Кореја Евер-Пауер · Водич за инжењеринг апликација
Пуж и пужни точак за погоне цементних пећи и кугличних млина
Помоћни погон пећи цементаре ради 3 метра од ротирајућег омотача на површинској температури од 300 степени Целзијуса, у атмосфери густој алкалној цементној прашини са pH вредношћу 12, док апсорбује периодична ударна оптерећења од 80 тона челичних куглица за млевење које се каскадно спуштају унутар кугличног млина поред. Топлота, прашина и ударци – истовремено и континуирано – чине цемент физички најнегостољубивијим окружењем за било који пар пужних зупчаника у овој серији од 30 чланака.
Цементаре користе парове пужних зупчаника за помоћне (баринг) погоне пећи, погоне за убацивање кугличних млина, погоне решетки хладњака клинкера и актуаторе вентила врећастих филтера — примене које захтевају излазни обртни момент од 500 до 15.000 N·m при 0,5 до 10 о/мин у комбинованом термичком, абразивном и ударном окружењу. Стабло одлучивања о термалном управљању бави се двоструким изазовом топлоте јединственим за цемент: спољашња топлота зрачења из омотача пећи и хладњака клинкера (подизање температуре околине на 60 до 150 степени Целзијуса) плус унутрашња топлота трења од неефикасности зупчаника — што ствара температуре кућишта које захтевају активно хлађење у већини инсталација. Четири стратегије хлађења су мапиране у односу на температуру кућишта: природна конвекција испод 80 степени, хлађење уз помоћ вентилатора за 80 до 110 степени, циркулација уља за 110 до 140 степени и хлађење воденим плаштом изнад 140 степени. Цементна прашина при pH вредности 12 је и абразивна (уништава заптивке) и алкална (напада стандардну гуму) — што захтева тешке лавиринтске заптивке пужних зупчаника са позитивним прочишћавањем ваздухом и FKM материјалом за заптивање. Ударно оптерећење кугличног млина на фреквенцији од 20 до 40 Hz превазилази нормалан прорачун фактора рада и захтева посебне факторе рада удара од 2,0 до 3,0.
Где парови пужних зупчаника раде у цементарама
Главни погони ротационе пећи и кугличног млина користе отворене зупчанике са венцем — пречник опреме (4 до 6 метара) је превелик за затворене парове зупчаника. Али свака цементара има 15 до 40 помоћних погона где су пужни парови зупчаника стандард: погони решетки пећи који полако ротирају пећ током загревања и хлађења (спречавајући термички пад), погони за померање кугличног млина који позиционирају млин за инспекцију облоге, погони решетки хладњака клинкера који померају плоче хладњака и актуатори вентила врећастог филтера који циклично мењају амортизере у систему за сакупљање прашине.
Ови помоћни пужни зупчаници деле три карактеристике: малу излазну брзину (0,5 до 10 обртаја у минути), висок обртни момент (500 до 15.000 N·m) и екстремно окружење цементаре (топлота, прашина, ударци). Пужни зупчаник се носи са сва три — али само ако су правилно наведени фактор термичког управљања, заштите од прашине и радног оптерећења од удара.
Стабло одлучивања о термалном управљању — двоструки извори топлоте захтевају активно хлађење
Парови пужних зупчаника у цементари суочавају се са термичким изазовом који комбинује проблем спољашње топлоте погона пекарских пећи (члан А14) са проблемом трења и топлоте погона ескалатора континуираног рада (члан А08) – истовремено. Омотач пећи на површинској температури од 250 до 350 степени Целзијуса зрачи топлоту на оближње кућиште помоћног погона, подижући температуру око пара зупчаника на 60 до 150 степени Целзијуса. Истовремено, пар пужних зупчаника генерише топлоту трења интерно због неефикасности зупчаника (обично 50 до 60 процената улазне снаге прелази у топлоту). Кућиште мора да расипа оба извора топлоте – а висока температура околине смањује термички градијент доступан за природну дисипацију.
Прво топлотна заштита, затим активно хлађење. Пре него што се одреди хлађење вентилатором или циркулација уља, процените да ли штит од топлотног зрачења између омотача пећи и пара пужних зупчаника може смањити температуру околине на опсег природне конвекције (испод 80 степени Целзијуса). Рефлектор од полираног нерђајућег челика кошта од 100 до 300 америчких долара и смањује оптерећење топлотним зрачењем за 70 до 90 процената — потенцијално елиминишући потребу за хлађењем вентилатором (500 до 1.500 америчких долара) или циркулацијом уља (3.000 до 8.000 америчких долара). Најисплативија стратегија управљања температуром у цементарама је: прво заштитити, а затим одабрати минимални метод хлађења за заштићену температуру.
Заштита од цементне прашине и ударно оптерећење кугличног млина
Цементна прашина као абразивни загађивач. Прашина из цементне пећи (CKD) је фини прах величине честица од 10 до 100 µм са pH вредностом од 11 до 13 (јако алкално). Ако CKD уђе у кућиште пужног зупчаника, делује као средство за полирање — абразивно обрађује површине зубаца и троши бронзани точак 3 до 10 пута већом брзином од нормалне. Стандардне заптивке усне пужног зупчаника не могу искључити CKD јер фине честице продиру у спој између усне заптивке и вратила кроз статичке разлике у притиску (термичко дисање). Спецификација заптивке цементног квалитета захтева лавиринтску заптивку (бесконтактну, без хабања усне) плус позитивно прочишћавање ваздухом (компримовани ваздух од 0,1 до 0,5 бара који дува ка споља кроз лавиринт, физички спречавајући улазак прашине). Материјал заптивке FKM је обавезан — стандардни нитрил и EPDM се разграђују у алкалној цементној атмосфери у року од 12 до 18 месеци.
Ударно оптерећење кугличног млина. Млинови са куглицама садрже 30 до 100 тона челичних куглица за млевење (пречника 25 до 90 мм) које се каскадно спуштају унутар ротирајућег бубња. Удари куглица производе ударна оптерећења фреквенције од 20 до 40 Hz која се преносе кроз омотач млина, темељ и суседне структуре до погона пужних зупчаника монтираних у близини. Стандардни прорачуни фактора употребе (SF 1,0 до 1,5) не узимају у обзир овај пренети удар. Парови пужних зупчаника цементаре у близини кугличних млинова захтевају фактор употребе удара од 2,0 до 3,0 — што значи да пар мора бити оцењен за 2 до 3 пута већи израчунати обртни момент у стационарном стању. Погон са решеткастим механизмом пећи при 3.000 N·m у стационарном стању са SF 2,5 мора бити оцењен за 7.500 N·m — што обично захтева величину оквира 1 до 2 корака већу него што би сам обртни момент у стационарном стању указивао.
Корејска фабрика цемента инсталирала је нови помоћни погон за затварање пећи са паром пужних зупчаника номиналног обртног момента од 5.000 N·m — што одговара израчунатом обртном моменту затварања од 4.200 N·m са стандардним фактором сервиса од 1,2. Погон је био постављен 2,5 метра од омотача пећи (температура површине 280 степени Целзијуса) без топлотног штита. Температура кућишта измерена је на 115 степени Целзијуса након 4 сата рада затварања. Стандардно минерално уље (намењено за 90 степени Целзијуса) почело је да се разређује и оксидира. У року од 6 месеци, киселински број уља је премашио дозвољену границу, бронзани точак је показао убрзано хабање, а зазор се повећао са 8 лучних минута на 22 лучна минута. Тим за одржавање постројења инсталирао је топлотни штит од нерђајућег челика (260 америчких долара) смањујући температуру кућишта на 82 степена Целзијуса, променио је уље у синтетичко PAG (намењено за 120 степени Целзијуса) и додао комплет за хлађење вентилатора (480 америчких долара) као резерву. Укупни трошкови термичке интервенције пужног зупчаника износили су 740 америчких долара плус 3 сата рада на одржавању. Замена пара пужних зупчаника (потребна јер је оригинални точак био истрошен преко употребе) коштала је 2.800 америчких долара плус 8 сати времена инсталације. Поука: стабло одлучивања о термалном управљању треба применити у фази спецификације, а не након што први пар откаже. Интервенција хлађења од 740 америчких долара спречила би замену од 2.800 америчких долара да је примењена од почетне инсталације. У цементарама, сваком помоћном погону у кругу од 5 метара од пећи или омотача хладњака потребно је мерење температуре кућишта пре него што се изабере метод хлађења пужним зупчаником — никада не претпостављајте да је стандардна природна конвекција адекватна у близини опреме са високим температурама.
Спецификације за три пара пужних зупчаника у фабрици цемента
Случај 1 — Корејска фабрика цемента: погон преграда пећи, пећ пречника 5 м, топлотно заштићена
Корејски произвођач цемента је специфицирао пужни пар зупчаника за помоћни погон пречника ротационе пећи пречника 5,0 м × дужине 78 м, која производи 5.000 тона клинкера дневно. Погон пречника је ротирао пећ брзином од 0,1 о/мин током загревања, хлађења и планираних заустављања како би се спречило термичко деформисање омотача пећи. Обртни момент пречника: 4.200 N·m (тежина пећи × трење лежаја при малој брзини). Коефицијент удара: 1,5 (пречник пећи има минималан удар — пећ се глатко окреће брзином од 0,1 о/мин). Укупна потребна снага: 6.300 N·m. Исправљена спецификација (посттермички инцидент): пужни пар зупчаника са једним покретањем, модул 8, међуосно растојање 200 mm, однос 60:1, номинални обртни момент 8.000 N·m. Материјал: пуж од каљеног легираног челика, точак од центрифугално ливене фосфорне бронзе. Хлађење: топлотни штит од нерђајућег челика плус конвекција уз помоћ вентилатора. Уље: синтетичко PAG ISO VG 460. Заптивке: лавиринтске плус прочишћавање компримованим ваздухом плус FKM усна. Температура кућишта после штита и вентилатора: 78 степени Целзијуса — унутар опсега мазива за природну конвекцију, али вентилатор обезбеђује маргину за летње вршне температуре околине. Цена по пару: 2.800 УСД. Топлотни штит и вентилатор: 740 УСД. Укупни трошкови погона: 3.540 УСД. Заштићена вредност производње пећи: приближно 1,2 милиона УСД дневно.
Случај 2 — Јапанска кречна пећ: погон кугличног млина, ударно оптерећење, критично за прашину
Јапански произвођач креча је одредио пар пужних зупчаника за погон млина са куглицама пречника 3,8 м који меље кречњак у прах. Погон за погон ротирао је млин брзином од 0,5 о/мин ради инспекције облоге и подешавања пуњења куглица — повремени рад, обично 2 до 4 сата месечно. Обртни момент пужњака: 2.800 N·m. Међутим, погон за погон је монтиран на темељ млина 1,5 метара од кућишта млина са куглицама — примајући континуиране ударне вибрације фреквенције 25 Hz од каскадног пуњења куглица током нормалног рада млина (иако је сам погон за погон био укључен само током заустављања). Коефицијент снаге удара: 2,5 (пренети удар из суседног млина са куглицама). Потребна номинална вредност: 7.000 N·m. Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 6, међуосно растојање 160 mm, однос 50:1, номинални притезни момент 8.500 N·m. Превелико димензионисање је обезбедило маргину апсорпције удара. Заштита од прашине је била критична — прашина кречњака је мање алкална од цементне прашине (pH 9 до 10), али је подједнако абразивна. Лавиринтска заптивка са продувком ваздуха. Материјал: пуж од каљеног легираног челика, точак од алуминијумске бронзе (супериорна отпорност на ударце у односу на фосфорну бронзу под ударним оптерећењем). Цена по пару: 2.200 УСД. Прегледајте тешки пужни редуктор опције за примену у постројењима за прераду цемента, креча и минерала.
Случај 3 — Вијетнамски хладњак клинкера: погон решетке, температура околине 120°C, континуирани рад
Вијетнамска фабрика цемента је одредила парове пужних зупчаника за 6 клипних погона решетки на хладњаку клинкера. Хладњак је примао клинкер температуре 1.400 степени Целзијуса из излаза из пећи и хладио га на 100 степени Целзијуса користећи унакрсни ток принудног ваздуха. Решетка покреће напредне перфориране челичне плоче брзином од 3 до 8 хода у минути, гурајући слој клинкера преко хладњака. Температура околине на позицији погона решетке: 110 до 130 степени Целзијуса (топлота зрачења из слоја клинкера плус конвективна топлота из издувног ваздуха за хлађење). Излазни обртни момент по погону: 1.200 N·m. Непрекидни рад: 8.760 сати годишње. Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 5, међуосно растојање 125 mm, однос 40:1. Хлађење: циркулација уља са спољним измењивачем топлоте хлађеним ваздухом (температура кућишта стабилизована на 95 степени Целзијуса са циркулацијом уља). Уље: синтетичко PAG ISO VG 460, мења се годишње (праћење киселинског броја квартално). Заптивка: лавиринт плус прочишћавање ваздухом плус FKM. Материјал: пуж од каљеног легираног челика, точак од фосфорне бронзе. Заштита од цементне прашине била је мање критична код хладњака (прашина клинкера је крупнија и мање се преноси ваздухом од сирове цементне прашине), али је прочишћавање ваздухом задржано као стандардна пракса. Цена по пару: 1.400 УСД. Систем циркулације уља по погону: 1.800 УСД. Укупно шест погона: 19.200 УСД. Хладњак је обрађивао приближно 5.000 тона клинкера дневно — трошкови пара пужних зупчаника представљали су мање од 0,02 процента годишње вредности клинкера.
Често постављана питања
П: Како да одредим фактор утицаја на сервис за инсталацију цементаре?
Измерите брзину вибрација (мм/с RMS) на месту монтаже пара пужних зупчаника током нормалног рада постројења (сва оближња опрема ради). Упоредите са стандардном табелом јачине вибрација (ISO 10816): испод 1,8 мм/с = SF 1,0 до 1,5 (стандардна индустријска); 1,8 до 4,5 мм/с = SF 1,5 до 2,0 (умерени удар); 4,5 до 11,2 мм/с = SF 2,0 до 2,5 (јаки удар); изнад 11,2 мм/с = SF 2,5 до 3,0 (јаки удар — типично унутар 3 метра од радећих кугличних млина). Ако постројење још није изграђено, користите смернице за примену: преграда пећи SF 1,2 до 1,5; решетка хладњака клинкера SF 1,5 до 2,0; близина кугличног млина SF 2,0 до 3,0; близина дробилице SF 2,5 до 3,0. Прецењивање за један корак фактора сервиса кошта 15 до 25 процената више по пару — недовољно оцењивање доводи до превременог отказа услед замора.
П: Може ли цементна прашина оштетити пужни зупчаник чак и са затвореним кућиштем?
Стандардна заптивена кућишта (само са заптивком усне, без лавиринта или прочишћавања ваздухом) ће на крају пропустити цементну прашину — фине честице (10 до 50 µм) продиру кроз заптивку путем термичког дисања (ширење/скупљање кућишта усисава ваздух и прашину поред заптивке током температурних циклуса). Временски оквир варира: 6 до 18 месеци за кућишта само са заптивком усне у подручјима са великом количином прашине, 3 до 5 година за кућишта са лавиринтским заптивањем без прочишћавања ваздухом и 10+ година за кућишта са лавиринтом плус прочишћавањем ваздухом. Анализа уља (број честица и испитивање алкалности) прати улазак прашине — ако алкалност уља порасте изнад pH 8 или број честица пређе ISO 20/18/15, заптивке је потребно прегледати, а уље променити без обзира на планирани интервал.
П: Зашто парови пужних зупчаника у цементари користе уљну купку уместо масти?
Три разлога. Прво, континуирани рад и повишена температура производе континуирано стварање топлоте коју маст не може да распрши — уље циркулише топлоту до зидова кућишта ради конвекције или до спољашњег хладњака. Друго, уље се може испустити и заменити без растављања кућишта — важно за цементаре где су прозори за одржавање кратки, а приступ отежан. Треће, анализа уља (киселински број, садржај воде, број честица, алкалност) пружа неинвазивну дијагностику стања унутрашњег зупчаника и ефикасности заптивања — информације које нису доступне код подмазивања машћу. За парове пужних зупчаника у цементари са међуосним растојањем изнад 100 мм, уљна купка је универзална; маст се користи само на малим актуаторима (вентили са филтером за вреће, погони амортизера) испод међуосног растојања од 80 мм где је стварање топлоте занемарљиво.
П: Колико често треба мењати уље пужног зупчаника у цементари?
Основни интервал: годишње за погоне који раде на температури кућишта испод 90 степени Целзијуса, сваких 6 месеци за 90 до 120 степени Целзијуса и квартално за изнад 120 степени Целзијуса. Међутим, анализа уља треба да надјача календарски распоред: мењати уље када киселински број пређе 2,0 мгКОХ/г, садржај воде пређе 0,5 процената или број честица пређе ISO 20/18/15 — без обзира на протекло време. У подручјима са великом количином прашине и без прочишћавања ваздухом, контаминација прашином може захтевати замену уља свака 3 до 4 месеца чак и на ниским температурама. Примена анализе уља за пужне зупчанике у количини од 50 до 100 УСД по узорку штеди 500 до 2.000 УСД по непотребној промени уља на великим паровима пужних зупчаника — и открива кварове заптивача пре него што изазову оштећење зупчаника.
П: Који је типичан век трајања пужног зупчаника у фабрици цемента?
Уз правилно управљање температуром, заштиту од прашине и одржавање уља: 8 до 15 година за погоне са континуираним радом (хладњак клинкера, транспортер) и 15 до 20+ година за погоне са повременим радом (преграде пећи, инчовање млина — који раде само неколико стотина сати годишње). Без адекватне заштите од прашине, абразивна контаминација може уништити бронзани точак пужног зупчаника за 2 до 4 године. Без адекватног управљања температуром, деградација уља може изазвати убрзано хабање у року од 6 до 12 месеци. Век трајања је у великој мери одређен заштитом животне средине (заптивке, хлађење, одржавање уља), а не механичким својствима — правилно заштићен пар пужних зупчаника траје 3 до 5 пута дуже од недовољно заштићеног пара истих механичких спецификација.
Парови пужних зупчаника у цементари раде у физички најнепријатељскијем окружењу од свих примена у овој серији — комбинујући спољашње топлотно зрачење (60 до 150 степени Целзијуса из омотача пећи и хладњака), абразивну алкалну прашину (прашина из цементне пећи pH 12) и пренето ударно оптерећење (20 до 40 Hz од удараца из млина са куглицама). Стабло одлучивања о термалном управљању решава двоструки изазов топлоте одабиром минималне методе хлађења (природна конвекција, вентилатор, циркулација уља или водени омотач) на основу измерене температуре кућишта након примене топлотне заштите. Заштита од цементне прашине лавиринтским заптивачем са позитивним прочишћавањем ваздухом није предмет преговора за било који погон у зони прашине — цена система за прочишћавање ваздухом (200 до 500 америчких долара) спречава абразивну контаминацију која би уништила пар пужних зупчаника од 1.500 до 3.000 америчких долара за 2 до 4 године. Ударно оптерећење млина са куглицама захтева факторе рада удара од 2,0 до 3,0 — што значи да пар мора бити оцењен за 2 до 3 пута већи обртни момент од стационарног стања да би преживео пренете вибрације од удараца млинског медија.
За оператере цементара и произвођаче опреме, наш инжењерски одељак мапира термичко и прашинасто окружење инсталације према исправним спецификацијама хлађења, заптивања и фактора сервиса. Стандардни каталог комплети пужних зупчаника за тешке услове рада Покривају величине цементног квалитета од 125 до 250 мм међуосног растојања са подмазивањем у уљној купки, лавиринтским заптивкама и опцијама за прочишћавање ваздухом. Пошаљите Спецификација погона цементаре са местом инсталације, близином пећи/млина, мерењем температуре кућишта и нивоом вибрација.
Одређивање парова пужних зупчаника за постројења за цемент или прераду минерала?
Пошаљите локацију инсталације, близину пећи/хладњака/млина, температуру кућишта, ниво вибрација, изложеност прашини и да ли је погон континуиран или повремен. Изабраћемо метод хлађења, заштиту од прашине, фактор сервиса и спецификацију материјала.
Уредник: Cxm
