回转窑筒体表面机械形变的测量与分析_胡涛.pdf

2023.No.6-47-0引言安装焊接筒体时，通常是在筒体内部截面处布置“米”字撑来找出筒体的中心，并通过拉钢丝法将筒体的中心相连以保证筒体轴线在同一条直线上，因此刚投产运行的水泥回转窑筒体偏心一般很小。而长期运行的回转窑由于恶劣的工况以及筒体的自重等多种因素的影响，会产生一定程度的变形。而变形又可分为可逆的弹性变形和不可逆的塑性变形。回转窑筒体内部砌上耐火衬体并挂上一层水泥熟料以保护窑壳体。工艺操作不当会导致烧成时熟料结圈，引起筒体受热不均，从而产生扭曲变形。筒体的径向高温以及环向温差都会使得筒体出现暂时的热变形，这种变形随着窑况的优化而逐渐减小；但是如果热变形一直存在最后会演化成不可逆的塑性变形，由于筒体自重以及机械原因造成的回转窑轴线的弯曲也会导致筒体变形不可逆。回转窑运行时，筒体套在轮带上并留有间隙，轮带与托轮接触，如果筒体存在变形，那么它会在其支撑处上下跳动，引起驱动电流异常波动，并导致轮带的受力周期性变化，引起轮带的不均匀磨损，降低其使用寿命。为此，我们通过激光测距设备和软件，测量筒体表面，通过数据处理实现对回转窑工况的测量与分析，对存在问题的筒体进行处理，避免因为筒体变形产生各种危害。1筒体形变的测量测量筒体的形变通过激光测距传感器来实现1。将激光测距仪用固定装置固定，随后通过旋钮扭紧放置三脚架上。将各设备架设稳固，三脚架架设水泥地基上，避免放在钢制板上，以减少晃动。按顺序打开各仪器，并对参数进行设置，随后开始记录数回转窑筒体表面机械形变的测量与分析胡涛，刘钢，何峥辉，王伟，付文辉（安徽芜湖海螺建筑安装工程有限责任公司，安徽芜湖241000）摘要：回转窑筒体是生产水泥的关键部位，它的运行情况直接影响水泥产品的产量与质量。通过使用非接触式激光测距设备，并以筒体上的焊缝为参考，选取焊缝两边约0.2 m处的筒体作为测量对象，测量窑筒体表面数据的变动。并使用最小二乘圆算法，对数值进行拟合，确立测量数据的形状和几何中心，进而分析筒体的偏心量与变形量，并运用3D模型直观表面筒体表面形变。关键词：筒体；激光测距；最小二乘圆算法；3D软件中图分类号：TQ172.622.2文献标志码：B文章编号：1002-9877（2023）06-0047-03DOI：10.13739/11-1899/tq.2023.06.013各管理模块功能项已基本实现建设目标：表1近几年油液检测室工作经济效益对比年度检测个数/个外送检测单价/元自检总价/元自检单价/元单个节资/元节资合计/万元20191 8971 15054 619291 121212.653 720201 93060 386311 119215.96720212 24760 825271 123252.338 120222 17160 640281 122243.586 2一是落实了油液检测室对润滑油液分析项目的功能，有运动黏度、酸值（颜色指示剂法、电位滴定法）、污染度（颗粒计数法）、光谱、PQ指数检测过程的数据自动识别录入系统。二是实现了对油液检测取样、检测工作管理功能。对计划取样、临时取样、新油取样检测工作自动生成待检任务并生成识别码；对任务完成情况能进行自动识别、统计提醒、报警管理；能根据油液检测过程工作和管理流自动处理统计生成各类表格。三是实现了油液检测室物资消耗管控功能，可根据时间、检测油样量、物资名称领用自动统计物资消耗总量或单个样品检测消耗量并形成报表。综上，“润滑剂分析管理及设备故障诊断系统”的建设达到公司预期建设目标及效果，系统建设完全贴合公司水泥生产企业设备润滑管理，油液检测分析的设备润滑信息管理和设备故障诊断分析管理的需求，提高了油液检测分析、管理的工作效率和对检测数据分析、查询、利用的方便性。（编辑王原）-48-2023.No.6据。以筒体焊缝左右0.2 m处作为测量截面，并对所有的截面选择统一的测量开始点（如窑筒体上标记长度数字的母线）。对于4.8 m72 m的回转窑，一般筒体的节数在30节左右，以焊缝处为单个截面，将各个截面的轮廓曲线结合起来，从而形成综合的筒体分析视图。由于激光测距传感器是通过激光反射回来的时间来测量距离2，因此只有选择合适的测量点位，才能避免恶劣工况的影响，提高测量数据的可靠性。筒体的中心位置入射角最小，激光的反射最强，信号最易被接收，所以测距仪一般将激光对准此处测量。测量起始点选择的方法如图1，当筒体标记线到达C点时开始测量，并在筒体再转一圈回来后停止测量，保存数据。测距仪筒体瞄准器O1OBAyxC图1筒体测量位置的选取2筒体形变的分析仪器安装和设置好后，打开设备开关，同时在电脑上同步操作，选择合适的起始点，依靠数据收集器收集激光传感器的测量数值。记录完成后，打开电脑中与数据收集器适配的数据收集软件，并将数据导入电脑，通过txt格式保存，然后批量导入计算软件，运用数学算法将离散的点拟合成圆并计算其偏心位置坐标，得到回转窑的偏心值和筒体表面变形值。随后对单个截面的数据进行处理，便可以获得一组如图2的测量数据。两段黄色表示C点（即测量起始点）的位置，深绿色曲线表示测量值，蓝色曲线表示筒体的圆度，浅绿色曲线表示拟合出的偏心值（即深绿色与蓝色值之差）。如图所示，从测量起始点开始的原始测量数据是一条近似于正弦函数的曲线，数据的波动反映了筒体表面存在变形。测量值中包含两个变量，即筒体的形变又可以具体分为偏心e和表面的变形d。实际的测量数据是为偏心e和表面的变形d拟合的结果，这里就需要通过数学方法将其分离（见图3）。假定所测量的回转窑的截面为标准圆，并且多个截面的几何中心的连线共线准直，那么当回转窑旋转一圈时，测量点与筒体之间的距离测量数据体现为一条正弦曲线（如图2中的浅绿色线），这条曲线体现了截面理论轴线和回转窑的实际旋转轴之间存在偏差e。3020100-10-20-30-40-90-60-30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360筒体旋转角度/（）变形量/mm图2筒体截面的测量数据曲线270270270909090000180180180截面偏心+表面形变总变形图3筒体形变产生机理示意通过将拟合出的曲线与测量值作比较，测量值在拟合曲线上方的表示筒体表面有凹陷的部位，测量值在拟合曲线下方的表示筒体表面有突出的部位，这反映筒体表面变形量d的存在3。选取与图2相同的测量截面，在极坐标系中对测量数据进行分析，如图4，对数据进行分离，分别得到筒体的几何中心和旋转中心，几何中心（绿色圆中的圆心）即为理论上筒体的中心，但是理论圆（即浅色圆）实际上并不存在，它是数学拟合的结果。深绿色圆与蓝色圆圆心即为实际上筒体的中心（蓝色圆与深绿色圆只是在不同图表中，但是为同一个圆）。根据相关数学研究，几何中心和筒体中心的距离即为偏差e，同时筒体轮廓上径向变形量d的积分遵循高斯定理，如果对其进行积分，其结果为零4。602709030-30-606060606030-606030-606030-30-606030-30-606030-30-606030-30-606030-30-6030-30-6030-30-6030-30-606030-30-6000000000000-30-3003003306030240210180150120Center of Geometry270906030-30-606060606030-606030-606030-30-606030-30-606030-30-606030-30-606030-30-6030-30-6030-30-6030-30-606030-30-6000000000000-30-3003003306030240210180150120Center of Rotation图4筒体截面的测量数据在极坐标中33D模型的建立随后分别将所有测量得到的几何中心和旋转中心相连，以单个截面作为基础，将各个截面的轮廓曲2023.No.6-49-胡涛，等：回转窑筒体表面机械形变的测量与分析线结合起来，从而形成综合的3D模型，直观反映筒体变形和偏心的情况（见图5）。图5筒体截面的3D模型在建立3D模型时，第一步是创立回转窑的立体空间坐标系并算出各个截面的几何中心，再依靠所建立的坐标系和截面的几何中心，把在激光测距仪中收集到的位置信息通过数学算法转换成空间坐标系中的一个个的点。通过这些点参数，利用多种数学拟合算法能够测算出回转窑筒体的弯曲变化状态，并通过3D模型表达。为了便于观察，截取了模型大齿圈以后的部分放大分析（见图6），图中的红色线为旋转中心，蓝色线为几何中心，二者位置的差异反映了偏心值，红色箭头所指的凹陷处表示筒体在此处存在变形量。相对于筒体的直径，筒体上的变形与筒体的偏心一般都是很微小的，为几十毫米，3D模型最直观的优点就是能够形象地将微小的变形量放大，并直观显示，使得对于筒体变形的概念更容易普及与接受。图6筒体截面的3D模型的局部放大4结束语导致回转窑筒体产生变形的主要原因分为机械变形和热变形，机械变形主要由于回转窑中心线产生偏差，而热变形则与工况密切相关。通过观察中控筒扫以及结合现场测温枪的测量结果，便可以对窑皮铺挂情况和轮带处筒体温度实行监测。同时通过激光测距设备对筒体表面的形变进行测量与分析，可以得到实时的筒体表面机械工况，依靠测量数据有针对性地对存在问题的筒体进行处理。回转窑筒体形变并不是一个独立的物理量，它与托轮的挠曲、筒体的温度等密切相关。通过本文介绍的方法可以测量出每一节筒体的偏心与变形量，并剖析窑筒体偏心和筒体表面变形的机械特性，针对变形量较大的筒体通过喷水法等方法结合实际情况进行修复，变形严重以至于影响回转窑正常运行的需要停窑后切割更换。筒体变形量较大时，如果仅仅对支撑处筒体进行检测而不关注整体的形变趋势，就有可能加剧轮带与托轮的不均匀磨损以及损坏支撑基础。通过以焊缝为基准对筒体进行整体的分析，就可以建立3D模型并通过动画以及最大偏心位置的角度来判断整体的形变趋势，为有针对性的处理提供数据参考。参考文献：1张云，郑维飞.回转窑筒体轴向弯曲变形和表面圆柱变形动态检测方法J.水泥工程，2011（2）：66-69.2郑凯.回转窑筒体弯曲形变和表面形变动态测量及其几何三维建模D.武汉：武汉理工大学，2014.3郑维飞.水泥回转窑筒体轴向弯曲和表面圆柱变形动态监测D.武汉：武汉理工大学，2011.4郑德华，沈云中，刘春.三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析J.测绘工程，2005（2）：32-34+56.5彭巧，张云.回转窑筒体故障检测方法研究J.机械设计与制造，2020（6）：87-90.6江旭昌.回转窑托轮调整M.北京：中国建材工业出版社，2011.7张云，刘圣池.回转窑筒体变形对衬砖影响及其测量曲线的研究J.水泥工程，2011（3）：63-67.8周建军，卢华武，郑国信.回转窑液压挡轮装置常见故障的分析与处理J.新世纪水泥导报，2016，22（4）：12-16.（编辑王原）1.水泥冷却器工作原理本设备采用间接冷却，水泥与冷却水之间不发生直接接触。水泥从位于冷却器下部的进料口进入，并通过螺旋叶片进行输送提升。由于固定在转子上的螺旋叶片的高速旋转，使冷却水泥因高速圆周运动被抛向冷却筒体内侧，并以一定速度逐步上升的螺旋线运动方向输送到出口，通过冷却器筒壁实现合理的热传导效应，冷却器筒体被沿着筒体外表面流下的均匀稳定的水幕冷却，从而实现对水泥的快速冷却。2.水泥冷却器性能参数表项目型号LQ2560LQ2870LQ3275LQ3683生产能力(t/h)50-7070-100100-130130-160功率(kW)5575110132水泥入机温度()约120约120约120约120水泥出机温度()65656565冷却水水温()30303030用水量(t/h)50-8070-110100-140130-180整机重量（t）29364153水泥冷却器简介广告敬告客户：我公司已经有十年以上生产水泥冷却器的经验及业绩，使用效果非常好！市场上已发现利用我公司的技术资料和产品图片，虚假广告宣传，敬请留意！黄石市博大天成环保科技有限公司联系人：毕诗英（13872131265）联系电话/传真：[phone]网址： 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