در فرآیند پیوسته انتقال مواد اولیه، پودر خام، کلینکر و پودر نهایی در صنایع تولید مصالح معدنی، استقرار دقیق مانیتورهای تراز و سیستم‌های ایمنی الواتورهای کاسه‌ای در کارخانه سیمان از بروز حوادث فاجعه‌بار مکانیکی، پارگی تسمه و توقف‌های برنامه‌ریزی‌نشده جلوگیری می‌کند. با توجه به اصول نوین در مهندسی نگهداری و ایمنی نوارنقاله، کنترل لحظه‌ای و حفاظت از این سازه‌های عمودی مرتفع اهمیت دوچندانی دارد؛ زیرا تجهیزات مذکور به صورت کاملاً محصور کار می‌کنند و امکان مشاهده مستقیم وضعیت رفتار تسمه، کاسه‌ها و اتصالات آن‌ها برای تیم‌های بازرسی میسر نیست.
چالش‌های عملکردی و خطرات ناترازی در الواتورهای کاسه‌ای
الواتورهای کاسه‌ای در کارخانه‌های سیمان سازه‌های فلزی عمودی با ارتفاع چند ده متر هستند که جابه‌جایی هزاران تن مواد پودری و دانه‌ای سنگین را بر عهده دارند. با وجود این‌که این ماشین‌ها در ظاهر مکانیزم چندان پیچیده‌ای ندارند، بیشترین حجم توقف‌های برنامه‌ریزی‌نشده خطوط انتقال ناشی از بروز نقص در آن‌ها و پولی‌های محرک است. شرایط محیطی این تجهیزات با غبار متراکم و شدیداً ساینده سیمان، ارتعاش مداوم و بارهای دینامیکی متغیر گره خورده است.
سرعت دوران شفت‌های الواتور معمولاً در محدوده کم و در حدود ۲۰ تا ۴۰ دور بر دقیقه قرار دارد. با این حال، به دلیل دسترسی بسیار دشوار به پولی‌های مرتفع کلاهک سر و یاتاقان‌های نصب‌شده در ارتفاع، شناسایی انحراف‌های جزئی تسمه دشوار است. عواملی نظیر چسبیدن ذرات سیمان به بدنه درام، کشش نامتقارن، فرسودگی اتصال کاسه‌ها یا خرابی یاتاقان‌ها موجب خارج شدن تسمه از مرکز درام می‌شود. این ناترازی در صورت کنترل نشدن، مالش شدید لبه تسمه به دیواره فلزی، پارگی حاشیه‌ها، تولید گرمای اصطکاکی موضعی و در نهایت گیرپاژ کامل خط انتقال را در پی دارد.
انواع مانیتورهای تراز و سنسورهای انحراف تسمه
سیستم‌های مانیتورینگ تراز برای پایش پیوسته موقعیت جانبی تسمه و زنجیر طراحی شده‌اند تا بلافاصله پس از جابه‌جایی غیرمجاز از خط مرکزی، سیگنال هشدار اولیه یا فرمان توقف خودکار صادر کنند. ابزارهای صنعتی مورد استفاده در کارخانه‌های سیمان عموماً بر پایه فناوری‌های زیر پیاده‌سازی می‌شوند:
- سوئیچ‌های انحراف فشاری تماسی: این سنسورها در دیواره جانبی محفظه سر و ته الواتور در نزدیکی لبه‌های تسمه مستقر می‌شوند. ساختار آن‌ها به گونه‌ای است که فاقد اهرم‌های مکانیکی شکننده بوده و به صفحات مقاوم در برابر سایش مجهز هستند. با انحراف تسمه و وارد آمدن فشار فیزیکی به سنسور، رله خروجی تحریک شده و فرمان پیشگیرانه را به سیستم کنترل ارسال می‌کند. این مکانیزم‌ها حتی در صورت نشست لایه‌های ضخیم غبار سیمان، پاسخ‌دهی پایداری دارند.
- بلوک‌های اصطکاکی مجهز به پایش حرارت: در این روش، بلوک‌های برنجی در فواصل استاندارد از حاشیه تسمه نصب می‌شوند و یک حسگر حرارتی مقاومتی نظیر RTD در مغزی آن‌ها تعبیه می‌گردد. در اثر ناترازی مداوم و سایش لبه تسمه با بلوک، دمای فلز افزایش یافته و با رسیدن به آستانه بحرانی، هشدار توقف صادر می‌شود تا از آتش‌سوزی یا تخریب کامل تسمه جلوگیری شود.
- سنسورهای غیرتماسی القایی و مجاورتی: این تجهیزات از پشت درگاه‌های غیرفلزی محفظه، عبور منظم لبه کاسه‌های فلزی را پایش می‌کنند. هرگونه تغییر محسوس در فاصله گذار کاسه‌ها نسبت به موقعیت مبنا، نشانه‌ای از انحراف جانبی تلقی شده و ثبت می‌گردد.
تجهیزات حفاظتی تکمیلی در ساختار بالابرهای عمودی
سامانه پایش تراز در یک خط مطمئن، تنها جزئی از یک مجموعه ایمنی چندلایه است. برای جلوگیری از حوادث ناشی از خرابی مکانیکی یا انباشت بار، سنسورها و مکانیزم‌های زیر به صورت یکپارچه با سیستم کنترل الواتور به کار می‌روند:
- پایشگر کاهش دور و لغزش تسمه: سنسورهای القایی یا انکودرهای نصب‌شده روی شفت هرزگرد پایین، سرعت واقعی دوران را ثبت می‌کنند. هرگاه سرعت شفت پایین نسبت به سرعت شفت محرک بالا دچار افت شود، نشانه‌ای از لغزش تسمه روی درام محرک است. این پدیده در صورت تداوم می‌تواند روکش لاستیکی درام را ذوب کرده یا حرارت شدیدی تولید کند، بنابراین مدار ایمنی بلافاصله فرمان قطع صادر می‌نماید.
- قفل مکانیکی ضد بازگشت (بک‌استاپ): در صورت قطع ناگهانی برق در زمانی که کاسه‌ها پر از بار هستند، وزن مواد می‌تواند رشته کاسه‌ها را با سرعت به سمت پایین بچرخاند. بک‌استاپ‌های کلاچی یک‌طرفه مانع از این چرخش معکوس ویرانگر و سقوط کاسه‌ها به بخش تحتانی می‌شوند.
- حسگر گرفتگی مجرای تخلیه: در صورت انسداد شوت خروجی کلاهک سر یا گیر افتادن ذرات مواد در کف چاله، سنسورهای دیافراگمی یا خازنی انباشت غیرمجاز مواد را تشخیص داده و پیش از فشرده شدن بار درون محفظه، فیدر تغذیه را خاموش می‌کنند.
تاثیر متقابل روانکاری یاتاقان‌ها بر پایداری تراز شفت‌ها
در هر الواتور کاسه‌ای چهار نقطه یاتاقانی حساس وجود دارد که شامل دو یاتاقان روی شفت محرک سر و دو یاتاقان روی شفت متحرک ته است. به علت سرعت دوران پایین (۲۰ تا ۴۰ دور بر دقیقه)، تشکیل فیلم روانکار در این یاتاقان‌ها دشوار بوده و محیط بیرونی نیز مملو از ذرات ساینده سیمان است. هرگونه آسیب یا سایش در یاتاقان‌های شفت، موجب افتادگی محور، لقی زاویه‌ای و در نتیجه کج شدن درام و خروج تسمه از تراز می‌گردد.
روانکاری دستی این نقاط به دلیل ارتفاع زیاد و مسیرهای دسترسی دشوار، غالباً با بی‌نظمی انجام می‌گیرد که نتیجه آن روانکاری ناکافی یا تزریق بیش از حد گریس در فواصل طولانی است. راهکار اصولی برای تثبیت هندسی تراز شفت‌ها، به‌کارگیری سیستم روانکاری خودکار با الگوی کم و مکرر است. در این شیوه، با ارسال متناوب و مداوم مقادیر کنترل‌شده گریس مناسب (مانند لیتیوم کمپلکس)، علاوه بر محافظت از ساچمه‌ها، گریس تازه پیوسته لبه‌های آب‌بند را پوشانده و مانع از ورود غبار سیمان به درون یاتاقان می‌شود.
جمع‌بندی نهایی
حفظ پیوستگی تولید در صنایع سیمان مستلزم نگاهی پیشگیرانه به خطوط انتقال عمودی مواد است. تجهیز الواتورهای کاسه‌ای به مانیتورهای حساس تراز، سوئیچ‌های کنترل سرعت، قفل‌های ضد بازگشت و سیستم‌های اعلام گرفتگی، راهکاری مطمئن برای خنثی‌سازی خطرات پنهان درون محفظه به شمار می‌رود. پیوند زدن این تجهیزات مانیتورینگ با روش‌های نوین نگهداری، پایش منظم مکانیزم کشش و روانکاری پیوسته کم و مکرر یاتاقان‌های کم‌دور، ریسک ناترازی تسمه را به حداقل رسانده و از توقف‌های پرهزینه کارخانه پیشگیری می‌کند.