در صنایع فرآوری مواد معدنی و کارخانجات سیمان، طراحی سیستم گردشی روغن برای خنک‌کاری آسیاب‌های عمودی (VRM) از اساسی‌ترین محاسبات مهندسی برای حفظ قابلیت اطمینان خط تولید به شمار می‌رود. آسیاب‌های غلتکی عمودی (Vertical Roller Mills) پرمصرف‌ترین و حساس‌ترین تجهیزات خردایش مواد خام و کلینکر هستند که توقف ناخواسته آن‌ها جریان پیوسته کوره و خطوط تولید را متوقف می‌سازد. در فرایند سنگین پودر کردن مواد، غلتک‌ها با فشاری بسیار بالا روی میز دوار قرار می‌گیرند؛ بنابراین یاتاقان‌های غلتک در معرض نیروهای دینامیکی متغیر، گرمای ناشی از سایش و جریان هوای داغ، و غلظت شدید گردوغبار ساینده کار می‌کنند. پیاده‌سازی اصولی یک مدار هیدرولیکی گردش روغن فیلترشده همراه با تبادل حرارتی پیوسته، تنها راهکار مهندسی برای تثبیت فیلم روانکار و دفع حرارت از موضع سایش این یاتاقان‌ها محسوب می‌شود.

تفکیک سطوح روانکاری در آسیاب‌های عمودی مواد خام

یکی از خطاهای متداول در نگهداری آسیاب‌های عمودی، یکپارچه‌دیدن تمامی نیازهای روانکاری تحت یک عنوان عمومی و استفاده از سیستم تزریق گریس برای تمامی نقاط است. مطابق استانداردهای طراحی مدار روانکاری تجهیزات سیمان، سه سطح کاملاً مجزا در آسیاب‌های VRM وجود دارد که اختلاط آن‌ها منجر به شکست فیلم روغن و آسیب یاتاقان‌های اصلی می‌گردد:

• سیستم روغن گردشی فیلترشده و خنک‌شونده: اختصاصی برای یاتاقان‌های اصلی غلتک‌ها (Grinding Rollers) و مجموعه چرخ‌دنده‌های گیربکس آسیاب. این بخش علاوه بر کاهش اصطکاک، وظیفه اصلی پایدارسازی دما را بر عهده دارد.
• سیستم گریس‌کاری مرکزی: طراحی‌شده برای یاتاقان‌های کمکی، پین‌ها و بازوهای فشار (Rocker Arms) که نیازمند تزریق زمان‌بندی‌شده گریس در محفظه‌های ضدغبار هستند.
• سیستم پاشش روغن و روانکار ویسکوز (اسپری): مختص مکانیزم دنده‌های باز که با فواصل تزریق تعریف‌شده عمل می‌کند.

اگر تیم‌های مهندسی این تفکیک را نادیده بگیرند و کل مدار را به عنوان یک سیستم گریس ارزیابی نمایند، یاتاقان‌های اصلی غلتک با کمبود شدید روانکار و افزایش بحرانی حرارت مواجه شده و مکانیزم دنده نیز بدون لایه محافظ باقی می‌ماند.

الزامات روانکاری یاتاقان غلتک‌های آسیاب (Grinding Rollers)

یاتاقان‌های غلتک در آسیاب عمودی شرایط دینامیکی خاصی دارند؛ این یاتاقان‌ها درون محفظه سایش واقع شده‌اند و حلقه بیرونی آن‌ها همراه با پوسته غلتک دوران می‌کند. بر اساس توصیه‌های شرکت‌های معتبر سازنده یاتاقان نظیر Schaeffler، این نقاط تحت فشار مکانیکی شدید باید منحصراً با روغن گردشی فیلترشده و با دمای کاملاً کنترل‌شده تغذیه شوند.

روغن‌های معدنی استاندارد در برابر حرارت بالا و بارهای سنگین خردایش به‌سرعت دچار شکست ساختاری می‌شوند. به همین دلیل، انتخاب روغن‌های پایه سنتتیک با گریدهای ویسکوزیته بسیار بالا یعنی ISO VG 680 یا ISO VG 1000 برای یاتاقان غلتک‌های VRM توصیه می‌شود. این لزجت بالا ضامن تشکیل فیلم هیدرودینامیکی و الاستوهیدرودینامیکی پیوسته در سرعت‌های دورانی پایین غلتک است. با این حال، ویسکوزیته بالای ۶۸۰ یا ۱۰۰۰ ایجاب می‌کند که در فصول سرد یا در زمان راه‌اندازی اولیه، مسیرهای گرم‌کن مخزن و خطوط لوله متناسب با الزامات سیال طراحی گردند تا افت فشار هیدرولیکی مانع از برقراری جریان روغن نشود.

چالش‌های محیطی سایت سیمان و الزامات طراحی مدار

محیط بهره‌برداری آسیاب‌های عمودی دارای شرایط سخت عملیاتی است که طراحی مدار گردشی روغن را با الزامات سخت‌گیرانه‌ای مواجه می‌سازد:

• گردوغبار شدید و ذرات ساینده: نفوذ ذرات کلینکر و پودر سنگ به داخل فیلم روغن موجب فرسایش شدید سطوح غلتش می‌شود. در طراحی این سیستم‌ها، بهره‌گیری از آب‌بندهای ویژه و اعمال فیلتراسیون دقیق پیوسته بر خط رفت روغن الزامی است تا خلوص سیال تضمین گردد. همچنین در بخش‌های تزریق گریس به بازوها، تزریق مکرر گریس در آب‌بند لایه‌ای به عنوان سدی فیزیکی در برابر غبار عمل می‌کند.
• دمای شدید و شرایط مناطق خطر (ATEX): گرمای انتقالی از کوره و فرایند خردایش موجب پیری زودرس روانکار و افت ویسکوزیته می‌گردد. همچنین تجمع ذرات مستعد اشتعال نیازمند استفاده از ادوات الکتریکی و پمپ‌های دارای گواهی ATEX در زون‌های خطر است.
• پیوستگی کارکرد ۲۴ ساعته: از آنجا که توقف آسیاب عمودی مستقیماً منجر به خوابیدن کوره و خطوط تولید کلینکر می‌شود، سیستم گردش روغن باید مجهز به پمپ‌های دوبل پشتیبان (Redundant Pumps) باشد تا در صورت افت فشار یا بروز نقص در پمپ اصلی، پمپ یدکی بدون وقفه وارد مدار شود.

ساختار یونیت هیدرولیک و خنک‌کاری روغن

یک یونیت گردش روغن مدرن برای یاتاقان غلتک‌های آسیاب VRM، نظیر سیستم‌های تولیدشده توسط سازندگانی همچون Woerner، معمولاً شامل یک پکیج یکپارچه درون محفظه محافظ در برابر گردوغبار است. اجزای اصلی این یونیت شامل مخزن مجهز به سنسورهای سطح و دما، الکتروپمپ‌های کوپل‌شده دنده‌ای یا پیچی با سیستم افزونگی، مبدل‌های حرارتی (خنک‌کن‌های روغن) و محفظه‌های فیلتر دوقلو با سوئیچ اختلاف فشار هستند.

روغن داغ جمع‌آوری‌شده از هوزینگ یاتاقان غلتک به مخزن بازمی‌گردد، رسوبات اولیه در تله‌های ته‌نشینی جدا می‌شوند و سپس روغن از طریق مبدل حرارتی به محدوده دمای عملکردی استاندارد بازمی‌گردد. کنترل دما در خروجی خنک‌کننده به این دلیل حائز اهمیت است که حفظ پایداری ویسکوزیته در محدوده گریدهای ۶۸۰ یا ۱۰۰۰، تضمین‌کننده ضخامت میکرونی فیلم روانکار در زیر سنگین‌ترین بارهای فشاری است. در همین حال، مدارات روانکاری کمکی بازوها و سایر نقاط آسیاب می‌توانند از پمپ‌های گریس مرکزی نظیر Lincoln P-203 یا P-215 و مقسم‌های پیش‌رونده نظیر Dropsa SMX یا Woerner VPB به‌طور مجزا بهره‌مند شوند، بدون آنکه خللی در کارکرد مدار بسته روغن گردشی ایجاد شود.

جمع‌بندی نهایی

طراحی سیستم گردشی روغن برای خنک‌کاری آسیاب‌های عمودی (VRM) بستری حساس برای حفظ قابلیت اطمینان و جلوگیری از توقفات پرهزینه در کارخانجات سیمان و صنایع خردایش است. تفکیک دقیق مدار روغن گردشی یاتاقان‌های اصلی غلتک از سیستم‌های گریس‌کاری کمکی و سیستم‌های اسپری دنده، نخستین اصل مهندسی در این فرایند به شمار می‌آید. استفاده از روغن‌های سنتتیک با ویسکوزیته ISO VG 680 یا ISO VG 1000، تلفیق مبدل‌های خنک‌کننده کارآمد جهت کنترل دما، تمهید فیلتراسیون متوالی در برابر گردوغبار ساینده و پیاده‌سازی مکانیزم پمپ پشتیبان، ارکان عملکرد بدون نقص آسیاب در شرایط پیوسته صنعتی هستند. پیاده‌سازی این سیستم‌ها بر اساس شرایط محیطی سایت، هزینه توقفات خط و سوابق خرابی یاتاقان، توجیه‌پذیری سرمایه‌گذاری و دوام پایدار ماشین‌آلات سنگین را میسر می‌سازد.