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La présente invention concerne un procédé pour pulvériser une matiè- re solide et des broyeurs pulvérisateurs du type comprenant une cuve rotative qui contient une charge d'éléments pulvérisateurs libres. Les éléments pulvéri- sateurs peuvent, par exemple, se présenter sous forme de boulets ou de barreaux et, lorsque l'enveloppe est oblongue, ces broyeurs sont parfois connus sous le nom de tubes broyeurs.
Des broyeurs de ce genre ont une courbe caractéristique couple/vi- tesse qui, sur une gamme de vitesses inférieure augmente progressivement, et jus- qu'à présent ces broyeurs ont été utilisés à des vitesses.de beaucoup inférieures aux limites supérieures de la gammea Aussi longtemps que la courbe caractéristi- que du rendement couple/vitesse des dispositifs d'entraînement interseote la cour- be caractéristique du broyeur à la vitesse de marche désirée et qu'en ce point cette courbe est moins inclinée quelle courbe du broyeur, l'entraînement du bro- yeur est essentiellement stable, puisque si, pour une raison quelconque, le bro- yeur essaie de s'emballer le couple nécessaire pour l'entraîner dépasse le cou- ple disponible,
de sorte que le broyeur ralentit, tandis que si d'autre part le broyeur tend à ralentir, le -couple d'entraînement requis diminue et l'excès de couple appliqué tend à accélérer le broyeur jusqu'à sa vitesse de marche appro- priée. Des variations de la quantité de matière contenue dans le broyeur peuvent déplacer légèrement la courbe caractéristique du broyeur, mais dans les limites des variations que 1 on rencontre en pratique, ce déplacement a pour seul résul- tat de faire ralentir le broyeur jusqu'à une vitesse stable légèrement différente.
Sur une autre gamme de vitesses située au-delà de la gamme inférieure, le couple nécessaire pour entraîner le broyeur baisse. Si un broyeur est entraî- né à une vitesse de ce genre par un moteur accouplé positivement au broyeur et fonctionnant sur une partie relativement plane ou une partie montante de sa cour- be couple/vitesse, toute augmentation de la vitesse du broyeur augmentera, en réduisant le couple d'entraînement requis, l'excès de couple disponible pour ae- célérer le broyeur, et la vite,sse augmentera davantage. D'autre part, si le cou- ple appliqué par les dispositifs d'entraînement est exactement celui requis pour entraîner le broyeur à la vitesse désirée, toute légère diminution de la vitesse du broyeur augmentera le couple d'entraînement requis, qui dépassera alors celui. fourni par le moteur, et la vitesse diminuera davantage.
Ainsi, aveu un montage, orthodoxe de dispositifs d'entraînement, cette gamme d'inclinaison négative de la courbe couple/vitesse du broyeur est une gamme d'instabilité et a donc été évitée jusqu'à présent.
L'invention comprend le procédé pour pulvériser une matière solide suivant lequel on introduit la matière dans un broyeur pulvérisateur du genre comprenant une cuve rotative qui contient une charge d'éléments pulvérisateurs li- bres, on fait tourner la cuve à une vitesse située dans la gamme dans laquelle l'énergie motrice requise diminue à mesure que la vitesse augmente, et on main- ' tient la vitesse dans une partie intermédiaire de la gamme dans laquelle une pul- vérisation est effectuée avec une consommation d'énergie relativement faible par kilogramme de matière effectivement broyée.
L'invention comprend également le procédé pour pulvériser une matière solide suivant lequel on introduit la matière dans un broyeur pulvérisateur du genre comprenant une cuve rotative qui contient une charge d'éléments pulvérisa- teurs libres, on fait tourner la cuve et on maintient sa vitesse de rotation à une valeur telle que certains éléments pulvérisateurs forment vers le côté montant de la cuve une masse dans laquelle des éléments sont déplacés vers le haut près de la cuve et dégringolant au côté de la masse éloigné de la cuve,
tandis que d'autres éléments sont entraînés au-dessus de cette masse à des niveaux d'où ils tombent et on maintient dans la cuve une couche de matière à pulvériser exposée aux éléments qui tombent de manière que la matière soit pulvérisée à l'extérieur de la masse par broyage et à l'intérieur de la masse par attritiono
L'invention comprend aussi un broyeur pulvérisateur du genre comprenant
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une cuve rotative qui contient une charge d'éléments pulvérisateurs libres, le broyeur étant pourvu de dispositifs d'entraînement suffisamment puissants pour élever la vitesse de la cuve à une valeur située dans la gamme dans laquelle l'énergie motrice diminue à mesure que la vitesse augmente,
et capables d'entraî- ner la cuve à une vitesse située dans une partie intermédiaire de cette gamme dans laquelle une pulvérisation est effectuée avec une consommation d'énergie re- lativement faible par kilogramme de matière effectivement broyée.
L'invention comprend également un broyeur pulvérisateur comprenant une cuve rotative qui contient une charge d'éléments pulvérisateurs libres, dans lequel la fraction de l'intérieur de la cuve occupée par la charge est située dans une gamme ayant une valeur supérieure de 0,18 et une valeur inférieure d'en- viron 0,05, tandis que le diamètre intérieur de la cuve a une valeur suffisante pour donner un rapport désiré entre le rendement et la longueur intérieure de l'enveloppe.
L'invention sera maintenant décrite à titre d'exemple avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique d'un tube broyeur ainsi que des dis- positifs d'entraînement, des dispositifs de commande et de l'appareillage de ma- nutention de la matière qui y sont associés; la Fig. 2 est une coupe verticale transversale d'un quadrant inférieur de la cuve du broyeur, suivant la ligne II-II de la Fig. 1 ; les Fige. 3 et 4 sont des schémas représentant un type d'accouple- ment hydraulique à vitesse variable et à déplacement positif utilisé dans les dispositifs d'entraînement de la Fig. 1;
la Fig. 5 est une vue schématique sous forme d'une coupe verticale transversale suivant la ligne II-II de la Fig. 1, et dans le sens des flèches, montrant les mouvements de circulation des boulets formant les éléments de bro- yage dans le broyeur; la Fig. 6 est un graphique de la variation de l'énergie P consommée par le broyeur, pour une charge donnée de boulets broyeurs et de matière, ainsi que du rendement du broyeur en tonnes par heure, à différentes vitesses du bro- yeur ;
la Fig. 7 est un graphique indiquant la variation du couple T néces- saire pour entraîner le broyeur sur la gamme de vitesse S indiquée sur la fig. 6, et du couple de rendement des dispositifs d'entraînement représentés sur la Fig.l, et, la Fig. 8 est une vue schématique d'un élément de commande de la vi- tesse du broyeur représenté sur la Fig. 1,
Le tube broyeur-1 est classique, en ce qu'il comprend une cuve 3 dont la majeure partie est cylindrique mais qui comporte des extrémités coniques 3A et qui est montée à ses extrémités sur des supports de tourillons massifs 5, à travers lesquels passent respectivement des arbres creux 7 et 9 qui communiquent avec l'intérieur de la cuve et qui servent respectivement à l'entrée et la sor- tie de la matière à pulvériser, dans ce cas du charbon.
La cuve 3 est pourvue extérieurement d'une couronne à denture droite 11 qui s'étend oirconférentielle- ment et qui est agencée de façon à engrener un pignon d'entraînement à denture droite 13, la roue 11 et le pignon 13 faisant partie des dispositifs d'entraîne- ment qui seront décrits de façon plus détaillée ci-après. L'intérieur de la cuve est pourvu d'une garniture 15 (voir figo 2) qui se présente sous forme de bandes s'étendant longitudinalement 17, boulonnées à la cuve et façonnées en dentelures dont le côté avant, lorsque la cuve tourne, est plat et incliné vers l'arrière et vers l'intérieur vers l'axe de la cuve comme indiqué en 17A' et dont le côté arrière, est disposé radialement, comme indiqué en 17B.
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L'arbre de sortie 9 est relié par une conduite 21 à un trieur cen- trifuge 23 d'oÙ part une conduite de retour 25 destinée aux particules trop gras- ses séparées et une conduite de sortie 27 pour des particules fines9 la conduite 27 aboutissant à l'entrée d'un ventilateur 29 entraîné par un moteur électrique 31 par l'intermédiaire d'un accouplement hydraulique à vitesse variable 33. Une conduite d'alimentation 35 relie la sortie de ce ventilateur 29 à des brûleurs à combustible pulvérisé (non représentés) alimentés par le broyeur.
Le charbon brut à broyer est amené à partir d'une trémie (non repré- sentée) par gravité à travers une conduite d'alimentation 39 à un alimentateur de charbon 41 du transporteur du type à courroie entraîné par un moteur électri- que à vitesse variable 430 La sortie de l'alimentateur 41 est reliée par une conduite d'alimentation 47 à l'arbre d'entrée 7 du broyeur. Une entrée d'air 49 communique également avec l'arbre d'entrée 7 et la conduite de retour 25 commu- nique avec une partie inférieure de la conduite d'alimentation 47.
Les dispositifs d'entraînement du broyeur comprennent un moteur élec- trique triphasé 55 du type asynchrone dont l'arbre de sortie 57 est relié à l'ar- bre d'entraînement 59 d'une pompe 61 d'une transmission hydraulique à vitesse variable et à déplacement positif. Comme indiqué sur les figse 3 et 4, la pompe 61 comprend un cylindre 63 claveté sur l'arbre 59 et sollicité par un ressort (non représenté) vers le fond 65 de la pompe qui est pourvu de lumières annulai- res semi-circulaires 67 et 69.
Le corps 63 est pourvu de douze cylindres 71 uni- formément répartis autour de son axe central sur un cercle commun, avec leurs axes parallèles à cet axe centrale Chaque cylindre contient un piston 73 monté de façon à pouvoir pivoter sur une biellette 75 agencée de façon à prendre appui à son extrémité opposée contre une plaque inclinée formant came 77 montée sur un arbre 79 lui-même monté de façon à pouvoir pivoter dans le corps de la pompe Un levier de commande 81 relié à la came 77 permet de l'incliner comme on le dé- sire entre une position dans laquelle sa surface active est perpendiculaire à l'axe de l'arbre 59 (représentée sur la Figo 4) et une position légèrement in- clinée par rapport à cet axe (représentée sur la fige 3).
Les deux lumières 67 et 69 sont reliées par des tuyaux 82 respectivement à des lumières semblables prévues sur un moteur 83 de la transmission hydraulique. Ce moteur 83 est sem- blablè à la pompe 61 mais sa plaque inclinée formant came 85 est fixée à demeura obliquement par rapport à l'axe de l'arbre de sortie 87 du moteur. L'arbre de sortie 87 porte le pignon à denture droite 13.
Les dispositifs de commande pour le broyeur comprennent un élément de commande de la charge pneumatique classique 89 (voir Figo 1) soumis à une pres- sion de charge appliquée par l'intermédiaire d'une canalisation 91, pression qui varie avec la pression de vapeur régnant dans le générateur de vapeur alimenté en charbon pulvérisé par le broyeur ainsi qu'avec le débit de vapeur provenant de ce générateuro L'élément de commande 89 envoie une pression de commande dans une canalisation de branchement 93 vers l'accouplement hydraulique 33 associé au ventilateur 29 ainsi que vers un combinateur de vitesse 97 destiné au moteur électrique 43 qui entraîne l'alimentateur de charbon 41.
Les dispositifs servant à régler le niveau du charbon à broyer dans la cuve 3 du broyeur comprennent un tube de décharge d'air dirigé vers le bas 99 alimenté en air à un débit constant, de manière que la pression d'air engen- drée dans le tube dépende du degré d'obstruction de la sortie de l'air de l'ex- trémité du tubeobstruction qui varie lorsque le niveau dans le broyeur monte et descend. Un écran métallique (non détaillé) placé au-dessus du tube 99 et sup- porté par ce dernier le protège contre les boulets qui tombent dans la cuve 3.
La pression engendrée dans le tube 99 est appliquée par l'intermédiaire d'un tuyau 101 au combinateur de vitesse 97 destiné au moteur électrique 43 qui en- traîne l'alimentateur de charbon 41.
Il est à remarquer que, pour une vitesse donnée du broyeur et un ni- veau donné de la matière dans le broyeur, une mesure du débit de l'air pénétrant
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dans le broyeur reflète le rendement du broyeur. Une plaque percée d'un trou 105 est placée dans 1 entrée d'air 49 et des tuyaux 107, 109 amènent les pres- sions de charge engendrées de part et d'autre de la plaque 105 à un élément de commande de la vitesse du broyeur lllo Un arbre 113 relié par un train d'engre- nages 115 à l'arbre de sortie 87 est relié à l'élément 111.
La construction de l'élément de commande de la vitesse du broyeur 111 est représentée sur la fig. 8, l'arbre 115 étant agencé de façon à faire tourner un régulateur à boules 117 du type Hartnell par l'intermédiaire d'un mécanisme à pignon et à-vis sans fin 118. Les leviers coudés 119 du régulateur agissent sur la tête élargie 121 de la broche de commande 123 contre l'action d'un res- sort de compression 125 placé entre la tête 121 et un écrou 127 qui comporte un filet rapide à entrées multiples et qui se visse sur un organe fileté fixe 129.
Une membrane 131, soumise de part et d'autre aux pressions régnant dans les tuyaux 107, 109, est reliée par une tige 133 à un bras de levier 135 prévue sur l'écrou 127. Cela étant, un changement de la vitesse de l'arbre de sortie 87 modifie la position de la broche de commande 123 par l'intermédiaire du régula- teur, tandis qu'un changement de la chute de pression à la plaque trouée 105 modifie, par la rotation de l'écrou 127, la position d'équilibre du régulateur à boules 117 et ainsi, de la broche 123.
La broche 123 est reliée au double pis- ton mobile 137 d'une soupape pilote 139 du type à piston équilibré et non étan- che, bien connu. L'air débité à une pression constante par un tuyau 141 en re- gard d'un des pistons, pénètre partiellement dans l'espace 142 séparant les deux pistons et est partiellement évacué dans l'atmosphère, et la pression engendrée dans l'espace séparant les pistons dépend des positions axiales des pistons et donc de la position de la broche 123. Cette pression de commande est appliquée par l'intermédiaire d'un tuyau 143 à un dispositif d'actionnement pneumatique prévu sur la pompe 63 et est accouplé au levier de commande 81 de la plaque in- clinée formant came.
L'élément de commande de la vitesse 111 est pourvu d'une commande sélectrice qui peut,être déplacée d'une position de commande automatique à une position de commande à main dans laquelle les pressions de charge appliquées à la membrane '131 sont incapables de commander la pression de commande qui peut alors être modifiée à l'aide d'une seconde commande manuelle agissant sur l'é- orou 127 pour faciliter le démarrage du broyeur et son arrivée à la vitesse de marche désirée.
On met en marche le tube broyeur 1 contenant une charge appropriée de; boulets en amenant la commande sélectrice sur le dispositif de comparaison vers la position ;de commande manuelle et, après avoir coupé l'arrivée de courant au moteur 43 et 31, on actionne la seconde commande à main pour amener le broyeur ; à une vitesse de marche désirée. On peut ainsi d'abord amener la seconde comman- de à une position médiane, et enclencher ensuite l'arrivée de courant au moteur 55.
Lorsque l'arbre de sortie du moteur 57 fait tourner l'arbre d'entraî- nement 59 de la pompe 61, et que la came 77 est placée ôbliquement comme le mon- tre.la fig. 3, de l'huile est chassée hors de certains cylindres à travers le tuyau 82 inférieur vers certains cylindres du moteur 83, la réaction entre les biellettes des pistons contenus dans ces cylindres et la came 85 amenant l'arbre de sortie 87 à tourner dans le sens indiqué. Simultanément, de l'huile est pom- pée hors d'autres cylindres du moteur vers d'autres cylindres de la pompe. La rotation de l'arbre de sortie 87 par l'intermédiaire du pignon 13 et de la roue à denture droite 11-fait tourner la cuve 3 du broyeur.
Pendant ce démarrage du broyeur, et en fait chaque fois que la came 77 du moteur 61 est calée à une position autre que la position perpendiculaire de la Fig. 4, la transmission hydraulique agit comme réducteur de vitesse à trans- mission positive. C'est-à-dire que pour n'importe quel réglage du levier de com- mande 81 associé àla pompe 61, il existe un rapport de vitesse défini entre l'ar-
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bre de la pompe 59 et l'arbre du moteur 87, et l'accouplement reliant l'arbre du moteur éleotrique 57 à l'arbre du moteur hydraulique 87 est ainsi parfaite- ment rigide.
On a découvert que le couple nécessaire pour faire tourner la cuve 3 du broyeur est égal à la somme de deux couples, l'un, un couple en substance constant nécessaire pour surmonter des forces de frottement exercées sur la cuve dans les paliers et l'autre un couple variable qui représente la force néces- saire pour surmonter l'effet de freinage des boulets contenus dans la cuve du broyeur. Lorsque le broyeur est stationnaire, les boulets se déposent au fond de la cuve mais lorsque le broyeur tourne dans le sens de la flèche de la fig. 5, les boulets suivent le mouvement de la cuve et forment une masse croulante dé- calée de l'axe central du broyeur dans le sens de la rotation du broyeur. Ce dé- calage augmente avec la vitesse jusqu'à une certaine valeur, et le couple néces- saire augmente ainsi également.
Au-dessus de cette vitesse, certains boulets retombent sur la garniture de la cuve du broyeur sur le côté opposé de l'axe ver- tical du broyeuro Ces boulets renvoient de l'énergie à la cuve du broyeur, et le taux d'augmentation de la courbe couple/vitesse baissea A une vitesse légère- ment supérieure, certains boulets restent continuellement en contact avec la cu- ve du broyeur, par suite de la force centrifuge à laquelle ils sont soumis, et l'énergie absorbée par ces boulets est ainsi très faible.
Comme les boulets qui sont maintenus en contact avec la cuve deviennent de plus en plus nombreux, le couple nécessaire pour surmonter le freinage des boulets baisse, jusqu'à ce que, à une vitesse encore plus élevée, tous les boulets soient soumis à la force cen- trifuge, et ne se déplacent plus de façon appréciable par rapport à la cuve, le couple de freinage atteignant ainsi une valeur nulle. Le couple total requis pour faire tourner le broyeur est la somme de ces deux couples, et est représen- tée, par la courbe 161 sur la Figo 7. La courbe 163 indique le couple que l'ar- bre de sortie 87 est capable de fournir à différentes vitesses, lorsque la pompe 61 est entraînée à une vitesse constante appropriée.
A toute vitesse constante du broyeur, le couple de rendement réel sur l'arbre 87 égale le couple nécessai- re pour entraîner le broyeuro Il est essentiel, dans l'agencement représenté, que la courbe 163 soit située au-dessus de la courbe 161 au moins à toutes les vitesses jusqu'à la vitesse de marche la plus élevée possible.
On choisit les dispositifs d'entraînement de façon que, avec le levier de commande 81 à sa position médiane, lorsque le broyeur tourne à une vitesse optimum désirée sur la pente négative de la courbe 161, le moteur 55 tourne à environ 85% de sa vitesse de synchronisation.
Grâce à la transmission hydraulique, la réduction de vitesse réelle des dispositifs d'entraînement peut être légèrement modifiée dans n'importe quel sens, de sorte que la vitesse de marche exacte du broyeur peut être choisie dans une gamme de travail même si la vitesse du moteur 55 ne reste que légèrement in- férieure à sa vitesse de synchronisation.
Il est à remarquer qu'on simplifie la marche du broyeur sur la pente négative de sa courbe caractéristique en engrenant le moteur électrique au bro- yeur de manière que le moteur tourne à une vitesse juste inférieure à sa vitesse de synchronisation. Quoique le broyeur soit essentiellement instable lorsqu'il fonctionne sur la pente négative de sa courbe couple/vitesse, l'inaptitude du moteur à travailler à des vitesses supérieures à sa vitesse de synchronisation empêche positivement le broyeur de s'emballer.
Lorsque le broyeur a atteint sa vitesse de marche optimum, on excite le moteur 31 qui entraîne le ventilateur 29, et lorsque le ventilateur fonctionne à une vitesse désirée à laquelle un courant d'air constant pénètre dans l'en- trée d'air 49, traverse la cuve du broyeur 3 et sort par la conduite 21 pour aboutir au trieur 23, on fait tourner le moteur 43 qui entraîne l'alimentateur de charbon 41.
La présente invention ne concerne pas le démarrage du générateur de
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vapeur associé et une description détaillée de ce processus n'est donc pas pré- vue. Il est à remarquer qu'un fonctionnement automatique d'un appareil de ce genre est habituellement remplacé par une commande manuelle pendant le démarra- ge et dans la présente description on suppose.
que, d'une façon classique, là pression de charge régnant dans la conduite 93, quoique étant normalement déter- minée automatiquement par les conditions de marche du générateur de vapeur, doit être pendant le démarrage du générateur de vapeur convenablement commandée à la main par une personne préposée à cet effet
Le débit de la décharge du charbon par l'alimentateur 41 doit d'abord être rapide jusqu'à ce qu'une couche mobile de combustible se soit établie dans la cuve 3 du broyeur, assez épaisse pour obstruer partiellement la sortie de l'air de la canalisation 99.
L'augmentation de la pression dans le tuyau 99 est transmise par l'intermédiaire du tuyau 101 au combinateur de vitesse 97 et est capable de réduire convenablement la vitesse du moteur 43, et cette commande est ensuite capable de maintenir le niveau de la couche de combustible dans la cuve approximativement constant pour des conditions de charge constantes du générateur de vapeur. Lorsque la charge imposée sur le générateur de vapeur varie, la varia- tion de la pression de charge dans le tuyau 93 modifie le réglage du combinateur de vitesse 97 et donc la vitesse de l'alimentateur 41.
Le courant d'air qui traverse le broyeur entraîne les fines particu- les de charbon contenues dans la cuve du broyeur et les amène par l'intermédiaire de la conduite 21 au trieur 23 qui est capable de rejeter les particules plus grosses et de les renvoyer à l'entrée de la cuve du broyeur par l'intermédiaire de la conduite de retour 25 et de la partie inférieure de la conduite d'alimen- tation 47. Les fines particules sont entraînées du trieur par le courant d'air à travers le ventilateur 29 et ensuite à travers la conduite d'alimentation 35 vers les brûleurs associés.
Lorsque les conditions de charge du générateur de vapeur associé va- rient, la pression de charge appliquée par l'intermédiaire de la canalisation 91 varie de façon appropriée. L'élément de commande 89 réalise une variation ap- propriée de la pression de commande régnant dans le tuyau 93, ce qui amène un réglage approprié de l'accouplement hydraulique à vitesse variable 33 prévu dans la transmission du ventilateur 29 et un réglage approprié du combinateur de vi- tesse 97 du moteur 43 qui entraîne l'alimentateur de charbon 41-. Le débit de combustible pulvérisé qui traverse la conduite d'alimentation 35 est ainsi auto- matiquement modifié de façon à se conformer aux conditions de marche du généra- teur de vapeur.
On commande la vitesse de la cuve du broyeur à l'aide de l'élément de commande de la vitesse 111. Lorsque la charge du broyeur diminue, le ventilateur 29 ralentit automatiquement de sorte que la chute de pression à la plaque trouée 105 diminue, et la chute résultante dans la différence entre les pressions ré- gnant dans les deux tuyaux 107 et 109 est capable par l'intermédiaire de l'élé- ment 111 de modifier la position de la came 77 du moteur 61 et d'effectuer ainsi une augmentation appropriée de la vitesse de la cuve du broyeur.
On a mentionné plus haut que la vitesse optimum désirée pour la cuve du broyeur est située sur la pente négative de la courbe couple/vitesse du bro- yeuro L'avantage de travailler à une vitesse de ce genre est que pour une pro- duction donnée de charbon pulvérisé d'un degré de finesse donné, l'énergie con- sommée pour entraîner le broyeur est inférieure à celle qui serait nécessaire si le broyeur travaillait à une vitesse située sur la partie initiale de la courbe, d'inclinaison positive. Cela ressort de la figo 6 sur laquelle sont reportées la courbe P concernant l'énergie consommée pour entraîner le broyeur à sa vites- se de broyage, et la courbe 0 concernant la production de matière broyée en ton- nes par heure à la vitesse de broyage.
Evidemment, si on choisit un broyeur tra- vaillant à une vitesse de marche So (voir Fig.6) on peut obtenir un rendement maximum de matière avec une consommation d'énergie réduite. On obtient ainsi une
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consommation d'énergie relativement faible par kilogramme de matière effective- ment broyéea Puisque le broyeur fonctionne continuellement, ce gain d'énergie est important.Pour une cuve de broyeur de diamètre donné et des boulets de broyage de diamètre donné il est possible de calculer la vitesse à laquelle un boulet commencera à être soumis à l'action de la force centrifuge et la vitesse à la- quelle tous les boulets le seront.
La vitesse de marche optimum et exacte d'un broyeur particulier peut être déterminée par le fonctionnement d'un prototype comprenant l'accouplement hydraulique à transmission positive et à vitesse va- riable de la forme d'exécution décrite, sur la gamme de vitesse séparant ces deux vitesses, et le remplacement dans d'autres broyeurs, non pourvus de cette trans- mission hydrauliques des engrenages de façon que le broyeur fonctionne à la vi- tesse voulueo Cependant, on obtient les meilleurs résultats en prévoyant un ré- glage de la vitesse continuellement variable dans les dispositifs d'entraînement du broyeur de façon à pouvoir apporter un réglage final de la vitesse sous des conditions de marche et à pouvoir ainsi également régler la vitesse en réponse à des variations de la charge exercée sur le broyeur.
Puisque la vitesse de marche So est choisie de façon à coïncider avec le maximum de la courbe de rendement 0 de la Fig. 6, on peut obtenir un rende- ment réduit soit en augmentant soit en diminuant la vitesse du broyeur. En aug- mentant la vitesse du broyeur, on obtient cependant une réduction de la consomma- tion d'énergie.
La Fig. 5 indique le mouvement des boulets dans la charge de boulets de la cuve du broyeur lorsque cette cuve est entraînée à des vitesses pour les- quelles la courbe couple/vitesse du broyeur a une pente négative.Les flèches indiquent les mouvements des boulets et on peut voir que les boulets forment vers le côté montant 3X de la cuve une masse 201 dans laquelle des boulets sont en- traînés, vers le haut près de la cuve et dégringolent vers le bas au côté de la masse éloignée de la cuve, tandis que d'autres boulets sont entraînés au-dessus de cette masse à des niveaux tels que des niveaux 205, 207 d'où ils tombent sur le côté de l'axe vertical du broyeur qui est opposé à celui de la masse 201. Le charbon à broyer se trouve dans la cuve en partie mélangé à la masse de boulets 201, en partie sur cette masse,
et en partie en contact avec la partie descen- dante de la garniture de la cuve. Les boulets qui dégringolent broient le char- bon par choc et les boulets contenus dans la masse 201 broient le charbon par at- trition.
Dans la forme d'exécution préférée décrite plus haut, le moteur d'en- traînement électrique 55 est du type à induction. Un moteur de ce genre ne peut pas fonctionner comme moteur à une vitesse supérieure à sa vitesse de synchroni- sation (glissement nul), et est ainsi essentiellement stable lorsqu'il tourne en- viron à cette vitesse, même lorsqu'il est relié par l'intermédiaire d'un méca- nisme approprié à une cuve de broyeur présentant une courbe caractéristique énergie-vitesse d'inclinaison négative. Dans l'appareil décrit, le moteur à cage d'écureuil 55 peut être remplacé par un moteur synchrone, et dans ce cas la com- mande de la vitesse par l'intermédiaire de l'arbre 115 peut être omise, la com- mande du rapport d'engrenages étant ainsi complètement sous l'influence de la charge qui varie.
Cependant, les moteurs synchrones de ce genre ne démarrent pas d'eux-mêmes, et sont ainsi beaucoup plus coûteux que des moteurs à cage d'écu- reuil. Un moteur asynchrone synchronisé qui démarre de lui-même comme un moteur à induction mais qui fonctionne lorsqu'il atteint sa vitesse comme un moteur syn- chrone, surmonterait la difficulté de démarrage mais est à nouveau plus coûteux que le moteur à cage d'écureuil. Cela étant, l'élément 111 permet d'utiliser un moteur à cage d'écureuil relativement peu coûteux et donne encore la vitesse constante désirée. Une autre considération empêchant l'élimination de la comman- de de vitesse par l'intermédiaire de l'arbre 115 est l'effet des variations de température sur le rapport de vitesse de l'accouplement hydraulique.
Une autre particularité de la présente invention est que l'énergie ab- sorbée pour entraîner un broyeur pulvérisateur du genre comprenant une cuve rota-
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tive qui contient une charge d'éléments pulvérisateurs dépend de la fraction de l'intérieur de la cuve occupée par la charge. Pour des broyeurs classiques pour- vus d'une cuve cylindrique, cette fraction est de l'ordre de 0,2. Cependant, on peut voir que pour n'importe quelle vitesse donnée de la cuve du broyeur :
EMI8.1
p OE Ô où P = Energie absorbée pour entraîner la cuve pour chaque tonne/heure de combus- tible broyé de finesse donnée.
J = Fraction du volume intérieur de la cuve occupée par la charge.
(J) = Fonction de J (J) est de nature telle qu'il donne une courbe, qui reportée en regard de J, soit convexe vers le haut et avec J = 0,2, l'énergie absorbée pour entraîner la cuve est à ou près .d'un maximum. Lorsqu'on réduit J en dessous d'une valeur don- nant la valeur maximum de P, la courbe s'incline vers le bas de plus en plus ra- pidement et on peut atteindre utilement des réductions considérables de P à des valeurs de J ayant une valeur supérieure de 0918 et une valeur inférieure voisi- ne de 0,05.'
La difficulté se présente que des réductions de ce genre de la valeur de J dans une cuve de dimension donnée s'accompagnent d'une réduction du rende- ment du broyeur.
Cependant, on a découvert qu'en augmentant convenablement le diamètre de la cuve, on peut encore obtenir un rendement donné susceptible d'être atteint avec un broyeur ayant une valeur de J conventionnelle, tout en conser- vant un gain substantiel d'énergie consommée par suite de la valeur relativement faible de Jo
On peut voir que, dans un broyeur fonctionnant à une fraction constan- te C de la vitesse critique, vitesse qui est la vitesse minimum à laquelle une très petite particule est soumise à l'action de la force centrifuge :
T [alpha] JLC2,5 , où
L = Longueur intérieure de la cuve
D = Diamètre intérieur de la cuve
T = Rendement du broyeur en tonnes /heure de charbon d'une finesse particulière. '
A titre d'exemple, on remplace un broyeur classique ayant une valeur de J égale à 0,2 et un diamètre intérieur de 9,5 pieds (2,85 m) par un broyeur ayant une valeur de J égale à 0,08 et un diamètre intérieur de 17 pieds (5,1 m) de façon à obtenir la même valeur de T de 0,6 avec un gain d'énergie consommée de l'ordre de 12%.
On peut voir que cette particularité de la présente invention donne des cuves de diamètre relativement important. On peut par exemple arriver à une cuve dont le diamètre soit supérieur ou égal à sa longueur.
En ce qui concerne J, il peut être préférable d'utiliser une valeur située dans la partie médiane ou vers l'extrémité inférieure de la gamme à une valeur qui se rapproche de l'extrémité supérieure de cette gamme. Il est à re- marquer que l'énergie requise pour entraîner le broyeur diminue avec la valeur de J, alors que le diamètre de la cuve nécessaire pour obtenir une valeur donnée de T augmente simultanément.
Lorsqu'on chofsit J et D la meme façon decrite dans un broyeur pul- vérisateur et qu'en même temps on fait tourner la cuve à une vitesse située dans' @
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la partie intermédiaire de la gamme de vitesses précitée, on obtient un gain très important d'énergie consommée.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé pour pulvériser une matière solide, caractérisé en ce qu'on introduit la matière dans un broyeur pulvérisateur du genre comprenant une cuve rotative qui contient une charge d'éléments pulvérisateurs libres, on fait tourner la cuve à une vitesse située dans la gamme dans laquelle l'énergie motri- ce requise diminue à mesure que la vitesse augmente et on maintient la vitesse dans une partie intermédiaire de la gamme dans laquelle une pulvérisation est effectuée avec une consommation d'énergie relativement faible par kilogramme de matière effectivement broyée.
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The present invention relates to a process for pulverizing a solid material and pulverizing mills of the type comprising a rotating vessel which contains a charge of free pulverizing elements. The pulverizing elements may, for example, be in the form of balls or bars and, when the casing is oblong, these crushers are sometimes known as crushing tubes.
Grinders of this kind have a torque / speed characteristic curve which over a lower speed range gradually increases, and so far these grinders have been used at speeds much lower than the upper limits of the range. As long as the characteristic curve of the torque / speed efficiency of the drive devices intersects the characteristic curve of the crusher at the desired operating speed and that at this point this curve is less inclined than that of the crusher, the crusher drive is essentially stable, since if for some reason the crusher tries to rev up the torque needed to drive it exceeds the available torque,
so that the crusher slows down, while if on the other hand the crusher tends to slow down, the required drive torque decreases and the excess torque applied tends to accelerate the crusher to its proper running speed . Variations in the amount of material contained in the mill may shift the characteristic curve of the mill slightly, but within the limits of the variations encountered in practice, this displacement only results in slowing the mill to a minimum. slightly different stable speed.
On another range of speeds beyond the lower range, the torque required to drive the crusher drops. If a crusher is driven at such a speed by a motor positively coupled to the crusher and running on a relatively flat or rising part of its torque / speed curve, any increase in crusher speed will increase, increasing. reducing the required drive torque, the excess torque available to speed up the chipper, and the speed will increase further. On the other hand, if the torque applied by the drives is exactly that required to drive the mill at the desired speed, any slight decrease in the speed of the mill will increase the required drive torque, which will then exceed that. . provided by the motor, and the speed will decrease further.
Thus, admitted to an orthodox assembly of drive devices, this range of negative inclination of the torque / speed curve of the crusher is a range of instability and has therefore been avoided until now.
The invention comprises the method of pulverizing a solid material wherein the material is introduced into a pulverizer of the type comprising a rotary vessel which contains a charge of free spraying elements, the vessel is rotated at a speed within the chamber. range in which the motive power required decreases as speed increases, and the speed is maintained in an intermediate part of the range in which spraying is effected with relatively low energy consumption per kilogram of fuel. material actually crushed.
The invention also includes the method of pulverizing a solid material in which the material is introduced into a pulverizer of the type comprising a rotating vessel which contains a charge of free spraying elements, the vessel is rotated and its speed is maintained. of rotation to a value such that certain spray elements form towards the upright side of the tank a mass in which elements are moved upwards near the tank and tumbling to the side of the mass far from the tank,
while other elements are drawn above this mass at levels from which they fall and a layer of material to be sprayed exposed to the falling elements is maintained in the tank so that the material is sprayed out of the mass by grinding and inside the mass by attritiono
The invention also comprises a pulverizer of the type comprising
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a rotating tank which contains a load of free pulverizing elements, the crusher being provided with drives powerful enough to raise the speed of the tank to a value within the range in which the motive power decreases as the speed increases,
and capable of driving the tank at a speed in an intermediate part of that range in which pulverization is effected with relatively low energy consumption per kilogram of material actually ground.
The invention also includes a pulverizer mill comprising a rotating tank which contains a charge of free spray elements, wherein the fraction of the interior of the tank occupied by the charge is within a range having a greater value of 0.18. and a lower value of about 0.05, while the inner diameter of the vessel is of a value sufficient to provide a desired ratio between efficiency and inner length of the casing.
The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying schematic drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view of a crusher tube together with associated drive devices, controls and material handling equipment; Fig. 2 is a transverse vertical section of a lower quadrant of the crusher vessel, taken along the line II-II of FIG. 1; the Freezes. 3 and 4 are diagrams showing a type of positive displacement variable speed hydraulic coupling used in the drives of FIG. 1;
Fig. 5 is a schematic view in the form of a transverse vertical section taken along the line II-II of FIG. 1, and in the direction of the arrows, showing the circulation movements of the balls forming the grinding elements in the mill; Fig. 6 is a graph of the variation of the energy P consumed by the mill, for a given load of mill balls and material, as well as the output of the mill in tonnes per hour, at different speeds of the mill;
Fig. 7 is a graph showing the variation of the torque T necessary to drive the crusher over the speed range S indicated in FIG. 6, and the output torque of the drive devices shown in Fig. 1, and, Fig. 8 is a schematic view of a crusher speed control element shown in FIG. 1,
The crusher tube-1 is conventional, in that it comprises a tank 3, the major part of which is cylindrical but which has conical ends 3A and which is mounted at its ends on massive journal supports 5, through which pass respectively hollow shafts 7 and 9 which communicate with the interior of the tank and which serve respectively for the entry and exit of the material to be pulverized, in this case coal.
The vessel 3 is provided on the outside with a spur gear 11 which extends in accordance with the angle and which is arranged so as to mesh with a spur gear 13, the wheel 11 and the pinion 13 being part of the devices. training which will be described in more detail below. The interior of the vessel is provided with a liner 15 (see fig. 2) which is in the form of longitudinally extending strips 17, bolted to the vessel and shaped into indentations, the front side of which, when the vessel rotates, is flat and inclined rearwardly and inwardly towards the axis of the tank as indicated at 17A 'and the rear side of which is disposed radially, as indicated at 17B.
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The output shaft 9 is connected by a pipe 21 to a centrifugal sorter 23 from which a return pipe 25 for the excessively fatty particles separated and an outlet pipe 27 for fine particles9 leads to the pipe 27 ending at the inlet of a fan 29 driven by an electric motor 31 via a variable speed hydraulic coupling 33. A supply line 35 connects the outlet of this fan 29 to pulverized fuel burners (not shown) fed by the crusher.
The raw coal to be crushed is fed from a hopper (not shown) by gravity through a feed line 39 to a coal feeder 41 of the belt type conveyor driven by an electric motor at speed. variable 430 The output of the feeder 41 is connected by a feed line 47 to the input shaft 7 of the crusher. An air inlet 49 also communicates with the input shaft 7 and the return line 25 communicates with a lower portion of the supply line 47.
The crusher drive devices comprise a three-phase electric motor 55 of the asynchronous type, the output shaft 57 of which is connected to the drive shaft 59 of a pump 61 of a variable-speed hydraulic transmission. and positive displacement. As shown in Figs 3 and 4, the pump 61 comprises a cylinder 63 keyed on the shaft 59 and biased by a spring (not shown) towards the bottom 65 of the pump which is provided with semi-circular annulus 67. and 69.
The body 63 is provided with twelve cylinders 71 uniformly distributed around its central axis on a common circle, with their axes parallel to this central axis Each cylinder contains a piston 73 mounted so as to be able to pivot on a connecting rod 75 arranged in such a manner. to be supported at its opposite end against an inclined plate forming a cam 77 mounted on a shaft 79 which is itself mounted so as to be able to pivot in the body of the pump A control lever 81 connected to the cam 77 allows it to be inclined as it is desired between a position in which its active surface is perpendicular to the axis of the shaft 59 (shown in Fig. 4) and a position slightly inclined with respect to this axis (shown in fig 3) .
The two lights 67 and 69 are connected by pipes 82 respectively to similar lights provided on a motor 83 of the hydraulic transmission. This motor 83 is similar to pump 61 but its inclined cam plate 85 is fixed to remain obliquely with respect to the axis of the output shaft 87 of the motor. The output shaft 87 carries the spur gear 13.
The controls for the mill include a conventional pneumatic load control element 89 (see Figo 1) subjected to a load pressure applied through a line 91, which pressure varies with the vapor pressure. reigning in the steam generator supplied with coal pulverized by the mill as well as with the flow of steam coming from this generator The control element 89 sends a control pressure in a connection pipe 93 to the hydraulic coupling 33 associated with the fan 29 as well as to a speed combiner 97 for the electric motor 43 which drives the coal feeder 41.
The devices for regulating the level of the coal to be ground in the crusher vessel 3 comprise a downwardly directed air discharge tube 99 supplied with air at a constant rate, so that the air pressure generated in it. the tube depends on the degree of obstruction of the air outlet from the end of the obstruction tube which varies as the level in the mill rises and falls. A metal screen (not detailed) placed above the tube 99 and supported by the latter protects it against the balls which fall into the tank 3.
The pressure generated in the tube 99 is applied through a tube 101 to the speed combiner 97 for the electric motor 43 which drives the coal feeder 41.
It should be noted that, for a given speed of the crusher and a given level of material in the crusher, a measurement of the flow rate of the air entering
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in the crusher reflects the efficiency of the crusher. A plate with a hole 105 is placed in the air inlet 49 and pipes 107, 109 bring the load pressures generated on either side of the plate 105 to an element for controlling the speed of the machine. crusher III A shaft 113 connected by a gear train 115 to the output shaft 87 is connected to the element 111.
The construction of the crusher speed control member 111 is shown in FIG. 8, the shaft 115 being arranged to rotate a Hartnell-type ball regulator 117 by means of a worm gear 118 mechanism. The bent levers 119 of the regulator act on the enlarged head. 121 of the control spindle 123 against the action of a compression spring 125 placed between the head 121 and a nut 127 which comprises a rapid thread with multiple entries and which screws onto a fixed threaded member 129.
A membrane 131, subjected on both sides to the pressures prevailing in the pipes 107, 109, is connected by a rod 133 to a lever arm 135 provided on the nut 127. This being the case, a change in the speed of the The output shaft 87 changes the position of the control spindle 123 through the regulator, while a change in the pressure drop at the hole plate 105 changes, through the rotation of the nut 127, the pressure drop. equilibrium position of the ball regulator 117 and thus of the spindle 123.
The pin 123 is connected to the movable double piston 137 of a pilot valve 139 of the well known balanced and unsealed piston type. The air delivered at constant pressure by a pipe 141 towards one of the pistons, partially enters the space 142 separating the two pistons and is partially discharged into the atmosphere, and the pressure generated in the space separating the pistons depends on the axial positions of the pistons and therefore on the position of the spindle 123. This control pressure is applied via a pipe 143 to a pneumatic actuator provided on the pump 63 and is coupled to the control lever 81 of the inclined cam plate.
The speed control element 111 is provided with a selector control which can be moved from an automatic control position to a hand control position in which the loading pressures applied to the diaphragm 131 are incapable of being controlled. control the control pressure which can then be modified by means of a second manual control acting on the oror 127 to facilitate the starting of the crusher and its arrival at the desired running speed.
The grinding tube 1 containing an appropriate charge of; balls by bringing the selector control on the comparison device to the manual control position and, after having cut off the current to the motor 43 and 31, the second hand control is actuated to bring the mill; at a desired walking speed. It is thus possible first of all to bring the second control to a middle position, and then to engage the supply of current to the motor 55.
When the output shaft of the motor 57 rotates the drive shaft 59 of the pump 61, and the cam 77 is placed obliquely as shown in FIG. 3, oil is forced out of certain cylinders through the lower pipe 82 to certain cylinders of the engine 83, the reaction between the links of the pistons contained in these cylinders and the cam 85 causing the output shaft 87 to rotate in the direction indicated. At the same time, oil is pumped out of other cylinders of the engine to other cylinders of the pump. The rotation of the output shaft 87 via the pinion 13 and the spur gear 11-rotates the bowl 3 of the mill.
During this start-up of the crusher, and in fact each time the cam 77 of the motor 61 is set to a position other than the perpendicular position of FIG. 4, the hydraulic transmission acts as a positive transmission speed reducer. That is, for any setting of the control lever 81 associated with the pump 61, there is a defined speed ratio between the
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bre of the pump 59 and the shaft of the motor 87, and the coupling connecting the shaft of the electric motor 57 to the shaft of the hydraulic motor 87 is thus perfectly rigid.
It has been found that the torque required to rotate the crusher bowl 3 is equal to the sum of two torques, one, a substantially constant torque required to overcome frictional forces exerted on the bowl in the bearings and the the other is a variable torque which represents the force necessary to overcome the braking effect of the balls contained in the tank of the mill. When the mill is stationary, the balls are deposited at the bottom of the tank but when the mill turns in the direction of the arrow in fig. 5, the balls follow the movement of the tank and form a crumbling mass offset from the central axis of the mill in the direction of rotation of the mill. This shift increases with speed up to a certain value, and the required torque also increases.
Above this speed, some balls fall on the liner of the crusher bowl on the opposite side of the vertical axis of the mill. These balls return energy to the mill bowl, and the rate of increase of the torque / speed curve reduceda At a slightly higher speed, some balls remain continuously in contact with the mill tank, due to the centrifugal force to which they are subjected, and the energy absorbed by these balls is thus very low.
As more and more balls are kept in contact with the tank, the torque required to overcome the braking of the balls decreases, until, at an even higher speed, all the balls are subjected to the force. centrifugal, and no longer move appreciably in relation to the tank, the braking torque thus reaching a zero value. The total torque required to run the crusher is the sum of these two torques, and is represented by curve 161 in Fig. 7. Curve 163 indicates the torque that the output shaft 87 is capable of. deliver at different speeds, when the pump 61 is driven at a suitable constant speed.
At any constant speed of the crusher, the actual output torque on shaft 87 equals the torque required to drive the crusher. It is essential in the arrangement shown that curve 163 is located above curve 161 at least at all speeds up to the highest possible driving speed.
The drives are chosen so that, with the control lever 81 in its middle position, when the mill is running at a desired optimum speed on the negative slope of curve 161, the motor 55 is running at about 85% of its speed. synchronization speed.
Thanks to the hydraulic transmission, the actual speed reduction of the drive devices can be slightly changed in any direction, so that the exact running speed of the crusher can be chosen within a working range even if the speed of the chipper motor 55 remains only slightly below its synchronization speed.
It should be noted that the operation of the crusher on the negative slope of its characteristic curve is simplified by meshing the electric motor with the crusher so that the motor rotates at a speed just below its synchronization speed. Although the crusher is essentially unstable when operating on the negative slope of its torque / speed curve, the inability of the motor to operate at speeds above its synchronization speed positively prevents the crusher from racing.
When the mill has reached its optimum running speed, the motor 31 is energized which drives the fan 29, and when the fan operates at a desired speed at which a constant current of air enters the air inlet 49 , passes through the tank of the crusher 3 and exits through the pipe 21 to end at the sorter 23, the motor 43 is turned which drives the coal feeder 41.
The present invention does not relate to the starting of the generator.
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associated steam and a detailed description of this process is therefore not provided. It should be noted that automatic operation of such apparatus is usually replaced by manual control during start-up and in the present description it is assumed.
that, conventionally, the charge pressure prevailing in line 93, although normally determined automatically by the operating conditions of the steam generator, must be during start-up of the steam generator suitably controlled by hand by a person appointed for this purpose
The rate of discharge of the coal from the feeder 41 must first be rapid until a mobile layer of fuel has established itself in the tank 3 of the crusher, thick enough to partially obstruct the air outlet. line 99.
The increase in pressure in the pipe 99 is transmitted through the pipe 101 to the speed combiner 97 and is able to suitably reduce the speed of the motor 43, and this control is then able to maintain the level of the layer of water. approximately constant fuel in the tank for constant load conditions of the steam generator. When the load imposed on the steam generator varies, the variation of the load pressure in the pipe 93 changes the setting of the speed combiner 97 and therefore the speed of the feeder 41.
The air flow which passes through the mill entrains the fine particles of coal contained in the crusher tank and brings them via line 21 to the sorter 23 which is capable of rejecting the larger particles and returning them. to the inlet of the crusher tank via return line 25 and the lower part of supply line 47. The fine particles are entrained from the sorter by the air stream through the fan 29 and then through the supply line 35 to the associated burners.
As the load conditions of the associated steam generator change, the load pressure applied through line 91 will vary appropriately. The control element 89 makes an appropriate variation of the control pressure prevailing in the pipe 93, which brings about an appropriate adjustment of the variable speed hydraulic coupling 33 provided in the fan drive 29 and an appropriate adjustment of the pressure. speed combiner 97 of the motor 43 which drives the coal feeder 41-. The flow rate of pulverized fuel passing through the feed line 35 is thus automatically changed to conform to the operating conditions of the steam generator.
The speed of the crusher vessel is controlled by the speed control element 111. As the load of the crusher decreases, the fan 29 automatically slows down so that the pressure drop at the perforated plate 105 decreases, and the resulting drop in the difference between the pressures prevailing in the two pipes 107 and 109 is able through the element 111 to modify the position of the cam 77 of the motor 61 and thus effect a appropriate increase in the speed of the crusher tank.
It was mentioned above that the optimum speed desired for the crusher tank is located on the negative slope of the torque / speed curve of the crusher. The advantage of working at such a speed is that for a given production of pulverized coal of a given degree of fineness, the energy consumed to drive the mill is less than that which would be required if the mill were to operate at a speed situated on the initial part of the curve, of positive inclination. This emerges from figo 6 on which are plotted the curve P concerning the energy consumed to drive the mill at its grinding speed, and the curve 0 concerning the production of crushed material in tons per hour at the speed of grinding.
Obviously, if one chooses a crusher working at a running speed So (see Fig. 6) one can obtain a maximum yield of material with reduced energy consumption. We thus obtain a
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relatively low energy consumption per kilogram of material actually crusheda Since the mill operates continuously, this energy saving is significant.For a mill vessel of a given diameter and grinding balls of a given diameter it is possible to calculate the rate at which a ball will begin to be subjected to the action of centrifugal force and the rate at which all balls will be subjected.
The optimum and exact running speed of a particular crusher can be determined by operation of a prototype comprising the positive-drive, variable-speed hydraulic coupling of the embodiment described, over the speed range between these two speeds, and the replacement in other mills not provided with this hydraulic transmission of the gears so that the mill operates at the desired speedo However, the best results are obtained by providing for an adjustment of the speed. Continuously variable speed in the drives of the mill so as to be able to make a final adjustment of the speed under running conditions and thus also to be able to adjust the speed in response to variations in the load exerted on the mill.
Since the running speed So is chosen to coincide with the maximum of the efficiency curve 0 of FIG. 6, a reduced yield can be obtained either by increasing or decreasing the speed of the mill. By increasing the speed of the mill, however, a reduction in energy consumption is obtained.
Fig. 5 indicates the movement of the balls in the ball charge of the crusher tank when this tank is driven at speeds at which the torque / speed curve of the crusher has a negative slope. The arrows indicate the movements of the balls and one can see that the balls form towards the upright 3X side of the tank a mass 201 in which balls are dragged up near the tank and tumble down to the side of the mass far from the tank, while d Other balls are driven above this mass at levels such as levels 205, 207 from where they fall on the side of the vertical axis of the crusher which is opposite to that of mass 201. The coal to be ground is in the tank partly mixed with the mass of balls 201, partly on this mass,
and partly in contact with the descending part of the tank liner. The tumbling balls crush the carbon by impact and the balls contained in the mass 201 crush the coal by attrition.
In the preferred embodiment described above, the electric drive motor 55 is of the induction type. A motor of this kind cannot operate as a motor at a speed greater than its synchronization speed (zero slip), and thus is essentially stable when it is running at about that speed, even when it is connected by through a mechanism suitable for a mill vessel exhibiting a negative energy-speed characteristic curve. In the apparatus described, the squirrel cage motor 55 can be replaced by a synchronous motor, and in this case the speed control through the shaft 115 can be omitted, the control. of the gear ratio being thus completely under the influence of the varying load.
However, synchronous motors of this kind do not start by themselves, and are thus much more expensive than squirrel cage motors. A synchronized asynchronous motor which starts on its own like an induction motor but which operates when it reaches its speed like a synchronous motor, would overcome the starting difficulty but is again more expensive than the squirrel cage motor. . However, element 111 allows a relatively inexpensive squirrel cage motor to be used and still provides the desired constant speed. Another consideration preventing the elimination of speed control through shaft 115 is the effect of temperature changes on the speed ratio of the hydraulic coupling.
Another feature of the present invention is that the energy absorbed to drive a pulverizer of the type comprising a rotating tank.
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The amount that contains a charge of spray elements depends on the fraction of the interior of the tank occupied by the charge. For conventional mills provided with a cylindrical vessel, this fraction is of the order of 0.2. However, it can be seen that for any given speed of the crusher tank:
EMI8.1
p OE Ô where P = Energy absorbed to drive the tank for each tonne / hour of crushed fuel of a given fineness.
J = Fraction of the interior volume of the tank occupied by the load.
(J) = Function of J (J) is of such a nature that it gives a curve, which deferred opposite J, is convex upwards and with J = 0.2, the energy absorbed to drive the tank is at or near a maximum. As J is reduced below a value giving the maximum value of P, the curve tilts downward more and more rapidly and considerable reductions in P can usefully be achieved at values of J having an upper value of 0918 and a lower value of about 0.05. '
The difficulty arises that such reductions in the value of J in a vessel of a given size are accompanied by a reduction in the efficiency of the mill.
However, it has been found that by suitably increasing the diameter of the vessel, one can still obtain a given yield attainable with a mill having a conventional J value, while retaining a substantial saving in energy consumed. owing to the relatively low value of Jo
It can be seen that, in a mill operating at a constant fraction C of the critical speed, which speed is the minimum speed at which a very small particle is subjected to the action of centrifugal force:
T [alpha] JLC2,5, where
L = Inside length of the tank
D = Inside diameter of the tank
T = Crusher output in tonnes / hour of coal of a particular fineness. '
As an example, a conventional grinder having a J value equal to 0.2 and an inside diameter of 9.5 feet (2.85 m) is replaced by a grinder having a J value equal to 0.08 and an internal diameter of 17 feet (5.1 m) so as to obtain the same value of T of 0.6 with a saving of energy consumed of the order of 12%.
It can be seen that this feature of the present invention gives tanks of relatively large diameter. One can for example arrive at a tank whose diameter is greater than or equal to its length.
For J, it may be preferable to use a value located in the middle part or towards the lower end of the range to a value that approaches the upper end of that range. It should be noted that the energy required to drive the crusher decreases with the value of J, while the diameter of the tank necessary to obtain a given value of T increases simultaneously.
When J and D are chosen in the same way as described in a pulverizing mill and at the same time the tank is rotated at a speed situated in '@
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the intermediate part of the aforementioned speed range, a very significant gain in energy consumed is obtained.
CLAIMS.
1. - Method for pulverizing a solid material, characterized in that introducing the material into a pulverizer of the type comprising a rotating tank which contains a load of free spraying elements, the tank is rotated at a speed located in the range in which the required motive power decreases as speed increases and the speed is maintained in an intermediate part of the range in which pulverization is effected with relatively low energy consumption per kilogram of material actually ground.