О нас   |    Контакты   |    Новости   |    Услуги   |    Форум ГМ
Поиск:       
О нас
О журнале
 
  •  
  • Архив номеров
     
  •  
  • № 1
  •  
  • № 2
  •  
  • № 3
  •  
  • № 4
  •  
  • № 5
  •  
  • № 6
  •  
  • Спецвыпуск № 1
  •  
  • Спецвыпуск № 2
  •  
  • Спецвыпуск № 3
     
  •  
  • От организаторов
  •  
  • А.В. Звегинцев
  •  
  • Л.Л. Сушенцева
  •  
  • Д. Носов, С. Яковлев
  •  
  • В.Г. Артюх
  •  
  • А.А. Шоломицкий
  •  
  • С.Г. Могильный
  •  
  • Т.П. Сыркина
  •  
  • С.М. Меринов
  •  
  • Спецвыпуск № 4
  •  
  • Спецвыпуск № 5
  •  
  • Наши читатели
  •  
  • Карта покрытия
    О Форуме
    Новости
    Мероприятия
    Литература
    Наши авторы
    Наши партнеры
    Фотоальбом







    Форум Главных Механиков

    Украина
    г. Киев



    Определение геометрических и кинематических параметров вращающихся печей в процессе их эксплуатации



    В горнодобывающей, металлургической и цементной промышленности находится в эксплуатации множество вращающихся крупногабаритных объектов непрерывного действия: вращающиеся обжиговые печи, мельницы, барабанные сушилки и т.д.  Долговечность и надежность работы такого оборудования напрямую зависит от точности его установки в проектное положение. Статистика эксплуатации такого оборудования свидетельствует, что более 30% аварий и внеплановых простоев связано с отклонениями от прямой линии оси вращения печи [1, 2]. При тщательной установке вращающихся объектов в проектное положение наблюдается увеличение времени межремонтных циклов. Кроме этого, уменьшается мощность привода для вращения печи, а, следовательно, экономится электроэнергия. Поэтому повышение качества геодезического обслуживания вращающихся объектов непрерывного производства и сокращение сроков геодезических работ является важной и актуальной задачей.

    Современный подход к технической инспекции вращающихся цементных печей предполагает использование передовых технологий, приборов и программного обеспечения [3-8], что в комплексе составляет измерительную систему. Важной тенденцией геодезического контроля является минимизация времени измерений, что позволяет сократить время простоя оборудования, поэтому измерения на действующем оборудовании в режиме реального времени являются наиболее перспективными для геодезического мониторинга промышленных агрегатов. При производстве измерений в режиме реального времени возрастает роль программного интерфейса пользователя с измерительным комплексом. Для такого взаимодействия необходимо создание принципиально новых программных средств и интеллектуальных интерфейсов, которые позволят сократить время задания параметров измерений, и будут иметь высокие когнитивные свойства для отображения процесса измерений. Важную роль в процессе непосредственных измерений играет возможность осознания всей картины произведенных и производимых наблюдений. При этом уменьшится вероятность принятия неправильных решений.

    В процессе эксплуатации печи под воздействием различных факторов оболочка печи, бандажи и ролики постепенно изнашиваются. Износ вызывает изменение геометрических параметров, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.

    Отклонение от геометрических параметров и неравномерный температурный нагрев приводит к неравномерным знакопеременным напряжениям в первую очередь на вращающихся элементах печи, что может привести к трещинам и разрывам, для устранения которых необходимо остановить печь, охладить ее и выполнить сварку или замену участка обечайки. Затем печь медленно нагревается до рабочей температуры. Поэтому периодически печь останавливают и производят контроль геометрических характеристик печи методом геометрического и бокового нивелирования [1-2]. При этом невозможно достоверно определить отклонения параметров, т.к. измерения производятся на охлажденной печи в статическом состоянии.

    Контроль геометрических параметров на действующем оборудовании усложняется: из-за постоянного вращения печи, высокой температуры, значительных размеров и отсутствия соответствующих методик и средств измерений. До настоящего времени определить геометрические изменения непосредственными измерениями практически было невозможно. Косвенные методики выполнения таких измерений, опирающиеся на биение поверхности катания [3-6], дают невысокую точность. Более точные способы [7] требуют остановки и охлаждения печи. А раз печь измеряется в стационарном состоянии, невозможно определить кинематические характеристики печи.

    Процесс, включающий себя установление и исправление возникших нарушений, и называется технической инспекцией печи. Основными параметрами технической инспекции, существенно влияющими на эксплуатационную готовность печи, являются: ось печи, овальность обечайки, бандажа и роликов,  изгиб печи в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

    Регулярные проверки печи требуются для обеспечения оптимальной эксплуатационной готовности печных установок и подтверждения того, что печь работает в рамках утвержденных проектировщиком показателей нагрузок и напряжений.

    Использование современных технологий и инструментов позволяет решить данную проблему регулярности и качества технической инспекции путем дистанционного измерения печи лазерным лучом. Для этого используются электронные тахеометры. При этом данные полученные с электронного тахеометра в режиме реального времени обрабатываются на портативном компьютере (ноутбуке) с использованием программного обеспечения Визир 3D. На рис. 1 представлено схематическое изображение принципа измерения печи электронным тахеометром.

    Рис. 1. Принцип измерения печей электронным тахеометром

    Методика работ заключается в измерении точек, расположенных в характерных сечениях объектов: секций обечайки, бандажей и опорных роликов. Точки в сечениях располагаются группами, таким образом, чтобы можно было надежно определить геометрические параметры сечения. По совокупности сечений для конкретного объекта можно вычислить его геометрические параметры.

    Производственные испытания программы показали, что в режиме реального времени необходимо измерить большое число точек (до 5000) на поверхности печи, которые относятся к различным объектам, при этом необходимо кодировать измерения. При кодировании необходимо задавать признак «левая» сторона печи или «правая», тип объекта, номер объекта, номер сечения, номер группы и номер точки в группе. Задавать безошибочно эти параметры с помощью обычных средств интерфейса операционной системы невозможно, особенно когда интервал измерений составляет 6..8 секунд. Поэтому после первых производственных испытаний авторы поставили перед собой задачу создания интеллектуального графического интерфейса, который позволил бы работать в режиме реального времени, минимизировал ошибки кодирования измерений и отображал бы процесс измерений.

    Моделирование печи

    Для моделирования графического интерфейса была разработана контекстно-свободная грамматика (КС-грамматика), которая позволяет выполнить формальное описание объекта «печь». Эта грамматика затем интерпретируется в программном комплексе Визир 3D [8, 9]  для создания графического интерфейса измерений печи конкретной печи .

    В общем случае модель измерений агрегата, которым может быть обжиговая печь, мельница или барабанная сушилка, можно описать:

                                                               n
    <агрегат>::={<секция>}

    т.е. агрегат может состоять из n секций.

    Каждая секция, в свою очередь, состоит:

    <секция>::=[<ОСУ>   ]n<обечайка>[<ОСУ>      ]
                                                     лев                                                       прав


    из левого опорно–соединительного узла (ОСУ), собственно секции обечайки и правого опорно–соединительного узла. Для крайней левой секции нет левого опорно–соединительного узла, а для крайней правой нет правого опорно–соединительного узла. Это обусловлено тем, что загрузочный и разгрузочный концы печи располагаются в закрытых помещениях и недоступны для прямых геодезических измерений.

    В свою очередь опорно-соединительный узел состоит:

    <ОСУ>::=<ролик>   <бандаж><ролик>
                                                лев                                               прав

    из правого и левого опорных роликов и соединительного бандажа.

    Несмотря на то, что элементы агрегата сильно отличаются размерами, все они являются вращающимися поверхностями, поэтому геодезические измерения для них однотипны – измеряются характерные сечения элементов (рис. 1). Число сечений для объектов с небольшой шириной (бандажи и ролики) 2, для секций обечайки число сечений может быть от 2 до k, в зависимости от длины и искривления секции. Кроме того, ролики могут быть измерены только с одной стороны, а бандажи и обечайки могут измеряться с двух сторон, что повышает точность и надежность определения геометрических параметров объектов. Формально это можно выразить следующими выражениями:

                                                            2
    <ролик>::={<сечение>}
                                                                  2                                    2
    <бандаж>::={<сечение>}     [{<сечение>}
        ]
                                                                 лев                                 прав
                                                                    k                                   k
    <обечайка>::={<сечение>}    [{<сечение>}    ]
                                                                   лев                                прав

    Сечение – это множество измерений, которые разделены на 3 группы (рис.  2). Формально это можно представить:

                                                                                                                                           3
    <сечение>::=<группа> <группа> <группа> = {<группа>}
                                                          1                      2                     3
                                                                   m

    <группа>::={<измерение>}
                                                                   1
    <измерение>::=<номер><X><Y><Z><T>

    каждое измерение имеет свой номер в пределах группы от 1 до m , координаты точки X, Y, Z на поверхности объекта, T – время момента измерения.

    Рис. 2. Схема измерения сечения

    Для применения этой модели при измерениях конкретной печи необходимо задать только число секций n, все остальные параметры являются контрольными. Так, число сечений k ≥ 2, необходимость увеличения числа сечений определяет пользователь. Оптимальное число измерений в группе лежит в диапазоне 6 ≤ m ≤ 15, в зависимости от диаметра и угловой скорости вращения объекта, но может быть и больше. Диаметр печи и роликов, а также ширина объектов подбираются из условий наилучшего отображения объектов на экране монитора и в явном виде не задаются.

    Если измерения печи будут выполнены в соответствии с этой моделью, то можно будет выделить измерения каждого отдельного объекта печи и правильно их интерпретировать при вычислениях, а это позволит определить как геометрические параметры каждого отдельного объекта, так и всей печи в целом.

    Производственные измерения печи

    Производственные измерения печи по обжигу доломита были выполнены для проверки эффективности предлагаемой технологии. Условия измерений были сложными, поскольку измерения выполнялись летом при температуре до 40 С и неясно было, как тахеометр обеспечит необходимую точность. Однако сбоев в процессе измерений замечено не было. Опорная геодезическая сеть для приведения всех точек стояния тахеометра в единую систему координат была закреплена на окружающих металлических конструкциях пятью магнитными поворотными марками, так что привязка любой точки обеспечивалась к трем или четырем точкам.

    Время одного оборота печи составляло 59 с. На сечении группа точек насчитывала не менее 10 измерений, таким образом, на каждом сечении определялось от 30 до 36 точек, равномерно расположенных по окружности сечения.

    Всего на печи было измерено 15 сечений на обечайке и бандажах, расположение которых показано на рис. 3. Кроме того, на каждом опорном ролике измерялось по два сечения. По паре сечений бандажа вычислялись ось и центр его вращения. На рис. 3 показаны профили отклонений центров вращения бандажей от прямой, соединяющей крайние центры. Отступления сравнительно невелики, что можно объяснить недавним ремонтом печи.


    Рис. 3. Результаты измерения прямолинейности оси вращения бандажей

    В данной печи обечайки не закреплены жестко в бандажах, поэтому их центры вращения имеют некоторую свободу. Расположение центров вращения сечений обечаек показано на рис. 4, откуда видно, что при вращении корпус обечайки претерпевает довольно значительные отклонения от прямой – до 60 мм.


    Рис. 4. Результаты определения прямолинейности оси вращения обечаек

    На рис.5 показан результат измерения одного из сечений бандажа. Видно, что отступление профиля сечения (красная линия) от окружности (синяя линия) составляют 1–3 мм. Причем это отклонение может быть вызвано не только неровностями поверхности бандажа, но и некоторой нестабильностью положения мгновенных центров вращения. Разделить эти составляющие измерениями крайне трудно.

    Пример сечения обечайки (рис. 6) имеет большие отклонения от окружности. Возможно, что ее поверхность не столь гладка и правильной формы, но скорее всего это вызвано блужданием мгновенных центров вращения в процессе одного оборота печи. Если векторы отклонений от окружности отнести к центру вращения, то получим облако (красные точки в центре) точек вокруг него, которое наглядно характеризует область блуждания мгновенных центров вращения.

    Совокупность профилей сечений дает детальную информацию о кинематике узлов печи в процессе вращения, позволяет механикам оперативно оценить состояние установки и принять обоснованные решения по устранению недостатков.


    Рис.5. Профиль сечения бандажа


    Рис.6. Профиль сечения обечайки

    Заключение

    Промышленные испытания подтвердили высокую эффективность технологии измерений геометрических и кинематических параметров вращающейся печи.

    Вычисления показали, что точность результатов определяется точностью измерения расстояния. При испытаниях использовался тахеометр, имеющий среднюю ошибку измерения расстояния ±1мм, следовательно и вычисленные линейные параметры имеют такую среднюю погрешность.

    Время однократного измерения печи составляет один рабочий день, результаты для анализа состояния печи получаются на месте.

    Предлагаемая технология обеспечивает высокую безопасность выполнения работ и может быть рекомендована для различных вращающихся агрегатов.

    Могильный С.Г., Шоломицкий А.А., Донецкий национальный технический университет
    Фролов И.С., ООО «Геоинжиниринг»


    Список литературы

    1. Кузьо И.В., Шевченко Т.Г. Расчет и контроль установки агрегатов непрерывного производства. – Львов: Вища школа, 1987. – 176 с.

    2. Шевченко Т.Г., Хропот С.Г., Пивоваров В.П., Игнатов А.А., Меньшиков В.Ф. Руководство по выверке технологического оборудования металлургической промышленности. – Министерство металлургии СССР, 1991. – 212 с.

    3. Krystowczyk В. Ausrichten von Drehofen und Korrektur der Tragrollen-Verdrehungen waehrend des Betriebes / ZEMENT-KALK-GIPS. – 1983. – № 5. – P. 288-292.

    4. Robertson J. L. Killn Alignment Method Allows Corrections While Operating / Rock Products. –1987. – Р. 21–22.

    5. Krystowczyk В., Krystowczyk Z. Nasz biznes z Hindusami // Geodeta, № 4. – KWIECIEN, 2002.  – Р. 1–7.

    6. Krystowczyk Z. Geometry Measurement Of Killn Shell in Dynamic Condition // Cemend & Building Materials. – 2004. – № 16. – Р. 34–37.

    7. Петров В.В., Тюрин С.В. Технология контроля геометрических характеристик вращающихся печей / Целлюлоза. Бумага. Картон. –2005. – № 7. – С. 66-70.

    8. Могильный С.Г., Шоломицкий А.А., Ревуцкий В.Н., Пригаров В.А. Измерительный комплекс «Визир 3D» на предприятиях Украины: Геодезический контроль и выверка технологического оборудования / Геопрофиль. - 2009. - №3 (6). – С. 12-19.

    9. Могильний С.Г., Шоломицький А.А., Шморгун Є.І. Трьохкоординатний вимірювальний комплекс «Визир 3D» / Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. Вип. 9(143). –Донецьк: ДонНТУ, 2009. – С.13–25.

     




    - города
    - предприятия