賁道春，李曉平，李金峰，王復(fù)光，查文煒

(1.江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司，江蘇 海安 226623；2.河南龍成煤高效技術(shù)應(yīng)用有限公司，河南 西峽 4745502；3.鹽城工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

特大型回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目實(shí)施面臨的問(wèn)題與對(duì)策

賁道春1，李曉平1，李金峰2，王復(fù)光1，查文煒3

(1.江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司，江蘇 海安 226623；2.河南龍成煤高效技術(shù)應(yīng)用有限公司，河南 西峽 4745502；3.鹽城工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

從特大型回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目實(shí)施面臨的大件(輪帶、大齒圈和筒體)運(yùn)輸、齒輪的承載能力等問(wèn)題分析入手，提出了設(shè)計(jì)和適合于現(xiàn)場(chǎng)的制作方案；通過(guò)力學(xué)平衡實(shí)例解算，解決了回轉(zhuǎn)窯用自定位滑履軸承設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)——滑履托瓦傾角的確定；通過(guò)齒輪變位系數(shù)選擇與分配、螺旋角的選擇，解決了常規(guī)模數(shù)回轉(zhuǎn)窯齒輪承載能力小的問(wèn)題；運(yùn)用比照法對(duì)特大型回轉(zhuǎn)窯的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，得出結(jié)論：使用滑履軸承、多瓣組合大齒圈、現(xiàn)場(chǎng)組焊滑環(huán)、現(xiàn)場(chǎng)制作筒體、現(xiàn)場(chǎng)切削焊接坡口和墊板外圓，可以解決特大型回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目實(shí)施的大件運(yùn)輸問(wèn)題；通過(guò)對(duì)變位系數(shù)進(jìn)行合理分配和采用斜齒輪傳動(dòng)，可以滿足大功率傳動(dòng)要求；采用自定位滑履軸承，不但省去了擋輪裝置，而且使滑履與滑環(huán)接觸面自動(dòng)吻合，可以避免熱工制度改變和操作等原因造成的輪帶和托輪不正常磨損。

大型化；回轉(zhuǎn)窯；設(shè)計(jì)；制造；安裝

回轉(zhuǎn)窯是冶金、礦山、煤制油、油砂油頁(yè)巖煉油、建筑材料等行業(yè)常用的設(shè)備，迄今已經(jīng)有了50多年歷史，正向大型化方向發(fā)展。干法水泥回轉(zhuǎn)窯直徑已達(dá)到Φ6.2m；撫順礦業(yè)集團(tuán)頁(yè)巖煉油廠剛投產(chǎn)的小顆粒油頁(yè)巖干餾回轉(zhuǎn)窯是國(guó)內(nèi)目前最大規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯，直徑達(dá)到Φ8.4m；河南龍成煤高效技術(shù)應(yīng)用有限公司的12臺(tái)煤制油回轉(zhuǎn)窯直徑已達(dá)到Φ6.2m，擬新上直徑Φ7.2m(或更大直徑)煤制油回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目；約旦(Jordan)擁有世界最大的干餾回轉(zhuǎn)窯，直徑達(dá)到Φ11.5m。特別是近幾年煤制油行業(yè)開始使用的回轉(zhuǎn)窯，從誕生之日起就以較大的規(guī)格出現(xiàn)。隨著工業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)特大型回轉(zhuǎn)窯的需求將會(huì)越來(lái)越大。

現(xiàn)行回轉(zhuǎn)窯一般由筒體、輪帶、托輪支承裝置、齒輪傳動(dòng)裝置等組成。特大型回轉(zhuǎn)窯實(shí)施中最為凸出的問(wèn)題是輪帶、齒輪、筒體的運(yùn)輸和筒體現(xiàn)場(chǎng)焊接制作問(wèn)題。

“化整為零”進(jìn)行運(yùn)輸，再“化零為整”現(xiàn)場(chǎng)制作，已經(jīng)成為特大型回轉(zhuǎn)窯大型零部件加工的唯一途徑。如何設(shè)計(jì)出適合現(xiàn)場(chǎng)制造加工的回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)，如何進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制造加工，如何保證現(xiàn)場(chǎng)的制造質(zhì)量，已成為業(yè)內(nèi)人士研究的課題。

1 設(shè)備大型化面臨的問(wèn)題

1.1 輪帶和大齒圈的運(yùn)輸

回轉(zhuǎn)窯零件輪帶(亦稱滾圈)的直徑一般比回轉(zhuǎn)窯筒體直徑大1m以上。大型回轉(zhuǎn)窯的輪帶為焊接性能較差的整體鑄鋼件，由于直徑較大，其鑄鋼件毛坯或成品存在運(yùn)輸超寬問(wèn)題。輪帶一般為實(shí)心矩形截面結(jié)構(gòu)整體圓環(huán)鑄鋼件，大型輪帶的實(shí)心矩形截面尺寸一般為(800～1200)mm×(400～500)mm。由于輪帶截面尺寸大、材料的焊接性能差、焊接應(yīng)力大、容易出現(xiàn)焊接裂紋等原因，不宜采用組合焊接結(jié)構(gòu)。輪帶的鑄造缺陷補(bǔ)焊要求都有明確規(guī)定：切鑿寬度不超過(guò)工作寬度的10%；切鑿深度不超過(guò)壁厚的25%；切鑿面積總和不超過(guò)該面總面積的2%；連同毛坯件的切鑿面積在內(nèi)總和小于該面總面積的4%[1]。為了防止焊接應(yīng)力的產(chǎn)生，歐美國(guó)家的制造商不允許對(duì)小面積鑄造缺陷進(jìn)行焊補(bǔ)，只作棱角修圓處理。實(shí)施特大型回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目，再采用整體輪帶的托輪支承形式已經(jīng)不太現(xiàn)實(shí)。

回轉(zhuǎn)窯的大齒圈一般為半齒圈的組合。特大型回轉(zhuǎn)窯的大齒圈直徑一般比回轉(zhuǎn)窯直徑大2m以上。目前大型回轉(zhuǎn)窯齒圈直徑達(dá)到Φ11m以上，半齒圈運(yùn)輸尺寸達(dá)到5.5m以上，運(yùn)輸也存在超寬問(wèn)題。

1.2 筒體段節(jié)的運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)制作

筒體外徑超過(guò)5.2m，運(yùn)輸就存在問(wèn)題，只能現(xiàn)場(chǎng)編焊。江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司為了方便大型筒體運(yùn)輸，將大件制造基地建在南通港附近。這雖然解決了大件出港運(yùn)輸問(wèn)題，但無(wú)法解決對(duì)方港口上岸運(yùn)輸問(wèn)題。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定筒體段節(jié)縱向焊縫對(duì)口錯(cuò)邊量應(yīng)不大于1.5mm[1]。制造廠一般在出廠前預(yù)先加工筒體的縱向焊縫坡口。由于鋼板下料尺寸存在誤差，如果段節(jié)不再經(jīng)過(guò)落地車床切削加工，會(huì)造成段節(jié)縱向錯(cuò)邊量不符合要求。

小型回轉(zhuǎn)窯筒體大段節(jié)為卷制和自動(dòng)埋弧焊接而成。由于現(xiàn)場(chǎng)安裝條件限制，現(xiàn)場(chǎng)大筒體對(duì)接焊縫有時(shí)采用手工電弧焊接。無(wú)論采用哪種焊接方法，筒體每一條焊縫均應(yīng)超聲檢測(cè)[1]。對(duì)于手工電弧焊接，無(wú)論焊接外觀質(zhì)量還是內(nèi)在質(zhì)量都難以保證。大型回轉(zhuǎn)窯筒體全部在現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接工作量大，要求高，必須采用自動(dòng)埋弧焊接。

1.3 齒輪模數(shù)

回轉(zhuǎn)窯的大齒圈一般為大模數(shù)直齒輪，特大型回轉(zhuǎn)窯的齒輪模數(shù)必然較大。即便使用兩側(cè)雙驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式，對(duì)于傳動(dòng)功率在1000kW以上的特大型回轉(zhuǎn)窯，齒輪模數(shù)都在40mm以上。模數(shù)達(dá)到40mm，加工直徑達(dá)到10m以上齒輪加工設(shè)備在國(guó)內(nèi)只有中信重工和江蘇鵬飛集團(tuán)等公司的幾臺(tái)。最大模數(shù)受限制的前提下用超限增加齒輪寬度的方法提高傳動(dòng)承載能力，對(duì)齒輪的嚙合性能會(huì)產(chǎn)生不良的影響。

2 解決方案

2.1 回轉(zhuǎn)支承裝置形式

原輪帶和托輪之間為線接觸，接觸應(yīng)力較大，要求材料有較大的許用接觸應(yīng)力。改變?cè)啂休喕剞D(zhuǎn)支承形式為滑環(huán)滑履軸承支承形式，線接觸變?yōu)槊娼佑|，可大幅度降低回轉(zhuǎn)支承工作面的接觸應(yīng)力，使材料的許用接觸應(yīng)力降低。降低材料的許用接觸應(yīng)力可方便選擇焊接性能較好的材料，使大件輪帶(或稱滑環(huán))能夠分片運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組焊。以直徑為11m的滑環(huán)為例，兩片結(jié)構(gòu)的滑環(huán)，其運(yùn)輸寬度為5.5m；改成三片結(jié)構(gòu)的滑環(huán)，其運(yùn)輸寬度只有3m，運(yùn)輸就不存在問(wèn)題。

材料ZG230-450、20g-Z25或Q235-C的硬度只有156HB左右，綜合焊接性能良好，適合制作滑環(huán)；以滑履軸承作為重載回轉(zhuǎn)支承已在大型管磨機(jī)和大型水平回轉(zhuǎn)窯上得到成功應(yīng)用。

2.2 分瓣大齒圈

特大型回轉(zhuǎn)窯的大齒圈直徑一般比筒體直徑大2m以上。從鑄造、運(yùn)輸、防止機(jī)加工變形等方面考慮，原回轉(zhuǎn)窯半齒圈結(jié)構(gòu)形式不能適用于特大型回轉(zhuǎn)窯?？梢愿鶕?jù)齒輪直徑大小分成4瓣或者更多瓣制造，見圖1示。4瓣組合大齒圈是由4組聯(lián)接件將4塊扇形齒輪把合組成整圓結(jié)構(gòu)，大齒圈常采用雙腹板結(jié)構(gòu)，以提高大齒圈整體剛性[2]。大齒圈制造中哈夫面處向外的變形最為明顯。由于加工殘余變形引起哈夫面處二次把合不嚴(yán)，造成齒距變大、徑向跳動(dòng)大[3]。分多瓣制造將應(yīng)力集中變形變成分散變形，減小最大變形量，同時(shí)解決了運(yùn)輸問(wèn)題。

圖1 四瓣組合大齒圈

2.3 筒體卷制與焊接

因筒體尺寸超大，運(yùn)輸困難，特大型回轉(zhuǎn)窯筒體的所有焊接幾乎都需要現(xiàn)場(chǎng)完成。在制造廠根據(jù)可運(yùn)輸?shù)某叽鐚摪逑铝线M(jìn)行坡口加工，分片卷制到預(yù)定圓弧尺寸后發(fā)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)編焊，是解決運(yùn)輸困難的唯一方法。

特大型回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)必須配備自動(dòng)埋弧焊接設(shè)備。在溫度偏低的地區(qū)，一般采用電加熱帶現(xiàn)場(chǎng)預(yù)熱，以保證焊接質(zhì)量。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)用回轉(zhuǎn)窯》2016年終審稿規(guī)定：筒體段節(jié)縱向焊縫區(qū)域的形狀應(yīng)與筒體圓形理論值一致，其偏差值應(yīng)不大于2.0mm。要達(dá)到這一要求，現(xiàn)場(chǎng)必須配備一臺(tái)卷板機(jī)用于修圓。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工

2.4.1 筒體環(huán)向焊接坡口和墊板加工

為保證特大型筒體段節(jié)縱向焊縫對(duì)口錯(cuò)邊量在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，筒體的段節(jié)端面焊接坡口需進(jìn)行切削加工；墊板外圓直徑和圓柱度要求是保證滑環(huán)與筒體之間預(yù)留膨脹間隙關(guān)鍵項(xiàng)次；筒體上與回轉(zhuǎn)跳動(dòng)有關(guān)的所有聯(lián)接法蘭也需進(jìn)行切削加工。

缺少段節(jié)縱向坡口加工設(shè)備，就不能解決因下料誤差產(chǎn)生的縱向焊縫錯(cuò)邊量超差問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)需要臨時(shí)安裝專用落地車床滿足小段節(jié)坡口的加工，同時(shí)滿足帶墊板的大段節(jié)加工，以保證墊板外圓的加工質(zhì)量。

如圖2所示，可采用小型落地車床進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)坡口和墊板外圓加工。當(dāng)專用落地車床承載能力不夠時(shí)，可使用液壓附加支承提高了機(jī)床承載能力，減少現(xiàn)場(chǎng)大型加工設(shè)備的投資[4]。

圖2 液壓附加支承

2.4.2 滑環(huán)機(jī)加工

大型滑環(huán)機(jī)加工設(shè)備一般為大型立式車床，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工一般不具備條件。某安裝單位采用專用旋轉(zhuǎn)軌道走刀現(xiàn)場(chǎng)加工組焊滑環(huán)，這種切削加工為不連續(xù)切削，再通過(guò)砂帶磨使滑環(huán)表面達(dá)到粗糙度要求。這種方法是可行的，但專用加工裝備的投資較大。

為減輕現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工負(fù)擔(dān)，對(duì)于組焊滑環(huán)的機(jī)加工可以分兩步(制造基地加工和現(xiàn)場(chǎng)加工)完成，以減小現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工難度。分片滑環(huán)的加工其步驟為：分片鑄造→退火處理消除內(nèi)應(yīng)力→粗加工分片滑環(huán)的結(jié)合面→裝夾進(jìn)行圓周各面的粗加工→粗加工后進(jìn)行結(jié)合面的二次加工→設(shè)置單片防運(yùn)輸搬運(yùn)變形支撐→設(shè)置片與片聯(lián)接定位裝置→精加工→拆分開設(shè)焊接坡口→分片運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)→編接聯(lián)接定位→預(yù)熱組焊→焊縫修磨和拋光。

過(guò)大的余量去除會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力變形[5]。預(yù)先加工去除多余的余量，減少以后工序加工的變形[6]。在各切削工序之間均進(jìn)行釋放裝夾將最大程度減小后道工序的工件變形[7]?；h(huán)圓周和結(jié)合面多次裝夾加工，在精加工前設(shè)置防變形支撐更為合理。因此在設(shè)置防變形支撐前余量應(yīng)盡量控制在最小狀態(tài)。

2.5 變位斜齒輪傳動(dòng)

回轉(zhuǎn)窯一般采用(x1=0.4，x2=0)的直齒輪傳動(dòng)。由于回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速較低，很少有人對(duì)傳動(dòng)齒輪齒形做深刻研究。特大型回轉(zhuǎn)窯的傳動(dòng)功率較大，考慮到齒輪的使用壽命，應(yīng)對(duì)齒輪參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

對(duì)變位系數(shù)進(jìn)行合理分配，使大小齒輪滑動(dòng)率差趨近于0[8]。綜合考慮制造和使用情況，xΣ取值在(0.8～0.96)范圍內(nèi)，既保證極小的滑動(dòng)率差，又有較高的重合度，具有較好的綜合效果。

回轉(zhuǎn)窯一般采用直齒輪傳動(dòng)，齒輪重合度一般在1.5左右。從齒輪參數(shù)方面分析，隨著大齒輪直徑的增大，大小齒輪的齒數(shù)懸殊更大，齒輪重合度減小，承載能力降低，容易產(chǎn)生振動(dòng)；從大功率齒輪傳動(dòng)角度分析，提高齒輪重合度可以提高齒輪承載能力，減小齒輪模數(shù)；從制造的可行性分析，模數(shù)超過(guò)40mm的齒輪加工設(shè)備極少。采用小螺旋角斜齒輪傳動(dòng)能夠使齒輪重合度提高到2以上。和邊緣傳動(dòng)管磨機(jī)傳動(dòng)齒輪一樣，螺旋角β的取值范圍主要考慮到重合度、傳動(dòng)平穩(wěn)性和附加軸向力對(duì)支承的影響[8]。在提高固定端滑履軸承的軸向承載能力的前期下，齒輪螺旋角可增加到(6～9°)，重合度可增加到2.5以上。

通過(guò)合理分配變位系數(shù)使滑動(dòng)率差趨近于0，通過(guò)螺旋角提高目標(biāo)模數(shù)齒輪的承載能力，是特大型回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目實(shí)施中解決傳動(dòng)問(wèn)題的有效的途徑。

3 特大型回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)構(gòu)思

3.1 總體結(jié)構(gòu)型式

傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯都是依靠圓柱形輪帶、圓柱形托輪支承旋轉(zhuǎn)的。無(wú)論是否帶有安裝斜度，回轉(zhuǎn)窯都具有一組防止或控制回轉(zhuǎn)筒體上下竄動(dòng)的擋輪裝置，輪帶帶有與擋輪滾動(dòng)接觸的錐面。建材、冶金、礦山行業(yè)廣泛使用的滑履磨的滑履軸承應(yīng)用于特大型回轉(zhuǎn)窯的支承上成為可能和趨勢(shì)。

常規(guī)回轉(zhuǎn)窯依靠托輪的歪斜調(diào)整和擋輪控制回轉(zhuǎn)筒體的上下竄動(dòng)。因此，要使滑履軸承能在回轉(zhuǎn)窯上達(dá)到應(yīng)用，必須在滑履結(jié)構(gòu)上做必要的改進(jìn)。

如圖3所示，滑履支承回轉(zhuǎn)窯由活動(dòng)滑履軸承、固定滑履軸承、滑環(huán)、回轉(zhuǎn)筒體、傳動(dòng)裝置組成。固定滑履軸承的托瓦為V型錐面結(jié)構(gòu)，起定位功能，可控制筒體上下竄動(dòng)。不再需要常規(guī)回轉(zhuǎn)窯的液壓擋輪裝置。如圖3(a)所示，對(duì)于帶斜度的回轉(zhuǎn)窯，活動(dòng)滑履軸承的托瓦為單錐面結(jié)構(gòu)，其底部錐面呈水平，使支承不產(chǎn)生水平分力。如圖3(b)所示，對(duì)于水平回轉(zhuǎn)窯，活動(dòng)滑履軸承的接觸面為圓柱面(圖4)。由于回轉(zhuǎn)窯筒體有較高的溫度，因而滑環(huán)具有隔熱結(jié)構(gòu)的“工”字截面的結(jié)構(gòu)，而不是常規(guī)管磨機(jī)的單層鋼板制作兼作筒體的不隔熱滑環(huán)結(jié)構(gòu)?；h(huán)與筒體的固定方式和原先輪帶與筒體的固定方式(墊板+擋塊)相同。

3.2 支承裝置

3.2.1 采用滑履軸承

如圖4(c)和圖4(d)所示，滑履軸承具有凹凸球面的支承結(jié)構(gòu)，因而具有自動(dòng)調(diào)心效果。如圖3和圖4(d)所示，活動(dòng)滑履帶有可滾動(dòng)的托輥隨筒體熱膨脹的伸出而跟隨滑環(huán)軸向移動(dòng)。只要留足托輥的滾動(dòng)距離，無(wú)論熱工參數(shù)如何，都不會(huì)因熱膨脹計(jì)算誤差造成支承面的不正常磨損。而傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯托輪或輪帶寬度范圍內(nèi)的非全接觸會(huì)造成不正常磨損。

圖3 滑履支承回轉(zhuǎn)窯

圖4 滑履軸承和傳動(dòng)位置與滑履軸承結(jié)構(gòu)

3.2.2 滑履軸承軸向力的平衡

回轉(zhuǎn)窯根據(jù)工藝要求可水平安裝或安裝成不同斜度，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的軸向力與安裝斜度有關(guān)。干法水泥回轉(zhuǎn)窯的斜度(正弦值)一般為3.5%和4.0%[1]，即傾角約為2°和2.3°。和滑履磨一樣，軸向力由靠近傳動(dòng)的固定滑履軸承平衡。因此固定滑履軸承在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要充分考慮對(duì)軸向力的承載能力。

常見的固定滑履軸承有防止回轉(zhuǎn)筒體軸向竄動(dòng)的夾板，該結(jié)構(gòu)適用于軸向力較小的水平安裝設(shè)備。在水平安裝的設(shè)備中也經(jīng)常出現(xiàn)因軸向力造成的夾板不正常磨損現(xiàn)象[9-10]。而對(duì)于有較大斜度的回轉(zhuǎn)窯，其固定滑履軸承需要承載較大的軸向力。常規(guī)的夾板結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)這種工況。如圖3所示，帶錐面的滑履軸承，利用V型雙錐托瓦或弧面托瓦的支承分力能夠平衡回轉(zhuǎn)筒體的軸向力。

根據(jù)扭矩計(jì)算公式(T=9550P/n)和小齒輪嚙合圓半徑R，可以得到大齒輪的切向受力計(jì)算式 (f=9550P/n)；如圖5(a)所示，螺旋角為β的齒輪切向力f產(chǎn)生的軸向分力為(f1=ftgβ)，見式(1)[11]。

f1=9550Ptgβ/nR

(1)

如圖5(b)所示，G1＇=G1/2cos30°，兩個(gè)托瓦的總支承力∑G1＇≈2G1＇(忽略安裝斜度)，則有式(2)。

(2)

如圖5(a)所示，軸向不竄動(dòng)的條件是托瓦錐面上的支承軸向分力f3=f1。

可以根據(jù)式(3)確定托瓦的傾角。

(3)

將式(1)和式(2)帶入式(3)，并考慮制造安裝誤差等引起的軸向力，可合并為以下的托瓦的傾角α計(jì)算式(4)。

α≈ψarctg(8.27Ptgβ/ G1nR)

(4)

式中：α為托瓦傾角，°；ψ為安全系數(shù)，取1.5；P為主電機(jī)滿載最大功率，kW；β為齒輪螺旋角，°； G1為固定支承的垂直載荷，kN；n為小齒輪轉(zhuǎn)速，r/min；R為小齒輪嚙合圓半徑，m。

圖5 受力分析

如圖5(a)所示，單錐面的的托瓦(活動(dòng)膨脹檔)遠(yuǎn)離傳動(dòng)齒輪，其托瓦傾角只要考慮支承不產(chǎn)生軸向分力，即托瓦傾角γ與回轉(zhuǎn)窯安裝傾斜角相同。對(duì)于傳動(dòng)端的V型雙錐托瓦的另一錐面的傾角γ′取值需考慮因傳動(dòng)功率波動(dòng)引起的齒輪軸向分力f1變化、固定支承檔因傾斜安裝產(chǎn)生的下滑力、安裝斜度誤差等導(dǎo)致筒體下竄的可能性。γ′取值應(yīng)比γ大一些，建議γ′取值為(γ+α)。

以Φ7 m×68 m煤化工回轉(zhuǎn)窯為例，已知滿負(fù)荷功率P=560 kW，其小齒輪轉(zhuǎn)速n為40 r/min，小齒輪節(jié)圓半徑為0.35 m，齒輪斜度為3.5°，窯的安裝傾斜角為2.3°，固定支承的垂直載荷為4500 kN。則托瓦各傾角：γ=2.3°(與窯的安裝傾斜角一致)；α=1.5arctg(8.27×560tg3.5°/4500×40×0.35)≈0.39°；γ′=2.3°+0.39°=2.69°。

為了方便制造和測(cè)量，同時(shí)兼顧安全裕度，固定支承的托瓦兩個(gè)傾角α和γ′統(tǒng)一角度取整數(shù)值3°。

3.2.3 滑履軸承的使用效果評(píng)估

原先的大型回轉(zhuǎn)窯，為了使輪帶托輪的寬度方向不產(chǎn)生不均勻磨損，均設(shè)置液壓擋輪裝置，人為控制回轉(zhuǎn)窯筒體的軸向竄動(dòng)量和竄動(dòng)方向。但是由于回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)時(shí)的熱膨脹計(jì)算數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，或者由于使用中熱工參數(shù)不穩(wěn)定，或者由于托輪操作工的水平和經(jīng)驗(yàn)原因，經(jīng)常會(huì)造成輪帶托輪的寬度方向產(chǎn)生臺(tái)階式不均勻磨損，導(dǎo)致需要進(jìn)行不定期的修復(fù)。

如圖4(c)所示，固定端(傳動(dòng)端)的支承采用自定位滑履軸承后，滑環(huán)、滑履和基礎(chǔ)位置相對(duì)一致，可以省去原帶擋輪支承的液壓擋輪裝置、擋輪液壓站及擋輪裝置控制系統(tǒng)；如圖4(d)和圖4(e)所示，活動(dòng)端的各支承采用帶托輥的滑履軸承后，無(wú)論回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)時(shí)的熱膨脹計(jì)算數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確或者使用中熱工參數(shù)是否穩(wěn)定，滑履始終跟隨滑環(huán)軸向移動(dòng)，保證滑履和滑環(huán)寬度方向始終保持全接觸和均勻磨損。因此，大型回轉(zhuǎn)窯使用滑履軸承更能適應(yīng)其工況，避免使用中的不定因素對(duì)回轉(zhuǎn)支承正常運(yùn)行的影響。

原先的大型回轉(zhuǎn)窯的每檔支承分別有4個(gè)軸承，檢測(cè)點(diǎn)較多；每檔支承的輪帶托輪均需要冷卻和潤(rùn)滑。如圖6所示，滑環(huán)的表面積大，具有較好的散熱冷卻效果?；牡睦鋮s點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)明顯減少。

圖6 滑環(huán)對(duì)接焊坡口與焊接定位聯(lián)接

圖7 滑環(huán)對(duì)接焊坡口與焊接定位聯(lián)接

3.3 滑環(huán)結(jié)構(gòu)

滑環(huán)的受力接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大輪帶，接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力明顯小，因此滑環(huán)可以設(shè)計(jì)成截面為“工”字形或箱形結(jié)構(gòu)件，重量也明顯小于實(shí)心輪帶，如圖6(a)所示?；顒?dòng)端滑環(huán)為單錐面結(jié)構(gòu)(水平安裝的回轉(zhuǎn)窯活動(dòng)端滑環(huán)為圓柱面結(jié)構(gòu))，固定端滑環(huán)為V型雙錐面結(jié)構(gòu)，如圖6(b)、圖6(c)和圖6(d)所示。

編焊坡口為側(cè)面平行的對(duì)接焊坡口，如圖7(a)所示。為了現(xiàn)場(chǎng)焊接不影響滑環(huán)的圓度，防止對(duì)接產(chǎn)生錯(cuò)邊，必須有精確可靠的定位，如圖7(b)所示?？梢圆捎勉q孔螺栓定位，定位鉸孔須在內(nèi)外圓柱面和圓錐面精加工前實(shí)施。對(duì)于帶有斜度安裝的回轉(zhuǎn)窯，為了配件能夠互換，無(wú)論是固定端滑環(huán)還是活動(dòng)端滑環(huán)都可以采用V型雙錐面結(jié)構(gòu)，從而省去常規(guī)使用的夾板。

4 實(shí) 例

2008年在撫順礦業(yè)集團(tuán)頁(yè)巖煉油廠安裝了一臺(tái)國(guó)內(nèi)目前最大直徑回轉(zhuǎn)窯(Φ8.4m×63m)為的小顆粒油頁(yè)巖干餾水平回轉(zhuǎn)窯。其筒體為現(xiàn)場(chǎng)制作，支承裝置采用滑履軸承，大齒輪分多瓣制造。其中滑環(huán)半成品分兩片出廠，現(xiàn)場(chǎng)編焊后再采用專用工裝機(jī)加工。目前回轉(zhuǎn)窯已安全運(yùn)轉(zhuǎn)近3年。

1999年斯圖爾特(STUART)安裝了一臺(tái)滑履支承水平回轉(zhuǎn)窯(Φ8.3m×65m)安全運(yùn)轉(zhuǎn)10多年。

2010年在約旦(JORDAN)安裝目前世界上最大規(guī)格回轉(zhuǎn)窯(Φ11.5m×76m)采用滑履軸承支承。目前項(xiàng)目正在實(shí)施過(guò)程中。

帶斜度安裝的滑履回轉(zhuǎn)窯目前雖然沒有實(shí)施先例，但特大型回轉(zhuǎn)窯的實(shí)施方法從理論上分析是可行的，還待于在實(shí)踐中驗(yàn)證和提高。

5 結(jié) 論

支承裝置改為滑履軸承、現(xiàn)場(chǎng)編焊滑環(huán)、大齒圈多瓣組合、筒體分片現(xiàn)場(chǎng)編焊機(jī)加工，解決了特大型回轉(zhuǎn)窯大件運(yùn)輸問(wèn)題；通過(guò)加工工藝改進(jìn)，解決了滑環(huán)現(xiàn)場(chǎng)加工中的變形問(wèn)題；通過(guò)對(duì)變位系數(shù)進(jìn)行合理分配和采用螺旋角，提高齒輪的承載能力、減小齒輪模數(shù)，使齒輪傳動(dòng)達(dá)到較好的綜合效果；采用錐面滑履軸承，避免了熱工制度改變等原因造成的輪帶托輪不正常磨損，同時(shí)使傾斜安裝的回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)重力產(chǎn)生的軸向力得到平衡，省去擋輪裝置、擋輪液壓站及擋輪裝置控制系統(tǒng)；用焊接性能好的低碳鋼滑環(huán)代替了焊接性能差的中高碳鋼鑄鋼件輪帶，降低了鑄鋼件的鑄造風(fēng)險(xiǎn)和現(xiàn)場(chǎng)制造難度。

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Discussion on the problems and countermeasures of project implementation for super large rotary kiln

BEN Daochun1，LI Xiaoping1，LI Jinfeng2，WANG Fuguang1，ZHA Wenwei3

(1.Jiangsu Pengfei Group Co.，Ltd.，Haian 226623，China；2.Henan Longcheng Coal High Efficient Technology Application Co.，Ltd.，Xixia 4745502，China；3.Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224051，China)

From the project of large rotary kiln in the implementation of large (wheel，gear ring and cylinder) of transport，gear bearing capacity problems，puts forward the design and suitable for the on-site production plan；through the example of mechanical equilibrium solution，solves the key technology to determine the self positioning slide shoe bearing design of the sliding pillow with the angle of the rotary kiln；through the modification coefficient of the gear selection and distribution of spiral angle and choice，solve the bearing capacity problem of small modulus gear of conventional rotary kiln；the use of contrast method for large rotary kiln design evaluation，draw the conclusion：the use of sliding shoe bearings，gear ring，combined with multi site group welding ring，on-site production of cylinder，spot welding groove and cutting plate outer circle，can solve the large project type rotary kiln implementation of the transportation problem；based on the displacement coefficient Rational distribution and adopt bevel gear transmission，can meet the requirements of high power transmission；the self positioning slide shoe bearing，not only eliminates the block wheel device，and the sliding contact surface of the shoe and the slip ring automatic anastomosis，can avoid thermal system change and operational and other reasons caused by the tyre roller is not normal wear and tear.

large scale；rotary kiln；design；manufacture；installation

2016-03-19

江蘇省重大科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目資助(編號(hào)：BA2008068)；河南省重大科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目資助(編號(hào)：151100211800)；國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目資助(編號(hào)：2008GH050545)；國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃項(xiàng)目資助(編號(hào)：2010GRC10003)

賁道春(1965-)，男，江蘇海安人，高級(jí)工程師，主要從事建材機(jī)械、礦山機(jī)械、石油化工機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造。

TH122；TD403；TQ172.6；TE963

A

1004-4051(2016)12-0132-06