ES2208296T3 - Procedimiento para controlar el nivel de llenado de carbon de un triturador de bolas. - Google Patents
Procedimiento para controlar el nivel de llenado de carbon de un triturador de bolas.Info
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Abstract
Procedimiento para controlar el nivel de llenado de un triturador de bolas alimentado por material para triturar y dotado de un tambor (20), montado rotativo sobre dos cojinetes distantes ( 201, 202), consistiendo dicho procedimiento en medir el peso del tambor con la ayuda de sensores de peso dispuestos debajo de cojinetes que soportan el tambor del triturador y en comparar el peso medido con un valor de consigna preestablecido con objeto de regular la alimentación del triturador de material para triturar, teniendo en cuenta la componente vertical del esfuerzo creado por el par de accionamiento en rotación del tambor, que se caracteriza porque dichos sensores de peso son sensores de peso de varillas extensométricas ( 11 a 16) y porque dicha componente vertical es tenida en cuenta como una corrección del peso medido por dichos sensores, realizada entes de la etapa de comparación, por medio de un primer valor ponderal (Fv) representativo de esta componente vertical y obtenido a partir de unamedida de la potencia (Pabs) del motor de accionamiento en rotación del tambor.
Description
Procedimiento para controlar el nivel de llenado
de carbón de un triturador de bolas.
El invento se refiere a un procedimiento para
controlar el nivel de llenado de un triturador de bolas alimentado
con carbón para triturar, en el que el triturador incluye un tambor
rotativo montado sobre dos cojinetes distantes. Tal triturador, de
tambor con envoltura cilíndrica, bicónica o de otra forma, es
utilizado particularmente para alimentar con carbón pulverizado los
quemadores de una caldera de carbón pulverizado, por ejemplo.
Es necesario asegurarse permanentemente de que el
nivel de rellenado de carbón del triturador sea sensiblemente
constante para evitar, por un lado, un desgaste demasiado rápido de
las bolas y, por otro lado, para obtener un transporte óptimo del
carbón pulverizado hacia los quemadores.
Ya existen numerosos métodos para controlar el
nivel de llenado de un triturador de bolas. Un primer método
conocido se basa en la medida de la variación de la potencia
absorbida por el motor eléctrico que acciona en rotación al tambor
del triturador. Un segundo método conocido consiste en la medida del
ruido emitido por el triturador durante su funcionamiento. Un tercer
método conocido consiste en la utilización de sondas neumáticas
introducidas en el interior del tambor del triturador. Finalmente,
otros métodos conocidos consisten en la utilización de sondas de
rayos gamma dispuestas en el interior del tambor del triturador para
detectar el nivel alto y bajo de la capa de carbón en el tambor.
En general, las medidas utilizadas en estos
métodos conocidos son dependientes de la calidad del carbón para
triturar y en particular de su granulometría y de su grado de
humedad. Son también dependientes del desgaste de las bolas. Suele
suceder que no es siempre fiable.
El objetivo del invento es proponer un
procedimiento para controlar el nivel de llenado de un triturador de
bolas con la ayuda de una medida física directa fiable,
independiente de la calidad del carbón para triturar y en particular
de su grado de humedad y de su granulometría. Otro objetivo del
invento es proponer un procedimiento tal de control que permita
conocer de forma automática el desgaste de las bolas durante el
funcionamiento del triturador y la renovación de las bolas del
triturador.
El documento
US-A-3 960 330 describe un
procedimiento en el que se prevé medir el peso del sistema de
trituración por medio de sensores de peso del tambor y de los
cojinetes de soporte del piñón de accionamiento en rotación del
tambor y comparar este peso medido por los sensores con un valor de
referencia preestablecido para regular la alimentación del sistema
de material para triturar.
El presente invento tiene como objetivo
perfeccionar tal procedimiento y tiene como objeto un procedimiento
para controlar el nivel de llenado de un triturador de bolas
alimentado con material para triturar y dotado de un tambor montado
rotativo sobre dos cojinetes distantes, consistiendo dicho
procedimiento en medir el peso del tambor con la ayuda de sensores
de peso dispuestos debajo de los cojinetes que soportan el tambor
del triturador y en comparar el peso medido con un valor de
referencia preestablecido con el propósito de regular la
alimentación del triturador con material para ser triturado,
teniendo en cuenta la componente vertical del esfuerzo creado por el
par de accionamiento en rotación del tambor, caracterizado porque
dichos sensores de peso son sensores de peso de varillas
extensométricas y porque dicha componente vertical es tenida en
cuenta como una corrección del peso medido por dichos sensores,
realizada anteriormente la etapa de comparación, por medio de un
primer valor ponderado representativo de esta componente vertical y
obtenido a partir de una medida de la potencia del motor de
accionamiento en rotación del tambor.
El peso es una medida física directa del nivel de
llenado de carbón del triturador que no está influenciada por la
humedad y la granulometría de la masa a triturar, constituida por la
mezcla carbón y bolas. De ello resulta que el método de control
según el invento es muy fiable. Además, el peso medido de esta forma
puede ser corregido fácilmente por un programa de ordenador para
tener en cuenta la componente vertical del par de accionamiento en
rotación del tambor, el desgaste de las bolas en el tiempo, así como
la renovación de las bolas en el triturador. Resulta así que el
procedimiento según el invento permite controlar con mucha precisión
el nivel de llenado de carbón de un triturador de bolas.
Un ejemplo de ejecución del procediendo según el
invento se describe en detalle a continuación y está ilustrado en
los dibujos.
La figura 1 es un esquema que ilustra el
principio del procedimiento según el invento.
La figura 2 es un organigrama que ilustra las
etapas de tratamiento de un programa de ordenador que ejecuta el
procedimiento según el invento.
La figura 3 es un esquema que muestra la
evolución en el tiempo de algunos parámetros físicos ligados al
funcionamiento del triturador de bolas.
La figura 4 es una vista frontal muy esquemática
de un triturador de bolas dotado de sensores de peso para la
ejecución del procedimiento según el invento.
La figura 5 ilustra, muy esquemáticamente, un
sensor de peso utilizado para la ejecución del procedimiento según
el invento.
La figura 6 muestra, muy esquemáticamente, la
disposición de los sensores de peso entre dos placas de apoyo.
La figura 7 muestra, muy esquemáticamente, la
disposición de los sensores entre las dos placas de apoyo según una
configuración en triángulo.
En la figura 1, el sistema de medida 10 utilizado
en el procedimiento según el invento para controlar el nivel de
rellenado de carbón de un triturador de bolas incluye un conjunto de
sensores de peso 11 a 16 de varillas extensométricas. Estos sensores
están dispuestos debajo de los dos cojinetes que soportan el tambor
del triturador, que está montado en rotación alrededor de un eje
generalmente horizontal, para suministrar señales eléctricas
continuas representativas de una medida de peso del tambor con su
carga. Cada sensor de peso está compensado para medir únicamente la
componente vertical de la presión que experimenta.
Como se muestra en la figura 1, se utilizan dos
conjuntos de tres sensores de peso 11 a 13 y 14 a 16. Cada conjunto
de sensores de peso está dispuesto debajo de uno de los dos
cojinetes sobre los que se apoyan las extremidades (muñones) del
tambor del triturador.
Las señales suministradas por los sensores 11 a
16 son enviadas a una electrónica de cálculo 19 adaptada para
efectuar un tarado y para restituir una señal eléctrica continua P,
con el estándar industrial 4-20 mA, por ejemplo,
representativa únicamente del peso de la carga ( carbón y bolas) en
el tambor. Se entenderá que la señal P se obtiene como suma de
diferentes señales suministradas por los sensores 11 a 16.
La señal P en la salida de la electrónica 19 es
digitalizada para ser comparada con una consigna o referencia de
base 20, preestablecida en un comparador 21 cuya salida es aplicada
a un regulador convencional 22 de control del alimentador 23 con
carbón bruto 24 del triturador. Particularmente, la salida del
comparador 21 sirve para regular la velocidad de funcionamiento del
alimentador y por tanto el caudal de alimentación de carbón bruto
del triturador.
La consigna de base 20 corresponde a un
determinado nivel de llenado de carbón del triturador para obtener
una trituración óptima del carbón en función de una determinada masa
de bolas cargada en el triturador. Este nivel de llenado óptimo es
conocido por el experto en la materia.
Si el tambor del triturador es accionado en
rotación por un sistema de engranajes que incluye una corona dentada
que rodea la envoltura del tambor coaxialmente al eje de rotación
del tambor del triturador y un piñón motor acoplado a esta corona,
la componente vertical del par de accionamiento en rotación del
tambor actúa sobre el peso medido por los sensores de peso 11 a 16.
Esta componente vertical puede de esta manera sumarse al peso del
tambor del triturador o por el contrario restarse del peso del
tambor del triturador según esté dirigida hacia abajo o hacia
arriba. Sucede que el peso medido P no representa con exactitud la
carga en el tambor del triturador.
En el procedimiento según el invento, se corrige
el peso medido P suministrado por la electrónica de cálculo 19,
antes de su comparación con el comparador 21, por un valor ponderado
correspondiente a la componente vertical del par de accionamiento en
rotación del tambor del triturador antes que corregir la consigna
20. Se mantiene la consigna 20 constante para simplificar el
seguimiento del proceso de trituración por el operador.
La medida de par de accionamiento en rotación del
tambor del triturador es relativamente compleja de realizar. Sin
embargo, la medida de la potencia absorbida por el motor de
accionamiento en rotación del tambor del triturador está
directamente ligada al valor del par de accionamiento por la
relación siguiente:
Pabs=k.F.a.w
donde
- -
- Pabs es la potencia absorbida por el motor (Watios)
- -
- K es el coeficiente de transmisión
- -
- F es el par de accionamiento (Newton)
- -
- a es la longitud del brazo de palanca del par de accionamiento (metros)
- -
- W es la velocidad de rotación del tambor (radianes/segundo)
Como el ángulo \alpha entre el eje de
aplicación del par de accionamiento sobre la corona dentada y la
vertical es constante y las magnitudes k, a, w pueden igualmente ser
consideradas como constantes, sucede que la componente vertical Fv
del par de accionamiento varia con la potencia absorbida por el
motor Pabs según una ley lineal que se establece de la siguiente
manera:
Fv= Pabs/K1, donde K1 es una constante igual a
k.a.w/coseno (\alpha)
En la figura 1, se observa que un sumador 30
está interpuesto entre la salida de la electrónica de cálculo 19 y
el comparador 21 para corregir el peso medido P por un valor
ponderado representativo de la componente vertical Fv del par de
accionamiento. La componente vertical Fv es suministrada por un
módulo 31 que recibe como entrada la constante K1 preestablecida y
una medida de la potencia absorbida Pabs por el motor del
triturador.
La pérdida de peso de la carga en el tambor del
triturador debida al desgaste de las bolas debe igualmente ser
tenida en cuenta para controlar con precisión el nivel de rellenado
con carbón del triturador, ya que la densidad del carbón es muy
débil respecto de la de las bolas. La tasa de desgaste de las bolas
\mu puede ser evaluada mediante experimentación y servir de base
para corregir el peso medido P antes de la comparación con el valor
de consigna 20 en el comparador 21. Particularmente, figura 1, en el
procedimiento según el invento, la tasa de desgaste \mu, expresada
por ejemplo en kilogramos/hora de funcionamiento del triturador, es
una constante previamente preestablecida que está multiplicada por
el tiempo global de funcionamiento del triturador (expresado en
horas) suministrado por un integrador 50 para producir un valor
ponderado resultante Pb que es restado, en el sumador 30, al peso
medido P de manera que no se compense en el bucle de regulación, la
pérdida de peso de las bolas por un aporte de carbón. Se comprenderá
que el integrador 50 funciona como un reloj controlado por la puesta
en funcionamiento y la parada del triturador.
En la figura 1 se ha ilustrado con 51 un programa
de ordenador que agrupa las funcionalidades del modulo 30, del
modulo 31, del comparador 21, del regulador 22 y del integrador 50.
Reacciona por otra parte en respuesta a una orden manual 52 que
permite forzar el programa a pasar a un modo de funcionamiento
particular. El programa 51 controla igualmente la puesta en marcha o
la extinción de un testigo de señalización 53 que está ligado al
modo de funcionamiento particular del programa.
La figura 2 ilustra el funcionamiento del
programa de ordenador 51.
En la etapa 100, el programa comienza
inicializando los valores 20, 33, 34 y el integrador 50. Como se
verá en lo que sigue, el modo de funcionamiento particular del
programa corresponde a una fase de calibrado de los datos ligados a
la consideración de la renovación de las bolas. En el programa, esta
fase de calibrado es desencadenada periódicamente, por ejemplo cada
100 ó 200 horas. El desencadenamiento automático de esta fase de
calibrado es controlada por medio de un contador especifico llamado
en lo que sigue contador de calibrado. Después en la etapa 101, el
programa adquiere un valor instantáneo del peso medido P
suministrado en la salida de la electrónica 19. Como se indicó
anteriormente, este valor corresponde a una muestra de la señal
continua del estándar 4-20mA suministrada por la
electrónica 19.
Después en la etapa 104, el programa aplica sobre
el peso medido P la corrección Pb ligada al desgaste de las bolas y,
en la etapa 105, la corrección Fv ligada al efecto del par de
accionamiento.
Después en la etapa 106, el peso medido corregido
es tratado por un algoritmo de regulación, del tipo proporcional
integral y derivado (PID) y el valor de regulación es utilizado en
la etapa 107 para controlar el alimentador de manera que se regule
el flujo de carbón de entrada al triturador.
A continuación, el programa realiza un bucle en
la etapa de tratamiento 101, permitiendo este bucle de tratamientos
controlar automáticamente el nivel de llenado del triturador con el
objetivo de mantener en el tambor del triturador un nivel constante
de carbón.
A continuación se va a describir el modo de
funcionamiento particular del programa que corresponde a una fase de
calibrado de los datos ligados a la renovación de las bolas del
triturador.
Entre las etapas 101 y 104, un test 102 está
previsto para detectar el accionamiento del mando manual 52 por el
operador. Si el accionamiento de este mando es detectado, el
programa pasa a la siguiente etapa 108. En caso contrario, pasa a la
siguiente etapa 103.
En la etapa 108, el programa controla el
accionamiento del testigo de señalización 53. El testigo de
señalización puede, por ejemplo, ser un testigo luminoso que sirve
para advertir al operador de que una fase de calibrado está en
ejecución.
El tratamiento continúa después con la etapa 109,
en la que el contador de calibrado es inicializado.
Después en la etapa 111, el programa controla la
ralentización del alimentador del triturador para vaciar la reserva
de carbón estancada en el tambor y en la etapa 112 la evolución
temporal de la amplitud de la potencia absorbida por el motor es
grabada con el fin de determinar un pico de amplitud. En particular,
haciendo referencia a la figura 3, la curva P representa la
evolución temporal de la amplitud, la potencia absorbida por el
motor durante el funcionamiento normal del alimentador y, en
consecuencia, del triturador, luego, durante la ralentización del
alimentador y después de retomar un funcionamiento normal del
alimentador y por tanto del triturador. La curva A muestra las
variaciones de la velocidad del alimentador y la curva O muestra
cómo evoluciona el ruido emitido por el triturador durante las
diferentes fases de funcionamiento del alimentador. Se puede
observar en la figura 3 que la potencia absorbida por el motor sigue
una curva con forma de bóveda durante la fase de ralentización del
alimentador, indicada en la figura 3 por fase de calibrado. El
máximo de la curva P, llamado Ppic, corresponde al instante en el
que la reserva de carbón estancada en el tambor del triturador está
completamente consumida.
Después en la etapa 113, el programa determina el
valor Ppic correspondiente a un extremo de la potencia absorbida por
el motor durante la fase de calibrado.
En la etapa 114, el programa determina la pérdida
de peso de las bolas desde la fase de calibrado anterior sobre la
base de la diferencia entre el valor Ppic obtenido en la etapa 113 y
un valor Ppic determinado y grabado durante la fase de calibración
anterior.
En la etapa 115, el programa calibra la tasa de
desgaste en función de la pérdida de peso de las bolas determinada
en la etapa 114.
En la etapa 116 guarda en un registro el valor
Ppic determinado en la etapa 113 con el fin de compararlo con un
nuevo valor Ppic determinado en la próxima etapa 113.
En la etapa 117, el programa acelera el
alimentador para que retome un funcionamiento normal y a
continuación, en la etapa 118, el programa manda la extinción de la
señalización 53. En la curva A de la figura 3 se observa como varía
la velocidad del alimentador en función del encadenamiento de las
etapas 111 y 117 indicadas anteriormente.
Es necesario entender que en este modo de
realización del procedimiento según el invento, las bolas son
renovadas en el triturador sin detener la trituración. Son por
ejemplo introducidas en el triturador por medio del alimentador. En
el momento de la carga del triturador con bolas, es importante que
el operador desencadene una fase de calibrado para evitar una deriva
de la consideración del desgaste de las bolas en la corrección del
peso medido.
Entre las etapas 102 y la etapa 104 se ha
previsto una etapa 103 en la que el programa prueba sistemáticamente
el contador de calibrado para desencadenar automáticamente una fase
de calibrado. En caso de detección de la fase de calibrado, el
programa prosigue el tratamiento en la etapa 108, como se ha
descrito anteriormente. Por consiguiente, las fases de calibrado son
enlazadas automáticamente aunque el operador no las solicite por
medio del mando manual. Estas fases de calibrado desencadenadas de
modo automático tendrán pues en cuenta el desgaste normal de las
bolas en el triturador de forma que se optimice la corrección de la
pérdida de peso de las bolas por el desgaste normal.
La figura 4 muestra de manera muy esquemática un
triturador de carbón que tiene un tambor con envoltura cilíndrica
200 rotativo alrededor de un eje horizontal A y que termina en sus
dos extremidades por unas porciones cónicas 201 y 202 que se apoyan
respectivamente sobre dos cojinetes 203 y 204 espaciados uno del
otro según el eje A. Este triturador sirve para preparar carbón
pulverulento que asegura la alimentación de los quemadores de una
caldera. El órgano de alimentación de carbón para triturar no está
representado en la figura 4. Es necesario entender que el carbón
para triturar y un gas de secado son introducidos respectivamente
por la parte anular o muñón 201 ó 202 que prolonga cada extremidad
cónica del tambor, y el carbón pulverizado en el gas de secado es
evacuado por estos ejes a contracorriente del carbón bruto. El
tambor 200 es cargado de bolas metálicas o con otros elementos
trituradores de material duro que pulverizan por aplastamiento o
trituración el carbón a triturar.
Se entenderá que el procedimiento según el
invento se aplica a un triturador que tiene un tambor con envoltura
distinta de cilíndrica, por ejemplo bicónica, troncónica etc...
Como se ve en la figura 4, los sensores de peso
11 a 13 y 14 a 16 están dispuestos debajo de los cojinetes 203 y 204
para soportar todo el peso del tambor del triturador. Más
particularmente, en la figura 6, los tres sensores 11 a 13 están
dispuestos entre dos placas 210,211 paralelas que se encuentran a su
vez situadas horizontalmente entre el cojinete 203 y un apoyo que
descansa sobre el suelo. El montaje es idéntico en lo que respecta a
los sensores 14 a 16 dispuestos entre el cojinete 202 y el apoyo
206.
La figura 5 muestra muy esquemáticamente un
sensor de peso como el 11. Se trata pues de un cilindro metálico 300
con una parte central que está achaflanada para crear una viga que
trabaja en cizalladura bajo el efecto de la presión ejercida sobre
el estribo de apoyo 301. Como se ha precisado antes, los sensores
utilizados son del tipo de los compensados para tener en cuenta la
componente vertical de la presión soportada por el estribo 301.
En la figura 7 se observa que los sensores 11 a
13 están dispuestos en un plano sobre la placa 211 según una
configuración en triángulo. Los sensores 14 a 16 están dispuestos de
forma análoga en triángulo. La disposición en triángulo de los tres
sensores de peso permite tener una configuración simétrica respecto
del eje de rotación A del tambor y un centro de gravedad situado
sobre este eje. Los sensores de peso utilizados para la ejecución
del procedimiento pueden ser, por ejemplo, sensores vendidos por la
empresa "Nobel Electronik".
Claims (2)
1. Procedimiento para controlar el nivel de
llenado de un triturador de bolas alimentado por material para
triturar y dotado de un tambor (20), montado rotativo sobre dos
cojinetes distantes ( 201, 202), consistiendo dicho procedimiento en
medir el peso del tambor con la ayuda de sensores de peso dispuestos
debajo de cojinetes que soportan el tambor del triturador y en
comparar el peso medido con un valor de consigna preestablecido con
objeto de regular la alimentación del triturador de material para
triturar, teniendo en cuenta la componente vertical del esfuerzo
creado por el par de accionamiento en rotación del tambor, que se
caracteriza porque dichos sensores de peso son sensores de
peso de varillas extensométricas ( 11 a 16) y porque dicha
componente vertical es tenida en cuenta como una corrección del peso
medido por dichos sensores, realizada entes de la etapa de
comparación, por medio de un primer valor ponderal (Fv)
representativo de esta componente vertical y obtenido a partir de
una medida de la potencia (Pabs) del motor de accionamiento en
rotación del tambor.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que se corrige, antes de la etapa de l (Pb) representativo de una
pérdida de peso de las bolas debido al desgaste de las bolas en el
tiempo, teniendo en cuenta las fases de renovación de las bolas en
el triturador.
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