Kulutusta kestävät keskipakotuulettimet tukevat pitkäaikaista toimintaa sementti- ja kaivosteollisuudessa

Sementti- ja kaivostehtaissa on joitain kovimmista teollisuuden ilmanvaihtojärjestelmistä pölykuormituksen, hiukkaskovuuden, lämpötilan ja jatkuvien käyttötuntien suhteen. Tavalliset keskipakotuulettimet voivat siirtää tarvittavaa ilmamäärää, mutta niiden siipipyörät, imukartiot, kotelot ja kulutuslevyt voivat vaurioitua nopeasti joutuessaan alttiiksi hankaaville hiukkasille. Tässä kulutuskestävät keskipakotuulettimet ovat tärkeitä. Pelkän levyn paksuuden lisäämisen sijaan oikein suunniteltu puhallin ottaa huomioon hiukkasten ominaisuudet, kaasun nopeuden, juoksupyörän geometrian, kulutusta kestävät materiaalit ja todellisen toimintapisteen. Suuria sementtitehtaan tuulettimia koskeva tutkimus on osoittanut, että kiinteiden hiukkasten eroosio voi muodostua merkittäväksi vikamekanismiksi erityisesti klinkkeri- ja hiontasovelluksissa.

Miksi hankaava pöly aiheuttaa tuuletinongelmia

Suurin ero tavallisen ilmanvaihdon ja raskaan pölynkäsittelyn välillä on se, mikä kulkee puhaltimen läpi. Sementin raakajauho, klinkkeripöly, kalkkikivihiukkaset, kvartsi, malmipöly ja vastaavat materiaalit voivat toistuvasti osua pyörivään siipipyörään suurella nopeudella. Ajan myötä tämä poistaa materiaalia terän etureunoista, puristuspinnoista, takalevyistä, suojuksista ja kotelosta. Vakavissa tapauksissa epätasainen kuluminen muuttaa juoksupyörän profiilia ja aiheuttaa dynaamista epätasapainoa.

Tästä syystäKulutusta kestävät keskipakotuulettimettulee valita todellisten pölyolosuhteiden mukaan pelkän ilmavirran sijaan. Insinöörien tulee kerätä vähintään viisi toimintaparametria ennen puhaltimen valintaa: vaadittu ilmavirta, staattinen tai kokonaispaine, kaasun lämpötila, pölypitoisuus ja hiukkasten ominaisuudet. Hiukkaskoko ja kovuus ovat myös hyödyllisiä, koska hienojakoinen piidioksidipitoinen pöly voi tuottaa hyvin erilaisen kulumiskuvion kuin suhteellisen pehmeä orgaaninen pöly. Sementtiteollisuuden ohjeistus tunnistaa myös pölykuorman, lämpötilan ja prosessin vaihtelun tärkeimmiksi tekijöiksi, jotka vaikuttavat puhaltimien valintaan ja luotettavuuteen.

Juoksupyörän suunnittelu on tärkeämpää kuin pelkkä paksumman teräksen käyttäminen

Yleinen virhe on olettaa, että raskaampi juoksupyörä tarjoaa automaattisesti paremman kulumiskestävyyden. Ei. Liiallinen paino voi lisätä akselin kuormitusta, käynnistysmomenttia, laakerikuormia ja valmistuskustannuksia ratkaisematta varsinaista eroosioongelmaa.

Kulumista kestävissä keskipakopuhaltimissa suoja tulisi yleensä keskittää alueille, joilla hiukkasten isku on voimakkain. Sovelluksesta riippuen ne voivat sisältää terän etureunan, painepuolen, juoksupyörän takalevyn, suojuksen, tulokartion ja kierteen osat. Esimerkiksi suuren sementtituulettimen teknisessä tutkimuksessa tarkasteltiin siiven painepuolelle ja etureunaan asennettuja kulutusta kestäviä levyjä, juoksupyörän levyä, suojusaluetta ja osaa spiraalikotelosta.

Käytännön tapa on tarkastaa viallinen tai kulunut siipipyörä ja merkitä alueet, joissa materiaalihäviö on suurin. Jos 70 % kulumisesta keskittyy ensimmäiselle 20–30 %:lle teräpinnasta, kalliin kulumissuojauksen levittäminen jokaiselle sisäpinnalle ei välttämättä ole taloudellisesti perusteltua. Paikallinen suojaus voi usein tarjota paremman tasapainon käyttöiän, painon ja kustannusten välillä.

Kulutuskestävien materiaalien valinta

Materiaalivalinnan tulee perustua todelliseen toimintaympäristöön. Kulutusta kestävää terästä käytetään yleisesti perussuojauksena, kun taas kromi-karbidipinnoite ja muut erittäin kovat kulutusta kestävät materiaalit voidaan harkita ankarammissa olosuhteissa. Sementtiteollisuuden tekniset referenssit tunnistavat AR-teräs- ja kromikarbidimateriaalit yleisesti käytettyjen vuorausratkaisujen joukossa.

Kulutusta kestävissä keskipakotuulettimissa, joissa on erittäin hankaavia hiukkasia, suojakerroksen kovuus on vain yksi näkökohta. Myös iskunkestävyys, hitsattavuus, käyttölämpötila, lämpölaajeneminen, vuorauksen kiinnitys ja korjattavuus ovat tärkeitä. Erittäin kova, mutta hauras materiaali voi toimia huonosti, jos tuulettimessa on suuria hiukkasia tai toistuvia iskuja. Sitä vastoin sitkeämpi materiaali voi olla parempi, jos hiukkaset ovat suhteellisen karkeita ja iskukuormitus on suuri.

Valintaprosessi tulisi siksi aloittaa pölystä materiaaliluettelon sijaan. Kirjaa ylös hiukkasten koostumus, likimääräinen hiukkaskoko, pitoisuus, lämpötila ja kaasun nopeus. Määritä sitten, mitkä alueet vaativat vaihdettavia vuorauksia, kovapintaisia, kulutusta kestävää levyä tai erilaista juoksupyörärakennetta.

Säädä ilmannopeutta eroosion vähentämiseksi

Tuulettimen nopeus vaikuttaa suoraan hiukkasten nopeuteen ja eroosioon. Samassa perustehtävässä pienempi puhallin, joka käy suuremmalla nopeudella, voi pienentää laitteen kokoa, mutta lisääntynyt sisäinen nopeus voi kiihdyttää hiukkasten törmäämistä ja kulumista. Sementtiteollisuuden suunnitteluohjeissa huomautetaan erityisesti, että hiukkaskuormitukseen liittyvä tuulettimen kuluminen voi lisääntyä voimakkaasti nopeuden myötä.

Tämä on yksi syy, miksi kulutusta kestäviä keskipakotuulettimia ei pitäisi valita yksinkertaisesti valitsemalla pienin tuuletin, joka pystyy täyttämään vaaditun ilmavirran. Oletetaan, että pölynpoistojärjestelmä vaatii noin 100 000 m³/h määrätyllä paineella. Suurinopeuksinen kompakti puhallin voi täyttää tehtävän, mutta jos kaasu sisältää suuren määrän kovia mineraalipartikkeleita, suurempi, hitaammin käyvä kokoonpano voi tarjota paremman elinkaarikustannukset.

Mittaa käyttöönoton aikana todellinen ilmavirta, paine, moottorin virta, puhaltimen nopeus, tärinä ja laakerin lämpötila. Jos puhallin toimii paljon aiotun nopeuden tai painealueen yläpuolella, järjestelmän toimintapisteen korjaaminen voi vähentää kulumista muuttamatta juoksupyörää.

Tapausesimerkki: Sementin hiontasovellus

Harkitse klinkkerihiomalaitosta, jossa suuri keskipakotuuletin käsittelee jatkuvasti pölyistä prosessikaasua. Alkuperäinen juoksupyörä ohenee nopeasti siiven etureunojen ja painepintojen ympärillä. Käyttäjät vastaavat vaihtamalla koko juoksupyörän määräajoin, mikä johtaa toistuviin seisokkeihin ja varaosakustannuksiin.

Parempi tekninen lähestymistapa alkaa kuluneen siipipyörän tarkastuksella. Mittaa jäljellä oleva levypaksuus useista kohdista ja vertaa mittauksia alkuperäiseen piirustukseen. Jos suurin kuluminen tapahtuu terän tulo- ja ulostulovyöhykkeiden lähellä, uudelleensuunnittelu voi keskittää kulutusta kestävän suojan näille alueille sen sijaan, että lisättäisiin liikaa materiaalia kaikkialle.

Laajamittainen sementtipuhallintutkimus tarjoaa hyödyllisen tosielämän referenssin: tutkitussa tuulettimessa oli 4 m-luokan siipipyörä ja se toimi noin 652 rpm:n nopeudella kulutusta kestävillä levyillä, jotka oli kiinnitetty juoksupyörän ja kotelon tietyille riskialttiille alueille. Oppitunti on käytännöllinen: kulumissuojauksen tulee noudattaa todellista hiukkasvirtauskuviota sen sijaan, että sitä levitettäisiin tasaisesti ilman analysointia.

Kaivossovellukset vaativat erilaista lähestymistapaa

Kaivostoiminnan ilmanvaihto- ja materiaalinkäsittelyjärjestelmät voivat altistaa puhaltimet malmipölylle, kivihiukkasille, hienojakoisille mineraaleille ja muille hankaaville aineille. Murskaimen tuuletus on erityisen haastavaa, koska karkeat hiukkaset voivat aiheuttaa iskuvaurioita normaalin eroosion lisäksi.

Kaivostoiminnassa käytettävien kulutusta kestävien keskipakotuulettimien kohdalla insinöörien tulee siksi erottaa eroosio ja isku. Suurella nopeudella liikkuvilla hienoilla hiukkasilla on taipumus tuottaa progressiivista pintaeroosiota, kun taas suuremmat hiukkaset voivat aiheuttaa paikallisia iskuvaurioita, muodonmuutoksia tai halkeamia.

Käytännön tarkastusohjelmaan tulee sisältyä terän paksuuden mittaukset, etureunojen silmämääräinen tarkastus, vuorausten ympärillä olevien hitsien tarkastus, akselin juoksutarkastukset ja tärinämittaukset. Jos kuluminen on erittäin epätasaista, dynaaminen tasapainotus tulee harkita puhdistuksen jälkeen ja ennen puhaltimen palauttamista huoltoon. Pölyn kerääntyminen itsessään voi myös aiheuttaa epätasapainoa, mikä tarkoittaa, että kaikki tärinäongelmat eivät johdu laakerin rikkoutumisesta.

Huollon tulee perustua kulumisasteeseen

Komponenttien vaihtaminen vasta rei'ityksen jälkeen on yleensä liian myöhäistä kriittiselle prosessipuhaltimelle. Hyödyllisempi tapa on luoda kulumisnopeustietue.

Esimerkiksi, jos teräosuus on uutena 12 mm ja putoaa 10 mm:iin 6 000 käyttötunnin jälkeen, keskimääräinen kulumisnopeus on noin 0,33 mm 1 000 tuntia kohden. Todellinen määrä ei välttämättä pysy lineaarisena, mutta mittaus tarjoaa hyödyllisen lähtökohdan tarkastusten ja vaihdon suunnittelulle.

Kulumista kestävien keskipakopuhaltimien tarkastusvälit tulee säätää käyttöolosuhteiden mukaan. Erittäin hankaavaa mineraalipölyä käsittelevä puhallin saattaa vaatia paljon useammin tarkastuksia kuin suhteellisen puhdasta ilmaa käsittelevä puhallin. Kriittisiä tarkistuspisteitä ovat juoksupyörän paksuus, vuorauksen kunto, siiven halkeamat, hitsin eheys, akselin kohdistus, laakerin lämpötila, tärinä ja moottorin virta.

Myös kerääntynyt pöly tulee poistaa ennen tasapainotusta tai tärinädiagnoosia. Epätasaiset kerrostumat voivat aiheuttaa näennäisen mekaanisen epätasapainon ja johtaa teknikot tarpeettomaan laakerin tai akselin vaihtoon. Sementtiteollisuuden lähteet pitävät myös pölyn kertymistä ja kulumista tärinän ja suorituskyvyn heikkenemisen tärkeimpänä tekijänä.

Älä unohda tuulettimen koteloa

Siipipyörä saa yleensä eniten huomiota, mutta kotelon eroosiosta voi lopulta tulla yhtä vakavaa. Suurinopeuksiset hiukkaset, jotka lähtevät juoksupyörästä, voivat iskeä toistuvasti kierteen tiettyihin osiin. Kun kotelo ohenee, paikallinen korjaus ei välttämättä enää riitä.

Kulutusta kestäviä keskipakotuulettimia määritettäessä kotelo on siksi tarkastettava yhdessä juoksupyörän kanssa. Vaihdettavat vuoraukset voivat olla hyödyllisiä paikoissa, joissa kuluminen on ennakoitavissa ja huolto on käytettävissä. Etu on selvä: koko kotelon vaihtamisen sijaan teknikot voivat vaihtaa vain kuluvan osan.

Tämä lähestymistapa on erityisen käytännöllinen jatkuvatoimisilla teollisuudenaloilla, koska kunnossapitotyöt voidaan suunnitella tuotantoaikataulujen mukaan. Tavoitteena ei ole tehdä jokaisesta komponentista tuhoutumatonta; sen tarkoituksena on tehdä ennustettavalle kulumiselle altistuneet osat helposti tarkastettavissa ja vaihdettavissa.

Energiatehokkuutta ja kulumista on harkittava yhdessä

Kulutuskestävyyden ei pitäisi tulla tuulettimen suorituskyvyn kustannuksella. Paksujen vuorausten lisääminen tai siipien geometrian muuttaminen voi vaikuttaa juoksupyörän painoon, aerodynaamiseen tehokkuuteen ja toimintapisteeseen. Huonosti suunniteltu muutos voi pidentää komponenttien käyttöikää ja lisätä virrankulutusta.

Kulumista kestävien keskipakotuulettimien paras muotoilu on siksi kompromissi kulutuskestävyyden, aerodynaamisen tehokkuuden, mekaanisen lujuuden ja ylläpitokustannusten välillä. Säädettävä nopeus voi olla hyödyllinen myös silloin, kun prosessi vaatii laajan toiminta-alueen. Verrattuna liialliseen pellin kuristukseen, nopeudensäätö voi vähentää tarpeettomia painehäviöitä, vaikka puhaltimen valmistajan on otettava huomioon vaadittu nopeusalue mekaanisen suunnittelun aikana.

Kun arvioit olemassa olevaa tuuletinta, kirjaa kW, ilmavirta, paine ja käyttötunnit ennen muutosten tekemistä. Puhallin, joka säästää yhden juoksupyörän vaihdon vuodessa, mutta kuluttaa huomattavasti enemmän sähköä, ei välttämättä tuota odotettua elinkaarisäästöä.

Käytännön valinnan tarkistuslista

Ennen kuin tilaat puhaltimen sementti- tai kaivoskäyttöön, insinöörien tulee valmistella täydellinen työarkki sen sijaan, että tarjottaisiin vain ilmavirta ja paine.

Vähimmäistietojen tulee sisältää:

Ilmavirta: m³/h tai CFM

Staattinen tai kokonaispaine

Kaasun lämpötila

Pölypitoisuus

Partikkelikoko ja materiaali

Kaasun koostumus ja syövyttävyys

Jatkuvat tai ajoittaiset käyttöajat

Tuulettimen nopeus tai haluttu nopeusalue

Moottorin teho ja jännite

Vaadittu käyttöikä

Ylläpitoon pääsyn rajoitukset

Kanavan nykyiset mitat

Odotetut prosessin vaihtelut

Kulumista kestävien keskipakotuulettimien osalta näiden tietojen avulla valmistaja voi määrittää, vaatiiko sovellus AR-terästä, kovapinnoitusta, kromikarbidipinnoitetta, vaihdettavia vuorauksia, vahvistettuja siipiä tai muuta suojastrategiaa.

Pitkäaikainen luotettavuus tulee täydellisestä järjestelmästä

Teollisuuspuhaltimen käyttöikää ei määrää pelkästään juoksupyörän materiaali. Kanavan geometria, tulovirtauksen jakautuminen, kaasun nopeus, pölypitoisuus, puhaltimen toimintapiste, huoltokäytännöt ja prosessin vakaus vaikuttavat kaikki lopputulokseen.

Sementti- ja kaivostehtaissa luotettavimmat kulutusta kestävät keskipakotuulettimet ovat yleensä ne, jotka on suunniteltu todellisen prosessin mukaan sen sijaan, että ne valitaan vakioluettelosta. Hankaavaa pölyä käsittelevää tuuletinta tulee käsitellä prosessikoneena, ei pelkästään ilmavirtauslaitteena.

Käytännön tavoite on suoraviivainen: vähentää tarpeettomia hiukkasiskuja, suojata ennakoitavissa olevia kulumisvyöhykkeitä, ylläpitää oikeat käyttöolosuhteet, seurata kulumista ennen vikaa ja tehdä kuluneista komponenteista helppo korjata tai vaihtaa. Kun nämä toimenpiteet yhdistetään, kulutusta kestävä puhallin voi tarjota huomattavasti vakaamman pitkäaikaisen toiminnan ja samalla vähentää odottamattomia seisokkeja ja ylläpitokustannuksia.