回转窑筒体垫板的设计

回转窑筒体垫板的设计一导言在回转窑松套轮带下筒体段节的外表面上，均布整齐地敷设若干块横截面呈弧形的条状钢板，用以垫衬轮带，以避免轮带内表面与筒体外表面的直接接触。因为它们均以不同的方式贴接于筒体之上，故将这些附属于筒体的钢板称为“筒体垫板”。筒体垫板的型式与轮带的型式紧密相关。目前所见到的轮带型式，基本上可分为两大类；即“松套轮带”和“整体轮带”。松套轮带就是将轮带松套在筒体垫板上，二者之间在冷态时肯定有一定的间隙。松套轮带又有两种型式，即“浮动轮带”和“齿槽轮带”。浮动轮带就是在正常运转条件下，即在间隙存在的条件下它们在圆周方向都会产生“相对移动”或称“相对滑动”，见图1A。齿槽轮带极似机械零件中的花键联接，轮带内表面制有许多轴向沟槽，多块的筒体垫板相当于花键，因此又称“带键轮带”。它们在圆周方向任何时候都不会有“相对移动”或“相对滑移”，见图1B。整体轮带就是把轮带与筒体焊接为一个整体，即轮带就是筒体的一个组成段节。因此，这种轮带是不需要筒体垫板的垫衬，即没有垫板。迄今已见到的整体轮带有焊接式的，它们都是用厚钢板焊接后经加工而成，如图2A所示。有铸造式的，如图2B所示，它们都是由铸钢精加工而成。由此可见，只有松套轮带才有筒体垫板。A松套轮带的浮动轮带B松套轮带的齿槽轮带C挡圈止挡的浮动轮带D挡块止挡的浮动轮带图1松套轮带的两种基本结构1轮带；2筒体垫板；3轮带下筒体；4挡圈；5挡块；6斜撑A焊接式整体轮带的几种典型结构B铸造式整体轮带的几种典型结构图2整体轮带的结构型式整体轮带虽有结构比较简单、刚度较大的优点，但重量过大，制造困难，运输、安装和更换不便，尤其是散热问题更难解决。轮带是回转窑的重要机件，当前最大的轮带重量已达百吨左右，在使用中还常出现磨损、断裂等问题。这种事故一旦发生，就必须及时更换。这种整体轮带在更换时必须长时间停窑，将会造成巨大的损失。所以它们没有得到推广，只有苏联在湿法窑上曾一度有所应用，现在基本上都改用松套轮带了1。齿槽轮带虽有减小筒体变形、稳固火砖的作用，但由于加工复杂，安装困难，造价昂贵，特别是轮带和筒体的冷却较难处理等，所以使用也不多。只有德国一家制造公司供应，且都用在较小规格的回转窑上2。我国对齿槽轮带也曾进行过设计、制造、使用和测试等研究，即在内蒙古呼和浩特市水泥厂35/3060M回转窑的热端挡上采用了这种齿槽轮带。检测结果表明，它对限制筒体变形确有明显作用，这与外国的结论是一致的。但也暴露出一个比较突出的问题，就是筒体的冷却不好解决。因为筒体垫板充满了整个轮带内径之间的空隙，所以也没有得到推广。不过由于当前新型超短窑34和托轮摩擦传动的发展，为保持轮带与筒体的转速一致，又有人提出了采用齿槽轮带这一议题5。由上述可见，当前应用最广泛的还是浮动轮带，特别是在大型窑上，几乎无一例外。采用浮动轮带，筒体垫板的合理设计便是重中之重，成为一个极需研究的一个课题。因为筒体垫板设计不当，常会造成焊缝开裂、垫板折断、筒体断裂、轮带裂断、筒体产生缩颈、轮带和筒体垫板磨损加剧，进而降低火砖的使用寿命等重大设备事故。当前，回转窑向大型化发展迅速。对大型窑，因为筒体垫板设计不当所造成的损失更大，所以就更需要研究和重视。回转窑筒体垫板的结构虽然几经改进并取得了较大进展，然而还存在许多不如人意之处，仍然有必要深入探讨。本文现对筒体垫板的有关问题进行比较全面的论述和介绍，供有关部门参考。二筒体垫板的功用概括起来，筒体垫板基本上有以下四个功用1冷却轮带下的筒体和轮带回转窑的筒体，一般来说温度都比较高，尤其是在热端和新型干法窑的过渡带，特殊情况时可达700800。轮带的外表面裸露在冷空气中，距筒体又相对较远，故温度较低。如果轮带的内表面得不到一定的冷却，内外表面的温度差将很大，产生很大的温差应力，极易造成断裂。为降低轮带的温差应力，设置垫板是很有效的。冷空气从轮带与筒体之间垫板的空隙中通过，冷却轮带的内表面和此处筒体的外表面，这样就可以将轮带内外表面的温度差控制在2050之间，保证轮带的安全。对于新型干法窑，筒体的转速快、温度高，对筒体的冷却就更显重要。不仅热端挡筒体温度高，而且处于过渡带的中挡处筒体温度也很高，如图3所示。所以，在热端挡或中间挡轮带与筒体中间的空隙处一般都设置专用的冷却装置。A北京燕山水泥厂348M预分解窑筒体表面温度的实测值B2500T/H生产线460M预分解窑用红外扫描测温系统实测的筒体表面温度分布轮带下筒体和轮带的冷却方式基本上有以下三种11风冷方式风冷方式就是光用风或者空气单一作为冷却介质对筒体外表面和轮带内表面进行冷却的方式，如江西、鲁南等许多460M回转窑的热端挡都是采用这种。这是一种最简单的冷却方式。12水冷方式水冷方式是用水作为单一冷却介质对筒体外表面和轮带内表面进行冷却的方式。水通过压力雾化成小水滴，喷到所要冷却之处，所以又称“喷水冷却”和“喷雾冷却”。整个系统是自动控制的，如图4所示。13混合冷却方式混合冷却方式即以风和水两种冷却介质对回转窑筒体外表面和轮带内表面进行冷却的方式。这是一种风水结合的冷却方式，水借助于风雾化。这种冷却方式是先开风进行冷却，当用风冷还不奏效时，才开动水系统。两者通过同一个喷嘴用冷却风将冷却水雾化，喷洒到需要冷却之处，如图5所示。我国冀东水泥厂4000T/D生产线的4774M回转窑中间挡就是采用这种混合冷却系统，如图6所示。风路和水路分开，各为单独的系统。因为刚开窑时，筒体的温升较慢，轮带内径与筒体垫板外径的间隙较大，此时只开动风冷系统便可。随着筒体温度的逐渐升高，轮带间隙便逐渐减小。当轮带内表面与筒体垫板外表面之间的间隙减小到1MM时，才需要开动喷水系统，以强化对筒体的冷却，以免筒体产生缩颈。整个系统都是自动控制的，其原理将在后面详述。图64774M回转窑中档风路和水路分开的自动混合式冷却系统2保护筒体对于采用浮动轮带的回转窑，轮带与筒体通常在圆周方向都存有相对滑动。如果不设置垫板，轮带的内表面与筒体的外表面必然直接接触，显然会产生磨损。轮带的内表面都是加工的，而筒体外表面一般都不加工，即使加工磨损也不可避免。筒体磨损到一定程度就必须更换，会造成巨大的经济损失。筒体设置垫板后，轮带内表面仅与垫板的外表面接触而不与筒体外表面接触，筒体则不存在磨损问题。垫板磨损后更换比较容易，即不需要长时间停窑，更不需要重新制造该段筒体，可节省很大的维修费用。另外，筒体上设置垫板，对加强该段的筒体刚度也有一定作用。因此，筒体垫板具有保护筒体的作用。3方便轮带安装在回转窑上设置垫板，实际上等于支承段筒体直径加大，垫板长度约为轮带下筒体段节一半左右。也就是说，相当于筒体段节变窄，所以在套装轮带时比较容易和方便。尤其在旧窑更换轮带时，这种优点更显突出。4易挂窑皮为了延长回转窑筒体的使用寿命，在其内壁上都砌筑有耐火砖，或者在其局部段上打有耐火浇注料，借以保护筒体。当水泥回转窑生产时，在烧成带的窑衬表面上都需形成一层厚度不等的窑皮。要求这层窑皮均匀平整，坚固厚实，而且与耐火衬料结合牢固。所以在回转窑操作时首先要挂好窑皮，对保证正常生产具有重要作用。但是，当筒体温度过高时粘挂窑皮就比较困难。因为采用垫板，使筒体冷却成为可能，对挂窑皮的操作有利。鉴于上述种种原因，采用浮动轮带时在筒体上都设置垫板。在采用浮动轮带的齿槽式轮带时，窑筒体上也必须设置垫板。这时的筒体垫板除有上述作用外，还有传递扭矩的作用。但垫板的结构一定要合理，应满足能够冷却的要求。三垫板的结构早在20世纪20年代，回转窑筒体采用铆接，垫板与筒体也采用铆接，见图7。当时对筒体变形的研究很少，轮带间隙的重要性认识不足，所以把垫板设计得很薄，只考虑了安装的问题，轮带与垫板之间几乎不留间隙或间隙很小。后来出现了真正的铆接垫板，厚度加大。这种铆接垫板，有用钢板制造的，见图8A和图8B，也有用铸钢或铸铁制造的，见图8C。这些垫板即不便于外圆的整体加工，也不便安装找正。在使用中，因未考虑温度的影响，所以铆钉经常松动，进而被剪断。铆钉松动，影响火砖的稳固，剪断后的铆钉必须停窑更换，使窑运转率下降。B两段钢板垫板图8铆接垫板的几种主要型式1筒体；2铆钉；3垫板4挡圈随着焊接技术的发展，回转窑的筒体由铆接改为焊接，约可节省20的钢板。同时垫板与筒体也改为焊接，克服了铆接的缺点。垫板与筒体焊接最早采用满焊或两端焊的型式，见图9。没有考虑温度的影响，常常造成焊缝开裂，如LZ、LS、HD、ZG、JN、DT和DK等水泥厂的回转窑垫板都是如此，进而造成筒体产生纵向裂纹，见图10，HD厂窑筒体的裂纹与此相似。A两端“”形焊接B两端端部焊接C满焊或断续焊接图9垫板与筒体的焊接方法纵向裂纹的产生与轮带下筒体是否合理、垫板厚度和宽度过大以及垫板与筒体的焊接型式等有关。为解决垫板焊缝开裂、进而引起筒体断裂的问题，于是又出现了埋头螺栓固定的垫板型式，见图11。图11A所示是我国峨嵋水泥厂20世纪60年代由丹麦史密斯引进的44/415/44180M湿法回转窑上所用的垫板型式。图11B所示是我国冀东水泥厂于1984年由日本石川岛播磨公司引进的4774M预分解回转窑上所用的垫板结构。显而易见，除挡圈与图11A稍有不同外，其余没有差别。图11C是苏联在5150M湿法回转窑上采用的垫板结构，除将垫板在轮带两侧外伸部分通过加工减薄外，其余与图11A和11C基本相同。采用埋头螺栓联接固定的垫板型式，除比铆接在拆卸和安装方面有所改善外，其它与铆接差不多。因为窑筒体受热要膨胀，所以固定埋头螺栓很容易被剪断。冀东水泥厂4774M预分解回转窑的垫板多次出现过这种现象，这种问题一旦出现，只有停窑才能修复。在修复时，首先必须将窑内的耐火砖清除干净，修复后又得重新补砌耐火砖。可见，既麻烦又费时费力，因此也没有得到发展。为了解决垫板型式存在的这些问题，又出现了一种单端焊接，另一端采用夹块的垫板结构，如图12所示。图12A是轮带两侧采用挡圈的单端焊接垫板型式，即垫板的一端与筒体呈“”形焊接，另一端自由。图12B是采用挡块的单端焊接的垫板形式，即垫板的一端与筒体呈“”形焊接，另一端在垫板两侧各焊一个夹块，将垫板夹住，承受垫板的环向作用力，轮带被焊在垫板上的挡块在轴向限位。这两种单端焊接的垫板，解决了筒体和垫板因受热不同，温度不等而热膨胀不同的问题。但是因垫板是矩形，与筒体焊接处都存在尖角，应力集中较大。当垫板厚度过厚、宽度过宽时仍会出现焊缝开裂，进而引起筒体断裂。然而比两端“”形焊接（图9A）、两端端部焊接（图9B）和满焊或断续焊接（图9C）型式要好得多，焊缝开裂和筒体断裂的几率要少得多。C44/415/44180M湿法窑筒体垫板结构B4774预分解窑筒体垫板结构图11采用埋头螺栓固定的几种垫板型式A带挡圈的单端焊接垫板B带挡块的单端焊接垫板图12单端焊接的筒体垫板型式随着新型干法窑的发展，对垫板的要求更高。因为这种窑热负荷高，转速快，窑筒体易出现缩颈，使轮带与垫板之间的间隙增大，二者相对滑动大，垫板磨损更快。例如JX水泥厂460M预分解窑的热端档，运转不到一年时间，轮带与垫板之间的冷态间隙由安装时的6MM增大到30MM左右，严重地影响火砖的使用寿命，一度只能使用一周就得更换。因为更换垫板相当麻烦，费用较高，还不容易达到理想的轮带间隙，所以又出现了可调垫板。所谓可调垫板一般均由“固定垫板”或称“永久垫板”和“活动垫板”或称“可调垫板”以及挡圈或挡块等固定件组成，可调垫板的型式较多，如图13所示。上述表明，筒体垫板结构的发展大大前进了一步。从当前来看，浮放垫板已有代替可调垫板的趋势，应用愈来愈广泛。在现在大中型窑的设计中，基本上都采用浮放垫板。由上述筒体垫板结构型式的介绍可以看出，回转窑的机械结构虽有很多改进，然而变化最快、型式最多的还属筒体垫板。这一方面反映了筒体垫板的重要性，另一方面也说明了筒体垫板对保证回转窑正常运转和检修维护费用高低的影响是不可小觑的。四垫板的设计与计算垫板设计与计算的内容包括垫板总周长、块数、宽度、长度、形状与筒体的联接方式和止挡结构等的正确确定以及技术要求等。1垫板总周长的确定回转窑筒体载荷通过垫板传递到轮带上，在某一瞬间并不是一圈垫板都均匀吃力，而是最下面一块吃力最大，逐渐向两侧减小，最上面几块垫板在正常操作时不吃力（图15B）。不吃力的垫板在上面7090的范围内2，所以应保证最大吃力垫板的压应力小于材料的许用压应力，以免发生不允许的塑变和“冷焊”。考虑轮带与筒体之间应有足够的冷却空间和更换方便，垫板总周长可按下式确定A轮带和筒体为理论圆形情况B轮带和筒体变形后的实际情况图15垫板的受力状态2垫板块数和宽度的确定当垫板总周长确定之后，垫板块数就与宽度密切相关。垫板的块数不易过少，也就是垫板宽度不宜大。垫板宽度过大之后，如果与筒体焊接，则是导致焊缝开裂和筒体产生裂缝的主要因素，见图16。ABC图16垫板焊缝开裂和筒体产生裂纹的分析图假设垫板与轮带下筒体焊接时，筒体是一个理论圆形。如图16A中的M圆所示。因为在垫板加工时该段筒体内都有强固的支撑，所以实际与理论圆形偏差很小，完全可以这样假设。当窑体安装后，内部支撑必须拆除，这时筒体就会在自身重力作用下变成如图16A中N所示的椭圆形。在支撑未拆除之前，正处在顶部垫板两侧的1点和2点焊缝，其最大应力MAX0。可实际并非如此，当筒体内的支撑拆除后，筒体就要发生变形，顶部的垫板也随之下落，此时垫板两侧的焊缝1点和2点就受到一个压应力的作用。当筒体转动90，该块垫板也随之转到窑体水平中心线的位置，两侧的焊缝1点和2点便处于1点和2点的位置。因为筒体已变形成为椭圆N，所以其两侧焊缝便受有一个拉应力。焊缝所受的拉应力用“”表示，受压应力用“”表示。即相当于此时的1点和2点的最大应力MAX。如果这种垫板已经磨损过大，就需要在现场更换。为了焊接方便，现场往往在筒体上方施焊，这时焊缝1和2的最大应力MAX0。当窑体转动90时，则焊缝1和2便受有正应力2作用，所以最大应力为MAX（）26。正因为如此，文献7指出“窑一旦运转，垫板附近便不允许动用焊接”，其原因即在于此。文献7提出，确实需要现场焊接，可在与窑体水平中心线成45角处施焊，可保证正负应力大致相等，最大应力MAX，如图16B所示。筒体的弯距分布如图16C所示。由上述分析可见，垫板越宽越厚，即刚度越大，焊缝所受的应力就越大。如果再考虑焊缝处的应力集中和表面粗糙度对疲劳的影响，这个应力就足以导致焊缝开裂和筒体发生裂纹。这就是以前许多回转窑垫板焊缝开裂，而且越焊越易开裂的主要原因，最后发展到使窑筒体裂断。如果将垫板块数增多，焊缝1和2越靠近垫板的中心线AA，那么焊缝所受的应力就会越小。所以垫板的块数不宜过少。可是在以前的国内外设计中，垫板的块数却不够多，见表18和表2。在近代的回转窑上，垫板的块数才逐渐多起来，尤其在可调垫板的设计中，与筒体焊接的固定垫板更明显，参见图13D。对浮放垫板，则关系不大，因不与筒体焊接。筒体垫板的块数及主要尺寸表1垫板的技术数据表2见附件垫板的技术数据表2DOC一般情况下，筒体垫板的块数可按下式确定式中KB垫板的宽度系数，对普通垫板KB005007；对可调垫板KB003004；对浮放垫板KB008010；D意义同前。生产实践证明对与筒体采用焊接的垫板，凡宽度系数KB007的垫板，都没有发生焊缝开裂的现象。3垫板长度的确定垫板长度应根据轮带宽度和止挡装置的结构来确定，可按下式估算式中KL垫板长度系数，对普通垫板和可调垫板的固定垫板，取KL1724；对可调垫板的活动垫板可取KL10001002与轮带接触部分；对浮放垫板取KL1221与垫板接触部分；BT轮带宽度，MM。在材料允许的情况下，垫板长些较好。但也不易过长，以免浪费材料。过长，重量增加，对加工和更换都不利。4垫板厚度的确定前已叙及，垫板厚度不易过大。因为筒体的径向变形不可避免，尤其当垫板和轮带内表面磨损后，轮带间隙增大时，筒体变形就会更大。垫板过厚、刚度大，垫板不易随筒体而变形，增加了垫板焊缝的应力。以前一般都将筒体垫板的厚度设计的较厚，而此处的筒体却设计得较薄。近代的设计方把二者颠倒过来，即将此处的筒体设计较厚，而垫板设计的较薄，这是合理的，参见表2。现推荐垫板的厚度按下式确定式中K垫板的厚度系数。对普通垫板，取K0406，对浮放垫板和小型回转窑取大值，对大型窑取小值；对可调垫板的固定垫板，其K035050；对可调垫板的活动垫板，取K026035；对浮放垫板，因与筒体不焊接，所以不受此限；T轮带下的筒体厚度，MM。5垫板的形状及与筒体的贴合度垫板的形状对焊缝受力、加工难易和筒体的损伤等都有很大的影响。早期的垫板形状基本都制成矩形，焊于轮带下筒体段节上后，上立车加工。由于垫板断续，又都是齐面，因此车刀每到一块垫板边缘时都受到一次较大的冲击。不仅垫板外表面的粗糙度不易保证，车刀磨损也十分严重。如在国外5M立车上加工35145M回转窑的垫板外圆时，垫板的工作表面仅能达到25，可图纸要求32。后来笔者亲自磨刀，才勉强达到，得到国外用户的认可。即使如此，磨一次刀仅能加工150200MM宽的一段，整个垫板长度分几段才能加工出来，可见刀具磨损多么严重。针对上述问题，人们对垫板形状进行了改进。如美国富乐公司在4115579M回转窑上，采用带倒坡的垫板结构，见图17。这不仅改善了垫板焊缝的受力状态，对避免焊缝开裂和筒体断裂有利，对保证加工质量和减轻刀具的磨损也有利，而且尤其对减轻轮带和垫板在使用时的磨损更有好处。在同一立车上用同样的刀具，加工一个筒体段节的垫板不用换刀，就可达到粗糙度的要求。为了更进一步减小应力集中，凡与筒体焊接件，其直角都应改为圆角，参见图14。还有的将垫板端头加工一个大坡角，也有一定效果，见图17。今后应推广周边带坡角、尖角为圆角的垫板形状，与筒体焊接的机件尽量避免有尖角存在，以减小应力集中。图17富乐公司普通垫板的形状垫板与筒体的贴合度，主要靠垫板横截面圆度与筒体焊接时所采取的措施来保证。国内大部分控制间隙05MM9，而国外多控制在025MM，美国福乐公司就是这样要求的。笔者的实践证明，只要采取恰当的措施是能够满足这种要求的。间隙过大，窑在运转时焊缝必然产生附加应力。6垫板与筒体的联接垫板与筒体的联接，归纳起来基本有四种方式即铆接，参见图7和图8；焊接，参见图9和图10；沉头螺栓联接，参见图11；浮放垫板的止挡装置联接，参见图14。浮放垫板是在总结前三种的基础上改进的。垫板浮放在筒体上，没有焊缝的影响。这样，不存在焊缝开裂的问题，筒体也不会产生附加应力，可以避免断裂的发生。所用的定位块和夹块虽与筒体焊接，因为块度小，所有的尖角又都采用圆角，所以受筒体变形的影响很小，应力集中也很小。这是一种较好的结构型式，在今后的设计中应该大力推广。但必须注意在设计浮放垫板时，必须考虑三维的限位问题，即环向、轴向和径向都必须有定位和限位措施。图14AC都是利用挡圈作径向限位，图14D利用T型挡块作径向限位。否则，回转窑在转动过程中，当浮放垫板转动到上部某个位置时，由于垫板自身的重力作用，便离开轮带内表面而落到筒体上，对筒体产生较大的冲击，从而影响火砖的稳固。7轮带的止挡装置轮带的止挡装置一般都与垫板固定，而与轮带不发生固结关系，所以它可视为垫板的一个组成部分。回转窑在运转时需要上下往复移动，以保证轮带和托轮接触表面磨损均匀。另外，窑体因温度变化轴向长度也在随之变化。这些都会使轮带与筒体在轴向上有相对移动。为了使轮带在轴向上准确地与垫板接触，必须在垫板上设置轮带的止挡装置。轮带的止挡装置基本上可分两类，即“挡圈”和“挡块”或称“挡铁”。图1C、图8B、图12A和图14AC等都是挡圈结构。挡圈的支撑件各异，图1C是双斜撑结构；图8B是连同垫板一起与筒体铆固的结构；图12A是无支撑的挡圈结构；图14AC所示是用无尖角挡块支撑的结构。挡块的结构多种多样，但基本上可分为两种，即大挡块和小挡块。两块垫板及两块以上用一个挡块的，称为“大挡块”，如图11A、11B和图13D所示；一块垫板上仅设一个挡块的，称为“小挡块”，如图1D、图9、图14等。大挡块比小挡块好，挡圈比挡块好。挡块在安装中难以保证与轮带均匀接触，因此，每块吃力不同，受力大的挡块易坏，对轮带侧面的磨损也比较严重，尤其是与轮带侧面接触表面的两端不作处理时，极易划伤轮带的侧面。如果采用挡圈，上述问题较少，所以推荐使用挡圈。考虑热胀的问题，挡圈不宜制成整体，而应分瓣。一般可分为46瓣较好，具体根据窑径的大小确定。挡圈与挡圈的接头，靠轮带的里侧应加工出大坡角或大圆弧，见图18并参见图11B，以免划伤轮带侧面，减轻磨损。460M回转窑，采用大挡块结构，与轮带侧接触面两端未作处理，运转一年后，挡块磨损38MM，轮带侧面发生严重磨损和剥落。在设计挡圈或挡块时，必须注意其高度尺寸的确定。尽量增大与轮带侧面的接触面积，以减小单位承压，可以降低磨损并保证轮带稳定。挡圈或挡块与轮带侧面的间隙不宜过大，以控制在1015MM为宜，否则轮带的轴向窜动增大而且不稳，参见图18。挡圈或挡块不论采用斜撑或卡块，都必须保证足够的高度，否则焊缝容易开裂。另外，挡圈的尺寸够用就可，不宜过大。挡圈尺寸过大，即刚度过大，此时会使筒体断裂。淮海水泥厂由罗马尼亚提供的3000T/D旋风预热器窑生产线所用的5897M回转窑，其筒体垫板结构如图19所示。除了垫板与筒体是焊接外，其余结构与图11B极为类似。轮带的止挡装置也是采用分瓣挡圈结构，每个挡圈与四块垫板焊接，但挡圈设计得太大，用100100的方钢制成。由于挡圈刚度过大，在每个挡圈所焊的四块垫板弧长部分的筒体就不能随着筒体变形。易言之，限制了筒体的变形。只有在相邻两个挡圈接缝处的筒体才能变形，所以导致筒体断裂。根据笔者的意见，将每个挡圈从中间割开，这样就使每个挡圈仅与两块垫板焊接，即变成了大挡块的结构，给筒体比较均匀的变形提供了条件，以后此处筒体再没有发生断裂，此问题得到圆满解决。图195897M回转窑筒体垫板结构图20所示为10000T/D生产线所用697M回转窑的垫板结构。图2010000T/H生产线用697M回转窑的垫板结构五垫板的维护如果回转窑操作正常，垫板设计合理，诚然垫板的磨损就会相对地减小。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，延长其使用寿命就是维护的重心。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伦外，还有两种主要措施不可忽视一是采用润滑；二是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10。1垫板的润滑国内外的回转窑，由于轮带与垫板之间的间隙小，加油困难，又兼找不到耐高温合适的润滑材料，所以垫板以前一般都不进行润滑。即使勉强用人工加点油，很快就磨掉，甚至有时就根本加不进去润滑油，使润滑成为“形式”，达不到润滑的要求。这样，垫板磨损很快，当然也包括轮带的内表面，使轮带与垫板之间的间隙增大。反过来，间隙增大，滑动势必也增大，使垫板磨损更快，还容易发生冷焊现象。特别是近年来的新型干法窑的发展，窑的负荷和热负荷都比以前增大，转速增高，磨损就更重。可见，垫板的润滑显得更加重要，而不是可有可无。为此，国外设计了一种APCM的垫板润滑系统，采用胶质石墨和矿物油的混合物作润滑剂，可耐550的高温。这种润滑系统操作简便，耗油少，可靠性强。主要是利用一个长喷嘴，伸到垫板与轮带间的间隙中，将润滑剂喷散到摩擦表面上，形成一层摩擦系数很小的润滑膜，大大延长了垫板和轮带的使用寿命。在热端每天加一次油，在冷端两天加一次油。同以前用一般油脂人工加油相比，加油间隔时间延长了34倍，改善了工人的劳动条件11。最近有采用石墨块对轮带内圆表面和垫板进行润滑的12。石墨块置于轮带与垫板之间相邻两块垫板间的间隙中，犹如一块小垫板，轴向两端用焊于筒体上三角形钢板止挡，示于图21。当窑体转动，石墨块在下部时，靠重力与轮带的内圆表面接触，将石墨粉擦涂到轮带的内圆表面上。当轮带与垫板相对滑动时，石墨粉就被带到滑动表面之间起润滑作用。图21筒体垫板和轮带内圆表面的石墨块润滑2垫板间隙的监测垫板间隙就是垫板与轮带之间的间隙，有的也称为“轮带间隙”。这个间隙十分重要，大了会使筒体变形加大，缩短火砖寿命，同时还会使轮带与垫板间的相对滑动加大，磨损加剧；小了易使筒体产生缩颈12，轮带的应力增大，甚至会引起轮带断裂，同时也影响火砖的稳固。由于回转窑在不同的操作时间内温度在不断的变化，这个间隙的大小也就随之不断地变化。若使这个间隙永远处于合理范围，就必须采用一定的监测手段，采取有效的措施处理。现有两种方法21采用轮带间隙仪监测轮带间隙仪由磁座1、支架2、画笔3和带有磁座4的图形板5组成，见图22。在窑运转时，将磁座4先吸在轮带的侧面上，图形板5固定在磁座4上，因而图形板5随之固定，方位必须准确。然后将画笔对准图形板的合适位置通过磁座1吸在筒体或垫板上。当窑体转动一圈时，画笔就会在图形板的纸上划出一个半波曲线图，转两圈就会连续划出两个半波图形，见图22所示。波幅A即是在运转状态下轮带的实际间隙值，波长U即是筒体转动一圈时轮带的滑移量。这种装置十分简单，也非常便宜，但操作比较艰苦，又不能连续纪录。22采用连续自动监测系统采用连续自动监测系统参见图4和图5。它是通过轮带的滑移量来控制轮带的间隙。假设轮带与垫板在接触时无滑动，由图15可见式中U轮带相对筒体每转的滑移量，MM；DL轮带的理论内圆直径，MM；DS筒体垫板的理论外圆直径，MM；C轮带与垫板之间的理论间隙，MM；由（6）式可得轮带与垫板之间的间隙C同轮带每转滑移量U之间的关系为其余符号、意义同前。将（8）式带入到（7）式中便得这就把轮带与垫板之间的间隙值通过二者的转速表示出来。根据这个原理，国外设计出了连续自动的间隙监测系统，参见图4和图5。在窑传动小齿轮的轴头上或者在窑传动主电机的轴头上安装一个高速脉冲发生器1，窑转动一周它能释放出20000个或更多个脉冲，送入间隙控制器（GAPCONTROLLER）或间隙测量变换控制器（CONVERTERCONTROLLER）3中。在轮带旁安装一个终端限制开关或光电开关（PHOTOELECTRICSWITCH），当轮带转动一周时它能释放一个脉冲，也送到控制器3中。控制器3将接收进来的两种脉冲分别计数处理，这两个计数值之差与轮带相对滑移量成比例，可在计数器6上显示出来，直流电压为610V。同时还设有间隙控制信号器5，当间隙超限时，发出报警信号。现以冀东水泥厂4774M回转窑中间档的连续自动监测系统为例，加以详细说明，其原理示于图23。图234774M回转窑中档轮带间隙的连续自动监测控制系统这是一个风水双路混合冷却连续自动监测系统。轮带的冷态间隙为12MM，垫板外径DS4970MM，轮带内圆直径DL4982MM。轮带滑移量的上限控制在20MM（间隙约为7MM），下限控制在10MM（间隙约为3MM，这是理想的指标值），具体操作见图24。图24风水冷却系统开关程序与轮带滑移量的关系由图24可见，当窑升温时，窑体先膨胀，使轮带间隙逐渐减小。当减小到7MM时，开始启动冷却风机，但进口阀门不打开，仅靠阀门漏风微冷窑筒体，使其缓慢膨胀。随着筒体温度升高，轮带间隙变小。当轮带间隙减小到约为4MM时，将风机的进口阀门打开1/4。当轮带间隙减小到32MM时，将进口阀门打开1/2，加大冷却风量。当轮带间隙减小到2MM时，将阀门全部打开。此时如果轮带间隙不继续减小，只用风机冷却就行了。如果轮带间隙继续减小，说明光用风冷就不行了，此时在风冷的基础上再开动水冷系统。整个过程都是自动控制的，十分可靠。在轮带间隙达到1MM时，还有报警器发出报警，以引起操作者的注意。如果窑体经过水冷，温度继续降低，轮带间隙随之增大。当轮带间隙增大到7MM时，也会发出报警，告诉人们轮带间隙已经偏大，应立即停止水冷，控制间隙的继续增大。否则将加剧垫板和轮带的磨损，同时筒体变形也会增大，对火砖不利。这些轮带间隙的控制实际是通过轮带滑移量来实现的。这里必须指出，轮带滑移量U与轮带间隙C之间的关系，实际并不严格遵守（7）式的关系，而是有一些差别。因为轮带和筒体都要发生径向变形，筒体的变形又不是想象中的理论椭圆形，（参见图15B），所以实际间隙要比理论间隙C大152倍2。通过对江西水泥厂460M预分解窑的测定，完全证实了这一点。不过，这对自动控制来说问题是不大的，因为相对关系不变，只有数值有微小差别而已。3筒体垫板的更换不论采取什么措施，筒体垫板和轮带内表面的磨损都不可避免，只是快慢有别而已。措施得力，结构合理，磨损的较慢，否则磨损的较快。它们磨损和垫板变形后，轮带间隙便要增大，当轮带间隙增加过大时，将会造成许多严重后果。为保证设备的安全稳定运转和生产正常进行，筒体垫板就必须进行更换。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。在更换筒体垫板时，垫板厚度的准确确定最为关键。垫板薄了，更换完毕的轮带间隙仍然过大，甚至与没有更换时差不多。轮带间隙偏大，这相当于已使用几年的状况，使垫板的使用寿命缩短。如果与没有更换时差不多，则失去了更换的意义，达不到更换的目的；垫板厚了，最后几块垫板根本塞不进去。这是一种非常严重的情况，不但整套垫板必须报废重制，造成经济损失，而且还会造成更长时间的停窑，经济损失更大。这两种情况在许多厂更换垫板时都是经常出现的，都造成了很大损失。准确确定更换筒体垫板的厚度是一项难度很大、技术很高的工作，不是一般人所能掌握的。这是因为31原有垫板厚度不等筒体垫板是通过不同方式（点焊、螺栓联接等）或暂时或永久地固定在轮带下筒体段节之上然后进行外圆加工的，否则难以满足设计的圆度和尺寸。但由于该段节筒体不可避免地存在椭圆和不规则变形，因此经加工后的垫板厚度是不相等的，而是有薄有厚。欲更换的垫板是用一块钢板卷制成所需要的圆形，然后经气割和加工而成，所以必然是等厚的。用等厚的垫板去替代不等厚的原有垫板，显然难度很大。32轮带间隙测量困难轮带间隙在冷态和热态时差别较大，对更换垫板来说，最重要的是要已知热态的轮带间隙。而热态的轮带间隙影响因素甚多，诸如气温、风速、火砖的薄厚、窑皮的状况、物料的多少、烧成温度的高低等都有影响。也就是说可变性太大，即使采用轮带间隙仪进行测量也是随时都在变化，不足以作为确定更换垫板厚度的依据。但有较大的参考价值，可是轮带间隙仪一般水泥厂都没有。最容易测量、可变性最小，而一般工厂都可以做到的就是冷态的轮带间隙。测得的冷态轮带间隙也不能直接用于确定更换垫板厚度的数据，因为所测得的冷态轮带间隙受筒体塌陷程度的影响，参见图15。轮带间隙越大，角就越大，筒体塌陷部分的弧长就越大，所以也不能直接利用这个间隙值来确定更换垫板的厚度。3