Łożysko czopowe młyna kulowego: biały metal (Babbitt) a element toczny, smarowanie hydrodynamiczne i przewodnik po trybach awaryjnych

Młyn kulowy lub młyn SAG w zakładzie przetwórstwa cementu lub minerałów może ważyć 1000–5 000 ton po całkowitym napełnieniu materiałem mielącym i rudą. Cała ta masa wirująca jest podparta w dwóch punktach – w łożyskach czopowych po stronie zasilającej i wylotowej młyna. W dużej walcarni SAG każde łożysko czopowe może przenosić statyczne obciążenie promieniowe o wartości 3 000–8 000 kN na czopie wału o średnicy 800–1 800 mm. Łożysko przenoszące to obciążenie nie jest standardowym łożyskiem tocznym z katalogu — jest to precyzyjnie zaprojektowane łożysko hydrodynamiczne z białego metalu (Babbitt), działające na cienkiej warstwie oleju pod ciśnieniem, która zwykle ma grubość zaledwie 50–150 mikronów. Gdy ten film olejowy jest nienaruszony, łożysko będzie pracować przez czas nieokreślony przy praktycznie zerowym zużyciu. Kiedy folia ulegnie uszkodzeniu — podczas rozruchu, podczas awarii zasilania olejem lub pod przeciążeniem — w ciągu milisekund następuje kontakt metalu z metalem, a miękka wyściółka Babbitt poświęca się, aby chronić czop wału. Awaria pojedynczego łożyska czopowego w dużej walcarni SAG może kosztować 2–5 milionów dolarów w postaci utraconej produkcji, naprawy wału i ponownej metalizacji łożysk.

Ten przewodnik zapewnia kompletne ramy inżynieryjne dotyczące doboru, specyfikacji i konserwacji łożysk czopowych młynów kulowych i młynów — obejmujące podstawowy wybór między łożyskami z białego metalu (Babbitt) a łożyskami z elementami tocznymi, teorię smarowania hydrodynamicznego i liczbę Sommerfelda, projekt układu smarowania wymuszonego, specyfikację luzów łożyskowych oraz tryby awarii wynikające z nieprawidłowej specyfikacji lub wad układu smarowania.

Część 1: Typy łożysk czopowych — biały metal a elementy toczne

1.1 Podstawowy wybór

Do podparcia czopów młyna stosowane są dwie technologie łożysk:

Łożyska hydrodynamiczne z białego metalu (Babbitt) — dominująca technologia dla dużych młynów (średnica płaszcza > 3,0 m). Czop czopowy obraca się wewnątrz precyzyjnie znudzonej panewki łożyska wyłożonej metalem Babbitt. W normalnych warunkach pracy czop od powierzchni Babbitta oddziela film olejowy pod ciśnieniem.

Łożyska toczne (łożyska baryłkowe) – stosowane w mniejszych młynach (średnica panewki < 3,0 m) oraz w młynach, gdzie prostota konserwacji łożysk tocznych jest priorytetem w stosunku do maksymalnej nośności łożysk hydrodynamicznych.

1.2 Technologia łożysk z białego metalu (Babbitt).

W łożyskach z białego metalu zastosowano warstwę stopu Babbitt połączoną ze stalową lub żeliwną osłoną nośną. Warstwa Babbitta – zwykle o grubości 3–12 mm – tworzy rzeczywistą powierzchnię nośną stykającą się z filmem olejowym.

Skład stopów Babbitta:

W przypadku łożysk czopowych młynów kulowych i SAG standardową specyfikacją jest Babbitt na bazie cyny (klasa 2) — zapewnia on najlepszą kombinację wytrzymałości zmęczeniowej, odporności na korozję i możliwości osadzania (zdolność pochłaniania małych cząstek zanieczyszczeń bez zarysowania czopa wału).

Kluczowe właściwości Babbitt jako materiału łożyskowego:

• Zużycie ofiarne: Babbitt jest bardziej miękki niż czop wału (zwykle 20–30 HB w porównaniu z 200–300 HB w przypadku czopa hartowanego). W przypadku kontaktu metal-metal Babbitt zużywa się preferencyjnie, chroniąc znacznie droższy czop wału przed uszkodzeniem.

• Możliwość osadzania: Miękka matryca Babbitta może osadzać małe, twarde cząstki (zgorzelina walcownicza, kurz, pozostałości zużycia), które dostają się do łożyska, zapobiegając ich zarysowaniu na powierzchni czopa.

• Zgodność: Babbitt może nieznacznie odkształcić się pod obciążeniem, dostosowując się do niewielkiej niewspółosiowości pomiędzy otworem łożyska a czopem, rozkładając obciążenie bardziej równomiernie niż sztywny materiał łożyska.

• Granica zmęczenia: Głównym ograniczeniem Babbitta jest jego wytrzymałość zmęczeniowa — pod cyklicznym obciążeniem warstwa Babbitta może pękać i oddzielać się od podłoża. Dopuszczalny nacisk łożyska Babbitt na bazie cyny wynosi zazwyczaj 3,5–7,0 MPa przy pracy ciągłej.

1.3 Łożyska toczne do czopów młynów

W mniejszych młynach łożyska baryłkowe. standardowym łożyskiem tocznym do podparcia czopa są Łożyska baryłkowe są wybierane, ponieważ:

• Ich zdolność do samonastawności (niewspółosiowość do ±2,5°) kompensuje ugięcie wału i osiadanie fundamentów, które występują w instalacjach młynów szlifierskich

• Ich wysoka nośność promieniowa w stosunku do średnicy otworu

• Ich zdolność do przenoszenia połączonych obciążeń promieniowych i osiowych

Ograniczeniem łożysk tocznych do dużych czopów młynów jest dostępny rozmiar otworu — standardowe łożyska baryłkowe są dostępne o średnicy otworu do około 1250 mm, co ogranicza ich zastosowanie do młynów o średnicy czopów poniżej około 1100 mm. W przypadku większych młynów jedyną praktyczną opcją są hydrodynamiczne łożyska z białego metalu.

1.4 Kryteria wyboru: biały metal vs element toczny

Część 2: Teoria smarowania hydrodynamicznego — podstawy projektowania łożysk czopowych

2.1 Równanie Reynoldsa i tworzenie filmu olejowego

Hydrodynamiczny film olejowy w łożysku czopowym powstaje w wyniku działania klinowego obracającego się czopa. Gdy czop się obraca, wciąga olej do zbieżnej szczeliny pomiędzy powierzchnią czopa a otworem łożyska. Ciśnienie powstające w tym zbiegającym się klinie olejowym podtrzymuje obciążenie czopa — jest to smarowanie hydrodynamiczne.

Równaniem regulującym rozkład ciśnienia w filmie olejowym jest równanie Reynoldsa:

Gdzie:

• P = ciśnienie filmu olejowego (Pa)

• h = lokalna grubość filmu olejowego (m)

• μ = lepkość dynamiczna oleju (Pa·s)

• u = prędkość powierzchniowa czopu (m/s)

• x = współrzędna obwodowa

• z = współrzędna osiowa

Kluczowym wnioskiem z równania Reynoldsa jest to, że ciśnienie filmu olejowego – a tym samym nośność – jest proporcjonalne do:

• Lepkość oleju  μ (wyższa lepkość → wyższe ciśnienie filmu → większa nośność)

• Prędkość powierzchni czopu u (wyższa prędkość → więcej oleju wciągniętego do klina → większe ciśnienie filmu)

• Odwrotność grubości folii h⊃3; (cieńsza folia → większy gradient ciśnienia → większa nośność, ale także większe ryzyko uszkodzenia folii)

2.2 Liczba Sommerfelda — kluczowy parametr projektowy

Liczba Sommerfelda (S) jest bezwymiarowym parametrem charakteryzującym warunki pracy łożyska hydrodynamicznego. Łączy geometrię łożyska, obciążenie, prędkość i lepkość oleju w jedną liczbę, która przewiduje tryb smarowania łożyska:

Gdzie:

• μ = lepkość dynamiczna oleju smarowego w temperaturze roboczej (Pa·s)

• N = prędkość obrotowa czopu (obr./s)

• P = obciążenie zespołu nośnego =

(Pa), gdzie W to obciążenie łożyska (N), L to długość łożyska (m), a D to średnica czopa (m)

• R = promień czopa (m) =D/2

• C = luz promieniowy pomiędzy czopem a otworem łożyska (m)

Interpretacja liczby Sommerfelda:

W przypadku łożysk czopowych młynów kulowych i SAG docelową wartością projektową jest S ≥ 0,30 we wszystkich normalnych warunkach pracy. Liczba Sommerfelda jest najbardziej krytyczna podczas rozruchu (niskie N) i w warunkach szczytowego obciążenia.

2.3 Obliczanie minimalnej grubości powłoki

Minimalna grubość filmu olejowego w łożysku hydrodynamicznym wynosi:

Gdzie ε jest współczynnikiem mimośrodu (stosunek przesunięcia środka czopa do luzu promieniowego). Dla dobrze zaprojektowanego łożyska czopowego młyna pracującego w pełnym reżimie hydrodynamicznym:

Dla łożyska z luzem promieniowym C = 0,5 mm:

Minimalna grubość powłoki musi przekraczać łączną chropowatość powierzchni czopa i otworu łożyska o współczynnik bezpieczeństwa co najmniej 3–5:

Gdzie  Λ to stosunek grubości folii (docelowy  Λ ≥3 ), a Ra to chropowatość powierzchni (zwykle 

= 0,4–0,8 µm,

= 0,8–1,6 µm dla Babbitta).

Dla

= 0,4 μm i

= 1,0 µm:

To minimum można łatwo spełnić przy obliczonej powyżej grubości powłoki wynoszącej 150 μm, co potwierdza bezpieczną pracę łożyska w pełnym trybie hydrodynamicznym.

2.4 Specyfikacja luzu łożyska

Luz promieniowy

C pomiędzy czopem a otworem łożyska jest jednym z najważniejszych parametrów wymiarowych w konstrukcji łożyska czopowego:

• Za mały: Niewystarczający luz ogranicza przepływ oleju przez łożysko, zmniejsza chłodzenie i zwiększa ryzyko zatarcia termicznego pod obciążeniem

• Za duży: Nadmierny luz zmniejsza ciśnienie filmu olejowego (w przypadku dużej szczeliny działanie klina jest mniej skuteczne), zwiększa mimośrodowość czopu i powoduje wibracje

Zalecany luz promieniowy dla łożysk czopów młyna:

Dla średnicy czopa 1200 mm:

Luz należy mierzyć w temperaturze roboczej — rozszerzalność cieplna czopa (stal, współczynnik ≈ 12 × 10⁻⁶/°C) zmniejsza luz efektywny w miarę nagrzewania się młyna. Dla czopa o średnicy 1200 mm pracującego w temperaturze 60°C powyżej temperatury otoczenia:

Ta rozszerzalność cieplna pochłania znaczną część luzu na zimno — luz na zimno musi być ustawiony na tyle duży, aby zapewnić, że luz na gorąco pozostaje w zalecanym zakresie.

Część 3: Projekt układu wymuszonego smarowania

3.1 Dlaczego wymuszone smarowanie jest niezbędne

Łożyska czopowe z białego metalu wymagają układu smarowania z wymuszonym obiegiem oleju, a nie zwykłej kąpieli olejowej lub smarowania smarem plastycznym. Powody są fundamentalne:

1. Odprowadzanie ciepła: Lepkie ścinanie filmu olejowego generuje ciepło. W przypadku dużego łożyska czopowego walcarki SAG stopień wytwarzania ciepła może wynosić 20–80 kW na łożysko. Ciepło to musi zostać usunięte przez krążący olej – olej działa zarówno jako smar, jak i chłodziwo.

2. Ciągły dopływ oleju: Film hydrodynamiczny musi być utrzymywany w sposób ciągły. Jakakolwiek przerwa w dopływie oleju – nawet na kilka sekund pod obciążeniem – powoduje zapadnięcie się folii i rozpoczęcie kontaktu metalu z metalem.

3. Filtracja oleju: Zanieczyszczenia w oleju (cząstki zużywalne, pył młynarski, woda) muszą być stale usuwane, aby zapobiec uszkodzeniu ściernemu powierzchni i czopu Babbitt.

3.2 Elementy układu wymuszonego smarowania

Kompletny układ smarowania łożysk czopowych składa się z:

Zbiornik oleju (miska olejowa):

• Pojemność: zazwyczaj 500–3 000 litrów w przypadku dużych systemów czopowych młyna

• Materiał: Stal spawana z powłoką wewnętrzną lub okładziną ze stali nierdzewnej

• Cechy charakterystyczne: Wziernik poziomu oleju, czujnik temperatury, alarm niskiego poziomu, zawór spustowy, właz do czyszczenia

Główna pompa olejowa:

• Typ: Pompa zębata (wyporowa) — zapewnia stały przepływ niezależnie od ciśnienia w układzie

• Obowiązek: Praca ciągła, gdy młyn pracuje

• Tryb gotowości: Pompa rezerwowa pracująca w 100% z automatycznym przełączaniem w przypadku awarii pompy głównej – obowiązkowa w przypadku dużych młynów

Pompa wysokociśnieniowa (przeciskowa):

• Typ: Pompa tłokowa — zapewnia bardzo wysokie ciśnienie (10–25 MPa) przy niskim natężeniu przepływu

• Funkcja: Podczas rozruchu podnosi czop z powierzchni Babbitta poprzez wtryskiwanie oleju pod wysokim ciśnieniem bezpośrednio pod czop przez kieszeń w otworze łożyska. Zapobiega to kontaktowi metalu z metalem w krytycznym okresie rozruchu, zanim utworzy się film hydrodynamiczny.

• Działanie: Aktywowane automatycznie 2–5 minut przed uruchomieniem młyna; dezaktywowany, gdy młyn osiągnie prędkość roboczą, a film hydrodynamiczny zostanie potwierdzony stabilizacją temperatury łożyska

Chłodnica oleju:

• Typ: Płaszczowo-rurowy lub płytowy wymiennik ciepła, chłodzony wodą

• Zadanie: Utrzymywanie temperatury zasilania olejem na poziomie 40–50°C (wlot do łożyska)

• Sterowanie: Sterowany termostatycznie zawór obejściowy utrzymuje stałą temperaturę zasilania olejem niezależnie od temperatury otoczenia i obciążenia młyna

Filtracja oleju:

• Filtr główny: Filtracja absolutna 25–50 mikronów — usuwa cząsteczki, które mogłyby zarysować powierzchnię Babbitta

• Filtr wtórny (dokładny): absolutny 10 mikronów — do łożysk precyzyjnych

• Separator magnetyczny: Usuwa z oleju cząsteczki żelaza

• Docelowa czystość: ISO 4406 klasa 16/14/11 lub lepsza dla łożysk czopów młyna

Oprzyrządowanie i blokady:

Blokada krytyczna: Jeżeli ciśnienie zasilania olejem spadnie poniżej wartości zadanej wyłączenia, młyn musi zostać natychmiast zatrzymany — łożysko nie może przetrwać dłużej niż 10–30 sekund pracy bez zasilania olejem pod pełnym obciążeniem.

3.3 Dobór oleju do łożysk czopowych

Uwaga krytyczna: NIE należy stosować olejów zawierających dodatki odporne na wysokie ciśnienie (EP) lub dodatki przeciwzużyciowe (AW) w łożyskach czopowych z białego metalu. Związki siarki i fosforu w dodatkach EP/AW reagują chemicznie z cyną i ołowiem zawartym w metalu Babbitta, powodując atak korozji na powierzchni łożyska — awarię często błędnie diagnozowaną jako zużycie mechaniczne.

3.4 Układ olejowy z podnośnikiem (wysokociśnieniowym).

Układ olejowy do przeciskania stanowi najważniejszą ochronę łożyska czopa podczas rozruchu. Podczas uruchamiania ze spoczynku:

• Czop spoczywa na powierzchni Babbitta (smarowanie graniczne — kontakt metal-metal)

• Młyn musi przyspieszać od 0 do prędkości roboczej (zwykle 0,2–0,5 obr./min w przypadku dużych młynów SAG)

• Film hydrodynamiczny nie może się ustabilizować, dopóki czop nie osiągnie wystarczającej prędkości

Bez oleju do przeciskania okres rozruchu obejmuje kontakt metal-metal pomiędzy czopem a Babbittem przez 30–120 sekund, co powoduje mierzalne zużycie Babbitta przy każdym uruchomieniu. W wyniku setek uruchomień kumuluje się to, powodując znaczną utratę grubości Babbitta i ostateczną awarię łożyska.

Układ olejowy do przecisku wtryskuje olej pod ciśnieniem 10–25 MPa bezpośrednio pod czop przez specjalną kieszeń w otworze łożyska. Spowoduje to hydrauliczne podniesienie czopa z powierzchni Babbitta przed rozpoczęciem obrotu, utrzymując pełny film olejowy przez całą sekwencję rozruchu.

Specyfikacja układu olejowego do przeciskania:

Część 4: Luz łożyskowy, ustawienie i montaż

4.1 Pomiar otworu łożyska i weryfikacja luzu

Luz promieniowy pomiędzy czopem a otworem łożyska należy zmierzyć i sprawdzić podczas montażu i przy każdej przebudowie:

Metoda pomiaru – technika drutowa:

1. Umieść miękkie przewody prowadzące (o średnicy nieco większej niż oczekiwany luz) na górze i na dole otworu łożyska, równolegle do osi wału

2. Zmontować obudowę łożyska i dokręcić określonym momentem obrotowym

3. Zdemontować i zmierzyć grubość ściśniętego przewodu doprowadzającego za pomocą mikrometru

4. Luz na górze = grubość drutu prowadzącego na górze; prześwit na dole = grubość drutu prowadzącego na dole

5. Luz średnicowy = luz górny + luz dolny

Metoda pomiaru — czujnik zegarowy:

W przypadku zamontowanych łożysk wznios czopu (odległość, na jaką czop może unieść się w pionie przed zetknięciem się z górną krawędzią otworu łożyska) mierzy się za pomocą czujnika zegarowego. Jest to równe górnemu luzowi, który stanowi w przybliżeniu połowę całkowitego luzu średnicowego.

4.2 Wymagania dotyczące powierzchni czopa wału

Jakość powierzchni czopa wału ma kluczowe znaczenie dla działania łożyska hydrodynamicznego:

Zbyt szorstka powierzchnia czopu (Ra > 0,8 μm) będzie powodować ścieranie powierzchni Babbitta nawet przy pełnym smarowaniu hydrodynamicznym — nierówności na powierzchni czopu okresowo wnikają w film olejowy i stykają się z Babbittem.

4.3 Osiowanie łożysk

Niewspółosiowość pomiędzy dwoma łożyskami czopowymi młyna jest jedną z głównych przyczyn przedwczesnego uszkodzenia łożysk. Obie linie środkowe łożyska muszą być współosiowe w obrębie:

Dla czopa o średnicy 1200 mm w łożysku o długości 1500 mm:

Niewspółosiowość powoduje, że czop porusza się pod kątem w otworze łożyska, koncentrując obciążenie na jednym końcu łożyska i tworząc nierównomierny rozkład nacisku na powierzchni Babbitta. Rezultatem jest przyspieszone zużycie obciążonego końca i ewentualne pękanie zmęczeniowe Babbitta.

Część 5: Analiza uszkodzeń łożyska czopowego

5.1 Zmęczenie Babbitta (pękanie i rozwarstwianie)

Wygląd: Pęknięcia w warstwie Babbitta, zwykle przebiegające równolegle do osi łożyska lub w układzie siatkowym. W zaawansowanych przypadkach fragmenty Babbitta oddzielają się od osłony podkładowej i krążą w układzie olejowym (wykrywane przez analizę oleju lub kontrolę filtra).

Przyczyny pierwotne:

• Ciśnienie zespołu łożyskowego przekracza dopuszczalną granicę (> 7 MPa): Przeciążenie łożyska powyżej granicy zmęczenia Babbitta powoduje cykliczne naprężenia w warstwie Babbitta, które inicjują pęknięcia. Najczęściej spowodowane przeciążeniem młyna (nadmierny ładunek ścierniwa) lub redystrybucją obciążenia w wyniku osiadania fundamentów.

• Wady wiązania Babbitta: Słabe wiązanie pomiędzy warstwą Babbitta a powłoką podkładową powoduje koncentrację naprężeń na styku, które inicjują rozwarstwianie pod cyklicznym obciążeniem. Spowodowane niewłaściwym przygotowaniem powierzchni powłoki podkładowej przed ponownym metalowaniem.

• Zmęczenie termiczne: Powtarzające się cykle rozruchu i wyłączania powodują naprężenia termiczne w warstwie Babbitta (Babitt rozszerza się i kurczy bardziej niż podłoże stalowe ze względu na wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej).

Działanie naprawcze:

• Sprawdź, czy masa wsadu młyna nie przekracza projektowej — sprawdź poziom materiału mielącego i gęstość rudy

• Przeprowadź analizę oleju i kontrolę filtra, aby wykryć cząstki Babbitta przed katastrofalną awarią

• Przy następnym wyłączeniu sprawdź powierzchnię Babbitta za pomocą oględzin i testu penetracyjnego barwnika (PT)

• Jeśli pęknięcia obejmują > 10% powierzchni łożyska, należy zaplanować ponowne wykonanie metalu w następnym zaplanowanym oknie konserwacji

5.2 Punktacja dziennika (czyszczenie)

Wygląd: Podłużne rysy lub rozmazania na powierzchni czopa i odpowiadające im uszkodzenia powierzchni Babbitta. W ciężkich przypadkach Babbitt jest rozmazany i ponownie rozmieszczony wzdłuż dziennika.

Przyczyny pierwotne:

• Zapadnięcie się filmu olejowego podczas pracy: Spowodowane awarią zasilania olejem (awaria pompy, zablokowanie rury, obejście filtra), zbyt niską lepkością oleju (przegrzanie oleju lub nieprawidłowa klasa) lub obciążeniem łożyska przekraczającym pojemność filmu hydrodynamicznego.

• Rozruch bez oleju przeciskowego: Kontakt metal-metal podczas uruchamiania bez włączonego układu oleju przeciskowego powoduje wycieranie powierzchni Babbitta. Każdy niezabezpieczony start usuwa mierzalną grubość Babbitta.

• Wnikanie zanieczyszczeń: Twarde cząstki (zgorzelina walcownicza, krzemionka) w oleju, które są większe niż grubość filmu olejowego, wnikają w film i rysują zarówno czop, jak i powierzchnię Babbitta.

Działanie naprawcze:

• Przed każdym uruchomieniem młyna sprawdź, czy układ oleju przeciskowego działa i jest aktywowany — nie podlega to negocjacjom

• Sprawdź temperaturę, ciśnienie i natężenie przepływu oleju zasilającego zgodnie ze specyfikacjami projektowymi

• Jeśli podejrzewa się zanieczyszczenie, zmodernizuj filtrację oleju do 10 mikronów bezwzględnych

• Sprawdź powierzchnię czopa przy następnym wyłączeniu — drobne zarysowania (Ra < 1,6 μm) można wypolerować na miejscu; poważne zarysowania wymagają usunięcia czopa i ponownego szlifowania

5.3 Żrący atak na Babbitta

Wygląd: Wżery i wytrawianie powierzchni Babbitta, często o ciemnym lub odbarwionym wyglądzie. Wżery rozkładają się na powierzchni łożyska, a nie skupiają się w określonym miejscu (w odróżnieniu od odprysków zmęczeniowych, które są zlokalizowane).

Przyczyny pierwotne:

• Dodatki EP/AW w oleju: Związki siarki i fosforu w ekstremalnych ciśnieniach lub dodatki przeciwzużyciowe reagują z cyną i ołowiem zawartym w Babbitcie, powodując korozję chemiczną powierzchni łożyska. Jest to najczęstsza przyczyna ataku korozyjnego w łożyskach czopów młyna — pojawia się, gdy specyfikacja oleju zostanie zmieniona bez sprawdzenia zgodności z Babbitt.

• Zanieczyszczenie wodą: Woda w oleju (z wycieków wody chłodzącej lub kondensacji) powoduje utlenianie składnika ołowiu w Babbitt, tworząc tlenek ołowiu, który jest twardszy niż matryca Babbitta i powoduje zużycie ścierne.

• Kwaśna degradacja oleju: Silnie zdegradowany olej (wysoka liczba kwasowa) atakuje chemicznie powierzchnię Babbitta.

Działanie naprawcze:

• Natychmiast zmień na czysty olej mineralny R&O (hamujący rdzę i utlenianie) bez dodatków EP lub AW

• Przed ponownym napełnieniem przepłucz cały układ smarowania czystym olejem

• Sprawdź, czy w chłodnicy oleju nie ma wycieków wody chłodzącej — wykonaj próbę ciśnieniową chłodnicy

• Wdrożyć regularne analizy oleju (minimum raz na kwartał), w tym liczbę kwasową, zawartość wody i spektrometryczną analizę metali

5.4 Przegrzanie łożyska

Wygląd: Temperatura metalu łożyska przekracza 80°C (wartość zadana wyłączenia). Wzrasta temperatura zasilania olejem. W ciężkich przypadkach Babbitt topi się lokalnie (temperatura topnienia Babbitta: baza cyny ≈ 240°C; baza ołowiu ≈ 180°C), a roztopiony metal jest wydalany z łożyska.

Przyczyny pierwotne:

• Niewystarczające natężenie przepływu oleju: Przepływ oleju poniżej projektowego zmniejsza zarówno smarowanie, jak i chłodzenie. Spowodowane zużyciem pompy, zablokowanymi filtrami lub częściowo zamkniętymi zaworami odcinającymi.

• Zanieczyszczenie chłodnicy oleju: Kamień osadzający się po stronie wody chłodzącej chłodnicy oleju zmniejsza przenoszenie ciepła, powodując wzrost temperatury zasilania olejem.

• Nadmierny luz łożyskowy: Zużyte łożysko z nadmiernym luzem umożliwia pracę czopa z dużym mimośrodem, zmniejszając grubość filmu olejowego i zwiększając wytwarzanie lepkiego ciepła.

• Przeciążenie młyna: Nadmierna ilość materiału mielącego lub wsadu rudy zwiększa obciążenie łożyska w stopniu wykraczającym poza projekt, zwiększając wytwarzanie ciepła w filmie olejowym.

Działanie naprawcze:

• Sprawdź natężenie przepływu oleju zgodnie ze specyfikacją projektową — wyczyść lub wymień filtry, sprawdź wydajność pompy

• Wyczyść chłodnicę oleju (strona wodna) – w razie potrzeby odkamień

• Zmierz luz łożyska — jeśli luz przekracza 1,5 × wartość projektowa, zaplanuj wymianę metalu

• Sprawdź, czy masa wsadu młyna mieści się w granicach projektowych

5.5 Wibracje i niestabilność łożyska (wir olejowy)

Wygląd: Wibracje podsynchroniczne przy około 0,4–0,48× częstotliwości obrotowej. Amplituda drgań wzrasta wraz z prędkością i może stać się samopodtrzymująca (bicz olejowy) przy wyższych prędkościach.

Przyczyny pierwotne:

• Wir olejowy: niestabilność hydrodynamiczna występująca, gdy środek czopa krąży wokół środka łożyska z prędkością około połowy prędkości obrotowej. Spowodowane niewystarczającym obciążeniem łożyska w stosunku do nośności łożyska — czop „unosi się” w środku łożyska, a nie jest wypychany na bok pod wpływem obciążenia.

• Nadmierny luz łożyskowy: Zużyte łożyska z nadmiernym luzem są bardziej podatne na niestabilność wiru olejowego.

• Niskie ciśnienie w zespole łożyskowym: Łożyska lekko obciążone (ciśnienie jednostkowe < 0,5 MPa) są podatne na wirowanie oleju.

Działanie naprawcze:

• W przypadku łożysk czopowych młyna wir olejowy jest rzadkością ze względu na bardzo duże obciążenia łożyska — jeśli wystąpi, sprawdź, czy łożysko jest rzeczywiście obciążone (sprawdź, czy łożysko nie osiada, co mogło zmniejszyć obciążenie jednego łożyska)

• Rozważ konstrukcję łożyska obciążonego wstępnie lub łożysko z niekołowym profilem otworu (otwór cytrynowy, otwór z trzema płatkami), które zapewnia naturalną stabilność

• Zmierzyć i skorygować luz łożyskowy, jeśli jest nadmierny

Często zadawane pytania

P1: Jaka jest różnica między łożyskami z białego metalu (Babbitt) a łożyskami tocznymi do czopów młynów kulowych?

Łożyska hydrodynamiczne z białego metalu (Babbitt) działają na warstwie oleju pod ciśnieniem, która całkowicie oddziela czop od powierzchni łożyska — przy pełnym smarowaniu hydrodynamicznym nie ma kontaktu metalu z metalem i praktycznie nie dochodzi do zużycia. Stanowią standard w przypadku dużych młynów (o średnicy > 3,0 m), ponieważ mogą pomieścić bardzo duże średnice czopów (do 2000 mm+) bez praktycznego ograniczenia rozmiaru. Łożyska toczne (łożyska baryłkowe) wykorzystują kontakt toczny i są prostsze w utrzymaniu, ale ich średnica otworu jest ograniczona do około 1100 mm i mają niższą tolerancję na obciążenia udarowe. W przypadku dużych młynów SAG i kulowych w górnictwie i cementowni jedynym praktycznym wyborem są łożyska hydrodynamiczne z białego metalu.

P2: Dla jakiej liczby Sommerfelda powinno być zaprojektowane łożysko czopa walcowniczego?

Docelową wartością konstrukcyjną dla pracy ciągłej jest S ≥ 0,30 — zapewnia to pełne smarowanie hydrodynamiczne bez kontaktu metal-metal. Przy S < 0,05 film olejowy ulega przerwaniu i rozpoczyna się smarowanie graniczne (kontakt z metalem) – jest to niebezpieczne i nie może mieć miejsca podczas normalnej pracy. Liczba Sommerfelda jest najbardziej krytyczna podczas rozruchu (niska prędkość N) i pod obciążeniem szczytowym. Układ oleju do przeciskania został specjalnie zaprojektowany, aby chronić łożysko podczas rozruchu, gdy liczba Sommerfelda jest niższa od progu hydrodynamicznego.

P3: Dlaczego należy unikać dodatków EP (wysokociśnieniowych) w oleju łożyskowym czopów młyna?

Dodatki EP i AW (przeciwzużyciowe) zawierają związki siarki i fosforu, które reagują chemicznie z cyną i ołowiem zawartym w metalu Babbitta, powodując wżery korozyjne na powierzchni łożyska. Ten atak korozji jest często błędnie diagnozowany jako zużycie mechaniczne. Prawidłową specyfikacją oleju do łożysk czopowych z białego metalu jest czysty olej mineralny R&O (z inhibitorami rdzy i utleniania), ISO VG 100–220, w zależności od obliczenia liczby Sommerfelda, bez dodatków EP lub AW. Zawsze sprawdzaj zgodność oleju z Babbitt przed zmianą marki lub gatunku oleju. 

P4: Jak często należy aktywować układ olejowy do przeciskania?

Układ oleju przeciskowego musi zostać aktywowany przed każdym uruchomieniem młyna – bez wyjątku. Każdy niezabezpieczony rozruch (bez oleju przeciskowego) powoduje mierzalne zużycie Babbitta w wyniku kontaktu metal-metal w okresie rozruchu. Po setkach uruchomień kumuluje się to, powodując znaczną utratę grubości Babbitta. Układ oleju przeciskowego powinien zostać aktywowany 2–5 minut przed poleceniem uruchomienia młyna i wyłączony automatycznie, gdy młyn osiągnie 50–70% prędkości roboczej. Przed każdym uruchomieniem sprawdź, czy ciśnienie oleju do przeciskania mieści się w zakresie specyfikacji (10–25 MPa).

P5: Jaki jest prawidłowy luz promieniowy łożyska czopowego młyna kulowego?

Zalecany luz promieniowy wynosi od 0,001 do 0,0015 × średnica czopa. W przypadku czopa o średnicy 1200 mm daje to luz promieniowy 1,2–1,8 mm. Luz na zimno musi być większy niż docelowy luz na gorąco, aby uwzględnić rozszerzalność cieplną czopu — w przypadku czopu stalowego o średnicy 1200 mm pracującego w temperaturze 60°C powyżej temperatury otoczenia rozszerzalność cieplna zmniejsza luz o około 0,86 mm. Zmierz luz, stosując technikę drutu ołowianego podczas instalacji i po każdej przeróbce metalu. Jeśli zmierzony luz przekracza 1,5 x wartość projektową, należy zaplanować wymianę metalu.

P6: Jak wykryć zmęczenie Babbitta przed katastrofalną awarią?

Najskuteczniejsze metody wczesnego ostrzegania to: (1) Analiza oleju — analiza spektrometryczna wykrywa cząsteczki cyny i ołowiu w oleju powstałe w wyniku zużycia Babbitta, zanim pojawią się widoczne uszkodzenia; zaplanuj minimum kwartalnej analizy oleju; (2) Kontrola filtra — przy każdej wymianie filtra należy sprawdzić wkład filtra oleju pod kątem obecności cząstek metalicznych; Cząsteczki Babbitta są miękkie i srebrzyste; (3) Monitorowanie wibracji — akcelerometry na obudowie łożyska wykrywają zmiany sygnatury wibracji w miarę pogarszania się stanu powierzchni Babbitta; (4) Trend temperatury łożyska — stopniowy wzrost temperatury metalu łożyska w ciągu tygodni wskazuje na rosnące tarcie w wyniku degradacji powierzchni Babbitta.

Yile Machinery: niestandardowe łożyska czopowe i komponenty młynów

Yile Machinery dostarcza niestandardowe elementy łożysk czopowych, panewki łożysk i powiązany osprzęt młyna do młynów kulowych, młynów SAG, młynów prętowych i pieców obrotowych w zastosowaniach związanych z cementem, górnictwem i przetwórstwem minerałów.

Nasze możliwości w zakresie dostaw łożysk czopowych:

• Panewki łożysk wyłożone Babbitt: Babbitt na bazie cyny (klasa 1 i klasa 2) i Babbitt na bazie ołowiu; średnice płaszcza od 400mm do 2000mm; wytaczane precyzyjnie do ±0,01 mm po przebudowie

• Panewki łożysk: żeliwo lub stal prefabrykowana; precyzyjnie obrobiony otwór i średnica zewnętrzna; Kieszeń olejowa przeciskowa obrobiona zgodnie ze specyfikacją

• Czopy czopowe (końce wału): Kuta stal stopowa 42CrMo4; szlifowane do Ra ≤ 0,4 μm; hartowane do 200–300 HB

• Obudowy łożysk: Stal odlewana lub prefabrykowana; wytaczany precyzyjnie; przyłącza wlotu/wylotu oleju; porty czujnika temperatury

• Usługa ponownego metalowania: Kompletny demontaż Babbitt, przygotowanie powierzchni i usługa ponownego wykładania zużytych lub uszkodzonych panewek łożysk

• Dokumentacja inżynierska: Obliczanie liczby Sommerfelda; weryfikacja minimalnej grubości powłoki; specyfikacja luzu łożyskowego; przegląd projektu układu olejowego

Powiązane produkty i zasoby techniczne:

• Rozwiązania dla przemysłu wydobywczego i cementowego — kompletne dostawy komponentów do młynów kulowych, młynów SAG i pieców obrotowych

• Prowadnica opon i rolek podporowych pieca obrotowego — naprężenia kontaktowe Hertza i metodologia wyrównywania systemów podpór pieca

• Walce do walcowni: Przewodnik po walcach roboczych i zapasowych — dobór łożysk szyjkowych walców i naprężenia kontaktowe w zastosowaniach w walcowniach

• Przewodnik po wyborze przemysłowych przekładni zębatych walcowych i stożkowo-walcowych — wybór przekładni napędowych młyna i metodologia współczynnika serwisowego

• Poradnik doboru kół pasowych przenośnika — konstrukcja wału i specyfikacja łożysk do kół pasowych przenośnika

• Odkuwki niestandardowe — wały, półfabrykaty przekładni i odkuwki pierścieniowe — kute czopy czopowe i elementy łożysk

• Wały kute i staliwa do kruszarki — odniesienie do procesu kucia i doboru materiału

• Rozwiązania do przetwarzania stali i metalu — komponenty młynów do sprzętu do mielenia w stalowniach

Aby otrzymać ofertę, podaj:

• ✅ Typ młyna (młyn kulowy / młyn SAG / młyn prętowy) i średnica młyna × długość

• ✅ Średnica i długość czopa czopa (mm)

• ✅ Obciążenie łożyska na czop (kN) lub całkowita masa młyna

• ✅ Prędkość robocza młyna (obr/min)

• ✅ Istniejące wymiary panewki łożyska (OD, ID, długość) lub rysunek

• ✅ Wymagany gatunek Babbitt (na bazie cyny klasa 1 / klasa 2 / na bazie ołowiu)

• ✅ Wymagany luz łożyskowy (lub specyfikacja OEM)

• ✅Ilość i wymagany termin dostawy

• ✅ Zużyta lub uszkodzona panewka łożyska dostępna do inżynierii odwrotnej

E-mail: jasmine@yileindustry.com

Prześlij zapytanie ofertowe: www.yilemachinery.com/contactus.html

Obliczanie liczby Sommerfelda i przegląd projektu układu olejowego dostarczane przy każdym zamówieniu łożyska czopa. Czas realizacji: 2–4 tygodnie w przypadku standardowych rozmiarów.

Powiązane zasoby techniczne

• Opona i wałek podporowy pieca obrotowego: naprężenia kontaktowe, przewodnik dotyczący migracji i wyrównywania opon

• Wybór rolki napinającej przenośnika: seria CEMA, przewodnik po nośności i trwałości łożysk

• Wybór koła pasowego przenośnika: konstrukcja wału, naprężenie paska i przewodnik po otulinie

• Walce do walcowni: Przewodnik po wyborze materiałów walców roboczych i rolek zapasowych

• Przewodnik po wyborze przemysłowych przekładni zębatych walcowych i stożkowo-walcowych

• Odkuwki niestandardowe — półfabrykaty przekładni, odkuwki pierścieniowe i wały

• Rozwiązania dla przemysłu wydobywczego i cementowego