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Anlage zum Patentgesuch der
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Klöckner-Humboldt-Deutz Verfahren und-Vorrichtungwzur Leistungsregelung
einer Muhle Die Erfindung bezieht sich auf einVerfahren und eine Vorrichtung zur
Leistungsregelung einer Mühle, insbesondere einer Rohrmühle mit Mahlkörpern.
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Ein störungsfreier Betrieb einer Rohrmühle. erfordert u.a.
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ein genaues Einhalten eines bestimmten optimalen ~Füllungsgrades.
Nur dadurch ist die Voraussetzung für einen größtmöglichen verfahrenstechnischen
Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit des Zerkleinerungsprozesses erfüllt. Schwankungen
der verschiedenen Prozeßparameter, insbesondere der Mahlbarkeit des Mahlgutes, bewirken
Veränderungen der Durchsatzmenge, woraus bei konstanter Aufgabemenge wiederum unterschiedliche
Füllungsgrade resultieren. Eine somit notwendige Füllungsgradregelung
setzt
jedoch Informationen über den augenblicklichen Wert des Füllungsgrades voraus, welche
aber nur indirekt durch Messung von Hilfsgrößen ermittelt werden können.
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Als derartige Hilfsgrößen kommen beispielsweise die der Rohrmühle
zugeführten, bzw. diese verlassenden Massenströme des Mahigutes in Betracht, aus
deren Bilanz gegebenenfalls in Verbindung mit einem der Schallabstrahlung der Rohrmühle
prortionalen Meßsignal Rückschlüsse auf den momentanen Füllungsgrad möglich sind.
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Eine Reihe von auf diesen Prinzipien beruhenden Regelungskonzepten
ist beispielsweise aus Zement-Kalk-Gips Nr. 2/1977, Seiten 49 off" bekannt, welche
anhand einer für Umlaufbetrieb konzipierten Mahlanlage, bestehend aus einer Kugelmühle
und einem Sichter erläutert werden. Eine Regelung des Füllungsgrades bzw. des, Durchsatzes
dadurch, daß die Gesamtmenge an Aufgabegut, bestehend aus frischem Mahlgut und von
einem Sichter zur Aufgabe zurückgeführten Gießen konstant gehalten wird, ist mit
dem Nachteil der unterschiedlichen Phasenlage beider Massenstromsignale, nämlich
der Grieße und des frischen Mahlgutes behaftet, welche um das zeitverhalten der
Kugelmühle gegeneinander verschoben sind. Eine derartige Regelung neigt daher zu
Schwingungen und kann außerdem Veränderungen in der Mahlbarkeit nur schlecht begegnen.
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Die Qualität der Füllungsgraderfassung mittels eines Schalldruckaufnehmers
hängt von einer Vielzahl von Einflußfaktoren ab. Als systembedingt hiervon müssen
die Frequenzcharakteristik und die Dynamik des Schalidruckaufnehmers hingenommen
werden; Eine weitere Fehlerquelle stellen Fremdgeräusche dar. Von erheblichem Einfluß
ist auch die Art der Unterbringung der Mühlen, welche a-us Lärmschutzgründen in
der Regeln geschlossenen Räumen aufgestellt sind. Ein solcher Raum hat aber die
Wirkung eines akustischen Resonators, worin sich Schwebungen und stehende Wellen
ausbilden können. Dadurch kommt der Position des Schalldruckaufnehmers eine große
Bedeutung zu, da an bestimmten Punkten des Raumes das Schallfeld für den Prozeß
keine Repräsentanz mehr besitzt.
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Darüber hinaus muß der Schalldruckaufnehmer oft aufgrund erheblichen
Schmutzanfalls - auch als Schutz gegenüber mechanischen Beschädigungen besonders
gekapselt werden, wobei auch der Kapselung Resonatoreigenschaften zukommen, welche
das Meßergebnis verfälschen.
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Alle diese Fehlerquellen überlagern sich praktisch, so daß die Eindeutigkeit
und Reproduzierbarkeit des mittels eines Schalldruckaufnehmers gemessenen Signales
hinsichtlich seiner Aussagekraft über den Füllungsgrad und weiterer Systemgroßen
der Mühle mit erheblichen Unsicherheiten gehaftet sind. Demzufolge kommt der auf
diese Weise
gewonnenen Information bei den in 11Zement-Kalk-Cips
Nr. 2/1977, Seiten 49 ff" beschriebenen Regelungsverfahren auch nur eine unterstützende
bzw. korrigierende Funktion zu.
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Schließlich ist der optimale Füllungsgrad einer Rohrmühle auch keine
Systemkonstante, sondern seinerseits eine Funktion der Mahlbarkeit des Mahlgutes
und des Verschleißzustandes, beispielsweise der Mahlkörper. Es besteht somit ein
Bedürfnis, diese beiden Systemparameter, nämlich Verschleißzustand und Mahlbarkeit
meßtechnisch weitestgehend ohne Verzögerungen kontinuierlich zu erfassen und im
Rahmen einer Leistungsregelung der Mühle zu verwenden, Eine Erfassung dieser Parameter
über die Auswertung des Signals eines Schalldruckaufnehmers ist aber selbst mit
sehr großem Aufwand nur angenähert möglich. Dies hat seine Ursache darin, daß die
Verfälscnungen durch das Ubertragungsmedium Luft in ihrer Gesamtheit nicht vorhersehbar
sind. Bestimmte Informationen werden überhaupt nicht übertragen. Als Konsequenz
hieraus muß der Arbeitspunkt der Mühle weit unterhalb seines Optimums eingestellt
werden.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Leistungsregelung
einer Mühle, insbesondere einer Rohrmühle mit Mahlkörpern zu schaffen, welches unter
Vermeidung
der oben aufgeführten Nachteile eine schnelle und zuverlässige Erfassung des Systemzustandes
und ausgehend von dieser Information einen raschen Regeleingriff zur Gewährleistung
eines weitgehend stabilen Betriebes ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwingungszustand
wenigstens einer Wandung der Mühle gemessen w-ird, daß aus dieser Messung wenigstens
ein den Systemzustand der Mühle charakterisierender Kennwert gebildet wird und daß
wenigstens in Abhängigkeit von diesem Kennwert eine Zufuhr von Mahlgut erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von der bekannten Schalldruckmessung
somit im wesentlichen dadurch, daß nicht der Luftschall, sondern der Körperschall
zur Erkennung des Systemzustandes herangezogen wird.
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Das Übertragungsmedium Luft, welches bestimmte Anteile der als Schall
abgestrahlten Information unterdrückt, ist auf diese Weise als Störfaktor ebenso
eliminiert, wie schädliche Einflüsse durch umgebungs- und/oder aufstellungsbedingte,
die Eindeutigkeit und Reproduzierbarkeit der Messungen beeinträchtigende Effekte.
Der Schwingungszustand des Mühlengehäuses, der umfassende Informationen über den
Systemzustand der Mühle enthält, wird auf diese Weise weitestgehend unverfälscht
empfangen
und kann nach bekannten mathematischstatistischen Methoden zur Gewinnung der jeweils
gewünschten Information aufbereitet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus der den
Schwingungszustand der Wandung beschreibenden Messung ein Kennwert für den Füllungsgrad
der Mühle gebildet. Der Füllungsgrad ist insbesondere bei Schwingmühlen eine sehr
empfindliche Systemgröße, deren Uberschreitung verfahrenstechnische Instabilitäten,
wie z.B. ein. "Zulaufen" auslösen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
es jedoch, derartige zu Instabilitäten führende änderungen bereits in der Tendenz
zu erkennen, so daß bereits zu einem -frühestmöglichen Zeitpunkt eine die Störung
kompensierende Gegensteuerung möglich ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
aus der den Schwingungszustand der Wandung beschreibenden Messung ein Kennwert für
den Verschleiß, zustand der Mühle gebildet. Ein Verschleiß der Mahlkörper der Mühle
beeinflußt das Schwingungsverhalten der Wandungen der Mühle ebenso wie ein Verschleiß
der Panzerungen. Derartige Systemveränderungen können somit bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren sofort erkannt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Sollwert für
den Füllungsgrad der Mühle werigstens in Abhängigkeit von dem Kennwert für den Verschleißzustand
gebildet. Die Tatsache, daß der Verschleißzustand insbesondere der Mahl körper anhand
der Schwingungen des Mühlengehäuses erkennbar ist, kann auf diese Weise zur Grundlage
einer adaptiven -Regelung gemacht werden, und zwar derart, daß dem sich ändernden
Verschleißzustand ein sich nach einem bestimmten Funktionalzusammenhang ändernder
Sollwert für den Füllungsgrad zugeordnet wird.
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Auf diese Weise kann der Füllungsgrad automatisch stets so eingestellt
werden, daß er dem betrieblichen Optimum der Münle entspricht. Der Sollwert für
den Füllungsgrad kann jedoch erfindungsgemäß daneben auch von weiteren Systemgrößen
abhängig gemacht werden, beispielsweise der Mahlbarkeit des Mahlgutes, bzw. dem
Zerkleinerungsfortschritt in der Mühle.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch einen mit
einer Wandung einer Mühle fest verbundenen Schwingungsaufnehmer und eine Regeleinrichtung
zur Auswertung der durch den Schwingungsaufnehmer gewonnenen Meßsignale gekennzeichnet,
wobei der Schwingungsaufnehmer ein piezokeramischer Wandler ist. Letzterer ist für
eine Verwendung im Rahmen des erfindungsgemäRen Verfahrens insbesondere aufgrund
seiner Linearität auch in höheren Frequenzbereichen besonders geeignet.
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Schließlich können der Schwingungsaufnehmer und die Regeleinrichtung
derart ausgestaltet sein, daß die Meßwertübertragung von dem Schwingungsaufnehmer
auf die Regeleinrichtung drahtlos erfolgt. Letztere Ausführungsform kommt insbesondere
bei Drehmühlen wie z.B.
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Kugel- oder Stabmühlen in Betracht und ist auch wegen ihrer Schmutzunempfindlichkeit
vorteilhift.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den fol;lenden,
in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig.
1: Eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Blockschaltbild; Fig. 2:
eine erweiterte Ausführurgsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 3: eine vereinfacht
dargestellte Rohrmühle im Querschnitt mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Im
einzelnen zeigt Fig. 1 eine- Schwingrühle 1, der über eine Dosiereinrichtung 2 Mahlgut
zugeführt wird. Das Mahlgut entstammt einem nicht dargeste@lten V?rratsbehclter
und wird in Richtung der Pfeile 3 gefördert.
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Mit 4 und 5 sind der Aufgabe- und Austragsstutzen der Schwingmühle
1 bezeichnet. Das Mahlgut verläßt die Schwingmühle 1 nach erfolgter Zerkleinerung
in Richtung des Pfeiles 6.
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Eine Wandung 7 des Mühlengehäuses ist mit einer Schwingungsaufnehmer
r 8 ausgerüstet, welcher vo zugsweise ein piezokeramischer Wandler ist. Einem bestimmten
Schwingungszustand der Wandung 7 der Schwingmülle 1 kann ein Augenblickswert des
Füllungsgrades zugeordnet werden, so daß aus ersteren ein den Füllungsgrad charakterisierende
Kennwert gebildet werden kinn. Die gewonnene Information über den Schwingungszustand
wird auf diese Weise erfindungsgemäß zur Grundlage einer Füllungsgrad- bzw. Durchsatzregelung
gemacht. Von besonderem Vorteil gegenüber den bekannten Schalldruckaufnenmern ist
hierbei die geringe Empfindlichkeit gegenüber umgebungsbedingten Störeinflüssen.
Es kann jedoch nicht nur der Füllungsgrad der Schwingmühle 1 erkannt werden. Als
weitere Systemgrößen kommen der Verschleißzustand beispielsweise der Panzerung der
Schwingmühle sowie der Mahlkörper und der Zerkleinerungsrortschritt in der Mühle
in Betracht.
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Der Schwingungsaufnehmer 8 formt die durch den Mahlvorgang ausgelösten
mechanischen Schwingungen der Wandung 7 in eine diesen proportionale Wechselspannung
um, welche einer
gestrichelt-3unktiert umrandet dargesteLlten Regeleinrichtung
9 zugeführt wird. Die gemessene Wechse,spanrung gelangt in der Regeleincichtung
9 über einen Meßverstärker 10 zu einem Filterbaustein 11, der der abtrennung redundanter
bzw. störender Signalanteile dient.
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Das aus dem Filteroaustein 11 austretende Signal gelangt anschließenc
über einen Funktionsbaustein 12, in welchem ein Effekti@wert gebildet und eine Normung
durchgeführt wird zu einem Regler 13. Der Regler 13 umfaßt an sich bekannte Furktionselemente
zum Vergleich des genormten Effektivwer es mit einem über einen Sollwertgeber 14
manuell ein tellbaren Sollwert und zur 3ildung eines Stell wertes entsprechend der
festgestellte Differenz zwischen dei Sollwert und diesem Effektivwert. Der mittels
des Reglers 13 gebildete Stellwert beei@flußt über zeichnerisc@ nicht dargestellte
Stellglieder die Dosiereinrichtung 2 im Sinne einer Erhöhung oder Verringerung der
Fördermenge des Mahlg@tes.
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Die ir Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
unterscheidet sich sor den in Fig-. i dargestellten durch eine Rechnerein-heit 16
und einen weitesten Regler 17 mit 9' ist die ges'£richelt-punktiert umrandet dargestellte
Regeleinrichtung bezeichnet. Der Rechnereinheit 16 kommt hierbei die Au@gabe zu,
aus dem durch den Schwingungsaufnehmer 8 gebilde@en Wechselspannungssignal
einen
Kennwert für den Verschl-:ißzustand der Mahlkörper der Schwingmühle 1 zu bilden
sowie aus diesem Kennwert nach einem bekannte7 Funktions. usammenha-ng einen dem,
jeweiligen Verschleißzustand angepaßten Führungswert für den Füllungsgrad zu bilden.
D eser durch die Rechnereinheit 16 gebildete Führungswert w@rd anschließend mit
einem an einem Sollwerteinste@ler 15 einstellbaren Sollwert verglichen, wobei ein
von diesem Sollwert abhängiges Ausgangsignal des Reglers @7 anschließend dem Regler
13 übermittelt wird. Dieses Ausgangssignal des Reglers 17 ist ein gleitender Sollwert
für den Regler 13. Der über den Sollserteinsteller 15 manuell eingestell,e Sollwert
ist in diesem AusfiinrungsbeispieL ein Sollwert, der einem verschleiß freien S@stemzustand
entspricht. Durch diese sogenannte ReplerkRskade ergibt sich ein gleitender Sollwert'für
den Füllungsgrad, welcher ständig dem jeweils anstehenden Verschleißzustand Rechnung
trägt.
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Die rig. 3 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine mögliche
Ausführungsform der erfindungsgemäßen SchwingungsmeBeinrichtung für eine Rohrmühle.
Man sieht eine Rohrmühle 18 m Querschnitt, die sich während des Mahlprozesses in
Richtung des Pfeiles 19 dreh~. Man erkennt in der Rohrmühle 18 kugelartige Mahlkorper
20, durch deren wälzende, kataraktartige Bewegung die Partikel
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des Mahlgutes zermahlen werden. Die wandung 22 der Rohrmühle trägt einen Schwingungsaufnehmer
23, der zur Herstellung einer drahtlosen Meßwertübertragung auf einen stationär
angeordneten Empfänger 24 mit einem zeichnerisch nicht dårgestellten Sender ausgerüstet
ist. Von dem Empfänger 2z führt eine Leitung 25 zu einer Regeleinrichtung 26, deren
Aufbau und Wirkungsweise der unter den in Fig. l urd 2 dargestellten Regeleinrichtung
9 bzw., 9' entspricht. Von der Regeleinrichtung 26 führt eine Leitung 27 zu zeichnerisch
ebenfalls nicht dargzstellten Zuführungsorganen, welche die Mahlgutaufgabe zur Rohrmühle
18 regeln. rür eine genaue Erfassung des Systemzustandes der Rohrmüh e 18 ist es
ausreichend, wenn die Messungen jeweils in dem Augenblick erfolgen, in dem der Schwingungs.lufnehmer
23 aufgrund der Drehungen der Rohrmühle 1s an dem Empfänger 24 vorbeigeführt wird.
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Der Schwingingsaufnehmer kann grundsätzlich - unabnängig vom Münlent/p
- auf der Wandung einer Mühle angeklebt oder angeschraubt werden. Von besonderem
Vorteil, nicht nur wegen der als Folge des Mahlprozesses zu erwartenden verhältnismißig
hohen Temperaturen, sondern auch um eine einwandfrei a schwingungsmechanische KoFplung
zu erreichen, list jedoch amine Schraubverbindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfiniungsgemäße Vorrichtung
kann o-'e-rner sehr vorteilhaft auch in Verbund mit anderen, auf der Messung von
Massenstrombilanzen basierenden Regel-tingsverfahren, diese teils ergänzend und
teils korrigierend eingesetzt werden.
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Verteiler: IM-AT, Herr Grünberg IM AT 3, Herr Dietrich IH-YG 3, 2
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