Техническое обслуживание вращающихся печей на цементном заводе

Конструктивные особенности вращающихся печей

Вращающаяся печь представляет собой стальной цилиндрический корпус длиной от 40 до 185 метров и диаметром от 2,5 до 6,2 метров, который устанавливается под углом от 3,5 до 4 процентов к горизонту для обеспечения движения материала. Корпус печи изготавливается из отдельных обечаек толщиной от 20 до 80 мм, соединенных сварными швами при монтаже. Внутренняя поверхность футеруется огнеупорными материалами в зависимости от температурной зоны.

Масса современных вращающихся печей достигает нескольких тысяч тонн, что предъявляет высокие требования к точности установки и надежности опорной системы. Печь опирается на фундаментные рамы через опорные ролики в местах расположения бандажей, количество которых варьируется от 2 до 4 в зависимости от длины агрегата. Температура в зоне спекания достигает 1450-1500 градусов Цельсия.

Система опорных роликов и бандажей

Конструкция бандажей

Бандажи представляют собой массивные стальные кольца, которые надеваются на корпус печи с зазором от 10 до 15 мм в холодном состоянии. Существуют два основных типа бандажей: плавающие и вварные. Плавающие бандажи устанавливаются через опорные подкладки или подбандажные пластины, что позволяет компенсировать температурные расширения корпуса. Внутренний диаметр бандажа выполняется несколько большим, чем наружный диаметр посадочной поверхности на корпусе.

При нагреве корпус печи расширяется в радиальном направлении, зазор уменьшается, и бандаж оказывается в плотном беззазорном соединении с корпусом. Рабочая температура бандажей достигает 250-350 градусов Цельсия в зависимости от их расположения по длине печи. Предельный износ поверхности качения бандажа составляет 20 процентов от первоначального сечения для сплошных конструкций.

Опорные ролики и подшипниковые узлы

Каждая опора вращающейся печи содержит фундаментную раму и два опорных блока. Опорный блок состоит из опорного ролика и двух подшипниковых узлов, смонтированных в корпусах. Опорный ролик оснащается радиально-упорными подшипниками качения, воспринимающими радиальную и осевую нагрузки. Одна из цапф опорного ролика в осевом направлении фиксируется в корпусе подшипника с помощью упорных элементов.

Методы определения осевого усилия на подшипники

Физические основы возникновения осевых усилий

Осевое усилие в опорных роликах вращающейся печи возникает вследствие наклона корпуса печи и температурных расширений элементов конструкции. При установившемся тепловом режиме печь стремится сместиться вдоль оси в направлении разгрузочного конца. Для предотвращения чрезмерных смещений и обеспечения равномерного износа контактных поверхностей применяются гидравлические упоры, позволяющие контролируемо смещать печь на определенное расстояние с последующим возвратом.

Величина осевого усилия зависит от нескольких факторов: угла наклона печи, массы агрегата с загрузкой, температурного режима, состояния футеровки и правильности регулировки опорных роликов. Чрезмерное осевое усилие приводит к интенсивному износу подшипников, повышенному нагреву и увеличению потребляемой мощности привода.

Инструментальный метод с индикаторами

Наиболее распространенным методом определения осевого усилия является использование стрелочных индикаторов часового типа, устанавливаемых на корпусе подшипника опорного ролика. Индикатор измеряет осевое смещение вала ролика относительно корпуса подшипника при вращении печи. Для проведения измерений индикатор устанавливается на торцевую крышку подшипника опорного ролика, измерительный наконечник упирается в упорный диск или фланец вкладыша подшипника.

Расчетный метод определения осевых реакций

Для радиально-упорных подшипников необходимо учитывать осевые силы, возникающие под действием радиальной нагрузки вследствие наклона контактных линий. При установке подшипников с зазором, близким к нулю при установившемся температурном режиме, под действием радиальной нагрузки Fr находятся около половины тел качения. Суммарная осевая составляющая равна произведению коэффициента e' на радиальную нагрузку Fr, что представляет собой минимальную осевую силу Famin = e' × Fr, где e' - коэффициент минимальной осевой нагрузки, зависящий от угла контакта подшипника.

Выверка оси вращения печи

Назначение и периодичность выверки

Обязательным условием нормальной работы вращающейся печи является соосность центров поперечных сечений бандажей, задающих положение оси вращения. Несоосность бандажей даже в пределах 2 мм вызывает интенсивный износ рабочих поверхностей бандажей, опорных роликов и их подшипников, увеличивает расход энергии на вращение печи, ускоряет разрушение огнеупорной футеровки и металлического корпуса. Отклонения от прямолинейности оси более 2-3 мм могут привести к аварийной остановке технологической линии.

Выверка печи выполняется в два этапа. Во время первого замера определяется первоначальное положение печи, вычисляются отклонения от проектного положения и вырабатываются рекомендации для регулирования. Юстировка выполняется посредством регулировки положения опорных роликов. После этого производится контрольный замер для подтверждения достижения требуемых параметров.

Современные технологии измерений

Для выверки вращающихся печей применяются координатоопределяющие технологии с использованием промышленных тахеометров или лазерных трекеров. Эти приборы позволяют с высокой точностью определять геометрические характеристики крупных объектов сложной формы. Точность современных лазерных трекеров достигает 0,05 мм во всем объеме измерений.

Динамическая методика определения геометрических характеристик позволяет выявлять проблемные места без остановки печи. Суть метода заключается в анализе результатов измерений расстояния до поверхности контролируемого элемента печи предварительно закоординированными лазерными дальномерами. Измерения выполняются бесконтактно с частотой до 3 Гц и точностью 0,3-0,5 мм.

Состав работ при выверке

Комплекс работ при обследовании вращающейся печи включает определение несоосности центров поперечных сечений бандажей, для плавающих бандажей - определение несоосности центров поперечных сечений подбандажных обечаек, определение положения и ориентации осей вращения роликовых опор. Также проверяется межцентренное расстояние шестерен венцовой пары, неконцентричность венцовой шестерни и подвенцовой обечайки, радиальные и осевые биения венцовой шестерни.

По результатам измерений вырабатываются рекомендации по минимизации несоосности центров поперечных сечений бандажей с учетом последующих температурных расширений узлов и механизмов печи. Выполняется контроль процесса юстировки в режиме реального времени с последующей исполнительной съемкой нового состояния корпуса печи.

Регулировка опорных роликов

Принципы регулировки для минимизации осевых усилий

Правильная регулировка опорных роликов обеспечивает минимизацию осевого усилия на подшипники и равномерное распределение нагрузок. Цель регулировки заключается в том, чтобы печь слегка упиралась в упорный ролик или гидроупор, а колебания на подшипниках всех опор были одинаковыми с минимальной или нулевой амплитудой. При такой настройке достигается более эффективная работа печи, снижаются затраты на техническое обслуживание.

Регулировка положения опорных роликов осуществляется путем их смещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно фундаментных рам. Каждая фундаментная рама имеет регулировочные устройства, позволяющие изменять положение роликов с точностью до десятых долей миллиметра. При регулировке необходимо учитывать температурные деформации корпуса печи и бандажей.

Последовательность регулировки

Регулировка начинается с определения фактического положения оси печи и положения опорных роликов с помощью геодезических измерений. На основании полученных данных составляется план механической наладки с указанием величин и направлений смещения каждого ролика. Регулировка выполняется последовательно для каждой опоры с промежуточным контролем осевого усилия.

После каждого этапа регулировки необходимо провернуть печь на несколько оборотов и проверить показания индикаторов осевого усилия на всех опорах. Процесс повторяется до достижения требуемых параметров. После завершения регулировки проводится контрольное измерение геометрических параметров и составляется исполнительная документация.

Минимизация износа бандажей

Факторы, влияющие на износ бандажей

Ускоренный износ бандажных колец определяется действием различных механических факторов и зависит от согласованности направления осевых линий печи, опорных роликов и бандажа. Если бандаж чрезмерно упирается в ограничители или упоры, резко ускоряются темпы износа опорных подкладок, подбандажных пластин и регулировочных прокладок. В результате ось бандажа получает наклон относительно оси печи, и на ограничители начинает действовать дополнительная горизонтальная сила.

При возрастании различия скоростей вращательного движения корпуса и бандажного кольца скорость износа этих узлов в пятне их контакта значительно увеличивается. Если бандаж посажен на корпус достаточно плотно и не наблюдается значительного проворачивания, износ поверхностей будет минимальным. Разность углов наклона бандажа и корпуса приводит к тому, что бандаж сильнее давит на меньшую площадь опорной подкладки, что ускоряет износ этих элементов.

Смазка контактных поверхностей

Надлежащая смазка мест контакта поверхностей бандажа с опорными подкладками и подбандажными пластинами существенно снижает скорость износа. Смазка не устраняет рассогласование направления осей бандажа и корпуса, но наличие смазочного материала между деталями значительно снижает скорость их износа. Также необходимо обеспечивать смазку мест контакта между боковыми частями бандажа и ограничителями или упорами.

Для смазки применяются специальные высокотемпературные пластичные смазки, способные работать при температурах до 350 градусов Цельсия. Периодичность смазки определяется условиями эксплуатации и составляет от 1 раза в смену до 1 раза в неделю в зависимости от температурного режима и нагрузки.

Контроль состояния бандажей

Регулярный контроль геометрических параметров бандажей позволяет своевременно выявлять дефекты и планировать ремонтные мероприятия. Измеряется толщина бандажа в нескольких точках по окружности и ширине, контролируется радиальное и торцевое биение, проверяется состояние контактных поверхностей. При выявлении конусности или местных накатов выполняется проточка специальным приспособлением без снятия бандажа с печи.

Организация профилактического обслуживания

Система планово-предупредительного ремонта

Эффективная эксплуатация вращающихся печей основывается на системе планово-предупредительного ремонта, включающей техническое обслуживание различной периодичности и плановые ремонты. Система предусматривает ежедневный осмотр оборудования, периодическое техническое обслуживание, текущие, средние и капитальные ремонты с установленной периодичностью.

Технический осмотр вращающейся печи проводится регулярно в соответствии с утвержденным графиком. При текущем ремонте выполняется ревизия всех узлов, замена мелких деталей, ремонт уплотнений и другие профилактические работы. При среднем ремонте частично разбирают агрегат, заменяют отдельные узлы и детали, проверяют печь на точность и выполняют регулировку узлов.

Программа ежедневного мониторинга

В программу ежедневного осмотра необходимо включить определение направления осевого усилия опорных роликов. Контролируется температура подшипников опорных роликов с помощью контактных или бесконтактных термометров. Нормальная рабочая температура подшипников не должна превышать 60-70 градусов Цельсия, при превышении этого значения необходимо провести диагностику причин перегрева.

Важным элементом мониторинга является вибродиагностика опорных узлов. Периодические измерения уровня вибрации позволяют выявить дисбалансы, износ подшипников, нарушение соосности на ранних стадиях. Регистрация параметров вибрации выполняется специальными приборами в контрольных точках на корпусах подшипников и опорных рамах.

Документирование результатов

Все результаты осмотров, измерений и ремонтных работ документируются в журналах технического обслуживания и ремонта оборудования. Для вращающихся печей ведутся специальные формы, в которых фиксируются показания температуры подшипников, величины осевого усилия, результаты вибродиагностики, объемы выполненных работ. Накопление данных позволяет анализировать тренды и прогнозировать необходимость ремонтных вмешательств.

Контрольные параметры и допуски

Геометрические параметры

Геометрические параметры вращающейся печи должны соответствовать проектной документации с учетом допустимых отклонений. Несоосность центров поперечных сечений бандажей контролируется по положению центров бандажей и не должна превышать 2 мм. Параллельность осей опорных роликов оси печи проверяется геодезическими методами, допустимое отклонение составляет 0,5 мм на 1000 мм длины.

Радиальное и торцевое биение бандажей измеряется при вращении печи с помощью индикаторов. Допустимое радиальное биение составляет 3-5 мм в зависимости от диаметра бандажа, торцевое биение не должно превышать 2-3 мм. Превышение допусков указывает на необходимость проведения регулировочных работ или ремонта.

Эксплуатационные параметры

Температура подшипников опорных роликов в нормальном режиме работы не должна превышать 60-70 градусов Цельсия. Повышение температуры до 80-90 градусов требует срочного выяснения причин и принятия мер. Причинами перегрева могут быть недостаточная смазка, чрезмерная нагрузка, износ подшипников, нарушение регулировки. Критической считается температура выше 95-100 градусов Цельсия.

Потребляемый ток главного привода печи также является важным диагностическим параметром. Повышение тока при неизменной загрузке печи может свидетельствовать о нарушении соосности, повышенном трении в опорных узлах, проблемах с футеровкой. Регулярный мониторинг энергопотребления позволяет своевременно выявлять отклонения от нормального режима работы.

Часто задаваемые вопросы