1、物料在筒体内的停留时间主要与筒体长度、内径、转速、倾角、结构（有无抄板、挡料板）及自然倾角等因素有关.物料在窑内移动的基本规律是随着窑的回转,物料被带到一定高度,随后下落,由于窑是倾斜的,物料在滑落的同时就沿筒体轴线前进了一段距离.按筒体内是否有抄板,分两种情况来计算物料在筒体内的停留时间.筒体内无抄板的物料停留时间=L（+24）/（324Dinsin）Di筒体内径,如果不是等径窑,应分段计算;带内衬的窑应为衬后直径.筒体内无抄板的物料停留时间=mkL/（Dinsin）,m、k是系数,它与物性参数、抄板形式、介质与物料的流动方式密切相关,除了按规定选取外,还应结合实际,参考类似工况的回转窑确定
2、系数m、k的取值.b.填充系数f 窑某一截面上的填充系数f等于物料层所占有的截面积与窑整个截面积之比.某一窑的平均填充系数f等于该段窑内装填物料占有体积与该段窑的有效体积（容积）之比.填充系数f主要与结构影响系数、物料处理量、物料的停留时间、物料的密度、筒体的长度及内径等因书素关.f=2.1210-2k1G/（lDi2）,Di筒体内径,如果不是等径窑,应分段计算;带内衬的窑应为衬后直径.计算f时应考虑窑内物料的结块等影响因素.c.筒体倾角 窑筒体轴线与水平面的夹角为该窑的倾角.倾角大小应根据筒体的长短、物料的流动性及物料的停留时间而定.为便于计算,回转窑的斜度习惯上取窑轴线的倾角的正弦值sin
3、.d.转速n 回转窑转动的速度称为该窑的转速.单位r/min.回转筒体的专速范围为:0.410 r/min,常用13 r/min,设计转速时应控制筒体外径的圆周速度不超过1m/s,即2Rn/601m/s.主要是因为大型回转设备的直径和长度都比较大，构成回转设备的筒体、齿圈、滚圈及内部充填物料的质量总和比较庞大，在转动过程中所形成的惯性也就比较大。如果回转筒体外径圆周线速度过快，特别容易产生振动而反过来影响传动装置和支撑装置的稳定运行，造成轴承等部件失效。,对带内衬的回设备，转速过快而产生的惯性振动还会导制内衬的松动和脱落。2.1.2 支承档数的确定 支承档数按筒体内径及筒体长度的比值来确定,具
4、体取发见表2.1.2.冷却机、干燥机的长径比一般都小于12,通常都采用两档支承.2.1.3 筒体壁厚的确定-分齿圈、滚圈和其它部分处.其它部分处筒体壁厚的确定又分带内衬和不带内衬两种情况,分别见表2.1.3.1-1和表2.1.3.1-2.在选取直径分界处筒体壁厚的时,尽量取大值.齿圈和滚圈处筒体的壁厚通常是取其它部分处筒体厚度的1.42倍,主要以筒体计算结果为准,一般直径3000以下的窑取小值,直径3000以上的窑取大值.筒体加厚段的长度一般为滚圈宽度的2倍.即12m左右.2.1.3 挡轮及齿圈位置的确定 a.挡轮位置的确定:当回转设备支撑档数为奇数时，通常挡轮设置在中间档；当回转设备支撑档数
5、为偶数时，通常挡轮设置在中间靠近窑尾方向的第一档.,主要是因为筒体受热要伸长,这样可以减少累计伸长量,当然由于布置结构等原因,也有将挡轮设置靠近窑头方向的支承装置,此时筒体在窑体上窜时受轴下拉力.b.齿圈位置的确定 为了使齿圈的啮合少受热膨胀的影响,齿圈应邻近带挡轮的支撑装置,其距离近似等于窑筒体的直径.2.1.5 筒体内部装置a.内衬 内衬的作用是保护筒体,使之免受高温、介质腐蚀、磨损,变减少散热损失.内衬每隔23年就要大修一次,这主要取决于内衬材料的质量、砌筑施工质量和操作稳定性等因素.常用耐火材料有:粘土质耐火砖、高铝质耐火砖、耐火混凝土砌块、鳞酸盐耐火砖、镁铝砖、隔热砖、碳素砖等.b.
6、挡砖圈:其作用是将内衬分成若干个区,分别固定.它是焊在筒体上的一组圆环,厚度可取筒体厚度,但高度应为筒体内衬厚度的1/31/2左右.,c.挡料圈 挡料圈可设置在窑头,也可设在窑尾.设在窑头的挡料圈用来防止物料倒流,其高度按照转窑的填充系数及物料性质来确定.设在窑尾的挡料圈主要是延长物料停留时间,增大回转窑的填充率.设计窑头挡料圈时,应注意不要防碍加料装置.d.导料螺旋e.进料装置f.刮料器g.挡料板h.抄板抄板的作用是将物料扬起,是物料松散形成料幕,充分与气体接触换热.抄板的型式:升举式、扇形式、分布式等,以升举式使用较多.抄板的固定:直接焊在筒体上、通过焊在筒体上的连接件用螺栓连接.抄板的高
7、度:主要是根据物性参数、筒体直径、转速等参数确定,一般都分好几段.i.筒体接口主要是指测温口、测压口、取样口、检查孔等.筒体上一般不设人孔.,2.1.7 测温装置 常用的是滑环测温装置,热电偶接线通过滑环与测温仪表连接,测出回转窑上需要测出的各点温度.滑可用2030mm紫铜棒煨制而成,环直径取1.11.3Do.2.2 筒体的计算2.2.1 筒体的载荷计算:筒题上的载荷分为两类,一类是沿筒体轴线方向的均布载荷;另一类是它分布较短,简化为集中载荷.a.筒体单位长度载荷:qs=0.242（Di+）N/m 由于筒体各段的厚度不同,应分段计算,另外考虑筒体有内件时可增加10%30%.b.筒体内衬单位长度
8、载荷:qc=3.08110-5c（Di-hi）hi N/m如果是多层内衬应分层计算.c.筒体内单位长度物料载荷:qu=7.70510-6fDio2 N/m注意窑内可能出现的最大填充率f.d.筒体内单位长度抄板载荷:qf=7.70110-21Hn N/m,一般需要计算实际抄板总重量再除以筒体长度.如果筒体内无抄板,此项载荷就没有.f.齿圈质量 Gc=f1mB2df2 f1计算系数算系数、m齿圈模数mm、B2-齿圈宽度mm、df2齿圈分度圆直径mm.刚计算时可能不知道m、B2、df2,应参照类似回转窑设备先假定一个m、B2、df2,按步骤向后计算,最终会计算出一个m、B2、df2,再将它们与前面的
9、假设进行比较,若差不多,说明前面假设成立,否则应重复上一假设过程,直到最终计算结果与假设相当时为止.2.2.2 筒体弯矩计算及应力校核a.筒体计算的概念 筒体截面刚度计算应是计算筒体的径向变形,并使它不超过满足运转条件的径向变形许用值.筒体的应力一般有轴向应力和切向应力（实际上的应力不限于此,远比这要复杂得多）.由筒体的轴向弯曲可以判定的存在,由筒体横截面变形可以判定的存在.,钢制圆筒横卧置放于地面上时,在自重作用下,在其底部会产生数值很可观的切向弯曲应力.对于回转窑,因增加了内衬、物料、齿圈等各项载荷,支承情况与自由卧置完全不同,对这种情况下的切向应力虽有几种分析方法,但都不怎么成熟,目前也
10、不适用于设计计计算,因此国内外至今任沿用一定的假设条件下的轴向应力计算的方法,在统计基础上确定许用应力,通过轴向应力计算来间接保证径向变形和切向应力满足刚度和强度要求.b.三个假设条件将筒体视为圆截面水平连续梁,不计倾角影响,也不计筒体截面变形后对截面模数的影响.不计物料重心对筒体轴线的影响,不计筒体所受扭矩.按静载荷计算.c.进行筒体计算的主要目的 验算强度-变形条件,以确定所选的筒体厚度是否合适.,根据计算结果,调整各跨跨度,使之满足等支反力原则使各支座反力趋于接近,从而使支承装置的设计得到统一;其次是满足等弯矩原则,使各支座截面弯矩趣于接近,避免为了满足个别截面的要求而加厚筒体.支承档数
11、较少时,由于结构上的原因,上述原则不易实现,不必强求.为支承部件及基础提供设计载荷.d.双支座筒体弯矩的计算支点位置的确定 支点位置除考虑结构要求外,应按等弯矩原则设计.对于等直径的悬伸段结构简单的,可近似取l1=l2=0.21L.支座反力的计算F1=Lq（L/2-l2）+Fca/（L-l1-l2）N;F2=Lq（L/2-l1）-Fca/（L-l1-l2）+Fc N;弯矩的计算支座处的弯距M1、M2,M1=q/2l12;M2=q/2l22;跨间最大弯矩Me=-q/2（l1+e）2+eF1跨间最大弯矩发生在筒体内剪力灯于零的地方即F1=eq+l1qe.筒体的应力计算及校核支座处的轴向弯曲应力1
12、跨间最大弯曲应力ef.三支点以上（包括三支点）筒体弯矩计算三弯矩方程对于m+2档支承（即m+1跨）的筒体,可以简化为一个m次超静定连续梁,它的两端是悬伸梁,对每一个中间支座（2,m+1）均可列出一个三弯矩方程式（弯矩以梁下侧纤维受拉为正）Ln-1Mn-1/In-1+2（Ln-1/In-1+Ln/In）Mn+LnMn+1/In=-6Bn-1/In-1-6An/InBn-1跨度Ln-1上的虚载荷n-1在该跨右支座产生的虚反力;An-跨度Ln上的虚载荷n在该跨左支座产生的虚反力;,Mn-1、M n 端支座弯矩,以在简化载荷时求得.对m个中间支座可列出m个联立方程,从而求得m个未知的支座截面弯矩.截面
13、惯性矩I按跨间筒体厚度计算,滚圈下加厚段的影响不计.对三档支承的窑,即m+2=3,m=1,近中间一个支座的弯矩M 2未知.M 2=-6B n-1-6A n-M 1l 2-M 3l 3/2（l 2+l 3）支座反力的计算第n个支座的反力Fn=Fa+FbFa作用在n支座左面跨度的支座弯矩及载荷引起的反力;Fb作用在n支座右面跨度的支座弯矩及载荷引起的反力;附加弯矩的计算 附加弯矩是由于托轮安装位置不准确或支座沉陷引起的.g.应力计算与校核 计算公式同两弯矩方程h.筒体变形计算筒体轴线挠度跨间最大挠度ymax计算按表2.2.4.1分别计算后再叠加.,悬伸段端部挠度ye的计算ye=le0-y0Y0按表
14、2.2.4.1（2）计算许用挠度ym的计算跨间许用挠度ym=310-4L悬伸段许用挠度ym=4.510-4le筒体截面变形计算与校核筒体径向变形量用椭圆度e1来衡量e1=8.1410-14QcRc3/EI筒体径向变形量校核e1e1=1.510-3Dii.筒体安装尺寸的计算筒体热膨胀量的计算:计算热膨胀量以邻近齿圈的托轮为基准基础水平距离及标高尺寸计算:计算基础水平距离及标高尺寸时必须考虑筒体的安装斜度及热态工作的膨胀量.计算回转设备的热膨胀量的一个目的是为了协调回转设备在使用状态与安装状态下滚圈与支撑装置的接触长度，确保支撑装置处于有利的受力状态下工作。,三、滚圈回转设备的滚圈对回转筒体的主要
15、作用是支撑和刚性加强作用.a.滚圈结构滚圈的截面形式可分为:矩形截面和箱形截面.矩形滚圈:其截面是实心矩形,形状简单,由于截面是整体的,铸造缺陷相对来说不显得突出,裂缝少.矩形滚圈可以铸造,也可锻造.但两者价格相差比较大.箱形滚圈:其截面是空心箱形,形状比较复杂.其刚性较大,有利于增强筒体刚度,与矩形滚圈相比,可节约材料.但由于形状比较复杂,铸造时在冷缩过程中易产生裂纹等缺陷,它有时导致横截面断裂.剖分式滚圈:将滚圈分成若干块,用螺栓连接成整体.有分成两块的,也有分成四块的.它增大了机械加工量、刚性比整体滚圈差得多、它对筒体的加固作用也将大大削弱,特别是连接处的局部刚性特差,易产生早期破坏.滚
16、圈与筒体的联合化:为了简化制造、安装,增强筒体刚性,可采用滚圈与筒体加厚段（滚圈下）合在一起的结构.,箱形钢板焊接结构,整体铸钢结构.b.滚圈尺寸滚圈外径Dr与截面高度H的确定.设计时参照表3.1.2.1选取,对无内衬的回转窑,Dr/Di可根据情况适当减少.滚圈的宽度Br滚圈的宽度Br必须满足其与托轮之间的计算接触应力滚圈材料的许用接触应力,且滚圈的宽度Br比托轮的宽度Bt宽3040mm.c.垫板 垫板用来将筒体载荷传递到滚圈上,使筒体不直接与滚圈相磨损.但垫板之间的空隙增加了滚圈的散热面积.垫板的数量与尺寸 垫板的数量按筒体外径圆周每隔300400mm（弧长）设置一块.一般垫板的宽度占其所在
17、的整个圆周长的6070%。垫板的宽度 b=2（Di+2）/3n 垫板的长度a=2（2030）+2b0+Br b0挡板宽度 垫板的厚度取1.11.3倍滚圈处的筒体厚度,并留有加工余量.垫板与筒体的焊接 焊接高度不大于垫板厚度的一半;,垫板与筒体焊后必须进行外圆加工,外圆应与筒体同轴,同轴度公差为0.0015Di,且不得大于3mm.滚圈与筒体垫板之间的安装间隙是根据滚圈安装处的筒体壁温及他们的加工精度来确定的。d.挡板-挡板 的作用是限制滚圈在筒体的轴线方向的位移.挡板的形式分为挡块式、支耳式、挡圈式.挡板尺寸-挡板的高度不大于滚圈高度的1/2,长度以保证与垫板的焊接方便为宜.挡板数量与分布-挡板
18、数量与垫板数量相等,在滚圈两侧交错布置.e.滚圈在筒体上的固定方式松套式-滚圈内径与垫板外径间留有间隙.合理选择间隙的大小,即可控制热应力,又可充分利用滚圈的刚性使之对筒体起加固作用.铆固式用铆钉把滚圈、垫板与筒体铆固在一起.楔铁式-通过一组组带有斜面的楔铁把滚圈固定在筒体上.滚圈内径必须加工成斜面,楔铁必须有足够的硬度,且楔铁与筒体的焊接顺序很重要 f.滚圈与垫板安装间隙,滚圈与筒体垫板之间的安装间隙是根据滚圈安装处的筒体壁温及它们的加工精度来确定的.一般高温段间隙较大,低温段间隙较小.安装间隙c=1/2Dri（t1-t2）.滚圈的设计计算a.滚圈与托轮的材料关于二者材料的组合有两种观点:一
19、种看法认为滚圈大而重,不易更换,为延长其使用寿命,滚圈的材料应比托轮好,即滚圈的硬度应比托轮高;另一种看法认为托轮转速比滚圈高,点蚀和磨损快,而托轮表面损坏后又会影响滚圈的寿命,因此托轮的硬度应比滚圈高.目前国内大部分采用滚圈材料的硬度应比托轮低.滚圈的常用材料为：铸造碳素钢和铸造合金钢.b.滚圈与托轮的接触应力的计算与校核滚圈与托轮材料不同时的接触应力的计算见3.2.2.1-1;滚圈与托轮材料相同时的接触应力的计算见3.2.2.1-2.c.接触应力的校核滚圈与托轮的接触应力差值,滚圈与托轮（或挡轮）之间的表面硬度HB不能相同主要有两个原因:因为滚圈与托轮的直径大小比一般为2.34之间，也就是
20、说在运转过程中托轮与滚圈的转速比为2.34，托轮上的某定点受磨擦的时间比滚圈上的某定点长42.3倍，考虑等寿命设计原则，滚圈与托轮之间的表面硬度不能相同。在运转过程中，滚圈与托轮（挡轮）的接触面上的接触应力较大，若两物体的表面硬度相等，则接触面会发生“脱皮”现象。滚圈与托轮材料的许用接触应力值见表3.2.2.2.当滚圈材料用ZG42CrMo时,正火处理后其硬度HB200220,此时配对的托轮（挡轮）的材料也用ZG42CrMo,调质后其表面硬度HB230.此时ZG42CrMo的许用接触应力c=441MPa,许用弯曲应力w=98MPa.d.弯曲应力的计算与校核.滚圈松套于垫板无间隙结构弯曲应力计算
21、.载荷分布 滚圈与垫板的接触沿圆周连续.滚圈上的弯矩计算滚圈上最大弯矩的计算 Mmax=8.6110-5QcRc Nm弯曲应力的校核见3.2.3.1-4判断某一回转设备的滚圈截面设计是否合格主要看滚圈的接触强度和弯曲强度的计算结果是否合格且适中。,固定于筒体上的滚圈弯曲应力计算.均布载荷滚圈上的弯矩最大弯矩弯曲应力计算与校核按（3.2.3.1-46）.四、支承装置的设计计算托轮布置及受力分析a.两托轮中心线与筒体截面中心连线的夹角一般为60,也有不是60的,即托轮采用非对称的布置形式，这样可使两侧的托轮在运行时所受的磨擦力相等，即使得两侧托轮的运行寿命相当。b.托轮径向力分析 径向力Nt=（Q
22、+Qr）cos/2cos 由于cos近似等于1,所以:Nt=（Q+Qr）/2cos FH=Ntsina Fv=Ntcosa+QtC.托轮轴向力分析见图4.1.4所示下滑工况,上窜工况停窑工况d.接触应力计算托轮接触应力计算公式同滚圈接触应力计算公式.（二）托轮设计计算a.托轮直径滚圈直径与托轮直径之比宜取:i=Dr/Dt=2.34;b.托轮的宽度托轮的宽度应满足下列三项要求:工作状态时托轮与滚圈应保持全接触.由于筒体的热膨胀及托轮底座的安装误差,托轮的宽度应大于滚圈宽度50100mm.当窑体较长和工作温度较高时,应验算冷态时滚圈与托轮的接触宽度不小于滚圈宽度的3/4.c.托轮轴根踞托轮轴转与不
23、转分为转轴式结构和心轴式结构.,转轴最大弯矩:Mmax=1/4Nt（L-b）心轴最大弯矩:Mmax=1/4Nt（L1-b1）转轴式结构与心轴式结构的最大区别是:转轴式结构的轴承装在轴的两端,心轴式结构的轴承装在轴的中间.转轴式结构的托轮适用于直径和载荷较大的窑,心轴式结构的托轮适用于直径和载荷较小的窑,一般直径400mm以下的托轮装置为心轴式结构,直径大于400mm的托轮装置为转轴式结构.托轮装置的轴承有用滑动轴承,也有用滚动轴承.主要看托轮所受的载荷大小,一般不带内衬的窑托轮装置用滚动轴承,带内衬的窑托轮装置用滑动轴承.滚动轴承托轮组具有结构简单、维修方便、摩擦阻力小、减少电耗及制造简单等优
24、点.滑动轴承托轮组随然结构复杂、维修困难、摩擦阻力大,但因承载能力大,造价低而往往用于载荷较大的回转窑.托轮轴直径 心轴式托轮轴直径计算公式见4.2.3-4 转轴式托轮轴直径计算公式见4.2.3-5校核轴的疲劳强度,验算安全系数心轴式计算公式见4.2.3-7;转轴式计算公式见4.2.3-6.,滚动轴承的选用 计算滚动轴承的额定动载荷,托挡轮滚动轴承的额定寿命可取510年,每年按7500小时计.（三）挡轮设计a.挡轮的基本参数挡轮的半锥顶角 为减少挡轮与滚圈接触面之间的滑动磨擦损失,挡轮和滚圈间应是两个锥体作纯滚动,即两个锥体有公共顶点.即挡轮的半锥角是根据挡轮与滚圈的几何关系确定的。只有当挡轮
25、的半锥角的正切值等于挡轮与滚圈的直径比时，才能保证在回转设备运转过程中，挡轮与滚圈之间的运动是相对滚动。挡轮的半锥顶角一般=1018挡轮的厚度h可根据配对的滚圈的截面高度H确定.h=（1/32/3）H.b.挡轮推力Fad,普通机械挡轮推力取下面两式中的大值.Fad=fG0/cos-G0sina Fad=G0sina液压挡轮推力Fad=（1.21.5）G0sinac.接触强度条件见式4.3.1.3d.挡轮直径见式4.3.1.4回转窑是倾斜安装的,由自重及磨擦产生轴向力,又因滚圈和托轮轴线不平行而产生附加轴向力.形大体重的筒体的轴向位置难于固定,应允许筒体沿轴向往复窜动.为了使宽度不等的托轮和滚圈
26、的工作表面磨损均匀,也要求筒体能轴向往复窜动.窜动周期一般为每班12次.挡轮的作用是限制筒体轴向窜动（普通机械挡轮）或控制筒体轴向窜动（液压挡轮）.普通机械挡轮成对安装在与齿圈邻近的滚圈两侧,挡轮是否转动成为筒体上窜或下滑的标志,因此亦称为”信号挡轮”.实际操作中,应避免使上挡轮或下挡轮长时间连续转动.普通机械挡轮在工作时仅能起到限制筒体的轴向窜动,没有其它作用力来推动筒体向上窜动,必须靠托轮轴线与滚圈轴线的不平行安装来产生上窜力.,五、支承装置,a.支承装置包括托轮、挡轮、轴、轴承及其支承底座等.b.托轮装置承受整个窑回转部分的重量（主要是筒体、内衬、窑内换热装置、物料、滚圈、齿圈）,并使筒
27、体、滚圈能在托轮上平稳转动.回转窑用的托轮及回转窑用的挡轮为化工回转窑的支承装置的标准系列,设计中应优先选用.回转窑用的托轮、挡轮类型及技术条件-HG21546.1-93.回转窑用的托轮-HG21546.2-93.回转窑用的挡轮-HG21546.3-93.c.支座受力分析轴承座倾覆力,轴承座轴向推力,调整托轮轴承座时的推力,支座不倾覆的条件,六、润滑要使回转窑长时稳定运行,各运转部件保持良好的润滑条件是十分重要的一环.回转窑的转动部件比较多,且具有如下特点:低速重载,环境温度高，筒体表面温度高达200；环境粉尘多，倾斜安装低端轴承易漏油。a.润滑油（脂）的选用原则低速、重载、温度高、有冲击载荷的用粘度大的润滑油,高速、轻载、温度低时应选用粘度小的润滑油,承受压力大的机件选用耐高压的润滑油,机件受温度影响大时,除粘度外,还应考虑润滑油的闪点和凝固点.b.在下列条件下宜选用润滑脂:避免灰尘进入轴承内的部件;不需要经常检查的地方;某些低速、重载和温度高的机件.在潮湿的环境中,应选用钙基润滑脂,在高温条件下必须选用钠基润滑脂.回转设备的传动件的润滑主要是指轴承、托挡轮与滚圈及大小齿轮之间的润滑。其中滚动轴承主要采用润滑脂，托挡轮与滚圈之间主要采用石墨块润滑，大小齿轮之间采用压缩空气喷油润滑和小齿轮带油润滑。,七、传动装置,回转窑传动装置的特点是减速比大。回转窑低速级（即筒体）
