本发明涉及一种用于支承特别是水泥制造设备的回转窑的旋转滚筒的布置，所述旋转滚筒具有沿着旋转滚筒的轴向方向分布式地布置的至少三个滚圈(ridingring)，该布置包括：用于支承滚圈的一对相对地间隔开的辊子；用于各个辊子的至少一个轴承；用于各个轴承的支承件，其被安装以用于辊子朝向和远离旋转滚筒的外壳的移动；以及弹簧器件，其施加作用在支承件上的弹簧力，以便抵消依靠在辊子上的旋转滚筒的重量。
背景技术：
这种类型的布置在us2,551,774和us4,171,949中公开了。
如us4,171,949中提及的，旋转滚筒(诸如旋转干燥器、管磨机、滚筒筛，以及特别是回转窑)通常由辊子支承件支承。旋转滚筒常常设有被称为轨迹环(trackring)或滚圈的两个或更多个环状部件，其装固于滚筒本体的外圆周。各个滚圈依靠在一对辊子上。这些辊子各自可旋转地支承在至少一个轴承中，该至少一个轴承安装在坚固的基座上。
理想地，滚圈的外表面沿着共同的母线抵靠辊子的外表面正确地承载。具有其滚圈的滚筒接着在竖直平面中并且沿着滚筒的轴线与辊子正确地对准。然而，在某些操作条件之下，可观察到曲柄。曲柄为滚筒的直线度偏差，其可如此强大，使得滚筒的滚圈每回转一次就从支承辊提起。此外，曲柄导致支承辊和滚圈的循环过载。曲柄典型地由滚筒外壳的不均匀温度或过热引起。滚筒外壳中的不均匀温度可定期发生，这取决于窑操作的均匀性。
在不利条件之下，辊子上的负载可增加至正常负载的倍数，其中辊子为了该正常负载而设计。此类负载导致滚圈与辊子之间的局部接触压力，这对滚圈和辊子造成严重损坏。由于负载在辊子上的不均匀分布，可导致辊子的完全破裂或坍塌。
为了补偿此类循环过载，有可能的是，为滚筒提供设计成考虑这些条件的辊子。例如，辊子可被枢转地支承在轴承中，以补偿轴向未对准，并且轴承可被弹性地支承，以补偿竖直和/或水平平面中的未对准。具体而言，用于辊子的各个轴承的壳体可由液压汽缸或柔性垫直接地或间接地支承。更具体而言，壳体可被支承在摇杆上，该摇杆绕着基本上平行于滚筒的轴线的轴线枢转。由于现有技术布置，辊子倾向于跟随滚筒上的滚圈轨迹，但是不利地，局部压力仍然存在。这对于辊子的相对大的补偿移动尤其如此。原因在于，作用在辊子轴承的支承件上的、由弹簧器件施加的力随着补偿移动路径的增加而增加，这是由于线性或渐进的弹簧特性。
现有技术支承布置的又一缺点在于，弹簧器件(诸如液压汽缸)难以布置在辊子下方的区域中，这是由于有限的可用空间。该问题在弹簧器件要在现有设备中改装时是特别地有重大意义的。
技术实现要素：
因此，本发明的目的在于提供一种用于旋转滚筒的改进的支承件，其允许进一步减少或甚至完全防止支承辊的循环过载。此外，本发明的目的在于减小将弹簧器件布置在辊子下方所需的竖直空间。
为了解决该目的，在最初限定的类型的布置中，本发明基本上在于，弹簧器件包括压力容器，其装填有施加弹簧力的压缩气体。因此，抵消依靠在辊子上的旋转滚筒的重量的弹簧力不专有地由加压液体流体(诸如汽缸-活塞单元的液压油)提供，而是包括压缩气垫的效果。以该方式，可实现弹簧特性的优化，导致弹簧力不随辊子的位移路径变化而相当大地增加。此外，根据本发明的实施例的附加优点在于压力容器中所包含的压缩气体的压力可被容易地调节到最佳水平(其中辊子承受旋转滚筒的标称设计负载)，而不显著改变弹簧器件的弹簧特性。
此外，压力容器不一定必须布置在辊子下方的区域中，而是可布置在支承结构旁边，使得现有设备的改装是可容易地实现的，而不显著增加辊子下方所需的竖直空间。
为了使补偿机构的摩擦损失最小化，本发明的优选实施例提供，支承件被安装以用于绕着枢转轴线的枢转移动(像铰链)。弹簧器件优选地布置成在大于辊子离枢转轴线的距离的离支承件的枢转轴线的一距离处作用在支承件上。以该方式，较大的杠杆臂对于弹簧器件比对于支承辊有效，使得弹簧器件可在压力容器中以较低的压力水平操作。
与支承件沿横向方向的滑动安装相比，支承件的枢转安装具有相当大的优势。支承件的滑动布置导致更高的摩擦力，并且支承件的前后移动不表现为与作用在辊子上的力成正比，而是将观察到滞后现象。将支承件的枢转安装与作为弹簧器件的气垫的组合导致辊子以非常精确、直接且无摩擦的方式跟随滚圈轨迹。
为了减小在辊子下方安装弹簧器件所需的竖直空间，包括压缩介质的流体系统优选地分成两个单独的流体容积，一个流体容积布置在辊子轴承的支承件下方，而另一个流体容积布置在压力容器中。以该方式，仅总压缩流体容积的部分布置在辊子轴承的支承件下方，使得有考虑到那里有限的竖直空间。关于这一点，优选的实施例计划成使得弹簧器件包括流体室，其设计成以便在辊子在依靠在辊子上的旋转滚筒的重量之下的移动后改变其容积，其中所述室借助于流体管线流体地连接于压力容器。
压力容器可用于在仅一个轴承支承件上或者在两个或更多个轴承支承件上施加弹簧力。在两个或更多个辊子轴承由弹簧器件支承的情况下，各个轴承支承件的弹簧器件可包括其自身的压力容器。
作为备选，与属于同一辊子的两个轴承相关联的弹簧器件可共用一共同的压力容器。关于这一点，本发明的优选实施例计划成使得两个轴承被提供以用于各个辊子，并且两个轴承中的每一个具有支承件，其中流体室被分配给两个支承件中的每一个，其中两个室各自借助于流体管线流体地连接于共同的压力容器。优选地，除了所述两个轴承的支承件之外，没有其它支承件的流体室流体地连接于所述共同的压力容器。
在又一备选方案中，与支承滚圈的成对辊子的所有轴承相关联的弹簧器件可共用一共同的压力容器。
在本发明的优选实施例中，流体室包括可弹性变形的外壳，并且优选地设计为空气悬架波纹管或柔性垫。优选地布置在辊子轴承支承件下方的此类流体室不仅允许辊子的竖直补偿移动，而且还可允许水平灵活性，以便吸收支承件的热膨胀。
本发明可对加压的流体系统起作用。根据第一实施例，弹簧器件设计为气动弹簧。因此，作用在支承件上的弹簧力直接由加压气体施加。具体而言，流体室和压力容器填充有压缩气体，特别是压缩空气。
根据第二实施例，流体室、流体管线以及压力容器的下部部分填充有液体，特别是水或液压油，其余的上部容器容积填充有压缩气体，特别是压缩空气或压缩氮气。因此，压缩气体仅间接地在辊子轴承支承件上施加弹簧力，即，经由布置在存在于压力容器中的压缩气体与支承件之间的加压液体，特别是水或液压油。本实施例的优点为引入止漏阀的可能性，该止漏阀可在弹簧系统的泄漏的情况下阻止出水。
根据第三实施例，流体室在液压汽缸-活塞单元的汽缸中实现，其中汽缸或活塞机械地联接于支承件，并且汽缸的流体室流体地连接于压力容器(一所谓的储蓄器)。优选地，流体室、流体管线以及储蓄器的下部部分填充有液体，特别是液压油，其余的上部容器容积填充有压缩气体，特别是压缩氮气。可使用常见类型的储蓄器，诸如囊状储蓄器和活塞储蓄器。
在所述第三实施例中，液压汽缸-活塞单元可优选地借助于滚动接触联接于支承件，其中在液压汽缸-活塞单元与支承件之间的接触处的至少一个接触表面具有弯曲的构造。此外，滚动接触还可设在液压汽缸-活塞单元与其基座之间，其中在液压汽缸-活塞单元与其基座之间的接触处的至少一个接触表面具有弯曲的构造。以该方式，有可能的是，吸收可移动轴承支承件的任何角度移动，并且适应于基座的给定的几何形状，以便具有均匀的接触。滚动接触优选地经由弯曲的转板(swivelplate)发生，该弯曲的转板安装至液压汽缸-活塞单元接触基座的侧部和/或液压汽缸-活塞单元接触轴承支承件的侧部。转板优选地具有单轴地(特别是圆柱地)弯曲的接触表面。优选地，两个转板布置在彼此的顶部上，其中第一转板的单轴弯曲表面的曲率轴线和第二转板的单轴弯曲表面的曲率轴线以90°的角度布置。转板因此优选地基于具有凸曲面的摇椅的原理，并且能够吸收沿所有方向的角度偏差。
以上提及的实施例的优点在于，汽缸-活塞单元在配对件的表面上滚动，即，在辊子的轴承支承件上和/或在基座上滚动，而不是例如在球形轴承中滑动。
在弹簧器件的所有三个实施例中，所需的弹簧特性(即，弹簧器件的柔软度)来自布置在压力容器中的压缩气体。
为了实现弹簧器件中的流体介质的压力的调节，压缩机优选地连接于压力容器，以用于压缩被包含在压力容器中的气体。在液体流体(诸如液压油)被包含在系统中的情况下，流体介质的压力还可通过在系统中添加或移除一定量的液体流体来调节。具体而言，油面的填充可借助于液压单元来调节。
此外，弹簧器件的性能可通过增加或减小压力容器的容积来调节。因此，根据优选的实施例，压力容器借助于配备有切断阀的流体管线来流体地连接于至少一个附加的压力容器。以该方式，有可能的是，将附加的压力容器的容积选择性地连接于压力容器的容积或者从压力容器的容积断开，以便增加或减少可填充有压缩气体的总容积。例如，扩大可填充有压缩气体的总容积，同时维持气体压力，允许辊子的增加的行进路径，而不改变弹簧器件的刚度。
在配备有三个或更多个滚圈的旋转滚筒的情况下，创新的辊子支承件优选地仅需要(多个)中间圈。关于这一点，本发明的优选实施例计划成使得旋转滚筒包括至少三个滚圈，并且仅布置在两个外圈之间的至少一个中间圈由一对相对地间隔开的辊子支承，该一对相对地间隔开的辊子配备有所述弹簧器件，其包括装填有压缩气体的压力容器，其中压力容器中的压力调节成使得抵消依靠在辊子上的旋转滚筒的重量的合力对应于由支承中间圈的辊子承受的标称设计负载。在配备有三个滚圈的旋转滚筒的情况下，仅布置在两个外圈之间的中间圈由一对相对地间隔开的辊子支承，该一对相对地间隔开的辊子配备有创新的弹簧器件。在配备有四个滚圈的旋转滚筒的情况下，仅布置在两个外圈之间的两个中间圈由一对相对地间隔开的辊子支承，该一对相对地间隔开的辊子配备有创新的弹簧器件。
借助于弹簧器件仅支承(多个)中间圈确保了旋转滚筒的较小偏心率。此外，大大减少了安装和操作的投资和努力，而不会负面影响辊子的补偿移动。此外，已观察到的是，尤其是回转窑的中间区域常常暴露于高重量负载，因为在窑的内壁上的物质沉积物大部分积聚在回转窑的中间，这导致最高的偏心负载。
本发明提供如下效果：分配给(多个)中间圈的辊子基本上不断地由滚圈接触。在优选的实施例中，这使分配给滚筒的(多个)中间圈的辊子能够作用为旋转驱动器，以用于向旋转滚筒施加旋转移动。因此，所述中间辊子可联接于驱动布置(诸如马达)，以用于使辊子旋转，其中辊子的旋转由辊子的表面与滚圈之间发生的摩擦传递至滚圈。
为了使弯曲应力最小化并且为了避免滚筒外壳中的疲劳裂纹，保持滚筒对准为重要的。滚筒在三个或更多个滚圈的中心布置成一条直线时对准。使所有滚圈的中心保持成一条直线更容易在如下布置中实现：仅滚筒的(多个)中间滚圈由创新的弹簧器件支承，并且外滚圈被支承在刚性支承的辊子上。根据本发明的优选实施例，滚圈的中心的对准通过调节支承(多个)中间圈的辊子的高度，以便将(多个)中间圈的中心与外圈的中心对准来实现。高度调节优选通过调节流体室中普遍存在的流体压力来实现。
在其中曲柄在滚筒中存在的情况下，由创新的弹簧器件支承的(多个)滚圈的中心在轨道上旋转偏心。在该情况下，所述轨道的中心与其它滚圈的中心对准。
为了确定滚圈或其轨道的中心是否未对准，该布置优选地包括至少一个传感器，以用于测量滚圈相对于固定参考点(诸如基座)的竖直位置。替代测量滚圈的竖直位置，传感器还可布置成测量邻近支承辊的滚筒相对于固定参考点(诸如基座)的竖直位置。
传感器可安装至基座或滚筒周围的任何其它固定结构，并且可构造为距离传感器，以测量其至滚圈的外表面或至在用于辊子的支承件附近的滚筒的距离。优选地，距离传感器构造为超声距离传感器。优选地，传感器在支承所述滚圈的成对辊子的辊子之间布置在滚圈下方。优选地，传感器构造成连续地测量竖直位置。作为备选，也可由合适的传感器来测量辊子或跟随滚筒的偏心移动的任何其它部分的高度位置。
由于滚筒和滚圈的偏心移动，高度传感器测量高度的持续变化。因此，为了获得轨道的中心的高度位置，优选地对测量值进行采样，并且平均值在旋转滚筒的各个整圈上计算。所述平均值代表轨道的中心。
优选地提供控制系统，以用于将轨道的中心高度维持在固定的设定点处，其中回转窑轴线为直的。
还可需要高度的调节，以便补偿旋转滚筒的重量变化。在重量改变时，滚筒将更多负载施加于辊子，于是旋转滚筒偏转，并且辊子轨道的中心下降。高度偏差由控制系统检测，该高度偏差通过增加压力来抵消以使中心高度回到设定点。
为了增加高度，系统中的压力优选增加。为了降低高度，系统中的压力优选降低。压力调节优选地通过添加或释放气体或液压油来完成，这取决于系统。
附图说明
现在将参照图中示出的示例性实施例来更详细地描述本发明。
图1示出了处于第一角度位置的具有窑管的直线度偏差的回转窑，
图2示出了处于第二角度位置的图1的回转窑，
图3为具有支承辊的回转窑的示意性轴向视图，
图4为图3的回转窑的透视图，
图5为用于支承该辊子的弹簧器件的第一实施例的示意图，
图6为用于支承该辊子的弹簧器件的第二实施例的示意图，
图7为用于支承该辊子的弹簧器件的第三实施例的示意图，
图8为如图7中示出的用于支承该辊子的弹簧器件的第三实施例的活塞的详细视图，以及
图9对应于图3中描绘的具有支承辊的回转窑的示意性轴向视图，但是配备有高度传感器和图8的活塞。
具体实施方式
在图1中，回转窑1的外壳由2表示。回转窑1具有沿着回转窑1的轴向方向分布式地布置的三个滚圈3,4和5。各个环3,4,5由一对辊子6支承。回转窑的外壳2具有曲柄7，其具有在窑1的中间区域中直线度偏差的形状。如图1中示出的，曲柄7在窑1绕着其轴线8的旋转期间进入上部位置，其中窑1的中间滚圈4可在极端情况下从关联的支承辊6提起。这导致了支承中间圈4的辊子6承受比对应的标称设计负载低得多的负载或者甚至根本没有负载，而与外圈3和5相关联的辊子6必须承受相应较高的负载。在图2中，曲柄7(在半圈之后)示出在下部位置，其中中间圈4在关联的辊子上施加非常高的过载，而与外圈3和5相关联的辊子6承受比标称负载低的负载。因此，如图示出的曲柄每回转一次就导致所有支承辊的循环过载。结果，滚圈和支承辊的寿命大幅度地减少。
如图3中示出的，辊子6具有辊轴9，其可旋转地保持在轴承10中。各个轴承10安装至支承件11。支承件11在它们彼此面对的端部区域中可枢转地安装至固定安装件12，以便是绕着枢转轴线13可枢转的，这实现辊子6朝向和远离回转窑1的外壳2的移动。此类移动允许辊子6补偿或跟随由于外壳2的直线度偏差而产生的滚圈4的偏心移动。在相对的端部区域中，支承件11经由大体上由15表示的弹簧器件支承在基座14上。弹簧器件施加作用在关联的支承件11上的弹簧力，以便抵消依靠在辊子6上的回转窑1的重量。弹簧力被调节成使得在标称负载作用在辊子6子上时，辊子6处于它们的中立位置。弹簧器件15优选地构造有弹簧特性，使得作用在支承件11上的弹簧力也在以上提及的辊子6的补偿移动期间保持基本地恒定。
图4示出了各个辊子6具有两个轴承6和两个关联的支承件11。此外，各个支承件11由其自身的弹簧器件15支承。
为了获得所需的弹簧特性，弹簧器件包括压力容器，其装填有施加弹簧力的压缩气体。在图5中示出的第一实施例中，弹簧器件15设计为气动弹簧并且包括流体室16，流体室16设计成以便在辊子6在依靠在辊子6上的回转窑1的重量17之下的移动后改变其容积。该室可实现为空气悬架波纹管16。波纹管16借助于流体管线19流体地连接于压力容器18。由波纹管16、流体管线19以及压力容器或空气罐18组成的整个系统填充有压缩空气，其中压缩机(未示出)用于使系统加压。
在图6中示出的第二实施例中，柔性室16、连接管线19以及压力容器18的下部部分填充有水21，而弹簧系统的柔软度由容器18的上部部分中存在的压缩空气20实现。该组合的空气-水系统的优点为引入止漏阀22的可能性，止漏阀22可在弹簧系统的泄漏的情况下阻止出水。
在图7中示出的第三实施例中，流体室16在液压汽缸-活塞单元的汽缸23中实现，其中活塞24机械地联接于支承件11。汽缸23的流体室16经由流体管线19流体地连接于储蓄器18。流体室16、流体管线19以及储蓄器18的下部部分填充有液压油25，其余的上部容器容积填充有压缩气体(特别是压缩氮气26)。因此，使用液压汽缸代替气动弹簧，其中所需的弹簧特性由作用为氮气储蓄器的容器18来实现。为了调节流体系统中的流体压力，优选地提供泵单元30，其连接于流体管线19。泵单元30用于将附加量的液压油泵送到流体系统中。
在与根据图7的液压汽缸相比时，根据图5和图6的空气弹簧系统的优点在于，空气弹簧在结构方面更简单且更便宜，并且不需要会经受磨损的密封件。此外，空气弹簧需要相当小的竖直空间。
图8示出了如图7中示出的用于支承该辊子的弹簧器件的第三实施例的液压汽缸-活塞单元的详细视图，由此在所述实施例中，液压汽缸-活塞单元借助于转板27a和27b接触支承件11。此外，液压汽缸-活塞单元借助于转板27c接触基座14。转板27a,27b和27c各自包括弯曲的表面，以便吸收支承件11的任何角度移动，并且适应于基座的给定的几何形状。转板27a和27b布置在彼此的顶部上并且各自具有单轴弯曲的表面，其中转板27a的曲率轴线相对于转板27b的曲率轴线成90°角。
图9示出了具有如图3中的支承辊6的回转窑2的示意性轴向视图，但是配备有高度传感器28和29并且配备有如关于图8描述的液压汽缸-活塞单元。传感器28安装至固定安装件12，并且连续地测量它至滚圈4的外表面的距离。此外，两个高度传感器29在布置的各个侧上安装在用于辊子6的支承件11附近，由此传感器29连续地测量辊子6的支承件11的高度。传感器28和传感器29可用作备选方案。