Магистерская работа по металлургии на тему Повышение эксплуатационной готовности вращающихся печей 5×185

ВВЕДЕНИЕ

Для любого крупного сырьевого производства характерно значительное количество крупного оборудования, которое распределяется по назначению и соответствует определенному технологическому узлу. Подобное оборудование подбирается в соответствии с требованиями к получаемому на выходе продукту. В технологической цепочке, как правило, устанавливают два комплекта оборудования: основной и резервный. В случае выхода из строя основного комплекта в цепочку включается резервный. Но существует такое оборудование, которое невозможно установить, как резервное, а его выход из строя приведет к остановке производства.
К такому оборудованию относятся вращающиеся печи. Данный вид оборудования имеет значительные геометрические размеры, а также характеризуется высокой стоимостью. От качества работы печей зависит качество и чистота конечного продукта, поэтому не только выход из строя, но и нарушение в эксплуатации ухудшит качество продукта. В связи с этим, необходимо повышать качество работы печей в процессе эксплуатации с возможностью корректировки.
В основу данной работы легло изучение методов математического моделирования для описания качественного состояния узлов вращающейся печи, которые позволят не только оценить характеристики узлов, но и спрогнозировать их изменение в процессе эксплуатации, что позволит избежать внеочередного ремонта и обслуживания оборудования.
Актуальность работы имеет практический и научный потенциал: практический потенциал сводится к сокращению финансовых и временных затрат на остановку и ремонт оборудования. Научное направление сводится к применению математической модели в описании состояний реального оборудования, с использованием индивидуальных характеристик для конкретного оборудования.
Цель работы заключается в повышении эксплуатационной готовности вращающихся печей.
Задачи работы состоят в:
описании теории надежности оборудования;
аналитическом обзоре существующих методов ремонта и обслуживания вращающихся печей;
разработки методов повышения эксплуатационной надежности оборудования;
проектировании мероприятий по повышению эксплуатационной готовности печей.
Методы исследования включали эмпирические и математические методы анализа технического состояния оборудования.
Практическая новизна исследования заключается в реализации математических моделей в производстве, что не является распространенной практикой.

ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Общие положения теории надежности, применяемые в обеспечении эффективности эксплуатации оборудования

Современная теория надежности охватывает широкий круг вопросов, а именно: разработка технических условий и требований, предъявляемых к техническим системам; построение этих систем; организация их эксплуатации, технического обслуживания и ремонта; замена изношенных и др.
Проблемы, охватываемые теорией надежности, условно можно разделить на два взаимосвязанных направления:
физические основы надежности (связаны с изучением физико-химических свойств и параметров элементов изделий, происходящих в них физико-химических процессах, приводящих к отказам);
математическая теория надежности (основана на изучении статистических, вероятностных закономерностей отказов).
Перспективное направление развития теории надежности определяется сочетанием математических методов с глубоким проникновением в физико-химическую сущность процессов, протекающих в изделии.
Термины надежности стандартизованы. Согласно ГОСТу 27.002-85 надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Надежность – сложный показатель, который может включать в себя такие свойства, как:
безотказность (свойство непрерывно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния в течение некоторой наработки);
долговечность (свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта);
ремонтопригодность (свойство в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию, и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания);
сохраняемость (свойство объекта непрерывно сохранять показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортировки).
Для конкретных объектов и условий эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость. Например, для сигнальных лампочек, предохранителей надежность определяется их безотказностью; для ремонтируемых объектов (таких как металлорежущие станки, бытовые стиральные машины, автомобили) важнейшими свойствами являются долговечность, ремонтопригодность.
Для решения практических вопросов необходимы показатели, характеризующие степень надежности оборудования с количественной стороны. Эти количественные характеристики и называются показателями надежности.

1.2 Понятия и определения основных критериев оценки эффективности эксплуатации оборудования

Показатели надежности рассматриваются при государственной аттестации качества продукции. Наличие их позволяет производить инженерные расчеты надежности, устанавливать обоснованные технические требования к надежности проектируемых изделий, делать сравнительную оценку изделий по их надежности и принимать основные решения при организации технического обслуживания и ремонта в системе ППР.
По ГОСТу 27.002.-83 и 23.642-79 все показатели надежности делят на два вида: единичные и комплексные. Единичные – количественно характеризуют только одно из свойств надежности: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и т.д. Комплексные показатели одновременно характеризуют несколько свойств надежности, например, безотказность и ремонтопригодность объекта и т.д. Показатели надежности приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные показатели надежности
Наименование
Обозначение
Пример записи
Вероятность безотказной работы
P(t)
P(1000ч) ³ 0,9
Средняя наработка до отказа
T1
T1=1000 ч
Интенсивность отказов
l(t)
l(100ч) < 0,05 1/ч
Параметр потока отказов
w(t)
w(100ч) < 0,04 1/ч
Наработка на отказ
T0
T0 = 100 ч
Установленная наработка на отказ
to.y.
to.y. < 1000 ч
Вероятность восстановления
F(tв)
F(1,0 ч) ³ 0,9
Среднее время восстановления

= 1,0 ч

Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.
Средняя наработка до отказа Т1 – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.
Интенсивность отказов l(t) – условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.
Параметр потока отказов w(t) – отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки.
Наработка на отказ Т0 – отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
Установленная наработка до отказа tо.у. – наработка до установленных в технической документации видов отказов, которую должен иметь каждый объект при заданных условиях эксплуатации.
Вероятность восстановления Р(tв) – вероятность того, что время восстановления работоспособности объекта не превысит заданного.
Среднее время восстановления – математическое ожидание времени восстановления работоспособности (собственно ремонта).
Внезапные отказы в период нормальной эксплуатации определяются случайными неблагоприятными сочетаниями большого количества факторов. Случайность связана с тем, что причины события для нас являются скрытыми. Поэтому надежность необходимо рассматривать в вероятностном аспекте.

1.3. Общие положения базовой и эксплуатационной надежности

Ряд авторов подразделяют надежность на идеальную, базовую и эксплуатационную.
1.Идеальная надежность - это максимально возможная надежность, достигаемая путем создания совершенной конструкции объекта при абсолютном учете всех условий изготовления и эксплуатации.
2.Базовая надежность - надежность, фактически достигаемая при конструировании, изготовлении и монтаже объекта.
3.Эксплуатационная надежность - действительная надежность объекта в процессе его эксплуатации, обусловленная как качеством проектирования, конструирования, изготовления и монтажа объекта, так и условиями его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.
Наиболее универсальной единицей с точки зрения общей методологии и теории надежности является единица времени. Это обусловлено следующими обстоятельствами.
Во-первых, время эксплуатации технического объекта включает и перерывы, в течение которых суммарная наработка не нарастает, а свойства материалов могут изменяться.
Во-вторых, применение экономико-математических моделей для обоснования назначенного ресурса возможно лишь с использованием назначенного срока службы (срок службы определяется как календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или его возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние и измеряется в единицах календарного времени).
В-третьих, исчисление ресурса в единицах времени позволяет ставить задачи прогнозирования в наиболее общей форме.
Основной целью анализа надежности и связанной с ней безопасности производственного оборудования и устройств является уменьшение отказов (в первую очередь травмоопасных) и связанных с ними человеческих жертв, экономических потерь и нарушений в окружающей среде.
В настоящее время существует довольно много методов анализа надежности и безопасности. Так наиболее простым и традиционным для надежности является метод структурных схем. При этом объект представляется в виде системы отдельных элементов, для которых возможно и целесообразно определить показатели надежности. Структурные схемы применяются для расчета вероятности отказов при условии, что в каждом элементе одновременно возможен только один отказ. Подобные ограничения вызвали появление других методов анализа.
Метод предварительного анализа опасности определяет опасности для системы и выявляет элементы для определения видов отказов при анализе последствий, а также для построения дерева отказов. Он является первым и необходимым шагом при любом исследовании.
Наиболее распространенным методом, получившим широкое применение в различных отраслях, является анализ с помощью дерева отказов. Данный анализ четко ориентирован на отыскание отказов и при этом выявляет такие аспекты системы, которые имеют важное значение для рассматриваемых отказов. Одновременно обеспечивается графический, наглядный материал. Наглядность дает специалисту возможность глубоко проникнуть в процесс работы системы и в тоже время позволяет сосредотачиваться на отдельных конкретных ее отказах.
Главное преимущество дерева отказов по сравнению с другими методами заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы. В тоже время построение дерева отказов является определенным видом искусства в науке, поскольку нет аналитиков, которые бы составили два идентичных дерева отказов.
Чтобы отыскать и наглядно представить причинную взаимосвязь с помощью дерева отказов, необходимо использовать элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий.
Таким образом, применяемые в настоящее время методы анализа надежности и безопасности оборудования и устройств, хотя и имеют определенные недостатки, все же позволяют достаточно эффективно определять причины различного рода отказов даже у сравнительно сложных систем. Последнее особенно актуально в связи с большой значимостью проблемы возникновения опасностей, обусловленных недостаточной надежностью технических объектов.

Выводы по разделу 1

Современная теория надежности охватывает широкий круг вопросов, а именно: разработка технических условий и требований, предъявляемых к техническим системам; построение этих систем; организация их эксплуатации, технического обслуживания и ремонта; замена изношенных и др.
Термины надежности стандартизованы. Согласно ГОСТу 27.002-85 надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.
В настоящее время существует довольно много методов анализа надежности и безопасности. Так наиболее простым и традиционным для надежности является метод структурных схем. При этом объект представляется в виде системы отдельных элементов, для которых возможно и целесообразно определить показатели надежности. Структурные схемы применяются для расчета вероятности отказов при условии, что в каждом элементе одновременно возможен только один отказ. Подобные ограничения вызвали появление других методов анализа.


ГЛАВА 2. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ
2.1 Отечественный опыт системы организации технического обслуживания и ремонтов вращающихся печей

Технический осмотр вращающейся печи проводят 1 раз в месяц при максимальном простое печи 12ч. При текущем ремонте ревизуют все узлы, заменяют мелкие детали, ремонтируют уплотнения, выполняют и другие работы. При среднем ремонте частично разбирают печь, заменяют отдельные узлы и детали, проверяют печь на точность и регулировку узлов. При этом ремонтируют приводные механизмы и холодильник печи, сменяют цепи (до 20-30%), ремонтируют корпус, опорные ролики и др.
Средние и капитальные ремонты вращающихся печей проводят в сроки, предусмотренные Правилами технической эксплуатации глиноземных заводов. При этом подлежат замене все детали, износ которых приближается к установленному нормативом пределу. При капитальном ремонте печей заменяют или восстанавливают часть корпуса, ремонтируют или заменяют роликоопоры и бандажи, детали приводного механизма, теплообменные устройства, транспортирующие и питающие механизмы, вентиляторы и дымосос.
При ремонте корпусов вращающихся печей прибегают, как правило, к сварке. Дефектные участки корпуса или целые блоки удаляют при помощи автогенной резки после тщательной разметки участков, подлежащих замене. Перед ремонтом корпус печи выверяют путем нивелировки и регулируют так, чтобы центры бандажей и зубчатого венца находились на одной геометрической оси (на одной прямой). Фактическая ось вращения печи не должна отклоняться от геометрической более чем на 3 мм по всей длине.
Соответствие размеров старых и новых обечаек проверяют, измеряя стальной рулеткой длину их окружности. Смещение свариваемых кромок не должно превышать 3мм, зазоры в стыках должны быть не более 2,5-3мм. Допускаемая овальность новых обечаек – не должна превышать 10мм, а допуск на длину отдельных обечаек или блока ±1/3000 часть их общей длины. Обработанные кромки торцов должны быть перпендикулярны к оси блока.
Сквозные трещины обечаек печи длиной свыше 300 мм заваривают при помощи полуавтоматической сварки в среде углекислого газа при температуре окружающего воздуха не ниже 0ºС. При более низкой температуре заварку ведут с подогревом концов трещины до 200-250ºС, а разделку на расстояние 1000мм в обе стороны – при 100-150ºС.
При замене обечаек печи методом перекатывания при помощи лебедки устанавливают сборно-разборные инвентарные леса. Для механизации сварочных работ и навески цепей, связанных с необходимостью периодических поворотов печи, применяют устройство, состоящее из двух гидравлических домкратов грузоподъемностью 200т и ходом поршня 500мм, подключенных к одной маслосистеме, маслостанции и маслобаку. Домкраты, упираясь в кронштейны, временно привариваемые к корпусу печи по обе стороны бандажа с шагом 800мм, создают окружное усилие, необходимое для поворота печи.
Чтобы обеспечить прямолинейность и заданный угол среза кромки обечаек, используют специальную тележку для резки, которая перемещается по направляющей, устанавливаемой на наружной поверхности корпуса печи.
Бандажи с частичными или сквозными поперечными и продольными трещинами ремонтируют при помощи электросварки и последующего отжига сварных швов при 600-700ºС. Бандажи вращающейся печи заменяют новыми при предельном износе (свыше 20% сечения) или прогрессирующем раскатывании металла.
Трещины в бандажах заваривают ручной дуговой сваркой, осуществляемой электродами марки МР-3, ЦЛ (ГОСТ 9467-60). Источником питания служат сварочные преобразователи ПСО-500, ПСУ-500, выпрямители ВСС-300. При полуавтоматической сварке под слоем флюса применяют сварочную проволоку марки СВ-08-ГА, флюсы марок ОСЦ-45, АН-348. Сварку ведут полуавтоматами ПШ-5 и А-765 от источников питания ТС-500, ПСО-500, ПСГ-500, ВС-600.
Перед насадкой бандажей на подбандажные обечайки замеряют:
а) рулеткой длину наружной окружности, соответствующей подбандажной обечайки;
б) специальным штихмасом внутренний диаметр бандажа для определения толщины регулировочных подбандажных прокладок.
Бандажи должны иметь установочный зазор в верхнем положении до 2 мм (для холодного конца печи) и в пределах 4-8 мм на остальных опорах. Осевое биение бандажа - не более 3мм.
Подбандажные башмаки приваривают к корпусу печи, что значительно упрощает ремонт этого узла. Для уменьшения напряжений в сварочных швах применяют специальные упоры.
Изношенные бандажи заменяют, вырезая часть подбандажной обечайки и удаляя ее вместе со старым бандажом.
Опорные и контрольные ролики обычно заменяют (одновременно с бронзовыми вкладышами) при износе их цапф по диаметру более чем на 15%, или износе обода качения более чем на 20% по толщине. Вкладыши заменяют новыми, если толщина их уменьшилась на 6-8 мм. При обточке шеек и осей роликов и расточке вкладышей достигается широкоходовая посадка 3-го класса.
Новые вкладыши пришабривают к шейкам осей с зазорами, пока пятна касания не будут равномерно распределены по всей рабочей поверхности (не менее 14-20 пятен на 100 мм длины вкладыша в любом направлении).
Прилегание шаровой поверхности вкладыша у расточки в корпусе подшипника проверяют по краске (плотность прилегания-не менее одного пятна на 1 см2). Осевой зазор между урорным кольцом опорного ролика и вкладышем (с горячей стороны) не должен превышать 4-6мм. Риски и мелкие задиры на осях опорных роликов зачищают, изношенные поверхности роликов можно восстанавливать наплавкой.
Каналы водяного охлаждения подшипников после ревизии и сборки испытывают гидравлическим давлением 5 ат (0,5 МПа).
Для передвижки опорных роликов в необходимое положение применяют гидравлические устройства, перемещение роликов на временные леса и ряд других приспособлений, позволяющих также заменять ролики, не останавливая печь.
При проверке и ремонте венцовых и подвенцовых шестерен особое внимание следует обращать на состояние их креплений (рессорных пластин, шарниров осей и др.). Риски на вкладышах и шейках вала подвенцовой шестерни зачищают и пришабривают, дефектные вкладыши заменяют. Взаимное прилегание зубьев передачи должно составлять не менее 80% по длине и 30% по высоте.
Ремонт редукторов привода печей, посадку полумуфт и центровку валов осуществляют так же, как и у трубных мельниц.
Неравномерное распределение нагрузок по опорам печи обжига приводит к авариям, интенсивному износу бандажей, опорных роликов и их подшипников, а частые остановки печи и повторные розжиги снижают стойкость футеровки.
Распределение нагрузок по опорам зависит, во-первых, от точности установки вращающейся печи и, во-вторых, от жесткости системы корпус-бандажи-роликоопоры-фундаменты основания.
При выверке вращающейся печи под правильностью ее установки подразумевается в основном выполнение следующих условий: прямолинейность оси вращения, прямолинейность геометрической оси ненагруженного корпуса, параллельность осей опорных роликов оси вращения,