新型軸向定位管磨機的研發與應用

任鞠萍，王國民

近些年，新建水泥廠大多采用的是大型化管磨機設備，對于大型化管磨機的設計，國內通常是在不改變原有設備結構的基礎上進行簡單放大，使設備各部分的強度滿足要求即可。因此，大型化管磨機在使用過程中不可避免地會出現一些問題，最突出的是磨機筒體出料滑環定位夾板磨損嚴重的問題。有些管磨機采用齒形聯軸器，這種齒形結構會產生很大的軸向力，使夾板的摩擦力增大，導致其磨損加快。采用膜片聯軸器，雖然可以避免夾板磨損，但是目前國內所生產的膜片聯軸器還沒有適用于大型磨機的型號。針對以上情況，我們對大型磨機的各部分機構進行了優化，研發出了帶新型軸向定位系統的管磨機。

1 整體技術方案

磨機夾板磨損過快主要是由于軸向力過大而引起壓強增大所致，夾在滑環兩側的傳統型夾板，無法通過增大面積來減小壓強，我們研發的帶新型軸向定位系統的管磨機可以克服這一缺陷。該新型軸向定位裝置主要包括筒體法蘭、定位裝置、定位潤滑及測位裝置。新型軸向定位系統選用定位法蘭的結構方式對磨機進行軸向定位，可在一定范圍內增大夾板的受力面積，減小壓強；定位潤滑裝置可實現強制潤滑，減小夾板的磨損；測位裝置用于檢測定位夾板磨損情況，便于提前合理安排停磨檢修；支承裝置采用公司自主研發的單側四滑履結構，該結構能夠分流載荷，提高支承能力，更適于大型磨機使用。

圖1為采用單側四滑履支承結構、帶新型軸向定位系統管磨機的三維結構示意圖。

2 具體設計方案

圖1 帶新型軸向定位系統的管磨機總圖

2.1 定位裝置

選用定位法蘭的結構方式對磨機進行軸向定位，這種結構可在一定范圍內增大夾板的受力面積，通過減速機減速系統對磨機產生的軸向力，計算出夾板的最小受力面積，從而確定夾板的尺寸范圍，在允許范圍內選較大夾板尺寸，達到減小壓強的目的。

如圖2所示，定位法蘭焊接在出料端滑環上，與出料端滑履軸承座內安裝的定位裝置配合，對磨機進行軸向定位，同時抵消減速機端傳來的軸向力。

圖2 定位法蘭

圖3 為定位裝置布置圖，定位裝置通過螺栓與滑履底座連接，定位裝置上有兩塊夾板，分別位于法蘭兩側，使筒體軸向定位，夾板上開有數個潤滑孔，通過管路連在潤滑裝置上，如圖4所示。

圖3 定位裝置布置圖

2.2 定位裝置潤滑系統

圖4 夾板結構示意圖

定位裝置潤滑系統由電動機、高壓泵及部分附件組成，其集成在出料端滑履潤滑油站上，與滑履潤滑油站共用冷卻系統等部分附件，節約了制造成本。潤滑系統通過管路與機械定位裝置的夾板相連接，向其注入潤滑油。潤滑裝置具有一定的壓力，在筒體受到軸向力時，實現強制潤滑，保證夾板和法蘭間有完整的潤滑油膜，形成滑動推力軸承，大幅降低夾板的實際磨損程度。

2.3 磨損監測裝置（圖5）

圖5 磨損檢測裝置

磨損監測裝置用來監測夾板的磨損程度。磨損監測裝置固定在定位裝置底座上，當磨損程度大于初始設定值時，監測裝置會傳輸信號給中控室自動報警。兩塊夾板上分別安裝有一個測溫傳感器，在中控室可以看到兩塊夾板的工作溫度曲線，當夾板溫度出現較大波動時，說明磨機存在供油不足等情況，可根據報警信號進行相應處理。

2.4 磨機支承裝置

四滑履支承結構為每側四塊滑履瓦結構，外部的兩塊滑履瓦的支承裝置為高度固定式結構，中間的兩塊滑履瓦的支承裝置為高度可調式結構，新型軸向定位系統安裝在出料端滑履軸承裝置內，如圖6中紅圈所示位置。

圖6 出料滑履軸承支承裝置

3 計算校核

以φ4.6m×14m水泥磨為例，磨機參數如下：水泥成品細度為3 400cm2/g±200cm2/g時，水泥磨的產量≮120t/h，入料粒度80%≤25mm，最大粒度35mm，物料水分≤1%，物料為中等易磨性。

3.1 管磨機參數的計算

（1）管磨機的適宜轉速n

n=32.66D-0.166=14.97r/min

式中：

n——磨機的適宜轉速，r/min

D——磨機的公稱直徑，D=4.6m

（2）管磨機的比轉速ψ

式中：

ψ——磨機的比轉速

（3）管磨機的填充率φ

φ=30%

（4）管磨機的理論計算功率P0

P0=0.184D×V×n×φ（6.16-5.75φ)=3 330kW式中：

V——管磨機的有效容積

式中：

Di——管磨機的有效直徑，Di=4.43m

Li——管磨機的有效長度，Li=13.212m

（5）管磨機電機的功率

P=K×P0=4 126.33kW

式中：

K——動力系數，K=1.25

電機裝機功率PM（PM=P·1.05圓整后的值）選取4 400kW

（6）管磨機產量Q的計算Q=P/q0=121t/h式中：

q0——單位理論功產量值，取q0=34.4kWh/t

（7）管磨機筒體板厚δ的確定

筒體許用應力：

式中：

σb——鋼板的抗拉強度，取σb=400～520MPa

計算應力：

σ=0.95[σ]=0.95×0.0177σb=27.25～35.41MPa

平均應力：

σM=31.33MPa=3.133×103N/cm2

磨體總載荷：

G=Gt+1.37Gn=276+1.37×274=651t

式中：

Gt——磨機回轉部分重量，Gt=276t

Gn——研磨體裝載量，Gn=274t

筒體截面模量：

筒體彎矩：

式中：

Lk——支座間距，取Lk=14.1m

彎曲應力：

式中：

Ct——系數，取Ct=0.9

筒體板厚：

δ=6 920/2 050=3.38cm=33.8mm

即：筒體厚度為44mm滿足δ≥33.8mm要求。

（8）計算滑履瓦的最大壓力

進料端最大載荷：

式中：

GT——大齒圈重量，kN，GT=0

每個滑履瓦所受到的正壓力相等，如圖7所示。

圖7 滑履瓦受力分析

每個滑履瓦所受到的正壓力：

滑履瓦的寬度為600mm，長度為990mm，每個滑履瓦的接觸面積：

S=0.60×0.99=0.594m2

軸承承載能力：

W=PW·PS·S=0.7×0.594×12=4 990kN

式中：

PW——設計狀態下，油腔壓力同限定壓力之比，取PW=0.7

PS——供油壓強，MPa，取PS=12MPa

經計算，軸承承載能力完全可滿足使用要求。

3.2 管磨機軸向定位系統參數計算

（1）計算磨機受熱膨脹產生的最大軸向力

GZ=0.04G1=130.2kN

方向：沿軸線向出料端

（2）減速機系統產生最大軸向力

GJ=400kN

方向：沿軸線向進料端

（3）磨機最大軸向力

GD=GJ-GZ=400（kN），當GZ=0時GD最大

（4）確定夾板尺寸

根據安裝及運輸的要求，在允許范圍內，初步設定夾板尺寸見圖8。

夾板面積 S1=0.151 8m2，夾板比壓 P1=GD/S1=2.64MPa，根據計算得出夾板比壓偏大，由于夾板面積已經是允許的最大值，因此采用中壓強制潤滑，其參數初步設定為：壓強：10MPa，流量：2.5L/min。

（5）供油壓強計算

夾板承載能力：

W=PW·PS·S1=0.7×0.151 8×10=1 062kN

式中：

PW——設計狀態下油腔壓力同限定壓力之比，取PW=0.7

圖9 φ5.2m×17m管磨機吊裝

PS——供油壓強，取PS=10MPa

經計算，夾板承載力完全滿足供油壓強要求。

4 項目應用

φ4.6m×14m的帶新型軸向定位系統的管磨機在阿爾及利亞項目運行3個月后檢測夾板無磨損情況，而老產品每3個月就需要停機檢修一次。管磨機運行一年多來，效果良好，夾板磨損小。后續公司又為國外另一項目研發了型號為φ5.2m×17m的帶新型軸向定位系統的管磨機，單臺凈重224t（不含傳動接管），是公司自主設計研發的最大的八滑履水泥管磨機，也是目前國內直徑最大的管磨機（圖9），該磨機于2018年7月吊裝完畢。■