WO2009010329A1 - Rollenmühle - Google Patents

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WO2009010329A1
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roller mill
torque
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Markus Berger
Pedro Guerrero Palma
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Polysius AG
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    • 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
    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C25/00—Control arrangements specially adapted for crushing or disintegrating

Definitions

  • the invention relates to a roller mill with a rotatable around a rotation axis grinding table, at least one grinding roller, which is in rolling engagement with the grinding table and a main drive for driving the grinding table.
  • the grinding tables are driven by vertical roller mill by means of an unregulated asynchronous or synchronous motor and a multi-stage gearbox.
  • very large torque fluctuations occur, which are caused by the grinding process.
  • a roller mill is known for example from DE 36 33 747 Al.
  • DE 36 40 146 Al a planetary differential gear with a main and an auxiliary drive shaft for generating adjustable speeds is described. Additional gear elements can be used to engage and disengage power transmitting connection between the two drive shafts are made.
  • DE 35 45 314 C2 discloses a transmission for conveying, extraction, - or crushing plants with at least one Umlaufstirnradform as the output stage and connected to the engine gear input stage. A torque measuring device monitors the torque. When an adjustable maximum torque is exceeded, the prime mover is switched off.
  • the invention is an object of the invention to provide a roller mill and a method for operating the roller mill, wherein torque fluctuations of the drive or speed fluctuations of the
  • Mahltellers be steamed.
  • roller mill according to the invention essentially consists of one around one
  • Rotary axis rotatable grinding table at least one grinding roller, which is in rolling engagement with the grinding table and a main drive for driving the grinding plate.
  • an auxiliary drive for driving the grinding table and a control device is provided, wherein the control device comprises at least one damping controller, the auxiliary drive in dependence on
  • the main drive comprises a planetary gear with sun gear, planetary gears and ring gear, wherein the ring gear is rotatably arranged and the auxiliary drive is provided for driving the ring gear.
  • the control device, the auxiliary drive in dependence of the torque fluctuations of
  • the torque of the main drive or the sun gear and / or the rotational speed of the grinding table can be determined and fed as a measured variable of the control device.
  • control device comprises a state space controller.
  • Fig. 2 is a block diagram of the roller mill with control device.
  • the roller mill shown in Fig. 1 consists essentially of a rotatable about a rotation axis 1 grinding table 2, at least one grinding roller 3, 4, with the
  • Grinder is in rolling engagement and a main drive 5 for driving the grinding table.
  • the main drive 5 comprises a planetary gear with a sun gear 6, a plurality of planetary gears 7, 8 and a ring gear 9.
  • the main drive 5 drives the sun gear 6 via a main drive train 10.
  • the planet gears 7, 8 are connected via planet carrier 11, 12 with the grinding table 2 such that the grinding table can rotate about the rotation axis 1.
  • the axis of rotation 1 is aligned vertically.
  • an auxiliary drive 13 is provided for driving the grinding table 2.
  • the ring gear 9 of the planetary gear is rotatably mounted and coupled via an auxiliary drive train 14 with the auxiliary drive 13.
  • the auxiliary drive 13 is connected to a control device 15 in conjunction, wherein the
  • the control device 15 shown by way of example in FIG. 2 comprises at least one
  • Damping controller namely the main damping controller 16 the current torque and a time-averaged torque of the sun gear is supplied.
  • the torque of the sun gear is provided, for example, via a suitable sensor 17 or via a state model.
  • the main damping controller 16 now calculates the target speed of the auxiliary drive, which changes the transmission ratio of the transmission by its variable speed and thus can counteract torque fluctuations.
  • the change in the rotational speed of the auxiliary drive 13 is effected in particular via a frequency converter 18.
  • a plate speed controller 19 is provided which receives the desired plate speed as the setpoint and the current plate speed as the actual value.
  • the actual speed of the grinding table 2 is made available either via a sensor 20 or a state model. Furthermore, a
  • Damping controller 21 are provided for the auxiliary drive to To compensate for torque fluctuations by stimulating the intrinsic behavior of the auxiliary drive.
  • the main damping controller 16 and / or the plate speed controller 19 instead of in the classical way as a PID controller, is designed as a state space control. In this case, the parameterization is carried out by Polvorgabe in the image plane.
  • the auxiliary drive 13 which drives the ring gear 9 of the planetary gear, is operated via the frequency converter 18 with internal engine and mechanical model 22 and an active engine controller 23. It should expediently be equipped so that the temporarily necessary braking energy can be fed back into the network 24, whereby the efficiency of the overall system compared to the previously known systems can be further improved.
  • the auxiliary drive is designed as a classic engine-gearbox combination.
  • the main damping controller 16 and the plate speed controller 19 sizes and the resulting correction moments torque oscillations can occur in the auxiliary drive train. These are damped by a sensorless state space control.
  • Torques and / or speed fluctuations of the grinding table can be realized with high drive power without the main drive must be operated by means of frequency converter. Also on the side of the auxiliary drive can be dispensed with the use of an active sensorless state control on special drives. As a result, the cost of such a system is significantly lower for large drive powers (> 2 MW) than if the main drive had to be actively influenced.
  • the required for the activation of the additional drive 13 torque measurement according to the invention could also have a highly dynamic
  • Angle measurement is made because the twist is proportional to the torque with negligible damping.
  • the drive power required for driving the grinding table is expediently applied to a proportion of 5 to 30%, preferably 10 to 20%, by the additional drive.
  • a significant power reserve must be planned for the frequency converter 18 (2 to 2.5 times the nominal power of the variable speed drive).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rollenmühle mit einem um eine Drehachse (1) rotierbaren Mahlteller (2), wenigstens einer Mahlrolle (3, 4), die mit dem Mahlteller (2) in Rolleingriff steht und einem Hauptantrieb (5) zum Antreiben des Mahltellers (2). Weiterhin ist ein Zusatzantrieb (13) zum Antreiben des Mahltellers (2) und eine Regeleinrichtung (15) vorgesehen, wobei die Regeleinrichtung (15) wenigstens einen Dämpfungsregler (16, 21) umfasst, der den Zusatzantrieb (13) in Abhängigkeit von Drehmomentenschwankungen des Hauptantriebes (5) und/oder Drehzahl Schwankungen des Mahltellers (2) regelt.

Description

Rollenmühle
Die Erfindung betrifft eine Rollenmühle mit einem um eine Drehachse rotierbaren Mahlteller, wenigstens einer Mahlrolle, die mit dem Mahlteller in Rolleingriff steht und einem Hauptantrieb zum Antreiben des Mahltellers.
Zur Zeit werden die Mahlteller von Vertikalrollenmühle mittels eines ungeregelten Asynchron- oder Synchronmotors und eines mehrstufigen Getriebes angetrieben. Dabei treten in der Praxis sehr große Drehmomentenschwankungen auf, die durch den Mahlprozess hervorgerufen werden. Durch den schwingungsfähigen
Antriebsstrang (Kupplung, Wellen, Zahnsteifigkeiten) kann es außerdem zu einer Verstärkung dieser Drehmomentenschwankungen kommen. Eine Rollenmühle ist beispielsweise aus der DE 36 33 747 Al bekannt.
Um diesen hohen Wechselbelastungen standhalten zu können, müssen alle Bauteile die direkt und/oder indirekt am Kraftfluss beteiligt sind, für diese ausgelegt werden. Besonders die Wechselbeanspruchungen durch Eigenschwingungen im Antriebsstrang führen zu aufwendigen und damit teuren Konstruktionen. Auch sind bei größeren Mühlen Getriebeschäden bekannt, die zu empfindlichen Betriebsausfällen beim Anlagenbetreiber führen und somit auch ein negatives Image für solche Mühlen erzeugen können.
Zusätzlich zu den Momentenschwankungen treten aufgrund des unregelmäßigen Antriebs und der vorhandenen Elastizitäten auch Drehzahlschwankungen des Mahltellers auf. Diese sind unerwünscht, da sie den Mahlprozess und insbesondere das Mahlbett stören können und so die Durchsatzleistung, wie auch den Energieverbrauch negativ beeinflussen.
In der DE 36 40 146 Al wird ein Planeten-Differentialgetriebe mit einer Haupt- und einer Hilfsantriebswelle zur Erzeugung einstellbarer Drehzahlen beschrieben. Über zusätzliche Getriebeelemente kann eine ein- und auskuppelbare, leistungsübertragende Verbindung zwischen den beiden Antriebswellen hergestellt werden. Die DE 35 45 314 C2 offenbart ein Getriebe für Förder-, Gewinnungs,- oder Brechanlagen mit wenigstens einer Umlaufstirnradstufe als Abtriebsstufe und eine mit der Antriebsmaschine verbundene Zahnradeingangsstufe. Eine Drehmomentenmeßeinrichtung überwacht das Drehmoment. Bei Überschreiten eines einstellbaren maximalen Drehmoments wird die Antriebsmaschine abgeschaltet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Rollenmühle sowie ein Verfahren zum Betreiben der Rollenmühle anzugeben, wobei Drehmomentenschwankungen des Antriebes bzw. Drehzahlschwankungen des
Mahltellers gedämpft werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Ansprüche 1 und 8 gelöst.
Die erfindungsgemäße Rollenmühle besteht im Wesentlichen aus einem um eine
Drehachse rotierbaren Mahlteller, wenigstens einer Mahlrolle, die mit dem Mahlteller in Rolleingriff steht und einem Hauptantrieb zum Antreiben des Mahltellers. Ferner ist ein Zusatzantrieb zum Antreiben des Mahltellers und eine Regeleinrichtung vorgesehen, wobei die Regeleinrichtung wenigstens einen Dämpfungsregler umfasst, der den Zusatzantrieb in Abhängigkeit von
Drehmomentenschwankungen des Hauptantriebes und/oder Drehzahlschwankungen des Mahltellers regelt.
Durch den Zusatzantrieb wird ein Teil der für den Antrieb des Mahltellers erforderlichen Antriebsleistung aufgebracht. Außerdem können durch den
Zusatzantrieb dynamische Spitzen bei den Drehmomentenschwankungen bzw. den Drehzahlschwankungen reduziert werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Hauptantrieb ein Planetengetriebe mit Sonnenrad, Planentenrädern und Hohlrad, wobei das Hohlrad drehbar angeordnet ist und der Zusatzantrieb zum Antrieb des Hohlrades vorgesehen ist. Bei einer solchen Ausgestaltungen des Hauptantriebes kann die Regeleinrichtung den Zusatzantrieb in Abhängigkeit der Drehmomentenschwankungen des
Sonnenrades regeln.
Durch geeignete Sensoren kann das Drehmoment des Hauptantriebes bzw. des Sonnenrades und/oder die Drehzahl des Mahltellers ermittelt werden und als Messgröße der Regeleinrichtung zugeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Regeleinrichtung einen Zustandsraumregler.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Rollenmühle,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Rollenmühle mit Regeleinrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Rollenmühle besteht im Wesentlichen aus einem um eine Drehachse 1 rotierbaren Mahlteller 2, wenigstens einer Mahlrolle 3, 4, die mit dem
Mahlteller in Rolleingriff steht und einem Hauptantrieb 5 zum Antreiben des Mahltellers.
Der Hauptantrieb 5 umfasst ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad 6, mehrere Planetenrädern 7, 8 und ein Hohlrad 9. Der Hauptantrieb 5 treibt das Sonnenrad 6 über einen Hauptantriebsstrang 10 an. Die Planetenräder 7, 8 sind über Planetenträger 11, 12 mit dem Mahlteller 2 derart verbunden, dass der Mahlteller um die Drehachse 1 rotieren kann. Die Drehachse 1 ist dabei vertikal ausgerichtet.
Weiterhin ist ein Zusatzantrieb 13 zum Antreiben des Mahltellers 2 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist das Hohlrad 9 des Planetengetriebes drehbar angeordnet und über einen Zusatzantriebsstrang 14 mit dem Zusatzantrieb 13 gekoppelt.
Der Zusatzantrieb 13 steht mit einer Regeleinrichtung 15 in Verbindung, wobei die
Regeleinrichtung den Zusatzantrieb in Abhängigkeit von
Drehmomentenschwankungen des Hauptantriebes 5 und/oder
Drehzahlschwankungen des Mahltellers 2 regelt.
Die in Fig. 2 beispielhaft dargestellte Regeleinrichtung 15 umfasst wenigstens einen
Dämpfungsregler, nämlich den Hauptdämpfungsregler 16, dem das aktuelle Drehmoment und ein zeitlich gemitteltes Drehmoment des Sonnenrades zugeführt wird. Das Drehmoment des Sonnenrades wird beispielsweise über einen geeigneten Sensoren 17 oder über ein Zustandsmodell zur Verfügung gestellt.
Der Hauptdämpfungsregler 16 berechnet nun die Solldrehzahl des Zusatzantriebes, welcher durch seine variable Drehzahl das Übersetzungsverhältnis des Getriebes ändert und somit Drehmomentenschwankungen entgegen wirken kann. Die Veränderung der Drehzahl des Zusatzantriebes 13 wird insbesondere über einen Frequenzumrichter 18 bewirkt.
Um Drehzahländerungen des Mahltellers 2 zu vermeiden, ist ein Tellerdrehzahlregler 19 vorgesehen, der als Sollwert die gewünschte Tellerdrehzahl und als Istwert die aktuelle Tellerdrehzahl erhält. Die Istdrehzahl des Mahltellers 2 wird entweder über einen Sensor 20 oder ein Zustandsmodell zur Verfügung gestellt. Weiterhin kann ein
Dämpfungsregler 21 für den Zusatzantrieb vorgesehen werden, um Momentenschwankungen durch Anregung des Eigenverhaltens des Zusatzantriebes auszugleichen.
Je nach Anforderung kann eine unterschiedliche Gewichtung der einzelnen Regelkreise erfolgen, womit entweder die Tellerdrehzahl oder das Antriebsmoment des Hauptantriebes 5 stärker stabilisiert werden kann. Weiterhin ist es denkbar, dass der Hauptdämpfungsregler 16 und/oder der Tellerdrehzahlregler 19, statt in klassischer Weise als PID-Regler, als Zustandsraumreglung ausgeführt ist. Dabei erfolgt die Parametrierung durch Polvorgabe in der Bildebene.
Der Zusatzantrieb 13, welcher das Hohlrad 9 des Planetengetriebes antreibt, wird über den Frequenzumrichter 18 mit internem Motor- und Mechanikmodell 22 und einem aktiven Motorregler 23 betrieben. Er sollte zweckmäßigerweise so ausgestattet sein, dass die zeitweise notwendige Bremsenergie in das Netz 24 zurückgespeist werden kann, wodurch sich der Wirkungsgrad des Gesamtsystems gegenüber den bisher bekannten Systemen noch weiter verbessern kann.
Um auf teure Direktantriebe verzichten zu können, wird der Zusatzantrieb klassisch als Motor-Getriebekombination ausgeführt. Durch die vom Hauptdämpfungsregler 16 und dem Tellerdrehzahlregler 19 vorgegebenen Größen und den sich daraus ergebenden Korrekturmomenten können auch im Zusatzantriebsstrang Momentenschwingungen auftreten. Diese werden durch eine sensorlose Zustandsraumregelung gedämpft.
Somit steht ein System zur Verfügung, bei welchem eine aktive Dämpfung von
Drehmomenten und/oder Drehzahlschwankungen des Mahltellers mit großen Antriebsleistungen realisiert werden kann, ohne dass der Hauptantrieb mittels Frequenzumrichter betrieben werden muss. Auch auf der Seite des Zusatzantriebs kann durch den Einsatz einer aktiven sensorlosen Zustandsregelung auf Sonderantriebe verzichtet werden. Dadurch sind die Kosten eines solchen Systems bei großen Antriebsleistungen (> 2 MW) deutlich niedriger, als wenn der Hauptantrieb aktiv beeinflusst werden müsste.
Die für die Ansteuerung des Zusatzantriebes 13 erforderliche Drehmomentenmessung könnte erfindungsgemäß auch über eine hochdynamische
Drehwinkelmessung erfolgen, da die Verdrillung bei vernachlässigbarer Dämpfung proportional zum Drehmoment ist.
Die für den Antrieb des Mahltellers erforderliche Antriebsleistung wird zweckmäßigerweise zu einen Anteil von 5 bis 30%, vorzugsweise 10 bis 20% durch den Zusatzantrieb aufgebracht. Zusätzlich muss aufgrund der hohen Dynamik eine deutliche Leistungsreserve beim Frequenzumrichter 18 eingeplant werden (2 bis 2,5 fache der Nennleistung des Regelantriebs).

Claims

Patentansprüche
1. Rollenmühle mit a. einem um eine Drehachse (1) rotierbaren Mahlteller (2), b. wenigstens einer Mahlrolle (3, 4), die mit dem Mahlteller in Rolleingriff steht und c. einem Hauptantrieb (5) zum Antreiben des Mahltellers,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zusatzantrieb (13) zum Antreiben des Mahltellers (2) und eine Regeleinrichtung (15) vorgesehen sind, wobei die
Regeleinrichtung wenigstens einen Dämpfungsregler (16, 21) umfasst, der den Zusatzantrieb in Abhängigkeit von Drehmomentenschwankungen des Hauptantriebes (5) und/oder Drehzahlschwankungen des Mahltellers (2) regelt.
2. Rollenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptantrieb
(5) ein Planetengetriebe mit Sonnenrad (6), Planetenrädern (7, 8) und Hohlrad (9) umfasst, wobei das Hohlrad drehbar angeordnet ist und der Zusatzantrieb (13) zum Antrieb des Hohlrades vorgesehen ist.
3. Rollenmühle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Regeleinrichtung (15) den Zusatzantrieb (13) in Abhängigkeit der Drehmomentenschwankungen des Sonnenrades (6) regelt.
4. Rollenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzumrichter (18) zum Regeln des Zusatzantriebs (13) vorgesehen ist.
5. Rollenmühle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (15) einen Sensor (17) zur Ermittlung des Drehmoments des Sonnenrades (6) umfasst.
6. Rollenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (15) einen Sensor (20) zur Ermittlung der Drehzahl des Mahltellers (2) umfasst.
7. Rollenmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Regeleinrichtung (15) einen Zustandsraumregler umfasst.
8. Verfahren zum Betreiben einer Rollenmühle gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung den Zusatzantrieb in Abhängigkeit von Drehmomentenschwankungen des Hauptantriebes 5 und/oder
Drehzahlschwankungen des Mahltellers 2 regelt, um die Drehmomentenschwankungen des Hauptantriebes (5) und/oder die Drehzahlschwankungen des Mahltellers (2) zu dämpfen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des
Zusatzantriebs (13) das aktuelle und ein zeitlich gemitteltes Drehmoment des Hauptantriebes (5) berücksichtigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des Zusatzantriebs (13) die Drehzahlabweichung des Mahltellers (2) gegenüber einer
Solldrehzahl berücksichtigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Ansteuerung des Zusatzantriebs (13) erforderliche Drehmomentenmessung über eine hochdynamische Drehwinkelmessung erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine gegebenenfalls entstehende Bremsenergie des Zusatzantriebs (13) energetisch genutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Antrieb des Mahltellers (2) erforderliche Antriebsleistung zu einem Anteil von 5 bis 30%, vorzugsweise 10 bis 20% durch den Zusatzantrieb (13) aufgebracht wird.
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