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Verfahren zum Regeln einer Trommelmühle Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Regeln einer mit loser Mahlkörperfüllung arbeitenden Trommelmühle,
deren Luft- und Mahlgutdurchsatz in Abhängigkeit von einer Leistungsgröße, etwa
dem Dampfdruck des mit dem erzeugten Brennstaub befeuerten Dampferzeugers, geregelt
wird.
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Trommelmühlen haben einen großen Leerlaufkraftbedarf, der von der
Mahlleistung fast unabhängig ist, Es wird daher angestrebt, solche Mühlen dauernd
vollbelastet arbeiten zu lassen. Das ist möglich, wenn die Abnahme des Mahlgutes
gleichbleibend ist, wie dies bei Bunkerung des Gutes zutrifft.
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Wenn solche Mühlen als Kohlenmühlen unmittelbar oder mit geringer
Pufferung auf die Brennereinrichtung eines Dampferzeugers arbeiten, muß die Mahlleistung
der jeweiligen Dampfabgabe angepaßt werden. Dies geschieht im allgemeinen durch
entsprechend geregelte Kohlenzufuhr in die Mühle und entsprechende Luftzufuhr zu
den Brennern. Da eine solche Mühle nicht dauernd im Verhältnis des günstigsten Kraftbedarfs
arbeiten kann, besteht erhöhtes Interesse, diesen Kraftbedarf gering zu halten.
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Es ist bekannt, daß bei Trommelmühlen Mahlleistung und Kraftbedarf
mit der Drehzahl ungefähr proportional ansteigen bis zu einem Scheitelpunkt. Da
dieser Scheitelpunkt der Kraftbedarfskurve früher erreicht wird als der der Mahlleistung,
hört diese Proportionalität bereits vor dem Erreichen des Scheitels der Kraftbedarfskurve
auf. Es ergibt sich vom überschreiten dieser sogenannten kritischen Drehzahl an
einen Zustand, bei dem einer weiteren Vergrößerung der Drehzahl eine Steigerung
der Mahlleistung bei gleichzeitiger Abnahme des Kraftbedarfes entspricht. Das Verhältnis
wird instabil, die Mühle würde zum Durchgehen neigen, wenn ihre Drehzahl nicht begrenzt
wäre.
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Bei den üblicherweise zum Antrieb solcher Mühlen verwendeten Elektromotoren
ist nur der Synchronmotor in der Drehzahl stabil, er gleicht die Beanspruchung durch
Veränderung des cos (p aus. Er benötigt also, da es sich gewöhnlich um große Leistungen
handelt, einen Phasenausgleicher, etwa einen Kondensator, andererseits, da er auf
Synchrondrehzahl gebracht werden muß, einen Anwurfmotor. Aus diesen Gründen wird
der Asynchronmotor, besonders der mit Käfigankerwicklung, bevorzugt. Er arbeitet
mit Schlupf untersynchron und paßt sich dadurch der Belastung an. Im überkritischen
Gebiet würde jedoch der Schlupf bereits genügen, um ein Durchgehen bis zur Synchrondrehzahl
zuzulassen. Daher ist es üblich, Trommelmühlen mit Asynchronmotor im unterkritischen
Bereich arbeiten zu lassen.
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Da das überkritische Gebiet jedoch eine Kraftersparnis ermöglicht,
soll gemäß der Erfindung die Trommelmühle im überkritischen Bereich arbeiten und
in der Weise in ihrer Drehzahl geregelt werden, daß aus der jeweiligen Drehzahl
der Mühle und der in ihr gleichzeitig herrschenden Luftgeschwindigkeit in einem
Regler ein Mischimpuls gebildet wird, der als Stellgröße auf die Mühlendrehzahl
steuernd einwirkt. Ferner kann die in der Mühle herrschende Luftgeschwindigkeit
die Mahlgutzuteilung zusätzlich beeinflussen, Das Regelverfahren kann in der Weise
ausgeübt werden, daß die Mischimpulsbildung in einem pneumatischen Regler erfolgt,
der auf ein zwischen Mühlenantriebsmotor und Mühlenantriebsritzel geschaltetes hydraulisches
Getriebe einwirkt. Dabei kann der pneumatische Regler aus einem Fliehkraftregler
bestehen, der über eine federbelastete Kontrollspindel auf den Steuerkolben eines
pneumatischen Impulsgebers einwirkt, wobei die Vorspannung der Spindelfeder von
einer Steuermembran verstellt wird, die den an einer Staublende im Mühlenansaugrohr
erzeugten Differenzdruck abbildet.
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Die Regelung der eine Kohlenmühle durchströmenden Luftmenge auf gleichbleibende
Luftmenge und der Brennstoffmenge in Abhängigkeit vom Dampfdruck des unmittelbar
befeuerten Dampferzeugers ist bekannt. Ferner ist die funktionelle Abhängigkeit
des Kraftbedarfes einer Mühle von der Mahlgutmenge bekannt, Auch ist die Bildung
und Anwendung von Mischimpulsen zur Regelung von Mahlanlagen bekannt. Schließlich
sind auch Fliehkraftregleranordnungen bekannt, durch welche bei
Absinken
der Drehzahl unter eine Gefahrengrenze verschiedene Schaltvorgänge veranlaßt werden.
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Diese bekannten Maßnahmen werden bei Drehzahlen der Mühle unterhalb
der kritischen Drehzahl, genauer gesagt, innerhalb der Proportionalitätsgrenze.
angewandt oder haben die Aufgabe, die Drehzahl der Mühle am überschreiten dieser
Grenze zu hindern. Im Gegensatz dazu soll die Mühle gemäß der Erfindung im überkritischen
Bereich arbeiten, und die Regelmaßnahmen dienen dazu, die Drehzahl der Mühle innerhalb
dieses engen Bereiches dem Bedarf an Mahlleistung anzupassen.
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In der Zeichnung ist ein Anwendungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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A b b. 1 gibt eine schematische Darstellung einer Trommelmühle mit
Sichter, Ventilator und Mahlgutzuteiler mit den erforderlichen Antriebs- und Regelvorrichtungen
wieder; A b b. 2 gibt einen vereinfachten Querschnitt einer Trommelmühle wieder
mit den Bahnen der Mahlkörper bei verschiedenen Umdrehungsgeschwindigkeiten der
Trommel; A b b. 3 gibt in Kurvenform den Zusammenhang zwischen Trommeldrehzahl,
Kraftbedarf und Mahlleistung wieder; A b b. 4 stellt das Regelgerät schematisch
dar. Ausgehend von A b b. 2 wird zunächst das Verhalten der Mühle bei verschiedenen
Drehzahlen erläutert. Wie schon erwähnt, setzt sich der Kraftbedarf einer Trommelmühle
aus zwei Komponenten zusammen, dem Leerlaufkraftbedarf, der der überwindung des
Reibungswiderstandes dient und der ungefähr proportional ist der Drehzahl, und dem
Leistungskraftbedarf, der zunächst ebenfalls proportional mit der Drehzahl ansteigt.
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Das Prinzip der Trommelmühle beruht darauf, daß die lose Mahlkörperfüllung
bei der Drehung durch Reibung, gegebenenfalls unterstützt durch stufenförmige Ausbildung
der Panzerung, mit einem Teil des Mahlgutes in der Drehrichtung angehoben wird und
bei überschreiten der Hubgrenze zurückfällt oder rutscht, wobei durch die Fallenergie
das Mahlgut zerkleinert wird. Mit steigender Drehzahl macht sich der Einfluß der
Fliehkraft in zunehmendem Maße geltend, und zwar stärker auf die schweren Mahlkörper
als auf das leichtere Mahlgut. Die Schwerkraft wirkt auf die Mahlkörper in unveränderlicher
Größe und in lotrechter Richtung. Die Fliehkraft dagegen ist abhängig von der Drehzahl
und wirkt jeweils in radialer Richtung. Die Resultierende erreicht ihren kleinsten
Wert im Scheitel der Trommel. Wenn die Drehzahl so groß ist, daß die Fliehkraft
die Größe der Schwerkraft überschreitet, klebt die Mahlkörperfüllung gewissermaßen
am Mantel, die Mahlleistung geht annähernd auf Null zurück, und der Kraftbedarf
der Mühle wird durch den Leerlaufkraftbedarf bestimmt.
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Bevor jedoch diese überdrehzahl erreicht wird, durchläuft die Drehzahl
ein übergangsgebiet, in welchem ein Teil der Mahlkörper annähernd bis zum Scheitel
gehoben wird, dann aber abfällt und infolge der ihm .erteilten Tangentialgeschwindigkeit
jenseits der durch die Scheitellinie gedachten lotrechten Ebene auf die Mühlenwand
zurückfällt. Die Fallenergie dieser Mahlkörper, soweit sie nicht in Zerkleinerungsarbeit
umgesetzt wird, wirkt beschleunigend auf die Mühle und hat daher die Wirkung, daß
der Kraftbedarf bei gleichgehaltener Drehzahl absinkt oder, bei konstanter Energiezufuhr,
daß die Drehzahl der Mühle sich erhöht.
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Diese Mahlkörperbahnen sind in A b b. 2 angenähert dargestellt. Im
proportionalen Gebiet bewegen sich die Mahlkörper innerhalb des Mantels 2 der Mühle
1 in geschlossenen Kurven m. In A b b. 3 ist in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit
n dazu der Kraftbedarf N und die Mahlleistung Q dargestellt. Der Kraftbedarf
setzt sich zusammen aus dem Leerlaufkraftbedarf, der durch die ansteigende gestrichelte
Gerade durch den Nullpunkt wiedergegeben wird, und dem Leistungskraftbedarf, der
den Unterschied zur Kurve N wiedergibt.
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Wird die Mühlendrehzahl erhöht, so fallen Mahlkörper nach den Bahnen
3, der A b b. 2 auf die abwärtsgehende Wand 2 und wirken beschleunigend im Drehsinn.
Entsprechend löst sich in A b b. 3 die Kurve N aus der Proportionalität mit
der Kurve Q
und fällt, während bei weitersteigender Drehzahl die Mahlkörper
in A b b. 2 die Bahn z einschlagen und schließlich die Wand 2 überhaupt nicht mehr
verlassen, nachdem sie den Scheitelpunkt überschritten hat, bis in die Nähe der
Leerlauflinie ab.
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Da die aus der Scheitelnähe fallenden Mahlkörper sehr wirksam an der
Zerkleinerung teilnehmen, steigt in A b b. 3 die Leistungskurve Q noch an, während
die Kraftbedarfskurve N bereits abfällt. Die Kurve Q muß zwar später die Nullinie
erreichen, doch läßt die eingezeichnete Ordinate erkennen, daß im Gebiet des Scheitels
der Leistungskurve Q die größte Leistung mit geringem Kraftbedarf aus der Mühle
herausgeholt werden kann.
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Um die Mühle in diesem instabilen Drehzahlbereich betreiben zu können,
ist eine Regeleinrichtung erforderlich, welche Drehzahlschwankungen der Mühle verhindert,
da sich sonst ein Pendeln einstellen würde, das die Einhaltung des günstigsten Verhältnisses
unmöglich machen würde. Zu diesem Zweck ist die in A b b. 1 dargestellte Mahlanlage
mit den nachstehend beschriebenen Regelvorrichtungen versehen.
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Die Trommelmühle 1 besteht aus einem zylindrischen Mantel 2 und zwei
kegeligen Stirnwänden 3, 4 mit rohrförmigen Zapfen 5, 6, die in nicht dargestellten
Drehlagern ruhen. Der Mühlenmante12 trägt einen Zahnkranz 7, in den ein Antriebsritzel
8 eingreift.
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Durch den Hohlzapfen 5 wird das Mahlgut und die Sichtluft der Mühle
1 zugeführt und das Staub-Luft-Gemisch durch den Hohlzapfen 6 und eine an ihn anschließende
Steigleitung 9 in einen Sichter 10
abgeführt. Aus diesem wird das Feinstaub-Luft-Gemisch
durch eine Rohrleitung 11 von einem Gebläse 12 angesaugt und in eine Leitung
13 gedrückt, die es zu den nicht dargestellten Brennern eines befeuerten Dampferzeugers
führt. Das in dem Sichter 10 ausfallende überkorn wird durch eine Grießrückführleitung
14 in das Fallrohr 15 der Mahlgutaufgabe geleitet.
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Die von einem nicht dargestellten Bunker od. dgl durch ein Rohr 16
zuströmende Kohle wird nach Maßgabe des Verbrauches mit Hilfe eines entsprechend
gesteuerten Zuteilers 17, beispielsweise eines Kratzbandförderers, in das Fallrohr
15 eingeworfen. Es mündet in eine an den Hohlzapfen 5 anschließende Luftleitung
18 ein, durch welche von dem Gebläse 12 die benötigte Trocknungs- und Förder-
Luft
angesaugt wird. Das Gebläse 12 wird über eine regelbare hydraulische Kupplung 19
von einem Elektromotor 20 angetrieben. Der Zuteiler 17 wird über einen Kontroller
22 od. dgl. von einem Elektromotor 21 angetrieben. Die Trommelmühle 1 wird von einem
Asynchrondrehstrommotor 23 über eine hydraulische Pumpe 24 mit Welle 24' und einen
hydraulischen Motor 25 mit Abtriebswelle 25' zum Ritzel8 angetrieben. Pumpe 24 und
Motor 25 bilden eine Einheit, welche eine regelbare hydraulische Kupplung darstellt.
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Die Mahlanlage wird gesteuert von einem pneumatischen Lastgeber 26,
der durch eine Leitung 27 Druckimpulse empfängt, welche Veränderungen des Dampfdruckes
des befeuerten Dampferzeugers entsprechen. Der Lastgeber 26 liefert über eine Steuerleitung
28 den Regeldruck für die hydraulische Kupplung 19 des Antriebsmotors 20 des Gebläses
12 sowie über die Steuerleitung 29 denselben Regeldruck für den Kontroller 22 des
Antriebsmotors 21 für den Kohlezuteiler 17.
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Die Mahlgutfüllung in der Mühle wird kontrolliert mit Hilfe eines
Tauchrohres 30, das von außen durch den Hohlzapfen 5 geführt ist und in Höhe des
normalen Füllspiegels offen endet, jedoch gegen Beschädigung durch Mahlkörper geschützt
ist. Diesem Rohr 30 wird eine gleichbleibende Luftmenge von außen zugeführt. Je
nach Höhe des Füllspiegels in der Mühle 1 verändert sich die aus dem Rohr 30 in
die Mühle 1 austretende Luftmenge, und die Druckschwankung in diesem Rohr wird als
Druckimpuls durch eine Steuerleitung 31 zu dem Kontroiler 22 des Antriebsmotors
21 für den Zuteiler 17 geleitet. Die Mahlgutzuteilung wird somit gesteuert in Abhängigkeit
vom Dampfdruck und wird berichtigt nach dem Füllungsgrad der Mühle.
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In der Luftzuleitung 18 zur Mühle 1 ist eine Stauscheibe 32 angeordnet.
Der Druckunterschied wird mittels Rohre 33, 34 einem Regelgerät 35 zugeleitet, das
mittels Welle 36 und Zahnradvorgelege 37 mit der Antriebswelle 25' des hydraulischen
Motors 25 verbunden ist. Das Regelgerät ist in A b b. 4 mit seinen wirksamen Teilen
ohne umgebendes Gehäuse dargestellt.
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Eine Welle 36 ist über ein Schneckengetriebe 38 mit einem Fliehkraftregler
verbunden. Die Fliehkraft der Kugeln wird durch in einem Querhaupt 39 gelagerte
Winkelhebel 40 in bekannter Weise auf eine Druckplatte 41 übertragen, an der eine
Spindel 42 befestigt ist. Den Gegendruck übt eine Schraubenfeder 43 aus, die sich
mit dem einen Ende gegen die Druckplatte 41 und mit dem anderen Ende gegen eine
Schraubenmutter 44 abstützt. Diese ist auf einem mit der Wand des Gehäuses 35 fest
verbundenen Schraubenbolzen 45 drehbar. Eine Membran 46, welche in dem geschlossenen
Gehäuse dem durch die Rohre 33, 34 vermittelten Differenzdruck unterliegt, der ein
Maß der Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Rohr 18 und damit auch ein Maß der
strömenden Luftmenge ist, überträgt ihre Durchbiegung mittels einer Druck- und Zugstange
47 auf einen mit der Gewindemutter 44 fest verbundenen Stellhebel 48 und verdreht
dadurch die Gewindemutter 44, wodurch die Spannung der Schraubenfeder 43 geändert
wird. Infolgedessen macht bei Veränderungen der im Rohr 18 strömenden Luftmenge
ein mit der Kolbenstange 42 verbundener Steuerkolben 49 in einem Steuerzylinder
50 eine axiale Bewegung und läßt die durch ein Rohr 51 ankommende Steuerluft in
entsprechender Menge als Steuerimpuls zu der Kraftübertragungseinheit 24, 25.
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Die Steuerungseinrichtung ist so ausgebildet, daß sie außer Betrieb
gesetzt und durch Handregelung ersetzt werden kann, was beim Anfahren und Abfahren
oder in Schadensfällen nützlich sein kann.