Maszyny papiernicze należą do najbardziej wymagających instalacji w całym brytyjskim przemyśle. Ogromna skala tych maszyn – rozciągająca się od sekcji formującej, przez sekcję prasującą, sekcję suszącą i stos kalandrujący, aż po nawijak – oznacza, że poszczególne strefy napędowe mogą liczyć dziesiątki, z których każda wymaga własnego, precyzyjnie skalibrowanego elementu przekładni. W papierniach w południowej Walii, na pograniczu Szkocji i północno-zachodniej Anglii napędy maszyn papierniczych pracują przez całą dobę z prędkościami regularnie przekraczającymi 2000 metrów na minutę, wywierając ekstremalne i nieustanne obciążenie na każdy element układu napędowego. W tym środowisku sprzęgło zębate stało się preferowanym elementem łączącym silnik z przekładnią i walcem: radzi sobie z nieuniknioną niewspółosiowością wału, która wynika z rozszerzalności cieplnej, ugięć konstrukcji i osiadania fundamentów, jednocześnie przenosząc moment obrotowy z minimalnym luzem i praktycznie bez pasożytniczego obciążenia promieniowego z powrotem do łożysk, które obsługuje.Zasada działania sprzęgła zębatego
Zaangażowanie siatki zębatej
Sprzęgło zębate działa na zasadzie zazębienia zewnętrznych zębów koronowych na piastach wału wewnątrz uzębionej tulei zewnętrznej. Profil korony – starannie zaprojektowana wypukła krzywizna na powierzchni zęba – nadaje sprzęgłu jego charakterystyczną cechę: zdolność do kompensowania odchyłek kątowych między połączonymi wałami bez generowania niszczących sił przywracających, które w przeciwnym razie byłyby przenoszone z powrotem na łożyska, uszczelnienia i sąsiednie maszyny. Gdy dwa wały pracują pod niewielkim kątem względem siebie, co nieuchronnie zdarza się w długim układzie napędowym maszyny papierniczej ogrzewanym parą i poddawanym ugięciu konstrukcyjnemu, zęby koronowe delikatnie kołyszą się w tulei, zamiast się blokować. Dzięki temu moment obrotowy jest przenoszony czysto, a obciążenie sprzęgła na sąsiednich łożyskach pozostaje niskie.
Dynamika filmu smarnego
Ciągłe smarowanie smarem lub olejem w komorze tulei tworzy warstwę hydrodynamiczną na każdym styku zębów. Ta warstwa jest fundamentalna dla trwałości sprzęgła. Bez niej mikropoślizgowe ruchy na niewspółosiowych stykach zębów generowałyby zużycie cierne i korozję w ciągu kilku tygodni w trudnych warunkach napędu maszyny papierniczej. Układ smarowniczek lub, w przypadku zastosowań wysokoobrotowych, ciągły obieg oleju utrzymuje powierzchnie oczek siatki oddzielone warstwą, zazwyczaj mierzoną w mikrometrach. Uszczelnione zaślepki zapobiegają przedostawaniu się wilgoci i pyłu papierniczego — co jest nietrywialnym problemem w środowiskach, w których skropliny pary wodnej nieustannie kapią z suszących cylindrów. Smar odprowadza również ciepło tarcia wytwarzane na styku zębów, stabilizując temperaturę roboczą zespołu sprzęgła nawet przy wysokich prędkościach charakterystycznych dla nowoczesnych maszyn do produkcji bibułki w Staffordshire, Lancashire lub Aberdeen.
Dobór materiałów na sprzęgła zębate stosowane w układach napędowych maszyn papierniczych nie może być traktowany jako decyzja drugorzędna. Środowisko pracy – nasycone parą wodną, narażone na rozpryski chemiczne podczas procesów wybielania i apreturowania oraz pracujące pod ciągłym, cyklicznym momentem obrotowym – naraża każdy materiał składowy na wielowymiarowe naprężenia. Korpus piasty, zazwyczaj element poddawany największym naprężeniom, jest niemal powszechnie wytwarzany ze stali stopowej o średniej zawartości węgla w gatunkach takich jak 42CrMo4 lub 40Cr. Gatunek ten zapewnia wytrzymałość na rozciąganie w zakresie od 900 do 1100 MPa po obróbce cieplnej z hartowaniem i odpuszczaniem, zachowując jednocześnie wystarczającą ciągliwość, aby absorbować obciążenia udarowe występujące podczas rozruchu układu napędowego. Powierzchnie boczne zębów są następnie utwardzane powierzchniowo do twardości powierzchniowej od 58 do 62 HRC poprzez nawęglanie lub hartowanie indukcyjne, tworząc twardą, odporną na zużycie warstwę powierzchniową, wspartą na wytrzymałym rdzeniu, który jest odporny na rozprzestrzenianie się pęknięć zmęczeniowych pod wpływem naprężeń zginających generowanych u nasady zęba.Główne zalety techniczne dla zastosowań w maszynach papierniczych
Wysoka tolerancja odchylenia
Geometria zęba koronowego kompensuje niewspółosiowość kątową do 1,5° na zazębienie i przemieszczenie promieniowe rzędu kilku milimetrów, absorbując wzrost temperatury i osiadanie strukturalne, charakterystyczne dla maszyn o powierzchni produkcyjnej od 80 do 120 metrów. Ta tolerancja eliminuje kosztowne, precyzyjne ustawianie współosiowości, wymagane w przypadku innych typów sprzęgieł po każdej interwencji konserwacyjnej, co bezpośrednio skraca przestoje w brytyjskich papierniach pracujących w systemie zmianowym.
Wysoka gęstość momentu obrotowego
Moment obrotowy przenoszony na jednostkę masy i objętość obwiedni jest znacznie wyższy w przypadku sprzęgieł zębatych niż w przypadku konkurencyjnych konstrukcji elementów elastycznych o tej samej średnicy otworu. W przypadku napędów sekcji suszących maszyny papierniczej – gdzie dostępna przestrzeń między łożyskami tocznymi jest często ograniczona przez geometrię rzędu cylindrów – ta kompaktowa zdolność przenoszenia momentu obrotowego pozwala inżynierom na montaż sprzęgła o odpowiedniej mocy bez konieczności poszerzania rozstawu łożysk ślizgowych po stronie napędu lub przeprojektowywania układu wału krótkiego. Ma to szczególne znaczenie w przypadku projektów modernizacyjnych, w których brytyjska papiernia modernizuje silnik lub przekładnię bez konieczności ingerencji w ramę maszyny papierniczej.
Interwały bezobsługowe
Wersje smarowane na cały okres eksploatacji, wykorzystujące smar wysokotemperaturowy – opracowany w celu utrzymania odpowiedniej lepkości w zakresie temperatur od 80 do 120°C, typowym dla cylindrów suszących – umożliwiają wydłużenie planowych okresów między przeglądami do corocznych przestojów zamiast kwartalnych inspekcji. W przypadku brytyjskiej papierni, w której planowane przestoje trwają zaledwie sześć do ośmiu dni w roku, zmniejszenie częstotliwości i czasu trwania prac konserwacyjnych związanych ze sprzęgłami przekłada się bezpośrednio na wymierny wzrost dostępności operacyjnej i wolumenu produkcji.
Odporność na wilgoć i korozję
Uszczelnione złącza z uszczelkami końcowymi z nitrylu lub elastomeru Viton oraz wewnętrzne uszczelnienie smarowe tworzą skuteczną barierę przed wilgocią unoszącą się w powietrzu, kondensatem pary wodnej i mgłą chemiczną, które przenikają do hali maszyny papierniczej. Obróbka powierzchni, taka jak fosforanowanie cynkowe, niklowanie bezprądowe lub cynkowanie ogniowe, stosowana na powierzchniach zewnętrznych, zapobiega korozji kosmetycznej i strukturalnej, która w przeciwnym razie skróciłaby żywotność w wilgotnej, chemicznie aktywnej atmosferze, typowej dla zintegrowanych zakładów celulozowo-papierniczych w Szkocji, Walii i północnej Anglii.
Tabela parametrów technicznych i wydajnościowych produktu
Scenariusze zastosowań przemysłowych dla sprzęgieł zębatych
Sekcja formowania to miejsce, w którym maszyna papiernicza stawia najwyższe wymagania komponentom układu napędowego. Walce sitowe i walce formujące pracują w środowisku nasyconym wodą podsitową – mieszaniną wody, włókien i dodatków chemicznych, która spływa przez tkaninę formującą. Wnikanie wilgoci, oddziaływanie chemikaliów i ekstremalnie precyzyjne wymagania dotyczące kontroli naprężenia tkaniny zbiegają się w tym punkcie maszyny. Sprzęgła zębate zamontowane w sekcji formowania muszą kompensować niewspółosiowość kątową spowodowaną ugięciem walców pod obciążeniem docisku, zapewniając jednocześnie stały moment obrotowy na walcach formujących i walcach stołu, które kontrolują odpływ masy. W brytyjskich papierniach tissue działających w Manchesterze i regionie Midlands, gdzie prędkość maszyn rutynowo osiąga 1800 metrów na minutę, sprzęgło musi również przyczyniać się do doskonałej równowagi dynamicznej układu napędowego: każda nierównowaga sprzęgła generuje cykliczne siły drgań, które bezpośrednio objawiają się w postaci poprzecznych zmian gramatury gotowego papieru, wpływając na jakość produktu i zadowolenie klienta.
Sekcja susząca jest największą i najbardziej złożoną mechanicznie strefą maszyny papierniczej. Typowa maszyna papiernicza pracująca w Walii lub północnej Anglii ma od 60 do 90 cylindrów suszących ułożonych w dwóch rzędach, z których każdy obraca się z kontrolowaną prędkością, aby utrzymać naprężenie wstęgi papieru wymagane do stabilnej pracy. Cylindry te są napędzane za pomocą kombinacji sekcji przekładni zębatej suszarki i indywidualnych napędów, przy czym sprzęgła zębate łączą każdy element napędowy z czopem cylindra lub za pośrednictwem wałka przekładni zębatej. Temperatura otoczenia w sekcji suszącej rutynowo naraża sprzęgła w dolnym rzędzie suszarki na promieniowanie cieplne z ogrzewanych parą powierzchni cylindrów w temperaturze od 130 do 160°C, co wymaga stosowania smaru wysokotemperaturowego i materiałów piast o odpowiedniej odporności na pełzanie w podwyższonych temperaturach.
Nawijarka Pope, znajdująca się na suchym końcu maszyny papierniczej, formuje jumbo nawijak gotowego papieru, przyspieszając od zera do pełnej prędkości maszyny podczas każdej zmiany szpuli, która może następować co 20 do 45 minut, w zależności od gatunku papieru i szerokości maszyny. Systemy napędowe bębna nawijającego i rolki nośnej muszą obsługiwać powtarzające się cykle przyspieszania, a także ciągły moment obrotowy wymagany do nawijania nawijaka zgodnie z kontrolowanym profilem naprężenia. Sprzęgła zębate łączące przekładnię silnika bębna nawijającego z czopem bębna nawijającego muszą być dobrane nie tylko pod kątem momentu obrotowego w stanie ustalonym, ale także pod kątem momentu szczytowego podczas przyspieszania, który może być dwa do trzech razy większy niż moment obrotowy podczas pracy w konfiguracjach nawijania o dużej bezwładności.
Polecane produkty Ever Power Gearbox
Skrzynia biegów WOM HC-RC31
Wytrzymała, kompaktowa przekładnia WOM zaprojektowana do wymagających zastosowań rolniczych i przemysłowych, zapewniająca niezawodną pracę wału odbioru mocy dzięki wytrzymałej konstrukcji przekładni. Idealna do stosowania z ciągnikami i stacjonarnymi agregatami napędowymi w brytyjskich gospodarstwach rolnych i przemysłowych, przekładnia HC-RC31 charakteryzuje się precyzyjnie obrobionymi kołami zębatymi, wytrzymałą obudową i łatwo dostępnymi punktami serwisowymi, które skracają czas konserwacji w terenie.
Skrzynia biegów WOM HC-RC30-193
HC-RC30-193 to przekładnia WOM o większej pojemności, przeznaczona do zastosowań wymagających zwiększonego przenoszenia mocy przy szerszym zakresie średnic. Wykonana z hartowanych stopów kół zębatych i odlewanej obudowy o wysokiej wytrzymałości, wytrzymuje skoki momentu obrotowego, typowe dla brytyjskich maszyn rolniczych o mieszanym przeznaczeniu oraz lekkich przemysłowych układów napędowych. Jej zgodność wymiarowa z popularnymi standardami montażu przekładni upraszcza montaż i wymianę w istniejących konfiguracjach układu napędowego.
Historia sukcesu klienta: Flintshire Paper Mill, Północna Walia
Średniej wielkości producent papieru gazetowego i opakowaniowego z Flintshire w północnej Walii, dysponujący dwiema maszynami do produkcji papieru o przekroju 4-rzędowym i oddzielną maszyną do produkcji tektury falistej, zwrócił się do Ever Power pod koniec 2023 roku z powtarzającym się problemem z napędem jednej z sekcji suszarki. W papierni, mniej więcej co osiem tygodni, dochodziło do nieplanowanych przestojów w pracy drugiej maszyny suszącej, spowodowanych szybkim zużyciem zębów sprzęgła na wyjściu przekładni trzeciej grupy suszarek. Co brytyjscy inżynierowie mówią o sprzęgłach Ever Power Gear
„Wybraliśmy sprzęgło zębate Ever Power Heavy Series do naszego napędu walca prasy numer 1 w ramach przebudowy suszarki, a wsparcie inżynieryjne, jakie otrzymaliśmy w procesie wyboru, było znakomite. Słusznie zidentyfikowali, że nasze poprzednie sprzęgło było niedostatecznie wyważone pod względem maksymalnego momentu obrotowego i dostarczyli zamiennik, który działa już dwa lata bez żadnych problemów ze zużyciem zębów. Niestandardowa obróbka otworu, zgodna z naszą tolerancją pasowania H7, została wykonana z dokładnością na poziomie mikronów”.
— Kierownik ds. inżynierii mechanicznej, fabryka tektury opakowaniowej, Sheffield
„Czas realizacji zamówienia na niestandardowe sprzęgło dystansowe do sekcji suszenia naszej maszyny do produkcji papieru higienicznego wyniósł 18 dni roboczych od zatwierdzenia rysunku do dostawy do naszego zakładu w Glasgow – naprawdę imponujący wynik jak na produkt w pełni spersonalizowany. Sprzęgło dotarło z pełnymi certyfikatami materiałowymi, raportem z kontroli wymiarowej i dokumentacją dotyczącą smarowania. Zostało zamontowane bezpośrednio na maszynie bez żadnych problemów z montażem w terenie. Gotowość firmy Ever Power do wyprodukowania identycznego, zamiennego zamiennika dla starszej części OEM zaoszczędziła nam konieczności gruntownego przeprojektowania”.
— Starszy inżynier systemów napędowych, Tissue Mill, Glasgow
„Przetestowaliśmy standardowe sprzęgła zębate Ever Power na trzech stanowiskach napędowych walców formujących w naszej maszynie Fourdrinier w Birmingham, po tym jak urządzenia naszego poprzedniego dostawcy wykazały się słabą wydajnością. Po 14 miesiącach eksploatacji – w tym dwóch letnich inspekcjach przestoju – zużycie zębów było znikome i nie mieliśmy żadnych usterek związanych ze smarowaniem. Koszt jednostkowy wypadł korzystnie w porównaniu z europejskimi dostawcami, a pakiet danych technicznych bez problemu spełnił nasze wymagania dotyczące systemu jakości. Podczas kolejnego planowanego remontu rozszerzymy specyfikację Ever Power na pozostałe stanowiska napędowe”.
— Kierownik ds. planowania konserwacji, papiernia gazetowa, Birmingham
Często zadawane pytania: Sprzęgła zębate dla papierni w Wielkiej Brytanii
Chcesz określić rodzaj sprzęgieł przekładniowych dla swojej papierni w Wielkiej Brytanii?
Prześlij wymiary wału i dane dotyczące napędu do zespołu inżynierów Ever Power w celu przeprowadzenia niezobowiązującej analizy technicznej i otrzymania konkurencyjnej oferty.
edytuj przez gzl