Applicazioni di accoppiamento industriale
Giunti nei forni rotanti per cemento:
Affidabilità ingegneristica a 1.450 °C
Un'analisi approfondita di come i giunti di precisione per alberi di trasmissione mantengono in funzione ininterrottamente i forni rotativi per cemento negli stabilimenti di produzione del Regno Unito, dall'alimentazione delle materie prime allo scarico del clinker.
🕐 Tempo di lettura: 18 minuti
🌐 Focus B2B nel Regno Unito
⚙️ Ingegneria meccanica
Il forno rotante per cemento rappresenta una delle apparecchiature meccanicamente più complesse dell'industria pesante moderna. Operando 24 ore su 24, spesso a temperature superiori a 1.450 gradi Celsius all'interno della zona di combustione, questi enormi cilindri rotanti trasformano calcare e argilla grezzi nel clinker che costituisce la base del cemento Portland. Negli impianti di cemento del Regno Unito, dagli stabilimenti Blue Circle nel Kent agli impianti Tarmac nel Peak District, un singolo forno può raggiungere gli 80 metri di lunghezza, pesare diverse centinaia di tonnellate a pieno carico e ruotare ininterrottamente per settimane. Le coppie motrici in gioco sono straordinarie e qualsiasi guasto alla trasmissione si traduce direttamente in costosi fermi macchina imprevisti. Al centro di ogni sistema di azionamento del forno affidabile si trova un giunto di precisione.
In questo contesto, i giunti non sono semplici connettori passivi, bensì componenti ingegneristici attivi che assorbono gli urti, compensano i disallineamenti degli alberi causati dalla dilatazione termica e proteggono riduttori e motori da improvvisi picchi di coppia. La scelta di un giunto errato o la mancata osservanza delle sue specifiche comportano usura precoce, cricche da fatica indotte dalle vibrazioni nei componenti adiacenti e, infine, guasti meccanici catastrofici. Questo articolo esamina in dettaglio il funzionamento dei giunti all'interno dei sistemi di azionamento dei forni rotanti per cemento, i materiali e le geometrie in grado di resistere alle sollecitazioni a cui sono sottoposti e come gli ingegneri di Ever Power progettano soluzioni su misura per le esigenze specifiche del settore cementiero del Regno Unito.
Comprensione dei giunti dell'albero nei sistemi di trasmissione industriali pesanti
Fondamenti di meccanica
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Trasmissione della coppia
Un giunto trasmette la potenza meccanica rotazionale, ovvero la coppia, da un albero motore (tipicamente collegato all'uscita di un motore o di un riduttore) a un albero condotto (l'anello di supporto del guscio del forno o il gruppo di ruote di sostegno). Nelle applicazioni per forni da cemento, questa coppia può superare i 5.000 kN·m negli impianti di grandi dimensioni, rendendo la selezione dei componenti e le specifiche metallurgiche assolutamente critiche per la continuità operativa.
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Compensazione del disallineamento
Durante la fase di riscaldamento, i forni per cemento subiscono una significativa dilatazione termica. Quando il guscio si riscalda dalla temperatura ambiente a quella di esercizio, l'albero motore può spostarsi assialmente di diversi millimetri e presentare un disallineamento angolare a causa dell'assestamento delle fondamenta sotto carico. I giunti flessibili, in particolare quelli a ingranaggi e a disco, assorbono questi movimenti senza trasmettere momenti flettenti dannosi al riduttore o agli alloggiamenti dei cuscinetti del motore.
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Assorbimento degli urti
Irregolarità nell'alimentazione, noduli di clinker duro e cedimenti del rivestimento del forno generano improvvisi picchi di coppia che possono raggiungere valori tre o quattro volte superiori alla coppia nominale di progetto in pochi millisecondi. Senza un giunto progettato per assorbire questi impulsi – tramite elementi elastomerici, denti degli ingranaggi bombati o dischi flessibili metallici – lo shock si propaga direttamente al riduttore, rischiando di fratturare i denti degli ingranaggi o di rompere i cuscinetti a rulli. Il giunto funge da ultima linea di difesa meccanica nella trasmissione.
Principio di funzionamento degli accoppiamenti nei sistemi di azionamento dei forni rotanti per cemento
Meccanismi operativi
In una tipica configurazione di forno per cemento, un motore a corrente alternata ad alta potenza aziona un riduttore di velocità primario, spesso un riduttore epicicloidale o a ingranaggi elicoidali paralleli, e l'albero di uscita del riduttore si collega al pignone di azionamento del forno tramite un giunto flessibile. Il pignone ingrana con una grande corona dentata aperta imbullonata al guscio del forno. Questa disposizione fa sì che il giunto si trovi tra il componente che richiede la massima velocità e precisione (l'uscita del riduttore) e il componente meccanicamente più rumoroso (la corona dentata aperta, esposta a polvere, cicli termici e carichi variabili sui denti dovuti alla flessione del guscio del forno sotto il proprio peso).
Un giunto a ingranaggi raggiunge questo risultato tramite due mozzi con denti a sperone bombati tagliati esternamente che si innestano nelle boccole dentate interne. Il profilo bombato dei denti del mozzo esterno consente al mozzo di ruotare all'interno della boccola in condizioni di disallineamento angolare senza creare concentrazioni di sollecitazioni sui bordi. Man mano che il forno ruota, il giunto si adatta continuamente a piccoli movimenti angolari e assiali, trasmettendo la coppia in modo uniforme. La boccola è tipicamente un'unità monoblocco forgiata e lavorata con una forma dei denti a barilotto, e l'intero gruppo è sigillato con tappi terminali e riempito con grasso ad alta viscosità per impedire l'ingresso della fine polvere di cemento che permea ogni superficie all'interno di un forno.
I giunti flessibili a disco adottano un approccio diverso: sottili dischi metallici o pacchi di dischi, stampati in acciaio inossidabile 17-7PH o Inconel per applicazioni ad alta temperatura, si flettono in caso di disallineamento senza alcuno scorrimento relativo tra i componenti. Ciò significa attrito nullo, nessuna necessità di lubrificazione all'interno del pacco di dischi e nessun gioco. La rigidità torsionale è prevedibile con precisione, il che rende i giunti a disco la soluzione ideale quando il sistema richiede una dinamica torsionale controllata, come nei sistemi di azionamento dei forni che utilizzano azionamenti a frequenza variabile (VFD), dove la gestione della risonanza è essenziale per un aumento graduale della velocità ed evitare frequenze di velocità critiche.
Materiali principali utilizzati nella produzione di giunti per forni rotanti
Specifiche metallurgiche
Materiale del mozzo
Acciaio legato 40Cr / 42CrMo4
Gli acciai legati al cromo-molibdeno sono il materiale predominante per i mozzi dei giunti per forni pesanti. Dopo la forgiatura e la sgrossatura, i mozzi vengono temprati a cuore mediante trattamento termico di tempra e rinvenimento fino a raggiungere una durezza di 28-35 HRC, garantendo un'eccellente resistenza alla fatica alla base dei denti dell'ingranaggio, dove le sollecitazioni di flessione alternata sono massime. Il contenuto di molibdeno previene la fragilità da rinvenimento durante il lento raffreddamento dei pezzi forgiati di grandi dimensioni.
Materiale della manica
Acciaio 20CrMnTi cementato
Le boccole interne vengono sottoposte a cementazione e tempra superficiale per ottenere una durezza superficiale dei denti di 58-64 HRC con una profondità di tempra di 1,2-2,0 mm. Questo produce una superficie di contatto dei denti dura e resistente all'usura su un nucleo tenace e duttile: esattamente la combinazione di proprietà necessaria per gestire il contatto di scorrimento continuo tra i denti del mozzo e della boccola durante l'articolazione disallineata. La lega di cromo-manganese-titanio favorisce inoltre una fine distribuzione dei carburi per una migliore resistenza alla propagazione delle cricche da fatica.
Materiale del disco (giunti a disco)
17-7PH / Inconel 625
I pacchi di dischi per le applicazioni di azionamento ausiliario dei forni da cemento sono stampati in acciaio inossidabile 17-7PH a indurimento per precipitazione (condizione H900, resistenza alla trazione 1.310 MPa) per impieghi standard. Laddove il calore irradiato dal guscio del forno crea un ambiente ad alta temperatura intorno all'azionamento, i dischi in Inconel 625 mantengono le loro proprietà meccaniche al di sopra dei 600 °C e resistono all'atmosfera ossidante. I molteplici dischi sottili in un pacco distribuiscono l'energia di deformazione flessionale sull'intero perimetro del disco, eliminando qualsiasi punto di concentrazione delle sollecitazioni.
Guarnizioni e lubrificazione
Grasso sintetico a base di poliurea e complesso di litio
Le boccole di accoppiamento degli ingranaggi sono sigillate con tappi terminali O-ring in neoprene o HNBR e riempite con grasso sintetico a base di poliurea con consistenza NLGI n. 2. Nell'ambiente altamente polveroso di un forno per cemento, l'integrità della tenuta è fondamentale: la polvere di cemento che contamina il grasso provoca un'usura abrasiva che accelera rapidamente il degrado dei denti. I grassi al complesso di litio con un pacchetto di additivi per pressioni estreme (EP) che estendono gli intervalli di rilubrificazione a 8.000-12.000 ore di funzionamento sono la specifica standard nei regimi di manutenzione degli impianti di cemento del Regno Unito.
Principali vantaggi tecnici degli accoppiamenti di precisione per forni rotanti per cemento
Vantaggi ingegneristici
01
Alta densità di coppia
I denti degli ingranaggi bombati e tagliati con precisione, uniti alle strette tolleranze di fabbricazione, consentono ai giunti a ingranaggi di trasmettere coppie superiori a 5.000 kN·m in dimensioni compatte. Questa elevata densità di potenza è fondamentale negli impianti di produzione di cemento, dove lo spazio tra il riduttore e il pignone è limitato dalla configurazione dell'impianto, in particolare nei cementifici britannici più datati, originariamente progettati per azionamenti di dimensioni inferiori e successivamente aggiornati con combinazioni di motore e riduttore di maggiore potenza.
02
Tolleranza di disallineamento tridimensionale
I giunti per forni di alta qualità sono in grado di compensare simultaneamente disallineamenti angolari fino a 1,5 gradi, spostamenti paralleli fino a diversi millimetri e spostamenti assiali in entrambe le direzioni. Questa flessibilità tridimensionale fa sì che, man mano che il guscio del forno si espande e si contrae termicamente durante i cicli di temperatura (un movimento che può modificare significativamente la posizione degli alberi in un forno da 75 metri), il giunto assorba ogni componente di tale movimento senza imporre forze di reazione dannose agli alloggiamenti dei cuscinetti del motore o del riduttore.
03
Protezione dagli urti torsionali
La flessibilità intrinseca dei giunti flessibili, sia attraverso elementi elastomerici nelle versioni a ganasce, sia grazie all'elasticità intrinseca di più pacchi di dischi sottili, garantisce un'efficace ammortizzazione torsionale durante l'avvio del forno, gli eventi di collasso del rivestimento e il passaggio del clinker duro attraverso la zona di combustione. Questa protezione prolunga notevolmente la durata utile dei cuscinetti del riduttore e del motore, riducendo i costi totali di manutenzione durante l'intero ciclo di produzione del forno, che nel Regno Unito si estende in genere da 8 a 12 mesi tra le fermate per manutenzione programmata.
04
Lunga durata e basse esigenze di manutenzione.
Se specificati e allineati correttamente fin dall'inizio, i giunti a ingranaggi di alta qualità utilizzati nei forni raggiungono in genere dalle 40.000 alle 80.000 ore di funzionamento prima che l'usura dei denti ne renda necessaria la sostituzione. L'unico intervento di manutenzione ordinaria richiesto è il rabbocco periodico del grasso, un'operazione che spesso può essere eseguita con il forno in funzione utilizzando punti di iniezione di grasso pressurizzato, senza interrompere il processo. Questa ridotta necessità di manutenzione è particolarmente vantaggiosa per gli impianti di cemento del Regno Unito che operano con rigidi programmi di produzione e finestre di manutenzione limitate, dettate dai cicli della domanda di mercato.
Scenario applicativo: Sistema di azionamento principale del forno rotante per cemento
Applicazione principale Analisi approfondita
Il sistema di azionamento principale del forno rotante per cemento rappresenta l'applicazione di giunto più impegnativa dell'intero processo di produzione del cemento. Il forno stesso è essenzialmente un lungo reattore cilindrico a lenta rotazione, inclinato di 3-5 gradi rispetto all'orizzontale. La materia prima entra dall'estremità di alimentazione rialzata e rotola lentamente verso l'estremità di scarico, attraversando progressivamente le zone di preriscaldamento, calcinazione e combustione. Le dimensioni e il peso considerevoli di questo gruppo, uniti alla necessità di un funzionamento continuo, alle elevate temperature interne e all'atmosfera abrasiva e chimicamente aggressiva presente nell'edificio del forno, impongono una serie di requisiti particolarmente severi al giunto installato nella sua trasmissione.
L'accoppiamento di trasmissione principale deve gestire non solo la coppia costante, ma anche la variazione ciclica di coppia che si verifica una volta per giro quando il dente della corona dentata con il maggiore errore di passo accumulato si innesta sul pignone: un evento noto come picco di coppia "una volta per giro". Inoltre, durante l'avvio del forno a freddo, il sistema di trasmissione deve superare simultaneamente l'attrito statico di tutti gli anelli di scorrimento e dei rulli di supporto, generando una coppia di spunto che può essere da due a tre volte superiore alla normale coppia di funzionamento. L'accoppiamento deve assorbire entrambi questi carichi transitori senza slittare sul collegamento albero-chiavetta o sovraccaricare alcuno dei suoi componenti strutturali. Specificare un generoso fattore di sicurezza di coppia, in genere pari a 2,5-3 volte la coppia continua massima calcolata, è una pratica essenziale nel dimensionamento degli accoppiamenti dei forni in tutti gli impianti di produzione di cemento del Regno Unito.
💡 Approfondimento ingegneristico
Nella zona cementiera di Sheffield e del Derbyshire, gli ingegneri degli impianti specificano di routine giunti a ingranaggi con un rapporto diametro esterno/alesaggio inferiore a 2,5 per mantenere la massa del giunto al di sotto della soglia critica che amplificherebbe le vibrazioni torsionali nel primo modo naturale della trasmissione. Ciò è particolarmente importante quando si utilizzano azionamenti a frequenza variabile (VFD), poiché il VFD può eccitare qualsiasi risonanza torsionale all'interno del suo intervallo di velocità durante la fase di accelerazione.
Parametri tecnici e prestazionali del prodotto
Tabella delle specifiche
| Parametro | Giunto a ingranaggi | Giunto a disco | Accoppiamento elastomerico |
|---|
| Intervallo di coppia nominale | 100 ~ 5.500 kN·m | 10 ~ 1.200 kN·m | 0,5 ~ 150 kN·m |
| Moltiplicatore di coppia di picco | fino a 3,0 volte più valutato | fino a 2,5 volte più potente | fino a 2,0 volte più potente |
| Disallineamento angolare | fino a 1,5 gradi | fino a 1,0 gradi | fino a 4,0 gradi |
| Spostamento assiale | +/- 4 ~ +/- 15 mm | +/- 1 ~ +/- 5 mm | +/- 3 ~ +/- 10 mm |
| Velocità operativa | fino a 3.600 giri/minuto | fino a 8.000 giri al minuto | fino a 2.000 giri al minuto |
| Intervallo di diametro del foro | 50 ~ 560 mm | 20 ~ 300 mm | 15 ~ 200 mm |
| Materiale del mozzo standard | 42CrMo4 / 40Cr | 42CrMo4 / SS304 | Ghisa / Acciaio fuso |
| Materiale della guaina/del disco | 20CrMnTi (58-64 HRC) | 17-7PH / Inconel 625 | Poliuretano / NBR |
| Gioco | Basso (gioco tra i denti dell'ingranaggio) | Zero | Molto basso |
| Intervallo di manutenzione | 8.000 ~ 12.000 ore | Oltre 20.000 ore (senza lubrificazione) | 4.000 ~ 6.000 ore |
| Posizione tipica del forno | Uscita del riduttore di trasmissione principale | Azionamento ausiliario/a bassa velocità | Ventilatori/pompe ausiliarie |
Scenari di applicazione industriale estesi per i giunti per alberi
Implementazione intersettoriale
Scenario applicativo
Azionamento del mulino grezzo — Produzione di cemento
Il mulino a sfere e il mulino a rulli verticali utilizzati per macinare le materie prime prima dell'immissione nel preriscaldatore del forno si basano su giunti a ingranaggi ad alta coppia tra le uscite del riduttore e gli alberi pignone del mulino. I mulini nel Regno Unito, compresi quelli dei principali cementifici integrati nelle cave del Lincolnshire, operano spesso su due turni con frequenti cicli di avvio e arresto. Il giunto deve resistere a coppie di avviamento ripetute senza corrosione da sfregamento all'interfaccia tra foro e mozzo, il che richiede un'attenta tolleranza dell'accoppiamento forzato e spesso l'applicazione di composti anti-sfregamento durante l'assemblaggio. Per questa applicazione si preferiscono giunti con diametri del foro maggiori e sedi per chiavetta profonde, al fine di distribuire gli elevati carichi torsionali su una maggiore area di contatto all'interfaccia dell'albero.
Scenario applicativo
Azionamenti per ventilatori di preriscaldatori di mulini a carbone e forni
I mulini per il carbone, utilizzati per preparare il combustibile polverizzato da iniettare direttamente nel bruciatore del forno, operano in un'atmosfera potenzialmente esplosiva e devono pertanto utilizzare giunti conformi ai requisiti della zona ATEX 22. Ciò esclude gli elementi elastomerici con elevate temperature superficiali in condizioni di scorrimento. I giunti a disco antistatici e antiscintilla, realizzati in leghe di bronzo all'alluminio o in acciaio rivestito antiscintilla specificamente progettato, rappresentano la soluzione corretta. Gli impianti di cemento dell'area di Birmingham che utilizzano la cogenerazione di biomassa hanno requisiti simili per i giunti dei loro mulini di preparazione della biomassa. Anche il ventilatore a tiraggio forzato all'uscita del forno, spesso il ventilatore centrifugo più grande dell'impianto con una potenza di 2.000 kW e oltre, richiede un giunto ad alta integrità in grado di gestire i carichi di squilibrio che si sviluppano con l'accumulo di materiale di rivestimento sulle pale del ventilatore durante il funzionamento.
Scenario applicativo
Trasporto del clinker del raffreddatore - Scarico del forno
All'uscita del forno, il clinker incandescente a 1200-1300 °C cade su un raffreddatore a griglia mobile. Il meccanismo di azionamento di questo raffreddatore, che sia un sistema idraulico o un motoriduttore elettrico, utilizza giunti ad albero in un ambiente con temperature estremamente elevate. Il calore irradiato dal clinker e dall'involucro del raffreddatore può innalzare la temperatura ambiente intorno al giunto fino a 120-150 °C, richiedendo l'utilizzo di grassi ad alta temperatura con punto di gocciolamento superiore a 200 °C, oppure l'impiego di giunti a disco che non necessitano di lubrificazione. I produttori di cemento britannici, sotto la pressione degli impegni per le emissioni zero, recuperano sempre più spesso il calore di scarico più freddo per la produzione di energia elettrica tramite turbine a ciclo Rankine organico (ORC), le quali a loro volta richiedono giunti a disco di precisione sui loro collegamenti ad albero per gestire le altissime velocità di rotazione.
Scenario applicativo
Azionamento ausiliario (a scorrimento) del forno di cemento
Ogni forno rotante per cemento è dotato di un azionamento ausiliario a bassa velocità separato, o a velocità ridotta, in genere un piccolo motore elettrico che aziona un riduttore a vite senza fine con rapporto elevato, utilizzato per ruotare lentamente il forno durante gli arresti per manutenzione, il raffreddamento dei materiali refrattari e la messa in servizio. Questo azionamento ausiliario si innesta tramite un giunto a disco o un giunto a ganasce dentate montato sull'estensione dell'albero del pignone di azionamento principale del forno. Il giunto deve garantire un innesto e un disinnesto affidabili senza richiedere un allineamento preciso dell'albero ogni volta che viene collegato: un requisito pratico importante quando il team operativo deve collegare rapidamente l'azionamento ausiliario durante un arresto a caldo non pianificato. I team di ingegneri degli impianti di cemento di Sheffield specificano spesso varianti di giunti a disco a sgancio rapido per questa applicazione, al fine di ridurre i tempi di ricollegamento durante le fermate programmate e non programmate.
La nostra gamma di prodotti per giunti
Eccellenza nella produzione
Giunto a ingranaggi
Giunto ad albero ad alta coppia
Gruppo di accoppiamento per impieghi gravosi
Prodotti di accoppiamento in evidenza
Consigliato per applicazioni in forni per cemento.
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Il giunto flessibile a trave eccelle nelle applicazioni di azionamento ausiliario e servomotori in tutto l'impianto di cemento. Realizzato da un unico pezzo di lega di alluminio 7075-T6 o acciaio inossidabile 303, è caratterizzato da una scanalatura a spirale che crea un elemento a trave elicoidale flessibile. Questa geometria compensa simultaneamente disallineamenti angolari, paralleli e assiali, mantenendo un gioco nullo, rendendolo il giunto ideale per i collegamenti di encoder e resolver nei sistemi di misurazione della velocità del forno, per il feedback di posizione sugli strumenti di misurazione del guscio del forno e per i collegamenti dei servomotori di azionamento ausiliari dove è richiesto un posizionamento angolare preciso. La sua struttura compatta, senza lubrificazione e senza manutenzione si adatta perfettamente agli alloggiamenti di azionamento angusti presenti nei sistemi ausiliari del forno ed è disponibile con diametri del foro da 3 mm a 40 mm nelle configurazioni standard, con fori personalizzati disponibili su richiesta presso lo stabilimento di produzione di Ever Power.
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Il giunto a dischi è la soluzione consigliata da Ever Power per i sistemi ausiliari e di azionamento a bassa velocità dei forni per cemento, gli azionamenti delle turbine ORC e qualsiasi applicazione in forno che richieda un collegamento dell'albero senza lubrificazione e senza manutenzione. Il pacco di dischi, costituito da sottili dischi metallici imbullonati alternativamente a due flange, si flette in caso di disallineamento trasmettendo la coppia attraverso gli elementi tangenziali imbullonati, senza alcun contatto di scorrimento tra i componenti. Ciò elimina completamente la necessità di lubrificazione del giunto stesso, riducendo il rischio di contaminazione e semplificando la programmazione della manutenzione. La rigidità torsionale del giunto a dischi è un valore ben definito e calcolabile, che consente ai progettisti di sistemi di azionamento di prevedere con precisione le frequenze naturali torsionali dell'intero sistema di azionamento del forno e di garantire che le velocità operative degli inverter evitino condizioni di risonanza. Ever Power produce giunti a disco con coppie nominali da 10 N·m a oltre 1.200 kN·m, e sono disponibili configurazioni flangiate personalizzate per adattarsi a qualsiasi dimensione di interfaccia di macchinari esistente, aspetto fondamentale quando si progetta un giunto di ricambio per un forno in servizio continuo dagli anni '80 senza modifiche ai disegni.
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Ever Power: Produzione di precisione e soluzioni di accoppiamento personalizzate
Capacità produttiva e personalizzazione
Ever Power si è affermata come produttrice specializzata di giunti, con una comprovata esperienza nella fornitura di soluzioni ingegnerizzate per la trasmissione di potenza all'industria pesante nel Regno Unito, in Europa e nei mercati globali. Lo stabilimento produttivo dell'azienda gestisce internamente l'intero processo produttivo, dall'ispezione delle materie prime alla forgiatura, dalla tornitura CNC di precisione alla fresatura degli ingranaggi, dal trattamento termico al trattamento superficiale, dall'assemblaggio al controllo finale, garantendo la completa tracciabilità della qualità di ogni componente che esce dalla fabbrica. Questa integrazione verticale è alla base della capacità di Ever Power di offrire una reale personalizzazione, anziché una semplice fornitura a catalogo, elemento cruciale per le applicazioni nei forni per cemento, dove non esistono due installazioni dimensionalmente identiche.
Le capacità di personalizzazione di Ever Power coprono l'intera gamma di esigenze degli ingegneri degli impianti di cemento del Regno Unito: diametri del foro e configurazioni della chiavetta non standard per adattarsi alle interfacce dell'albero esistenti, schemi di bulloni della flangia personalizzati per un montaggio diretto sulle flange di uscita del riduttore esistenti senza modifiche, profili speciali dei denti degli ingranaggi ottimizzati per specifiche combinazioni di coppia e disallineamento, sistemi di tenuta per alte temperature per applicazioni di scarico e specifiche dei materiali conformi alla normativa ATEX per azionamenti di mulini a carbone e biomassa. Il team di ingegneri di Ever Power collabora direttamente con gli ingegneri degli impianti a Birmingham, Sheffield e in tutta la cintura cementiera del Regno Unito per sviluppare soluzioni di accoppiamento che risolvano problemi operativi reali, non solo requisiti teorici di specifica.
In Ever Power, la garanzia di qualità è integrata in ogni fase del processo produttivo. Per ogni lotto di materia prima vengono rilasciati certificati. Ogni giunto finito è accompagnato da un rapporto di ispezione dimensionale. La geometria dei denti degli ingranaggi viene verificata tramite un centro di misura degli ingranaggi (GMC) in conformità alle tolleranze ISO 1328. Tutti gli assemblaggi che superano una determinata soglia di massa e velocità vengono bilanciati. Questo approccio rigoroso si traduce direttamente in una durata di servizio dei giunti che supera costantemente quella delle alternative a catalogo, un risultato visibile nei dati sui costi di manutenzione degli impianti di cemento del Regno Unito che sono passati alle soluzioni di giunti ingegnerizzate di Ever Power.
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100%
Produzione interna di ingranaggi CNC
ISO 9001
Sistema di gestione della qualità certificato
4 settimane
Tempi di consegna tipici per raccordi per forni personalizzati
Globale
Spedizione disponibile con magazzino nel Regno Unito
Caso di successo del cliente: Cementificio di Derbyshire
Caso di studio: l'industria pesante del Regno Unito
Posizione
Valle della Speranza, Derbyshire
Industria
Produzione di cemento Portland
Produzione del forno
2.800 tonnellate/giorno di clinker
Giunto installato
Tipo di ingranaggio personalizzato, 3.200 kN·m
La sfida
Un importante produttore di cemento Portland, che gestisce un forno a umido di 75 metri nella Hope Valley, nel Derbyshire, ha riscontrato ripetuti guasti al giunto di azionamento principale del forno. Il giunto esistente, un modello obsoleto risalente alla messa in servizio originale del forno nel 1978, presentava un'usura accelerata dei denti a causa dell'infiltrazione di polvere di cemento attraverso le guarnizioni deteriorate. L'impianto ha subito due arresti imprevisti del forno in diciotto mesi a causa di guasti al giunto, ciascuno dei quali ha comportato circa 60 ore di perdita di produzione e stress termico refrattario che ha ridotto la durata del rivestimento. Il team di ingegneri ha stimato che ogni arresto imprevisto è costato all'azienda oltre 180.000 sterline in termini di perdita di produzione diretta, interruzioni logistiche e risorse per la manutenzione di emergenza.
La soluzione di Ever Power
Il team di ingegneria applicativa di Ever Power ha condotto un'analisi completa della trasmissione, raccogliendo i registri delle correnti dei motori, gli spettri di vibrazione dagli alloggiamenti dei cuscinetti di uscita del riduttore e i dati di allineamento del forno dai registri di manutenzione dell'impianto stesso. Questa analisi ha evidenziato che il sistema di tenuta del giunto preesistente era completamente inefficace nell'ambiente di polvere di cemento fine presente nell'edificio del forno e che il disallineamento termico durante il ciclo di riscaldamento del forno superava i limiti di progettazione del giunto originale: una situazione che si era verificata perché il forno era stato convertito da un processo a umido a uno semi-secco durante un ammodernamento negli anni '90, con conseguente aumento delle temperature di esercizio e quindi dei movimenti termici dell'albero oltre i limiti di progettazione originali.
Ever Power ha progettato e realizzato un giunto a ingranaggi di ricambio con una coppia nominale di 3.200 kN·m, dotato di una guarnizione a triplo labbro con esclusione della polvere a labirinto, una capacità di disallineamento angolare estesa di 1,2 gradi per coprire l'intervallo di disallineamento termico misurato e una geometria del profilo del dente bombato calcolata specificamente per lo spettro di coppia misurato dell'impianto, inclusa la nota variazione di coppia a un giro per caratteristica dell'anello dentato del forno. I mozzi del giunto sono stati realizzati in acciaio forgiato 42CrMo4, trattati termicamente e lavorati di finitura per ottenere una eccentricità del diametro primitivo dell'ingranaggio inferiore a 0,015 mm TIR. I tempi di consegna dall'ordine alla spedizione dallo stabilimento di Ever Power sono stati di 26 giorni lavorativi, entro la finestra di fermo manutenzione programmata dell'impianto.
Risultati
Il giunto Ever Power è stato installato durante il successivo fermo di manutenzione programmato e il forno è ripartito come previsto. Nei ventidue mesi successivi all'installazione, l'impianto non ha registrato alcun arresto correlato al giunto. I livelli di vibrazione sugli alloggiamenti dei cuscinetti di uscita del riduttore si sono ridotti di 34% rispetto al valore di riferimento precedente alla sostituzione, a dimostrazione che la migliore tenuta e capacità di disallineamento del nuovo giunto sta riducendo i carichi dinamici trasmessi alla struttura del riduttore. Il responsabile tecnico dell'impianto stima che la modifica abbia consentito un risparmio di oltre 380.000 sterline in perdite di produzione evitate solo nei primi diciotto mesi, a fronte di un investimento per la sostituzione del giunto inferiore a 28.000 sterline, inclusa la manodopera per l'installazione.
⭐⭐⭐⭐⭐
“La guarnizione a triplo labbro dell'accoppiamento Ever Power si è rivelata davvero eccezionale nel nostro forno. Prima dovevamo lubrificare nuovamente il vecchio accoppiamento ogni tre mesi per evitare l'ingresso di polvere; con l'unità Ever Power, invece, sono passati nove mesi e l'analisi del campione di grasso risulta ancora pulita. Questo da solo ha migliorato notevolmente i costi di manutenzione.”
R. Hartley
Ingegnere meccanico capo, cementificio del Derbyshire
⭐⭐⭐⭐⭐
"Ciò che ha fatto la differenza con Ever Power è stato il fatto che i loro ingegneri hanno effettivamente compreso il comportamento della coppia torsionale una volta per giro degli ingranaggi del forno e hanno progettato il profilo dei denti dell'accoppiamento tenendo conto di questo. I fornitori precedenti si limitavano a proporre un articolo standard da catalogo. L'analisi torsionale che ci hanno fornito con l'ordine ci ha dato fiducia ancor prima di montare l'accoppiamento, e i dati sulle vibrazioni raccolti successivamente hanno confermato l'accuratezza della loro previsione."
M. Ogden
Ingegnere addetto alle apparecchiature rotanti, stabilimento di Hope Valley
⭐⭐⭐⭐⭐
“La consegna in 26 giorni era fondamentale per noi: avevamo programmato un fermo per manutenzione e non potevamo rimandarlo. Ever Power si è impegnata a rispettare la data di consegna al momento dell'ordine e ha consegnato il 24° giorno. Il raccordo è arrivato con tutte le certificazioni dei materiali, un rapporto dimensionale CMM e un certificato di collaudo dell'assemblaggio. Per un componente destinato a un'applicazione critica per la sicurezza in un grande forno, tale documentazione non è facoltativa e gli altri fornitori che abbiamo contattato semplicemente non erano in grado di fornirla.”
A. Bradshaw
Responsabile degli acquisti, Midlands Cement Group
Domande frequenti
Giunti per forni da cemento - Guida per gli acquirenti industriali nel Regno Unito
Come posso scegliere il tipo di giunto più adatto per il sistema di azionamento principale di un forno rotante per cemento nel Regno Unito?
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La scelta di un giunto per l'azionamento principale di un forno rotante per cemento richiede un approccio strutturato. Iniziate determinando la coppia di uscita del riduttore sia in condizioni di funzionamento che di avviamento, quindi moltiplicate per un fattore di servizio (in genere da 2,5 a 3,0 per l'impiego in forno) per ottenere la coppia nominale richiesta per il giunto. Misurate o calcolate il disallineamento previsto dell'albero, inclusa la componente di dilatazione termica. Confrontate la capacità di disallineamento dei tipi di giunto candidati con questo valore, assicurandovi un margine di almeno 20%. Per i forni del Regno Unito che utilizzano azionamenti a frequenza variabile (VFD), richiedete un'analisi torsionale al produttore del giunto per confermare che non si verifichino risonanze torsionali all'interno del range di velocità di funzionamento del VFD. Un giunto a ingranaggi è in genere la soluzione principale consigliata per l'azionamento principale; i giunti a disco sono adatti per l'azionamento ausiliario e per gli accessori ad alta velocità.
Qual è il prezzo o il costo tipico di un giunto a ingranaggi personalizzato per un grande forno per cemento a Birmingham o Sheffield?
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Il costo di un giunto a ingranaggi personalizzato per l'azionamento principale di un grande forno per cemento varia considerevolmente in base alla coppia nominale, al diametro del foro, alle specifiche del materiale e al grado di personalizzazione richiesto. Per un giunto con una coppia compresa tra 1.500 e 3.500 kN·m, tipica dei forni che producono da 2.000 a 4.000 tonnellate di clinker al giorno, i prezzi indicativi di un produttore specializzato come Ever Power si aggirano generalmente tra le 15.000 e le 50.000 sterline franco fabbrica, a seconda delle specifiche. I giunti con certificazione ATEX per l'utilizzo in mulini a carbone, o i giunti che richiedono certificazioni speciali dei materiali per ispezioni da parte di terzi, comportano un sovrapprezzo. Il modo più affidabile per ottenere un prezzo preciso è inviare la scheda tecnica del giunto esistente e le dimensioni dell'albero direttamente al team di vendita di Ever Power per un preventivo personalizzato. La logistica di consegna a Birmingham, Sheffield o in qualsiasi cementificio del Regno Unito può essere organizzata tramite servizi di trasporto standard con la fornitura di attrezzature di sollevamento adeguate per gli assemblaggi più pesanti.
Dove posso trovare un fornitore affidabile di raccordi nel Regno Unito in grado di fornire raccordi di ricambio d'emergenza per forni da cemento?
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Per le sostituzioni di emergenza dei giunti negli impianti di cemento del Regno Unito, il criterio fondamentale è quello di affidarsi a un fornitore con capacità produttiva propria, piuttosto che a un semplice distributore, poiché solo un produttore può accelerare la programmazione della produzione in caso di fermo impianto imprevisto. Ever Power gestisce un programma accelerato per le emergenze relative ai giunti dei forni e, in molti casi, può garantire la consegna di un giunto di ricambio entro 15-20 giorni lavorativi, a condizione che siano disponibili i disegni originali o i dati dimensionali e che il materiale sia presente in magazzino. L'azienda può anche fornire supporto tecnico per la rimozione del giunto, l'ispezione dei componenti associati, come l'albero di uscita del riduttore, e la supervisione dell'installazione, se necessario, collaborando con aziende britanniche specializzate in sollevamento e allineamento, con esperienza nelle esigenze specifiche della manutenzione pesante dei forni.
Quale tipo di giunto è più adatto per un azionamento ausiliario a trazione lenta di un forno per cemento in cui l'accesso per la manutenzione è limitato?
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Per le applicazioni di azionamento ausiliario o a bassa velocità nei forni per cemento, dove l'accesso per la manutenzione e il ricollegamento è limitato, la scelta consigliata è un giunto a dischi con distanziale diviso o con design a sgancio rapido. I giunti a dischi non richiedono lubrificazione, eliminando la necessità di punti di ingrassaggio, e i loro pacchi di dischi possono essere ispezionati visivamente per individuare crepe o danni da fatica senza smontarli. Il design con distanziale diviso consente di rimuovere il distanziale del giunto radialmente senza spostare il motore o il riduttore, facilitando l'ispezione e la sostituzione del pacco di dischi in spazi ristretti. Ciò è particolarmente utile negli impianti di cemento più datati del Regno Unito, dove il sistema di azionamento ausiliario non è stato progettato tenendo conto dei moderni standard di accesso per la manutenzione e gli spazi di gioco intorno al giunto sono molto ristretti.
Con quale frequenza dovrei richiedere un preventivo per la sostituzione dei raccordi nell'ambito della manutenzione preventiva programmata di un cementificio nel Regno Unito?
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La prassi migliore per gli impianti di cemento nel Regno Unito è includere l'ispezione del giunto di azionamento principale del forno in ogni fermo di manutenzione annuale programmato e richiedere un preventivo per la sostituzione del giunto ogni 40.000 ore di funzionamento, indipendentemente dalle condizioni apparenti, in modo che un'unità di ricambio sia disponibile per l'installazione senza indugio quando l'ispezione rivela un'usura accelerata. L'analisi del grasso dovrebbe essere eseguita ogni 6 mesi come allarme precoce del deterioramento delle guarnizioni e dell'ingresso di polvere. A 80.000 ore, la sostituzione dovrebbe essere considerata obbligatoria piuttosto che subordinata ai risultati dell'ispezione, poiché la rottura per fatica dei denti degli ingranaggi a questa età può essere improvvisa e senza un preavviso significativo dal monitoraggio delle vibrazioni. Integrare la sostituzione del giunto nel piano di manutenzione a lungo termine e richiedere preventivi almeno 12 mesi prima della data di sostituzione programmata consente una flessibilità di bilancio costante ed evita i costi elevati della produzione di emergenza.
Di quali dati tecnici ha bisogno Ever Power per fornirmi un preventivo personalizzato per un raccordo per il mio forno di cemento nel Regno Unito?
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Per preparare un preventivo personalizzato per un giunto destinato a un forno per cemento, il team di ingegneri di Ever Power necessita delle seguenti informazioni: potenza nominale del motore (kW) e velocità a pieno carico (rpm); diametro, lunghezza e dimensioni della sede della chiavetta dell'albero di uscita del riduttore; diametro, lunghezza e dimensioni della sede della chiavetta dell'albero condotto (albero pignone); disallineamento angolare, parallelo e assiale massimo stimato; dettagli di eventuali condizioni ambientali particolari (zona ATEX, temperatura ambiente elevata, tipo di polvere); marca e modello del giunto esistente, se noti; ed eventuali vincoli di spazio (diametro esterno massimo del giunto, lunghezza totale massima). Qualora non siano disponibili i disegni originali, è altrettanto utile uno schizzo quotato con le misure principali rilevate dall'installazione esistente. Fornendo queste informazioni, Ever Power è in grado di generare un preventivo accurato con calcoli ingegneristici, e non solo un prezzo di catalogo, entro 3-5 giorni lavorativi.
Pronti a risolvere la vostra sfida di accoppiamento per forni da cemento?
Il team di ingegneri di Ever Power è pronto ad analizzare i dati della vostra trasmissione e a sviluppare una soluzione di accoppiamento progettata specificamente per il vostro impianto di forni, con documentazione tecnica completa e assistenza per la consegna nel Regno Unito.
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