ما هو استخدام المكبس الأسطواني؟
المكبس الأسطواني والمعروف أيضًا باسم طاحونة الضغط أو الطاحونة الدوارة أو ماكينة الطحن الأسطوانية المزدوجة.المكبس الأسطواني هو جهاز طحن يستخدم في التطبيقات الصناعية، وخاصة في إنتاج الأسمنت. وهي تتألف من بكرتين متعاكستين متعاكستين تقومان بضغط وطحن المادة. تقلل هذه العملية بشكل كبير من حجم جسيمات المادة، مما يجعلها بديلاً فعالاً لطرق الطحن التقليدية.
تتميز مكابس الأسطوانة بكفاءة طحن عالية، واستهلاك منخفض للطاقة، وإنتاجية عالية، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في صناعة الأسمنت. ومع ذلك، تنشأ مشاكل مختلفة أثناء التشغيل بسبب عوامل مثل التصميم والاستخدام والظروف الخارجية. وتؤدي هذه المشاكل إلى ظروف عمل سيئة، وعدم كفاية التحكم في التغذية، وأعطال النظام الهيدروليكي، وكلها تؤثر سلبًا على أداء المكبس الأسطواني. ولمعالجة هذه التحديات، نقوم بتحليل الأسباب الجذرية وتنفيذ التحسينات عبر جوانب متعددة، بما في ذلك التصميم والاستخدام. ونتيجة لذلك، نقوم بتحسين عملية التعديل وتعزيز الكفاءة وتحقيق نتائج تشغيلية أفضل.
أولاً: دور المكبس الأسطواني في مصانع الأسمنت
في مصانع الأسمنتيستخدم المشغلون المكبس الأسطواني لطحن الكلنكر والمواد الخام الأخرى إلى مسحوق ناعم. وعادةً ما يستخدمونها إلى جانب أنظمة الطحن الأخرى، مثل المطاحن الكروية، لتعزيز الكفاءة الكلية وتقليل استهلاك الطاقة. وعلاوة على ذلك، فإن قدرة المكبس الأسطواني على إدارة الضغط العالي وإنتاج منتجات ناعمة تجعلها عنصرًا أساسيًا في إنتاج الأسمنت الحديث.
ثانيًا- الاختلافات بين المكبس الأسطواني والمطحنة الكروية
الفرق الأساسي بين المكبس الأسطواني و المطحنة الكروية تكمن في آليات الطحن الخاصة بها. تقوم المكبس الأسطواني بضغط المادة بين بكرتين تحت ضغط مرتفع، مما يؤدي إلى استهلاك أقل للطاقة وكفاءة أعلى. وعلى النقيض من ذلك، تعتمد المطحنة الكروية على تأثير واحتكاك الكرات لطحن المواد، والتي عادةً ما تستهلك المزيد من الطاقة. لذلك، عادة ما يكون أداء المكابس الدوارة أفضل من حيث كفاءة الطاقة ودقة المنتج.
ثالثًا- مشكلات الانحراف في المكابس الدوارة
يشير الانحراف إلى اختلال المحاذاة بين بكرات المكبس الأسطواني وقد ينشأ عن التآكل الميكانيكي أو التركيب غير السليم. يمكن أن يؤدي هذا الانحراف إلى توزيع غير متساوٍ للضغط، مما يقلل في النهاية من كفاءة الطحن. ولذلك، فإن الصيانة الدورية والمحاذاة السليمة أمران حاسمان لتقليل الانحراف وضمان الأداء الأمثل لمكبس الأسطوانة.
رابعًا- تحليل المشكلات المتعلقة بالمكابس الدوارة
1. محتوى المسحوق الناعم في المخرج
يعكس محتوى المسحوق الناعم عند مخرج المكبس الأسطواني، والمعروف أيضًا باسم إنتاجية التمريرة الأولى، فعالية عملية الكبس بشكل مباشر. ومع ذلك، تتجاهل العديد من الشركات هذا الجانب المهم. كشفت العينات المختبرة من مختلف الشركات أن مكابس الأسطوانة الألمانية BHS حققت دقة في المخرج تبلغ 33% على غربال 0.9 مم و64% على غربال 0.08 مم (مع 36% أقل من 0.08 مم). وفي المقابل، لا تصل العديد من هذه الماكينات إلى نتائج مماثلة.
2. ضغط العمل
قوة الضغط هي المعلمة الأساسية التي تحدد فعالية مكبس الأسطوانة. لحساب القوة الكلية F (بالكيلو نيوتن) للمكبس الأسطواني، نستخدم المعادلة:
حيث:
- n= عدد الأسطوانات الهيدروليكية
- S= المساحة الفعالة للأسطوانة الهيدروليكية (م²)
- = ضغط النظام الهيدروليكي (ميجا باسكال)
علاوة على ذلك، فإن متوسط ضغط الأسطوانة
د⋅ب-سين ألفا
هنا:
- = قطر أسطوانة الطحن (م)
- = العرض الفعال لأسطوانة الطحن (م)
- α = زاوية الضغط، والمعروفة أيضاً بزاوية العضة (درجة)
حساب الضغط المتوقع
بالإضافة إلى ذلك، فإن الضغط المتوقع PT (بالكيلو نيوتن/م²) باستخدام:
تأثير الضغط الأقصى للأسطوانة على كفاءة الضغط
من الناحية العملية، يؤثر الحد الأقصى لضغط الأسطوانة بشكل كبير على تأثير الضغط. وعلى وجه التحديد، عندما يتم ضبط الخط الواصل بين مركزي البكرتين عند 0 درجة، تبدأ زاوية الضغط عند 8.3 درجة وتنتهي عند -1.6 درجة. والجدير بالذكر أن الحد الأقصى للضغط الأقصى يحدث عند 1.5 درجة، وهو ما يتجاوز قليلاً ضعف متوسط الضغط.
وعلاوة على ذلك، يلعب النظام الهيدروليكي لمكبس الأسطوانة دورًا حاسمًا، حيث إنه يوفر ضغط الأسطوانة الديناميكي اللازم لضغط المواد. ويتكون هذا النظام من مكونات مختلفة، بما في ذلك محطة الزيت، والأسطوانات الهيدروليكية، وأكياس النيتروجين، وصمامات الملف اللولبي، وصمامات التدفق الزائد، ومقاييس الضغط، وخطوط الزيت، وخزانة التحكم. إذا كانت التهيئة تفتقر إلى صمامات ضبط التخميد وصمامات ضبط الشوط، فلا يمكنها تحقيق نتائج الضغط المثلى. لذلك، في بعض الحالات، قد تؤدي إضافة أكياس النيتروجين الصغيرة في بعض الحالات إلى منع الضغط المعروض من أن يعكس بدقة تغيرات الضغط الفعلية.
تهيئة كيس النيتروجين وإدارة الضغط
- يجب حساب حجم أكياس النيتروجين والأنابيب بناءً على حجم الأسطوانات الهيدروليكية. علاوة على ذلك، فإن استخدام أنابيب صغيرة جدًا سيزيد من المقاومة. في الإعداد المتوازي، عند استخدام كيس نيتروجين كبير وآخر صغير، يتم تنشيط الكيس الصغير أولاً، يليه الكيس الكبير. ونتيجة لذلك، تعمل هذه العملية على كبح فتح فجوة الأسطوانة بشكل متكرر، والتي تعمل في دورة من التراجع والسحب والتقدم، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض كفاءة الضغط.
- وعلاوة على ذلك، يتم ضبط ضغط أكياس النيتروجين عند 8 و10 و12 ميجا باسكال، مما يعني أن كيس نيتروجين واحد فقط يعمل ضمن نطاق محدد بينما يصبح الكيسان الآخران غير فعالين. وعلى الرغم من أن نظرية الضغط التفاضلي هذه اقترحها في البداية مهندسون ألمان، إلا أنها فشلت في تحقيق النتائج المتوقعة بسبب الاختلافات الكبيرة في خصائص المواد. وبالتالي، لم يتابع الألمان هذا النهج أكثر من ذلك.
- وبصفة عامة، يُنصح بضبط ضغط كيس النيتروجين عند 60-80% من الحد الأدنى لضغط النظام. ويضمن هذا النهج أنه عندما يعمل النظام عند أدنى ضغط عمل له، يتم الحفاظ على مستوى معين من الأمان بين أكياس النيتروجين وصمام التشغيل والإيقاف. ومع ذلك، يجب مراقبة الحالة التشغيلية للنظام في الموقع لتحديد فعاليته. إذا كانت درجة حرارة الزيت مرتفعة للغاية أو منخفضة للغاية، فهذا يشير إلى أن النظام ليس في حالة عمل جيدة، مما يؤثر بشدة على كفاءة الضغط.
3. سرعة الأسطوانة
يمكن التعبير عن سرعة الأسطوانة في مكبس الأسطوانة بطريقتين: الأولى هي السرعة الخطية المحيطية V للبكرات، والأخرى هي سرعة دوران البكرات. ترتبط السرعة الخطية المحيطية بالإنتاج واستهلاك الطاقة والاستقرار التشغيلي. وبوجه عام، تؤدي السرعات العالية للبكرات إلى زيادة الإنتاج؛ ومع ذلك، يمكن أن تتسبب السرعات العالية للغاية في زيادة الانزلاق النسبي بين البكرات والمادة، مما يؤدي إلى ضعف الالتحام وزيادة التآكل على أسطح البكرات، مما يؤثر سلبًا على إنتاج مكبس البكرات.
وتتراوح سرعة الأسطوانة النموذجية حاليًا بين 1.0 و1.75 م/ثانية، مع اقتراح بعض الخبراء أنها يجب ألا تتجاوز 1.5 م/ثانية. وعادة ما تتراوح السرعة الخطية للبكرات بين 1.0 و1.7 م/ثانية، حيث تعمل معظمها بسرعة تتراوح بين 1.5 و1.7 م/ثانية، وبعضها يصل إلى 2.0 إلى 2.2 م/ثانية. من الأهمية بمكان إعطاء الأولوية لتأثير الضغط عند اختيار السرعة؛ وينبغي أن يعتمد هذا التأثير على أخذ العينات الفعلية. إذا كانت السرعة عالية جدًا، فإن وقت الضغط يقل، مما يؤدي إلى زيادة الاهتزازات في الجهاز. يصبح من الصعب التحكم في الاختلافات الكبيرة في القوة، مما يؤدي إلى استهلاك مفرط للطاقة دون تحقيق تأثير الضغط المطلوب.
4. فجوة التشغيل وخصائص المواد
يتأثر تشغيل فجوة الأسطوانة بعوامل مختلفة، بما في ذلك خصائص المادة (مثل الصلابة وحجم الجسيمات ومحتوى الرطوبة)، وشكل سطح الأسطوانة، والسرعة، والضغط، وطريقة التحكم في الضغط. هناك طريقتان للتحكم في ضغط الأسطوانة الهيدروليكية: التحكم في الضغط الثابت والتحكم في الفجوة الثابتة. ومع ذلك، وبغض النظر عن الطريقة المستخدمة، فكلاهما معيب بشكل أساسي من منظور هيدروليكي لأن الضغط والفجوة يتذبذبان باستمرار.
يتميز مقياس الضغط بزمن استجابة يبلغ 200 مللي ثانية، مما يعقد التحكم في تعديلات ضغط مضخة الزيت. وهذا بدوره يؤثر على ضغط الأسطوانة الهيدروليكية وبالتالي على فجوة الأسطوانة. ونتيجة لذلك، هناك مشكلتان رئيسيتان: أولاً، هناك تأخر في الاستجابة؛ وثانياً، تحدث فروق ضغط مفرطة. تعيق هذه العوامل التشغيل المستقر لمكبس الأسطوانة وتؤثر سلبًا على كفاءة الضغط.
5. جهاز التغذية
في الوقت الحالي، تستخدم معظم المكابس الأسطوانية حاليًا جهاز تغذية يقوم بتوجيه المواد مباشرةً من القادوس إلى فجوة الأسطوانة، مما يسحب المادة بين البكرتين. ويشار إلى هذه العملية عادةً باسم "زاوية السحب" لمكبس الأسطوانة. ومع ذلك، فإن التحكم في التدفق من اتجاهين غير ممكن، حيث إن نطاق الضبط محدود، مما يجعل من الصعب تحقيق تحكم دقيق ومستقر. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن ضبط الاتجاهين الآخرين على الإطلاق. ونتيجة لذلك، تحدث مشكلات مثل فصل المواد واختلال محاذاة الأسطوانة في كثير من الأحيان، مما يؤدي إلى ظروف لا يمكن التحكم فيها.
خامساً- خطة تعديل نظام مكابس الأسطوانة
1. استبدال جهاز التغذية
استبدال جهاز تغذية المكبس الأسطواني بنوع جديد من نظام التغذية رباعي الاتجاهات (تقنية حاصلة على براءة اختراع) للتحكم في تغذية المواد. يسمح هذا النظام بالتعديل والتحكم من اتجاهين، مما يتيح التحكم المعقول في تدفق المواد. يمكن ضبط الاتجاهين الآخرين لتصحيح انحراف الفجوة الجانبية بين البكرات، مما يقلل من تأثير المواد على مكبس الأسطوانة ويسهل تشكيل قاع مادة مستقر. يعمل هذا النهج على التخلص من مشكلات مثل فصل المواد واختلال محاذاة الأسطوانة، كما أنه يعمل في موضع قادوس منخفض، مما يسهل ضبطه والتحكم فيه.
2. ترقية النظام الهيدروليكي
لقد استبدلنا النظام الهيدروليكي للمكبس الأسطواني بما في ذلك مكونات مثل محطة الزيت، وصمام الفائض، ومقياس الضغط، والمراكم (كيس النيتروجين)، ومجموعة الصمامات. وبالإضافة إلى ذلك، قمنا بدمج صمامات ضبط التخميد وصمامات ضبط الشوط (تقنية حاصلة على براءة اختراع) لجعل النظام الهيدروليكي مرنًا وصلبًا ويمكن التحكم فيه.
وخلال عملية البحث والتطوير، أجرينا اختبارات ميدانية مكثفة باستخدام جهاز قياس ضغط متخصص عالي الدقة (1000 هرتز) لجمع البيانات وتحليلها. واستخدمنا برنامج محاكاة مخصص ونماذج رياضية معقدة لتطوير آلية تنظيم مضاد للاهتزازات ثنائية القناة قابلة للتعديل بنجاح، مما حقق توازنًا معقولاً بين الصلابة والمرونة في النظام الهيدروليكي.
3. تنفيذ التحكم المنطقي القابل للبرمجة القابلة للبرمجة
لقد استبدلنا جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة الهيدروليكي للمكبس الأسطواني ونفذنا تحكمًا رباعي الاتجاهات في جهاز التغذية، باستخدام طريقة التحكم في الطاقة الثابتة لتسهيل التشغيل المركزي. قمنا بتهيئة النظام باستخدام نظام Siemens SIMATIC S7-1200، ودمجنا منتجات محرك Siemens SINAMICS ومنتجات واجهة SIMATIC بين الإنسان والآلة. تأتي وحدة المعالجة المركزية مزودة قياسيًا بواجهة إيثرنت تدعم العديد من بروتوكولات اتصالات إيثرنت الصناعية، بما في ذلك PROFINET وTCP وUDP وModbus TCP.
قامت شركتنا بتطوير هذه التقنية من خلال النمذجة الرياضية، وجمع بيانات ميدانية واسعة النطاق خلال عملية البحث والتطوير. استخدمنا برامج محاكاة متخصصة ونماذج رياضية معقدة تم التحقق من صحتها من خلال التطبيق العملي.
سادساً- دراسات الحالة
1. Chao Lake Hengxin Cement Co., Ltd.
منذ التعديل في أغسطس 2020، زادت كفاءة الإنتاج من 200 طن/ساعة إلى 290 طن/ساعة، مع التحكم في استهلاك الطاقة عند 22 كيلو وات/ساعة/طن من الأسمنت.
2. Hainan Huaren Cement
في يونيو 2022، تمت ترقية المكبس الأسطواني في يونيو 2022، مما أدى إلى زيادة الإنتاج في الساعة من 150-160 طنًا إلى 180-200 طن، مع انخفاض استهلاك الطاقة إلى حوالي 23 كيلو واط ساعة/طن.
3. جنوب غرب قويتشو
من خلال الترقية، ارتفع الإنتاج إلى 180-190 طن/ساعة، وانخفض استهلاك الطاقة من 32 كيلو واط ساعة/طن إلى 25 كيلو واط ساعة/طن.
4. Jiangxi Sanqing Cement Co., Ltd.
بعد التعديل، زاد الإنتاج إلى 270-280 طن/ساعة، مع الحفاظ على استقرار التشغيل ودرجات حرارة كيس النيتروجين عند 40-60 درجة مئوية.
سابعًا- فوائد ترقية تكنولوجيا مكابس الأسطوانة وتعديلها
- تم تحسين ثبات مكبس الأسطوانة، مع عدم وجود تسرب جانبي تقريبًا. هناك ثلاث طرق لضبط انحراف الأسطوانة: أولاً، تعديل التغذية بأربعة اتجاهات؛ وثانيًا، تعديلات النظام الهيدروليكي؛ وثالثًا، تعديلات ضغط منفصلة لليسار واليمين. التحكم مستقر، مع الحد الأدنى من حالات انهيار المواد وانحراف الأسطوانة.
- النظام الهيدروليكي لمكبس الأسطوانة قابل للتعديل والتحكم بمرونة. لقد تغير تذبذب فجوة الأسطوانة من التراجع البطيء والتقدم السريع إلى التراجع السريع والتقدم البطيء، مما يزيد من كفاءة الضغط. ازداد محتوى المسحوق الناعم في مخرج مكبس الأسطوانة بمقدار 3-7%، وتحسنت مساحة السطح المحددة لمواد الإدخال، وزاد الإنتاج في الساعة بمقدار 10-20%.
- يتم استخدام طريقة التحكم في الطاقة الثابتة، مع الحفاظ على الطاقة التشغيلية عند 85 ± 5% من الطاقة المقدرة. إن كفاءة مكبس الأسطوانة لها متطلبان: أولاً، طاقة تشغيلية عالية؛ وثانيًا، إنتاجية عالية في التمرير الأول. ومن خلال تحسين كفاءة مكبس الأسطوانة وتقليل استهلاك طاقة المطحنة، تم تخفيض الاستهلاك الكلي للطاقة بمقدار 2-5 كيلو وات/طن.
إذا كانت لديك احتياجات تتعلق بتعديل وتحديث أنظمة مكابس الأسطوانات، فلا تتردد في اتصل بنا في داركو. سنقدم لك حلولاً ودعمًا احترافيًا.
