回转窑运行轴线动态测量时域分析法

    回转窑是冶金、化工、水泥、耐火材料生产中的关键设备,是一种重载、大扭矩、多支点、静不定(三支点以上情况)运行系统。回转窑的运行轴线是指窑在运行时各挡支承回转中心的连线,它是否为一直线,对各部位受力和各运行部分机械磨损有重要影响,从而决定着回转窑是否安全、高效地运行。回转窑运行轴线不在一直线时:(a)增加驱动力矩,增加电机功耗;(b)使回转窑筒体承受附加交变应力而产生疲劳裂纹,甚至引起筒体断裂;(c)使各处运动部件受力不均,从而磨损增加,寿命缩短,特别是大齿轮齿面、轮带、托轮、托轮轴和轴瓦受力情况严重恶化;(d)使内衬受力不均而脱落,发生/红窑0事故;(e)使窑头、窑尾的筒体偏摆而影响密封;(f)影响窑内物料运动,从而影响物料焙烧质量。

    实际生产中回转窑运行轴线的调整,是通过对窑的冷静态侧量,结合一些经验计算来进行的。由于一方面对窑热动态运行机理和弹塑性应力应变关系不很清楚,回转窑轴线的冷静态调整不一定准确,另一方面即便是冷静态的计算调整十分准确,窑体础发生不均匀沉陷,托轮轴瓦、托轮、轮带内外圈的不均匀磨损等原因,将引起窑运行轴线的变化。窑实际的运行轴线是很难在一直线上的,轴线偏差多的可达?40mm,一般与理想轴线偏差?10mm,此时对某些窑支承弯矩和筒体应力约增加3倍,托轮上的压力增加1倍〔1〕。因此通过准确测量回转窑热态运行中的轴线,来判断回转窑运行状态是十分必要的。从而可合理安排窑的检修与维护,减少不可预见的停窑事故,并为下次回转窑的运行提供调整依据。

    1 回转窑轴线测量技术的发展

    在多年的生产实际中,积累了一些测量窑轴线的经验方法,同时也引起了一些研究者的兴趣。1980年代初,国内外还停留在用经纬仪和水准仪、激光测静态窑轴线的水平。1980年代末,国内外开始研究回转窑运行轴线的动态测量法。国外波兰首创了轮带位置测量法〔2〕,它是用测窑仪、经纬仪和光学垂直仪来测量轮带外径水平和垂直切线到基准线的距离,数据由测量员手工记录,每个轮带旁将仪器移装观测3次。丹麦FLS公司研制了激光轮带测量法〔2〕,它是用带微机的激光器和电子经纬仪来测定轮带外径上6个光点的位置,它不能反映出轮带的偏摆情况,测量精度不高。德国伯利鸠斯(Polysius)公司开发了一种可在静态和动态条件下测定回转窑轴线的Polscan托轮位置测量系统〔2,3〕它由电子视距仪(即由电子测角仪与红外侧距仪组成)、便携式计算机、轮带和托轮周长测量仪、辐射高温计、传输设备等组成,采用测量学的方法测定托轮轴心位置,再测量出托轮直径、轮带直径、轮带与筒体的间隙,计算出窑筒体轴线。