CH650168A5

CH650168A5 - Verfahren und anlage zum regeln der differenzdrehzahl zweier rotierender bauteile, naemlich einer zentrifugentrommel und einer foerderschnecke einer schneckenzentrifuge.

Info

Publication number: CH650168A5
Application number: CH661/81A
Authority: CH
Inventors: Hans-Joachim Dr Oberg; Wolf-Diethard Gruenberg; Guenther Posse
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz Ag
Priority date: 1980-02-15
Filing date: 1981-02-02
Publication date: 1985-07-15
Also published as: DE3005658A1; JPS56130247A; IT1170716B; GB2069727B; US4369915A; GB2069727A; FR2476343A1; IT8147791A0; DK62581A; FR2476343B1; SE8100759L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Regeln der Differenzdrehzahl zweier mit unterschiedlicher Drehzahl rotierender Bauteile, nämlich einer Zentrifugentrommel und einer 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-koni-sche, rotierende Zentrifugentrommel, innerhalb der eine in ihrer Aussenkontur entsprechend angepasste Förderschnek-ke 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.

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 für die augenblicklich vorhandene und gemessene Feststoffbelastung notwendigen Wert regeln kann.

Bei einer bekannten Schneckenzentrifuge (US-PS 3 734 399), bei der die 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 der Zentrifugentrommel und eines Überlastungsschutzes für den Schneckenantrieb. Mit dem oben geschilderten Problem des Grenzbetriebes hat dieser Regeleingriff nichts zu tun.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zum Regeln des Betriebs einer Schneckenzentrifuge zu schaffen, in der Weise, dass die Förderschnek-ke 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 Drehzahlen der Zentrifugentrommel und der Förderschnecke sowie die Differenzdrehzahl von einem Rechner errechnet werden, von dem aus ein Regeleingriff auf die Drehzahl der Förderschnecke erfolgt.

Die Differenzdrehzahl wird nicht durch direkte Messung ermittelt. Sie wird z.B. von einem Mikrocomputer sehr schnell und sehr genau errechnet. In sehr kurzen Zeitabständen von beispielsweise 300 fisec kann der Rechner Impulse abtasten, die sowohl von der rotierenden Trommel als auch von der rotierenden Schnecke abgegeben werden können. Die Anzahl der Tastungen zwischen zwei oder mehreren empfangenen Impulsen kann jeweils gezählt und durch Quotientenrechnung die Drehzahlen der beiden rotierenden Teile errechnet werden, wonach die Differenzdrehzahl durch Subtraktionsrechnung vom Rechner errechnet werden kann.

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Dem Rechner kann als weitere Eingangsgrösse das Antriebsdrehmoment der Förderschnecke zugeleitet werden. 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 kann dann ein Regeleingriff auf die Schneckendrehzahl zur Korrektur der Differenzdrehzahl in der Weise erfolgen, dass einerseits die Zentrifuge sicher nicht mit Feststoff verstopft, anderseits der Feststofftransport möglichst langsam erfolgt, so dass durch die Regelung der eingangs geschilderte, als optimal anzustrebende Grenzbetrieb der Schneckenzentrifuge gefahrlos eingehalten werden kann.

Weitere Einzelheiten werden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Schneckenzentrifuge mit drehbar gelagerter Zentrifugentrommel 10, innerhalb der eine Förderschnecke 11 drehbar gelagert ist. Die Trommel und die Aussenkontur der Schnecke sind an einem Längsabschnitt in der Regel zylindrisch und zum Feststoff-austrag hin konisch ausgebildet. Die Trommel 10 wird von einem Elektromotor 12 über einen Riementrieb 13 und eine Welle 14 angetrieben, während die Schnecke 11 von einem Elektromotor 15 über eine Hydraulikpumpe 16, einen Hydraulikmotor 17, eine Welle 18 und ein Getriebe 19 angetrieben wird. Die Trommel rotiert mit Drehzahlen von zum Beispiel 700 bis 1400 U/min. bei konstant belassener Drehzahl, während die Förderschnecke mit Differenzdrehzahlen 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 Differenzdrehzahl mit Hilfe eines Rechners 20 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, die durch Initiatoren, zum Beispiel Eisennocken 23 und 24, angeregt werden, die jeweils an der Antriebswelle 14 für die Zentrifugentrommel 10 bzw. an der Antriebswelle 18 für die Förderschnecke 11 befestigt sind. Die Initiatoren können auch an den Riemenscheiben oder an anderen mitrotierenden Stellen der rotierenden Bauteile befestigt sein. Die Impulsgeber 21 und 22, zum Beispiel Induktivgeber, sind über Signalleitungen 25 bzw. 26 mit dem Rechner 20 verbunden. In sehr kurzen Zeitabständen, zum Beispiel etwa alle 300 |isec, tastet ein 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 hier verwendeten 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.

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Dazu ist an den Hydraulikkreislauf 27 in Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit vor dem Hydraulikmotor 17 ein Druckmessgerät 28 angeschlossen, das den Messwert z.B. in eine elektrische Spannung umwandelt, die durch einen 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 in einem Speicher 35 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 die Schneckendrehzahl zur Korrektur der Differenzdrehzahl. Zeichnerisch dargestellt ist dieser Regeleingriff durch eine 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 proportionale Drehzahl der Förderschnecke 11 erfolgt. Die Schneckenzentrifuge wird automatisch so gefahren, dass der aus Schneckendrehmoment und Differenzdrehzahl gebildete Koordinatenpunkt 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 eine elektromagnetische Kupplung, vom Hydraulikantrieb der Förderschnecke 11 angetrieben werden, wobei bei Erreichen der Betriebsdrehzahl automatisch die Kupplung 39 ausgekuppelt, der Trommelantriebsmotor 12 eingeschaltet und das Schlammzulaufventil geöffnet werden. Die entsprechenden Stellsignale kommen ebenfalls vom Rechner 20, der über eine Ausgangsleitung 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 ein Programm für Sonstiges. Mit dem Rechner 20 ist eine Anzeige 44 verbunden, die zum Anzeigen der Trommeldrehzahl, der Schneckendrehzahl, der Differenzdrehzahl, des Schneckendrehmoments, der Leistungsaufnahme beider Elektromotore sowie weiterer Messgrössen dient. 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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1 Blatt Zeichnungen

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650168 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Regeln der Differenzdrehzahl zweier mit unterschiedlicher Drehzahl rotierender Bauteile, nämlich einer Zentrifugentrommel und einer Förderschnecke einer Schneckenzentrifuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen der Zentrifugentrommel und der Förderschnek-ke 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 der Rotationsfrequenz der rotierenden Bauteile Impulse abtastet, die sowohl von der rotierenden Trommel als auch von der rotierenden Schnecke abgegeben werden, 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 Anspruch 1 oder 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.

4. Verfahren nach Anspruch 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 Förderschnecke 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 ein 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 von einem Hydraulikantrieb der Förderschnecke angetrieben wird und dass bei Erreichen der Betriebsdrehzahl automatisch die Kupplung ausgekuppelt, ein Trommelantriebsmotor eingeschaltet und ein Schlammzulaufventil geöffnet werden.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 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.