回转窑托轮轴瓦发热原因浅析及相应防范措施

回转窑托轮轴瓦发热原因浅析及相应防范措施

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回转窑托轮轴瓦发热原因浅析及相应防范措施

作者：周巧生，贺怀选单位：巨龙水泥集团有限公司

中图分类号:TQ172.622.2文献标识码:B文章编号:1002-9877(2003)07-0064-03

我公司Φ5.8m×98m回转窑是六五期间从罗马尼亚引进的，采用500kW×2双边缘传动，设计产量为3000t/d，窑体采用4档支承，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ档托轮为Φ2m×1.1m，轴瓦为Φ620mm×735mm，Ⅱ档托轮为Φ2.5m×1.2m，轴瓦为Φ700mm×820mm。自1992年以来托轮轴瓦发热问题成为制约熟料产量和窑运转率的关键因素。

1 发热情况简介

仅2000年统计，全年16个轴瓦位置就有12个位置发过热，累计发热43次2033h，瓦温最高达167℃，直接造成停窑19次，刮瓦检修5次，其余维持在低温(75℃以下)慢转。

轴瓦发热前现象:

1)从轴瓦发热位置来看，主要是绝对温度高、相对温度变化大的Ⅱ档较先发热，且一般在轴瓦发热前2～3d，窑内温度场有明显变化。

2)从单瓦承载能力上看，一旦瓦受过伤，承载能力会大幅下降造成适应性较差，极易发热，Ⅰ档3号瓦就单瓦发热达19次873h。

3)每次发热前半小时，窑功率都由700kW升至1100kW，而且发热经常是在歇轮(窑转1周过程中托轮不转或不连续转)或停窑、升降窑速后发生，2000年就有10次发热前歇轮，30次发热前停窑或降速后再提速。

2 发热原因分析

2.1 回转窑中心线变化引起发热

各档托轮摆放、调整不当或窑内径向、环向温差过大时，都有可能造成窑的各档中心标高偏离理想标高过大，产生窑体中心线的弯曲，从而引起各档受力变化较大，一旦超过本身承载能力，极易造成轴瓦发热。为合理确定托轮中心线，对窑动态中心线进行了测量(见表1)，前2次均在轴瓦发热状态下测量，中心线偏差较大，2002年测量的偏差数据在允许变形范围内，而此时轴瓦正常运转未发热。由此可见在安装及调整过程中，保持窑体中心线准直的重要性。

表1 中心线垂直偏差数据 mm

位置

Ⅰ档

Ⅱ档

Ⅲ档

Ⅳ档

1997－10－12

－10.2

＋4.0

2000－05－24

＋0.4

＋8.05

＋9.27

2002－12－18

－4.0

－2.9

2.2 轴瓦本身性能影响

1)比压过大

回转窑支承见图1。利用材料力学力矩分配法，可粗略估算出在正常状况下各档受力，并根据润滑理论计算轴瓦比压。

图1 回转窑支撑示意

各档轴瓦的比压见表2，可见Ⅲ档处轴瓦比压已处于边缘状态，Ⅱ档已经超过许用比压，一旦工况变化极易引起发热。

表2 比压计算数据

位置

Ⅰ档

Ⅱ档

Ⅲ档

Ⅳ档

正常情况下支点反力/kN

4 941

7 898

5 691

5 076

托轮自重/kN

266

390

266

266

轴瓦计算比压/MPa

4.57

4.21

3.73

轴瓦许用比压/MPa

4.00

4.00

4.00

4.00

2)材质选用不当

我公司在原进口轴瓦烧坏后，选用过国产普通铜瓦，由于耐磨性及适应性不好，使轴瓦拉伤严重，此后又选用过改性尼龙瓦，由于其抗高温性能及抗粘着性能不好导致轴瓦粘死。后多次通过微调化学成分配比及铸造工艺并与国外轴瓦做对比试验，最终选定的材料的相关参数见表3。此材料化学成分、机械性能、金相组织均达到国外轴瓦指标且该材料较适合低速重载工况条件。

表3 选定的轴瓦材料的相关数据

主要成分/%

硬度/HB

抗拉强度σb/MPa

屈服强度σp0.2/MPa

延伸率δ5/%

抗压强度σ压0.2/MPa

Sn

Pb

Ni

8.80

17.03

1.03

65

220

140

8

145

3)轴瓦刮研及加工不当

刮研:托轮轴瓦是180°半开瓦，最早采用90°大接触角小瓦口间隙直线型导油槽的刮瓦技术，后来通过试验我们逐步认识到刮瓦轴承是无间隙轴承，接触角过大实际形成多点接触、高点受力，不利于提高其承载能力，此外不利于油膜形成和散热，就逐步过渡到60°甚至后来的40°小接触角大瓦口间隙弧形导油槽的刮研技术，理论上在接触角内，瓦面与轴径表面没有间隙。

加工:Ⅱ档托轮改造时采用不刮瓦轴承，该方法在理论上轴径与轴瓦是线接触，即接触角为0，但在实际上由于轴径向上的负荷作用，轴瓦会发生变形，所以是窄条接触。试验证明，不刮瓦轴承承载能力是刮瓦轴承的3倍。不刮瓦轴承实际上是间隙轴承，即从瓦口到受力最大处，瓦面与轴径表

面之间间隙逐步减小，如无油膜则间隙为0。这种轴承关键在于控制配合间隙，若选用得当则符合润滑基本方程———雷诺方程条件，很易形成油膜，但选择不当则不易形成油膜，其配合间隙关键靠机加工偏心距e来保证(丹麦SMITH、美国FULLER公司已有相关规定)。

球面瓦刮研不当:刮研不当，限制球面的摆动，从而使轴瓦在运转中温度升高失去球面的意义。经过实践我们认为为了适应多维摆动的要求，球面瓦的刮研，使整个接触宽度控制在球面宽度的1/2即足够，圆周方向控制在20～30°即可。

2.3 润滑

因为回转窑轴瓦载荷大，轴径大，运转速度较低，故根据润滑理论，此种轴瓦低速状态属于边界、混合润滑，在高速状态下才属于动压润滑。在其它条件不变时，随着润滑油粘度和窑体转速的升高，以及轴瓦表面粗糙度值的减小，将越有利于油膜形成，也越有利于提高轴瓦承载能力。现场实践也表明，在轴瓦拉伤、粗糙度不能保证，无法形成有效油膜的情况下，造成摩擦较大，窑功率明显升高，轴瓦随之发热。此外若在正常运转状态下频繁改变转速或托轮出现歇轮现象都很容易破坏原有形成的极薄的油膜，造成摩擦增大，轴瓦发热。

为了改善润滑状况，我们增加了外循环油路装置，并对油品选用进行研究，先后选用320号中负荷开式齿轮油、460号重负荷开式齿轮油，现在使用的是专用大瓦油。前2种油由于粘度和抗极压性能均低于大瓦油，存在密封效果差、漏油、油膜难以形成等弊端，而大瓦油则采用优质基础油和添加剂调和而成，具有良好的粘温特性、抗氧化安全性、极压性能等(见表4)，能有效改善轴瓦润滑状况，避免轴瓦发热，现场使用效果很好。

表4 460号重负荷齿轮油与大瓦油性能对比

项目

460号

大瓦油

试验方法

40℃运动粘度/(mm2/s)

414～506

1 166～1 520

GB/T 265

100℃运动粘度/(mm2/s)

58～74

GB/T 265

粘度指数

90

130

GB/T 1995

闪点(开口)/℃

200

250

GB/T 3536

水分/%

≯0.05

≯0.05