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低成本高速离心机系统的研究与开发

粒状棉是一种以钢铁厂冶炼废矿渣、硅石和焦炭为原料.经冲天炉熔化和离心机甩丝.再经集棉、撕棉、造粒、滚筛、打包等工序制成的主要用于生产矿棉吸声板的原材料四辊高速离心机是粒状棉生产线的关键设备之一.其作用是把从冲天炉中流出的矿渣熔体变成纤维。

1.工作原理及结构分析

1.1离心辊

四辊高速离心机装配有四个离心辊轮.辊轮运转参数如下表

四辊高速离心机辊轮运转参数

由上表可知.离心辊的运行转速为4871—7402r/min.但从经济角度出发.实际使用中离心辊上旋转部件所选用的轴承一般为极限转速4800r/min的中速轴承。因而导致抱轴事故频繁发生,平均每月抱轴14根.耗用费用高达25.4万元/年.并严重降低了设备的连续运转时间。

在实际生产中.离心辊的实际运行转速往往远远高于旋转部件的极限转速。最直接的解决办法就是简单地更换旋转部件中轴承的类型,选用高速轴承。但是,这种方式往往造成资源的巨大浪费,不仅使用高速轴承会增加生产成本.而且还需要更换离心机的现有离心辊轮.同时还需要对因更换轴承类型而导致的离心辊轮的非标零部件的全部重新加工

1.2离心机皮带

四辊高速离心机系统的电机与辊轮之间采用带传动。原系统设计的离心机皮带采用美国gares公司的广角带,价位为560元/条。而在使用过程中经常出现皮带开裂现象.正常情况下平均每月消耗7根由此,不仅维修费用过高,而且导致设备连续运转时间大大降低。

1.3软化水系统

高温状态下工作的离心辊,靠冷却水进行热保护.冷却水量根据冲天炉熔体的产量和流股温度而定。冷却水的水质至关重要.必须有相应的软化水系统。原设计和应用的软化水系统的出水硬度最好仅能达到6mmo~L,影响了离心机及冲天炉相关部件的使用寿命

2.关键缺陷分析

2.1离心机高速旋转部分的工装方法

通过对损坏轴承状况的仔细观察,及对损坏轴承数量的统计.发现了两种很有规律的现象:第一、损坏的轴承都是轴承的保持架过热发黑损坏,而滚珠及轴承滚道却完好无损。第二、每次抱轴大部分都是6020先损坏。且6020的损坏数量大概是NU1022的一倍。由此确认.离心机高速旋转部分工装方法存在错误

2.2广角带及皮带轮

(1)广角带属于高转速、高精度皮带,对于使用环境、以及带轮的加工精度要求较高。而离心机的工作环境较为恶劣,不仅温度较高,而且经常有赃物飞人到运转的皮带中。

(2)经对皮带轮图纸的分析:皮带轮的槽型角度比皮带的角度大.导致无论皮带的张紧力多大,也不能使皮带的侧面按照正常的情况和皮带轮进行传动因此设计存在严重缺陷。

(3)经过对损坏皮带及皮带轮的观察,发现三个轮槽的磨损状况不等.因此确定现用皮带轮的加工精度不能满足广角带的使用综合以上三条原因.确认广角带不适用于该类高速离心机系统

3.研发和改进

3.1新型低成本高速离心机

研发出一种既不用选择高速轴承.又可以大大增加连续运转时间的高速离心机。其旋转部件包括:壳体、第一轴承和第二轴承,第一轴承与第二轴承套装在壳体内,其中.第一轴承为NU1022C3的轴向游隙确定为一定范围值的轴承.第二轴承为6020C3的轴向游隙确定为一定值的轴承通过对旋转部件中的轴承的游隙的重新选择组合,大大提高了轴承的使用寿命,不仅极大的提高了高速离心机的连续运转时间.而且节约了进行设备改造的成本。

3.2带轮型槽与窄V高强皮带

(1)研究带轮型槽两侧面的夹角与皮带两侧面夹角的关系.确定皮带两侧面的夹角适当大于带轮型槽两侧面的夹角,且角度为一定范围值.从而当皮带受到张紧力后.皮带的侧面与带轮型槽的侧面良好地接触,避免了皮带的经常开裂,大大提高了皮带的使用寿命.增加了高速离心机的连续运转时间,传动效率也得到了很大的提高。

(2)经过计算.在实际应用中.从传动力的角度确定采用两根普通窄v皮带的组合形式能够完全替代一根广角带。但从转速角度看.离心机辊的运行转速最高为7402r/min,其线速度为46.5m/s由于广角带的极限带速为56m/s.而普通窄v的极限带速为50m/s.虽然能够满足使用要求.但是已经在极限带速中运行故最终选用了以色列红达的XPZ1800的窄v高强皮带.此种皮带的价格为3O元/条。

3.3轴承专用定位装配工具

开发设计出轴承专用定位装配工具,包括:底座,在底座上设置的用于定位轴承外圈的第二凸部,及用于定位轴承内圈的第一凸部。第一凸部厚于第二凸部通过设置两凸起结构对轴承的内圈和外圈分别进行定位.从而使得轴承的内圈和外圈不会发生相对位移.确保了在装入轴后.轴承的正常稳定工作.从而大大提高了生产效率.降低了维护成本

3.4新软化水系统

(1)选用美国FLECK公司的2850型控制器对软化水机进行双流量控制.使两个罐各成系统。从控制器上直接设置周期产水量.最终决定树脂的还原时间.实现完全的自动化供水。

(2)新软化水系统的所有进水管路选用UPVC管路并加装过滤器.大大延长了树脂及控制器的使用寿命

(3)新软化水系统的进水处加装变频供水系统,使系统的进口压力保持在2.5k异,cm2,提高了树脂的还原效果。

(4)新软化水系统研制成功后,出水硬度由6mmol/L降为0.06mmol/L,从而大大增加T离心机及冲天炉相关部件的使用寿命.每年可节省60个辊头、12套离心机轴配件,离心机炉体、风眼、板式热交换器等使用寿命大幅增加.设备运转率显著提高