Arquitectura de accionamiento de molinos y hornos de cemento: dónde se utilizan engranajes helicoidales
La producción de cemento utiliza tres tipos de máquinas rotativas grandes que requieren engranaje helicoidal accionamientos: el molino de bolas (molienda de clínker para cemento), el molino de rodillos vertical (molienda alternativa) y el horno rotatorio (calcinación de piedra caliza). Cada uno tiene características distintivas engranaje helicoidal Requisitos:
Un molino de bolas es un cilindro giratorio (de 3 a 8 m de diámetro y de 8 a 18 m de longitud) parcialmente lleno de bolas de acero para molienda. El cilindro gira a 12-20 RPM impulsado por una gran corona dentada (el "engranaje principal") atornillada a la carcasa del molino, que engrana con un eje de piñón accionado por un motor a través de una caja de engranajes cerrada. Los diámetros del engranaje principal alcanzan los 6-12 m con módulos de M20-M50. Se utiliza una disposición de engranajes abiertos debido a que no existe una carcasa cerrada práctica a esta escala.
Un molino de rodillos vertical utiliza una mesa accionada por motor que gira a 20-40 RPM, con el accionamiento proporcionado a través de una caja de cambios multietapa cerrada. engranaje helicoidal caja de engranajes (típicamente etapas cónicas + helicoidales) que reduce la velocidad del motor a la velocidad de la mesa. La disposición cerrada protege el engranajes helicoidales procedente de un entorno de polvo de cemento altamente abrasivo. Módulo M12–M20 en 17CrNiMo6 carburizado.
Un horno rotatorio es un enorme cilindro inclinado (de 4 a 8 m de diámetro, de 50 a 200 m de longitud y de 500 a 5000 toneladas de masa) que gira a 0,5-4 RPM. engranaje helicoidal Los sistemas de accionamiento utilizan la misma disposición de engranajes y piñones abiertos que los molinos de bolas, pero con el desafío adicional de que la excentricidad del horno (una desviación de 0,5 a 2 mm de la carcasa con respecto a los anillos de apoyo) crea una variación periódica de la carga a la frecuencia de rotación del horno.
Factor de servicio para engranajes helicoidales de molinos de cemento: ¿Por qué SF = 2,0–3,5?
El factor de servicio (factor de aplicación KA en la terminología ISO 6336) para los accionamientos de molinos de bolas de cemento es significativamente mayor que para cualquier otra aplicación de esta serie. Tres eventos de carga independientes requieren factores de servicio elevados:
- Impacto de cataratas por carga de bola: Las bolas de molienda en un molino de bolas no simplemente ruedan, sino que son transportadas hasta aproximadamente la posición de las 2 en punto por el cilindro giratorio y luego caen en cascada ("catarata") sobre la punta de la carga de bolas. Cada evento de catarata produce un pico de torsión breve pero de alta magnitud en la carcasa del molino y a través de la engranaje helicoidal accionamiento — típicamente 150–200% de par nominal durante 0,05–0,2 segundos. A velocidades de rotación típicas de un molino de bolas (15 RPM), estos eventos ocurren cada 4 segundos de forma continua durante todo el funcionamiento.
- Reinicio de carga congelada: Si un molino de bolas se detiene con una carga de material húmedo que se solidifica durante la parada (carga congelada), el par de reinicio puede alcanzar entre 300 y 500 % del valor nominal, ya que el accionamiento trabaja para desprender el material solidificado. Este es un evento raro pero catastrófico para molinos de bolas de tamaño insuficiente. engranaje helicoidal unidades.
- Choque de adición de bolas de molienda: Cuando se añaden bolas de molienda al molino en funcionamiento (desde una tolva superior), las bolas individuales caen hasta 2-3 m antes de chocar con la carga existente, creando pulsos de impacto de alta frecuencia que se transmiten a través de la carcasa del molino hasta el engranaje principal y el piñón.
El efecto combinado de estos eventos de carga —cuantificados a través de mediciones de par registradas en molinos en funcionamiento— justifica el factor de servicio AGMA SF = 2,0–2,5 para operación normal y SF = 3,0–3,5 para capacidad de reinicio de carga congelada en el engranaje helicoidal y especificación del piñón.
Materiales y tratamiento térmico para engranajes helicoidales de grandes molinos de cemento.
Módulo grande engranaje helicoidal Para aplicaciones de accionamiento de molinos de cemento o hornos: acero 42CrMo endurecido por inducción HRC 50–55 para el piñón principal; acero fundido HB 220–280 para el engranaje anular principal en configuraciones de engranajes abiertos. Se aplica un factor de servicio de 2,0–3,5 al par transmitido en el cálculo de la resistencia del engranaje.
La elección de materiales para el molino de cemento engranajes helicoidales Está determinado por el tamaño de la sección y la accesibilidad al tratamiento térmico:
| Componente | Material típico | Tratamiento térmico | Dureza | Motivo de la elección |
|---|---|---|---|---|
| Engranaje de anillo de toro (diámetro exterior 6–12 m) | Acero fundido (0,35–0,45% C) o secciones fabricadas soldadas | Normalizar + temperar o QT | HB 180–250 | Su tamaño impide la carburización o la inducción; fabricado en segmentos atornillados a la carcasa del molino. |
| Piñón (diámetro exterior 0,4–1,2 m) | 42CrMo4 forjado | Flancos dentados endurecidos por inducción QT | Resistencia hidrodinámica (HRC) del núcleo: 28–35; resistencia hidrodinámica (HRC) de la superficie: 50–55 | Tamaño de sección de 300–600 mm de diámetro: templabilidad adecuada del acero 42CrMo; el endurecimiento por inducción solo en los flancos de los dientes evita la distorsión de toda la sección. |
| Caja de cambios cerrada engranajes helicoidales | 17CrNiMo6 forjado | Gas carburizado + rectificado | HRC 58–62; caso 1,2–2,5 mm | Caja de cambios cerrada engranajes helicoidales (M12–M20) están dentro de la capacidad de carburación; se necesita material de primera calidad para SF = 2.0+ y servicio continuo de 24 horas. |
Lubricación de engranajes abiertos: el desafío único de las transmisiones de engranajes tipo Bull
El engranaje abierto de un molino de bolas o un horno de cemento no puede utilizar un baño de aceite cerrado, ya que el engranaje es demasiado grande y gira en un entorno de polvo abrasivo. El sistema de lubricación debe aplicar lubricante directamente a los flancos de los dientes inmediatamente antes del engranaje, generalmente mediante uno de tres métodos:
Una boquilla de pulverización dirigida a la raíz del diente (justo antes del engranaje) aplica aceite para engranajes abiertos ISO VG 3000–6800 a intervalos regulares (normalmente de 2 a 5 ml por metro de ancho de la cara del engranaje principal cada 3 a 5 minutos). El aceite debe tener la viscosidad suficiente para formar una película protectora entre las pulverizaciones y la adherencia suficiente para resistir la dispersión centrífuga a la velocidad de la llanta del engranaje principal.
Los compuestos tradicionales de betún y grafito (pasta semisólida calentada hasta alcanzar la viscosidad adecuada antes de su aplicación) se aplican por goteo en los flancos de los dientes. El grafito proporciona una película límite de alta presión en la zona de contacto; el betún se adhiere a la superficie del diente. Si bien son eficaces, resultan problemáticos desde el punto de vista medioambiental; en la mayoría de los mercados, se prefieren los aceites sintéticos modernos para engranajes abiertos.
Bomba de lubricación controlada por PLC, activada por el control de accionamiento del molino, que aplica un volumen preciso de aceite por cada revolución del engranaje. Se integra con el control de procesos para aumentar la tasa de lubricación durante eventos de alta carga (adición de carga de bolas) y reducirla durante períodos de baja carga. El enfoque moderno adecuado para molinos de cemento de servicio continuo. engranaje helicoidal y transmisiones de piñón.
Excentricidad del horno y su efecto en el accionamiento de engranajes helicoidales
Un horno rotatorio de 200 m de longitud y 5 m de diámetro tiene una excentricidad del neumático (anillo de rodadura) de 0,5–2 mm en condiciones de funcionamiento debido a la expansión térmica, la fluencia del neumático y la ovalidad de la carcasa. Esta excentricidad, cuando se combina con la masa del horno de 3.000–5.000 toneladas, produce una variación periódica de la fuerza radial en el engranaje del piñón a la frecuencia de rotación del horno (0,5–4 RPM = 0,008–0,067 Hz). Para un engranaje helicoidal Al engranar el piñón con el engranaje principal del horno, esta variación de fuerza de baja frecuencia crea cambios alternantes en el empuje axial (ya que F_a = F_t × tan β y F_t varía con la carga excéntrica) que los cojinetes de empuje del eje del piñón deben absorber. Korea Ever-Power recomienda cojinetes de empuje de rodillos esféricos para los ejes de piñón del horno; su capacidad inherente de compensación de desalineación tolera la inclinación cíclica del eje del piñón que acompaña a la carga excéntrica del horno.
Korea Ever-Power — Capacidad de engranajes helicoidales para molinos de cemento de gran módulo
Korea Ever-Power produce equipos de reemplazo y para nuevas instalaciones. engranajes de corte helicoidal Para accionamientos de molinos de cemento y hornos desde M8 hasta M50, con diámetros de hasta 2500 mm para piñones y hasta 5000 mm para engranajes macho segmentados (suministrados como segmentos de engranaje emparejados para montaje en campo). Como un directo fabricante de engranajes helicoidalesLa planta de forja y mecanizado interna de Korea Ever-Power se encarga de la producción de piezas en bruto para piñones en 42CrMo (inducción) y 17CrNiMo6 (etapas de caja de engranajes cerradas carburizadas) con documentación completa que incluye verificación de materiales mediante espectrómetro OES, medición de dureza y análisis de engranajes en todos los dientes. Explore la Gama de productos de engranajes helicoidales Para consultas relacionadas con la industria cementera.
Preguntas frecuentes
Un engranaje principal de 10 metros de diámetro pesa entre 50 y 200 toneladas, mucho más allá de la capacidad de cualquier prensa de forja, horno o vehículo de transporte individual. La fabricación en segmentos (normalmente de 4 a 8 segmentos por engranaje principal) permite que cada segmento se forje, se trate térmicamente y se mecanice con precisión en un taller estándar, para luego ensamblarse en el sitio atornillándolo a la brida de la carcasa del molino. engranaje helicoidal El paso de los dientes en las juntas de los segmentos debe coincidir con precisión y la concentricidad del engranaje ensamblado debe verificarse mediante la medición de la excentricidad antes de la puesta en marcha. Korea Ever-Power suministra segmentos de engranajes principales como un conjunto emparejado con continuidad de paso verificada en todas las juntas.
Sí, es una práctica común para prolongar la vida útil. El engranaje principal normalmente se carga solo en un flanco del diente (el flanco motriz en el sentido de rotación normal). Después de 3 a 5 años de funcionamiento, si el flanco no motriz aún no está desgastado, el engranaje principal se puede girar axialmente (invirtiendo su brida de montaje) para que el flanco no desgastado entre en servicio como el nuevo flanco motriz, duplicando así la vida útil antes de su reemplazo. El mismo giro se aplica al piñón. Esta práctica es específica para sistemas de engranajes abiertos donde el acceso para girar está disponible; caja de engranajes cerrada engranajes helicoidales no se invierten en servicio.
En un par de engranaje principal y piñón, el piñón completa aproximadamente z₂/z₁ revoluciones por cada revolución del engranaje principal, lo que significa que cada diente del piñón engrana z₂/z₁ veces más a menudo que cada diente del engranaje principal. Para una relación típica de 8:1, cada diente del piñón experimenta 8 veces más ciclos de fatiga por unidad de tiempo que cada diente del engranaje principal. Por lo tanto, el piñón alcanza su límite de fatiga primero si ambos se fabrican con la misma dureza. Al endurecer el piñón a HRC 50–55 y dejar el engranaje principal en HB 220–250, las vidas a la fatiga de ambos componentes se igualan aproximadamente: la superficie más dura del piñón compensa su mayor número de ciclos con un σ_H lim más alto, mientras que la superficie más blanda del engranaje principal está adecuadamente protegida por su menor frecuencia de ciclos.
Con una lubricación correcta (sistema de pulverización automático, aceite para engranajes abiertos ISO VG 3000 a la tasa de aplicación especificada), los piñones de 42CrMo endurecidos por inducción en aplicaciones de molinos de bolas de cemento alcanzan de 6 a 12 años de servicio antes de que el desgaste de los dientes supere el límite de pérdida de espesor de diente de 20–25%. Una lubricación deficiente o aceite contaminado reduce este período a 2–4 años. Korea Ever-Power recomienda una inspección visual trimestral de los flancos de los dientes del engranaje abierto (midiendo el espesor del diente con impresión de alambre de plomo o medición con calibrador) y reemplazar el piñón cuando el espesor del diente en la línea de paso sea más de 15% inferior a la especificación original, antes de que el espesor de sección reducido comience a comprometer la seguridad de fatiga por flexión de la raíz del diente.
Consulta sobre engranajes de accionamiento para molinos de cemento y hornos
Indique el diámetro del molino o del horno, el módulo, el número de dientes y el grado del material actual. Korea Ever-Power confirma las especificaciones de reemplazo con el factor de servicio actualizado y la recomendación de endurecimiento por inducción o carburación, y luego fabrica el engranaje según las especificaciones confirmadas con la documentación completa.
Gama de productos de engranajes helicoidales
M8–M50 · Diámetro exterior de hasta 2500 mm · Engranaje principal segmentado · Inducción 42CrMo · Carburizado 17CrNiMo6 · Documentación SF
Editor: Cxm
