回转窑托轮轴瓦发热问题的研究

摘要：回转窑作为水泥生产时的“心脏”设备，在使用过程中常常出现托轮轴瓦发热的现象，这是导致回转窑工作效率降低的最直接和最普遍的问题。本文主要从状态和载荷分布情况与两个方面，分析了回转窑托轮轴瓦发热的主要原因，并指出了相应的预防措施。

Abstract: The rotary kiln, as the "heart" equipment of cement production, often appears the phenomenon of tile prop shaft heat in the using process, which lead to the low efficiency of rotary kiln. This article analyzes the main causes of heating problem of the rotary kiln tile axle from the two aspects of the lubrication and load distribution condition, and proposes the appropriate preventive measures.

关键词：回转窑；轴承；轴瓦

Key words: rotary kiln；bearing；bush

中图分类号：TH11 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0039-02

0引言

水泥回转窑是水泥生产企业的大型关键生产设备，它的性能与运转状态在很大程度上决定着企业的经济效益。回转窑筒体由托轮支撑其全部重量，托轮轴瓦发热现象会造成严重的生产事故，因此，托轮的工作状态对回转窑能否稳定运转具有很大的决定作用。

1托轮轴瓦发热的机理分析

轴承工作时，轴与轴瓦间产生的摩擦力，将以摩擦功耗的形式转化为热量，这些热量一部分被流动的油带走，另一部分由轴承的金属表面通过传导和辐射散发到周围介质中。根据热平衡条件，单位时间内轴承所产生的摩擦热量等于油流动所带走的热量与轴承散发的热量之和。由此得到轴瓦的温升为：

Δt=

从公式可以看出，轴承温升随着轴承摩擦系数f，轴承承受的载荷P、线速度v的增加而增大，随着轴承油的流量Q与散热系数as的增加而降低。因此要控制轴瓦发热，必须研究轴承的状态，轴承承受的载荷的情况、速度变化和冷却条件等。本文主要从状态和载荷分布情况与两个方面，分析了回转窑托轮轴瓦发热的主要原因，并指出了相应的预防措施。

2托轮轴瓦发热的原因及处理措施

2.1 状态不良要保证托轮轴颈与轴瓦间形成压力油膜，必须供给充足的油。供油不足或中断，都会影响油膜的形成，导致托轮轴颈与轴瓦金属间的直接接触，从而摩擦加剧，引起轴瓦温度升高。影响轴颈与轴瓦间状态的主要因素如下：

2.1.1 托轮轴密封不良或供油系统故障由于窑的安装布置有3.5%-5%的斜度，相应地托轮装置也应有同样的斜度，这就造成托轮轴承座的轴孔一边高一边低，加大了油对密封处的压力，增加了密封的困难，因此密封圈较易破坏，容易产生油的泄漏；另外，密封圈长期受窑高温辐射的影响，容易老化与磨损，油通过磨损后的密封圈间隙流出，并最终影响托轮轴的。大多数托轮轴承组的是由油勺带油，撒油盘将油均匀地分配在托轮轴颈上，油勺松动、脱落，撒油盘布油不通畅、不均匀，也将使轴瓦的供油不足，影响油膜的形成。

由于托轮的安装存在倾斜度，对于托轮两侧轴瓦的油位应有不同的要求，一般情况下上端托轮油槽内的油位需与下端托轮油槽持平，防止高端轴承油位过高产生对密封圈较大的压力，导致的倾斜漏油；生产过程中应定期更换密封圈，始终保持密封圈的完好及弹性，防止因老化或磨损造成的漏油，橡胶密封圈使用时间不宜过长， 一般一年左右；在日常的巡检过程中，应经常检查托轮轴承组供油系统是否正常，观察油勺是否松动、脱落，撒油盘的泄油是否通畅，油分配是否均匀，发现异常情况应立即进行处理，保证在托轮轴瓦与轴颈间形成足够的油膜。

2.1.2 托轮轴瓦与轴颈的侧间隙不符合要求托轮轴瓦与轴颈的侧间隙是指轴瓦进口边缘点至轴颈表面的距离。控制瓦口侧间隙对轴瓦的工作性能有很大的影响。流体动压理论表明：压力油膜的形成必须要有楔形间隙。为了使轴承得到良好的，减少摩擦，延长寿命，托轮轴瓦与轴颈间的侧间隙必须具有合适的数值。侧间隙过小，会使油楔尺寸减少，油不能顺利的进入接触区，导致散热困难，输油量减少，轴瓦发热；侧间隙过大会产生油的泄漏，油楔压力降低，油膜难以形成。

生产实践表明：托轮轴瓦在长时间使用后，瓦面与轴的接触角度越来越大，同时托轮轴瓦与轴颈的合适的侧间隙越来越小，小到一定程度，油不能进入轴瓦的底部进行，状况恶化，引起轴瓦温度升高。相应措施是：重新开瓦口，瓦口侧隙每边应保持（0.001-0.0015）D，D为轴颈的直径。另外，配合侧隙必须形成比较规范的楔形侧隙，它有助于油的导入，而近似于等厚或阶梯状的侧隙都不利于油的导入，几乎等厚的大侧隙有使油往两侧瓦边倾泻的趋向，不利于油膜的形成。

2.1.3 油选用不当由于回转窑托轮轴瓦的工况比较差：温度高、负荷大、容易混入粉尘和水分，因而对油品的要求高。油品应具有抗高负荷、抗氧化和水淋、油膜形成快速持久，要求油品具有良好的粘温性能、极压性能，抗氧化性和防腐蚀性。轴瓦油若选用不当，将使轴瓦温升增大，甚至引起烧瓦事故。合理选用油可减少托轮与轴瓦间的摩擦，降低摩擦副温度和降低传动负荷，从而实现节能降耗的目的。托轮专用油粘温性好、抗水淋、抗极压，对金属表面有保护和修补作用，在高低温范围内粘度保持高粘度；另外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。

2.2 载荷分布不均回转窑托轮与轴瓦间的载荷若分布均匀，接触面上的作用应力必然小，托轮与轴瓦间易形成一定厚度的均匀油膜。若载荷集中于某一局部，使该局部应力增大，接触表面油膜难以形成，状况随之恶化，托轮轴颈和轴瓦间变成边界摩擦，甚至干摩擦，最终导致轴瓦发热甚至烧瓦事故的发生。影响轴颈与轴瓦载荷分布不均的原因主要有以下几个方面：

2.2.1 回转窑中心线不直回转窑中心线不直使筒体产生弯曲，造成各档托轮轴瓦的受力不均，受力最大的托轮轴瓦首先发热造成烧瓦现象。回转窑中心线不直的主要原因有：回转窑的托轮或轮带加工精度低，内外圆柱面的同轴度未达到设计要求；回转窑各段节筒体焊接时中心线的径向圆跳动偏差大；安装时回转窑各档托轮位置调整不当，同一组托轮轴承座的中心高不相等，相邻或首尾两道托轮组的标高偏差太大；回转窑在停窑后未及时慢转窑，筒体受热不均，产生变形等。

保证回转窑中心线的直线性应从以下几方面入手：提高回转窑的托轮或轮带加工精度，使托轮外圆与轴孔圆柱面的同轴度公差达到GB1184-1996中的9级精度，轮带内外圆柱面的同轴度公差达到GB1184-1996中的8级精度；回转窑各段节筒体焊接时筒体中心的径向跳动不大于如下数值：大齿圈及轮带处筒体中心为4mm，其余部位筒体中心为12mm，窑头及窑尾处为5mm，调整合格后，方能焊接；安装时应细心调整回转窑各档托轮位置，同一组托轮轴承座的中心高应相等，偏差不得超过0.1mm，相邻两道托轮组的标高偏差不得大于0.5mm，首尾两道托轮组的标高偏差不得大于相邻各档相对标高偏差之和，其最大值不得大于2mm；回转窑停窑后应及时开启辅助传动装置慢转窑，避免热态时放置时间过长造成窑筒体弯曲。

2.2.2 轴瓦瓦背球面与轴承座配合质量差由于回转窑形大体重，其重量由各档的托轮组承担。托轮承载后托轮轴将产生弯曲变形，加之托轮制造及安装过程中存在的误差，均使得托轮轴的轴线相对于轴承座孔产生了偏斜。为了适应这种偏斜，防止产生托轮轴颈和轴瓦的“边缘磨损”现象，一般将托轮滑动轴承的轴瓦瓦背外表面做成球形，使轴瓦跟随托轮轴的偏斜作相应的多维的灵活转动，避免托轮轴与瓦面局部接触，使瓦面受力均匀。但在实际生产中，由于轴瓦瓦背球面与轴承座配合质量差，导致轴瓦发热的现象时有发生，其主要原因是①由于在刮研球面瓦时，使球面瓦的球心对内孔轴线及其沿轴向的对称中心线的位置度偏差过大，造成球面瓦在瓦座内转动不灵活，失去了球面自动调心的功能；②球面瓦在刮研时轴瓦瓦背与瓦座间接触包角过大，造成球面瓦与瓦座接触面积过大，妨碍球面瓦灵活转动等。

为适应托轮轴瓦多维摆动的要求，支承托轮轴瓦的球面瓦应进行仔细地刮研，使球面瓦的球心对内孔轴线及其沿轴向的对称中心线的位置度偏差不超过球Φ0.10mm，球面瓦与轴承底座接触点不应少于1-2点/2.5×2.5cm2。另外，实践经验表明：球面接触面积过大，导致轴瓦与轴颈边缘接触而中间悬空，影响球面的灵活摆动，运转过程中温度会升高，球面的接触宽度应为整个球面宽度的1/2，在圆周方向控制在20°-30°。

2.2.3 轴瓦端面与托轮轴止推环受力过大回转窑筒体在运转中在有限的范围内时而上、时而下地窜动，保持相对的稳定，这是正常现象，这样可以防止轮带与托轮的局部磨损。但回转窑长期运转后，由于各支承基础沉陷不等，筒体的弯曲及轮带与托轮的不均匀磨损，特别是由于轮带与托轮接触面之间摩擦系数的变化，将引起筒体不正常的窜动。若窑向上或向下的窜动量过大，导致托轮轴瓦端面与托轮轴上的止推环接触，止推环将施加给轴瓦端面一个力，在该力的作用下，轴瓦会产生偏斜，造成瓦面受力不均，局部应力增大，油膜难以形成，致使轴瓦温度升高。另外由于安装调整不当导致托轮轴线与筒体中心线不平行，也会引起轴瓦端面与止推环间的接触，最终使得托轮轴瓦受力不均。

当窑向上或向下的窜动量太大应通过调整液压挡轮油站油泵的供油速度和节流阀的泄油速度使回转窑筒体上下均匀窜动，窜动速度控制在0.2mm/min以下，窜动量可根据各窑系统的设计值，调整液压挡轮上的开关来实现；当托轮轴线与筒体中心线不平行时，遵循调整托轮的原则将托轮慢慢调整到设计要求的位置,在窑头或窑尾用经纬仪检查各组托轮中心位置，纵向中心线偏差不得大于±0.5mm。

3结语

回转窑托轮轴瓦发热除了状态和载荷分布的均匀性有关外，还与轮带与筒体垫板间的间隙大小、窑皮的厚薄、风（水）冷托轮表面等因素有关。因此水泥生产巡检人员及设备维修管理人员应全面掌握托轮轴瓦发热的因素，在生产实践中不断积累经验，提高对托轮轴瓦发热原因的综合分析判断能力，一旦出现轴瓦发热现象应能及时采取正确、有效的措施，将轴瓦温度降到正常温度范围，使托轮轴颈与轴瓦间形成较好的油膜。

参考文献：

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