DE3005658A1 - Verfahren und anlage zum regeln der differenzdrehzahl zweier mit unterschiedlicher drehzahl rotierender bauteile, insbesondere von zentrifugentrommel und foerderschnecke einer schneckenzentrifuge - Google Patents
Verfahren und anlage zum regeln der differenzdrehzahl zweier mit unterschiedlicher drehzahl rotierender bauteile, insbesondere von zentrifugentrommel und foerderschnecke einer schneckenzentrifugeInfo
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Description
Verfahren und Anlage zum Regeln der Differenzdrehzahl zweier mit unterschiedlicher Drehzahl rotierender Bauteile, insbesondere
von Zentrifugentrommel und Förderschnecke einer Schneckenzentrifuge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Regeln der Differenzdrehzahl zweier mit unterschiedlicher
Drehzahl rotierender Bauteile, insbesondere von Zentrifugentrommel und Förderschnecke einer Schneckenzentrifuge.
Schneckenzentrifugen dienen zur Entwässerung sowohl von
dünnen, feststoffarmen Schlämmen als auch von an Feststoffen
reichen Dickschlämmen. Eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge hat eine in der Regel zylindrisch-konische, rotierende
Zentrifugentrommel, innnerhalb der eine in ihrer Außenkontur entsprechend angepaßte Förderschnecke rotiert, die im Vergleich
zur Trommel vor- oder nacheilend läuft. Die Förderschnecke hat die Aufgabe, die im Zentrifugalkraftfeld auf
der Trommelwand sedimentierten Feststoffteilchen zu den Feststoffaustragsöffnungen am konischen Ende der Zentrifugentrommel
zu fördern. Dabei wird der sedimentierte Feststoff
von der Schneckenwendel aus dem Flüssigkeits-Teich und auf den konischen Endteil der Trommelwand geschoben, wo die Nachentwässerung
des Feststoffes erfolgt, bevor er durch die Austrittsöffnungen abgeworfen wird.
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In der Praxis beträgt die Differenzdrehzahl zwischen Förderschnecke
und Zentrifugentrommel etwa 1 bis 20 Umdrehungen pro Minute, in einigen Fällen auch wesentlich mehr. Die
Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel soll so groß wie für den Transport der anfallenden Feststoffmenge nötig,
gleichzeitig aber so klein wie möglich sein, damit die Feststoffe möglichst lange auf dem Konusteil der Trommel verbleiben
und zur Erreichung eines niedrigen Restfeuchtewerts möglichst gut entwässert werden und außerdem die Feststoffsedimentation
möglichst wenig durch Turbulenzen gestört wird. Bei diesem Grenzbetrieb der Schneckenzentrifuge ist aber die
Gefahr des "Zufahrens" bzw. Verstopfens der Schnecke infolge
von Mengen- und/oder Konzentrationsschwankungen des Zulaufs groß. Dieser optimale Grenzbetrieb kann nur gefahren werden,
wenn man die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel sehr schnell und genau messen und sofort auf den aus der
augenblicklich vorhandenen und gemessenen Feststoffbelastung notwendigen Wert regeln kann.
Bei einer bekannten Schneckenzentrifuge (US-PS 3,734,399), bei derjdie Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel
konstant 16 Umdrehungen pro Minute beträgt, wird das Antriebsdrehmoment
der Schnecke gemessen und in Abhängigkeit von dieser Meßgröße erfolgt ein automatischer Regeleingriff
auf das Schlammzuführungsventil. Diese bekannte Regelung dient nur zur Erreichung eines gleichmäßigen Füllungsgrads
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der Zentrifugentrommel und eines Überlastungsschutzes für
den Schneckenantrieb. Mit dem oben geschilderten Problem des Grenzbetriebes hat der erfindungsgemäße Regeleingriff nichts
zu tun.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zum Regeln des Betriebs einer Schneckenzentrifuge
zu schaffen, in eier Weise, daß die Förderschnecke immer so langsam läuft, daß die Schneckenzentrifuge gerade
nicht durch den Feststoff verstopft bzw. die Differenzdrehzahl der Belastung in vorgegebener, wählbarer Weise anpaßbar
ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Regelverfahren der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehzahl der Zentrifugentrommel und der Förderschnecke sowie das
Drehmoment der Förderschnecke erfaßt sowie die Differenzdrehzahl von einem Rechner errechnet werden, von dem aus
ein Regeleingriff auf die Drehzahl der Förderschnecke erfolgt.
Erfindungsgemäß wird die Differenzdrehzahl nicht durch direkte Messung ermittelt, sondern sie wird von einem
Mikrocomputer sehr schnell und sehr genau errechnet. In sehr kurzen Zeitabständen von beispielsweise 300 psec werden sowohl
die von der rotierenden Trommel als auch die von der
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rotierenden Schnecke abgegebenen Impulse vom Rechner abgetastet, die Anzahl der Tastungen zwischen zwei oder mehreren
empfangenen Impulsen wird jeweils gezählt und durch Quotientenrechnung die Drehzahlen der beiden rotierenden Teile
errechnet, wonach die Differenzdrehzahl durch Subtraktionsrechnung vom Rechner errechnet wird. Dem Rechner wird als
weitere Eingangsgröße das Antriebsdrehcioment der Förderschnecke
zugeleitet. Im Rechner können für verschiedene zu entwässernde Schlammarten und Schlammkonsistenzen verschiedene
Kennlinien gespeichert werden, aufgrund derer dem Antriebsdrehmoment der Förderschnecke eine Differenzdrehzahl
zugeordnet ist. Bei einer Abweichung des aus der Differenzdrehzahl gebildeten Istwerts von dem vom Schnecken-Drehmoment
und der Kennlinie gebildeten Sollwert erfolgt ein Regeleingriff auf die Schneckendrehzab.3 zur Korrektur der
Differenzdrehzahl in der Weise, daß einerseits die Zentrifuge sicher nicht mit Feststoff verstopft, andererseits
der Feststofftransport möglichst langsam erfolgt, so daß
durch die erfindungsgemäße Regelung der eingangs geschilderte als optimal anzustrebende Grenzbetrieb der Schneckenzentrifuge
gefahrlos eingehalten werden kann.
Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine Schneckenzentrifuge mit drehbar gelagerter Zertrifugentrommel 10, innerhalb der
eine Förderschnecke 11 drehbar gelagert ist. Trommel und Außenkontur der Schnecke sind an einem Längsabschnitt in der
Regel zylindrisch und zum Feststoffaustrag hin konisch ausgebildet.
Die Trommel 10 wird von einem Elektromotor 12 über
Riementrieb 13 und Welle 14 angetrieben, während die
•Schnecke 11 von einem Elektromotor 15 über Hydraulikpumpe 16,
Hydraulikmotor 17, WeDIe 18 und Getriebe 19 angetrieben wird.
Die Trommel rotiert mit Drehzahlen von zum Beispiel 700 bis 1.400 U/min, bei konstant belassener Drehzahl, während die
Förderschnecke mit Dirferenzdrehzahlen von zum Beispiel 1 bis 20 voreilt. Die direkte Messung dieser kleinen Differenzdrehzahlen
würde bei üblichen Meßverfahren sehr ungenau, das heißt, der relative Fehler sehr groß. Daher wird die Meßgröße
der Differenzdrohzahl erfindungsgemäß mit Hilfe eines Rechners gebildet, der die Drehzahlen von Förderschnecke und
Zentrifugentrommel sehr genau ermittelt und die Differenz errechnet.
Zur Drehzahlerfassung sind Meßwertgeber bzw. Impulsgeber 21 und 22 angeordnet, dio durch Initiatoren, zum Beispiel Eisennocken
23 und 24 angeregt werden, die jeweils an der Antriebswelle
14 für die Zentrifugentrommel 10 und Antriebswelle 18 für die Förderschnecke 11 befestigt sind. Die Initiatoren
können auch an den Riemenscheiben oder an anderen mit-
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rotierenden Stellen der rotierenden Bauteile befestigt sein. Die Impulsgeber 21 und 22, zum Beispiel Induktivgeber, sind
über Signalleitungen 25 und 26 mit dem Rechner 20 verbunden. In sehr kurzen Zeitabständen, zum Beispiel etwa alle 300
/«.sec, tastet der Impulsgenerator des Rechners 20 seine
Eingänge auf eingehende Impulse ab, wobei die Drehzahl des rotierenden Bauteils umgekehrt proportional der Anzahl der
Tastungen zwischen zwei oder mehreren vom rotierenden Bauteil abgegebenen Impulsen ist.
Die Drehzahlermittlung mittels des Rechners 20 ist wesentlich schneller und genauer als die bekannte Drehzahlmessung
mittels Tachogeneratoren, die im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Messung nicht trägheitslos ist und für die außerdem
ein freies Wellenende für den Antrieb des Tachos zur Verfügung stehen muß. Außerdem ist die Genauigkeit der Erfassung
von Differenzdrehzahlen mittels Tachogeneratoren abhängig vom Meßbereich.
Dem Rechner 20 wird als dritte Eingangsgröße das Antriebsdrehmoment der Förderschnecke 11 zugeleitet, beim hydraulischen
Antrieb äquivalent der Druck der Hydraulikflüssigkeit vor dem Hydraulikmotor 17. Dieser Druck ist proportional
dem Antriebsdrehmoment der Schnecke 11. Dazu ist an den Hydraulikkreislauf 27 in Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit
vor dem Hydraulikmotor 17 oin Druckmessgerät 28 angeschlossen, das den Meßwert z.B. in eine elektrische
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Spannung umwandelt, die durch den Spannungs-Frequenz-Wandler
"29 in eine Frequenz umgewandelt wird, so daß dem Rechner 20 über die drei Leitungen 25, 26 und 30 drei Frequenzen
als Eingangsgrößen zugeleitet werden. Im Rechner können für verschiedene zu entwässernde Schlammarten und Schlammkonsistenzen
verschiedene Kennlinien gespeichert werden, aufgrund derer dem Jeweiligen Antriebsdrehmoment der Förderschnecke
11 die entsprechende minimale Differenzdrehzahl zugeordnet ist, bei der sich die Schnecke gerade noch nicht
mit Feststoff verstopft.
So sind in der Zeichnung im Rechner 20 schematisch drei beispielhafte
Kennlinien 31, 32 und 33 gezeichnet, bei denen die Differenzdrehzahl über dem Antriebsdrehmoment der Förderschnecke
aufgetragen ist. Mit 34 ist ein Filter angezeigt, über das die Meßgröße des Schneckendrehmoments dem Speicher
35 zugeleitet wird. Mit 36 ist schematisch ein Bedienungspult
angezeigt, über das die Regelungsanlage mit Hand oder mit Automation gefahren werden kann und über das die Kennlinien
für Schneckendrehmoment und Differenzdrehzahl in den Speicher 35 einspeicherbar sind.
Bei einer Abweichung des aus der Differenzdrehzahl gebildeten Istwerts von dem vom Schnecken-Drehmoment und der Kennlinie
gebildeten Sollwert erfolgt ein Regeleingriff auf
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die Schneckendrehzahl zur Korrektur der Differenzdrehzahl.
Zeichnerisch dargestellt ist dieser Regeleingriff durch die Rechnerausgangsleitung 37, die zu einem als Stellglied
dienenden Servoventil 38 im Hydraulikkreislauf 27 führt, so daß der Regeleingriff auf den Mengenstrom der Hydraulikflüssigkeit
und damit auf die dazu projiortionale Drehzahl
der Förderschnecke 11 erfolgt. Die Schneckenzentrifuge wird automatisch so gefahren, daß der aus Schneckendrehmoment
Koordinatenpunkt
und Differenzdrehzahl gebildete immer auf der jeweiligen optimalen Kennlinie liegt. Dabei erfolgt die
Korrektur der Differenzdrehzahl sehr schnell und sehr genau, weil bereits nach einer Umdrehung der Trommelwelle 14 sowie
der Schneckenwelle 18 die Differenzdrehzahl errechnet und ein Regeleingriff auf die Schneckendrehzahl durchgeführt
werden kann. Wenn das System ausgeregelt ist, das heißt, wenn die maximal mögliche Differenzdrehzahl erreicht ist,
kann vom Rechner 20 ein Regeleingriff auf das nicht dargestellte Schlammzulaufventil erfolgen, das heißt, die Aufgabemenge
wird gedrosselt oder abgeschaltet.
Zum Anfahren der Schneckenzentrifuge kann die Zentrifugentrommel 10 über eine Kupplung 39, insbesondere elektromagnetische
Kupplung vom Hydraulikantrieb der Förderschnecke 11 angetrieben werden, wobei bei Erreichen der Be-
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triebsdrehzahl. automatisch die Kupplung 39 ausgekuppelt,
der Trommelantriebsmotor 12 eingeschaltet und das Schlammzulaufventil geöffnet werden. Die entsprechenden Stellsignale
kommen ebenfalls vom Rechner 20, der über die Aüsgangsleitung 40 mit der Kupplung 39 verbunden ist. Mit 41 ist die
Speicherung des AnfahrProgramms angezeigt, mit 42 das Programm für die Überwachung und Verriegelung und mit 43 das
Programm für Sonstiges Mit 44 ist die mit dem Rechner 20 verbundene Anzeige zum Anzeigen der Trommeldrehzahl, der
Schneckendrehzahl, der Differenzdrehzahl, des Schneckendrehmoments, der Leistungsaufnahme beider Elektromotore sowie
weitere Meßgrößen angezeigt. Es kann auch der Mittelwert über mehrere Messungen errechnet und angezeigt werden.
Vom Rechner 20 können auch mehr als drei Impulsereignisse erfaßt werden.
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Claims (1)
- 7.2.1980 KHDChr/Wr H 80/7Patentansprüche1. Verfahren zum Regeln der Differenzdrehzahl zweier mit unterschiedlicher Drehzahl rotierender Bauteile, insbesondere von Zentrifugentrommel und Förderschnecke einer Schneckenzentrifuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Zentrifugentrommel und der Förderschnecke sowie die Differenzdrehzahl von einem Rechner errechnet werden, von dem aus ein Regeleingriff auf die Drehzahl der Förderschnecke erfolgt.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner mit einer höheren Frequenz als die Rotationsfrequenz der rotierenden Bauteile sowohl die von der rotierenden Trommel als auch die von der rotierenden Schnecke abgegebenen Impulse abtastet, die Anzahl der Tastungen zwischen zwei oder mehreren empfangenen Impulsen zählt und durch Quotientenrechnung die Drehzahlen der beiden rotierenden Teile errechnet, wonach die Differenzdrehzahl durch Subtraktionsrechnung vom Rechner errechnet wird.3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner als weitere Eingangsgröße das Antriebsdrehmoment der Förderschnecke zugeleitet wird, bei einem hydraulischen Antrieb z.B. der Druck der Hydraulikflüssigkeit vor dem Hydraulikmotor.130040/0024.ΓηKHD ■ - 2 - H 80/74. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner für verschiedene zu entwässernde Schlammarten und Schlammkonsistenzen verschiedene Kennlinien gespeichert sind, aufgrund derer dem Jeweiligen Antriebsdrehmoment der Förderschnecke die entsprechende minimale Differenzdrehzahl zugeordnet ist, und daß bei einer Abweichung des aus der Differenzdrehzahl gebildeten Istwerts von dem vom Schneckendrehmoment und der Kennlinie gebildeten Sollwert ein Regeleingriff auf die Schneckendrehzahl zur Korrektur der Differenzdrehzahl erfolgt.5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem hydraulischen Antrieb der Fordersohnecke der Regeleingriff auf den Mengenstrom der Hydraulikflüssigkeit erfolgt.6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rechner ein Regeleingriff auf das Schlammzulaufventil erfolgt, wenn das System ausgeregelt ist.7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren der Schneckenzentrifuge die Zentrifugentrommel über eine Kupplung vom Hydraulikantrieb der Förderschnecke angetrieben wird und daß bei Erreichen der Betriebsdrehzahl automatisch die Kupplung ausgekuppelt, der Trommelantriebsmotor eingeschaltet und das Schlammzulaufventil geöffnet werden.130040/0024KHD - 3 - H8. Anlage zum Regeln der Differenzdrehzahl zweier mit unterschiedlicher Drehzahl rotierender Bauteile, insbesondere von Zentrifugentrommel und Förderschnecke einer Schneckenzentrifuge, gekennzeichnet durch einen Rechner (20), der auf seiner Eingangsseite mit wenigstens drei Meßwertgebern, nämlich mit einem Impulsgeber (21) für die Trommel (10), mit einem Impulsgeber (22) für die Schnecke (11) und mit einem Meßwertgeber (28) für das Schneckenantriebsdrehmoment verbunden ist und der auf seiner Ausgangsseite mit einem Stellglied (38) des Schneckenantriebs verbunden ist.130040/0024BAD ORIGINAL
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