回转窑轮带与垫板间隙控制分析.docx

图 1 轮带间隙检测图 2 轮带与垫板间隙和滑移量实际曲线图 3 松套轮带受力分析 图 4 轮带内力分析轮带弯矩分析是按求解等截面圆环的超静定问题进行的，轮带 内力分析见图4，a截面的变形条件为转角为零及水平位移为零，据 此，可求得截面弯矩m和的关系。（4） 载荷q在角截面产生的弯矩为mq，mq按下式计算。m = q r2 cos 1 cos 0 sin 1 cos cos( ) 。（5）q 0 c 0 2220 0在与托轮接触的截面上，即=150处，产生最大弯矩mmax，mmax按式（6）计算。m = m + (1 + 3 )h r + mmax a 2 a c q 。 （6）由式（6）可求得不同初始接触角0时的mmax值（见表1）。表 1 松套轮带的最大弯矩00 30 45 60 90 120 135mqr 0.086 1 0.084 7 0.081 9 0.077 3 0.062 9 0.047 9 0.046 1maxc回转窑轮带与垫板间隙控制分析唐山盾石机械制造有限责任公司 全 印回转窑筒体与轮带间隙的大小直接影响回转窑筒体的横向形变量，筒体与轮带间隙越大，筒体的形变就越大，由此会造成耐火砖 的松动断裂，缩短耐火砖的使用寿命，同时还会加大耐火砖与筒体 垫板间的相对滑动，加剧两者的磨损，使得轮带间隙进一步加大。 筒体与轮带间隙过小，筒体受热膨胀厉害，引起缩颈现象，使筒体 出现大的变形，增加轮带的应力，严重时会发生断裂故障。一、轮带滑移及间隙检测轮带滑移是轮带和筒体之间的相对运动，间隙是轮带和筒体垫 板之间的间距；在轮带附近的窑筒体段节内，滑移量、间隙和机械 应力是相互关联的。轮带下间隙是根据轮带和窑筒体的温度差确定 的，窑筒体温度不是产生轮带抱住窑筒体的直接原因，轮带和窑筒 体的温度差才是直接原因，轮带间隙存在式（1）中的关系。滑动就越小，筒体垫板和轮带内表面的磨损也就越慢。二、轮带间隙对窑运转的影响分析耐火砖衬的寿命受窑筒体的机械状态影响很大， 窑筒体在运转 过程中不断地变形会影响耐火砖衬的使用寿命，进而直接影响窑的 运转率。1. 轮带松套在筒体垫板上，没有间隙存在（即冷装时所留间隙 等于受热膨胀所需间隙）。将轮带与垫板的接触看做是沿圆周连续 的，单位压力q的大小按余弦规律分布：q=q0（cos0cos），q0=2q/rc(2-20+sin20)（3）式（3）中，q为支承载荷，取由筒体弯矩计算求得的各支座反力的最大值，单位是kn；rc为轮带型心圆半径，单位是mm；0为 初始接触角，单位是。q在下部=处为最大，在上部0范围内不受压力，松套轮带 受力分析见图3。c=d2(t1-t2)。（1）式(1)中，c为轮带与垫板直径间隙量，单位是mm；为钢材热膨胀系数，其值取0.000 012m/m；d2为轮带下垫板外直径，单位是mm；t1为轮带处筒体热态下平均温度，单位是；t2为轮带热 态下平均温度，单位是。假定轮带与垫板间在接触时无滑动时，滑移量m与间隙c存在 式（2）的关系。m=c=(d2-d1)。（2）式(2)中，m为轮带相对筒体每转的滑移量，单位是mm；d1为轮带内径，单位是mm；d2为轮带下垫板直径，单位是mm。但实际运转时不产生滑动是不可能的，因此，mc。这一点在回转窑 实际运行中可以得到验证。如图1所示，国外某水泥厂4.8m回转窑使用简易间隙检测仪 对回转窑轮带热态运转时间隙与滑移量进行测量，但是测量不具有 连续性，无法进行长期不间断的监测。检测仪检测结果见图2。图2中，h为热态时轮带与垫板之间间隙量，d为回转窑旋转一转轮带与垫板之间相对位移量。经多次检测后，我们发现，h和d并 不严格遵循式（2）中的关系，在一定范围内数值偏大时，越接近于d=h（在这里，d相当于m，h相当于c），轮带与垫板间相对47河南科技2011.06下工业技术 industry technology由此可见当0=0时，轮带出现最大弯矩mmax，mmax=0.086 1qrc。实际上，在轮带和垫板安装间隙为零的情况下（即冷装时所留间隙等于受热膨胀所需间隙），由于筒体的弹性变形，0介于4560之间。一般来讲，对于窑，在此种情况下要求筒体变形椭 圆度0.002d，尽量能够达到0.001d。实际上，轮带与筒体都要发生一定的形变，但是筒体形变要比轮带形变大很多，通常冷态测量实际间隙为1.52倍理论间隙。例如4.8m回转窑，在窑头档与窑 中档设计时，间隙通常设定为10mm，窑尾档间隙设定为8mm。冷 态安装时，测量实际间隙窑头档窑中档应保持在1520mm，窑尾档 应保持在1216mm。2. 轮带松套于垫板上，有间隙存在。此时轮带仅在下部几块垫 板上有力作用，相当于0较大的情况，轮带所受弯矩较小，而筒体 却产生很大变形，容易使耐火砖松动和脱落。设计时应避免这种状 况，轮带内圆及垫板外径磨损严重的往往属于这种情况。在此种情况下就应关注轮带附近的筒体变形程度，即筒体的椭 圆度变化范围。筒体的椭圆度按式（7）和式（8）计算求得。3. 更换垫板。以上措施对滑移量的控制都无法到达理想效果，且偏差较大时，对窑正常运转产生了一定影响，若轮带附近窑筒体 被抱死或耐火砖衬损坏，发生掉砖红窑现象，则垫板和轮带磨损加 剧，致使滑移量远远超出上限。为保证回转窑安全稳定运转和生产 正常进行，就必须更换筒体垫板。通过更换筒体垫板来恢复合理的 轮带间隙是最简捷、最经济、最有效的方法。垫板厚度的选择为关键，厚度选择过薄过厚都不能达到预期的 效果，过厚时会使得整套垫板报废，不得不重新加工制作，因此， 在更换前一定要慎重。原始数据的准确采集计算是一项高难度的技 术工作，需要考虑众多因素，例如，原设计理论垫板外径值和轮带 内径值与实际测量值，垫板与轮带磨损情况，冷态时垫板间隙值， 筒体的变形分析，热态时正常轮带滑移量及轮带与筒体温差值，窑 内窑皮情况等。应对采集的数据进行分析，合理设计计算新更换的 垫板厚度。四、结论回转窑的垫板间隙的合理控制十分重要，尤其是大型化现代 回转窑，轮带与筒体的尺寸较大，造价很高，应有效地控制垫板间 隙，保护轮带，减小磨损。设备制造厂制作加工时要保证轮带和垫 板之间的配合间隙，水泥厂在使用过程中应引起足够重视，要勤于 观察检测，定期润滑维护。延长使用寿命，降低停窑维修成本，进 而提高窑运转率，增加经济效益。 =2（a-b）。（7）式（7）中，为筒体绝对椭圆度，单位是mm；a为筒体最大半径，单位是mm；b为筒体最小半径，单位是mm。r=100/di。式（8）中，r为筒体相对椭圆度，单位是%。（8）对筒体内的耐火砖衬可接受的椭圆度只能通过多年实践经验取得，椭圆度的测定有条件的话可以用专用的筒体椭圆度测量仪来 测得。此数值冷态时可以在轮带顶部测与垫板之间的间隙而近似得 出，热态情况下还可以用检测轮带滑移量的方法间接得出筒体椭圆 度的变化情况，从而保证对窑的耐火砖的使用情况能够有个很好的 估计，避免耐火砖脱落等事故发生，提高运转率。三、轮带与垫板间隙的控制如果回转窑操作正常，垫板设计合理，轮带内径与垫板外径的 加工误差在设计间隙误差之内，那么，垫板的磨损就会相对减小。 但无论如何，这种磨损也不能绝对避免。因此，减小垫板的磨损， 同时也会减小轮带内圆面的磨损。减小垫板磨损的方法除了经常维修轮带和托轮的滚动表面、保 持其经常平直以及正确调整找正窑体和托轮外，还可以采取以下几 种主要措施。1. 采用润滑。尤其是窑中档烧成带附近，窑筒体表面温度较 高，通常能达到350左右，甚至达到380以上；已接近普通钢板 可承受的温度极限420。此时加强润滑就显得尤为重要，可采用 专用轮带耐高温润滑脂润滑，也可喷洒石墨粉和mos2油脂混合物 润滑。2. 合理地控制轮带与垫板间的相对滑动量，也就是轮带的间隙 的控制。可以使用霍尔传感器采集筒体与轮带转速的差值，连续记录滑移量，滑移量m和轮带间隙c计算公式如下。m=d2（ns-nl）/nsc=d2（ns-nl）/ns（9）（10）在式（9）和（10）中，d2为垫板外径，ns和nl分别为筒体和轮带的转速。这就把轮带与垫板的间隙值通过两者的滑动量和转速表示出来。对采集到的数据进行统计分析，笔者发现，若滑移量低于 下限(一般来讲，phillips kiln services公司建议的一个可接受 的轮带滑移量为下限10mm/rev，上限25mm/rev)，因窑内工况波动 以及窑皮垮落，有窑筒体被抱死和耐火砖衬损坏的风险。若高于上 限，窑