Korea Ever-Power · Průvodce aplikačním inženýrstvím
Šnek a šnekové kolo pro dopravníky pekařských pecí a manipulaci s těstem
Šnekový převodový pár pohánějící dopravník tunelové pece se nachází 400 mm od komory pracující na 230 stupních Celsia. Sálavé teplo zahřeje povrch skříně převodovky na 85–110 stupňů Celsia – což je výrazně nad 80stupňovou hranicí standardního minerálního maziva. Během 6 týdnů standardní mazivo na závitech šneku karbonizuje, tření stoupá, zvětšuje se vůle a dopravník se zastaví uprostřed pečení s 200 bochníky uvnitř. Výběr maziva je specifikací, která odděluje 5letý pár od 6týdenní poruchy.
Dopravníky pekařských pecí, pohony kynáren a zařízení pro manipulaci s těstem umisťují šnekový převod do externě vyhřívaného prostředí – 60 až 120 stupňů Celsia v důsledku sálavého tepla pece – spíše než aby generovaly teplo uvnitř v důsledku neefektivity převodu. Tato vnější tepelná výzva vyžaduje mazivo dimenzované pro skutečnou teplotu skříně, nikoli pro referenční teplotu uvedenou v katalogu. Matice pro výběr vysokoteplotních maziv mapuje teplotu skříně se správnou skupinou plastických maziv: standardní lithiové mazivo do 80 stupňů Celsia (manipulace s těstem mimo pece), syntetické PAG pro 80 až 120 stupňů Celsia (pohony sousedící s pecí), silikonové mazivo pro 120 až 150 stupňů Celsia (pohony montované v peci) a PFPE pro teploty nad 150 stupňů Celsia (mechanismy uvnitř pece). Tepelná roztažnost při zvýšené teplotě posouvá osovou vzdálenost šnekového převodu o 0,03 až 0,08 mm na každých 50 stupňů Celsia – což je dostatečné ke změně vůle a kontaktního vzoru. V pekárnách se také vyskytuje moučný prach (hořlavý – potenciálně ATEX zóna 22) a pro všechny pohony ve výrobní zóně je vyžadováno mazivo bezpečné pro potravinářství (NSF H1).
Proč je pekařské zařízení jinou tepelnou výzvou než jiné aplikace
Ve většině aplikací šnekových převodů teplo proudí ven: dvojice ozubených kol generuje třecí teplo a skříň ho odvádí do okolí. Dvojice ozubených kol je zdrojem tepla; okolí je chladicím prostředkem. V aplikacích pekařských pecí je tento vztah obrácený: pec je zdrojem tepla a dvojice šnekových převodů je příjemcem vnějšího sálavého a konvekčního tepla. Dvojice ozubených kol absorbuje teplo z okolí, spíše než aby ho generovala.
Toto rozlišení je důležité, protože standardní tepelný model (článek A08, eskalátor: T_skříně = T_okolí + P_teplo / (h × A)) předpokládá, že teplota okolí je konstantní a nižší než teplota skříně. V pekárně může mít teplota okolí kolem skříně převodovky 60 až 120 stupňů Celsia – a teplota skříně se rovná nebo je vyšší než teplota okolí, protože skříň nemůže odvádět teplo do vzduchu, který je již horký.
Praktický důsledek: šnekový převod s jmenovitým krouticím momentem 2 000 N·m při okolní teplotě 20 stupňů Celsia může při okolní teplotě 100 stupňů Celsia dodat pouze 1 400 až 1 600 N·m, protože zvýšená teplota snižuje viskozitu maziva, zvyšuje součinitel tření, snižuje mez kluzu bronzu a urychluje tepelnou degradaci plastického maziva. Faktor snížení výkonu šnekového převodu pro zvýšenou okolní teplotu je obvykle 15 až 30 procent na každých 50 stupňů Celsia nad katalogovou referencí (obvykle 20 stupňů Celsia). Toto snížení výkonu se ve specifikaci pekařského zařízení často přehlíží – šnekový převod se vybírá s plným katalogovým výkonem a poté se umisťuje vedle pece o teplotě 230 stupňů Celsia, kde od prvního dne pracuje na 70 až 80 procentech svého jmenovitého výkonu.
Matice pro výběr vysokoteplotního maziva – od teploty skříně až po stupeň plastického maziva
Výběr maziva pro páry šnekových převodů v pekárnách závisí na jednom měření: ustálené teplotě povrchu skříně během provozu pece. Tato teplota určuje, která skupina plastických maziv přežije tepelné vystavení. Níže uvedená matice mapuje teplotní rozsahy skříně pro správné mazivo s uvedením variant splňujících normu pro bezpečnost potravin (NSF H1) pro každou z nich.
Nárůst cen je strmý: PFPE s cenou 250 až 600 USD za kg je 20 až 40krát dražší než standardní lithiové mazivo. Množství maziva na náplň šnekového převodu je však malé (50 až 200 gramů), takže absolutní náklady na náplň jsou 12 až 120 USD pro PFPE oproti 0,50 až 3 USD pro standardní mazivo – což je sice rozumné, ale nikoli závratné pro zařízení chránící pečivo v hodnotě tisíců dolarů na jedno naplnění trouby.
Pozor na silikonové mazivo. Silikonové mazivo snáší teplotu, ale má výrazně nižší odolnost proti extrémnímu tlaku (EP) než lithiové nebo PAG mazivo. Při vysokém zatížení, které je typické pro velké dopravníky v tunelových pecích (výstupní točivý moment 200 až 500 N·m), nemusí silikonové mazivo udržovat mezní mazací film potřebný k zabránění odírání bronzu o ocel. U párů šnekových kol s výstupním momentem nad 100 N·m v rozsahu 120 až 150 stupňů syntetické PAG s vyšší viskozitou základového oleje (ISO VG 680 nebo 1000) často překonává silikon i přes nominálně nižší teplotní třídu – vynikající ochrana EP filmem kompenzuje mírně sníženou tepelnou rezervu. Před schválením výrobní specifikace otestujte specifické mazivo při zatížení a teplotě na páru šnekových kol.
Tepelná roztažnost – jak teplo v peci posouvá osovou vzdálenost a vůli
Když se pár šnekových kol zahřeje z 20 stupňů Celsia (montážní teplota) na 100 stupňů Celsia (provozní teplota v blízkosti pece), skříň šnekového kola a hřídele se roztáhnou. Ocel a litina mají koeficient tepelné roztažnosti přibližně 11 až 12 µm na metr na stupeň Celsia. U páru šnekových kol s roztečí 100 mm a nárůstem teploty o 80 stupňů se rozteč zvětší přibližně o 0,09 až 0,10 mm. Bronz se roztahuje rychleji (18 µm/m/°C), takže bronzové kolo se zvětšuje více než ocelový šnek – což dále otevírá záběr.
Kombinovaný efekt: u typického páru šnekových kol pekařské velikosti (rozteč 80 až 125 mm) se vůle zvyšuje zhruba o 0,03 až 0,08 mm na každých 50 stupňů Celsia, co se teploty zvýší. Tato tepelná vůle je reverzibilní – mizí, když se pár ochladí na montážní teplotu. Během provozu však zvýšená vůle mění kontaktní vzor šnekového kola (posune kontaktní pás směrem ke špičkám zubů) a zvyšuje hluk při chodu. U pekařských zařízení, kde se pár denně zahřívá a ochlazuje (pec zapnutá během pečení, přes noc vypnutá), denní cyklus vůle zatěžuje kontaktní zónu zubů jinak než u páru běžícího při konstantní teplotě.
Zmírnění návrhu. Určete počáteční vůli na těsném konci tolerančního pásma (spíše než v nominálním středu) tak, aby tepelná roztažnost otevřela záběr na nominální provozní vůli při teplotě pece. U dvojice ozubených kol určených pro provoz při teplotě 100 stupňů Celsia nastavte vůli v sestavě o 0,05 až 0,08 mm těsnější, než je standardní katalogová specifikace. Dvojice ozubených kol se bude při pokojové teplotě sestavovat mírně tuze, ale po zahřátí na provozní teplotu bude běžet s zamýšlenou vůlí. Tento přístup vyžaduje, aby dodavatel dvojice ozubených kol znal provozní teplotu – což znamená, že konstruktér pekařského zařízení musí sdělit tepelné prostředí, nejen točivý moment a převod.
Korejská průmyslová pekárna instalovala novou 25metrovou tunelovou pec pro výrobu sendvičového chleba. Pec pracovala při teplotě 210 stupňů Celsia. Pohon dopravníku pece se nacházel na výstupním konci, 400 mm od stěny pece, bez tepelného stínění. Specifikace šnekového převodu: jednochodý, modul 4, rozteč 100 mm, převodový poměr 30:1 – naplněný standardním minerálním lithiovým mazivem (NLGI 2, maximální trvalý provoz 80 stupňů Celsia). Teplota povrchu skříně měřená třetí den výroby: 95 stupňů Celsia. Standardní mazivo začalo oxidovat během 2 týdnů – na závitech šneku se vytvořila hnědá krusta viditelná skrz průzor oleje. Do 6. týdne mazivo zuhelnatělo, koeficient tření se zhruba zdvojnásobil, proud motoru se zvýšil o 40 procent a dopravník se zastavil s 200 bochníky v komoře pece. Nouzová oprava: propláchnutí skříně rozpouštědlem, doplnění syntetickým mazivem PAG H1 (dimenzionálním na 120 stupňů Celsia). Náklady na výměnu maziva: 180 USD (včetně rozpouštědla, maziva PAG a 3 hodin práce technika). Náklady na 200 spálených bochníků plus 4 hodiny ztracené výroby: přibližně 3 200 USD. Celkové náklady na poruchu – 3 380 USD – pramenily z chyby při výběru maziva, jejíž prevence by ve fázi specifikace stála 35 USD (rozdíl v ceně mezi standardním minerálním mazivem a mazivem PAG H1 pro jednu náplň šnekového převodu). Pekárna následně nainstalovala mezi stěnu pece a skříň převodovky tepelný štít z nerezové oceli, čímž se snížila teplota skříně na 72 stupňů Celsia – v rámci standardního rozsahu maziva. Tepelný štít stál 85 USD. Kombinované náklady na prevenci: celkem 120 USD oproti 3 380 USD nákladům na opravu.
Klasifikace potravinářských zón pro šneková ozubená kola a úvahy o moučném prachu
Prostředí pekařské výroby kombinuje dva regulační rozměry: bezpečnost potravin (mazivo NSF H1 pro pohony ve výrobní zóně) a hořlavý prach (prach z mouky může vytvářet výbušné prostředí nad minimální výbušnou koncentrací přibližně 60 g/m³).
Ne všechny páry šnekových převodů v pekárnách vyžadují specifikaci pro potravinářskou kvalitu. Pohony šnekových převodů před pečením (míchačka těsta, dělička, formovací lis, kynárna) se nacházejí v potravinářské zóně a vyžadují certifikaci NSF H1. Pohon dopravníku pece a pohon chladicího dopravníku se obvykle nacházejí za pečící zónou – výrobek se peče a nedotýká se hnacího mechanismu. Tyto pohony mohou používat standardní průmyslové mazivo, pokud posouzení HACCP ověří, že nedochází k žádné kontaminační cestě.
Pohony: Hnětač těsta, dělič, formovač, kynární dopravník.
Mazivo: Povinná certifikace NSF H1 (riziko kontaktu s těstem).
Teplota: Okolní teplota 20–35 °C (postačí standardní mazivo).
Prach: Přítomnost moučného prachu – utěsněné pouzdro, ATEX zóna 22, pokud koncentrace překročí LEL. Povrch pouzdra nejiskřivý.
Pohony: Dopravník pro tunelovou pec, pohon síťovým řemenem, dělicí ústrojí pro kamennou desku.
Mazivo: PAG, silikon nebo PFPE – vybírá se podle teploty pouzdra. NSF H1 je preferován, ale ne vždy je povinný (zóna po vypálení).
Teplota: Teplota pouzdra 60–150 °C v závislosti na blízkosti a stínění.
Prach: Minimální množství moučného prachu (spaluje se v zóně pece). ATEX obvykle není vyžadován.
Tři případy specifikace párů šnekových převodů v pekárenské peci
Případ 1 – Korejská průmyslová pekárna: 25m tunelová pec, chléb, tepelně stíněný pohon
Korejská průmyslová pekárna (30 000 bochníků denně) specifikovala šnekový převod pro pohon výstupního dopravníku 25metrové plynové tunelové pece s teplotou komory 210 stupňů Celsia. Pohon byl umístěn na výstupu z pece, původně 400 mm od stěny pece – teplota skříně měřena při 95 stupních Celsia (viz poznámka Engineering Desk). Po instalaci tepelného štítu z nerezové oceli (85 USD) se teplota skříně snížila na 72 stupňů Celsia. Konečná specifikace šnekového převodu: jednochodý, modul 4, rozteč 100 mm, převodový poměr 30:1. Motor: 2,2 kW, 1 450 ot/min. Výstupní točivý moment: 180 N·m (napětí řemenu + tření hmotnosti bochníku). Mazivo: syntetické PAG NSF H1 (jmenovité na 120 stupňů Celsia – poskytuje rezervu 48 stupňů nad provozní teplotou 72 stupňů). Interval mezi mazáním: 12 měsíců (upraveno Arrheniusovou metodou na 72 stupňů Celsia od referenční teploty 40 stupňů). Materiál: Šnek AISI 304, kolo z fosforového bronzu. Těsnění: FKM (Viton) – odolné vůči vysokým teplotám. Cena za pár: 195 USD. Celkové náklady na pohon pece (pár + tepelný štít + mazivo PAG): 315 USD. Roční produkce chleba v této peci: velkoobchodní hodnota přibližně 1,8 milionu USD.
Případ 2 – Japonská továrna na instantní ramen: trouba na bleskové smažení, kryt 160 °C, silikonové mazivo
Japonský výrobce instantních ramen specifikoval šnekový převod pro pohon dopravníku uvnitř fritovací pece, která smaží nudlové bloky při teplotě oleje 150 stupňů Celsia. Pohon byl uvnitř pece – namontován na rámu pece ve vyhřívané komoře. Nebylo možné žádné tepelné stínění. Teplota pouzdra byla naměřena při 135 stupních Celsia během ustáleného provozu. Standardní mazivo PAG (s jmenovitou teplotou 120 stupňů Celsia) by při 135 stupních Celsia selhalo během několika měsíců. Specifikace: jednorázové, modul 3, rozteč 80 mm, poměr 25:1. Mazivo: vysokoteplotní mazivo na bázi silikonu, určené pro 180 stupňů Celsia, registrováno NSF H1. Silikonové mazivo mělo nižší EP vlastnosti než PAG – ověřeno jako přijatelné při výstupním točivém momentu 85 N·m (což je v rámci snížené kapacity EP filmu). Materiál: šnek AISI 316L (stříkance fritovacího oleje jsou časem kyselé), kolo z hliníkového bronzu. Interval mezi mazáním: 3 měsíce (silikon se degraduje rychleji než PAG v důsledku těkavosti základového oleje při trvale vysoké teplotě). Cena za pár: 165 USD. Cena silikonového plastického maziva H1 za náplň: 18 USD. Roční údržba plastického maziva (4 náplně): 72 USD. Procházet vysokoteplotní šnekový reduktor možnosti určené pro pekařské aplikace v blízkosti pece i uvnitř pece.
Případ 3 – Vietnamská továrna na bagety: nakládací pec s podlahovým nakládáním, optimalizovaná cena, střední teplota
Vietnamská továrna na bagety specifikovala šnekové převody pro mechanismy nakládání do dvoupatrových pecí, které zasouvají plechy na těsto do třípatrové pečící pece při teplotě 240 stupňů Celsia. Pohon nakladače byl umístěn 1,2 metru od přední strany pece, za cihlovou tepelnou stěnou. Teplota pouzdra: 58 stupňů Celsia – pod standardním limitem maziva 80 stupňů. To umožnilo použití standardního lithného komplexního maziva NSF H1 – čímž se zabránilo nákladové přirážce na syntetický PAG nebo silikon. Šnekový převod: jednostupňový, modul 2,5, rozteč 63 mm, poměr 20:1. Výstupní točivý moment: 55 N·m (hmotnost plechu plus kluzné tření na kamenném etáži). Motor: 0,75 kW. Materiál: pozinkovaný šnek z uhlíkové oceli, kolo z fosforového bronzu. Interval mezimazání: 12 měsíců (standardní plán při 58 stupních Celsia). Cena za pár: 72 USD. Případová studie ukazuje, že ne všechny šnekové převody v pekárnách potřebují mazivo pro vysoké teploty – rozhodnutí závisí na skutečné teplotě pouzdra, která je určena vzdáleností od pece a případným tepelným stíněním. 30sekundové měření teploty infračerveným teploměrem během provozu trouby poskytuje data, která určují, zda je potřeba standardní nebo syntetické mazivo.
Často kladené otázky
Otázka: Jak změřím teplotu pouzdra pro výběr maziva?
Během ustáleného provozu pece (alespoň 2 hodiny po spuštění pece, aby se dosáhlo plné tepelné rovnováhy) používejte infračervený teploměr namířený na povrch skříně šnekového převodu. Měření probíhá v bodě nejblíže peci. Zaznamenejte teplotu v nejteplejší výrobní den (letní teplota okolí přispívá k sálavému teplu pece). Toto měření v nejhorším případě určuje skupinu maziv. Pokud skříň ještě není nainstalována (nová konstrukce zařízení), odhadněte teplotu pomocí tepelné simulace nebo nainstalujte dočasný termočlánek během uvedení do provozu před specifikací výrobního maziva. Nikdy nepředpokládejte teplotu skříně šnekového převodu na základě teploty pece – vztah závisí na vzdálenosti, stínění, izolaci a proudění vzduchu, které se liší v závislosti na instalaci.
Otázka: Může tepelný štít vyřešit problém s teplotou místo drahého maziva?
V mnoha případech ano – a je to cenově nejvýhodnější řešení. Leštěný tepelný reflektor z nerezové oceli mezi stěnou pece a skříní šnekového převodu, umístěný mezi stěnou pece a skříní převodu, odráží 70 až 90 procent sálavého tepla. 1mm leštěný plech z nerezové oceli 304 nařezaný na míru a přišroubovaný k rámu pece stojí 50 až 150 USD a obvykle snižuje teplotu skříně o 20 až 40 stupňů Celsia. Toto snížení často vrací teplotu skříně z rozsahu PAG (80–120 stupňů Celsia) zpět do standardního rozsahu lithiových kapalin (pod 80 stupňů Celsia) – čímž zcela eliminuje potřebu drahého syntetického maziva. Tepelný štít plus standardní mazivo stojí méně než žádný štít plus mazivo PAG – a standardní mazivo má lepší vlastnosti EP filmu. Před výběrem maziva pro vysoké teploty vždy vyhodnoťte štít.
Otázka: Vyžaduje moučný prach v blízkosti šnekových převodů v pekárnách specifikaci ATEX?
Moučný prach je hořlavý (minimální koncentrace výbušniny přibližně 60 g/m³, minimální teplota vznícení přibližně 380–440 stupňů Celsia v závislosti na druhu mouky). Pokud šnekový převod pracuje v oblasti klasifikované jako ATEX zóna 21 nebo zóna 22 (při normálním nebo abnormálním provozu se může vyskytnout oblak prachu), musí kryt splňovat příslušnou kategorii zařízení ATEX. V praxi je většina skříní šnekových převodů v pekárnách utěsněna a nemá žádný vnitřní zdroj vznícení – obvykle splňují požadavky zóny 22 bez úprav, protože teplota povrchu utěsněného krytu (i při 120 stupních Celsia) je hluboko pod teplotou samovznícení moučného prachu. Hlavním opatřením je zabránění hromadění mouky na vnější straně krytu, která by se mohla vznítit od horkého povrchu – pravidelné čištění povrchu krytu během výroby udržuje vrstvu prachu pod kritickou hloubkou.
Otázka: Jak ovlivňuje tepelné cyklování (denní zapínání/vypínání trouby) šnekový převod?
Denní tepelné cyklování (z 20 stupňů Celsia za studena na více než 90 stupňů Celsia za tepla a zpět) má dva efekty. Zaprvé, tepelná roztažnost a smršťování pouzdra vytváří mikropumpování v těsnění – během chlazení je nasáván vzduch a během ohřevu je vytlačován – což v průběhu měsíců zavádí atmosférickou vlhkost a moučný prach kolem těsnění. Zadruhé, během fáze chlazení, když teplota pouzdra překročí rosný bod, se uvnitř pouzdra tvoří kondenzace. Tato kondenzace emulguje mazivo a koroduje nepotažené ocelové povrchy. Prevence: nainstalujte malý odvzdušňovací ventil s vysoušecí patronou, která umožňuje vyrovnání tlaku a zároveň blokuje vlhkost a prach. Vysoušecí patronu vyměňujte každých 6 měsíců. Toto příslušenství za 15 USD zabraňuje degradaci maziva související s vlhkostí, která jinak v tepelně cyklujících pekárnách zkracuje životnost maziva o 30 až 50 procent.
Otázka: Jaká je životnost šnekového převodu pekařské pece?
Se správným mazivem pro skutečnou teplotu skříně: 4 až 8 let při jednosměnném provozu pekárny (2 500 až 3 000 hodin ročně). Bronzové kolo je opotřebitelným prvkem; ocelový šnek vydrží 10 a více let. S nesprávným mazivem (standardní mazivo ve vysokoteplotním prostředí): 3 až 12 měsíců, než karbonizace maziva způsobí zrychlené opotřebení a potenciální zastavení. Volba maziva je nejdůležitějším faktorem určujícím životnost v pekařských aplikacích – pár se správným mazivem vydrží při zvýšené teplotě 5krát déle než stejný pár s nesprávným mazivem. Roční kontrola by měla zahrnovat měření teploty skříně, kontrolu stavu maziva (barva, konzistence) a měření vůle.
Dopravníky v pekařských pecích a zařízení pro manipulaci s těstem představují tepelnou výzvu, která je mezi aplikacemi šnekových převodů jedinečná: spíše než vnitřní teplo z tření ozubených kol vzniká vnější teplo z blízkosti pece. Matice výběru maziva pro vysoké teploty – od teploty skříně až po řadu plastických maziv – je nejdůležitějším nástrojem pro specifikaci párů šnekových převodů v pekárnách, protože mazivo určuje, zda pár vydrží při zvýšené teplotě 5 let nebo 5 týdnů. Tepelná roztažnost při 60 až 120 stupních Celsia měřitelně posouvá osovou vzdálenost a vůli – což je kompenzováno specifikací menší počáteční vůle při montážní teplotě. Tepelné stínění mezi pecí a skříní převodu je často nákladově nejefektivnějším zásahem, který snižuje teplotu skříně o 20 až 40 stupňů Celsia a potenciálně eliminuje potřebu drahého syntetického maziva. Klasifikace potravinářské zóny (před pecí versus zóna pece) určuje, zda je mazivo NSF H1 povinné nebo volitelné, a posouzení moučného prachu určuje, zda je vyžadována shoda skříně s ATEX.
Pro výrobce pekárenských zařízení a inženýry zařízení naše technické oddělení provádí výběr maziva s ohledem na naměřenou nebo odhadovanou teplotu skříně. Standardní katalog šnekové převody pro potravinářské účely Dodáváme se standardním, PAG a silikonovým mazivem s roztečí středů od 63 do 160 mm. Odešlete Specifikace pohonu pekárny s teplotou pece, polohou pohonu (vzdáleností od pece) a měřením teploty pouzdra, pokud je k dispozici.
Specifikujete páry šnekových převodů pro pekařské pece nebo zařízení pro manipulaci s těstem?
Odešlete teplotu pece, polohu pohonu vzhledem k peci, teplotu pouzdra (nebo ji odhadneme) a zda se pohon nachází v zóně pro potraviny nebo v zóně po pečení. Doporučíme vám mazivo, materiál a přístup k teplotnímu řízení.
Střihač: Cxm
