DE102006050205B4

DE102006050205B4 - Sicherheitssystem für Wälzmühlen

Info

Publication number: DE102006050205B4
Application number: DE102006050205A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hoffmann Dirk; Otto Jung; Karl-Heinz Schütte
Original assignee: Gebr Pfeiffer AG
Current assignee: Gebr Pfeiffer Se De
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: ES2385106T3; CN101528353B; RU2452577C2; ATE551120T1; KR20090073202A; US20090261190A1; PL2086685T3; WO2008049545A1; DE102006050205A1; DK2086685T3; RU2009119423A; US7926754B2; CN101528353A; EP2086685A1; EP2086685B8; JP2010507473A; EP2086685B1

Abstract

Aktiv redundantes Antriebssystem für Wälzmühlen, welche – ein Gehäuse (1), – einen rotierenden Mahlteller (7) mit Mahlbahn (2), – auf der Mahlbahn (2) abrollende Mahlwalzen (3), – ein Axiallager (4) – und einen Antrieb aus Elektromotor (10) und Untersetzungsgetriebe (11, 11') zum Antreiben der Mahlbahn (2) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass – jeder Antrieb auf einer Lafette montiert ist, – das Getriebe (11') ein ein- oder mehrstufiges Stirnradgetriebe ist, – das Getriebegehäuse Inspektionsöffnungen zur Begutachtung der Zahneingriffe besitzt, – eine ständige Verfügbarkeit von wenigstens zwei Antrieben (10, 11, 11') durch die Anordnung von mehr als zwei Antrieben (10, 11, 11') gesichert ist, – und die wenigstens zwei Antriebe (10, 11, 11') die erforderliche Mahlleistung der Wälzmühle erbringen.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktiv redundantes Antriebssystem für Wälzmühlen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wälzmühlen sind seit über 100 Jahren bekannt und weltweit im Einsatz. Es gibt sie in den unterschiedlichsten Konstruktionen. So zeigt beispielsweise die DE 153 958 A aus dem Jahr 1902 eine Kegelmühle mit einem umlaufenden Mahlteller, auf dem acht Mahlkegel unter Federdruck aufliegen.
Moderne Mühlen verwenden Mahlwalzen, die zur Erzielung einer großen Mahlleistung große Gewichte und Durchmesser besitzen. Man vergleiche DE 198 26 324 C1 , DE 196 03 655 A1 oder auch EP 0 406 644 B1 . Dieser Wälzmühlentyp hat sich in der Praxis weitestgehend durchgesetzt, weil er in konstruktiver, regelungstechnischer und energiewirtschaftlicher Hinsicht erhebliche Vorteile aufweist. Haupteinsatzgebiete moderner Wälzmühlen sind die Zementindustrie und die Kohlekraftwerke. In der Zementindustrie werden Wälzmühlen sowohl zur Herstellung von Zementrohmehl als auch zur Klinkervermahlung und zur Kohlevermahlung verwendet. Im Verbund mit Drehrohröfen und Kalzinieranlagen können die Ofenabgase aus dem Wärmetauscher und dem Klinkerkühler dazu verwendet werden, das Mahlgut zu trocknen und das gemahlene Gut pneumatisch zu transportieren. In der Kraftwerkstechnik dienen die Wälzmühlen dazu, die Kohle fein zu mahlen und mit Hilfe der Sichtluft direkt in den Kessel zu fördern, nach Möglichkeit ohne Verwendung eines Zwischenbunkers.
Es versteht sich, dass auch moderne Wälzmühlen einem betriebsbedingten Verschleiß unterliegen. Für Wartung und Reparatur muss daher die Mühle stillgelegt werden. Wartung und Reparatur im Mahlraum und an den Mahlwerkzeugen wurden in den letzten Jahren so optimiert, dass diese Arbeiten in einem tolerierbaren Zeitraum durchgeführt werden können.
Moderne Großmühlen benötigen Antriebsleistungen bis zu 10 MW. Es versteht sich, dass die zugehörigen Lager und Antriebe, insbesondere die Getriebe, einer besonderen Konstruktion bedürfen. Besonders belastet sind die Verzahnung, die Wellenlagerung, das integrierte Axial-Drucklager und seine Unterstützung innerhalb des Getriebegehäuses. Bei Antriebsleistungen bis 6 MW haben sich die Kegelrad-Planetengetriebe als Stand der Technik durchgesetzt, die aufgrund ihrer kreisrunden Bauform an den kreisrunden Mahlteller angepasst sind und die statischen und dynamischen Mahlkräfte in das Fundament leiten. Man vergleiche DE 35 07 913 A1 oder DE 37 12 562 C1 . Als Axialdrucklager werden Kippsegmentlager mit hydrodynamischer und/oder hydrostatischer Schmierung eingesetzt. Man vergleiche DE 33 20 037 C1 .
Sobald an nur einer Komponente dieser an sich platzsparenden Konstruktion ein Problem auftritt, muss der gesamte Antrieb ausgebaut werden. Dabei hat es sich herausgestellt, dass es nicht möglich ist, die Räder des Planetengetriebes einer Sichtkontrolle zu unterziehen; dies ist erst nach Ausbau des kompletten Antriebs möglich. Da diese Antriebe Sonderkonstruktionen sind, dauert eine Ersatzbeschaffung entsprechend lange, d. h. Wochen oder Monate, da eine Ersatzteil-Bevorratung wegen der Sonderkonstruktionen als zu kostenintensiv gilt. Das ist unbefriedigend.
Die bekannte Antriebskonstruktion weist einen sogenannten Maintenance-Antrieb auf, der während bestimmter Wartungs- und Reparaturarbeiten den Mahlteller dreht, jedoch nur so lange funktioniert, wie das Hauptgetriebe selbst funktioniert.
Selbstverständlich hat es nicht an Vorschlägen gefehlt, wie diese Unzulänglichkeiten ausgeschaltet werden könnten. So zeigt die DE 39 31 116 C2 eine Antriebseinrichtung für eine Rollenmühle mit einem um eine vertikale Achse drehbaren Mahlteller, der einen mit dem Mahltellerunterteil verbundenen Zahnkranz aufweist. Des Weiteren sind zwei diagonal angeordnete Antriebe vorgesehen, bestehend aus je einem Antriebsmotor und einem Untersetzungsgetriebe. Jedes Untersetzungsgetriebe weist zwei Ritzel auf, die mit dem Zahnkranz des Mahltellers kämmen.
Aus der DE 76 20 223 U1 ist eine Walzenmühle bekannt, unter deren Mahlteller ein Zahnring angebracht ist. Mit dem Zahnring kämmen die Ritzel von vier Hydraulikmotoren, die im Boden des Mühlengehäuses befestigt sind.
Die DE 103 43 218 A1 offenbart ein Sicherheitssystem für die Verfügbarkeit einer Mahlanlage mit einer Wälzmühle, wobei zur Realisierung einer nahezu hundertprozentigen Redundanz insbesondere sechs Mahlwalzen vorgesehen sind. Die Wälzmühle ist derart ausgelegt, dass 80% der vollen Mahlleistung in einem Vier-Walzen-Betrieb erbracht werden.
In der DE 201 06 177 U1 ist ein Kollergang mit Hauptantrieb und Zusatzantrieben offenbart. Der Hauptantrieb treibt direkt die Königswelle an. Die auf der Königswelle abrollenden Läufer werden von jeweils einem Zusatzantrieb angetrieben.
Trotz der theoretischen Vorteile dieser Mehrmotor-Antriebskonzepte konnten sie sich in der Praxis nicht durchsetzen. Gründe hierfür sind der im Vergleich zu Antrieben mit Elektromotor und Getriebe niedrigere Wirkungsgrad sowie geringere Verfügbarkeit und Lebensdauer der Hydraulikkomponenten. Das beschriebene Zwei-Antriebs-Konzept konnte sich nicht durchsetzen, weil sich im Betrieb erhebliche Drehmomentüberhöhungen ausbilden, die eine Überlastung der Getriebe bis hin zur Zerstörung zur Folge haben können. Außerdem war es nicht möglich, beim Ausfall eines Antriebs den Mühlenbetrieb mit der erforderlichen Kapazität aufrecht zu erhalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für Walzenmühlen anzugeben, welches es erlaubt, Wartungs- und Reparaturarbeiten ohne Unterbrechung des Gesamtprozesses durchzuführen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein erster Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist die erhöhte Verfügbarkeit dank der Möglichkeit, die Mühle mit hinreichender Kapazität weiter betreiben zu können, wenn ein Antrieb ausfällt.
Ein zweiter Vorteil ist, dass jeder einzelne Antrieb nur einen Teil der Mühlenantriebsleistung aufbringen muss. Dies bedeutet, dass die Elektromotoren und die Getriebe als Serienkomponenten produziert werden können. Es besteht erstmals die Möglichkeit, Antriebe bzw. Antriebskomponenten wirtschaftlich vorrätig zu halten, so dass ein schneller Austausch möglich ist.
Ein dritter Vorteil des erfindungsgemäßen Konzepts ist dadurch bedingt, dass Getriebe geringer Leistung mit höheren Untersetzungen gebaut werden können. Dies hat wiederum zur Folge, dass zum Antrieb Elektromotoren mit hoher Drehzahl verwendet werden können. Elektromotoren hoher Drehzahl bauen erheblich kleiner als leistungsgleiche Elektromotoren mit geringer Drehzahl. Auf diese Weise wird eine weitere Reduzierung der Baugrößen und Gewichte möglich.
Ein vierter Vorteil des erfindungsgemäßen Konzeptes ist darin zu sehen, dass kleine Elektromotoren und kleine Getriebe kleinere Trägheitsmomente besitzen und daher dynamischer sind als große. Es ist daher möglich, mit einer dynamischeren Regelung schneller auf die Erfordernisse des Mahlvorgangs zu reagieren.
Ein fünfter Vorteil des erfindungsgemäßen Konzeptes ist der Wegfall des sogenannten Maintenance-Antriebs. Dessen Aufgabe kann einer der Hauptantriebe übernehmen.
Ein sechster Vorteil des erfindungsgemäßen Konzeptes ist darin zu sehen, dass die Getriebe jetzt anordnungs- und bauartbedingt eine Sichtkontrolle ohne Demontage ermöglichen.
Vorzugsweise ist der Zahnkranz, auf den die Ritzel der einzelnen Antriebe kämmen, Bestandteil der Mahlschüssel durch Anflanschen oder Angießen. Die Verzahnung kann eine Innen- oder eine Außenverzahnung sein.
Des weiteren hat es sich als Vorteil herausgestellt, dass jeder Antrieb mit nur einem einzigen, vorzugsweise kippbeweglichen Ritzel ausgerüstet ist. Schädliche Drehmomentüberhöhungen, wie sie bei dem in der DE 39 31 116 C2 beschriebenen Antriebskonzept auftreten können, scheiden damit aus.
Vorteilhafterweise sind die Elektromotoren der Antriebe über Frequenzumrichter gespeist, mit deren Hilfe Drehzahl und Drehmoment geregelt werden.
Vorteilhafterweise sind die Frequenzumrichter nach dem Master-Slave-Prinzip organisiert. Dadurch ist sichergestellt, dass alle Antriebe synchron arbeiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems sind drei und mehr Antriebe vorgesehen, wobei darauf geachtet wird, dass die Radialkräfte möglichst symmetrisch auf den Zahnkranz wirken. Dabei kann den räumlichen Gegebenheiten vor Ort entsprechend vorgegangen werden. Auch muss das Abschalten von Antrieben nicht ausschließlich durch Wartungs- oder Reparaturarbeiten bedingt sein; vielmehr ist es möglich, einzelnen Antriebe abzuschalten, wenn weniger Mahlleistung benötigt wird.
Vorteilhafterweise werden als Elektromotoren Standard-Asynchronmotoren an Stelle der heute üblichen Schleifringmotoren eingesetzt. Asynchronmotoren sind besonders einfach und robust aufgebaut und besitzen insbesondere beim zweipoligen Aufbau die höchste Ausgangsdrehzahl und damit bei gleicher Leistung das kleinste Bauvolumen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Antrieb auf einer Lafette montiert. Auf diese Weise kann der Antrieb besonders einfach aktiviert und deaktiviert werden.
Die Antriebsmotoren können waagerecht oder senkrecht angeordnet sein. Bei senkrechter Anordnung entfällt die Kegelradstufe des Getriebes.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wälzmühle als Schnittansicht,
2 eine Draufsicht auf die Wälzmühle der 1 und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wälzmühle als Draufsicht.
1 als Schnittansicht und 2 als Draufsicht zeigen rein schematisch eine erste Wälzmühle. Man erkennt ein Gehäuse 1, in dem auf einem Axiallager 4 ein Mahlteller 7 mit Mahlbahn 2 drehbar gelagert ist. Auf der Mahlbahn 2 rollen Mahlwalzen 3 ab, deren Anpressdruck mit Hilfe von Zugstangen 6 mit hydraulischem Spannzylinder erzeugt wird.
Mit dem Mahlteller 7 mechanisch verbunden ist ein Zahnkranz 5. Die Verbindung kann durch Schrauben oder Schweißen erfolgen. Es ist auch möglich, den Zahnkranz 5 direkt an den Mahlteller 7 anzuarbeiten.
Um das Mühlengehäuse 1 herum sind mehrere Antriebe, bestehend aus Elektromotor 10 und Untersetzungsgetriebe 11, verteilt angeordnet. Die Getriebe 11 sind Kegelrad-Untersetzungsgetriebe, deren Abtriebritzel 12, die vorzugsweise selbsteinstellend sind, mit dem Zahnkranz 5 kämmen.
2 zeigt als Draufsicht um das Mühlengehäuse 1 herum sechs Antriebe, bestehend aus Elektromotor 10 und Kegelrad-Untersetzungsgetriebe 11, verteilt angeordnet. Die Elektromotoren sind mit horizontaler Achse eingebaut.
3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel. Hier sind die Antriebsmotoren 10 vertikal montiert, so dass die bei den herkömmlichen Getrieben erforderliche Kegelradstufe entfällt. Das Getriebe 11' ist ein reines Stirnrad-Untersetzungsgetriebe. Der Elektromotor 10, bei dem es sich vorteilhafterweise um einen Standard-Asynchronmotor mit vorgeschaltetem Frequenzumrichter handelt, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Grube montiert.
Bei Ausfall eines Antriebs arbeiten die restlichen Antriebe ungestört weiter und bringen auch die erforderliche Mahlleistung. Der defekte Antrieb kann, wenn er auf einer Lafette montiert ist, ohne Unterbrechung des Mahlvorgangs herausgezogen werden. Falls die Antriebe fest montiert sind, genügt in jedem Fall eine nur kurze Unterbrechung des Mahlvorgangs. Während dieser kurzen Zeitspanne kann gemahlenes Mahlgut einem Zwischensilo entnommen werden, so dass der Gesamtprozess, z. B. die Herstellung von Zement im Drehrohrofen oder die Speisung eines Kraftwerks mit Kohlestaub, nicht unterbrochen werden muss.

Claims

Aktiv redundantes Antriebssystem für Wälzmühlen, welche – ein Gehäuse (1), – einen rotierenden Mahlteller (7) mit Mahlbahn (2), – auf der Mahlbahn (2) abrollende Mahlwalzen (3), – ein Axiallager (4) – und einen Antrieb aus Elektromotor (10) und Untersetzungsgetriebe (11, 11') zum Antreiben der Mahlbahn (2) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass – jeder Antrieb auf einer Lafette montiert ist, – das Getriebe (11') ein ein- oder mehrstufiges Stirnradgetriebe ist, – das Getriebegehäuse Inspektionsöffnungen zur Begutachtung der Zahneingriffe besitzt, – eine ständige Verfügbarkeit von wenigstens zwei Antrieben (10, 11, 11') durch die Anordnung von mehr als zwei Antrieben (10, 11, 11') gesichert ist, – und die wenigstens zwei Antriebe (10, 11, 11') die erforderliche Mahlleistung der Wälzmühle erbringen.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mahlteller (7) ein Zahnkranz (5) zugeordnet ist und dass die Antriebe je ein Ritzel (12) besitzen, das mit dem Zahnkranz (5) kämmt.
Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzel (12) selbsteinstellend sind.
Antriebssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Elektromotoren (10) zum Lastausgleich ein Frequenzumrichter zugeordnet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumrichter nach dem Master-Slave-Prinzip organisiert sind.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (10) Asynchronmotoren sind.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Elektromotoren (10) mit hoher Drehzahl eingesetzt sind.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (10) vertikal montiert sind.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass den Elektromotoren (10) zur Anpassung an die Drehzahl der Mahlbahn (2) ein Frequenzumrichter zugeordnet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein hochdynamisches Regelungssystem eingesetzt ist.