现代润滑技术在烧结法氧化铝熟料窑上的节能应用
" p$ m: T1 q& E: F9 t; _采用现代润滑技术和新材料对熟料窑的托轮轴瓦的润滑、传动大小齿轮润滑、传动齿箱润滑问题进行技术改造。经过运行跟踪监测,对熟料窑润滑系统做出鉴定,托轮轴瓦表面温度平均降低3℃,大小齿轮的齿面温度降低10℃以下。传动齿箱用油使用两年后通过检测仍在合格范围内,齿轮和轴承没有发现问题,传动窑身电机电流降低20A。通过对熟料窑系统传统润滑技术和润滑方法的改造,降低了磨损,实现节能降耗。
9 P0 X# x5 V( H5 y. L# e中国铝业山东分公司现有6台氧化铝熟料窑,结构:Ø4.5*90米,四档承托,边缘传动。每台熟料窑共八组托轮组,16组轴承,一套大小齿轮组,一台减速箱。承担着生产氧化铝熟料的重要任务,是保障公司烧结法氧化铝生产任务的关键设备。2007年,熟料窑的年平均运转率已达93%以上,窑衬的使用寿命平均365天以上,在熟料窑的操作维护保养、运行检修管理等方面取得了较好的成绩和经验。目前,熟料窑系统的筒体裂纹、传动振动、打齿断轴、翻瓦碎瓦等现象仍有发生,尤其是大小齿轮、托轮组等因润滑效果不良,磨损现象严重,引发设备故障较多。设备本身及周围油水飞溅,时常发生润滑不良,现场环境污染严重等,表明熟料窑传动系统的润滑技术和方式等还存在较多问题。% _+ R' N% x# i
1、润滑技术现状
' i" C/ P5 _- ]1.1 熟料窑大齿轮润滑用油及方式
9 {6 ]) c# P* r1 }) E熟料窑大齿轮润滑方式是油浴式带油润滑,润滑材料夏季使用1500#气缸油,冬季使用680#汽缸油,夏季齿面温度高达:90~100℃,如图1,齿面不能形成良好油膜,因高温破坏油膜的形成,润滑剂不能承受高负荷而烧伤齿面,如图2,烧伤后的齿面粗糙度加大,易引起传动系统振动,电流波动。大齿轮使用寿命8-15年,小齿轮使用寿命约3年;
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% y: [, \0 J- q1.2 托轮轴瓦润滑用油及方式! u0 ]! y: l3 b1 Q$ j7 r( Z
托轮轴瓦润滑用油为气缸油,夏季1500#,冬季680#汽缸油;润滑方式:油勺带油润滑,油膜形成不完整, 特别是夏季容易造成热瓦,加速了轴瓦磨损。资料统计:1#~6#熟料窑,2004年与机械传动有关的检修14台次,更换托轮瓦11件,其中翻瓦2次;2005年与机械传动有关的检修15台次,更换托轮瓦13件,其中断轴2次。2006年与机械传动有关的检修18台次,更换托轮轴瓦12件,其中断轴1次。
! |. s7 F) T. j9 N1 }! t& T1.3 传动齿轮箱及润滑用油8 Y' p( ~, w8 r! L4 h) m
齿轮箱为GLJ1700,高速轴转速960rpm,低速轴转速24rpm,电机功率315KW。润滑用油为CKC220中负荷润滑油,夏季温度:70℃,冬季温度:40℃,现场环境粉尘大,窑体辐射温度高。因检修时间短,齿轮箱换油不清洗油箱油路,齿轮油污染严重,如图3。平均每年有两台齿轮箱高速轴发生断轴,如图4。
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' `$ i& n# S# @* p9 U \2.1 存在的问题. z; ~, a6 l; f
2.1.1 选油不当,大小齿轮齿面形不成油膜,而齿轮周围甩的到处是油,夏季窑体表面温度高达220-180℃,加上环境温度高,齿轮因滴油易引起冒烟着火;大齿轮因点蚀、剥落、磨粒磨损,运行3~5年时齿面磨损已达0.3-1.2mm,严重的可达2mm以上,大小齿轮磨损起台啮合位置发生变化,运行过程中出现振动。熟料窑大齿轮平均寿命8~15年,小齿轮平均寿命3年左右。) S# I7 x# t' l1 {, E/ n" [2 h- [& T
2.1.2 托轮轴瓦润滑情况,托轮轴瓦的润滑方式为油勺带油润滑,使用汽缸油,汽缸油的倾点在18℃以上,油的粘温性差,在冬季时流动性变差,布油不均,伴随出现干摩擦;夏季高温时粘度变小,容易泄漏;当托轮轴表面温度在40℃以下油膜比较稳定,温度在45-50℃之间油膜极不稳定;大于50℃时出现非全膜润滑,伴随出现干摩擦,特别是现场环境存在高温和粉尘,造成轴瓦发热,磨损、轴起刺等现象。1 `4 p7 r! ?; T" y& z5 ~* [+ y' _
2.1.3 齿轮箱及传动系统润滑油变质较快,油质污染,高速轴和轴承运行周期在3年以内,有的不足一年,寿命短。, q. T4 j4 h; J* s! ]8 p8 C' ~
2.1.4 现场大小齿轮、托轮组泄漏造成环境污染。& M" m. E. s( x6 `# i
2.2 原因分析
4 j2 u0 |& N+ V @) v2.2.1 开式大齿轮加工精度低,齿面粗糙,长时间处于低速、重载和连续运转的状态。因齿面承受极高的应力作用,开式齿轮通常处于混合摩擦状态,既有滚动摩擦又有滑动摩擦,使用汽缸油不能形成致密的油膜,使齿面出现烧伤、塑性变形,
3 S* N0 _ ?& I" B1 j! Y大小齿轮甚至出现胶合抱死现象。
0 [6 S8 ?: j r6 `* c- o% R3 O2.2.2 大齿轮传统的润滑方式为油池带油润滑,油池和大齿轮基本属于半封闭式,现场粉尘易吸附在大齿轮齿面上造成齿面的磨损,现场污染和浪费现象。! j4 Y) G" N) V4 ]
2.2.3 选油上存在问题,熟料窑现场出现高温、粉尘及水是不可避免的,托轮轴瓦使用气缸油,此油粘温性差,不耐水和粉尘,当温度高于50℃时油膜遭到破坏,出现混合摩擦。冬季汽缸油的凝点高,在低温时流动性差,布油难度大,同样出现混合摩擦。特别是油中进入粉尘,出现三体摩擦状态,轴起刺出现拉丝现象,油中进水油品乳化破坏了润滑油的油膜强度。
4 P2 W7 \; T9 ^) b* [2.2.4 传动齿箱使用CKC220中负荷齿轮油且无过滤系统,熟料窑的高负荷,现场的高温、高粉尘致使油污染变质,污染后不能及时过滤,因污染颗粒为氧化铝成分,硬度高,加速了齿轮和轴承的磨损。) ?9 q/ Y- `7 F8 ?2 |- a
2.2.5 熟料窑系统的润滑用油没有进行磨损状态监测分析。整个系统的磨损趋势无法监控,特别是部件磨损无法控制,造成断齿、断轴、翻瓦事故。5 A. K# t: l, r h
2.2.6 润滑油就像人的血液一样,在设备运行中起着主导作用。设备选油应以设备的载荷、温度、环境、速度以及润滑方式等综合考虑。) U. Z! [8 Q& Q9 \9 f9 V7 x
2.3 润滑管理分析
" F0 f, ?) s8 V9 w1 ^熟料窑齿轮润滑效果不好,直接影响到齿轮齿面磨损加快、设备振动大,容易造成设备事故。做好大齿轮、托轮轴瓦、齿箱的润滑可避免设备事故发生。通过解决熟料窑大齿轮、托轮、齿箱等润滑问题,实现延长大齿轮、托轮、齿箱的使用寿命,降低企业生产成本,可实现节能降耗。3 X1 B5 z# f$ a! w8 ]
2.3.1 润滑方式的技术水平将直接影响到熟料窑的运行状况。熟料窑机械传动部分润滑的好坏,对熟料窑运转率、产能、维修费用等影响较大,采用现代设备润滑技术非常必要。
- F1 t. [4 g- o( N: D/ |2.3.2 熟料窑传动部分润滑方式落后,特别是润滑用油的落后,润滑效果差,磨损加剧,失效较快;齿轮振动,噪音大,运行不稳定,引起传动轴承载荷增加,造成轴承过早磨损失效;润滑油污染造成润滑油的大量浪费,维修费用的增加等。 k1 Z. D+ B& c7 ~
2.3.3 作为公司的主体设备,设备润滑管理水平的高低和先进性,代表着公司设备管理水平。落后的设备润滑方式和润滑材料,影响着设备的稳定运行,用高新技术来改造传统的设备润滑方式是必然的发展趋势,通过改造,可以提高企业的设备管理水平,增强企业发展后劲,进一步挖掘设备产能,可以发挥设备更大的效能,是投资少、见效快的工程。基于目前熟料窑润滑存在的种种问题,对其实施技术改造,用一种更先进、更成熟、更经济的润滑方式核材料来代替它是非常必要的。. @! i" V; u5 m
2.4 国内外润滑技术现状分析 Y# {$ ]* z1 z+ {$ T0 D( V
2.4.1国内润滑技术在高端技术上发展迅速
! v/ q G, m# r2003年2月,在中国轴承工业协会召开的一次会议上,中国株州电机车研究所介绍“中华之星”高速机车牵引电机轴承(φ280mm)在重负荷5000rpm运行4万Km后,轴承滚道及滚子表面光洁如镜。他们使用的是Royal PurPlf UPG脂,油脂的高性能化、长寿命化、环保化、节能化,先进的油气润滑,可以提高轴承寿命3~6倍,甚至达30余倍。但是我国绝大多数企业不设专业润滑工程师,使得这项工作进展较慢,没有在国内大多企业开展。
* `% J% r7 @ C1 ~" Y) e2.4.2 国外在润滑管理上建立严格的管理制度, S) Y) H) G/ g; w" Y
为企业取得巨大的经济效益,以润滑油是机器的血液为理念,从设备的选油、用油、监测都有严格的管理办法。如:日本新日铁钢厂的生产设备在润滑方面加强管理和合理选择用油,利用7年时间使公司全年轴承采购量减少50%,液压泵更换下降80%,润滑油消耗量减少83%,各种泵的大修减少90%,与润滑有关的设备失效减少90%,直接检修费用降低30%。$ k7 |" Z8 i/ V, R: j2 ^9 }
3. 解决问题的技术方法( R( @) k: m' e8 d* V/ A
针对以上存在的缺陷和弊端,公司提出对熟料窑的大小齿轮、托轮组、齿箱及传动0 j0 D1 l& ?' p# S7 j
系统润滑技术进行研究改造。选用适合熟料窑大小齿轮润滑的润滑剂,对熟料窑系统大齿轮集中喷雾润滑,布油均匀,避免浪费,考虑到设备改造难度,也可采用油池润滑。对托轮轴瓦的润滑装置和润滑用油进行研究,降低轴瓦的磨损,避免翻瓦碎瓦事故的发生,达到明显的节电效果。对齿箱、传动轴及轴承的润滑技术进行研究改造,避免断轴,减少磨损,延长备件使用寿命。对熟料窑系统润滑用油进行跟踪监测,主要研究润滑用油中磨损颗粒成分及应对措施。
& s, s6 S- n# ~% \8 B3.1大齿轮系统润滑研究
) E0 }/ {1 h& `- _' ?熟料窑开式齿轮传动的主要特征为:重载、低速、结构尺寸较大且齿面粗糙度较高,工作条件苛刻(如灰尘、高温、冲击载荷等)。它可以传递很高的力和力矩,因而齿面承受极高的应力作用;开式齿轮通常处于混合摩擦状态(启动、停机期间、剪切力过大、冲击载荷等),除在节圆位置为滚动摩擦之外,在其啮合的过程中还存在大量的滑动摩擦。因此,要想有效的润滑保护,延长齿轮使用寿命,减少备件损耗、停机损失,提高设备的作业稳定性,开式齿轮必须采用合适的润滑剂和合理的润滑方法。
/ q* y& `- o" M# Z. A3.1.1 大齿轮的润滑剂选用BESLUXCROWNH-3000开式齿轮润滑剂
, e. w6 s6 G$ m$ a- V0 y0 ZBESLUXCROWNH-3000开式齿轮润滑剂是第一次在氧化铝熟料窑大齿轮上应用,此润滑材料的优点是适合高温、重载和冲击载荷、高粘附性强不易甩落,高的抗磨损和抗极压性能,油膜厚度强,防水防尘性好,含有一定比例的固体添加剂和EP(极压)添加剂,可以满足边界润滑和紧急润滑,良好的喷洒或流动性能,工作温度范围宽,适用于冬夏季,对外部环境(如粉尘、水等)的影响有一定程度的抗阻能力,对环境和操作人员没有危害。: A N4 n* Z, M( u# ?
3.1.2大齿轮的润滑剂油池的更换与清洗3 u6 f' {, |" x6 i& W
3.1.2.1 对大小齿面状况、工况的齿顶隙、小齿轮轴承、轴承座等进行全面的检查,调整设计尺寸;) J; y, e9 s9 C9 g! {5 ?
3.1.2.2 对油池系统和齿轮罩进行全面检查,密封齿轮罩,油池内清洗干净;
7 t/ ~7 A9 g/ T# h4 L1 Q6 `3.1.2.3 在确认各项工况均属正常的状况下,进行下一步润滑操作;6 D% i( ^8 a( a1 N& [/ \. ^1 S
3.1.2.4 齿面涂底9 R9 t! J1 ?7 q$ L
a 先用清洁剂彻底清洗小齿轮和大齿轮的齿面,去除油渍和灰尘;: `+ T! \) R! A+ B
b 用硬刷或抹刀人工涂敷,为避免安装调试阶段造成齿面损伤,小齿轮和大齿轮的承载面应涂敷一层约1.5毫米的较厚润滑层,其余表面涂一薄层以防锈蚀;: @' N* h+ G. n- v& O3 z
c 当辅助传动装置转动时,检查实际接触图案,没有涂到润滑剂的部分均应重新涂敷。% a/ d1 J% b( _
3.1.3 大齿轮的润滑采用集中油雾润滑方式
5 k! p" p1 v: c1 m k3.1.3.1 油雾润滑系统的工作原理:由衡定气流为动力,将缓流润滑油击碎成雾状喷射粘附在齿轮表面上,形成均匀的油膜,以减少啮合部位摩擦、降低噪音,以达到润滑冷却的效果。油气润滑站为普通型单机系统,为适应低温作业,可对油泵输出压力进行调节。其工作压力主要由溢流阀设定,调节范围为0.8~4MPa,当油压系统的压力超过溢流阀调定值时,润滑油则返回油箱。油气润滑系统由两部分组成:润滑站和喷射装置。稀油站、空压机、电控箱以及气源件均封闭安装在柜体内,喷射装置单独一部分。
8 Y# P; V5 P0 y* T" k \# }3.1.3.2 在安装喷射装置时,应使喷嘴与被润滑齿轮节圆距离在200±20mm范围内,与齿轮中心线成25-30°,安装时注意齿轮旋转方向,油雾应喷在齿轮啮合的接触面上(指与大齿轮接触的受力齿面),喷射装置安装在齿轮罩上,安装前应在齿罩便于喷射的最佳位置开孔,设计喷射器安装支架,将喷射部位伸入罩内,安装时注意密封,防止灰尘进入。
( Z) @3 ?0 ] q, _3.1.4 大齿轮齿面油池润滑方式
7 R& T& p) J( G+ [" f% {3.1.4.1 确认涂底润滑效果,载荷是否均布等;
# }7 A% e0 }! I3.1.4.2 加注润滑剂直至油位超过带油齿轮下部轮齿的齿全高或小齿轮的1/2齿
2 I& }9 W1 |# w' @& V$ A3 q' f高;+ x; J, L1 v- s+ k. P: _
3.1.4.3 磨合期间,由于磨合剂黏附于齿面,可能会产生油位降低现象,需将润滑剂补充至带油轮的齿轮全被覆盖为止;' W' _7 w! ^8 z4 R! f4 d
3.1.4.4 磨合期间应密切关注油位的变化,测量油位过低应及时补充至上述要求的油位;
9 Z9 L! f3 A1 }% c4 J& u" K$ A3.1.4.5 设备从低负荷开始启动,逐步加载;
. D( e; k9 L( n) \3.1.4.6 密切关注齿面状态的变化,如有异常应立即采取应对措施,直至达到80%以上的接触面积且齿面粗糙度得到明显改善为止。8 l! Y7 u5 u+ A! B! x- k
3.1.5 采用喷淋方式润滑开式齿轮,相比较油池润滑方式,优点是具有现场卫生(基本无泄漏)、油品消耗量易控制、避免齿面因污染杂质颗粒造成损伤、齿面油膜稳定等诸多好处。喷洒装置的性能好坏直接影响设备维护质量和润滑剂性能的发挥,所以基本的主要原件性能要有保证,质量好、性能保持稳定是关键。缺点是一次性投资大;故障点多;维护操作难点增加。
; b8 L9 T/ j9 v, v3.1.6改造后的齿面油膜致密,与齿面吸附紧密不甩落,齿面温度由原来的90℃以上降为58℃以下,传动系统的振动、噪音降低了。如图5
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0 U' Z ^/ ~" H; [5 } h1 `8 Z/ p3.2托轮系统的润滑研究6 u. @- G; J% c; M% y8 m+ P# `8 h o: C
熟料窑的托轮润滑系统:主要研究对布油器、带油勺进行调整改造;选用适合托轮轴瓦的用油,达到减少磨损的目的。! ?1 [8 }4 {. r! B$ m* s3 ^# [
3.2.1 改造方案
0 s: P' s0 Z( s& D3.2.1.1 停窑后由将窑系统进行统一测量,修复托轮系统。
4 L- I5 K+ u( v% F& v7 `3.2.1.2 所有托轮检修换密封件,将托轮轴瓦、油池清洗干净,要求轴、瓦见金属光泽,恢复带油勺和油分配器,油分配器的油孔要均匀,要求油勺倒油要到位,分配器布油均匀,托轮轴承上盖观察孔要配齐盖严。$ t0 S9 a9 C4 T0 @* Y
3.2.2调整托轮布油器
5 t3 e+ \7 K- y( Y对熟料窑托轮轴瓦进行清洗,改造托轮布油器的油孔,对托轮系统的布油器、带油勺设计制作,采用里大外小,间距50mm,油孔:Ø2、Ø2.5、Ø3、Ø3.5、Ø4mm依次递进,达到布油均匀,带油勺的直径Ø60mm。3 C) t9 P* ?1 Z9 j1 Q; o2 E1 @- V4 @
3.2.3托轮轴瓦润滑剂的选用
: N/ f3 z- V" L8 f9 \托轮轴瓦润滑剂选用HF托轮专用油,油中加有极压性强的油性添加剂,此油的粘度适合低速重载,轴表面形成良好的油膜强度,能够牢牢地吸附在摩擦表面上,并形成一种润滑油膜。这种油膜与零件的摩擦表面结合性很强,因而两个摩擦表面能够被润滑剂有效地隔开。零件接触表面的摩擦就变为润滑剂本身的分子间的摩擦,从而起到降低摩擦、磨损的作用。避免出现非全膜润滑,使轴、瓦的摩擦系数最小化。$ S# t' y( O7 c' F6 K, C9 e
3.2.4 使轴瓦的表面温度由原来的平均45℃降为40℃以下。因油中添加有复合添加剂,对轴表面的点蚀和拉丝进行修补;油中添加的有机钼对轴瓦表面起到抗极压作用,如图6。/ h3 y- W, b, [$ G
/ W; ?1 H, Y l$ }, V# T ) g) Q) g6 |6 a, O# E# }1 z
3.3 传动齿箱润滑改造
( x$ e' }7 c1 F C* R传动齿箱润滑油升级,润滑方式增加离心净油系统,对油中污染颗粒进行净化处理,达到油品的高清洁度。
# P% @1 d X" `6 K$ ]3.3.1 齿轮箱选用润滑油4 f4 u( j) A/ G' a* [4 u- `4 M# d q
根据熟料窑的载重负荷、转速、环境、温度选择CKD320重负荷工业齿轮油。粘度大可增加油膜厚度,同时有一定的流动性,避免泄漏,减少磨损,既适合齿轮又适用于轴承的润滑材料。; H# @0 u0 [9 C
3.3.2 齿轮箱清洗换油
3 D$ v% q1 M/ m0 q4 o* G' l, v% c齿轮箱长期运行,齿面、筋板、箱体四面吸附大量油泥,底部既有污染颗粒又有水分。清洗方法:a人工清洗,停窑后,打开齿箱上盖,吊出各道齿轮进行清洗,齿轮箱底部及四面先用棉布擦拭,后用面团沾,检查油污全部清洗干净后,恢复上盖,在齿轮箱下壳体静密封处,先压生胶带后涂密封胶,不要让密封胶进入齿轮箱内,以免污染油,恢复上盖。b技术清洗,在停窑前3天将Step One 清洗剂5-10%加入齿轮箱油中,清洗剂对油中污染物进行清洗,用来实现自动清洗齿轮箱,在停窑高温时将带有清洗剂的润滑油放出,再加入同牌号的润滑油进行冲洗,加入量为原有油量的30%,清洗时应配套滤油机将污染颗粒过滤掉,清洗过程中跟踪监测油样技术指标直至合格为止。c从上壳体加油孔中重新加入新油,高速轴及轴承预先加油,油位控制在低速轴的1-2个齿高。' M- x. J/ m9 i+ i& u; X+ ?* [
3.3.3 齿箱润滑用油实施在线过滤方式' l6 Z5 W# }' A$ _0 c5 _+ B
传动齿箱润滑油路中增加离心净油系统,对油中污染颗粒进行净化处理,达到油品的高清洁度,使系统油的清洁度控制在NAS12级内,降低齿轮箱油温,避免齿箱断轴现象发生。, a3 L# a# K7 C) Y2 i
3.3.3 运行后的油温降为45℃左右,换油后运行2年检测油质仍在合格范围内。
: m. [3 I! w9 x. t3 x8 z5 @$ j4. 控制污染的措施
R6 _* |' I2 Y" |4 g4.1 贮存润滑油品的容器必须清洁、密闭,且不与铜、锡等易于促进润滑油氧化变质的金属接触。( s0 l+ ?; @' \4 \9 w6 b
4.2 油品加入齿轮箱前要进行过滤处理,保证清洁度控制在NAS12级内。: |# `9 `5 E9 ^+ S7 K
4.3 润滑油的使用状态监控,润滑油在使用过程中小齿轮、托轮轴瓦、齿箱及传动系统的润滑用油进行跟踪监测,特别是油中污染及磨损状态会逐步老化变质这是必然的规律。老化变质有两种情况:一种是正常的老化变质;另一种为因受水污染等异常因素的异常变质。进行润滑油使用状态监控,可及时掌握油品的技术状态,预防设备润滑事故发生,延长油品使用寿命。
. [1 O4 x% z# F5 s& `. n5.结论: / Y: r& O' {; C+ g1 [# M/ m
(1) 经济效益:大齿轮润滑系统运行可靠,齿面温度降低30℃,节约润滑油83.3%,由目前每月每窑消耗润滑油300kg降为50kg。大齿轮齿面减少磨损,延长大齿轮使用寿命,油膜均匀致密,避免摩擦,减少磨损,使用寿命可延长3倍以上。熟料窑传动电机电流节约电耗20%。; G+ \! f! q! R# z: |% ]
(2)社会效益:本技术投运后,可节约83.3%润滑油品,节电15-20%,是对社会的一大贡献,同时对公司深入开展节能减排工作起到巨大的推动作用。5 ~5 U X, x- H) C. g$ L) O/ x
(3) 环境效益:降低了工人劳动强度,提高了工作效率;减少油污染,保护环境。) {* v) ?1 ]# H9 T9 l5 U+ R' o$ s
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