Okretni ležaj kugličnog mlina: bijeli metal (babit) u odnosu na kotrljajuće tijelo, hidrodinamičko podmazivanje i vodič za načine kvara

Kuglični mlin ili SAG mlin u postrojenju za preradu cementa ili minerala može težiti 1000–5000 tona kada je potpuno napunjen medijima za mljevenje i rudačom. Ova cijela rotirajuća masa je oslonjena na dvije točke — ležajevi osovine na dovodnom i ispusnom kraju mlina. U velikom SAG mlinu, svaki ležaj osovine može nositi statičko radijalno opterećenje od 3.000-8.000 kN na rukavcu osovine promjera 800-1.800 mm. Ležaj koji podnosi ovo opterećenje nije standardni kotrljajući ležaj iz kataloga — to je precizno konstruiran hidrodinamički ležaj od bijelog metala (Babbitt), koji radi na tankom sloju ulja pod tlakom koji je obično debeo samo 50-150 mikrona. Kada je ovaj uljni film netaknut, ležaj radi neograničeno uz gotovo nulto trošenje. Kada se folija pokvari - pri pokretanju, tijekom nestanka dovoda ulja ili pod preopterećenjem - dolazi do kontakta metala s metalom unutar milisekundi, a mekana Babbitt obloga žrtvuje se kako bi zaštitila rukavac osovine. Kvar na jednom ležaju s osovinom na velikoj SAG glodalici može stajati 2-5 milijuna USD u gubitku proizvodnje, popravku vratila i ponovnom metaliziranju ležaja.

Ovaj vodič pruža potpuni inženjerski okvir za odabir, specifikaciju i održavanje ležajeva osovine za mlin s kuglicama i mlin za mljevenje — pokriva temeljni izbor između ležajeva od bijelog metala (Babbitt) i kotrljajućih elemenata, hidrodinamičku teoriju podmazivanja i Sommerfeldov broj, dizajn sustava prisilnog podmazivanja, specifikaciju zazora ležaja i načine kvara koji su rezultat netočne specifikacije ili nedostataka sustava za podmazivanje.

Dio 1: Tipovi osovinskih ležajeva — bijeli metal u odnosu na kotrljajuće tijelo

1.1 Temeljni izbor

Dvije tehnologije ležajeva koriste se za oslonac osovine mlina:

Hidrodinamički ležajevi od bijelog metala (Babbitt) — dominantna tehnologija za velike mlinove (promjer školjke > 3,0 m). Rubni rukavac rotira unutar precizno izbušene ljuske ležaja obložene Babbitt metalom. Uljni film pod pritiskom odvaja rukavac od Babbittove površine u normalnim radnim uvjetima.

Valjkasti ležajevi (kuglasti valjkasti ležajevi) — koriste se za manje mlinove (promjer ljuske < 3,0 m) i za mlinove gdje je jednostavnost održavanja kotrljajućih ležajeva prioritet u odnosu na krajnju nosivost hidrodinamičkih ležajeva.

1.2 Tehnologija ležaja od bijelog metala (Babbitt).

Ležajevi od bijelog metala koriste sloj Babbitt legure spojen na čeličnu ili lijevano željeznu podlogu. Babbittov sloj — obično debljine 3–12 mm — čini stvarnu nosivu površinu koja je u kontaktu s uljnim filmom.

Sastav babit legure:

Za ležajeve osovine kugličnih mlinova i SAG mlinova, Babbitt na bazi kositra (razred 2) standardna je specifikacija — pruža najbolju kombinaciju čvrstoće na zamor, otpornosti na koroziju i mogućnosti ugradnje (sposobnost upijanja malih čestica onečišćenja bez zarezivanja rukavca osovine).

Ključna svojstva Babbitta kao materijala za ležajeve:

• Žrtveno trošenje: Babbitt je mekši od rukavca osovine (obično 20-30 HB u odnosu na 200-300 HB za očvrsli rukavac). Pod kontaktom metal-o-metal, Babbitt se prvenstveno troši, štiteći mnogo skuplji rukavac osovine od oštećenja.

• Mogućnost ugradnje: Mekana Babbittova matrica može ugraditi male tvrde čestice (okumine, prašinu, ostatke trošenja) koje ulaze u ležaj, sprječavajući ih da zarezuju površinu rukavca.

• Prilagodljivost: Babbitt se može malo deformirati pod opterećenjem kako bi se uskladio s manjim odstupanjem između provrta ležaja i rukavca, raspoređujući opterećenje ravnomjernije od krutog materijala ležaja.

• Granica zamora: Primarno ograničenje Babbitta je njegova čvrstoća na zamor - pod cikličkim opterećenjem, Babbitt sloj može puknuti i odvojiti se od podloge. Dopušteni tlak ležaja za Babbitt na bazi kositra obično je 3,5–7,0 MPa za kontinuirani rad.

1.3 Kotrljajući ležajevi za osovine mlinova

Za manje mlinove za mljevenje, sferični valjkasti ležajevi su standardni kotrljajući ležaj za potporu osovine. Sferični valjkasti ležajevi odabrani su zbog:

• Njihova sposobnost samoporavnavanja (odstupanja do ±2,5°) prilagođava se deformaciji osovine i slijeganju temelja do kojih dolazi u instalacijama mlina za mljevenje

• Njihova velika radijalna nosivost u odnosu na promjer provrta

• Njihova sposobnost da nose kombinirana radijalna i aksijalna opterećenja

Ograničenje kotrljajućih ležajeva za velike osovine mlinova je dostupna veličina provrta — standardni sferični valjkasti ležajevi dostupni su do promjera provrta od približno 1250 mm, što ograničava njihovu primjenu na mlinove s promjerima rukavaca ispod približno 1100 mm. Za veće mlinove, hidrodinamički ležajevi od bijelog metala jedina su praktična opcija.

1.4 Kriteriji odabira: bijeli metal u odnosu na kotrljajuće tijelo

Dio 2: Teorija hidrodinamičkog podmazivanja — Temelj dizajna ležaja osovine

2.1 Reynoldsova jednadžba i stvaranje uljnog filma

Hidrodinamički uljni film u ležaju osovine nastaje klinastim djelovanjem rotirajućeg rukavca. Dok se rukavac okreće, on povlači ulje u konvergentni razmak između površine rukavca i provrta ležaja. Pritisak koji se stvara u ovom konvergentnom uljnom klinu podržava opterećenje rukavca — to je hidrodinamičko podmazivanje.

Glavna jednadžba za raspodjelu tlaka u uljnom filmu je Reynoldsova jednadžba:

Gdje:

• P = tlak uljnog filma (Pa)

• h = lokalna debljina uljnog filma (m)

• μ = dinamička viskoznost ulja (Pa·s)

• u = površinska brzina osovine (m/s)

• x = obodna koordinata

• z = aksijalna koordinata

Ključni uvid iz Reynoldsove jednadžbe je da je tlak uljnog sloja - a time i kapacitet nosivosti - proporcionalan:

• Viskoznost ulja  μ (veća viskoznost → veći tlak filma → veća nosivost)

• Brzina površine rukavca u (veća brzina → više ulja uvučenog u klin → veći tlak filma)

• Inverz debljine filma h⊃3; (tanji film → veći gradijent tlaka → veća nosivost, ali i veći rizik od pucanja filma)

2.2 Sommerfeldov broj — ključni parametar dizajna

Sommerfeldov broj (S) je bezdimenzionalni parametar koji karakterizira radno stanje hidrodinamičkog ležaja. Kombinira geometriju ležaja, opterećenje, brzinu i viskoznost ulja u jedan broj koji predviđa režim podmazivanja ležaja:

Gdje:

• μ = dinamička viskoznost ulja za podmazivanje na radnoj temperaturi (Pa·s)

• N = brzina vrtnje rukavca (o/s)

• P = opterećenje jedinice ležaja =

(Pa), gdje je W opterećenje ležaja (N), L duljina ležaja (m), a D promjer rukavca (m)

• R = radijus rukavca (m) = D/2

• C = radijalni zazor između rukavca i provrta ležaja (m)

Tumačenje Sommerfeldovog broja:

Za kuglične mlinove i SAG mlinove, projektirani cilj je S ≥ 0,30 u svim normalnim radnim uvjetima. Sommerfeldov broj je najkritičniji pri pokretanju (niski N) i pod uvjetima vršnog opterećenja.

2.3 Izračun minimalne debljine filma

Minimalna debljina uljnog filma u hidrodinamičkom ležaju je:

Gdje je ε omjer ekscentriciteta (omjer pomaka središta rukavca i radijalnog zazora). Za dobro dizajnirani ležaj mlina koji radi u punom hidrodinamičkom režimu:

Za ležaj s radijalnim zazorom od C = 0,5 mm:

Minimalna debljina filma mora premašivati ​​kombiniranu hrapavost površine rukavca i provrta ležaja za faktor sigurnosti od najmanje 3–5:

Gdje je  Λ omjer debljine filma (cilj  Λ ≥3 ), a Ra je hrapavost površine (obično 

= 0,4–0,8 μm,

= 0,8–1,6 μm za Babbitt).

Za

= 0,4 μm i

= 1,0 μm:

Ovaj minimum se lako zadovoljava iznad izračunatom debljinom filma od 150 μm — što potvrđuje da ležaj sigurno radi u punom hidrodinamičkom režimu.

2.4 Specifikacija zazora ležaja

Radijalni zazor

C između rukavca i provrta ležaja jedan je od najkritičnijih dimenzionalnih parametara u dizajnu ležaja s osovinom:

• Premalen: Nedovoljan zazor ograničava protok ulja kroz ležaj, smanjuje hlađenje i povećava rizik od termičkog blokiranja pod opterećenjem

• Prevelik: Prevelik zazor smanjuje pritisak uljnog filma (klin je manje učinkovit u širokom procjepu), povećava ekscentričnost rukavca i uzrokuje vibracije

Preporučeni radijalni zazor za ležajeve glodalice:

Za promjer rukavca od 1200 mm:

Zazor se mora mjeriti pri radnoj temperaturi — toplinsko širenje rukavca (čelik, koeficijent ≈ 12 × 10⁻⁶/°C) smanjuje efektivni zazor kako se mlin zagrijava. Za rukavac od 1200 mm koji radi na 60°C iznad temperature okoline:

Ovo toplinsko širenje troši značajan dio hladnog razmaka — hladni razmak mora biti postavljen dovoljno velik kako bi se osiguralo da topli razmak ostane unutar preporučenog raspona.

Dio 3: Dizajn sustava prisilnog podmazivanja

3.1 Zašto je prisilno podmazivanje neophodno

Bijeli metalni osovinski ležajevi zahtijevaju sustav podmazivanja s prisilnom cirkulacijom ulja - a ne jednostavno uljnu kupku ili podmazivanje mašću. Razlozi su fundamentalni:

1. Uklanjanje topline: Viskozno smicanje uljnog filma stvara toplinu. Za veliki ležaj SAG mlina, stopa stvaranja topline može biti 20-80 kW po ležaju. Ovu toplinu mora ukloniti cirkulirajuće ulje — ulje djeluje i kao mazivo i kao rashladno sredstvo.

2. Kontinuirana opskrba uljem: Hidrodinamički film mora se kontinuirano održavati. Svaki prekid u opskrbi uljem - čak i na nekoliko sekundi pod opterećenjem - uzrokuje kolaps filma i početak kontakta metala s metalom.

3. Filtriranje ulja: Kontaminanti u ulju (čestice trošenja, prašina iz mlina, voda) moraju se kontinuirano uklanjati kako bi se spriječilo oštećenje Babbitt površine i rukavca abrazivom.

3.2 Komponente sustava prisilnog podmazivanja

Potpuni sustav za podmazivanje ležaja osovine sastoji se od:

Rezervoar ulja (karter):

• Kapacitet: obično 500–3000 litara za velike sustave mlinskih osovina

• Materijal: Zavareni čelik s unutarnjim premazom ili oblogom od nehrđajućeg čelika

• Značajke: kontrolno staklo za razinu ulja, senzor temperature, alarm niske razine, odvodni ventil, pristupni otvor za čišćenje

Glavna pumpa za ulje:

• Tip: Zupčasta pumpa (pozitivnog pomaka) — osigurava konstantan protok bez obzira na tlak u sustavu

• Dužnost: Kontinuirani rad kad god mlin radi

• Pripravnost: 100% radna rezervna pumpa s automatskim prebacivanjem u slučaju kvara glavne pumpe — obavezno za velike mlinove

Pumpa visokog pritiska (podizačka):

• Tip: Klipna pumpa — osigurava vrlo visok tlak (10–25 MPa) pri malom protoku

• Funkcija: Podiže rukavac s površine Babbitt tijekom pokretanja ubrizgavanjem ulja pod visokim pritiskom izravno ispod rukavca kroz džep u provrtu ležaja. To sprječava kontakt metala s metalom tijekom kritičnog razdoblja pokretanja prije uspostavljanja hidrodinamičkog filma.

• Rad: automatski se aktivira 2-5 minuta prije pokretanja mlina; deaktivira se kada mlin postigne radnu brzinu i hidrodinamički film je potvrđen stabilizacijom temperature ležaja

Hladnjak ulja:

• Tip: cijevni ili pločasti izmjenjivač topline, vodeno hlađen

• Dužnost: Održavajte temperaturu dovoda ulja na 40–50°C (ulaz u ležaj)

• Kontrola: Termostatski kontrolirani premosni ventil održava konstantnu temperaturu dovoda ulja bez obzira na temperaturu okoline ili opterećenje mlina

Filtriranje ulja:

• Primarni filtar: apsolutna filtracija od 25–50 mikrona — uklanja čestice koje bi mogle zarezati površinu Babbitta

• Sekundarni (fini) filter: 10 mikrona apsolutno — za ležajeve visoke preciznosti

• Magnetski separator: Uklanja čestice željeza iz ulja

• Ciljana čistoća: ISO 4406 klasa 16/14/11 ili bolja za ležajeve osovine mlinova

Instrumentacija i blokade:

Kritična blokada: Ako tlak dovoda ulja padne ispod zadane vrijednosti isključivanja, mlin se mora odmah zaustaviti — ležaj ne može preživjeti više od 10-30 sekundi rada bez dovoda ulja pod punim opterećenjem.

3.3 Odabir ulja za ležajeve osovine

Kritična napomena: NEMOJTE koristiti ulja koja sadrže aditive za ekstremni tlak (EP) ili aditive protiv habanja (AW) u ležajevima od bijelog metala. Spojevi sumpora i fosfora u EP/AW aditivima kemijski reagiraju s kositrom i olovom u Babbitt metalu, uzrokujući korozivni napad na površini ležaja - način kvara koji se često pogrešno dijagnosticira kao mehaničko trošenje.

3.4 Uljni sustav podizanja (visokog tlaka).

Sustav ulja za dizalicu je najkritičnija zaštita za ležaj osovine tijekom pokretanja. Tijekom pokretanja iz mirovanja:

• Kljun leži na Babbittovoj površini (granično podmazivanje — kontakt metal na metal)

• Mlin mora ubrzati od 0 do radne brzine (obično 0,2–0,5 o/min za velike SAG mlinove)

• Hidrodinamički film ne može se uspostaviti sve dok rukavac ne postigne dovoljnu brzinu

Bez ulja za dizalicu, razdoblje pokretanja uključuje kontakt metala na metal između rukavca i Babbitta u trajanju od 30-120 sekundi — što uzrokuje mjerljivo trošenje Babbitta pri svakom pokretanju. Tijekom stotina pokretanja, to se akumulira do značajnog gubitka debljine Babbitta i konačnog kvara ležaja.

Sustav ulja za dizalicu ubrizgava ulje pri 10–25 MPa izravno ispod rukavca kroz namjenski džep u provrtu ležaja. Ovo hidraulički podiže rukavac s Babbittove površine prije početka rotacije, održavajući puni uljni film tijekom sekvence pokretanja.

Specifikacija sustava ulja za podizanje:

Dio 4: Zazor ležaja, poravnanje i ugradnja

4.1 Mjerenje provrta ležaja i provjera zazora

Radijalni zazor između rukavca i provrta ležaja mora se izmjeriti i provjeriti pri ugradnji i pri svakom ponovnom metalu:

Metoda mjerenja — tehnika olovne žice:

1. Postavite mekane žice (promjer nešto veći od očekivanog razmaka) na vrh i dno provrta ležaja, paralelno s osi osovine

2. Sastavite kućište ležaja i zategnite na navedeni moment

3. Rastavite i mikrometrom izmjerite debljinu komprimirane žice

4. Zazor na vrhu = debljina olovne žice na vrhu; zazor na dnu = debljina olovne žice na dnu

5. Dijametalni zazor = gornji zazor + donji zazor

Metoda mjerenja — brojčanik:

Za ugrađene ležajeve, podizanje rukavca (udaljenost na kojoj se rukavac može podići okomito prije nego što dođe u dodir s vrhom provrta ležaja) mjeri se mjeračem s brojčanikom. To je jednako gornjem zazoru, što je otprilike polovica ukupnog dijametralnog zazora.

4.2 Zahtjevi za površinu rukavca osovine

Kvaliteta površine rukavca osovine ključna je za hidrodinamičke performanse ležaja:

Površina rukavca koja je previše hrapava (Ra > 0,8 μm) ostrugat će Babbitt površinu čak i pod punim hidrodinamičkim podmazivanjem — neravnine na površini rukavca povremeno prodiru kroz uljni film i dolaze u kontakt s Babbittom.

4.3 Usmjeravanje ležaja

Neusklađenost između dvaju ležajeva mlina za mljevenje jedan je od primarnih uzroka preranog kvara ležaja. Dvije središnje crte ležaja moraju biti koaksijalne unutar:

Za rukavac od 1200 mm u ležaju duljine 1500 mm:

Neusklađenost uzrokuje kretanje rukavca pod kutom unutar provrta ležaja, koncentrirajući opterećenje na jednom kraju ležaja i stvarajući nejednoliku raspodjelu tlaka preko Babbittove površine. Rezultat je ubrzano trošenje na opterećenom kraju i eventualno Babbittovo pucanje od zamora.

Dio 5: Analiza načina kvara ležaja osovine

5.1 Zamor babita (pukotine i raslojavanje)

Izgled: Pukotine u Babbitt sloju, obično idu paralelno s osi ležaja ili u obliku mreže. U uznapredovalim slučajevima, dijelovi Babbitta odvajaju se od potporne ljuske i cirkuliraju u uljnom sustavu (otkriveno analizom ulja ili pregledom filtra).

Glavni uzroci:

• Tlak ležajne jedinice prelazi dopuštenu granicu (> 7 MPa): Preopterećenje ležaja iznad Babbittove granice zamora uzrokuje cikličko naprezanje u Babbittovom sloju koje inicira pukotine. Najčešće uzrokovano preopterećenjem mlina (pretjerano punjenje medija za mljevenje) ili preraspodjelom opterećenja od slijeganja temelja.

• Defekti Babbitt vezivanja: Loše spajanje između Babbitt sloja i potporne ljuske stvara koncentracije naprezanja na sučelju koje iniciraju raslojavanje pod cikličkim opterećenjem. Uzrokovano neadekvatnom pripremom površine potporne ljuske prije ponovnog metaliranja.

• Toplinski zamor: Ponovljeni ciklusi pokretanja i gašenja stvaraju toplinsko naprezanje u Babbitt sloju (Babitt se širi i skuplja više od čelične podloge zbog višeg koeficijenta toplinskog širenja).

Korektivna radnja:

• Provjerite da težina punjenja mlina ne premašuje predviđenu — provjerite razinu medija za mljevenje i gustoću rude

• Obavite analizu ulja i inspekciju filtra kako biste otkrili Babbittove čestice prije katastrofalnog kvara

• Prilikom sljedećeg isključivanja pregledajte Babbitt površinu vizualnim pregledom i testiranjem penetrantom boje (PT)

• Ako pukotine pokrivaju > 10% površine ležaja, zakažite ponovnu metalizaciju za sljedeći planirani period održavanja

5.2 Dnevnik bodovanja (brisanje)

Izgled: uzdužne ogrebotine ili mrlje na površini rukavca i odgovarajuće oštećenje površine Babbitt. U teškim slučajevima, Babbitt se razmazuje i redistribuira duž časopisa.

Glavni uzroci:

• Sakupljanje uljnog filma tijekom rada: uzrokovano kvarom u dovodu ulja (kvar pumpe, začepljenje cijevi, premosnica filtera), preniskom viskoznošću ulja (pregrijavanje ulja ili neodgovarajuće kvalitete) ili opterećenjem ležaja koje premašuje kapacitet hidrodinamičkog filma.

• Pokretanje bez ulja za dizalicu: kontakt metala s metalom tijekom pokretanja bez aktiviranog sustava ulja za dizalicu uzrokuje brisanje površine Babbitt. Svaki nezaštićeni početak uklanja mjerljivu debljinu Babbitta.

• Ulazak onečišćenja: Tvrde čestice (mlinski kamenac, silicij) u ulju koje su veće od debljine uljnog filma prodiru kroz film i zarezuju i rukavac i Babbittove površine.

Korektivna radnja:

• Provjerite je li sustav za podizanje ulja funkcionalan i aktiviran prije svakog pokretanja mlina — o tome se ne može pregovarati

• Provjerite temperaturu dovoda ulja, tlak i brzinu protoka prema projektnim specifikacijama

• Nadogradite filtraciju ulja na 10 mikrona apsolutno ako se sumnja na kontaminaciju

• Pregledajte površinu časopisa pri sljedećem gašenju — manje brazde (Ra < 1,6 μm) mogu se polirati na licu mjesta; jako zarezovanje zahtijeva uklanjanje rukavca i ponovno brušenje

5.3 Korozivni napad na Babbitt

Izgled: Rupičasta i nagrizana površina Babbitta, često tamna ili obojena. Udubine su raspoređene po površini ležaja, a ne koncentrirane na određenom mjestu (po čemu se razlikuju od pucanja uslijed zamora, koje je lokalizirano).

Glavni uzroci:

• EP/AW aditivi u ulju: spojevi sumpora i fosfora pod ekstremnim tlakom ili aditivi protiv trošenja reagiraju s kositrom i olovom u Babbittu, uzrokujući kemijsku koroziju površine ležaja. Ovo je najčešći uzrok korozivnog napada u ležajevima osovine mlina — događa se kada se promijeni specifikacija ulja bez provjere kompatibilnosti s Babbittom.

• Kontaminacija vodom: Voda u ulju (iz curenja rashladne vode ili kondenzacije) uzrokuje oksidaciju olovne komponente u Babbittu, stvarajući olovni oksid koji je tvrđi od Babbittove matrice i uzrokuje abrazivno trošenje.

• Kisela razgradnja ulja: Jako degradirano ulje (visoki kiselinski broj) kemijski napada površinu Babbitta.

Korektivna radnja:

• Odmah promijenite na čisto R&O (inhibirano rđu i oksidaciju) mineralno ulje bez EP ili AW aditiva

• Isperite cijeli sustav podmazivanja čistim uljem prije ponovnog punjenja

• Provjerite curi li rashladna voda u hladnjaku ulja — izvršite tlačni test na hladnjaku

• Provedite redovitu analizu ulja (minimalno tromjesečno) uključujući kiselinski broj, sadržaj vode i spektrometrijsku analizu metala

5.4 Pregrijavanje ležaja

Izgled: Temperatura metala ležaja prelazi 80°C (postavljena vrijednost okretanja). Temperatura dovoda ulja raste. U teškim slučajevima, Babbitt se lokalno topi (talište Babbitta: baza kositra ≈ 240°C; baza olova ≈ 180°C) i rastaljeni metal se izbacuje iz ležaja.

Glavni uzroci:

• Nedovoljan protok ulja: Protok ulja ispod predviđenog smanjuje i podmazivanje i hlađenje. Uzrokovano istrošenošću pumpe, začepljenim filterima ili djelomično zatvorenim izolacijskim ventilima.

• Zaprljanje hladnjaka ulja: nakupljanje kamenca na strani rashladne vode hladnjaka ulja smanjuje prijenos topline, uzrokujući porast temperature dovoda ulja.

• Prevelika zračnost ležaja: Istrošeni ležaj s prekomjernom zračnošću dopušta rukavcu da radi s visokim ekscentričnostima, smanjujući debljinu uljnog filma i povećavajući stvaranje viskozne topline.

• Preopterećenje mlina: Prekomjerni medij za mljevenje ili punjenje rude povećava opterećenje ležaja iznad projektiranog, povećavajući stvaranje topline u uljnom filmu.

Korektivna radnja:

• Provjerite brzinu protoka ulja u skladu s projektnom specifikacijom — očistite ili zamijenite filtre, provjerite učinak pumpe

• Očistite hladnjak ulja (vodena strana) — uklonite kamenac ako je potrebno

• Izmjerite zazor ležaja — ako zazor premašuje 1,5× projektiranu vrijednost, zakažite ponovno metaliziranje

• Provjerite je li težina punjenja mlina unutar projektiranih granica

5.5 Vibracije i nestabilnost ležaja (uljni vrtlog)

Izgled: Sub-sinkrone vibracije na približno 0,4–0,48× rotacijske frekvencije. Amplituda vibracija raste s brzinom i može postati samoodrživa (uljni bič) pri većim brzinama.

Glavni uzroci:

• Uljni vrtlog: Hidrodinamička nestabilnost koja se javlja kada središte rukavca kruži oko središta ležaja približno upola manjom brzinom vrtnje. Uzrokovano nedovoljnim opterećenjem ležaja u odnosu na nosivost ležaja — rukavac 'lebdi' u središtu ležaja umjesto da ga teret gura u jednu stranu.

• Prevelika zračnost ležaja: Istrošeni ležajevi s prekomjernom zračnošću osjetljiviji su na nestabilnost vrtloženja ulja.

• Nizak tlak jedinice ležaja: Lako opterećeni ležajevi (tlak jedinice < 0,5 MPa) skloni su vrtloženju ulja.

Korektivna radnja:

• Za ležajeve osovine mlinova vrtloženje ulja nije uobičajeno zbog vrlo velikih opterećenja ležaja — ako se dogodi, provjerite je li ležaj stvarno opterećen (provjerite slijeganje temelja koje je možda smanjilo opterećenje na jednom ležaju)

• Razmotrite predopterećeni dizajn ležaja ili ležaj s ne-kružnim profilom provrta (provrt limuna, provrt s tri režnja) koji pruža inherentnu stabilnost

• Izmjerite i ispravite zazor ležaja ako je prevelik

Često postavljana pitanja

P1: Koja je razlika između bijelog metala (Babbitt) i kotrljajućih ležajeva za osovine kugličnih mlinova?

Hidrodinamički ležajevi od bijelog metala (Babbitt) rade na stlačenom uljnom filmu koji potpuno odvaja rukavac od površine ležaja — pod punim hidrodinamičkim podmazivanjem nema kontakta metala s metalom i praktički nema trošenja. Oni su standard za velike mlinove (> 3,0 m promjera) jer mogu primiti vrlo velike rukavce promjera (do 2000 mm+) bez praktičnog ograničenja veličine. Ležajevi kotrljajućih elemenata (sferični valjkasti ležajevi) koriste kotrljajući kontakt i jednostavniji su za održavanje, ali su ograničeni na približno 1100 mm promjera provrta i imaju manju toleranciju udarnog opterećenja. Za velike SAG i kuglaste mlinove u rudarstvu i cementu, hidrodinamički ležajevi od bijelog metala jedini su praktični izbor.

P2: Za koji bi Sommerfeldov broj trebao biti projektiran ležaj glodalice?

Projektirani cilj za kontinuirani rad je S ≥ 0,30 — ovo osigurava potpuno hidrodinamičko podmazivanje bez kontakta metala s metalom. Pri S < 0,05 dolazi do pucanja uljnog filma i počinje granično podmazivanje (metalni kontakt) — to je opasno i ne smije se dogoditi tijekom normalnog rada. Sommerfeldov broj je najkritičniji pri pokretanju (mala brzina N) i pod vršnim opterećenjem. Sustav ulja za podizanje je posebno dizajniran za zaštitu ležaja tijekom pokretanja kada je Sommerfeldov broj ispod hidrodinamičkog praga.

P3: Zašto se moraju izbjegavati EP (ekstremni tlak) aditivi u ulju za ležajeve osovina?

EP i AW (protiv habanja) aditivi sadrže spojeve sumpora i fosfora koji kemijski reagiraju s kositrom i olovom u Babbitt metalu, uzrokujući korozivno stvaranje rupa na površini ležaja. Ovaj korozivni napad često se pogrešno dijagnosticira kao mehaničko trošenje. Ispravna specifikacija ulja za ležajeve osovine od bijelog metala je čisto R&O (spriječeno hrđe i oksidacije) mineralno ulje, ISO VG 100–220 ovisno o izračunu Sommerfeldovog broja, bez EP ili AW aditiva. Uvijek provjerite kompatibilnost ulja s Babbittom prije promjene marki ili kvaliteta ulja. 

P4: Koliko često treba aktivirati sustav ulja za podizanje?

Sustav ulja za podizanje mora se aktivirati prije svakog pokretanja mlina — bez iznimke. Svako nezaštićeno pokretanje (bez ulja za dizalicu) uzrokuje mjerljivo trošenje Babbitta od kontakta metala s metalom tijekom perioda pokretanja. Tijekom stotina pokretanja, to se akumulira do značajnog gubitka debljine Babbitta. Uljni sustav dizalice trebao bi se aktivirati 2-5 minuta prije naredbe za pokretanje mlina i automatski deaktivirati kada mlin dosegne 50-70% radne brzine. Provjerite je li tlak ulja dizalice unutar specifikacije (10–25 MPa) prije svakog pokretanja.

P5: Koji je ispravan radijalni zazor za osovinski ležaj kugličnog mlina?

Preporučeni radijalni zazor je 0,001 do 0,0015 × promjer rukavca. Za rukavac od 1200 mm, to daje radijalni razmak od 1,2–1,8 mm. Hladni razmak mora biti postavljen veći od ciljnog razmaka u vrućem stanju kako bi se uzela u obzir toplinska ekspanzija rukavca — za čelični rukavac od 1200 mm koji radi na 60°C iznad temperature okoline, toplinska ekspanzija smanjuje zazor za približno 0,86 mm. Izmjerite zazor pomoću tehnike olovne žice prilikom postavljanja i nakon svakog ponovnog metala. Ako izmjereni zazor premašuje 1,5× projektnu vrijednost, zakažite ponovno metaliziranje.

P6: Kako mogu otkriti Babbittov zamor prije katastrofalnog kvara?

Najučinkovitije metode ranog upozorenja su: (1) Analiza ulja — spektrometrijska analiza detektira čestice kositra i olova u ulju od trošenja Babbitta prije nego što dođe do vidljivih oštećenja; raspored kvartalne analize ulja minimum; (2) Provjera filtra — pregledajte element filtra ulja pri svakoj izmjeni filtra na metalne čestice; Čestice babita su meke i srebrnaste; (3) Praćenje vibracija — akcelerometri na kućištu ležaja otkrivaju promjene u potpisu vibracija kako se stanje Babbittove površine pogoršava; (4) Kretanje temperature ležaja — postupni porast temperature metala ležaja tjednima ukazuje na povećanje trenja zbog degradacije Babbittove površine.

Yile strojevi: prilagođeni ležajevi i komponente mlina

Yile Machinery isporučuje prilagođene komponente ležajnih osovina, školjke ležaja i pripadajuću opremu za mljevenje za kuglične mlinove, SAG mlinove, štapne mlinove i rotacijske peći u cementu, rudarstvu i obradi minerala.

Naše mogućnosti opskrbe ležajevima:

• Kućišta ležaja obložena babitom: Babbitt na bazi kositra (razred 1 i stupanj 2) i Babbitt na bazi olova; promjer školjke od 400 mm do 2000 mm; precizno izbušeno do ±0,01 mm nakon ponovnog metaliranja

• Nosivi ležajevi: Lijevano željezo ili čelik; precizno obrađeni provrt i OD; džep za ulje strojno obrađen prema specifikaciji

• Ručni rukavci (krajevi osovine): kovani čelik od legure 42CrMo4; mljeveno na Ra ≤ 0,4 μm; kaljena na 200–300 HB

• Kućišta ležaja: lijevani ili izrađeni čelik; precizno izbušeno; priključci za ulaz/izlaz ulja; priključci senzora temperature

• Usluga ponovnog metala: Kompletno uklanjanje Babbitta, priprema površine i usluga ponovnog oblaganja za istrošene ili oštećene školjke ležaja

• Tehnička dokumentacija: proračun Sommerfeldovog broja; provjera minimalne debljine filma; specifikacija zazora ležaja; pregled dizajna uljnog sustava

Povezani proizvodi i tehnički resursi:

• Rješenja za rudarstvo i cementnu industriju — kompletna opskrba komponentama za kuglaste mlinove, SAG mlinove i rotacijske peći

• Vodič za gume i potporne valjke rotacijske peći — Hertzov kontaktni stres i metodologija poravnanja za potporne sustave peći

• Rolling Mill Rolls: Work Roll & Backup Roll Guide — odabir vratnog ležaja valjka i kontaktno naprezanje za aplikacije u valjaonici

• Vodič za odabir industrijskog spiralnog i konusno spiralnog mjenjača — odabir pogonskog mjenjača glodalice i metodologija servisnog faktora

• Vodič za odabir remenice transportne trake — dizajn vratila i specifikacija ležaja za remenice transportne trake

• Prilagođeni otkovci — vratila, prazni zupčanici i otkivci prstenova — kovani rukavci i komponente ležaja

• Osovine od kovanog u odnosu na lijevani čelik za drobilice — referenca procesa kovanja i odabira materijala

• Rješenja za obradu čelika i metala — komponente mlina za opremu za mljevenje čeličane

Da biste dobili ponudu, navedite:

• ✅ Vrsta mlina (kuglični mlin / SAG mlin / štapni mlin) i promjer mlina × duljina

• ✅ Promjer i duljina rukavca (mm)

• ✅ Opterećenje ležaja po osovini (kN) ili ukupna težina mlina

• ✅ Radna brzina mlina (rpm)

• ✅ Postojeće dimenzije ljuske ležaja (OD, ID, duljina) ili crtež

• ✅ Potreban babit razred (kositrena baza 1. stupanj / 2. stupanj / olovna baza)

• ✅ Potreban zazor ležaja (ili OEM specifikacija)

• ✅ Količina i traženi rok isporuke

• ✅ Istrošena ili oštećena školjka ležaja dostupna za obrnuti inženjering

Email: jasmine@yileindustry.com

Pošaljite zahtjev za ponudu: www.yilemachinery.com/contactus.html

Izračun Sommerfeld broja i pregled dizajna uljnog sustava isporučuju se uz svaku narudžbu ležajeva. Obrat premetanja: 2–4 tjedna za standardne veličine.

Povezani tehnički resursi

• Guma rotacijske peći i potporni valjak: kontaktno naprezanje, migracija gume i vodič za poravnanje

• Odabir pomoćnog valjka transportne trake: CEMA serija, nosivost i vodič za vijek trajanja ležaja

• Odabir remenice transportne trake: dizajn osovine, zatezanje remena i vodič za zaostajanje

• Valjci valjaonice: Vodič za odabir materijala za radnu i pomoćnu rolu

• Vodič za odabir industrijskog spiralnog i konusno spiralnog mjenjača

• Prilagođeni otkovci — prazni zupčanici, otkivci prstenova i osovine

• Rješenja za rudarstvo i cementnu industriju