CN103328103A - 用于监测粉碎机的操作特性的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一种用于监测粉碎机的操作状态的系统中，传感器接口模块定位在粉碎机上或附近。传感器接口模块能够操作成接收由安装在粉碎机上的一个或更多个传感器生成的信息。操作员控制站与传感器接口模块通信，并且能够操作成从传感器接口模块接收与从传感器接收的信号有关的数据。操作员控制站还能够操作成生成指示粉碎机的功能特性的操作信息并跟踪操作信息以确定功能特性的退化是否正在发生。

Description

用于监测粉碎机的操作特性的系统和方法

技术领域

本公开大体涉及粉碎机的操作和维护，并且更具体地，涉及可借以监测一个或更多个粉碎机的各个操作方面以预测和/或解决粉碎机的有害功能特性的系统和方法。

背景技术

煤在许多动力设备中用作燃料。在煤引入到动力设备中之前，其典型地经历粉碎过程以将煤的尺寸从相对粗糙的块减小至细粉末。这样做是为了通过增大有效表面面积而提高煤的反应性，减少煤上的表面水分，并使煤更容易运输到形成动力设备的部分的炉中。

煤通过粉碎机变换为以上描述的细粉末。存在不同类型的粉碎机，例如，存在球型粉碎机、辊-碗式或钢球座圈式粉碎机、冲击式或锤式粉碎机和摩擦型粉碎机。粉碎是动力生成链中的第一过程并且通常为耗时的。粉碎机用于根据待生成的动力量来干燥并压碎正确量的煤。如果粉碎机的操作被损害，则供应至动力设备炉的粉碎的煤的量可不足，或者没有粉碎的煤供应至动力设备炉。虽然遍及本公开提到辊-碗式粉碎机，但是本公开在该方面不被限制，这是因为本公开所属领域的技术人员已知的其它类型的粉碎机同样适用。

此外，如果粉碎机的煤输出不具有所需的细度，则不良燃烧可导致未燃的碳或大块煤粘附于形成动力设备中使用的锅炉的部分的传热表面。迄今为止，已经由手动检查完成对粉碎机的性能的监测。在许多情况下，这已证实为不适当的。例如，当前粉碎机不具有如下独立能力：检测进入粉碎机中的杂铁是否被适当地排出或者何时遇到大于预定最小尺寸的杂铁块。在辊-碗式粉碎机中，如果杂铁不被排放，则其反复冲击研磨辊以及粉碎机本体和碗状件，从而潜在地损坏这些构件并削弱粉碎机的结构完整性。通常，杂铁的存在通过操作员对粉碎机进行倾听而检测。这是非常不可靠的。

在大多数辊-碗型粉碎机中，间隔开近似120度的三个辊用于研磨煤。完成该研磨所需的显著压缩力由预加载弹簧供应。如果这些预加载不被适当地设定，则辊将不全部对煤施加相同的力，从而潜在地诱发有害的振动状况，以及降低的粉碎机研磨和细度能力。另外，目前不存在检测研磨辊是否磨损或损坏的方法。另外，当前不存在检测关键轴承故障或指示整个粉碎机过载的振动的方法。实质上，诸如但不受限于以上描述的这些问题的大量操作问题可在粉碎机中出现，并且目前用于检测这些问题的手段为过时且陈旧的。当前，不存在快速地确定粉碎机中是否存在火焰的方法。这些火焰可损坏粉碎机并且引起人员安全问题。当前也不存在如下可靠方法：确定是否已发生可将粉碎机内部的化学计量从燃料富集的正常工况变成燃料贫乏的工况的煤流量损失。

发明内容

根据本文中说明的方面，提供了一种用于监测多个粉碎机的操作状态的系统，其包括定位在多个粉碎机中的每一个上或附近的至少一个传感器接口模块。传感器接口模块能够操作成接收由一个或更多个传感器生成的信息，该一个或更多个传感器安装在传感器接口模块与其相关的粉碎机上。单个操作员控制站与传感器接口模块通信，用于从其接收与从传感器接收的信号有关的数据。操作员控制站还能够操作成生成指示粉碎机的至少一个功能特性的操作信息并跟踪操作信息以确定功能特性的退化是否正在发生。

在又一方面，用于监测粉碎机的以上描述的系统包括联接于形成粉碎机的部分的弹簧加载组件的载荷传感器，载荷传感器与传感器接口模块通信，并且能够操作成检测给予至弹簧加载系统的力。在该实施例中，操作员控制站从传感器接口模块接收与由载荷传感器检测的力对应的数据。操作员控制站能够操作成分析接收的数据，生成报告，其传达指示形成粉碎机的部分的一个或更多个轴颈研磨轮上的载荷的信息。辊式粉碎机大体包括至少三个研磨轮和至少三个弹簧加载组件。弹簧加载组件中的每一个与研磨轮中的一个连通，并且具有联接于其的载荷传感器。操作员控制站能够操作成比较接收的数据并确定研磨轮上的载荷是否不均匀，由此指示粉碎机内的有害操作状态。

在又一方面，难以确定粉碎机火焰的存在。在本发明中，CO传感器定位在形成粉碎机的部分的出口中，而温度传感器定位在该出口处或附近。操作员控制站能够操作成将关于CO传感器和温度传感器从传感器接口模块接收的数据转换成出口CO和出口温度水平并跟踪出口CO和温度水平。当出口CO和出口温度水平中的一个或两者达到预定水平时，操作员控制站发出警报。

在又一方面，粉碎机包括用于将煤从粉碎机运输出的煤管道。空气流量计监测穿过煤管道的空气的流量，而湿度计设置成监测流经煤管道的空气中的含水量。操作员控制站能够操作成转换关于空气流量计和湿度计从传感器接口模块接收的数据并跟踪穿过煤管道的空气流量和煤管道中的湿度。当出口空气流量和湿度中的一个或两者达到预定水平时，操作员控制站使警报器致动。

在又一方面，一种用于监测多个粉碎机的操作状态的方法包括设置安装在多个粉碎机中的每一个上或附近的传感器接口模块，传感器接口模块以由安装在多个粉碎机中的每一个上或附近的一个或更多个传感器检测的数据作为输入。由传感器生成的数据在传感器接口模块处被接收，其中，如果需要，该数据被进一步调节，并且如果需要，该数据从模拟数据转换为数字数据。操作员控制站被设置，并且与传感器接口模块通信。操作员控制站生成指示其正在监测的粉碎机中的每一个的至少一个功能特性的操作信息，并且随着时间的过去监测和比较操作信息，以确定粉碎机的功能特性的退化的程度，如果存在任何退化。

附图说明

图1是示例性粉碎机的局部截面图。

图2示意性地示出与粉碎机通信的传感器接口模块和与传感器接口模块通信的操作员控制站。

图3示意性地示出与粉碎机通信的传感器接口模块和与传感器接口模块通信的操作员控制站，更详细地示出操作员控制站。

图4是操作员控制站上的显示器的屏幕截图，示出六个粉碎机正被监测。

具体实施方式

如图1所示，粉碎机大体以附图标记20表示。粉碎机20为辊-碗型粉碎机的实例，并且虽然将关于这种粉碎机来进行本文中的描述，但是本文中的公开在这方面不被限制，这是因为其适用于其它类型的粉碎机(冲击型粉碎机、锤型粉碎机和摩擦型粉碎机)。

粉碎机20由基台22支承并且包括定位在基台上的壳体24。壳体24支承粉碎机20。在示出的实施例中，驱动组件30定位在壳体24中并且包括马达驱动的蜗杆传动件32，其使驱动且可旋转地接合轴36的蜗轮34旋转。虽然已示出和描述马达驱动的蜗杆传动件32，但是本发明在该方面不被限制，这是因为马达驱动的齿轮箱可代替马达驱动的蜗杆传动件而不背离本发明的较宽泛方面。磨煤碗40联接于轴36。三个辊组件46(仅示出一个)等距地隔开近似120°，定位成紧邻旋转的磨煤碗40。辊组件46中的每一个为由壳体24支承的轴颈组件50的部分。轴颈组件包括可旋转地支承研磨辊54的辊组件46。辊组件46安装在允许辊组件在操作期间偏离的辊枢转轴56上并绕着其旋转。

支承臂60从辊组件46延伸。螺杆63从支承臂60延伸并且包括附接在其端部处的弹簧基部62。弹簧64接合弹簧基部62，其进而接合支承臂60。弹簧帽70联接于壳体24，其中，弹簧64插置在弹簧基部62与弹簧帽之间。在操作期间，辊组件在抵靠辊54的研磨力(该研磨力通过支承臂60传递)足以克服预加载的弹簧力时偏离。

分离器壳体80配置在辊组件52周围，并且由研磨机壳体24支承。在示出的实施例中，中心供给入口84延伸到分离器壳体80中。中心供给入口84进一步延伸到分离器锥体82中，其中，入口84使原材料沉积到研磨碗40的中央中。接着，原材料通过离心力均匀地径向分配至碗状件的研磨区，其中，材料接着被研磨辊54压碎。当材料被反复地压碎并研磨至较精确的一致性时，通常为空气的输送气体被迫进入研磨机壳体，并且较细的颗粒被向上携带到分离器壳体80中。足够细的颗粒输送穿过出口管道90，而较大的颗粒经由分离器锥体82返回用于进一步研磨。

如图2所示，三个传感器接口模块92均与粉碎机20相关。如将在下面更详细地说明的，每个传感器接口模块90能够操作成接收由安装在传感器接口模块与其相关的粉碎机20上的一个或更多个传感器生成的信息作为输入。传感器接口模块90可安装在粉碎机20上，或者与其紧邻。与多于一个粉碎机20相关的传感器接口模块92还可被收纳在一起。如将在下面更详细地说明的，各种不同类型的传感器(诸如但不受限于载荷传感器、加速计、热电偶、流量计等)可安装在粉碎机20上，并且由传感器接口模块90监测。传感器中的每一个可单独或组合用于监测(多个)传感器安装在其上的粉碎机20的功能特性。在示出的实施例中，三个传感器接口模块90共同与单个操作员控制站92通信。操作员控制站92经由TCP/IP或CAN链路等与传感器接口模块90中的每一个通信。如将在下面更详细地说明的，操作员控制站92能够操作成生成指示粉碎机20的至少一个功能特性的操作信息并跟踪所述操作信息以确定功能特性的退化是否正在发生。如在本文中使用的，用语“功能特性”应当被宽泛地解释为意味着粉碎机的任何操作状态，诸如但不受限于温度、振动、构件上的载荷、气体和/或固体的流量、湿度水平等。虽然单个传感器接口模块90示出为与粉碎机20相关，但是本发明在该方面不被限制，这是因为多于一个传感器接口模块可与每个粉碎机相关而不背离本发明的较宽泛方面。相似地，虽然示出和描述单个操作员控制站，但是本发明在该方面不被限制，这是因为多于一个操作员控制站可用于监测多个粉碎机而不背离本发明的较宽泛方面。

每个传感器接口模块90可构造成提供由与粉碎机20相关的传感器生成并从其接收的信息的信号调节和/或模拟到数字的转换。另外，传感器接口模块90还可执行基本信号处理，诸如例如从传感器接收的信息的平均值、最大和最小值和均方根(RMS)值的确定。

转向图3，在示出的实施例中，每个粉碎机20具有与其相关的两个传感器接口模块90。图3中示出的所有六个传感器接口模块与操作员控制站92通信。在示出的实施例中，操作员控制站92包括与传感器接口模块90中的每一个通信的MODBUS94。MODBUS94接收并收集来自传感器接口模块90中的每一个的、指示由传感器检测的信息的数据。MODBUS94还与执行引擎96通信。执行引擎96从MODBUS94接收数据，并且可执行计算和数据处理，诸如但不受限于统计学计算。另外，执行引擎96能够操作成在接收的数据指示由操作员控制站92监测的粉碎机20存在的问题时生成警报。执行引擎96与服务器98通信。由执行引擎96接收和/或生成的数据出于历史目的而储存在服务器98中。另外，构造数据从执行引擎96传输至服务器98，并且反之亦然。

仍参考图3，操作员控制站92包括在示出的实施例中为触摸屏显示器100的用户界面100。触摸屏显示器100尤其可显示警报、运行时间和历史数据、运行时间和历史事件以及诊断。如图4所示，在操作员控制站92的操作期间，触摸屏显示器100可示出说明粉碎机正被监测的图标102。图标102可提供粉碎机中的每一个的操作状态的指示。例如，图标102可指示粉碎机平滑地操作还是断开。另外，图标102可改变颜色以指示粉碎机的操作状态。例如，绿色可指示正常操作，橙色可指示警告，黄色可指示正在接收可疑数据，而灰色可指示粉碎机离线。然而，本发明在该方面不被限制，这是因为任何数量的颜色可用于指示任何数量的粉碎机操作状态而不背离本发明的较宽泛方面。此外，还可利用指示粉碎机操作状态的其它方式，诸如例如闪烁图标。

触摸屏显示器100还可示出诸如从传感器接口模块90接收的模拟信号的图形描绘的事物。还可显示当前和历史的数据和信息。操作员控制站92还可采用不同级别的安全协议。例如，为了观察触摸屏显示器100上的粉碎机状态，可不要求安全协议。为了观察或请求诸如粉碎机操作员可需要的待显示的某些数据和/或信息，可要求安全协议，诸如但不受限于密码或刷卡、指纹扫描仪等。为了对系统构造、设定点或其它参数作出改变，可要求较高级别的安全协议。虽然示出和描述触摸屏显示器，但是本发明在该方面不被限制，这是因为可采用本发明所属领域的技术人员已知的任何适合的显示器。

如将在下面说明的，以上描述的传感器、传感器接口模块90和操作员控制站92的组合可用于监测和预测粉碎机的多种功能特性。例如，并且参考图1和图2，可通过将载荷传感器110安装在弹簧64上而完成研磨辊54上的载荷的监测，弹簧64用于在该弹簧与其相关的研磨辊上分配载荷。另外，加速计112可放置在齿轮箱104上。通过监测从载荷传感器102接收的载荷数据和从齿轮箱102上的加速计104接收的振动数据，操作员控制站92可确定研磨辊54(图1)上的载荷是否不相等。操作员控制站92可发出指示研磨辊上的载荷不相等超过预定值的警报。无法断定研磨辊上的载荷是否不相等可导致粉碎机的齿轮箱102上以及粉碎机马达(未示出)上的不相等磨损。粉碎机齿轮箱104上的主竖直轴36可被损坏。由具有不相等地加载的研磨辊的粉碎机的操作诱发的振动载荷可引起过早磨损并降低构件的寿命。粉碎机能力可降低，并且煤溢出可发生。

以上描述的提醒可采取许多形式，例如，可发出听觉提醒，可采用视觉提醒。另外，可发送文本消息，可拨打电话，并且可发送电子邮件。另外，可采用以上描述的提醒的任何组合。

粉碎机利用许多轴承以便便于构件的旋转和/或移动。为了监测这些轴承的状态，加速计106放置在轴承安装到其中的壳体106上。这些加速计由传感器接口模块90监测，传感器接口模块90进而将从加速计接收的数据传送至操作员控制站92。操作员控制站92能够操作成将该数据转化为振动水平并将这些振动水平与储存在操作员控制站中的历史振动数据或与预定设定点进行比较。这允许监测正常轴承退化，预测轴承故障。此外，操作员控制站可在确定有害的轴承操作时发出警报。操作员控制站92能够操作成随着时间的过去跟踪并图形地显示轴承振动水平。仍参考图1，轴颈组件50(仅示出一个)均包括用于润滑辊组件46的储油器51。热电偶53定位在辊组件46中以监测形成辊组件的部分的轴承的温度。热电偶53由传感器接口模块90监测，其进而将从热电偶接收的数据传送至操作员控制站92。操作员控制站92能够操作成将从热电偶53接收的数据转化成温度信息并将该温度信息与储存在操作员控制站中的历史温度信息进行比较。

粉碎机典型地由马达和齿轮箱104驱动。构件故障和构件故障的开始通常导致齿轮箱内的振动的增加。以上描述的监测系统可包括安装在齿轮箱上以便测量齿轮箱振动的加速计112。通过安装在齿轮箱上的加速计检测的加速数据由与正被监测的粉碎机20相关的传感器接口模块90接收。传感器接口模块90将从加速计接收的数据传送至操作员控制站92。操作员控制站92能够操作成将该数据转化成振动水平并将这些振动水平与储存在操作员控制站中的历史振动数据或与预定设定点进行比较。当检测到对齿轮箱有害的振动状态时，警报可由操作员控制站发出。此外，操作员控制站92能够操作成随着时间的过去跟踪并图形地显示齿轮箱振动水平。

粉碎机典型地采用可易于变成被粉碎的煤堵塞的一个或更多个出口管道90。为了使堵塞的可能性最小化，以上描述的系统可在出口管道90内采用空气流量传感器114和湿度传感器116。通过监测空气流量和湿度，可在出口管道90变成阻塞之前采取行动。因此，与粉碎机相关的传感器接口模块90分别从空气流量传感器114和湿度传感器116接收数据。该数据传输至操作员控制站92，其中，其可与设定点和历史数据进行比较。如果空气流量和/或湿度数据达到预定水平，则警报可由操作员控制站92发出。

在粉碎机操作期间，存在粉碎的煤点燃从而在粉碎机内引起火焰的时段。在历史上，粉碎机火焰在目视检查期间被检测到，并且通常在火焰开始很久之后被检测到。这些火焰可损坏粉碎机，并且可对人员造成严重安全风险。以上描述的系统可采用一氧化碳传感器118和/或出口温度传感器120来监测来自粉碎机的CO排放物并检测粉碎机内的温度升高。因此，与粉碎机相关的传感器接口模块90从CO传感器和/或温度传感器接收数据，并且将与其有关的信息传送至操作员控制站92，其中，其可与设定点和历史数据进行比较。如果CO和/或温度水平超过预定水平，则警报可由操作员控制站发出。示出的实施例中示出的传感器位置仅出于说明性的目的，这是因为精确的传感器位置可因粉碎机的类型、最佳传感器位置和/或粉碎机的安装构造而异。

如上所述，粉碎机通常采用多种轴承以及齿轮箱104。这些构件通常利用油润滑。就此而言，典型地设置储油器122，并且维持其中的油位。无法维持储油器122内的油位可导致不正确的齿轮箱104和/或轴承润滑，由此产生这些构件和由此粉碎机的灾难性故障的可能性。以上描述的系统可将油位传感器124并入到储油器122中，油位传感器124诸如但不受限于当油位下降至预定水平时将被致动的浮子开关。因此，与粉碎机相关的传感器接口模块90接收浮子开关被致动的输入，并且将该信息传送至操作员控制站92。警报可由操作员控制站发出，以提供储蓄器中的油位下降到预定水平以下的提醒。

另外，本文中的公开被宽泛地解释为包括如下事实：任何数量的不同传感器和传感器类型可定位在粉碎机上，并且与以上描述的传感器接口模块通信。传感器的类型和位置取决于正被监测的粉碎机的功能特性。

虽然已参考各种示例性实施例描述本发明，但是本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可作出各种变化，并且等同物可代替其元件。另外，可作出许多修改以使具体情形或材料适合于本发明的教导而不背离本发明的实质范围。因此，意图是，本发明不受限于公开为设想用于执行本发明的最佳模式的具体实施例，而是本发明将包括落入在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (11)

1. 一种用于监测粉碎机的操作状态的系统，其包括：

至少一个传感器接口模块，其定位在所述粉碎机上或附近，所述传感器接口模块能够操作成接收由一个或更多个传感器生成的信息，所述一个或更多个传感器安装在所述传感器接口模块与其相关的所述粉碎机上；

操作员控制站，其与和所述粉碎机相关的所述至少一个传感器接口模块通信，所述操作员控制站能够操作成从所述传感器接口模块接收数据，其与由此从所述传感器接收的所述信号有关；并且

所述操作员控制站能够操作成生成指示所述粉碎机的至少一个功能特性的操作信息并跟踪所述操作信息以确定所述功能特性的退化是否正在发生。

2. 一种用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于，所述传感器中的一个为联接于形成所述粉碎机的部分的弹簧加载组件的载荷传感器，所述载荷传感器与和所述粉碎机相关的所述至少一个传感器接口模块通信，并且能够操作成检测给予至所述弹簧加载系统的力；

所述操作员控制站从所述至少一个传感器接口模块接收与由所述载荷传感器检测的所述力对应的数据，并且处理所述接收的数据以确定形成所述粉碎机的部分的一个或更多个轴颈研磨轮上的载荷。

3. 根据权利要求2所述的用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于：

所述粉碎机包括至少三个研磨轮和至少三个弹簧加载组件，所述弹簧加载组件中的每一个与所述研磨轮中的一个连通；

所述弹簧加载组件中的每一个具有联接于其并与所述至少一个传感器接口模块通信的所述载荷传感器中的一个；并且

所述操作员控制站能够操作成比较所述接收的数据并确定所述研磨轮上的载荷是否不均匀，由此指示所述粉碎机的有害操作状态。

4. 根据权利要求3所述的用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于：

所述粉碎机包括齿轮箱；

所述传感器包括安装在所述齿轮箱中的每一个上的至少一个加速计；并且

所述操作员控制站采用与由所述载荷传感器检测的力对应的所述接收的数据和与由所述加速计检测的振动对应的所述接收的数据来生成指示所述齿轮箱的不相等磨损和退化中的至少一个的信息。

5. 根据权利要求1所述的用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于，储油器与所述粉碎机流体连通；

所述传感器包括定位在所述储蓄器中的每一个中的浮子开关；并且

所述操作员控制站能够操作成在从所述传感器接口模块接收的与所述浮子开关有关的数据指示所述储蓄器中的油位下降到预定水平以下时，发出警报。

6. 根据权利要求1所述的用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于：

所述一个或更多个传感器包括定位在形成所述粉碎机中的每一个的部分的出口中的CO传感器和定位在所述出口处或附近的温度传感器；并且

所述操作员控制站能够操作成将关于所述CO传感器和所述温度传感器从所述传感器接口模块中的每一个接收的所述数据转换成出口CO和出口温度水平并跟踪所述出口CO和温度水平，所述操作员控制站还能够操作成在所述出口CO水平和所述出口温度水平中的一个或两者达到预定水平时发出警报。

7. 根据权利要求1所述的用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于：

所述粉碎机包括用于将煤从所述粉碎机运输出的煤管道；

所述传感器包括用于监测穿过所述煤管道的空气的流量的空气流量计和用以监测流经所述煤管道的空气中的含水量的湿度计；并且

所述操作员控制站能够操作成转换关于所述空气流量计和所述湿度计从所述传感器接口模块接收的所述数据并跟踪穿过所述煤管道的空气的流量和所述煤管道中的湿度，所述操作员控制站还能够操作成在所述出口空气流量和所述湿度中的一个或两者达到预定水平时发出警报。

8. 根据权利要求1所述的用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于，所述操作员控制站包括触摸屏显示器。

9. 根据权利要求1所述的用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于，所述传感器中的一个测量由形成所述多个粉碎机中的每一个的部分的马达提取的功率，并且所述操作员控制站能够操作成基于从所述传感器接口模块接收的指示所述马达功率的信息来引起进入所述粉碎机的空气流的调整。

10. 一种用于监测粉碎机的操作状态的方法，其包括：

设置安装在所述多个粉碎机中的每一个上或附近的至少一个传感器接口模块，所述传感器接口模块以由安装在所述粉碎机上的一个或更多个传感器检测的数据作为输入；

在所述传感器接口模块处接收所述数据；

所述传感器接口模块按需操作以调节所述数据，并且如果需要，将所述数据从模拟数据转换为数字数据；

设置与所述传感器接口模块通信的操作员控制站，所述操作员控制站生成指示所述粉碎机的至少一个功能特性的操作信息；并且

所述操作员控制站随着时间的过去监测和比较所述操作信息，以确定所述粉碎机的所述至少一个功能特性的退化的程度，如果存在任何退化。

11. 根据权利要求1所述的用于监测粉碎机的操作状态的系统，其特征在于：

所述粉碎机包括至少一个轴颈组件，其具有形成所述粉碎机的部分的储油器；

所述传感器包括定位在所述储油器中的热电偶；并且

所述操作员控制站能够操作成在从所述热电偶接收的数据指示所述轴颈组件内部的轴承退化从而导致油温升高的情况下发出警报。

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