Авторы: Н. Фельтен (AUMUND Foerdertechnik GmbH, Германия), С. Хлопенков (AUMUND Foerdertechnik GmbH, Россия).
Опубликовано в журнале Химическая техника №5/2016
Компания «АУМУНД», основанная в 1922 г., является мировым лидером в области транспортировки и складирования сыпучих грузов в различных областях промышленности. В группу «АУМУНД» входят компании «Аумунд Фёрдертехник», г. Рейнберг, Германия (транспортеры и элеваторы), «ШАДЭ Лагертехник», г. Гельзенкирхен, Германия (штабелеукладчики и кратцер-краны), а также «Самсон Материал Хендлинг», г. Или, Великобритания (мобильное транспортирующее оборудование).
Более 16 000 машин «АУМУНД» работают в более чем 120 странах мира, в том числе более 700 – на территории бывшего СССР.
Из всего спектра транспортирующего оборудования компания «АУМУНД» наиболее важными для технологического процесса предприятий по производству минеральных удобрений, пожалуй, являются вертикальные ковшовые элеваторы.
На многочисленных химических предприятиях по всему миру накоплен обширный опыт использования ковшовых элеваторов самых разных конструкций. Основанные на опыте производственников различных предприятий предпочтения, как это ни странно, очень разнообразны даже при работе на одном и том же материале.
Выбор того или иного типа элеватора зависит от основных характеристик транспортируемого материала: прежде всего, от его гранулометрического состава, температуры, влажности, абразивности и склонности к налипанию. Кроме того, определяющими параметрами являются также требуемая производительность элеватора и высота подачи материала.
В целом можно сказать, что для холодного материала (до 120°C постоянной температуры) мелкой фракции идеальным решением является ленточный ковшовый элеватор. Если максимальный размер фракции монолитного материала (речь не идет о легко разбиваемых комках) превышает 80 мм и/или постоянная температура материала больше 150°C, то предпочтительным является использование цепного элеватора.
Одним из главных параметров в оценке технико-экономической эффективности элеватора является соотношение между массой транспортируемой тары (цепи или ленты с ковшами) и массой материала. Этот показатель отражается на закупочной стоимости и энергопотреблении, а также и на износе, так как большая масса несущего элемента приводит к большой нагрузке на него самого и тем самым увеличивает износ.
Для оптимизации технико-экономических показателей важны также габариты элеватора. Это позволяет не только сократить металлоемкость элеватора как такового, но и оптимизировать компоновку оборудования при проектировании новой установки. Если при модернизации ставится задача повышения производительности и долговечности оборудования в рамках существующего производства, то широкая типоразмерная линейка элеваторов компании «АУМУНД» позволяет достичь этого, не только не внося изменения в существующее здание, но и зачастую используя существующую металлоконструкцию.
В этом случае заменяются только несущий элемент (цепь или лента) и ковши, в то время как металлоконструкции, а во многих случаях и привод, остаются без изменений. Успешный опыт таких модернизаций «АУМУНД» имеет и на предприятиях России и Белоруссии.
Данная оптимизация стала возможной за счет очень плотной последовательности ковшей и оптимизированной скорости вращения элеваторов. За счет подачи материала непосредственно в находящийся в вертикальном положении ковш материал подхватывается на лету из течки, а просыпание в башмак при загрузке уменьшается до минимума. Таким образом, сокращается энергопотребление на приводе, так как нет необходимости преодолевать сопротивление материала при черпании, и уменьшается изнашивание передней кромки ковшей.
Приводная консоль является частью головки элеватора
Этот нечерпающий тип подачи материала в ковши важен также и для минимизации разрушения гранул, что особенно важно при транспортировке гранулированного готового продукта. Основная доля разрушения гранул приходится именно на момент загрузки, а не выгрузки материала.
Очень важен также правильный расчет траектории выброса материала из ковшей. Это позволяет предотвратить попадание материала в башмак при выгрузке, благодаря чему увеличивается эффективность использования объема ковша, так как материал не транспортируется дважды. Для подбора в каждом конкретном случае оптимальных скорости транспортировки и формы ковшей компания «АУМУНД» использует имеющуюся на своем заводе в Рейнберге уникальную тестовую установку, состоящую из двух закольцованных элеваторов, которая позволяет экспериментировать с различными видами сыпучих грузов.
Склонность материала к налипанию и его химическая активность определяют выбор формы ковша и материал, из которого он изготавливается. При склонности к налипанию ковши выполняются или из коррозионно-стойкой стали, или (в специальных случаях) с резиновым дном, исключающим образование мертвых зон.
Для легких материалов насыпной массой 0,4…0,5 т/м3 рекомендуется использовать тихоходные элеваторы со скоростью транспортировки ~0,6 м/с. При такой скорости достаточно времени, чтобы материал полностью покинул ковши. В этом случае осуществляется принцип полностью гравитационной разгрузки. Материал покидает ковши, скатываясь по спинке предыдущего ковша.
Ковши такого типа элеватора имеют специальную форму, предотвращающую попадание материала в башмак.
Шахта элеватора можем быть изготовлена как в одинарном исполнении, так в двойном. Как правило, одинарные шахты используются для элеваторов с малыми высотами и малыми производительностями (до 25 м и до 150 т/ч), в то время как для больших высот и производительностей используются двойные шахты. В каждом индивидуальном случае может быть принято решение с учетом индивидуального опыта завода на каждом конкретном материале. Шахты всех элеваторов являются самонесущими вне зависимости от высоты и типоразмера элеватора. Привод устанавливается на консоль, которая является частью головки элеватора, таким образом, отсутствуют опоры на платформы техобслуживания, что в значительной степени облегчает проектирование и снижает капитальные затраты.
На протяжении уже сорока пяти лет компания «АУ-МУНД» успешно выпускает ковшовые элеваторы с центральной цепью. Применение данной технологии позволило исключить типичную «болезнь» элеваторов с двумя цепями – неравномерное вытягивание цепей и, как следствие, перекос ковшей.
Центральная цепь постепенно вытеснила двойную цепь, особенно в элеваторах большой мощности. Эксплуатационщики оценили также преимущества центральной втулочно-пластинчатой цепи АУМУНД перед круглозвенной цепью. Площадь контакта между втулкой и пальцем значительно больше, чем между круглыми звеньями любого диаметра, следовательно, меньше поверхностное давление и больше нагрузка на разрыв. Площадь закаленной поверхности изогнутого круглого профиля якорной цепи изнашивается значительно быстрее, чем горизонтально расположенные поверхности пальца и втулки, что обусловливает значительно больший срок эксплуатации высококачественной втулочно-пластинчатой цепи по сравнению с круглозвенной. По этой причине элеваторы с двойной круглозвенной цепью различных изготовителей были заменены элеваторами АУМУНД с центральной цепью в более чем 400 случаях.
На всех цепных элеваторах АУМУНД цепь и ковш являются независимыми элементами. Крепление ковшей к цепи осуществляется или через специальные проушины, или через специальные уголковые держатели – в случае элеваторов большой мощности. Эти уголковые держатели являются запатентованной разработкой компании «АУМУНД» и позволяют сократить передачу вибрации с цепи на ковш, а также облегчить монтаж и демонтаж ковшей.
со сменными сегментами
Специально разработанные высокомощные цепи с лабиринтным уплотнением позволяют устранить вероятность проникновения материала между пальцем и втулкой, что особенно важно для химической промышленности.
За счет разных свойств материалов цепи и разной степени закалки ее элементов (пластин, втулок и пальцев) достигается оптимальное сочетание износостойкости и пластичности. В технологическом плане производство пластинчатой цепи значительно более сложно, чем производство круглозвенной якорной цепи. Для высококачественной пластинчатой цепи, которая будет работать многие годы, требуются высокая точность производства и контроль качества. Центральные цепи АУМУНД выдерживают нагрузку на разрыв от 400 до 2400 кН.
В зависимости от свойств материала выбирается и исполнение приводного колеса. Гладкие колеса имеют преимущество в плане большого срока службы. Шаг цепи и диаметр приводного колеса рассчитаны у элеваторов АУМУНД таким образом, чтобы точка контакты постоянно смещалась. Таким образом, достигается равномерный износ по всему периметру колеса. В случае с зубчатым колесом точки контакта фиксированы шагом зубцов и, как следствие, соприкосновение происходит все время в этих точках. Однако некоторые виды удобрений, например NPK с высокой долей карбамида, имеют свойство «намыливания», поэтому возникает необходимость в зубчатом венце. Конструкция головки элеваторов АУМУНД предусматривает возможность смены зубчатых сегментов венца гладкими без размыкания цепи. Данная процедура занимает около 1 ч.
В зависимости от транспортируемого материала происходит и выбор подшипников на натяжной оси. В стандартном исполнении цепные элеваторы АУМУНД имеют на натяжной оси подшипники скольжения из сверхизносостойкого материала NI-Hard. Эти подшипники не требуют смазки и вообще техобслуживания. Они расположены внутри корпуса элеватора, таким образом, нет необходимости в пылеизоляции данного узла. Это решение хорошо зарекомендовало себя даже на самых абразивных материалах, таких, как гранулированный доменный шлак. Если же процесс требует вынесения подшипников за пределы корпуса (прежде всего, при работе со взрывоопасными материалами), то применяются подшипники качения.
С учетом огромного опыта компании «АУМУНД» в производстве высоких элеваторов (до 90 м) в цепном исполнении с уверенностью можно сказать, что необходимость в каскадном решении, когда один элеватор подает материал в другой, совершенно отпала. Таким образом, при проектировании новых производств или при комплексной модернизации существующих производств есть возможность оптимизировать компоновку и сократить число единиц оборудования.
с тремя слоями армирования металлическими тросами
В области высокомощных и сверхмощных элеваторов (от 1 000 т/ч и выше) применяются в основном ленточные элеваторы. Такая производительность в области производства минеральных удобрений необходима, как правило, на складах и терминалах отгрузки, где материл холодный и хорошо сыпучий.
На многих российских химических предприятиях ленточные элеваторы вызывают определенные опасения специалистов, так как имеется негативный опыт использования легких зерновых элеваторов с высокой скоростью транспортировки (2 м/с и более) или элеваторов кустарного производства с использованием обычной транспортерной ленты. Для современных высокомощных элеваторов для химической и других отраслей тяжелой промышленности компания «АУМУНД» разработала специальную элеваторную ленту с тремя слоями армирования. Толстые продольные тросы несут тяговую нагрузку, а два слоя тонких поперечных тросиков служат для создания сетчатой структуры, которая исключает возможность вырывания крепежа ковшей.
Ленточные элеваторы АУМУНД способны транспортировать до 2 000 т/ч на высоту более 180 м. Благодаря тому, что приводной барабан имеет сегментированное покрытие с вулканизаций, резинотросовая лента движется по резиновому барабану, благодаря чему достигается оптимальная сила сцепления, уменьшаются изнашивание и шум.
В зависимости от технологических требований может быть использована лента до 4 200 кН разрывной нагрузки. Термостойкость элеваторной ленты АУМУНД достигает от 100°C в стандартном исполнении до 150°C в термостойком исполнении.
Для транспортировки крупнокускового материала компанией «АУМУНД» была разработана модель элеватора BWG-GK, которая позволяет транспортировать материал с монолитным зерном максимальным размером до 80 мм. Это достигается специальной формой ковшей, которая исключает контакт материала с лентой.
Первые высокомощные ленточные элеваторы были поставлены компанией «АУМУНД» в 1977 г. С тех пор было установлено более 3 800 ленточных элеваторов во всем мире. В настоящее время соотношение производимых компанией «АУМУНД» ленточных и цепных элеваторов составляет ориентировочно 50:50.
в ходе монтажа элеватора
Сроки эксплуатации ленточного и цепного элеватора сопоставимы и определяются, прежде всего, фактором надежности несущего элемента (отношение нагрузки на разрыв к фактической нагрузке). В каждом конкретном случае необходимо производить расчет.
Клиентами группы «АУМУНД» во всем мире являются крупнейшие изготовители удобрений. В России и странах СНГ нашими заказчиками стали предприятия компаний «ЕвроХим», «Фосагро», «Акрон», «Уралкалий», «Минудобрения» (Россошь) и др.
Вот уже на протяжении более чем 90 лет группа «АУМУНД» разрабатывает и постоянно совершенствует свою технику в тесном сотрудничестве с эксплуатационщиками во всем мире. Специалисты компании «АУМУНД» готовы предоставить более детальную информацию о выпускаемой продукции и обменяться опытом эксплуатации.
