水泥行业的高可靠性技术方案

水泥 2009-09-02

　　从19世纪20年代开始，人类开始利用原始水泥，经历100年的瓶窑，立窑和机械立窑初级阶段，20世纪20年代我们进入了旋窑时期。从此，支撑和保持旋转的轴承也成为水泥行业的关键零部件之一。这时距离铁姆肯公司在1899年成立已经30多年了。

　　1980年左右出现的预分解窑 (PC) ，也称为新型干法窑，使已经取代湿法窑的干法悬浮预热器窑 (SP) 产能成倍增长，现今每条生产线最大产能可以达到13000吨/天。与此同时，已经有110年轴承制造和90多年高品质合金钢制造历史的铁姆肯公司已经把轴承应用到了水泥行业的各个设备上，用高品质高可靠性的产品在轴承行业引领着科技进步。

　　今天，铁姆肯公司作为一家实力雄厚的、为各行各业提供杰出的摩擦管理和动力传动解决方案的致力于工业技术、产品和服务的工程性公司，正将业务战略逐步转型到以工业市场为核心，作为工业市场的重要业务之一，我们同样也致力于为水泥行业提供更高品质的高端产品。

　　早在2007年国家发改委发布八项措施强化节能减排，其中包括加大结构调整力度、推进技术进步、加强节能降耗管理、推进循环经济发展、强化污染防治等。其中明确指出了水泥行业要淘汰落后产能，应用新型生产技术，从而控制能耗并加强节能减排和控制污染。这对水泥行业来说，是一条可持续发展之路。而在这条道路上，铁姆肯公司的解决方案已经和将为各位水泥行业的生力军再助动力。

　　在介绍运用在水泥行业的高新轴承产品技术方案之前，让我们看两个水泥行业的例子来说明新技术的应用对节能的贡献。
机立窑和新型干法水泥窑相比，按6000万吨年水泥熟料需求量折算，每年节约标准煤100万吨以上，节省石灰石700万吨以上，可以节约土地约2万亩。（摘自浙江省“十一五”水泥工业发展专项规划）

　　产能为5000吨/天的水泥熟料干法生产线配套低温余热发电系统，年运行7000h，计算熟料发电量33.7KWh，年发电量5411x104KWh，年供电量4924x104KWh，按大型火电厂发电效率为0.383Kg标准煤/KWh计算，年节约标准煤18859吨，每年减少二氧化碳排放量47148吨。（摘自宋纪元《水泥余热发电总包工程经验浅谈》）
高可靠性轴承解决方案的产品技术特点

　　想象一下，高可靠性的轴承解决方案是否可以带来巨大价值呢？
　　让我们以解铁姆肯公司的产品技术特点为例来逐一说明：
　　——纯净的轴承钢材料
　　——优化的接触型面设计
　　——高标准的表面粗糙度
　　1. 纯净的轴承钢材料
　　从1917年，铁姆肯公司为了更好的控制轴承品质源头而建立了自己的钢厂，并主要为自己的轴承制造厂提供钢材。随着计算机技术的兴起和迅猛发展，从上世纪80年代开始，正如大家在图1中所看到的，Timken®轴承钢的纯净度不断跃上新的台阶。由于轴承钢纯净度的提高，使得轴承由于内部杂质失效的几率大大减少。试验证实，轴承的有效寿命较相同运转条件下的其他同类轴承可以提高到2倍。显然，轴承以及设备的寿命因此可以提高，更长时间的可靠运转无疑为水泥厂商提供了直接的效益。

图1 轴承材料的不断进步

　　2. 优化的接触型面设计
　　我们知道，在水泥设备的运转过程中，偏心的高负载在所难免。不但如此，随着对设备能耗标准的要求不断提高，设备和轴承的尺寸限定在更小的范围。为此铁姆肯公司采用了优化的接触型面几何设计。如图2所示，由于多半径的接触型面轮廓设计，轴承接触区的应力有效均化，避免局部的应力集中而导致提前失效。如图3，相应的实验可以证明，铁姆肯公司的优化接触型面几何设计可以在恶劣工况下提高轴承寿命高达4倍。那么，从另外一方面讲，我们可以减少零部件的设计尺寸、减少设备重量、减少运转能耗；不仅如此，还为原始设备制造商节省了制造成本，增加了利润空间。

图2 不同载荷状况和接触型面设计

图3 几何轮廓对轴承寿命的影响

　　3. 高标准的表面粗糙度
　　毋庸置疑，轴承滚道的表面粗糙度影响着润滑的效果，而润滑的有效性直接决定了轴承的寿命。在图4中，不同表面粗糙度在相同的计算油膜厚度情况下，金属之间的接触摩擦程度是不同的，由此引起的轴承损伤也就不同。在同种工况下，我们用不同表面粗糙度的轴承作对比试验，如图5所见，随着工况越来越苛刻，l（计算油膜厚度与复合滚子滚道表面粗糙度比值）越来越小时，增强的高标准表面粗糙度设计轴承与普通轴承寿命差甚至可以高达4倍。

图4 表面粗糙度对油膜和金属摩擦的影响

图5 表面粗糙度对轴承寿命的影响

　　铁姆肯公司高性能轴承解决方案
　　为了更好地提高设备性能和可靠性，铁姆肯公司整合以上技术推出了一系列独一无二的高性能轴承解决方案，包括了P900™ 轴承、DuraSpexx™轴承、抗杂质轴承、工程表面处理轴承以及耐腐蚀轴承（见图 6）。每种轴承都是针对某组特定的损伤模式而设计的。这些高性能轴承的使用寿命在不同的应用环境中要比普通轴承高出一倍至六倍不等。

　　Timken P900™轴承和DuraSpexx™ 轴承在承载能力、效率和持久性方面表现卓越，被行业奉为标杆。采用了超级纯净钢后，这些轴承的滚子、内圈、外圈的表面都经过特殊加工，能减少与表面有关的损伤模式的产生（见图5），此外，轴承先进的几何构型几乎能完全消除由载荷过高或偏心所造成的边界应力集中（见图 3）。在某些工况中，这些轴承的相对寿命要比Timken®标准轴承高出四倍。

图6 铁姆肯公司高性能轴承方案

　　除此之外，铁姆肯公司还提供抗杂质轴承。标准 Timken®渗碳轴承能有效抵御中度杂质的有害作用，无论是在实验室还是现场测试，甚至能超过竞争对手所推出的抗杂质产品。在杂质更多、润滑不足的工况中，Timken®抗杂质轴承能进一步延长轴承寿命，实验证明抗杂质轴承可比标准Timken®轴承的寿命高达2倍之多。此外，我们还为客户提供 Debris Signature Analysis™服务。作为一项高级计算机工具，这项工具让工程师可以通过分析轴承滚道表面上所目检到的杂质损伤“痕迹”，对应用环境的杂质严重程度进行建模。该工具可以量化损伤痕迹对于轴承寿命的影响，并能帮助工程师选出最合适的轴承解决方案。

　　当然，Timken®工程表面处理（ES）轴承会给我们带来不同解决之道。铁姆肯公司的工程表面处理技术能为客户提供更好的轴承性能，被广泛应用于水泥、采矿、油田、冶金、风能、航空航天和电力等行业。在这些行业里，轴承的性能和正常运行时间至关重要。这种轴承的设计特点在于采用了铁姆肯公司的工程表面镀层。这种镀层是一种金属碳化基的纳米合成薄膜，拥有极其坚硬、摩擦超小的表面特性。它的有些属性与陶瓷相似，能减少发生在滚子和滚道接触面上的微型焊接和粘着磨损，尤其是金属与金属之间的接触。工程表面处理轴承能有效地预防杂质、减小摩擦和扭矩，减少表面擦伤，延长轴承在润滑不良情况下的工作寿命，减少假性压痕磨损以及润滑剂的流失。该镀层工艺经过精心设计，符合质量规范，在铁姆肯公司全球制造工厂里都进行严格控制。铁姆肯公司的技术专家进行了诸多性能测试以优化镀层配方，实验证明，工程表面处理轴承的最大寿命能达到标准轴承的六倍。

　　说到耐腐蚀轴承。铁姆肯公司的AquaSpexx™轴承上涂有锌合金镀层，锌合金镀层是铁姆肯公司自主研发的专利技术，在轧机、加工设备、海事中应用广泛，能有效抵抗水性腐蚀所造成的损伤。镀层设计通常应用在轴承载荷较轻且非酸性的工作环境中。AquaSpexx™轴承具有很强的耐腐蚀性，通过实践证实其相对轴承寿命最多可达传统轴承的五倍。还有铁姆肯公司的Thin Dense Chrome™（TDC）轴承的镀层是一层铬基薄层，能有效保护轴承，以免生锈和酸蚀。这些轴承通常应用在纸机、食品饮料加工和海事行业中，与传统轴承相比，其耐腐蚀特性要高出三倍。

　　铁姆肯公司产品的价值
　　在水泥行业苛刻应用环境中，铁姆肯公司的全系列高性能轴承解决方案在材料、表面加工、接触面几何构型以及镀层等方面均采用了铁姆肯公司自主研发的工程技术，能帮助我们的客户降低设备设计和运作的总成本，以此提升竞争力，从而体现铁姆肯产品的价值和为您带来的增值。针对严苛的环境，我们的高性能轴承能为您：
　　• 提升轴承性能，延长轴承寿命
　　• 提高功率密度，在同样的安装空间下，高性能轴承的承载能力更高
　　• 降低轴承更换成本
　　• 降低设备维修成本
　　• 延长设备正常运行时间，提高生产力
　　• 价值最大化，提高轴承性价比

　　高性能轴承可以应用在产品周期的任何一个阶段，从样机原型到最终应用，无需重新进行系统设计。通过采用高级计算机分析工具，铁姆肯公司的工程师能为您提供有关解决方案的建议，向您推荐最适合您工况的产品。

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