激光测距设备在回转窑动态测量中的应用_付文辉.pdf

装备技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/21引言回转窑在高温、高负荷工况下运转时，各项运行参数经常会发生波动，中控系统虽能实时监测回转窑温度、振动、压力等运行数据，但对回转窑轮带偏摆、托轮挠度、筒体偏心变形、窑中心线等数据，尚不能实时监测，对这几种数据的测量，需使用激光测距仪器等专业设备将距离和时间数据用软件转换为所需的数据和图形。本文主要介绍这几种激光测距设备在回转窑激光测距设备在回转窑激光测距设备在回转窑动态测量中的应用动态测量中的应用动态测量中的应用付文辉付文辉付文辉，吴鹏吴鹏吴鹏，张广廷张广廷张广廷摘要：介绍了激光测距设备的工作原理以及在回转窑轮带偏摆测量、托轮挠度测量、筒体偏心变形测量中的应用，测量所得数据可以帮助操作人员了解设备运行状态及存在的安全隐患，改进工艺操作，调整回转窑运行状态，提高回转窑运转率。关键词：激光测距；轮带偏摆；托轮挠度；筒体偏心变形；实时监控中图分类号：TQ172.622.29 文献标识码:B 文章编号：1001-6171（2023）02-0060-06DOI：10.19698/ki.1001-6171.20232060通讯地址：安徽芜湖海螺建筑安装工程有限责任公司，安徽 芜湖 241000；收稿日期：2022-06-28；编辑：吕 光Application of Laser Ranging Equipment in the Dynamic Measurement of Rotary KilnsFU Wenhui,WU Peng,ZHANG Guangting(Anhui Wuhu Conch Construction and Installation Engineering Co.,Ltd.,Wuhu Anhui 241000,China)Abstract:The working principle of laser ranging equipment and its application in the measurementsof the rotary kiln tire run-out,the supporting wheel deflection,and the cylinder eccentric deformationare introduced.The measured data can help operators understand the operating status of theequipment and the potential safety hazards of the equipment.By improving the process operationmethod and adjusting the operating status of the rotary kiln,the running rate of the rotary kiln can beeffectively improved.Key words:laser ranging;tire run-out;supporting wheel deflection;cylinder eccentric deformation;real-time monitoring60装备技术2023年第2期数据的测量原理，激光测距设备监测热态下各参数的实时变化情况，以及激光测距设备在线监控回转窑运转情况的发展趋势。2轮带偏摆的测量2.1测量方法及测量设备布置回转窑轮带对窑筒体起着支撑和定位的作用。若窑筒体存在永久变形、热变形（主要是筒体温差过大导致）等问题，会导致轮带在周期性旋转过程中发生轴向摆动，摆动周期与窑筒体运行周期一致，这种现象称为轮带偏摆。为精准掌握轮带偏摆情况，需使用合适的方法和测量设备进行测量。首先，测量窑筒体旋转周期。测量窑筒体旋转周期是测量轮带偏摆的基础，应以现场实测数据为准，中控数据仅可作为参考（部分水泥厂中控显示的筒体运行周期与现场测量存在较大误差）。本文以HN1号窑为例，计算出的窑筒体旋转一周（测量多周，取平均值）时间T=15.6s。其次，测量轮带偏摆数据。测量所用的主要仪器设备包括：三脚架、激光测距仪（测量数据可传输到电脑）、设备固定装置、电脑及其他辅助设备等。将激光测距仪固定在三脚架上，将三脚架稳固架设在合适位置，激光测距仪数据线连接电脑及其他储存设备；打开激光测距仪，避开轮带凹凸不平或有焊接点处，将激光对准轮带边缘光滑的位置，激光与轮带尽量保持垂直。遇现场环境温度较高时，需做好隔热措施。激光测距仪照片及其安装位置见图1，轮带偏摆情况示意见图2。2.2轮带偏摆数据的记录确保各设备架设稳固，尽量减少晃动；打开各仪器，完成设备参数设置，设备工作正常后，开始记录数据。1015个筒体旋转周期为1组数据，共记录3组；记录多周期多组数据，筛选较好的数据，以减小震动、人为干扰等产生的误差。2.3数据处理测量完成后，将数据导入电脑中的Excel作数据处理（见表1），绘制轮带偏摆趋势图，见图3。由图3可见，轮带偏摆周期与筒体周期基本一致，呈现周期性变化，总偏摆量=1.857 0-1.849 5=0.007 5m=7.5mm，偏摆范围=（7.5/2）mm3.8mm。利用Excel图表工具及应用函数模拟轮带偏摆曲线，也可反映测量位置轮带表面的粗糙度。若测量位置不合适，轮带粗糙度曲线和偏摆曲线相互影响，则不能很好模拟出偏摆曲线。轮带偏摆曲线及轮带表面的粗糙度曲线见图4。通过软件模拟计算，得出最终轮带偏摆范围为3.6mm，与粗略估计值3.8mm几乎一致，最大偏摆点为25.9位置（轮带被分为32个点，见图5）。3托轮挠度的测量因回转窑轮带处筒体截面的中心线与筒体旋转轴不重合，导致托轮所受载荷在其旋转过程中出现周期性变化（主要是轮带位置筒体温度分布不均或筒体变形所致），托轮轴出现周期性弯曲，并在一定范围内波动。测量并记录托轮轴周期性弯曲波动数据，并进行分析计算，即可得出托轮挠度。图2轮带偏摆情况示意3.6mm第10点3.6mm第26点进料端出料端三档轮带大齿圈图1激光测距仪照片及安装位置筒体轮带轮带偏摆激光测距仪三脚架61装备技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/23.1测量筒体旋转周期值窑筒体旋转周期是测量托轮挠度的基础，测量方法已在本文“2.1”中介绍，窑筒体旋转一周时间T=15.6s，需比较筒体旋转周期是否一致。3.2测量仪器设备布置托轮挠度测量仪器设备主要包括：磁性基座、激光测距仪（可传输数据到电脑）、设备固定装置、电脑、其他辅助设备等。用磁性基座固定激光测距表1轮带偏摆测量数据（部分）时间，s4.475.225.979.7210.4711.1914.9415.7216.4720.2221.0021.7525.3826.0926.8130.5331.3132.0335.7836.5337.3141.0341.8142.5346.2847.03数值，m1.8481.8471.8481.8511.8551.8551.8541.8511.8491.8461.8481.8491.8531.8551.8551.8551.8491.8481.8471.8501.8511.8541.8551.8551.8531.849时间，s47.7551.5052.2853.0356.7857.5358.2862.0362.7863.5367.0967.8168.5372.2273.0073.7577.5078.2579.0082.7583.5084.2587.8488.5989.2892.97数值，m1.8481.8491.8521.8531.8561.8561.8561.8531.8491.8481.8491.8531.8551.8571.8561.8541.8521.8491.8491.8501.8551.8561.8561.8551.8531.851时间，s93.6994.4498.0698.7899.53103.03103.75104.44107.97108.69109.41113.09113.84114.59118.28119.03119.75123.50124.25125.03128.75129.50130.25134.03134.78135.56数值，m1.8491.8491.8511.8551.8571.8571.8551.8531.8491.8491.8491.8511.8551.8571.8561.8531.8521.8501.8491.8491.8521.8571.8571.8561.8521.851时间，s139.31140.06140.81144.56145.28146.03149.75150.50151.25154.84155.56156.28160.00160.75161.47165.25165.97166.72170.44171.19171.94175.59176.34177.06数值，m1.8491.8501.8511.8541.8571.8561.8551.8511.8501.8491.8511.8521.8551.8571.8561.8541.8501.8501.8491.8521.8531.8561.8561.855图3轮带偏摆趋势图（部分数据）808896104112120128136144152160168176时间，s轮带偏摆周期轮带偏摆周期轮带偏摆范围轮带偏摆范围距离，m1.8571.8551.8531.8511.8491.8471.84562装备技术2023年第2期仪，基座置于稳固的平台上；激光点设置在轮带与托轮接触延长线，激光点与托轮表面垂直。托轮挠度测量设备布置安装位置见图6。3.3托轮挠度数据记录测量托轮挠度时的设备布置及参数设置与测量轮带偏摆时相同。每次记录筒体旋转45周的数据，45个筒体旋转周期的数据为一组，共记录3组数据；筛选较好数据，以减小震动、人为干扰等产生的误差；需避开托轮表面凹坑、挖补区域。3.4数据处理测量完成后，将测量数据导入到Excel表格中，使用散点图等函数工具，在坐标轴上得出距离和时间（转化为位置点）函数，见图7。从图7中可粗略看出托轮挠度值=8.35-7.90=0.45mm。托轮挠度测量原理和轮带偏摆测量原理相同，通过处理转换收集到的距离与时间的数据，使用Excel得出托轮挠度图和挠度值（挠度值0.40mm，最大挠度点：10），见图8。对比可知，托轮挠度粗图5轮带偏摆范围及最大偏摆点轮带偏摆范围：3.6mm最大偏摆点：25.9T（1obr）15.0图6托轮挠度测量设备布置安装位置轮带托轮激光测距仪数据收集系统图4轮带偏摆曲线及轮带表面的粗糙度曲线-5-4-3-2-1012345偏差值，轮带表面的峰值为粗糙度8 86 64 42 2323230302828262624242222202018181616141412121010开始点01函数模拟曲线实际曲线开始点01mm图7距离和时间（转化为位置点）函数1591317212529333741454953576165-8.50-8.40-8.30-8.20-8.10-8.00-7.90-7.80托轮挠度托轮挠度8 8.35357 7.909063装备技术CEMENT TECHNOLOGY 2023/2略估计值为0.45mm，与用计算机函数计算出的结果（挠度值0.40mm）相差不大。4筒体变形和偏心的测量筒体变形是指在热应力、外力等作用下，筒体圆度不足；偏心是指筒体实际旋转轴线与理论旋转轴线不在同一直线上。4.1测量仪器设备的布置测量仪器设备主要包括三脚架、激光测距仪（可传输数据到电脑）、设备固定装置、电脑、其他辅助设备等。将激光测距仪固定在三脚架上，打开测量激光；将激光对准筒体，尽量保持激光照射在筒体中心延长线上，各设备的安装位置见图9。4.2测量并记录筒体变形和偏心的数据将各设备架设稳固，尽量减少晃动。打开各仪器，设置设备参数，设备工作正常后，开始记录数据。选择一个开始点（一般选择窑门或筒体长度数字标记线），选择一周的筒体测量数据，将距离与时间数据直接传入电脑。每次记录筒体旋转1周的数据。若数据偏大或不正常，可重新测量并选择较优数据，以减小震动、人为干扰等产生的误差。4.3数据处理经软件处理，将距离和时间数据转换为角度和偏差数值，得到筒体曲线图（图10）和筒体变形偏心图（图11）。同理，选择同一个开始点（一般选择窑门或筒体长度数字标记线），测量多个筒体位置，一般可以选择间隔相同距离或者离筒体焊缝一段距离的位置；所有位置测量完后，将所有变形、偏心图汇总（软件按照外径相同，窑中心线无偏差进行显示），在软件上得到筒体变形和偏心动态图（不能显示窑中心线），见图12。5窑中心线的测量近年来，回转窑热态中心线的形态越来越受到关注，窑中心线不直会造成筒体开裂、耐火砖使用图8托轮挠度图和挠度值托轮表面的峰值为粗糙度0.250.150.05-0.05-0.15-0.25函数模拟曲线实际曲线挠度值，mm筒体激光测距仪图9筒体变形和偏心测量设备的安装位置图10筒体曲线图6050403020100-10-20-30-40-50-60偏差值，0306090120150180210240270300330360角度，测量值偏心值变形值mm64装备技术2023年第2期周期缩短等一系列问题。水泥厂往往会请专业检测机构检测中心线。由于检测的中心线数据仅为某一时刻数据，而窑况却处于随时波动状态，停窑时有时会更换零部件，故中心线也会有所变化。若能实时监控回转窑中心线的变化情况，则根据窑中心线的变化和其他运行参数的变化，判断回转窑运行过程中存在的问题，或某一参数变化对其他因素的影响，有助于操作人员更有效地调整各项参数。6结语轮带偏摆、托轮挠度、筒体变形偏心等的测量均使用激光测距设备及其他辅助设施，通过设置相应参数，选择合适的测量周期，记录距离与时间数据，经计算机软件处理，筛选出需要的参数，最后得到需要的数据或图形。这几种方法仅可用于测量热态下回转窑某一时刻的参数，并不能持续监控，因此，仅在工厂特别需要检测时才使用，且检测费用较高。实时动态监控轮带偏摆、托轮挠度、筒体偏心变形、窑中心线数据等的变化情况，是未来的发展趋势，可以考虑两种方法，一种是多组激光测量仪组成测量网，另一种是使用更先进的激光测距设备进行实时动态扫描。多组激光测量仪组成测量网，可以参考测量筒体变形和偏心的测量方法，使用多组激光测量设备、软件系统和其他辅助设备，得到筒体的动态图，同时能够显示筒体的中心线（窑中心线）、变形、偏心等信息，并动态直观显示在中控室操作屏上。利用测量数据调整或改进回转窑工艺操作，提高回转窑运行效率。图11筒体变形和偏心图1201501802102402703003300306090筒体变形曲线筒体偏心位置图12筒体变形和偏心动态图轮带1轮带2轮带3出口进口65