DE1073835B - Verfahren zum Regeln des Füllungsgrades von Trommelmühlen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Füllungsgrades von Trommelmühlen, insbesondere von solchen mit relativ großem Durchmesser und kleiner axialer Länge, bei dem die Mahlgutzufuhr von zwei vom Füllungsgrad der Mühle abhängigen Meßgrößen beeinflußt wird, von denen die erste von der je Zeiteinheit ausgetragenen Mahlgutmenge und die zweite von der Leistungsaufnahme des Mühlenantriebsmotors abgeleitet ist, wobei bei Abnahme der ersten Meßgröße eine Verminderung und bei Abnahme der zweiten Meßgröße eine Vergrößerung der Mahlgutaufgabe erfolgt.

Bei den bisher bekannten Verfahren zum Regeln des Füllungsgrades von Mühlen wurde auf die Mahlgutzufuhr im Sinne einer Vergrößerung oder Verkleinerung nur eingewirkt, wenn die eine und/oder die andere der beiden Meßgrößen sich von dem ihr zugeordneten· Sollwert entfernte. Der Nachteil dieser Ein-Aus-Regelung besteht in einer sehr großen Neigung zu Pendelungen und Überkorrekturen, die leicht zu einer Überfüllung der Mühle führen, welche erfahrungsgemäß auf Grund der verringerten Arbeitsfähigkeit einer überfüllten Mühle nur sehr schwer zu beseitigen ist. Des weiteren ist auch noch von Nachteil, daß möglicherweise durch Störgrößen, die allein von der Beschaffenheit des Mahlgutes abhängen, eine Änderung der Mahlgutzufuhr eingeleitet wird, obwohl der Mühlenfüllungsgrad noch dem gewünschten Sollwert entspricht.

Um diese vorgenannten Nachteile auszuschalten und eine verbesserte und vor allem stabilere Regelung zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, aus den beiden Meßgrößen, wie es an sich bereits für andere Regelungsprobleme (Kesselregelung, Kohlenstaubfeuerung) bekanntgeworden ist, einen Mischimpuls zu bilden, wobei dann aber die beiden Meßgrößen derart aufeinander abgestimmt sind, daß bei Zunahme der ersten Meßgröße und gleichzeitiger Abnahme der zweiten Meßgröße, nämlich bei Unterbelastung der Mühle, die zweite Meßgröße vorherrscht, während bei gleichzeitiger Abnahme beider Meßgrößen, nämlich bei Überbelastung der Mühle, die erste Meßgröße vorherrscht. Durch eine derartige Abstimmung der beiden Meßgrößen wird erreicht, daß die Regelcharakteristik insbesondere bei großen Füllungsgraden der Mühle einen steilen Verlauf aufweist, was gerade für die Regelung von Trommelmühlen besonders vorteilhaft ist, da es bekanntlich bei diesen Mühlen schwieriger ist, eine überfüllte Mühle auf ihre Sollführung herabzuregeln als umgekehrt.

Als erste Meßgröße kann die durch das ausgetragene Mahlgut hervorgerufene Lichtextinktion im Mühlenaustragrohr verwendet werden. Bei mittleren und großen Mühlen empfiehlt es sich jedoch, wenn der Verfahren zum Regeln des Füllungsgrades von Trommelmühlen

Anmelder:

David Weston, Toronto, Ontario (Kanada)

Vertreter: Dr. rer. nat, F. Vollmer, Patentanwalt,
Hamburg-Wandsbek, Schloßstr. 2-6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. November 1951 und 15. April 1952

David Weston, Toronto, Ontario (Kanada),
ist als Erfinder genannt worden

Durchmesser des Mühlenaustr,agrohres zu groß wird, als erste Meßgröße den Kehrwert der Schallintensität der Mühle zu verwenden. Bei der Aufnahme des Schalles werden vorzugsweise die niederfrequenten Komponenten des Schalles in Filterkreisen abgesondert und nur die hochfrequenten Komponenten des Schalles zur Bildung der ersten Meßgrößen herangezogen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Mischimpuls in einer Brückenschaltung von einem Bezugsimpuls subtrahiert und der hierbei erzeugte Differenzimpuls als Stellgröße für die Materialzufuhr der Mühle verwendet.

Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Diese zeigt eine schematische Ansicht einer Trommelmühle und der zugehörigen, als Blockdiagr,amm dargestellten elektrischen Regelanlage.

Die Mühle 110 mit Luftaustrag wird durch den Elektromotor 111 über einen üblichen Riemen- und Zahnradantrieb angetrieben. Die Mühle 110 wird aus einem Bunker 112 mit einem Förderband 113 und einer Rutsche 114 beschickt, durch die das von dem Förderband 113 zugeführte Mahlgut der axial einmündenden Einlaßöffnung 115 der Mühle 110 zugeleitet wird. Der Bunker 112 ist in zwei Kammern 116, 117 unterteilt, von denen die eine das gröbere und die andere das feinere Mahlgut enthält. Der Mahlgutaustritt aus den Kammern 116, 117 wird durch die elektrischen, schwingend arbeitenden Aufgabevorrichtungen 118, 119 gesteuert. Das gemahlene Gut wird aus der Mühle durch einen" Luftstrom ausgetragen und

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einem Sichter zugeführt, welcher aus einem geneigten Rohr 120 und einem damit verbundenen senkrechten Rohr 121 besteht und die Aufgabe hat, das Material von zu grpßer Körnung wieder in die Trommel zurückzuführen.

Ein Stromwandler 122 gibt ein elektrisches Signal, das proportional der der Mühle zugeführten Leistung ist. Dieser Wandler 122 ist in nur eine der drei Netzleitungen 123 des dreiphasigen Induktionsmotors 111 eingeschaltet, da angenommen ist, daß alle drei Phasen des Motors gleichmäßig belastet sind.

Eine photoelektrische Vorrichtung 124 zum Prüfen der Dichte des durch die senkrechte Leitung 121 ausgetragenen Mahlgutes der Mühle 110 gibt infolge einer Lichtextinktion ein Signal, das im wesentlichen dem Mühlenaustrag proportional ist. Die photoelektrische Vorrichtung kann eine Photozelle sein, die einen quer durch das Rohr 121 hindurchgehenden Lichtstrahl auffängt, wie es für photoelektrische Rauchmelder bekannt ist.

Das vom Stromwandler 122 kommende Leistungsaufnahmesignal und das von der photoelektrischen Vorrichtung erzeugte Austragssignal werden durch die Gleichrichter 125, 127 gleichgerichtet. Nach einer Reversierung des Austragssignals durch einen Reversierkreis 128 summieren sich beide Signale zu einem Mischimpuls, der einer Brückenschaltung 126 zugeleitet wird. Eine Bezugsspannung (Sollwert), die dem Mischimpuls bei optimalem Wirkungsgrad der Mühle entspricht, wird von einem Bezugsspannungskreis 129 der Brücke 126 zugeführt, um dor,t mit dem Mischimpuls verglichen zu werden. Das sich ergebende Differenzsignal wird einem Verstärker 130 zugeleitet, dessen Ausgang mit dem Steuerstromkreis eines Antriebes 131 in Verbindung steht, mit dem die Aufgabevorrichtungen 118, 119 angetrieben werden. Auf diese Weise wird die dem Förderband 113 zugeführte Mahlgutmenge in Abhängigkeit vom Differenzsignal gesteuert.

Die Mahlgutaufgabe auf das Förderband 113 wird auf diese Weise so gesteuert, daß die Mühle 110 mit optimalem Füllungsgrad arbeitet. Bei optimalem Füllungsgrad hat eine Vergrößerung der vom Motor 111 aufgenommenen Leistung eine Verminderung der Mahlgutaufgabe zur Folge. Ebenso bewirkt eine Abnahme des Materialaustrags der Mühle 110 eine Abnahme der Mahlgutaufgabe. Unter diesen Bedingungen kann offensichtlich der optimale Arbeitspunkt der Mühle beliebig lange aufrechterhalten bleiben.

Die Signalerzeugungskreise, der Bezugssignalkreis, der Vergleichskreis und die Regelstrecken sind in üblicher Weise ausgebildet und arbeiten vorzugsweise elektronisch.

Der erste Schritt bei der Inbetriebnahme einer Mühle, die gemäß der Erfindung geregelt wird, besteht in der empirischen Festsetzung der Werte für das Leistungsaufnahmesignal und den Mahlgutaustrag, die unter gegebenen Bedingungen die optimale Wirkung ergeben. Diese Bestimmung kann dadurch erfolgen, daß die Mühle bei normaler Mahlgutaufgabe in Tätigkeit gesetzt wird und das vom Stromwandler 122 erzeugte Leistungsaufnahmesignal sowie das von der Photozelle 124 kommende Austragssignal aufgezeichnet werden. Das Bezugssignal kann dann entsprechend mit Potentiometern od. dgl. eingestellt werden. Vorteilhaft wird das Austragssignal so eingestellt, daß es bei optimalen Bedingungen gleich Null ist und somit die Summe vom Austragssignal und Leistungsaufnahmesignal dem letzteren gleicht. Wenn die Mühle das zugeführte Material so schnell verarbeiten kann wie es zuströmt, kann die Materialaufgabe in einem solchen Ausmaß erfolgen, daß der Mühlenmotor mit Nennleistung arbeitet. Wird das Austragssignal auf dem angegebenen Wert gehalten, so wird, sobald die Leistungsaufnahme des Motors den Nennwert übersteigt, die Materialaufgabe sofort vermindert, so daß eine Überlastung des Motors unterbunden ist. Ferner ergibt sich bei dieser Anordnung bei jeder Abnahme der. Austragsmenge ein positives Austragssignal, welches, wenn es zu dem Leistungsaufnahmesignal hinzukommt, die Summe beider Signale größer macht als das Bezugssignal, so daß es zu einer Verminderung der Materialaufgahe kommt und eine Überlastung der Mühle verhindert wird. Die Signalsumme wird im Vergleichskreis 126 mit der Bezugsspannung (Sollwert) verglichen. Die Ausgangsspannung des in Brückenschaltung arbeitenden Vergleichskreises wird durch den zweistufigen Röhrenverstärker 130 verstärkt. Der Verstärker 130 ist so geschaltet, daß bei Zunahme der Ausgangsspannung des Vergleichskreises 126 die Mahlgutaufgabe mit den Vorrichtungen 118, 119 vermindert wird, und umgekehrt bei Abnahme der Ausgangsspannung eine Vergrößerung der Aufgabe erfolgt.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Steuerung erläutert unter der Voraussetzung, daß die Bezugsspannung auf eine Größe eingestellt worden ist, die dem optimalen Wirkungsgrad der Mühle entspricht, und daß die Stromzufuhr zu dem Mühlenmotor und der Austrag der Mühle normal sind. Unter diesen Bedingungen ist die Spannung des vom Vergleichskreis 126 zu dem Verstärker 130 geleiteten Signals sehr nahe Null und die durch die Vorrichtungen 118, 119 bestimmte Mahlgutaufgabe am größten.

1. Wenn sich der Mühlenaustrag verringert, da z. B. ein härteres Material zu verarbeiten ist, ergibt sich folgendes:

a) Die von der photoelektrischen Vorrichtung 124 ausgesandten Signale werden kleiner.

b) Die Ausgangsspannung des Vergleichskreises wird größer.

c) Die Materialaufgabe wird geringer, so daß die Summe aus Leistungsaufnahmesignal und Austragssignal im wesentlichen wieder gleich der Bezugsspannung wird.

2. Wenn die Belastung des Mühlenmotors 111 zu groß wird, ergibt sich folgendes:

a) Das Leistungsaufnahmesignal des Stromwandlers steigt an.

b) Die Ausgangsspannung des Vergleichskreises wird größer.

c) Die Materialaufgabe wird geringer, so daß die Summe aus Leistungsaufnahmesignal und Austragssignal im wesentlichen wieder gleich der Bezugsspannung wird.

3. Wenn die Bezugsspannung (Sollwert) am Vergleichskreis abnimmt, sinkt die Mahlgutaufgabe zur Mühle, so daß die Summe aus Leistungsaufnahmesignal und dem Austragssignal gleich der Bezugsspannung wird.

4. Im Gegensatz zu den unter 1 bis 3 angegebenen Bedingungen nimmt die Mahlgutaufgabe zu der Mühle 110 zu und erreicht eine Größe, die den neuen Arbeitsbedingungen entspricht, wenn der Mühlenaustrag steigt und der dem Motor zugeführte Strom abnimmt oder die Bezugsspannung größer gemacht wird.

Zum Festsetzen der, minimalen und maximalen Materialaufgabe der Mühle und des Anteiles an groben und feinen Teilen, sind von Hand betätigte Steuerungen vorgesehen.

Die vorstehenden Darlegungen lassen erkennen, daß mit der erfindungsgemäßen Steuerung der optimale Füllungsgrad aufrechterhalten werden kann. Jede Änderung im Austrag der Mühle und in der Leistungsaufnahme wird sofort durch eine Veränderung der Mahlgutaufgabe ausgeglichen. Bei einer anderen Ausführungsform wird an Stelle des Lichtextinktionssignals ein Geräuschsignal verwendet. Das Lichtsignal arbeitet bei kleinen Mühlen befriedigend. Bei großen Mühlen ist aber das Volumen des durch den Auslaßkanal hindurchströmenden Materials so groß, daß Schwierigkeiten bei der Querprpjektion des Lichtsignals durch den Kanal entstehen.

Das Motorsignal ist eine Gleichspannung, die proportional der Motorleistung ist. Bei einer Verminderung dieser Spannung nimmt die Mahlgutaufgabe im allgemeinen zu, bis die Motorleistung wieder auf den normalen Stand gelangt ist. Oberhalb eines kritischen Füllungsgrades würde bei einer Abnahme der Leistungsaufnahme eine zu große Materialaufgabe eintreten. Wenn der Füllungsgrad durch das Leistungsaufnahmesignal weiter, ansteigen würde, würde die überfüllte Mühle schließlich als reines Schwungrad arbeiten und durchgehen. Um festzustellen, ob die Steuerung auf dem stabilen oder instabilen Zweig der Leistungskurve arbeitet, wird ein zweites Signal benötigt. Dieses zweite Signal ist das Schallsignal, das durch das Mühlengeräusch entsteht und bei kleinen Füllungsgraden am größten ist. Das Geräusch wird weniger, wenn der Mühlenfüllungsgrad zunimmt. Beim Beginn der Überlastung nimmt das Schallsignal schnell ab. Auf diese Weise wird also durch das Schallsginal die Größe des Mühlenfüllungsgrades angezeigt. Wenn die Mühle in einem bestimmten Augenblick mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet und die Schallintensität abnimmt, ist ein Ansteigen des Füllungsgrades angezeigt, d. h., die Mühle arbeitet langsamer, als Material zugeführt wird. Es wird also durch eine Abnahme des Geräusches gleichmäßige Mahlgutzufuhr vorausgesetzt, eine Abnahme des Mühlenaustrags angezeigt und umgekehrt.

Dies gilt, obwohl in einem bestimmten Bereich der Mühlenaustrag mit zunehmender Schallintensität abnimmt, d. h., der Füllungsgrad der Mühle zunimmt, bis ein Punkt erreicht ist, von dem an der Mühlenaustrag als auch die Schallintensität abnehmen. Das Geräuschsignal kann also als Kehrfunktion des Mühlenfüllungsgrades bei einer bestimmten Motorleistung angesehen werden, wobei eine Abnahme des Signals im allgemeinen eine Zunahme des Füllungsgrades anzeigt, Wenn Leistungssignal und Schallsignal zusammen betrachtet werden, kann also auf den Füllungsgrad der Mühle zurückgeschlossen werden.

Um ein einwandfreies Signal von den Mühlengeräuschen zu erhalten, muß zwischen ihnen und denen der Umgebung unterschieden werden. Dazu dient vorzugsweise ein Filter, das nur die eine höhere Frequenz aufweisenden Geräusche hindurchläßt. Das Schallsignal wird so eingestellt, daß es an dem vorgesehenen Arbeitspunkt einen geringen Wert hat, der bei Geräuschabnahme ansteigt.

Das Leistungsaufnahmesignal und das Schallsignal müssen gegeneinander so abgestimmt werden, daß bei einer; Abnahme des Leistungsaufnahmesignals und einer Zunahme des Schallsignals das Leistungsaufnahmesignal vorherrscht. Bei einer Abnahme des Leistungsaufnahmesignals und einer gleichzeitigen Abnahme des Schallsignals herrscht letzteres vor, wenn also die Mühle sich dem »Schwungrad-Zustand« nähert.

Zur Schallaufnahme dient z. B. ein permanenter Lautsprecher, der als dynamisches Mikrophon geschaltet und mit einem angepaßten Verstärker verbunden ist. Die Mikrophone werden unter der Mühlentrommel zwischen den Lagern an der vom Antriebsmotor abgewandten Seite angeordnet. Vorzugsweise sollen die Mikrophone auf die Mitte der Mühlenfüllung gerichtet sein.

Die Ausgangsspannung des Mikrpphonkreises wird, wie bei der ersten Ausfuhrungsform, dem Vergleichskreis 126 zugeleitet. Eine Vergrößerung der Schallintensität führt zu einer leichten Zunahme der Aufgabe und eine Abnahme zu einer größeren Verminderung der Aufgabe.

Das vom Verstärker 130 erzeugte Signal stellt sich bei materialbedingten Änderungen so ein, daß bei

1. einer Zunahme der aufgenommenen Leistung das Leistungsaufnahmesignal positiver wird und die Materialaufgabe abnimmt;

2. einer Abnahme der aufgenommenen Leistung das Leistungsaufnahmesignal weniger positiv wird und die Materialaufgabe zunimmt;

3. einer Abnahme der Schallintensität das Schallsignal positiver wird und die Materialaufgabe abnimmt;

4. einer Zunahme der Schallintensität das Schallsignal weniger positiv wird und die Materialaufgabe steigt.

Wenn die Mühle mit einer bestimmten Leistung arbeitet, die geringer ist, als es dem kritischen Punkt entspricht, bei dem eine Mühlenüberlastung erfolgt, treten bei einer Zunahme der Mahlgutaufgabe die Bedingungen 1 und 3 und bei einer Abnahme der Aufgabe die Bedingungen 2 und 4 gleichzeitig ein. Wenn die Mühle in dem kritischen Überlastungsbereich arbeitet, herrscht das Schallsignal vor, und hat die größte Steuerwirkung.

Claims (5)

Patentansprüche:

1.- Verfahren zum Regeln des Füllungsgrades von Trommelmühlen, insbesondere von solchen mit relativ großem Durchmesser und kleiner axialer Länge, bei dem die Mahlgutzufuhr von zwei vom Füllungsgrad der Mühle abhängigen Meßgrößen beeinflußt wird, von denen die erste von der je Zeiteinheit ausgetragenen Mahlgutmenge und die zweite von der Leistungsaufnahme des Mühlenantriebsmotors abgeleitet ist, wobei bei Abnahme der ersten Meßgröße eine Verminderung und bei Abnahme der zweiten Meßgröße eine Vermehrung der Mahlgutaufgabe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß aus den beiden Meßgrößen in an sich bekannter Weise ein Mischimpuls gebildet wird und die beiden Meßgrößen derart aufeinander abgestimmt sind, daß bei Zunahme der ersten Meßgröße und gleichzeitiger Abnahme der zweiten Meßgröße, nämlich bei Unterbelastung der Mühle, die zweite Meßgröße vorherrscht, während bei gleichzeitiger Abnahme beider Meßgrößen, nämlieh bei Überbelastung der Mühle, die erste Meßgröße vorherrscht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Meßgröße die durch das ausgetragene Mahlgut hervorgerufene Lichtextinktion im Mühlenaustragrohr verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere für mittlere und große Mühlen, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Meßgröße die von der Mühle erzeugte Schallintensität verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die niederfrequenten Komponenten des Schalles durch Filter abgesondert und nur die hochfrequenten Komponenten des Schalles zur Bildung der ersten Meßgrößen herangezogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischimpuls in einer Brückenschaltung von einem Bezugsimpuls (Soll-

wert) subtrahiert und der hierbei erzeugte Differenzimpuls als Stellgröße für die Materialzufuhr der Mühle verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 442971, 867 044; USA.-Patentschriften Nr. 1 395 089, 2 240 822, 308 917, 2 564767;

G. Schröder: »Die Technik der elektrischen

Kesselregelung« in der Siemens-Zeitschrift, 1951, Heft 4, S. 194.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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