节能减排的新技术

1、2011-10-26作者：孔庆山节能减排的新技术一一球磨机专用轴承的研究与实 践粉磨是水泥生产耗电量约占60-70%的 主机设备球磨机。因此球磨机的“节能减 排”举足轻重，其特点是：筒体跨距大、 重载、低速运行，其两端的支承不但要 满足中空轴回转的要求，还要同时具有 (筒体长度引起的挠度)调心和轴向伸缩 (因筒体使用时受热引起的热胀冷缩)的 作用，现大多数仍采用传统的滑动轴 承、俗称球面瓦。根据左图1所示：受 力分析可明显看出其作用原理；当两件(2)(4)同样大小、同等质(重)量的物体，在同一平面上推动(图1所示)。当在图1(4)的一重物 体下面放入三排“滚柱”后，其推动的作用力F2会减小、省

2、力，主要是；该滚柱与地平面和 重物(4)的上下接触面仅是三条“线接触”，远比左边重物(2)直接与地平面的“面接触”摩擦阻 力小得多，此时作用在两物体上的作用力FF2。同理：上图示支承中空轴的滚动轴承(3)中 间的滚柱就相当于放在重物体(4)下面的滚柱。根据相关数据和测定滚动轴承的摩擦系数 0.0025小于球面瓦的摩擦系数0.04，约为16倍。这是球磨机采用“滚动轴承”代替“球面瓦” 后能够节电、节能的主要依据。对此，2007年10月18日笔者曾在徐州华东机械厂(徐州矿 务集团机械厂)车间内，安装了一台2. 6x13m节能型轴承磨机的主机(近百吨)，由两名工 人转动大齿轮，该机就能转动。到场观看

3、的有参加“徐州市建材工业节能减排高新技术推介 会议”的各级领导、专家和一百多名代表无不称赞(可登网站视频)。因为普 通l.83x7m小磨机现场需要人工转动时，都要七、八人用撬棍才能转动。一、球磨机滚动轴承的区别目前国内部分水泥厂家为了节能已率先采用滚动轴承代替球面瓦用做为球磨机的支承并制 定了相关的“行业轴承标准”。这仅是从传统球磨机的滑动轴承（球面瓦）向滚动轴承前进了一 大步，但大多数厂家仅是把普通标准系列双滚柱调心轴承结构的直径加大而己，就是轴承的 两排滚柱在内、外圈之间的内部、自身的调心即称为“内球面调心轴承”（见图2左图示），其 轴承内的两排滚柱既要同时承受球磨机巨大载荷的滚动力，还要

4、承受筒体越长挠度变形越大 的调心力，而这两种力的受力的方向是不一致的，既要连续的滚动还要根据磨机调心的需要 不停地进行摆动，其滚柱的运动轨迹弯曲、波动极不稳定。集中受力在其双排滚柱上、并且 与轴承内、外圈接触面积增大，摩擦阻力也随之增大、耗电相应增加，致使滚动轴承节能效 果并不明显，而且易造成早期磨损，使用寿命也会缩短。我所研制的：节能型外球面调心”磨机专用轴承，是一种球磨机筒体回转用的大型支承，为 能方便现场组装、拆卸，把整体轴承做成：轴承外圈、内圈、滚柱和保持架组成的分体式结 构滚动轴承（见图2右图）。能同时满足；1、管磨机筒体因受热引起的轴向伸缩。2、中空轴 径向膨胀。3、定位4、调心的

5、四大功能。这是根据球磨机的工作原理和特点而设计的，这 是任何普通滚动轴承都无法达到的使用效果。彻底解决了普通（内球面）“滚子调心轴承”存在 上述不足的问题。二、主要结构轴承外圈其外表面采用了外球面的形状本身不旋转，能和原球面瓦一样直接安放在原轴承座上的球面 座上相吻合（见图3（左）所示），能起到轴承的调心作用。轴承外圈内壁有内槽轨道，用于限 制滚柱不能轴向（左、右）移动，只能沿内槽轨道内滚动、回转。但仅与轴承外圈的内轨道底 部表面，小于1/3圆的范围内产生接触、承载磨损，因此外圈可在每年检修时转动1/3圈， 尤如更换一新轴承，以延长轴承使用寿命。外圈当然也可以做1/2、1/3圆，节省轴承外 圈

6、一半的原材料、便于现场安装。我所曾于2000年就试用过，使用效果很好，但在制作上 确有困难。特别适用于（球面瓦）旧磨机改造成“滚动轴承球磨机”，采用“磨机专用轴承”不需更换新的轴 承座、增加配件和地基基础，非常便利、降低改造成本。滚柱与轴承内圈筒体所需的调心力由轴承外圈的外表面一外球面承担后，其回转所需要的载荷滚动力则由 两排滚柱、轴承外圈、轴承内圈共同承担，这样其不同的作用、受力分别由轴承不同的部位 分别承担，受力匀布合理，摩擦阻力小，使用寿命长。双排滚柱：滚柱外形是圆柱体，被两排保持架固定在一定的距离安放在外圈的内轨道 内，由轴承内圈随中空轴回转带动，只作单一的纯滚动运动，只承受滚动力，不

7、承受轴向力， 它与轴承内、外圈的接触均属于线接触”，此时的接触面积最小，摩擦阻力最小，这是外球 面调心磨机专用轴承能取得节能效果显著的关键之一。同时极大的延长了轴承整体的使用寿 命。轴承内圈：（轴向伸缩）因轴承内圈是随中空轴转动，而中空轴与筒体联接为一体。当筒 体在使用时会产生热量的变化、造成热膨胀，根据筒体大小、长短不同，轴向伸缩量（膨胀 量）高达10-30mm之间，会产生轴向移动。因“双排滚柱”在结构上表面是水平的圆柱体，并 受轴承外圈内槽的限制不会产生轴向移动，因此轴承内圈可以随着筒体的热涨冷缩在滚动中 的滚柱轴向逐步地、自由移动。见图3右图所示，安装在球磨机的进料端（移动端）。需要说

8、明的是：球磨机的出料端也称固定端的位置，有传动系统的小齿轮与筒体上大齿轮之间的啮 合，运转时是不允许轴向移动的，所以此端的轴承内圈外轨道面必须带有边槽部分限制滚柱 只能滚动、不能轴向移动。因此，同一台球磨机上两端支承所用的专用轴承”的内圈，因使 用条件和作用不一样而其结构也是不一样的。而普通“滚柱（内）调心”轴承的内、外圈都有圆弧面只能起到调心”与滚动的作用，阻碍了轴承内圈随中空轴和筒体受热膨胀时所需要的轴向移动，是不适用旧磨机改造使用的 （详见图3左、右图示比较）。当旧磨机改造时必须更换原轴承座、增加轴向移动部件，一是 增加改造成本、结构复杂、浪费材料、改造周期长，二是使用效果不好。三、球磨

9、机专用滚动轴承的主要优点节电当磨机采用磨机专用（滚动）轴承后，其摩擦系数的降低，所以启动电流降低40%和正常 运彳丁电流下降10 %左右。1）可以采用降低一档功率的配套电机节省用电量。2）在电机功率不变的情况下的：可比普通磨机多加10%以上研磨体、提高磨内填充率。原磨机筒体可以比原来“加长”，降低细度提高产量。原磨机筒体直径可以比原来“扩径”、增大，提高磨内研磨体上抛的高度，提高破碎、 研磨的能力，从而提高台时产量。节水不再需要像轴瓦磨机那样必须用水冷却。采用磨机专用轴承后，摩擦阻力减小，所产生的 热量降低，在室温42C的条件下的广州恒运电厂，用温控器测量轴承温度：最高可达1 30C， （粉煤

10、灰入料时达120C）连续经历了四个夏天，不用水冷却都能正常使用。因此不再象普通 球磨机一样采用“球面瓦”必须用水冷系统，为停电、停水“烧瓦”而担心了。节约用水为4-6 吨/每小时，年节水可在3-5万吨。水价2-3元/吨，价值615万元，对久旱缺水地区尤 为重要。节油注油方式：该轴承采用润滑脂润滑，从轴承外圈的顶部专设的加油孔，采用顶部注油方 式（用油泵加），这种润滑方式在两排滚柱的中间形成了一条明显油路：由上而下润滑、由内 向外排污油，同时还起到自动密封的作用，可有效地阻挡外部粉尘入侵。每2-3天加一次油。 每年润滑脂的加入量仅在几十公斤，可省去原稀油站供油，每年能节约几吨润滑油。同时还 减少

11、了旧污油的排放，以往因漏油，旧油污染车间。四、球磨机专用轴承的使用效果：实例西安祁连山建材公司：采用节能型3. 2 mx13m轴承球磨机，主要技术参数、标 准配置应为：额定电机功率1600kW，额定电流A=109，研磨体装载量：120吨，产量42-46 吨。通过配用“磨机专用轴承”后，现开流磨，研磨体实际装载量：126吨，电流A100，产 量达65吨，比表面积380m2/kg以上。对此，原配电动机功率明显过剩，现在可以再增加 研磨体（球、段）的装填量，提高填充率，进步提高球磨机台时产量。或者降低一档现可选用1400kW电机，额定电流A=95.1,仍能满足原来球磨机标准的主要技术参数和要求。这样

12、每小时可节省 200kW、4800kW / 天、1444000kW / 月=14. 44 万度 / 月，按 0. 55 元 / 度=7. 94万元/月，一年光节省的电费近百万元。并免去水冷却系统，每小时可节省用水3. 6m3, 每天节省86.4m3, 一年则是2. 6万吨水。这对缺水地区尤为重要。还去掉了稀油站一年可 节省两吨润滑油。并减少废油对环境的污染。实例广州恒运电厂：一台粉磨粉煤灰的2. 4mx8m磨机原配JR1512-8，570kW电动 机，额定电流67. 5A，研磨体装配量38吨。2004年采用滚动轴承后，满载实际测定电流 为48A，降低19. 5 A，降低幅度30%，当研磨体加至

13、50吨，产量达36t / h。因此按实际 运行电流测算，该种型号磨机配电动机最低可以配400kW，仍能达到同型号、同规格普通 磨机的产量，但目前国家电动机生产型号只有475kW，也要省95kW/h。光节电一项一年 就是82万多度，按0.5元/ kWh，价值40多万元。次年该厂又新增一台节能型2. 4mx10m 轴承球磨机。实例广西南宁上思县水泥厂：2005年两台普通2. 4mx7m磨机原球面瓦改用外球面调 心磨机专用轴承，并将原7m筒体加长至9m后，原配的475kW电动机、减速机传动系统不 变。磨机内研磨体的装载量比普通的2.4x9m磨机（应配570kw电机，研磨体装载量38吨） 的装载量高，

14、达53吨之多，电流在A=52-53也不超过电动机的额定电流A=57. 5，该机电 流仍有8%的富裕。磨机加长后，磨机实际粉磨空间比原来增加了 30%多，可以由原来未改 造前的台时产量18-19吨提高到28吨以上，产量提高了 55%，相当于2. 6mx13m普通磨 机的台时产量。改造后的水泥比表面积却由原来的330-340m2 / kg左右增加到410m2/kg以 上。粉磨水泥吨电耗从原来的29度降到18度左右，生料磨机磨生料电耗也从原来的18度 降到13度左右。正常每台年节电360万度电，价值一百多万元。实例徐州盖龙水泥有限公司2004年原2.2mx6. 5m普通管磨机产量为13-15t/h，

15、改用 外球面调心轴承及筒体加长至8m后，磨机实际粉磨空间比原来增加了 23.1%，原电动机功 率380kW及传动系统都不改变，研磨体加入量可达38吨，增加了填充率，细度由5%减小 到2%，表面积由300m2 / kg提高到350m2 / kg以上，产量提高到21t / h以上增加了 40-60%， 相当于普通2. 4mx8m磨机的产量。吨水泥电耗由27.14度降至19度，即节约8度/吨 水泥，13. 8万度电/年。光节约一项几个月就能收回全部改造费用。五、结束语用外球面调心磨机专用滚动轴承代替原来的滑瓦轴承（球面瓦），是节电、节油、节水、免 维护的新举措，实践证明：每台磨机年节省电费都在几十万

16、元以上，全国现仍有几千家水泥厂，上万台球磨机仍 使用传统的球面瓦需要改造。每台磨机不再需要每小时几吨水的冷却、节省能源。正常使用时操作工不再为停电、 停水“易烧瓦”担心影响生产。不用稀油泵站供稀油减少投资、降低生产成本。采用润滑油脂，每年可节省几吨稀油， 减少排放、减少对环境的污染。安装、更换（不用刮瓦）、使用维修方便，设备运转率高。使用寿命长，确保六万小时（八 年）以上。目前已成功的应用于l.83m3.2x13m新磨机的制造和旧磨机的改造，磨机的型号越大， 节能的效果越显著。新磨机制造时可在原标准配置的基础上降低一档、选小一级型号功率的 电动机。旧磨机的改造在原电动机及传动系统不变的情况下，可以加长磨机筒体或筒体扩径 （加大）、增加研磨体（球、段）装载量，都能提高了磨机产量。是提高企业的经济效益，节能 减排的新技术。3.2 mx13m轴承管磨机在我公司的应用情况：我公司购徐州高新建材机械研究所1台节能型3. 2 mx13m轴承管蘑机，主要技术参数、 标准配置应为：额定电机功率1 600kW、额定电流A=109、研磨体装载量:120吨，产量42-46 吨。通过使用；现为开流磨，实际研磨体装载量：126吨，启动电流平稳，时间短，正常运 转电流A100，现台时产量可达65吨，