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ONSITE REPAIR OF A LARGE GEAR REDUCER FOR A VERTICAL ROLLER MILL

By: Desi A. Delgado, Project Engineer, Loesche America, Inc.

ABSTRACT

Large gear reducers for vertical roller mills have a lead time of over 2 years. The same can be expected of their spare parts. A catastrophic failure of a gear reducer can be detrimental to a companyrsquo;s production and financial security. This paper discusses the measures taken to bring a vertical roller mill, whose gear reducer was subject to a catastrophic failure, back to 100% production in less than 6 months.

INTRODUCTION

The main reducer of a vertical roller mill is constantly exposed to harsh operating and environmental conditions. Although complete failures of these large reducers are not common, the few who have experienced such a failure are usually left with more unanswered questions and obstacles than solutions. The lead time associated with major components along with the global sourcing of materials, spare parts, loss of production and the effort required to coordinate and expedite such a repair can often leave one in an overwhelming situation. Upon assessing the damage at hand, all involved parties agreed to address this issue with the following objectives

in mind; reducing risk, minimizing down time, minimal financial expenses and performing an Original Equipment Manufacturer (OEM) quality repair.

FUNDAMENTALS OF A GEAR REDUCER FOR VERTICAL ROLLER MILLS

A gear reducer is a packaged unit which is used for a wide range of power transmission applications. They are used to transmit power to a driven source and modify the power that is transmitted. This can include modifying the torque, speed, direction, rotation and angle of the output shaft(s) operation. A gear reducer can contain various reduction stages as well as various gear types. For a Vertical Roller Millrsquo;s main drive, the more common type of gears used are Bevel, Helical and Planetary ranging from approximately 100kw up to gt;6500kw. The particular reducer which this paper focuses on is a 3 stage reducer.

Installed Equipment (Reducer): Year Built: 2000 Power (kW): 4000 Input Speed (rpm): 1190 Output Speed (rpm): 22.2 1 st reduction stage: Bevel Helical 2 nd reduction stage: Planetary 3 rd reduction stage: Planetary FAILURE ONSERVED On July 2008, there was an unexpected mill stop with a “High Motor Amps” alarm. Upon first glance of the mill, it was observed that the reducer baseplate had been shifted approx 3o. Also, the coupling between the motor and reducer was misaligned. Upon initial internal inspection of the reducer in the installed position, the first planetary stage had completely failed and a crack appeared on the ring gear carrier. In order to assess the full extent of the reducer damage, the reducer had to be removed from under the mill and disassembled. Prior to disassembly, the extent of the damage observed revealed indicators that a major failure had occurred.

PRELIMINARY DAMAGE ASSESSMENT

A failure of this magnitude can damage many components both directly and indirectly. In order to develop a proper repair program for the reducer, each component underwent an inspection to determine their actual condition. The components were visually inspected and a preliminary classification of usable parts was established. The first planetary carrier was observed to have been completely cracked through the entire length of the carrier, causing immediate misalignment of the 1st planetary stage and ring gear carrier. Further inspections of the internal components of the reducer, were made after the complete disassembly of the reducer.

The internal inspection revealed the full extent of the damage. With no further inspection required, it was evident that the 1st and 2nd planetary stages along with the ring gear carrier were completely damaged and not reusable. As there are many components that can be affected by the abrupt stop, the complete vertical roller mill system was carefully inspected to ensure no further damage was sustained.

KICK-OFF MEETING

After the disassembly and inspection, the magnitude of the damage had been assessed. All involved parties were invited to attend a meeting to determine the feasibility of bringing the mill back into operation in the shortest amount of time without compromising the quality of repair. The main obstacles with this repair were the supply of critical spare parts and determining the location to perform the repair. Various factors were taken into consideration when choosing a suitable repair facility. The repair facility MUST have an adequate crane capacity (gt;75 Metric Tons), precision machining capabilities, for the machining of the housing, and the environment must be enclosed and “dust-free” to avoid contamination. The repair facility options were narrowed to 4 locations; The OEMrsquo;s Repair facility in Europe, a repair facility in the United States, a repair facility within the plantrsquo;s country of Peru, or erect a new facility in the plant with all required specifications for the repair.

Transporting the housing from the plant to a repair facility outside the country was quickly ruled out, as it would add a minimum of 3-4 additional weeks to the total downtime due to

Figure 3 - Ring gear carrier after removal from housing

Figure 2 - 2nd planetary stage after disassembly

transportation. The repair facilities near the cement plant did not meet the expectations of the customer and OEM supplier; as a result, the plant decided to erect a NEW maintenance building to perform the repair. The building construction commenced on September 23rd 2008 and construction of the building was completed on November 10th, 2008.

The delivery of the replacement parts was the next issue to be addressed. Under normal circu

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立式辊磨机大型齿轮减速器的现场维修

摘要

立式磨辊机大齿轮减速器有一个前置使用期限超过2年，并且有可以替代的预备件。齿轮减速器的严重故障可能对公司的生产和金融安全产生不利的影响。本文论述了一种带立式辊磨机的解决措施，其齿轮减速器有一个严重的故障，在不到6个月的时间内就可以恢复到100%的产量。

简介

直辊式磨煤机的主减速器在恶劣的运行环境条件下，不断地暴露在恶劣的环境条件下。虽然这些大型减速器完全失效是不常见的，然而因此通常留下更多的悬而未决的问题和障碍的解决方案。在评估手头的损害时，所有有关各方同意以以下目标来解决这个问题。首先是，减少风险，减少停机时间，减少财务费用，并执行一个原始设备制造商（原始设备制造商）的质量维修。

直辊式立磨齿轮减速器的基本原理

减速器是一种用于各种功率传输应用的封装单元。它们被用于发送功率，作为驱动源，并修改传输的功率。通过修改输出轴的转矩、速度、方向、旋转和角度等操作得以实现。齿轮减速器包含各种减速阶段以及各种齿轮类型。对于立辊轧机主传动，齿轮的使用更常见的类型是锥、螺旋和行星。本文重点研究的是3级减速器。 安装设备（减速器）：2000功率（千瓦）：4000输入转速（转）：1190输出转速（转）：1 22.2个级减速阶段：斜螺旋2和减速阶段：行星3级减速阶段：行星

教训 七月2008，有一个意想不到的轧机停止“高马达电报警。在工厂的第一眼，发现减速机底板已移约3Ocm，电动机和减速机之间的耦合错误。在安装位置上的减速器初步的内部检查时，第一个行星阶段出现了完全失效，环齿轮上出现了裂纹。为了评估减速器的损坏程度，必须将减速机从磨拆下拆下。

损害的初步评估

这种幅度的一个失效，可以直接或间接损害许多组件。为了制定一个适当的减速器的维修计划，对每个组件进行检查，以确定其实际情况。组件进行目视检查，并建立了可用的部分的初步分类。第一个行星的载体被观察到已完全破解通过整个长度的载体，导致第一个行星级和环形齿轮载体的立即不对。进一步检查了减速机的内部部件，进行了完全拆卸后的减速器。内部检查发现损坏的程度。没有进一步的检查，这是明显的，第一和第二个行星阶段，随着环齿轮的载体被完全损坏，不可重复使用。由于有许多组件，可以受突然停止，对垂直辊磨系统进行了完整地仔细检查，以确保没有进一步的损害将持续下去。

启动会议

拆卸和检查后，对损坏的幅度进行了评估。所有参与方都被邀请参加一个会议，以确定在最短的时间内解决问题，而不影响维修质量。维修的主要障碍是供应的关键零部件，并确定位置进行维修。在选择合适的维修设施时，考虑了各种因素。修理设备必须有足够的起重能力（大于75吨），精密加工能力，对壳体的加工，和环境必须封闭和“无尘”以避免污染。维修设施的选择范围缩小到4个地点；欧洲工厂的维修设施，在美国的维修设施，在工厂的秘鲁州的维修设施，或建立一个新工厂，工厂内满足所有所需的规格。将住房从工厂到国外修理设施被迅速排除，因为这会增加3-4个星期总的停机时间。水泥厂附近的维修设施不能满足客户和客户的期望，因此，工厂决定建造一个新的维修大楼来进行维修。该建筑于9月23日动工，于2008年11月10日竣工，建成。 更换零件的交付是下一个问题要解决的问题。在正常情况下，所需的零件需要一年以上的交货。考虑到这件事的紧迫性，我们与供应商合作，这些备件的交付减少至约3个月。

采购和加快备件

由于这一修复的关键是满足备件的交货时间，所有最初的努力，必须确定损坏的齿轮减速器的程度，以获得一个现实的时间以交付所需的组件。最初被视为无用的成分是环齿轮和两个行星阶段。锥齿轮阶段和输入轴没有出现任何明显的损坏迹象，但是，作为一种预防措施，它们被送到原始设备制造商进行进一步检查。同样为电机和耦合。拆卸后，一个完整的尺寸控制是否在减速器壳体进行需要确定进一步的修正。

本公司立即开始着手，开始采购物料并制造这些零件。正常情况下，行星级齿轮和环形齿轮交货时间范围从12-18个月。与原厂的合作，因为所有的原料都是现成的，可以在3个月内生产这些零件。此外，另外一个决定是原厂提供所有相关的备件，在三个程序中，不仅在组装过程中，在现场还确保了一个原始设备制造商进行质量维修。

三维控制下齿轮减速器的拆卸立即显示主要部件的损害程度。作为一种预防措施，其他组成部分，这似乎没有多大影响，也进一步进行各种非破坏性的测试，以确保它们可重复使用。特别注意的是变速箱。 被运送到原始的供应商进行裂缝测试以及锥齿轮的一切变形。测试的结果是积极的，因为没有裂缝或变形被发现。减速器底座与基础经发现满足规格。

对现场维修现场修复所需环境加以控制，以避免污染减速机。这一决定是为了建造一个新的维修设施，修理减速机现场有足够的吊重能力来处理所需的所有组件。新的现场维修设施，除了维修设备，为今后的维修其他设备为维修提供所需的无尘环境。内部检查发现，房屋和环空载体之间的连接发生变形。完整的拆卸也使该产品在该地区实现结构升级。对齿轮减速器壳体的2个主要问题进行修正。第一个问题是原来的固定连接的变形，二是要确保环齿轮承载的安装表面是完全的水平。原来的固定连接被替换为较大的螺纹螺栓，以弥补在减速器的突然失效时发生的塑性变形。在环齿轮托架的安装面上，雇用了当地的承包商，并在安装面上以及在地面上的平面上钻孔。加工完成后，彻底清洗减速器壳，以避免在装配过程中残留的任何不必要的残渣。在维修部件的到来之前，进行了整体的机械加工。备件到达后，每一部件都安装相应的生产监控。

完全拆卸齿轮减速器并进行非现场维修和检查所有关键部件。虽然主要的场所是在维修的现场，一些较小的程序项目被派往海外进行检查和非破坏性测试。在这些项目包括减速器的输入轴连接。经进一步的调查和无损检测发现，输入锥阶段没有损坏。所有尺寸和公差均在规格范围内，只有正常磨损。输入轴和伞齿轮被清除以重复使用。然而，耦合部分的变形，这需要轻微的重新加工来完成。连接高精度刻度盘以确定发生了多少变形。在成功地确定变形的来源后，进行适当的加工。为确保联轴器与电机之间的适当配合，切出一个键槽以合理连接。

预防措施 在平行的减速器间，多点调节监测系统的并联的情况下，监测系统纳入减速机。本系统的目的是为了监测减速器的预防性维护。状态监测系统的目的不是要取代原始设备制造商，而是要补充现有的系统。状态监测系统包括扭矩和速度传感器在输入轴，和7个其他振动传感器策略性地位于整个减速器的关键领域。在完成基线读数时，分析进一步的读数，以确定减速器的“实时”条件。这个实时数据存储，可以随时查看。该系统可以通过主控室或通过互联网连接的远程位置（即位置）进行监控。

安装和调试

除了维修的主要延迟因素外，更换部件的制造、所有其他的加工和修理都是提前完成的，以便在更换部件到达时开始装配。备件到达后，装配开始于工厂现场主管的指导下。这是进一步加快安装的零件装配为三组件的OEM在制造商的工厂。这允许最小的现场组装，从而减少了误差的保证金。在重新组装，然后运送到减速器厂。保证适当的装配和操作，在减速器安装在轧机，所有适当的启动程序和无负载测试以及所有相关的传感器和校准进行联锁。继成功测试，物料被引入到轧机和100%的生产是在2008年12月20日实现。 从故障到100%日，166天，该减速器的完全修复。

结论

所有工业设备，特别是那些暴露在恶劣的操作条件下，出现失效的可能将一直存在。随着目前的努力，以减少运营成本和库存，本文中讨论的情况将继续存在一定作用。应采取积极措施，确保在发生类似情况时，可以确定一个总体方向。虽然这样的大型设备的维修计划，可以用各种方式来接近，所有的时间、质量和财务均能影响维修。从地理位置、地的资源和财务灵活性等，只有几方面考虑，才能确保最终用户能够安全和可靠地操作设备。

翻译中文二

立式辊磨机智能控制系统的设计

为了实现立式辊磨机（VRM）能减轻劳动强度的且自动化水平更高的稳定工作，智能化自动控制系统是通过对VRM的磨削过程的特点进行工艺设计，在启动/停止运行和正常工作时都可以在自动模式下执行。此外，联锁保护提高了系统的安全性，这不仅提高了VRM系统的自动化水平，又保证了稳定性和可靠性。

简介

在所有具有研磨、分离和运输和干燥功能的先进的研磨设备中，立式辊磨机（VRM）已成为首选，因为它具有更高的研磨效率，能显著降低能耗，且干燥能力强。然而，当前我国的加工效率比国外低很多，因为国外采用了精尖的相应设备和设计技术。其中一个重要原因是，国外VRM控制系统已经从传统控制转向PLC智能控制系统，如由裂解公司开发的生产过程控制系统policid。另一方面，中国仍以手工操作为改善日常操作方式。这样的活动不仅增加了操作人员的劳动强度，也同时也带来了许多隐患。VRM的机械零件和磨削过程中，经验和能力受工人自身条件限制 。此外，复杂的动态和多变量的磨削过程的性质，以及其非线性反应动力学，长时间的延迟和可变的进料特性，使垂直磨的磨削过程中固有的难以有效地操作。在磨削过程中，应考虑多个相互关联的变量和控制动作，以满足不断变化的工作条件。鉴于此，设计智能化自动控制系统在中国刻不容缓。

在VRM生料粉磨过程

如图所示为水泥生料粉磨过程，其中石灰石、铁矿、砂岩和粘土按照一定比例混合，并被送入VRM的带式输送机，先通过一三瓣门锁，然后得到一定的厚度料层。其次，研磨、干燥和分离都发生在VRM内。运用三个压杆、根拉杆和一个液压张紧系统的组合机构，将三个磨辊压在研磨台上。随后，地面物料被吹到顶部安装的选粉机内高效率分类，分离出不合格的和合格的的物料。最终的产品是用一个带有袋过滤器的旋风分离器从气流中分离出来的。最后，它通过斗式电梯被运送到水泥筒仓。通过控制热气体和再循环速度控制磨煤机系统。

综合控制系统

VRM的运作过程包括启动过程、稳定的运行过程和停止的过程，所有这些目前还采取手工操作。为了加强自动操作，并尽可能保证磨机电路运行稳定、减少能耗，启动/停止自动控制系统是通过对VRM的设备和操作规程的特点进行设计的，并参考主要技术参数、设备和生产情况。此外，智能控制回路设计中涉及差压（DP）、排出气体的温度、通气量（V）和磨入口负压（NP），借鉴专家的经验和掌握的磨削知识对磨削过程进行控制。

启动/停止自动控制

VRM的设备通过编程控制润滑系统控制、液压张紧系统、主电机和滚筒提升以及编制控制规则的研磨压力和转速模块。VRM设置了许多监测变量，比如VRM的机械振动、油温及液压系统油位，对绕组和主电机系统、轴承油温度，减速机系统油压和油流，在密封风机压力、研磨压力和转速。所有这些变量被发送到可编程控制器，由发射机，然后用于控制的开始/停止过程和保护。当监测变量超过上限或下限时，发出报警信号，当这些信号持续一段时间后，相关设备将自动关闭，其他设备也因自动联锁装置被停止。在液压系统中，所有的油泵电机、蓄电池和电磁阀可以启动或停止完成压缩和解压缩功能可使辊上下根据来自控制器的指令。 VRM的装置的控制系统是由多个控制组，包括润滑组、空气密封组、分离器组、液压张拉组和主要驱动组。在所有的群体中都有连锁保护，所以每个群体都有。VRM自动启动序列设计图。

过程控制

差压式变量、排出气体的温度以及通风机入口负压量对于VRM的稳定至关重要。涉及智能控制回路，以保持这些过程中参数稳定，在预定义的约束下使磨削过程安全运行。 差压控制回路 ：当磨削压力和热风通风量为常数时，压差直接反应为物料的体积变化。也就是说，当压差减小，导致物料层变薄时，输入物料的量小于放电物料。与之相反，当压差增大时，物料层变厚。VRM系统震动时，当振动超过一定极限，料层太薄或太厚，将停止工作。因为这些原因，应在适当的范围内调整进给量，以确保保持适当范围内的压差。水泥粉磨过程是一个具有大滞后、惯性和时间变化的非线性对象，难以通过传统的控制器实现令人满意的实时控制。为了解决这些问题，基于广义预测控制的自整定PID控制器（GPC），提出这样的PID控制器参数，即自调整的GPC算法驱动的递归。这种算法可以生成所需的GPC-PID料量，根据进给控制模块可以通过变频器调节输送带速度。图5显示压差自动控制结构，其中的公式是砂岩，石灰石的比例，在水泥生料铁和粘土。

排气温度控制回路

排气温度是衡量干燥效果的综合指标。为了达到良好的干燥效果，通过调节轧机上弹簧的数量使排出的气体温度一般控制在80℃到100℃之间。当排出气体温度超过该范围时，应增加弹簧的数量，而在计算温度时弹簧系统关闭。图智能控制[ 8 ]结构排出气体的温度。

通风控制回路

热空气在磨机中起着干燥和运输物料的作用。适量的通风不仅能提高粉磨效率，而且有助于轧机的稳定性。控制结构设计如图所示。预置模块计算根据热平衡方程，计算需要运输物料的通风量和需要干燥的物料的通风量，并比较两种通风量。当干燥物料所需的通风量大于用于运输的通风量，其将被设置为所需的通风量。相反，用于运输的通

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