоварване на топкова мелница
Циментовият прах като абразивен замърсител. Циментовият прах (CKD) е фин прах с размер на частиците от 10 до 100 µm и pH от 11 до 13 (силно алкален). Ако CKD попадне в корпуса на червячната предавка, той действа като полиращо съединение — изтрива зъбните повърхности и изгаря бронзовото колело с 3 до 10 пъти по-висока скорост от нормалната. Стандартните уплътнения за червячни предавки не могат да изключат CKD, тъй като фините частици проникват в интерфейса между устната и вала чрез разлики в статичното налягане (термично дишане). Спецификацията на циментовото уплътнение изисква лабиринтно уплътнение (безконтактно, без износване на устната) плюс продухване с въздух (сгъстен въздух от 0,1 до 0,5 бара, издухван навън през лабиринта, физически предотвратявайки проникването на прах). Уплътнителният материал FKM е задължителен — стандартният нитрил и EPDM се разграждат в алкална циментова атмосфера в рамките на 12 до 18 месеца.
Ударно натоварване на топкова мелница. Топковите мелници съдържат от 30 до 100 тона стоманени смилащи топки (с диаметър от 25 до 90 мм), които се каскадират във въртящия се барабан. Ударите на топките създават ударни натоварвания с честота от 20 до 40 Hz, които се предават през корпуса на мелницата, фундамента и съседните конструкции към задвижванията на червячните зъбни колела, монтирани наблизо. Стандартните изчисления на коефициента на експлоатация (SF 1.0 до 1.5) не отчитат този предаден шок. Червячните зъбни колела на циментов завод в близост до топкови мелници изискват коефициент на експлоатация на удара от 2.0 до 3.0 - което означава, че двойката трябва да е оценена за 2 до 3 пъти изчисления въртящ момент в стационарно състояние. Задвижване на пещна решетка при 3000 N·m в стационарно състояние с SF 2.5 трябва да е оценено за 7500 N·m - обикновено изискващо размер на рамката с 1 до 2 стъпки по-голям от този, който би показал самият въртящ момент в стационарно състояние.
Корейски циментов завод инсталира ново спомагателно задвижване на пещта с червячна зъбна предавка с номинален въртящ момент от 5000 N·m — съответстващо на изчисления въртящ момент от 4200 N·m със стандартен сервизен фактор 1,2. Задвижването е разположено на 2,5 метра от корпуса на пещта (температура на повърхността 280 градуса по Целзий) без топлинен екран. Температурата на корпуса е измерена на 115 градуса по Целзий след 4 часа работа на затвора. Стандартното минерално масло (с номинална температура 90 градуса по Целзий) започва да се разрежда и окислява. В рамките на 6 месеца киселинното число на маслото надвишава допустимата граница, бронзовото колело показва ускорено износване, а луфтът се увеличава от 8 дъгови минути на 22 дъгови минути. Екипът по поддръжката на завода инсталира топлинен екран от неръждаема стомана (260 щатски долара), намалявайки температурата на корпуса до 82 градуса по Целзий, сменя маслото със синтетично PAG (с номинална температура 120 градуса по Целзий) и добавя комплект за охлаждане с вентилатор (480 щатски долара) като резерв. Комбинираната цена за термична интервенция на червячната предавка беше 740 щатски долара плюс 3 часа труд по поддръжката. Подмяната на двойката червячни зъбни колела (необходима, тъй като оригиналното колело се износи до неустоимост) струваше 2800 щатски долара плюс 8 часа време за монтаж. Поука: дървото за решения за управление на температурата трябва да се прилага на етапа на спецификация, а не след като първата двойка се повреди. Интервенцията за охлаждане от 740 щатски долара би предотвратила подмяната от 2800 щатски долара, ако беше приложена от първоначалния монтаж. В циментовите заводи всяко спомагателно задвижване в рамките на 5 метра от корпуса на пещта или охладителя се нуждае от измерване на температурата на корпуса, преди да се избере методът за охлаждане с червячна предавка — никога не приемайте, че стандартната естествена конвекция е адекватна в близост до оборудване с висока температура.
Спецификации на три червячни зъбни колела за циментов завод
Случай 1 — Корейски циментов завод: задвижване на пещта с решетка, пещ с диаметър 5 м, топлоизолирана
Корейски производител на цимент е определил червячна зъбна предавка за спомагателното задвижване на въртяща се пещ с диаметър 5,0 м × дължина 78 м, произвеждаща 5000 тона клинкер на ден. Задвижването на релсата е въртяло пещта с 0,1 об/мин по време на нагряване, охлаждане и планирани спирания, за да се предотврати термична деформация на корпуса на пещта. Въртящ момент на релсата: 4200 N·m (тегло на пещта × триене в лагера при ниска скорост). Коефициент на ударна сила: 1,5 (релсата на пещта е с минимален шок - пещта се върти плавно с 0,1 об/мин). Обща необходима мощност: 6300 N·m. Коригирана спецификация (след термичен инцидент): червячна зъбна предавка с единичен ход, модул 8, междуосово разстояние 200 мм, съотношение 60:1, номинален въртящ момент 8000 N·m. Материал: червяк от закалена легирана стомана, центробежно лято колело от фосфорен бронз. Охлаждане: топлинен екран от неръждаема стомана плюс конвекция с вентилатор. Масло: синтетично PAG ISO VG 460. Уплътнения: лабиринтни плюс продухване със сгъстен въздух плюс FKM устна. Температура на корпуса след екрана и вентилатора: 78 градуса по Целзий — в рамките на диапазона на смазката с естествена конвекция, но вентилаторът осигурява резерв за летни пикове на околната среда. Цена за чифт: 2800 щатски долара. Топлинен екран и вентилатор: 740 щатски долара. Обща цена на задвижването: 3540 щатски долара. Защитена производствена стойност на пещта: приблизително 1,2 милиона щатски долара на ден производство на клинкер.
Случай 2 — Японска варова пещ: задвижване на топкова мелница с тъчскрийн, ударно натоварване, прахоустойчивост
Японски производител на вар е определил червячна зъбна предавка за инчовото задвижване на топкова мелница с диаметър 3,8 м, смилаща варовик на прах. Инчовото задвижване е въртяло мелницата с 0,5 оборота в минута за проверка на облицовката и регулиране на зареждането на топките - периодична работа, обикновено от 2 до 4 часа на месец. Въртящ момент на инчовото задвижване: 2800 N·m. Инчовото задвижване обаче е било монтирано върху основата на мелницата на 1,5 метра от корпуса на топковата мелница - получавайки непрекъснати ударни вибрации с честота 25 Hz от каскадното зареждане на топките по време на нормална работа на мелницата (въпреки че самото инчово задвижване е било задействано само по време на спирания). Коефициент на ударна сила: 2,5 (предаван удар от съседна топкова мелница). Необходима стойност: 7000 N·m. Червячна зъбна предавка: едноходова, модул 6, междуосово разстояние 160 мм, съотношение 50:1, номинален въртящ момент 8500 N·m. Уголемяването осигурява граница на поглъщане на удари. Защитата от прах е била от решаващо значение - варовиковият прах е по-малко алкален от циментовия прах (pH от 9 до 10), но е също толкова абразивен. Лабиринтно уплътнение с въздушно продухване. Материал: червяк от закалена легирана стомана, колело от алуминиев бронз (превъзходна удароустойчивост спрямо фосфорен бронз при ударно натоварване). Цена за чифт: 2200 щатски долара. Разгледайте тежкотоварен червячен редуктор опции за приложения в заводи за преработка на цимент, вар и минерали.
Случай 3 — Виетнамски охладител за клинкер: задвижване на решетката, околна температура 120°C, непрекъснат режим на работа
Виетнамски циментов завод е определил червячни зъбни колела за 6 бутално-постъпателни решетъчни задвижвания на охладител за клинкер. Охладителят е получавал клинкер с температура 1400 градуса по Целзий от изхода на пещта и го е охлаждал до 100 градуса по Целзий, използвайки кръстосан поток с принудителен въздух. Решетката задвижва усъвършенствани перфорирани стоманени плочи с 3 до 8 хода в минута, избутвайки клинкерния слой върху охладителя. Температура на околната среда в позицията на задвижване на решетката: от 110 до 130 градуса по Целзий (лъчиста топлина от клинкерния слой плюс конвективна топлина от отработения охлаждащ въздух). Изходен въртящ момент на задвижване: 1200 N·m. Непрекъснат режим на работа: 8760 часа годишно. Червячна зъбна колела: едноходова, модул 5, междуосово разстояние 125 мм, съотношение 40:1. Охлаждане: циркулация на масло с външен въздушно охлаждан топлообменник (температурата на корпуса е стабилизирана на 95 градуса по Целзий с циркулация на масло). Масло: синтетично PAG ISO VG 460, сменя се ежегодно (следене на киселинното число на тримесечие). Уплътнение: лабиринтно плюс продухване с въздух плюс FKM. Материал: червяк от закалена легирана стомана, колело от фосфорен бронз. Защитата от циментов прах беше по-малко критична при охладителя (клинкерният прах е по-едър и по-малко се разпространява във въздуха от суровия циментов прах), но продухването с въздух беше запазено като стандартна практика. Цена на чифт: 1400 щатски долара. Система за циркулация на маслото на задвижване: 1800 щатски долара. Общо шест задвижвания: 19 200 щатски долара. Охладителят преработваше приблизително 5000 тона клинкер на ден — цената на червячната зъбна предавка представляваше по-малко от 0,02 процента от годишната стойност на клинкера.
Често задавани въпроси
В: Как да определя коефициента на въздействие при експлоатация на циментов завод?
Измерете скоростта на вибрациите (mm/s RMS) на мястото на монтаж на червячната зъбна двойка по време на нормална работа на инсталацията (всичкото близко оборудване работи). Сравнете със стандартната таблица за тежест на вибрациите (ISO 10816): под 1,8 mm/s = SF 1,0 до 1,5 (стандартна индустриална работа); 1,8 до 4,5 mm/s = SF 1,5 до 2,0 (умерен удар); 4,5 до 11,2 mm/s = SF 2,0 до 2,5 (силен удар); над 11,2 mm/s = SF 2,5 до 3,0 (силен удар — типичен в рамките на 3 метра от работещи топкови мелници). Ако инсталацията все още не е построена, използвайте указанията за приложение: решетка на пещта SF 1,2 до 1,5; решетка на охладителя на клинкера SF 1,5 до 2,0; близост до топкова мелница SF 2,0 до 3,0; близост до трошачка SF 2,5 до 3,0. Надценяването с една стъпка на коефициента на обслужване струва с 15 до 25 процента повече на чифт, а подценяването води до преждевременна умора на материала.
В: Може ли циментовият прах да повреди червячната зъбна двойка, дори при запечатан корпус?
Стандартните уплътнени корпуси (само с маншетно уплътнение, без лабиринт или продухване с въздух) евентуално ще пропуснат циментов прах — фините частици (10 до 50 µm) проникват през маншета на уплътнението чрез термично дишане (разширяването/свиването на корпуса изтегля въздух и прах покрай уплътнението по време на температурни цикли). Срокът варира: от 6 до 18 месеца за корпуси само с маншетно уплътнение в зони с голямо запрашаване, от 3 до 5 години за корпуси с лабиринтно уплътнение без продухване с въздух и над 10 години за корпуси с лабиринтно уплътнение плюс продухване с въздух. Анализът на маслото (броене на частици и тестване за алкалност) следи проникването на прах — ако алкалността на маслото се повиши над pH 8 или броят на частиците надвиши ISO 20/18/15, уплътненията се нуждаят от проверка и маслото се нуждае от смяна, независимо от планирания интервал.
В: Защо червячните зъбни колела в циментовите заводи използват маслена баня вместо грес?
Три причини. Първо, непрекъснатата работа и повишената температура водят до постоянно генериране на топлина, която греста не може да разсее — маслото циркулира топлината към стените на корпуса за конвекция или към външен охладител. Второ, маслото може да се източи и смени без разглобяване на корпуса — важно за циментовите заводи, където прозорците за поддръжка са кратки и достъпът е труден. Трето, анализът на маслото (киселинно число, водно съдържание, брой частици, алкалност) осигурява неинвазивна диагностика на състоянието на вътрешната предавка и ефективността на уплътнението — информация, която не е налична при смазване с грес. За червячни зъбни колела в циментовите заводи с междуосово разстояние над 100 мм, маслената баня е универсална; грес се използва само при малки задвижващи механизми (клапани с ръкавен филтър, задвижвания на амортисьори) с междуосово разстояние под 80 мм, където генерирането на топлина е незначително.
В: Колко често трябва да се сменя маслото на червячната зъбна двойка в циментовия завод?
Базов интервал: годишно за задвижвания, работещи при температура на корпуса под 90 градуса по Целзий, на всеки 6 месеца за 90 до 120 градуса по Целзий и на тримесечие за над 120 градуса по Целзий. Анализът на маслото обаче трябва да отмени календарния график: сменяйте маслото, когато киселинното число надвиши 2,0 mgKOH/g, съдържанието на вода надвиши 0,5 процента или броят на частиците надвиши ISO 20/18/15 — независимо от изминалото време. В зони с високо съдържание на прах и без продухване с въздух, замърсяването с прах може да изисква смяна на маслото на всеки 3 до 4 месеца, дори при ниски температури. Прилагането на анализ на маслото за червячни зъбни колела в количество от 50 до 100 щатски долара на проба спестява от 500 до 2000 щатски долара на ненужна смяна на масло при големи двойки червячни зъбни колела — и открива повреди в уплътненията, преди да причинят повреда на зъбното колело.
В: Какъв е типичният експлоатационен живот на червячна зъбна двойка за циментов завод?
С правилно управление на температурата, защита от прах и поддръжка на маслото: от 8 до 15 години за задвижвания с непрекъснат режим на работа (охладител за клинкер, конвейер) и от 15 до 20+ години за задвижвания с периодичен режим на работа (прегради на пещи, мелнично подаване на масло - които работят само няколкостотин часа годишно). Без адекватна защита от прах, абразивното замърсяване може да унищожи бронзовото колело на червячна предавка за 2 до 4 години. Без адекватно управление на температурата, разграждането на маслото може да причини ускорено износване в рамките на 6 до 12 месеца. Животът се определя предимно от защитата на околната среда (уплътнения, охлаждане, поддръжка на маслото), а не от механичните характеристики - правилно защитената двойка червячни предавки издържа 3 до 5 пъти по-дълго от недостатъчно защитена двойка със същите механични спецификации.
Червячните зъбни колела в циментовите заводи работят в най-физически враждебната среда от всички приложения в тази серия – комбинирайки външна лъчиста топлина (от 60 до 150 градуса по Целзий от корпусите на пещта и охладителя), абразивен алкален прах (прах от циментова пещ с pH 12) и предавано ударно натоварване (от 20 до 40 Hz от удари от топкова мелница). Дървото на решенията за управление на температурата се справя с двойното предизвикателство на топлината, като избира метода за минимално охлаждане (естествена конвекция, вентилатор, циркулация на масло или водна риза) въз основа на измерената температура на корпуса след прилагане на топлинна защита. Защитата от циментов прах чрез лабиринтно уплътнение с положително продухване с въздух е неоспорима за всяко задвижване в запрашената зона – цената на системата за продухване с въздух (от 200 до 500 щатски долара) предотвратява абразивно замърсяване, което би унищожило червячна зъбна колела на стойност 1500 до 3000 щатски долара за 2 до 4 години. Ударното натоварване на топкова мелница изисква коефициенти на ударна експлоатация от 2,0 до 3,0 – което означава, че двойката трябва да бъде оценена за 2 до 3 пъти по-голям въртящ момент от стационарния, за да издържи на предаваните вибрации от ударите на смилащите среди.
За операторите на циментови заводи и производителите на оборудване, нашият инженерен екип картографира топлинната и прахова среда на инсталацията спрямо правилните спецификации за охлаждане, уплътняване и сервизен фактор. Стандартен каталог тежкотоварни червячни зъбни колела покриват размери на циментови изделия с междуосово разстояние от 125 до 250 мм със смазване в маслена баня, лабиринтни уплътнения и опции за въздушно продухване. Изпратете Спецификация на задвижването на циментовия завод с място на монтаж, близост до пещ/мелница, измерване на температурата на корпуса и ниво на вибрации.
Специфициране на червячни зъбни колела за циментови или минерално-преработвателни инсталации?
Изпратете местоположението на монтажа, близостта до пещ/охладител/мелница, температурата на корпуса, нивото на вибрации, излагането на прах и дали задвижването е непрекъснато или периодично. Ще изберем метода на охлаждане, защитата от прах, коефициента на експлоатация и спецификацията на материала.
Редактор: Cxm
