هندسة تشغيل مطحنة الأسمنت والفرن - حيث تُستخدم التروس الحلزونية
تستخدم صناعة الأسمنت ثلاثة أنواع من الآلات الدوارة الكبيرة التي تتطلب تروس حلزونية المحركات: مطحنة الكرات (لطحن الكلنكر إلى أسمنت)، ومطحنة الأسطوانات العمودية (للطحن البديل)، والفرن الدوار (لتكليس الحجر الجيري). ولكل منها خصائص مميزة. تروس حلزونية متطلبات:
مطحنة الكرات عبارة عن أسطوانة دوارة (قطرها من 3 إلى 8 أمتار، وطولها من 8 إلى 18 مترًا) مملوءة جزئيًا بكرات طحن فولاذية. تدور الأسطوانة بسرعة تتراوح بين 12 و20 دورة في الدقيقة، مدفوعةً بترس حلقي كبير (يُسمى "الترس الرئيسي") مثبت على غلاف المطحنة، ويتعشق مع عمود تروس صغير يُدار بواسطة محرك عبر علبة تروس مغلقة. يصل قطر الترس الرئيسي إلى ما بين 6 و12 مترًا بمعاملات تتراوح بين M20 وM50. يُستخدم نظام التروس المكشوف لعدم وجود غلاف مغلق عملي بهذا الحجم.
تستخدم مطحنة الأسطوانات العمودية طاولة تعمل بمحرك وتدور بسرعة 20-40 دورة في الدقيقة، ويتم توفير المحرك من خلال نظام متعدد المراحل مغلق. تروس حلزونية علبة تروس (عادةً ما تكون ذات مراحل مخروطية وحلزونية) تُخفّض سرعة المحرك إلى سرعة الطاولة. يحمي الترتيب المغلق تروس حلزونية من بيئة غبار الأسمنت شديدة الكشط. الوحدات M12–M20 مصنوعة من سبيكة 17CrNiMo6 المكربنة.
الفرن الدوار عبارة عن أسطوانة ضخمة مائلة (قطرها 4-8 أمتار، وطولها 50-200 متر، وكتلتها 500-5000 طن) تدور بسرعة 0.5-4 دورات في الدقيقة. تروس حلزونية تستخدم المحركات نفس ترتيب التروس المفتوحة والتروس الصغيرة مثل مطاحن الكرات، ولكن مع التحدي الإضافي المتمثل في أن عدم مركزية الفرن (0.5-2 مم انحراف الغلاف بالنسبة لحلقات الركوب) يخلق تغيرًا دوريًا في الحمل عند تردد دوران الفرن.
معامل الخدمة للتروس الحلزونية في مطاحن الأسمنت - لماذا يتراوح معامل الخدمة بين 2.0 و 3.5
يُعدّ معامل الخدمة (معامل التطبيق KA وفقًا لمصطلحات ISO 6336) لمحركات طواحين الكرات في الأسمنت أعلى بكثير من أي تطبيق آخر في هذه السلسلة. تتطلب ثلاث حالات تحميل مستقلة معاملات خدمة عالية.
- تأثير اصطدام الكرة المشحونة: لا تتدحرج كرات الطحن في مطحنة الكرات ببساطة، بل تُحمل إلى موضع الساعة الثانية تقريبًا بواسطة الأسطوانة الدوارة، ثم تتساقط ("شلال") إلى أسفل على قاعدة شحنة الكرات. ينتج عن كل حدث تساقط ارتفاع مفاجئ وسريع في عزم الدوران على غلاف المطحنة وعبرها. تروس حلزونية محرك - عادةً ما يكون عزم الدوران الاسمي 150-200% لمدة 0.05-0.2 ثانية. عند سرعات دوران مطحنة الكرات النموذجية (15 دورة في الدقيقة)، تحدث هذه الأحداث كل 4 ثوانٍ بشكل مستمر طوال فترة التشغيل.
- إعادة تشغيل الشحن المتجمد: إذا توقفت مطحنة الكرات وهي محملة بمادة رطبة تتصلب أثناء التوقف (شحنة متجمدة)، فقد يصل عزم إعادة التشغيل إلى 300-500% من القيمة الاسمية حيث يعمل المحرك على تفتيت المادة المتصلبة. هذا حدث نادر ولكنه كارثي بالنسبة للمطاحن ذات الأحجام الصغيرة. تروس حلزونية محركات الأقراص.
- صدمة إضافة كرة الطحن: عند إضافة كرات الطحن إلى المطحنة العاملة (من قادوس علوي)، تسقط الكرات الفردية لمسافة تصل إلى 2-3 أمتار قبل أن تصطدم بالشحنة الموجودة - مما يخلق نبضات تأثير عالية التردد تنتقل عبر غلاف المطحنة إلى الترس الرئيسي والترس الصغير.
إن التأثير المشترك لأحداث التحميل هذه - الذي تم تحديده كمياً من خلال قياسات عزم الدوران المسجلة على المطاحن العاملة - يبرر عامل خدمة AGMA SF = 2.0–2.5 للتشغيل العادي و SF = 3.0–3.5 لقدرة إعادة التشغيل بعد تجميد الشحنة في تروس حلزونية ومواصفات الترس الصغير.
المواد والمعالجة الحرارية للتروس الحلزونية لمطاحن الأسمنت الكبيرة
وحدة كبيرة تروس حلزونية لتطبيقات تشغيل مطاحن الأسمنت أو أفران الحرق، يُستخدم فولاذ 42CrMo مُقسّى بالحثّ، صلابة روكويل C تتراوح بين 50 و55، لترس الترس الرئيسي؛ وفولاذ مصبوب، صلابة برينل HB تتراوح بين 220 و280، لترس الحلقة الرئيسي في أنظمة التروس المفتوحة. يُطبّق معامل خدمة يتراوح بين 2.0 و3.5 على عزم الدوران المنقول في حساب قوة التروس.
اختيار المواد لمطحنة الأسمنت تروس حلزونية يعتمد ذلك على حجم المقطع وسهولة الوصول إلى المعالجة الحرارية:
| عنصر | مادة نموذجية | المعالجة الحرارية | صلابة | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|---|
| ترس حلقي كبير (قطر خارجي 6-12 متر) | الفولاذ المصبوب (0.35–0.45% C) أو المقاطع المصنعة الملحومة | التطبيع + التلطيف أو العزل | HB 180–250 | يمنع الحجم عملية الكربنة أو الحث؛ يتم تصنيعه على شكل أجزاء مثبتة بمسامير على غلاف المطحنة |
| الترس الصغير (قطر خارجي 0.4–1.2 متر) | 42CrMo4 المطروق | QT + جوانب الأسنان المقواة بالحث | صلابة اللب 28-35؛ صلابة السطح 50-55 | قطر المقطع 300-600 مم - قابلية التصليد لسبائك 42CrMo كافية؛ التصليد بالحث على جوانب السن فقط يمنع تشوه المقطع بالكامل. |
| علبة تروس مغلقة تروس حلزونية | 17CrNiMo6 مطروق | مُكربن بالغاز + مطحون | صلابة روكويل 58-62؛ حجم العلبة 1.2-2.5 مم | علبة تروس مغلقة تروس حلزونية (M12–M20) ضمن نطاق قدرة الكربنة؛ يلزم استخدام مواد ممتازة لـ SF = 2.0+ والتشغيل المستمر لمدة 24 ساعة |
تزييت التروس المكشوفة - التحدي الفريد لمحركات التروس الكبيرة
لا يمكن استخدام حمام زيت مغلق للترس الرئيسي والترس الصغير المكشوفين في مطحنة كرات الأسمنت أو فرن الحرق، لأن الترس كبير جدًا ويدور في بيئة مليئة بالغبار الكاشط. يجب أن يقوم نظام التشحيم بتطبيق مادة التشحيم مباشرة على جوانب الأسنان قبل تعشيقها مباشرة، وذلك عادةً باستخدام إحدى ثلاث طرق:
يتم توجيه فوهة الرش نحو جذر السن (قبل تعشيق الترس مباشرةً) لتطبيق زيت تروس مفتوح من نوع ISO VG 3000–6800 على فترات زمنية محددة (عادةً 2-5 مل لكل متر من عرض وجه الترس الرئيسي كل 3-5 دقائق). يجب أن يتمتع الزيت بلزوجة كافية لتكوين طبقة واقية بين عمليات الرش، وبقوة التصاق كافية لمقاومة التناثر الناتج عن قوة الطرد المركزي عند سرعة حافة الترس الرئيسي.
تُطبّق مركبات البيتومين والجرافيت التقليدية (معجون شبه صلب يُسخّن حتى يصل إلى لزوجة مناسبة للتدفق قبل الاستخدام) بالتنقيط على جوانب أسنان التروس. يُشكّل الجرافيت طبقة عازلة شديدة الضغط عند منطقة التلامس، بينما يلتصق البيتومين بسطح السن. ورغم فعاليتها، إلا أنها تُشكّل مشكلة بيئية؛ لذا تُعدّ زيوت التروس الاصطناعية الحديثة بدائل مفضلة في معظم الأسواق.
مضخة تزييت يتم التحكم بها بواسطة وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، وتُفعّل بواسطة وحدة تحكم محرك الطاحونة، وتُطبّق كمية دقيقة من الزيت لكل دورة تروس. تتكامل مع نظام التحكم في العمليات لزيادة معدل التزييت أثناء الأحمال العالية (إضافة شحنة الكرات) وتقليله أثناء فترات الأحمال المنخفضة. هذا هو النهج الحديث الأمثل لطاحونة الأسمنت العاملة بشكل مستمر. تروس حلزونية ومحركات التروس.
اللامركزية في الفرن وتأثيرها على محرك التروس الحلزوني
يبلغ طول الفرن الدوار 200 متر وقطره 5 أمتار، ويعاني من انحراف في حلقة الدوران (حلقة التوجيه) يتراوح بين 0.5 و2 ملم في ظروف التشغيل، نتيجة للتمدد الحراري، وزحف الإطار، وشكل الغلاف البيضاوي. هذا الانحراف - بالإضافة إلى كتلة الفرن التي تتراوح بين 3000 و5000 طن - يُنتج تغيرًا دوريًا في القوة الشعاعية عند تعشيق التروس عند تردد دوران الفرن (0.5-4 دورة في الدقيقة = 0.008-0.067 هرتز). تروس حلزونية عند تعشيق الترس الصغير مع ترس الفرن الرئيسي، يُحدث هذا التغير في القوة منخفض التردد تغيرات متناوبة في قوة الدفع المحورية (لأن F_a = F_t × tan β و F_t تتغير بتغير الحمل اللامركزي) والتي يجب أن تستوعبها محامل الدفع لعمود الترس الصغير. توصي شركة إيفر-باور الكورية باستخدام محامل دفع كروية لأعمدة تروس الأفران، حيث يسمح تصميمها المتأصل بتحمل عدم المحاذاة، مما يسمح بتحمل الميل الدوري لعمود الترس الصغير المصاحب لأحمال اللامركزية في الفرن.
شركة كوريا إيفر باور - قدرة مطحنة الأسمنت ذات الوحدات الكبيرة على استخدام التروس الحلزونية
تقوم شركة إيفر باور الكورية بإنتاج قطع الغيار والتركيبات الجديدة. تروس قطع حلزونية لمحركات مطاحن الأسمنت والأفران من M8 إلى M50، بأقطار تصل إلى 2500 مم للتروس الصغيرة وحتى 5000 مم للتروس الكبيرة المجزأة (يتم توريدها كأجزاء تروس متطابقة للتجميع الميداني). كـ مصنع التروس الحلزونيةتتولى شركة إيفر-باور الكورية، من خلال قسمها الداخلي للتشكيل والتصنيع، إنتاج القطع الخام للتروس الصغيرة من سبائك 42CrMo (للمحركات الحثية) و17CrNiMo6 (للمراحل المغلقة المكربنة)، مع توثيق كامل يشمل التحقق من المواد باستخدام مطياف الانبعاث الضوئي، وقياس الصلابة، وقياس جميع أسنان التروس باستخدام محلل التروس. تصفح مجموعة منتجات التروس الحلزونية للاستفسارات المتعلقة بصناعة الإسمنت.
الأسئلة الشائعة
يبلغ وزن الترس الرئيسي ذو القطر 10 أمتار ما بين 50 و200 طن، وهو وزن يفوق بكثير قدرة أي مكبس تشكيل أو فرن أو مركبة نقل منفردة. يسمح التصنيع على شكل أجزاء (عادةً من 4 إلى 8 أجزاء لكل ترس رئيسي) بتشكيل كل جزء ومعالجته حرارياً وتصنيعه بدقة في ورشة عمل قياسية، ثم تجميعه في الموقع عن طريق تثبيته بمسامير على شفة غلاف المطحنة. تروس حلزونية يجب أن تتطابق خطوة أسنان التروس بدقة عبر وصلات القطع، وأن يتم التحقق من مركزية التروس المُجمّعة عن طريق قياس الانحراف قبل التشغيل. تُورّد شركة إيفر-باور الكورية قطع التروس الرئيسية كمجموعة متطابقة مع ضمان استمرارية خطوة الأسنان عبر جميع الوصلات.
نعم، إنها ممارسة شائعة لإطالة عمر التروس. عادةً ما يتم تحميل الترس الرئيسي على جانب واحد فقط من أسنانه (جانب القيادة في اتجاه الدوران الطبيعي). بعد 3-5 سنوات من التشغيل، إذا كان الجانب غير المُقاد لا يزال سليمًا، يمكن قلب الترس الرئيسي محوريًا (عكس اتجاهه على حافة التثبيت) لجعل الجانب السليم يعمل كجانب قيادة جديد، مما يضاعف فعليًا عمره الافتراضي قبل الاستبدال. ينطبق نفس العكس على الترس الصغير. هذه الممارسة خاصة بترتيبات التروس المفتوحة حيث يكون الوصول لقلب الترس متاحًا؛ أما في علب التروس المغلقة تروس حلزونية لا يتم عكسها أثناء الخدمة.
في زوج من التروس الرئيسية والتروس الصغيرة، يُكمل الترس الصغير ما يقارب z₂/z₁ دورة لكل دورة واحدة للترس الرئيسي، أي أن كل سن من أسنان الترس الصغير يتعشق z₂/z₁ مرة أكثر من كل سن من أسنان الترس الرئيسي. عند نسبة تروس نموذجية 8:1، يتعرض كل سن من أسنان الترس الصغير لثمانية أضعاف دورات الإجهاد لكل وحدة زمنية مقارنة بكل سن من أسنان الترس الرئيسي. لذلك، يصل الترس الصغير إلى حد الإجهاد أولاً إذا صُنع كلاهما بنفس الصلابة. من خلال تقوية الترس الصغير إلى HRC 50-55 وترك الترس الرئيسي عند HB 220-250، تتساوى تقريبًا أعمار الإجهاد لكلا المكونين؛ إذ يُعوض سطح الترس الصغير الأكثر صلابة عدد دوراته الأعلى بارتفاع قيمة σ_H lim، بينما يحظى سطح الترس الرئيسي الأكثر ليونة بحماية كافية بفضل انخفاض تردد دوراته.
مع التشحيم الصحيح (نظام رش أوتوماتيكي، زيت تروس مفتوح ISO VG 3000 بمعدل تطبيق محدد)، تصل تروس 42CrMo المُقسّاة بالحث في مطاحن الكرات الإسمنتية إلى عمر خدمة يتراوح بين 6 و12 عامًا قبل أن يتجاوز تآكل الأسنان حد فقدان سُمك السن البالغ 20-25%. أما التشحيم غير الجيد أو الزيت الملوث فيقلل هذا العمر إلى 2-4 سنوات. توصي شركة إيفر-باور الكورية بإجراء فحص بصري ربع سنوي لجوانب أسنان التروس المفتوحة (قياس سُمك السن باستخدام سلك رصاص أو قياس بالفرجار) واستبدال الترس عندما يقل سُمك السن عند خط التماس عن 15% عن المواصفات الأصلية - قبل أن يبدأ انخفاض سُمك المقطع في التأثير سلبًا على سلامة إجهاد انحناء جذر السن.
استفسار عن تروس تشغيل مطحنة الأسمنت والفرن
يرجى تزويدنا بقطر المطحنة أو الفرن، ومعامل التمدد، وعدد الأسنان، ونوع المادة الحالية. تقوم شركة إيفر-باور الكورية بتأكيد مواصفات الاستبدال مع عامل الخدمة المُحدَّث وتوصيات التصليد بالحث أو الكربنة، ثم تُنتج الترس وفقًا للمواصفات المُؤكَّدة مع توثيق كامل.
M8–M50 · قطر خارجي يصل إلى 2500 مم · ترس رئيسي مجزأ · فولاذ 42CrMo معالج بالحث · فولاذ 17CrNiMo6 معالج بالكربنة · وثائق SF
المحرر: Cxm
