Kogelmolentaplager: witmetaal (Babbitt) versus rollend element, hydrodynamische smering en gids voor storingsmodi

Een kogelmolen of SAG-molen in een cement- of mineraalverwerkingsfabriek kan 1.000 à 5.000 ton wegen wanneer deze volledig is gevuld met maalmedia en erts. Deze gehele roterende massa wordt op twee punten ondersteund: de taplagers aan het invoer- en afvoereinde van de molen. In een grote SAG-molen kan elk taplager een statische radiale belasting van 3.000–8.000 kN dragen op een astapdiameter van 800–1.800 mm. Het lager dat deze belasting ondersteunt, is geen standaard wentellager uit een catalogus; het is een nauwkeurig ontworpen hydrodynamisch witmetaallager (Babbitt), dat werkt op een dunne film olie onder druk die doorgaans slechts 50-150 micron dik is. Wanneer deze oliefilm intact is, loopt het lager voor onbepaalde tijd en vrijwel zonder slijtage. Wanneer de film kapot gaat – bij het opstarten, tijdens een storing in de olietoevoer of bij overbelasting – vindt er binnen milliseconden metaal-op-metaal contact plaats, en de zachte Babbitt-voering offert zichzelf op om de astap te beschermen. Eén defect aan een taplager in een grote SAG-fabriek kan 2 tot 5 miljoen dollar kosten aan productieverlies, asreparatie en hermetallisering van de lagers.

Deze gids biedt het volledige technische raamwerk voor het selecteren, specificeren en onderhouden van taplagers van kogelmolens en maalmolens - en behandelt de fundamentele keuze tussen witmetaal- (Babbitt) en wentellagers, de hydrodynamische smeertheorie en het Sommerfeld-getal, het ontwerp van het geforceerde smeersysteem, de specificatie van de lagerspeling en de faalwijzen die het gevolg zijn van onjuiste specificaties of tekortkomingen van het smeersysteem.

Deel 1: Typen taplagers - Wit metaal versus rollend element

1.1 De fundamentele keuze

Er worden twee lagertechnologieën gebruikt voor de ondersteuning van de tap van de maalmolen:

Witmetalen (Babbitt) hydrodynamische lagers - de dominante technologie voor grote molens (schaaldiameter> 3,0 m). De tappen draaien in een met precisie geboorde lagerschaal bekleed met Babbitt-metaal. Een oliefilm onder druk scheidt het journaal van het Babbitt-oppervlak onder normale bedrijfsomstandigheden.

Wentellagers (toenlagers) — gebruikt voor kleinere molens (schaaldiameter < 3,0 m) en voor molens waar de eenvoud van het onderhoud van wentellagers prioriteit krijgt boven het uiteindelijke draagvermogen van hydrodynamische lagers.

1.2 Witmetaal (Babbitt) lagertechnologie

Witmetalen lagers maken gebruik van een laag Babbitt-legering gebonden aan een stalen of gietijzeren steunschaal. De Babbitt-laag – doorgaans 3–12 mm dik – vormt het eigenlijke lageroppervlak dat in contact komt met de oliefilm.

Babbitt-legeringssamenstellingen:

Voor kogelmolen- en SAG-molentaplagers is Babbitt op tinbasis (klasse 2) de standaardspecificatie; deze biedt de beste combinatie van vermoeiingssterkte, corrosieweerstand en inbedbaarheid (het vermogen om kleine verontreinigende deeltjes te absorberen zonder de astap te beschadigen).

Belangrijkste eigenschappen van Babbitt als lagermateriaal:

• Opofferingsslijtage: Babbitt is zachter dan de astap (typisch 20–30 HB versus 200–300 HB voor de geharde astap). Bij metaal-op-metaal contact slijt de Babbitt bij voorkeur, waardoor de veel duurdere astap wordt beschermd tegen beschadiging.

• Inbedbaarheid: De zachte Babbitt-matrix kan kleine harde deeltjes (walshuid, stof, slijtageresten) inbedden die het lager binnendringen, waardoor wordt voorkomen dat ze het oppervlak van de tap beschadigen.

• Vervormbaarheid: Babbitt kan onder belasting enigszins vervormen om zich aan te passen aan een kleine verkeerde uitlijning tussen de lagerboring en de tap, waardoor de belasting gelijkmatiger wordt verdeeld dan een stijf lagermateriaal.

• Vermoeiingsgrens: De belangrijkste beperking van Babbitt is de vermoeiingssterkte; onder cyclische belasting kan de Babbitt-laag barsten en loskomen van de achterkant. De toegestane lagerdruk voor Babbitt op tinbasis is doorgaans 3,5–7,0 MPa voor continu gebruik.

1.3 Rollagers voor freestappen

Voor kleinere maalmolens zijn tonlagers de standaard wentellagers voor de tapondersteuning. Er wordt gekozen voor tonlagers omdat:

• Hun zelfuitlijnend vermogen (tot ±2,5° verkeerde uitlijning) vangt de asdoorbuiging en funderingszetting op die optreedt bij maalmoleninstallaties

• Hun hoge radiale draagvermogen in verhouding tot de boringdiameter

• Hun vermogen om gecombineerde radiale en axiale belastingen te dragen

De beperking van wentellagers voor grote molentappen is de beschikbare boringgrootte; standaard tonlagers zijn beschikbaar tot een boringdiameter van ongeveer 1.250 mm, wat hun toepassing beperkt tot molens met een taptapdiameter van minder dan ongeveer 1.100 mm. Voor grotere molens zijn hydrodynamische witmetalen lagers de enige praktische optie.

1.4 Selectiecriteria: wit metaal versus rollend element

Deel 2: Hydrodynamische smeertheorie — De basis van het ontwerp van taplagers

2.1 De Reynolds-vergelijking en oliefilmvorming

De hydrodynamische oliefilm in een taplager wordt gegenereerd door de wigwerking van de roterende tap. Terwijl de tap draait, sleept deze olie naar de convergerende opening tussen het tapoppervlak en de lagerboring. De druk die zich opbouwt in deze convergerende oliewig ondersteunt de astapbelasting – dit is hydrodynamische smering.

De leidende vergelijking voor de drukverdeling in de oliefilm is de Reynolds-vergelijking:

Waar:

• P = oliefilmdruk (Pa)

• h = lokale oliefilmdikte (m)

• μ = dynamische viscositeit van de olie (Pa·s)

• u = oppervlaktesnelheid van het dagboek (m/s)

• x = omtrekcoördinaat

• z = axiale coördinaat

Het belangrijkste inzicht uit de Reynolds-vergelijking is dat de oliefilmdruk – en dus het draagvermogen – evenredig is met:

• De olieviscositeit  μ (hogere viscositeit → hogere filmdruk → hoger draagvermogen)

• De oppervlaktesnelheid van het journaal u (hogere snelheid → meer olie wordt in de wig gesleept → hogere filmdruk)

• Het omgekeerde van de filmdikte h⊃3; (dunnere film → hogere drukgradiënt → hoger draagvermogen, maar ook hoger risico op filmbreuk)

2.2 Het Sommerfeldgetal — De belangrijkste ontwerpparameter

Het Sommerfeldgetal (S) is de dimensieloze parameter die de bedrijfstoestand van een hydrodynamisch lager karakteriseert. Het combineert de lagergeometrie, belasting, snelheid en olieviscositeit in één enkel getal dat het smeerregime van het lager voorspelt:

Waar:

• μ = dynamische viscositeit van de smeerolie bij bedrijfstemperatuur (Pa·s)

• N = rotatiesnelheid van het journaal (omw/s)

• P = lagereenheidsbelasting =

(Pa), waarbij W de lagerbelasting (N) is, L de lagerlengte (m) en D de tapdiameter (m) is

• R = tapradius (m) =D/2

• C = radiale speling tussen tap en lagerboring (m)

Interpretatie van het Sommerfeldgetal:

Voor kogelmolen- en SAG-taplagers is het ontwerpdoel S ≥ 0,30 onder alle normale bedrijfsomstandigheden. Het Sommerfeld-getal is het meest kritisch bij het opstarten (lage N) en onder piekbelastingsomstandigheden.

2.3 Berekening van de minimale filmdikte

De minimale oliefilmdikte in een hydrodynamisch lager is:

Waarbij ε de excentriciteitsverhouding is (de verhouding tussen de offset van het astapmidden en de radiale speling). Voor een goed ontworpen molentaplager dat in het volledige hydrodynamische regime werkt:

Voor een lager met een radiale speling van C = 0,5 mm:

De minimale filmdikte moet de gecombineerde oppervlakteruwheid van de tap en de lagerboring overschrijden met een veiligheidsfactor van minimaal 3–5:

Waar  Λ de filmdikteverhouding is (doel  Λ ≥3 ) en Ra de oppervlakteruwheid is (meestal 

= 0,4–0,8 μm,

= 0,8–1,6 μm voor Babbitt).

Voor

= 0,4 μm en

= 1,0 μm:

Aan dit minimum wordt gemakkelijk voldaan door de hierboven berekende filmdikte van 150 μm, wat bevestigt dat het lager veilig functioneert in het volledige hydrodynamische regime.

2.4 Specificatie lagerspeling

De radiale speling

C tussen de astap en de lagerboring is een van de meest kritische maatparameters bij het ontwerp van taplagers:

• Te klein: onvoldoende speling beperkt de oliestroom door het lager, vermindert de koeling en verhoogt het risico op thermische vastlopen onder belasting

• Te groot: een te grote speling vermindert de oliefilmdruk (de wigwerking is minder effectief in een grote opening), verhoogt de excentriciteit van de tap en veroorzaakt trillingen

Aanbevolen radiale speling voor molentaplagers:

Voor een astapdiameter van 1.200 mm:

De speling moet worden gemeten bij bedrijfstemperatuur; thermische uitzetting van de tap (staal, coëfficiënt ≈ 12 × 10⁻⁶/°C) vermindert de effectieve speling naarmate de molen opwarmt. Voor een astap van 1200 mm die draait bij 60°C boven de omgevingstemperatuur:

Deze thermische uitzetting neemt een aanzienlijk deel van de koude ruimte in beslag; de koude ruimte moet groot genoeg worden ingesteld om ervoor te zorgen dat de warme ruimte binnen het aanbevolen bereik blijft.

Deel 3: Ontwerp van geforceerd smeersysteem

3.1 Waarom geforceerde smering essentieel is

Witmetalen taplagers vereisen een smeersysteem met geforceerde oliecirculatie - geen eenvoudige oliebad- of vetsmering. De redenen zijn fundamenteel:

1. Warmteafvoer: De stroperige afschuiving van de oliefilm genereert warmte. Voor een groot SAG-taplager kan de warmteopwekkingssnelheid 20-80 kW per lager bedragen. Deze warmte moet worden afgevoerd door de circulerende olie; de ​​olie werkt zowel als smeermiddel als als koelmiddel.

2. Continue olietoevoer: De hydrodynamische film moet continu in stand worden gehouden. Elke onderbreking in de olietoevoer – zelfs voor een paar seconden onder belasting – zorgt ervoor dat de film instort en er metaal-op-metaal contact ontstaat.

3. Oliefiltratie: Verontreinigingen in de olie (slijtagedeeltjes, molenstof, water) moeten continu worden verwijderd om schurende schade aan het Babbitt-oppervlak en de tap te voorkomen.

3.2 Onderdelen van het geforceerde smeersysteem

Een compleet smeersysteem voor taplagers bestaat uit:

Oliereservoir (carter):

• Capaciteit: Typisch 500–3.000 liter voor grote molentapsystemen

• Materiaal: Gelast staal met interne coating of roestvrijstalen voering

• Kenmerken: Kijkglas voor oliepeil, temperatuursensor, alarm voor laag niveau, aftapkraan, toegang tot mangat voor reiniging

Hoofdoliepomp:

• Type: Tandwielpomp (verdringerpomp) — zorgt voor een constante stroom, ongeacht de systeemdruk

• Duty: Continu bedrijf wanneer de molen draait

• Stand-by: een stand-bypomp die 100% in bedrijf is en automatisch overschakelt bij uitval van de hoofdpomp — verplicht voor grote fabrieken

Hogedruk(vijzel)pomp:

• Type: Zuigerpomp — levert een zeer hoge druk (10–25 MPa) bij een laag debiet

• Functie: Tilt de tap van het Babbitt-oppervlak tijdens het opstarten door hogedrukolie direct onder de tap te injecteren via een zak in de lagerboring. Dit voorkomt metaal-op-metaal contact tijdens de kritische opstartperiode voordat de hydrodynamische film is ontstaan.

• Werking: automatisch geactiveerd 2–5 minuten vóór de start van de molen; gedeactiveerd wanneer de molen de bedrijfssnelheid bereikt en de hydrodynamische film wordt bevestigd door stabilisatie van de lagertemperatuur

Oliekoeler:

• Type: Shell-and-tube- of platenwarmtewisselaar, watergekoeld

• Taak: Handhaaf de olietoevoertemperatuur op 40–50°C (inlaat naar lager)

• Controle: Thermostatisch geregelde bypassklep handhaaft een constante olietoevoertemperatuur, ongeacht de omgevingstemperatuur of molenbelasting

Oliefiltratie:

• Primair filter: absolute filtratie van 25–50 micron — verwijdert deeltjes die het Babbitt-oppervlak zouden kunnen beschadigen

• Secundair (fijn) filter: 10 micron absoluut — voor uiterst nauwkeurige lagers

• Magnetische afscheider: Verwijdert ferro-slijtagedeeltjes uit de olie

• Doelzuiverheid: ISO 4406 Klasse 16/14/11 of beter voor molentaplagers

Instrumentatie en vergrendelingen:

Kritieke vergrendeling: Als de olietoevoerdruk onder het uitschakelinstelpunt zakt, moet de molen onmiddellijk worden gestopt; het lager kan niet langer dan 10-30 seconden in bedrijf blijven zonder olietoevoer onder volledige belasting.

3.3 Olieselectie voor taplagers

Kritische opmerking: Gebruik GEEN oliën die extreme druk (EP) of anti-slijtage (AW) additieven bevatten in witmetalen taplagers. De zwavel- en fosforverbindingen in EP/AW-additieven reageren chemisch met het tin en lood in Babbitt-metaal, waardoor corrosieve aantasting van het lageroppervlak ontstaat - een storingsmodus die vaak ten onrechte wordt gediagnosticeerd als mechanische slijtage.

3.4 Opvijzelen (hogedruk)oliesysteem

Het vijzeloliesysteem is de meest kritische bescherming voor het taplager tijdens het opstarten. Tijdens het opstarten vanuit rust:

• De astap rust op het Babbitt-oppervlak (grenssmering - metaal-op-metaal contact)

• De molen moet accelereren van 0 naar bedrijfssnelheid (typisch 0,2–0,5 tpm voor grote SAG-molens)

• De hydrodynamische film kan zich pas vestigen als het journaal voldoende snelheid bereikt

Zonder vijzelolie omvat de opstartperiode metaal-op-metaal contact tussen de astap en Babbitt gedurende 30-120 seconden, wat bij elke start meetbare Babbitt-slijtage veroorzaakt. Na honderden starts stapelt dit zich op tot aanzienlijk Babbitt-dikteverlies en uiteindelijk falen van de lagers.

Het vijzeloliesysteem injecteert olie met een druk van 10–25 MPa direct onder de tap via een speciale zak in de lagerboring. Hierdoor wordt de tap hydraulisch van het Babbitt-oppervlak getild voordat de rotatie begint, waardoor een volledige oliefilm tijdens de opstartprocedure behouden blijft.

Specificatie van het vijzeloliesysteem:

Deel 4: Lagerspeling, uitlijning en installatie

4.1 Lagerboring meten en spelingverificatie

De radiale speling tussen de tap en de lagerboring moet bij installatie en bij elke hermetallisering worden gemeten en gecontroleerd:

Meetmethode — looddraadtechniek:

1. Plaats zachte aansluitdraden (diameter iets groter dan de verwachte speling) aan de boven- en onderkant van de lagerboring, parallel aan de as-as

2. Monteer het lagerhuis en draai het vast met het voorgeschreven aanhaalmoment

3. Demonteer en meet de dikte van de gecomprimeerde geleidingsdraad met een micrometer

4. De speling bovenaan = dikte van de draaddraad bovenaan; speling onderaan = dikte van de draaddraad onderaan

5. De diametrale speling = bovenspeling + onderspeling

Meetmethode — meetklok:

Voor geïnstalleerde lagers wordt de astaplift (de afstand die de astap verticaal kan worden opgetild voordat deze de bovenkant van de lagerboring raakt) gemeten met een meetklok. Dit is gelijk aan de bovenspeling, die ongeveer de helft is van de totale diametrale speling.

4.2 Oppervlaktevereisten voor astappen

De oppervlaktekwaliteit van de astap is van cruciaal belang voor de hydrodynamische lagerprestaties:

Een te ruw astapoppervlak (Ra > 0,8 μm) zal het Babbitt-oppervlak afslijten, zelfs onder volledige hydrodynamische smering - de oneffenheden op het astapoppervlak dringen periodiek de oliefilm binnen en komen in contact met de Babbitt.

4.3 Lageruitlijning

Een verkeerde uitlijning tussen de twee taplagers van een maalmolen is een van de belangrijkste oorzaken van vroegtijdig falen van lagers. De twee lagerhartlijnen moeten coaxiaal zijn binnen:

Voor een tap van 1.200 mm in een lager van 1.500 mm:

Een verkeerde uitlijning zorgt ervoor dat de tap onder een hoek in de lagerboring loopt, waardoor de belasting op één uiteinde van het lager wordt geconcentreerd en een niet-uniforme drukverdeling over het Babbitt-oppervlak ontstaat. Het resultaat is versnelde slijtage aan het belaste uiteinde en uiteindelijk Babbitt-vermoeiingsscheuren.

Deel 5: Analyse van de storingsmodus van taplagers

5.1 Babbitt-vermoeidheid (scheuren en delaminatie)

Uiterlijk: Scheuren in de Babbitt-laag, meestal parallel aan de lageras of in een netwerkpatroon. In vergevorderde gevallen delamineren gedeelten van Babbitt van de achterkant en circuleren in het oliesysteem (gedetecteerd door olieanalyse of filterinspectie).

Oorzaken:

• Druk van de lagereenheid overschrijdt de toegestane limiet (> 7 MPa): Overbelasting van het lager voorbij de Babbitt-vermoeidheidslimiet veroorzaakt cyclische spanning in de Babbitt-laag die scheuren veroorzaakt. Meestal veroorzaakt door overbelasting van de molen (overmatige lading maalmedia) of door herverdeling van de belasting door zettingen van de fundering.

• Babbitt-hechtingsdefecten: Een slechte hechting tussen de Babbitt-laag en de steunlaag creëert spanningsconcentraties op het grensvlak die delaminatie initiëren onder cyclische belasting. Veroorzaakt door onvoldoende voorbereiding van het oppervlak van de steunschaal voordat deze opnieuw wordt gemetalliseerd.

• Thermische vermoeidheid: Herhaalde opstart- en uitschakelcycli veroorzaken thermische spanning in de Babbitt-laag (de Babbitt zet uit en trekt meer samen dan de stalen achterkant vanwege de hogere thermische uitzettingscoëfficiënt).

Corrigerende actie:

• Controleer of het vulgewicht van de molen het ontwerp niet overschrijdt; controleer het niveau van de maalmedia en de ertsdichtheid

• Voer olieanalyses en filterinspecties uit om Babbitt-deeltjes te detecteren voordat catastrofale storingen optreden

• Inspecteer bij de volgende uitschakeling het Babbitt-oppervlak door visueel onderzoek en kleurpenetratietesten (PT)

• Als de scheurtjes meer dan 10% van het lageroppervlak beslaan, plan dan het opnieuw metalliseren in het volgende geplande onderhoudsvenster

5.2 Journaalscores (wissen)

Uiterlijk: krassen of vegen in de lengterichting op het oppervlak van het dagboek en overeenkomstige schade aan het Babbitt-oppervlak. In ernstige gevallen wordt de Babbitt uitgesmeerd en opnieuw verdeeld over het dagboek.

Oorzaken:

• Instorten van de oliefilm tijdens bedrijf: Veroorzaakt door een storing in de olietoevoer (pompstoring, verstopte leidingen, filterbypass), een te lage olieviscositeit (oververhitting van de olie of onjuiste kwaliteit) of een lagerbelasting die de hydrodynamische filmcapaciteit overschrijdt.

• Opstarten zonder vijzelolie: Metaal-op-metaal contact tijdens het opstarten zonder geactiveerd vijzeloliesysteem veroorzaakt vegen van het Babbitt-oppervlak. Elke onbeschermde start verwijdert een meetbare dikte van Babbitt.

• Binnendringen van verontreinigende stoffen: Harde deeltjes (walshuid, silica) in de olie die groter zijn dan de dikte van de oliefilm dringen de film binnen en beschadigen zowel de journal- als de Babbitt-oppervlakken.

Corrigerende actie:

• Controleer of het vijzeloliesysteem functioneel en geactiveerd is vóór elke freesstart; hierover kan niet worden onderhandeld

• Controleer de temperatuur, druk en stroomsnelheid van de olie aan de hand van de ontwerpspecificaties

• Upgrade de oliefiltratie tot 10 micron absoluut als verontreiniging wordt vermoed

• Inspecteer het astapoppervlak bij de volgende uitschakeling; kleine krasjes (Ra <1,6 μm) kunnen ter plaatse worden gepolijst; ernstige krassen vereisen het verwijderen en opnieuw slijpen van het dagboek

5.3 Corrosieve aanval op Babbitt

Uiterlijk: putjes en etsingen in het Babbitt-oppervlak, vaak met een donker of verkleurd uiterlijk. De putjes zijn verdeeld over het draagoppervlak in plaats van geconcentreerd op een specifieke locatie (waardoor ze worden onderscheiden van vermoeiingsafsplintering, die plaatselijk is).

Oorzaken:

• EP/AW-additieven in de olie: Zwavel- en fosforverbindingen onder extreme druk of anti-slijtageadditieven reageren met het tin en lood in Babbitt, waardoor chemische corrosie van het lageroppervlak ontstaat. Dit is de meest voorkomende oorzaak van corrosieve aantasting in lagers van molentappen; het treedt op wanneer de oliespecificatie wordt gewijzigd zonder de compatibiliteit met Babbitt te verifiëren.

• Waterverontreiniging: Water in de olie (door koelwaterlekken of condensatie) veroorzaakt oxidatie van de loodcomponent in Babbitt, waardoor loodoxide ontstaat dat harder is dan de Babbitt-matrix en schurende slijtage veroorzaakt.

• Afbraak van zure olie: Ernstig afgebroken olie (hoog zuurgetal) tast het Babbitt-oppervlak chemisch aan.

Corrigerende actie:

• Schakel onmiddellijk over op een pure R&O (roest- en oxidatie-geremde) minerale olie zonder EP- of AW-additieven

• Spoel het gehele smeersysteem door met schone olie voordat u het opnieuw vult

• Controleer op koelwaterlekken in de oliekoeler; voer een druktest uit op de koeler

• Implementeer regelmatige olieanalyses (minimaal elk kwartaal), inclusief zuurgetal, watergehalte en spectrometrische metaalanalyse

5.4 Oververhitting van lagers

Uiterlijk: De temperatuur van het lagermetaal overschrijdt 80°C (uitschakelingsinstelpunt). De temperatuur van de olietoevoer stijgt. In ernstige gevallen smelt de Babbitt plaatselijk (Babbitt-smeltpunt: tinbasis ≈ 240°C; loodbasis ≈ 180°C) en wordt het gesmolten metaal uit het lager verdreven.

Oorzaken:

• Onvoldoende oliestroomsnelheid: De oliestroom onder de ontwerpsnelheid vermindert zowel de smering als de koeling. Veroorzaakt door pompslijtage, geblokkeerde filters of gedeeltelijk gesloten isolatiekleppen.

• Vervuiling van de oliekoeler: Kalkaanslag aan de koelwaterzijde van de oliekoeler vermindert de warmteoverdracht, waardoor de temperatuur van de olietoevoer stijgt.

• Overmatige lagerspeling: Een versleten lager met overmatige speling zorgt ervoor dat de tap met een hoge excentriciteit kan draaien, waardoor de dikte van de oliefilm afneemt en de stroperige warmteontwikkeling toeneemt.

• Overbelasting van de molen: Overmatige maalmedia of ertslading verhogen de lagerbelasting boven de ontwerpnorm, waardoor de warmteontwikkeling in de oliefilm toeneemt.

Corrigerende actie:

• Controleer het oliedebiet aan de hand van de ontwerpspecificaties – maak de filters schoon of vervang ze, controleer de pompopbrengst

• Oliekoeler reinigen (waterzijde) – indien nodig ontkalken

• Meet de lagerspeling. Als de speling groter is dan 1,5× de ontwerpwaarde, plan dan een hermetallisering

• Controleer of het gewicht van de molenlading binnen de ontwerplimieten ligt

5.5 Lagertrilling en instabiliteit (oliewerveling)

Uiterlijk: subsynchrone trilling bij ongeveer 0,4–0,48× de rotatiefrequentie. De trillingsamplitude neemt toe met de snelheid en kan bij hogere snelheden zelfvoorzienend worden (oliezweep).

Oorzaken:

• Oliewerveling: een hydrodynamische instabiliteit die optreedt wanneer het hart van het astap rond het lagercentrum draait met ongeveer de helft van de rotatiesnelheid. Veroorzaakt door onvoldoende lagerbelasting in verhouding tot het draagvermogen van het lager - de astap 'zweeft' in het midden van het lager in plaats van door de belasting naar één kant te worden geduwd.

• Overmatige lagerspeling: Versleten lagers met overmatige speling zijn gevoeliger voor instabiliteit van oliewervelingen.

• Lage lagerdruk: Licht belaste lagers (eenheidsdruk < 0,5 MPa) zijn gevoelig voor oliewerveling.

Corrigerende actie:

• Bij lagers van molentappen is oliewerveling ongewoon vanwege de zeer hoge lagerbelastingen. Als dit gebeurt, controleer dan of het lager daadwerkelijk wordt belast (controleer op zettingen van de fundering waardoor de belasting op één lager mogelijk is verminderd)

• Overweeg een voorgespannen lagerontwerp of een lager met een niet-rond boorprofiel (citroenboring, drielobbige boring) dat inherente stabiliteit biedt

• Meet en corrigeer de lagerspeling als deze te groot is

Veelgestelde vragen

Vraag 1: Wat is het verschil tussen witmetaal (Babbitt) en wentellagers voor kogelmolentappen?

Witmetalen (Babbitt) hydrodynamische lagers werken op een onder druk staande oliefilm die de tap volledig scheidt van het lageroppervlak - bij volledige hydrodynamische smering is er geen metaal-op-metaal contact en vrijwel geen slijtage. Ze zijn de standaard voor grote molens (> 3,0 m diameter) omdat ze zeer grote tapdiameters (tot 2.000 mm+) kunnen verwerken zonder praktische maatlimiet. Wentellagers (toenlagers) maken gebruik van rolcontact en zijn eenvoudiger te onderhouden, maar zijn beperkt tot een boringdiameter van ongeveer 1.100 mm en hebben een lagere schokbelastingtolerantie. Voor grote SAG- en kogelmolens in de mijnbouw en cement zijn hydrodynamische lagers van wit metaal de enige praktische keuze.

Vraag 2: Voor welk Sommerfeld-nummer moet een molentaplager worden ontworpen?

Het ontwerpdoel voor continu gebruik is S ≥ 0,30 – dit garandeert volledige hydrodynamische smering zonder metaal-op-metaal contact. Bij S < 0,05 wordt de oliefilm afgebroken en begint de grenssmering (metaalcontact) – dit is gevaarlijk en mag bij normaal bedrijf niet voorkomen. Het Sommerfeld-getal is het meest kritisch bij het opstarten (lage snelheid N) en onder piekbelasting. Het vijzeloliesysteem is speciaal ontworpen om het lager te beschermen tijdens het opstarten wanneer het Sommerfeld-getal onder de hydrodynamische drempel ligt.

Vraag 3: Waarom moeten EP-additieven (extreme druk) worden vermeden in lagerolie voor molentappen?

EP- en AW-additieven (anti-slijtage) bevatten zwavel- en fosforverbindingen die chemisch reageren met het tin en lood in Babbitt-metaal, waardoor corrosieve putvorming in het lageroppervlak ontstaat. Deze corrosieve aanval wordt vaak ten onrechte gediagnosticeerd als mechanische slijtage. De juiste oliespecificatie voor witmetalen taplagers is een zuivere R&O (roest- en oxidatie-geremde) minerale olie, ISO VG 100–220, afhankelijk van de berekening van het Sommerfeld-getal, zonder EP- of AW-additieven. Controleer altijd de oliecompatibiliteit met Babbitt voordat u van oliemerk of kwaliteit verandert. 

Vraag 4: Hoe vaak moet het vijzeloliesysteem worden geactiveerd?

Het vijzeloliesysteem moet vóór elke walsstart worden geactiveerd – zonder uitzondering. Elke onbeschermde start (zonder vijzelolie) veroorzaakt meetbare Babbitt-slijtage door metaal-op-metaal contact tijdens de opstartperiode. Na honderden starts stapelt dit zich op tot aanzienlijk Babbitt-dikteverlies. Het vijzeloliesysteem moet 2 tot 5 minuten vóór het startcommando van de molen worden geactiveerd en automatisch worden gedeactiveerd wanneer de molen 50 tot 70% van de bedrijfssnelheid bereikt. Controleer vóór elke start of de oliedruk van de krik binnen de specificaties ligt (10–25 MPa).

Vraag 5: Wat is de juiste radiale speling voor een kogellagertaplager?

De aanbevolen radiale speling bedraagt ​​0,001 tot 0,0015 × tapdiameter. Voor een tap van 1200 mm levert dit een radiale speling op van 1,2–1,8 mm. De koude speling moet groter worden ingesteld dan de doelstelling voor de warme speling om rekening te houden met de thermische uitzetting van de tap. Voor een stalen tap van 1200 mm die 60°C boven de omgevingstemperatuur draait, vermindert de thermische uitzetting de speling met ongeveer 0,86 mm. Meet de speling met behulp van de draadtechniek bij installatie en na elke hermetallisering. Als de gemeten speling groter is dan 1,5× de ontwerpwaarde, moet er opnieuw worden gemetalliseerd.

Vraag 6: Hoe kan ik Babbitt-vermoeidheid detecteren voordat er sprake is van een catastrofaal falen?

De meest effectieve methoden voor vroegtijdige waarschuwing zijn: (1) Olieanalyse : spectrometrische analyse detecteert tin- en looddeeltjes in de olie door Babbitt-slijtage voordat zichtbare schade optreedt; minimaal driemaandelijkse olieanalyses plannen; (2) Filterinspectie — inspecteer het oliefilterelement bij elke filtervervanging op metaaldeeltjes; Babbitt-deeltjes zijn zacht en zilverachtig; (3) Trillingsmonitoring — versnellingsmeters op het lagerhuis detecteren veranderingen in de trillingssignatuur naarmate de toestand van het Babbitt-oppervlak verslechtert; (4) Trends in lagertemperatuur – een geleidelijke stijging van de temperatuur van het lagermetaal in de loop van weken duidt op toenemende wrijving door de degradatie van het Babbitt-oppervlak.

Yile Machinery: op maat gemaakte taplagers en molencomponenten

Yile Machinery levert op maat gemaakte taplagercomponenten, lagerschalen en bijbehorende molenhardware voor kogelmolens, SAG-molens, staafmolens en roterende ovens in cement-, mijnbouw- en mineraalverwerkingstoepassingen.

Onze leveringsmogelijkheden voor taplagers:

• Met Babbitt beklede lagerschalen: Babbitt op tinbasis (graad 1 en graad 2) en Babbitt op loodbasis; schaaldiameters van 400 mm tot 2.000 mm; Na het opnieuw metalliseren nauwkeurig geboord tot ±0,01 mm

• Lagerschalen: gietijzer of gefabriceerd staal; nauwkeurig bewerkte boring en buitendiameter; vijzeloliezak vervaardigd volgens specificatie

• Taptappen (asuiteinden): gesmeed 42CrMo4-gelegeerd staal; geslepen tot Ra ≤ 0,4 μm; gehard tot 200–300 HB

• Lagerhuizen: gegoten of vervaardigd staal; precisie-verveeld; aansluitingen voor olie-inlaat/-uitlaat; poorten voor temperatuursensoren

• Hermetalliseringsservice: Volledige Babbitt-verwijdering, oppervlaktevoorbereiding en reliningservice voor versleten of beschadigde lagerschalen

• Technische documentatie: berekening van het Sommerfeld-getal; verificatie van minimale filmdikte; specificatie van de lagerspeling; ontwerpbeoordeling van het oliesysteem

Gerelateerde producten en technische bronnen:

• Mijnbouw- en cementindustrieoplossingen - complete levering van componenten voor kogelmolens, SAG-molens en roterende ovens

• Roterende ovenband en steunrolgeleider - Hertz contactspanning en uitlijningsmethodologie voor ovenondersteuningssystemen

• Walserijrollen: werkrol- en back-uprolgeleider - selectie van rolhalslagers en contactspanning voor walserijtoepassingen

• Selectiegids voor industriële spiraalvormige en kegelvormige tandwielkasten - selectie van tandwielkasten met freesaandrijving en methodologie voor servicefactoren

• Selectiegids voor transportbandrollen – asontwerp en lagerspecificaties voor transportbandrollen

• Op maat gemaakte smeedstukken - Assen, tandwielstukken en ringsmeedstukken - gesmede taptappen en lagercomponenten

• Gesmede versus gegoten stalen assen voor brekers - referentie voor smeedproces en materiaalkeuze

• Staal- en metaalverwerkingsoplossingen - maalcomponenten voor slijpapparatuur in staalfabrieken

Om een ​​offerte te ontvangen, geeft u het volgende op:

• ✅ Molentype (kogelmolen / SAG-molen / staafmolen) en molendiameter × lengte

• ✅ Diameter en lengte van de tappen (mm)

• ✅ Draagkracht per tap (kN) of totaal molengewicht

• ✅ Werksnelheid van de molen (tpm)

• ✅ Bestaande lagerschaalafmetingen (OD, ID, lengte) of tekening

• ✅ Babbitt-kwaliteit vereist (tinbasis graad 1 / graad 2 / loodbasis)

• ✅ Vereiste lagerspeling (of OEM-specificatie)

• ✅ Aantal en gewenste leverdatum

• ✅ Versleten of beschadigde lagerschaal beschikbaar voor reverse engineering

E-mail: jasmine@yileindustry.com

Offerteaanvraag indienen: www.yilemachinery.com/contactus.html

Berekening van het Sommerfeld-nummer en beoordeling van het ontwerp van het oliesysteem bij elke bestelling van taplagers. Doorlooptijd voor hermetalliseren: 2–4 weken voor standaardmaten.

Gerelateerde technische bronnen

• Roterende ovenband en steunrol: gids voor contactspanning, bandenmigratie en uitlijning

• Selectie van transportrollen: CEMA-serie, belastingswaarde en levensduur van lagers

• Selectie transportbandpoelie: asontwerp, riemspanning en vertragingsgeleider

• Walserijrollen: materiaalkeuzegids voor werkrollen en back-uprollen

• Selectiegids voor industriële spiraalvormige en schuine spiraalvormige tandwielkasten

• Op maat gemaakte smeedstukken - tandwielspaties, ringsmeedstukken en assen

• Oplossingen voor de mijnbouw- en cementindustrie