EP2086685A1 - Sicherheitssystem für wälzmühlen - Google Patents

Sicherheitssystem für wälzmühlen

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EP2086685A1
EP2086685A1 EP07819084A EP07819084A EP2086685A1 EP 2086685 A1 EP2086685 A1 EP 2086685A1 EP 07819084 A EP07819084 A EP 07819084A EP 07819084 A EP07819084 A EP 07819084A EP 2086685 A1 EP2086685 A1 EP 2086685A1
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EP
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drive system
drives
grinding
drive
electric motors
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EP07819084A
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EP2086685B1 (de
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Dirk Hoffmann
Otto Jung
Karl-Heinz Schütte
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Gebr Pfeiffer Se
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Gebr Pfeiffer AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • B02C15/006—Ring or disc drive gear arrangement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/02—Crushing or disintegrating by roller mills with two or more rollers

Definitions

  • the invention relates to actively redundant drive systems for roller mills, which comprise a housing, a rotating grinding table with grinding track, milling rollers rolling on the grinding track, a thrust bearing and a drive of electric motor and reduction gear for driving the grinding track.
  • Roller mills have been known for more than 100 years and are in use worldwide. They are available in a wide variety of constructions.
  • DE 153 958 C from 1902 shows a cone mill with a revolving grinding plate, on which eight milling cones rest under spring pressure.
  • roller mills are used both for the production of cement raw meal and for clinker milling and coal milling.
  • the kiln exhaust gases from the heat exchanger and the clinker cooler can be used to dry the millbase and to pneumatically transport the ground material.
  • the roller mills serve to finely grind the coal and, with the aid of the classifying air, to feed directly into the boiler, if possible without the use of an intermediate bunker.
  • DE 39 31 116 C shows a drive device for a roller mill with a rotating about a vertical axis grinding table having a connected to the Mahltellerunterteil sprocket. Furthermore, two diagonally arranged drives are provided, each consisting of a drive motor and a reduction gear. Each reduction gear has two pinions which mesh with the ring gear of the grinding table.
  • the present invention has for its object to provide a drive system for roll mills, which allows to perform maintenance and repair work on the drive without interrupting the overall process.
  • a first advantage of the drive system according to the invention is the increased availability thanks to the ability to continue operating the mill with sufficient capacity when a drive fails.
  • a second advantage is that each individual drive has to apply only part of the mill drive power. This means that the electric motors and transmissions can be produced as series components. For the first time, it is possible to keep drives or drive components economically available, so that a quick exchange is possible.
  • a third advantage of the inventive concept is due to the fact that low power transmission can be built with higher ratios than higher power transmission. This in turn means that electric motors can be used at high speed for driving. Build electric motors of high speed considerably smaller than equivalent low-speed electric motors. In this way, a further reduction of the sizes and weights is possible.
  • a fourth advantage of the inventive concept is the fact that small electric motors and small gears have smaller moments of inertia and are therefore more dynamic than large ones. The control can therefore respond more quickly to the requirements of the grinding process.
  • a fifth advantage of the concept according to the invention is the omission of the so-called maintenance drive. Whose task can take over one of the main drives.
  • a sixth advantage of the concept according to the invention can be seen in the fact that the gearbox now permits a visual inspection without disassembly due to the arrangement and design.
  • the ring gear on which mesh the pinions of the individual drives part of the grinding bowl by flanging or casting.
  • the toothing can be an internal or an external toothing.
  • each drive is equipped with only a single, preferably tiltable pinion. Harmful torque increases, as they can occur in the drive concept described in DE 39 31 116 C, thus ruled out.
  • the electric motors of the drives are fed by frequency converters, with the help of which speed and torque are controlled.
  • the frequency converters are organized according to the master-slave principle. This ensures that all drives work synchronously.
  • three or more drives are provided, taking care that the radial forces act as symmetrical as possible on the sprocket.
  • the spatial conditions on site can be dealt with accordingly.
  • the shutdown of drives must not be solely due to maintenance or repair work; rather, it is possible to shut down individual drives when less grinding power is needed.
  • standard asynchronous motors are used in place of today's slip ring motors as electric motors.
  • Asynchronous motors are particularly simple and robust and have the highest output speed in the two-pole design and thus the smallest overall volume for the same performance.
  • each drive is mounted on a carriage. In this way, the drive can be particularly easily activated and deactivated.
  • the drive motors can be arranged horizontally or vertically. In a vertical arrangement eliminates the bevel gear of the transmission.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a roller mill as a sectional view
  • Fig. 2 is a plan view of the roller mill of Fig. 1 and
  • Fig. 3 shows a second embodiment of a roller mill as a plan view.
  • Fig. 1 as a sectional view and Fig. 2 as a plan view show purely schematically a first roller mill.
  • a housing 1 in which a grinding plate 7 with grinding track 2 is rotatably mounted on a thrust bearing 4.
  • On the grinding track 2 roll grinding rolls 3 from whose contact pressure is generated by means of tie rods 6 with hydraulic clamping cylinder.
  • a ring gear 5 Mechanically connected to the grinding table 7 is a ring gear 5.
  • the connection can be made by screwing or welding. It is also possible to work the sprocket 5 directly to the grinding table 7.
  • the gear 11 are bevel gear reduction gear, the Abreteritzel 12, which are preferably self-adjusting, mesh with the ring gear 5.
  • Fig. 2 shows a plan view around the mill housing 1 around six drives, consisting of electric motor 10 and bevel gear reduction gear 11, arranged distributed.
  • the electric motors are installed with a horizontal axis.
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment.
  • the drive motors 10 are mounted vertically, so that eliminates the required in the conventional gear bevel gear stage.
  • the gear II 1 is a pure spur gear reducer.
  • the electric motor 10, which is advantageously a standard asynchronous motor with an upstream frequency converter, is mounted in the present embodiment in a pit.
  • ground millbase can be removed from an intermediate silo, so that the overall process, eg. As the production of cement in the rotary kiln or the supply of a power plant with coal dust, must not be interrupted.

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Description

Beschreibung:
Sicherheitssystem für Wälzmühlen
Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft aktiv redundante Antriebssysteme für Wälzmühlen, welche ein Gehäuse, einen rotierenden Mahlteller mit Mahlbahn, auf der Mahlbahn abrollende Mahlwalzen, ein Axiallager und einen Antrieb aus Elektromotor und Untersetzungsgetriebe zum Antreiben der Mahlbahn umfassen.
Stand der Technik:
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 C 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 C, DE 196 03 655 A oder auch EP 0 406 644 B. 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 dessen 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; sie leiten die statischen und dynamischen Mahlkräfte in das Fundament. Man vergleiche DE 35 07 913 A oder DE 37 12 562 C. Als Axialdrucklager werden Kippsegmentlager mit hydrodynamischer und/oder hydrostatischer Schmierung eingesetzt. Man vergleiche DE 33 20 037 C.
Diese an sich platzsparende Konstruktion hat jedoch wesentliche Nachteile. Sobald an nur einer Komponente ein Problem auftritt, muss der gesamte Antrieb ausgebaut werden. Dabei hat es sich als besonders nachteilig 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.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Antriebskonstruktion ist der sogenannte Maintenance-Antrieb, 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 und Nachteile ausgeschaltet werden könnten. So zeigt die DE 39 31 116 C 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 U 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. 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.
Darstellung der Erfindung:
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für Walzenmühlen anzugeben, welches es erlaubt, Wartungs- und Reparaturarbeiten am Antrieb ohne Unterbrechung des Gesamtprozesses durchzuführen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein aktiv-redundantes Antriebssystem, wobei eine ständige Verfügbarkeit von wenigstens zwei Antrieben durch die Anordnung von mehr als zwei Antrieben gesichert ist und wobei die wenigstens zwei Antriebe die erforderliche Mahlleistung der Wälzmühle erbringen.
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 als Getriebe größerer Leistung. 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. Die Regelung kann daher schneller auf die Erfordernisse des Mahlvorgangs 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 C 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 oder 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 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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wälzmühle als Schnittansicht,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Wälzmühle der Fig. 1 und
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wälzmühle als Draufsicht.
Ausführliche Darstellung der Ausführungsbeispiele:
Fig. 1 als Schnittansicht und Fig. 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.
Fig. 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.
Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel. Hier sind die Antriebsmotoren 10 vertikal montiert, so dass die bei den herkömmlichen Getrieben erforderliche Kegelradstufe entfällt. Das Getriebe II1 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 13 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

Patentansprüche:
1. 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 eine ständige Verfügbarkeit von wenigstens zwei Antrieben (10, 11, 11') durch die Anordnung von mehr als zwei Antrieben (10, 11, 11') gesichert ist und dass die wenigstens zwei Antriebe (10, 11, 11') die erforderliche Mahlleistung der Wälzmühle erbringen.
2. 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.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzel (12) selbsteinstellend sind.
4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (H') ein ein- oder mehrstufiges Stirnradgetriebe ist.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse Inspektionsöffnungen zur Begutachtung der Zahneingriffe besitzt.
6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antrieb auf einer Lafette montiert ist.
7. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Antriebe vorgesehen sind.
8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe möglichst symmetrisch auf den Zahnkranz (5) wirken.
9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (10) Asynchronmotoren sind.
10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Elektromotoren (10) mit hoher Drehzahl eingesetzt sind.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (10) vertikal montiert sind.
12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass den Elektromotoren (10) zum Lastausgleich ein Frequenzumrichter zugeordnet ist.
13. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Elektromotoren (10) zur Anpassung an die Drehzahl der Mahlbahn (2) ein Frequenzumrichter zugeordnet ist.
14. Antriebssystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumrichter nach dem Master-Slave-Prinzip organisiert sind.
15. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein hochdynamisches Regelungssystem eingesetzt ist.
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