水泥回转窑中心线的检测方法与流程

本发明涉及水泥回转窑的检测，具体地，涉及一种水泥回转窑中心线的检测方法。

背景技术：

回转窑是水泥厂一种连续运转的重要设备，保持筒体良好的直线度是回转窑长期正常运转的重要前提之一。若窑筒体出现不直，会造成局部支承装置出现不均匀磨损或失效、功率消耗增加、红窑掉砖、甚至出现筒体断裂等异常情况，不同程度影响回转窑的正常运转。

目前，常规检测方法都是在停窑静态下，使用经纬仪找正窑中心线，但是此种检测方法得到的结果只是静态下的数据，当回转窑正常运转后，在高温和物料的负荷作用下，由于温度的不均匀性和载荷的变化，窑筒体中心线必然发生变化，那么通过静态测量的数据就无法为窑中心线的调整提供科学的理论依据。如何在回转窑正常运转下，在线对回转窑中心线进行检测，如发现存在较大偏差，难以及时通过动态检测分析的数据采取有效调整，成了水泥回转窑制造厂家和设备管理厂家的重要难题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水泥回转窑中心线的检测方法，该检测方法是通过在回转窑上建立测量基准，对回转窑中心线水平、垂直方向偏差进行测量得到窑中心线偏差的准确数据，指导窑托轮调整校直窑中心线，避免由于窑中心线不直造成耐火材料挤压变形掉落、各档支承结构受力不均等影响，进而解决目前回转窑耐火材料消耗异常、设备配件磨损加剧等问题。

为了实现上述目的，一种水泥回转窑中心线的检测方法，包括：

a、用靶标a1、a2、b1和b2在窑头窑尾附近的建筑物或结构上建立两条固定平行的直线，其中一条直线是坐标系的x轴，在窑的各支撑上设置标靶p1、p2至pn，将pn的高度设置为0，选择初始点将其投影到调平的铟瓦尺上，然后通过铟瓦尺、经纬仪测量两条固定直线之间的距离“d”和投影点距离2条固定直线的距离di,di’，计算水泥回转窑的直径2ri和回转窑旋转轴的位置yi；2ri＝d-di-d′i，yi＝di+ri，i为1至n的正整数；

b、计算出一档、二档、三挡轮带中心水平坐标y1、y2、y3，三档到二档的距离为x2，二档到一档的距离为x3，计算得出二档位置理论水平坐标为用得出的二档理论水平坐标与y2进行比较，得出中心线水平偏差

c、在回转窑的一个正常断面上，通过水平测量仪确定窑的旋转轴线上的坐标zi，其中，i为1至n的正整数，hi为支撑上选择的基准点与最初基准点的标差，hi为从基准点到轮带最低点的垂直高度，ri为计算得到的轮带平均半径，s为轮带间隙数值，η为沿着水平面窑的倾斜角；

d、计算出一档和三挡轮带中心高度坐标z1、z2、z3，三档到二档的距离为x2，二档到一档的距离为x3，将z2与z3连线，这条线即为该条窑理论垂直中心线，计算得出二档位置理论垂直坐标为用得出的二档理论垂直坐标与z2进行比较，得出中心线水平偏差

优选地，靶标a1、a2、b1和b2距离轮带的边缘的距离为2-3米。

优选地，轮带和托轮的检测都是在与直线a1-a2或者直线b1-b2关联的ti点处架设经纬仪测量的，经纬仪a1的位置是由距离ai和bi和偏心et决定，计算公式为:其中，ai、bi分别为经纬仪位置与靶标的距离；γi位a1、ti、a2之间的顺时针夹角的度数。

优选地，托轮圆周上观察的n个点的旋转轴心zi坐标平均通过以下公式进行计算：确定不同支撑位置窑轴心点的坐标，然后得到了一系列的zi坐标。

根据上述技术方案，本发明提供的方法的检测步骤包括：方向等相关符号定义→建立测量基准→水平偏差测量→垂直偏差测量→确定窑中心线偏差；具体测量步骤如下：

方向等相关符号定义：①x轴方向定义沿着窑轴线方向，与窑中物料燃烧流动方向保持一致。y轴方向定义向右，是从进料端向出料端看。z-轴(垂直)方向向上；②第一个支撑p1是从进料端的第一个支撑，最后一个支撑p3是从燃烧器侧最外边的支撑。窑上右侧和左侧在图中(图1)已经标明，方向由观察者面朝窑中物料燃烧流动的方向确定；③偏差值δyi,δzi值就是轮带轴心与参考线相应地在水平和垂直方向的偏差值。这些偏差值就是常说的窑中心线的偏差值。

b)建立测量基准：①在窑头窑尾两侧可靠支撑结构上分别设置两个靶标，建立固定与窑中心线近乎平行的等距直线，作为水平面测量基准线；②在每档窑墩合适位置设置垂直水准标，作为垂直面测量基准点；

c)水平偏差测量：①在水平面内，每档两侧水平架设测量标尺(高精度铟瓦尺)，通过标尺上安装的光学对中器找到轮带水平位置最外边缘；②在基准线上架设全站仪，瞄准窑头窑尾靶标后水平紧固旋钮锁死；③使用全站仪对准测量标尺，读取标尺上每档两侧轮带外边缘与基准线的距离；

d)垂直偏差测量：①使用精密水准仪测量每档水准标高程差；②使用精密水准仪测量每档基准点与轮带标记位置最低点的高程差；

本发明的有益效果：很好解决了静态窑中心线测量数据无法为动态窑调整提供准确数据的难题，通过科学的检测方法，在窑正常运转情况下，掌握回转窑中心线直线度情况，给回转窑调整提供科学和准确的数据，降低机械故障和耐火材料异常消耗，提高回转窑运转率，经济和社会效益显著。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为相关符号、方向示意图；

图2为水平基准建立示意图；

图3为靶标安放示意图；

图4为全站仪测距示意图；

图5为垂直基准建立示意图；

图6为水平偏差测量示意图；

图7中心线水平偏差计算示意图；

图8为轮带中心测量示意图；

图9为垂直偏差计算示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“顶、底”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

a)方向等相关符号定义：

在应用技术中最有利的参考基础就是笛卡尔坐标系，而对于每条窑，根据插图(见图1)应用以下原理建立分开、独立的坐标系统。

①x轴方向定义沿着窑轴线方向，与窑中物料燃烧流动方向保持一致。

y轴方向定义向右，是从进料端向出料端看。

z-轴(垂直)方向向上。

②根据以上提到的原理，(确定主要的方向为窑中物料燃烧流动的方向)第一个支撑p1是从进料端的第一个支撑，最后一个支撑p3是从燃烧器侧最外边的支撑。

窑上右侧和左侧在图中(见图1)已经标明，方向由观察者面朝窑中物料燃烧流动的方向确定。

冷端和高端始终是靠近进料端，热端是靠近燃烧器侧也就是出料端。例如托轮的高端就是z轴坐标系统中位置高的一侧，也就是窑中物料进料侧。

③参考线是一条与最外面轮带(第一个和最后一个)轴点相关的直线。偏差值δyi,δzi值就是剩下轮带轴心与参考线相应地在水平和垂直方向的偏差值。这些偏差值就是常说的窑轴线的变形。

b)建立测量基准：

①水平基准建立

确定窑轴线水平偏差δyi参考基准是两条位于回转窑两侧的固定直线，两条直线大约互相平行并与回转窑中心线平行(见图2)。

用靶标a1、a2、b1和b2在窑头窑尾附近的建筑物或结构上建立两条固定的直线。

其中一条直线是坐标系的x轴。选择靶标的安装位置是最困难和最主要工作之一，因为在回转窑周围存在非常困难的条件(空间小、灰尘多、振动，光线差，折射等等)，同时与这些点相关的测量精度要求特别高。

最好在基础外建立固定的直线，位置大概从轮带的边缘2米到3米的距离，但如果这是不可能的，那么固定的直线可以设置在窑支撑上(见图3)。

窑头窑尾侧固定直线距离d是使用卷尺测量，测量进度在±0.5-1mm。

所有轮带和托轮的检测都是在与直线a1-a2或者直线b1-b2(见图4)关联的ti点处架设经纬仪测量的。

经纬仪a1的位置是由距离ai和bi和偏心et决定，计算公式为:

其中：

ai,bi—经纬仪位置与靶标的距离；

γi—a1、ti、a2之间的夹角，即顺时针角度；

②垂直基准建立

垂直测量基准是由安装在各支撑的标靶建立的，便于对轮带和托轮进行测量(见图5)。

最后一个支撑p3的基准的高度假定为等于零(这通常是窑中最低的一个基准)。基准间的标差是通过精确的水平测量得到的，每个基准都有一个特定的高度hi。

c)水平偏差测量：

①在横截面上的回转窑轴线的坐标yi可以根据投影得到的数据来确定，窑检测在轮带处实施，通过观察合适的轮带边缘切线。

在窑运转过程中，在窑炉两侧，在窑的某一特定截面平面里放置的调平铟瓦尺(见图6)上进行投影。

假设如图中的1作为初始点，将其投影到调平的铟瓦尺上，然后知道两条固定直线之间的距离“d”和投影点距离2条固定直线的距离di,di’，可以从下面的公式确定直径2ri和回转窑旋转轴的位置y：

2ri＝d-di-d′i(2)

y＝di+ri(3)

通过以上计算可以得到一档、二档、三挡轮带中心水平坐标y1、y2、y3。三档到二档的距离为x2，二档到一档的距离为x3，将y1与y3连线，这条线即为该条窑理论水平中心线，计算得出二档位置理论水平坐标为用得出的二档理论水平坐标与y2进行比较，得出中心线水平偏差见图7

d)垂直偏差测量：

在回转窑的一个正常断面上，窑的旋转轴线上的坐标zi可以根据水平测量仪的帮助来确定，并在一个水平仪器的帮助下进行测量，并构造出确定轮带的下部切线的装置。将在正常(垂直)平面内的最低轮带点放置到窑的轴线上，穿过轮带宽度的中间(见图8)。

轮带最低点是由一个装有水平管的自动调整的尺子发出的信号定位，在窑的运转过程中，它能发出了一条与轮带最低点相切的水平线。在特定的窑旋转截面中，通过轮带宽度中间的zi坐标值引证图中确定的关系(见图9)被计算出来。

其中:

hi-其他各档基准点与一档基准点之间的垂直高差；

hi-从基准点到轮带最低点的垂直高度；

ri-运用基础公式(6)计算的轮带平均半径；

s-轮带间隙数值(见图8-9)；

η-沿着水平面窑的倾斜角(斜率)。

就像在水平面测量一样，在垂直面测量时也应当观察轮带圆周上均匀分布的一些点。

圆周上观察的n个点的旋转轴心zi坐标平均通过以下公式进行计算：

确定了不同支撑位置窑轴心点的坐标，然后得到了一系列的zi坐标：

窑轴线垂直偏差使用以下公式计算：

由此可以得出一档和三挡轮带中心高度坐标z1、z2、z3，三档到二档的距离为x2，二档到一档的距离为x3，将z1与z3连线，这条线即为该条窑理论垂直中心线，计算得出二档位置理论垂直坐标为用得出的二档理论垂直坐标与z2进行比较，得出中心线水平偏差见图9。

综上，本发明具有以下优异效果：

经济效益：5000t/d回转窑中心线存在较大偏差，窑内耐火材料运行质量很难保证，一般情况下窑内换砖需停窑→冷窑24h→进窑维修12h→点火、升温24h，总计60h，按每天生产产能5000t熟料，每吨熟料单价400元计算，造成直接停窑经济损失60/24×5000×400＝5000000元，其他费用约(材料费、人工费)250000元，合计约5250000元,通过回转窑中心线在线检测调整减少停窑次数，取得了较好的经济效益。

目前国内尚无成熟的回转窑中心线动态检测技术，该回转窑中心线动态检测技术测量精度较高，相对于其他检测方法在检测精度及过程控制有了较大提高。调整后能够大幅度提高回转窑运行周期，同时能够有效改善窑头窑尾密封装置的严密性，窑头、窑尾冒飞沙现象能够得到有效控制，减少了企业环保压力，节约了大量的人力、物力，降低企业成本，增加了企业效益。

社会效益：目前国内多数水泥厂回转窑调整基本都停留在凭感觉、靠经验，缺少数据支撑。调整过程中经常会出现托轮瓦高温、窑内耐火砖脱落等故障。对回转窑中心线检测后调整能够有效避免以上的故障，调整后窑运行周期全年能够能够节约1.5个周期，节约资金7875000元，为国家节约了大量的各类能源及生产力，为国家环保、节能事业做出了巨大贡献。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。