摘 要

回转窑是水泥工业的核心设备，窑长期在恶劣条件下运转，会隐蔽发生筒体弯曲、裂纹、支撑托轮翻瓦等停产事故。国内一般水泥回转窑日产5000吨水泥熟料，一次停产会产生巨大经济损失。人工观察方法已不能满足国内外回转窑故障诊断要求。确定在线监测回转窑支撑处的敏感点和重要运转参数，使用窑监测系统装置可以实时掌握回转窑的工作状态，便于及时采取相应措施，以避免回转窑发生停产事故。

本文根据国内水泥企业对于回转窑设备机械运行状态的监测需求，研究了回转窑在线测量系统监测点的选择，并探讨设计监测传感器的固定安装装置，以对水泥回转窑监测系统提供一些基础性设计装置。其主要研究内容有：

本文参考国外MKM-system监测系统的设计方案，主要设计了在两托轮与轮带受力线位置监测托轮轴微变形的方法；以及轮带与筒体之间热动态间隙的监测方法，并设计绘制出相关监测的多种传感器的固定装置图。

本文设计了适应监测应用的窑筒体弯曲的激光测距测量装置。

该监测装置可以早期发现回转窑运行期间的异常情况和机械故障，主要目的是早期监测窑筒体热弯曲或永久性机械弯曲、窑带轮热动态间隙过大、以及窑轴向运动位置引起的相关问题。

关键词：回转窑 ；监测； 传感器 ；托轮

目录

1.前言 5

2. 激光测距传感器测量方式介绍 6

3. 选择合适的监测传感器 10

4. 回转窑激光测距仪监测过程中的敏感点选择 14

5. 窑弯曲测距仪的工作原理及注意事项 17

5.1窑弯曲激光测距仪的系统组成 17

5.2窑弯曲激光传感器安装要求 18

6. 本监测装置中的传感器 18

6.1 托轮轴弯曲测量单元 19

6.2轮带相对运动（即热态间隙测量） 21

6.3窑体轴向位置测量 21

7. 传感器的固定装置 21

8. 本监测装置中传感器固定装置 24

9.激光测距传感器固定装置的设计 27

10.数据采集系统 35

11. 本监测装置中的传感器及固定装置： 37

11.1轮带相对运动即热态间隙传感器 37

11.2窑轴向位移传感器 37

12.设计过程中遇到的问题以及方案的优劣性比较 42

一. 设计过程中遇到的主要问题 42

二. 方案优劣性的比较 43

13.设计总结： 43

14.参考文献： 45

1.前言

1.1回转窑的工作烧成工艺虽然较多，但是其基本的机械结构主要有：筒体，窑衬，滚圈，支承装置，传动装置，燃烧器和窑头，窑尾密封装置等组成，如图所示：

图1.1 回转窑的基本组成

其中：1-窑尾密封装置；2-支承装置； 3-大齿圈装置； 4-传动装置；5-窑筒体部分； 6-支承装置； 7-窑头密封装置；8-窑头罩

1.2回转窑主要测量内容：

①测量各档托轮座开档尺寸；②各档托轮的斜率，直径以及档轮带的直径；③筒体轴线的垂直以及水平直线度；④各档轮带与垫板的间隙；1.3回转窑敏感点在线监测以及动态测量的意义

①传统的内部直接测量方式不仅需要回转窑停止工作后进行测量，而且测量精度较低；在停产时造成的经济损失较大，还需要工作人员进入回转窑中进行测量，工作人员必须忍受高风险，高温以及粉尘的痛苦，在回转窑测量方式不断改进的今天，这种方式正在被淘汰；

②回转窑的动态测量可以有效预防回转窑“红窑事故”的发生，窑筒体内部的衬板或因窑体变形过大而导致衬板的脱落从而产生“红窑事故”，通过对截面的多个点进行测量可以有效地测量窑体的变形程度；

③可以分析回转窑窑体在支撑托轮处的跳动情况，防止回转窑窑体产生较大的变形从而对回转窑的正常工作产生较大的影响；

④可以对轮带，托轮轴线的偏斜提供准确的解释评估

1.4回转窑产生轴向变形以及表面圆柱变形的原因：

回转窑的筒体部分应该是规则的筒体；回转轴线也应该是一固定的直线，但是在长期的工作过程以及长时间的高温等影响下，回转窑的筒体以及其轴线会因此发生变形，并且由于轴线变形以及表面圆柱变形导致回转窑的工作状态发生变化，其截面变为非圆形，回转中心也发生了较大的变化，目前国内对于回转窑筒体变形量的监测主要为武汉理工大学的激光测距检测方式，填补了国内的技术空白。

图1.2 轴向变形以及表面圆柱变形对回转窑工作状态的影响

1. 激光传感器测量方式介绍：

目前国内的测量回转窑工作状态的测量方式主要有两种，一种是武汉理工大学张云老师团队所研发的激光测距法。另外一种方式为三点法激光测试法。

2.1窑弯曲监测法（武汉理工大学张云教授团队）

激光测距法是在筒体母线上等间距取30-40个侧量截面，在测量的过程中对每个截面采用高精度的高速激光传感器，10-50次/s测定传感器与筒体的之间的变化并记录数据，将测得的数值联系起来得到一条数百个个点组成的实际回转窑筒体位移偏摆曲线，与理论曲线进行对比，就可以得出回转窑筒体弯曲变形以及其偏心（筒体几何中心与旋转中心的）方位角数据，如图所示：

图2-1 激光测距法示意图

图2.2 激光传感器测量方式

这种测量方式经过10年来测量结果证明可以有效精确测量筒体弯曲变形后期需要利用MATLAB对测量得到的原始测量数据进行处理，以达到测量筒体弯曲变形量和旋转偏心量的目的。

2.2激光测试法（北京理工团队为代表研究出的回转窑测试法）

相较于上一种激光测距，这种方法直接测量筒体中心，利用三点法进行测量，俗称“三点法测量筒体中心”，利用三组激光传感器，首先通过全站仪建立起与筒体平行的基准面后得到两点坐标等待测量仪与该基准面垂直时进行测量，由于筒体的斜度通常情况下为tanβ(通常为4%)，所以得到的数据为斜度为4%的椭圆位置的数据，后续必须通过数据处理转化为圆面数据方可使用。

三点法测量的数据进行后续处理过程中，由于使用了接触式传感器的原因，在使用过程中容易受到温度以及压力的影响，所以会产生不可抵抗的误差。如图所示为三点法测量过程示意图：

图2.3 三点法测量方式

2.4 回转窑动态轴线测量的补充：

（武汉理工团队）

对回转窑轴线的动态测量的方式还有一种为武汉理工大学的KAS-3型回转窑中心线动态测量法，这种方式通过水平方向上的基准面与轴线动态距离的检测，由于其测量轮带以得到筒体中心的方式不能排除轮带对筒体间隙引起的误差，而且需要人为的靠近高温筒体进行测量，给测量人员以高温环境的困惑，而且存在人为测量的误差，存在较大的安全问题。