валковая мельница и способ измельчения измельчаемого сырьевого материала

Формула изобретения

1. Валковая мельница, имеющая стол (10) для измельчения, по меньшей мере один измельчающий валок (11, 12) и по меньшей мере два привода (13, 14) с обмоткой ротора и обмоткой статора (13a, 14a; 13b, 14b) для приведения в действие валковой мельницы, а также по меньшей мере одно регулировочное устройство (20, 21) для регулирования крутящего момента по меньшей мере одного привода, отличающаяся тем, что регулировочное устройство (20, 21) соединено с обмоткой (13b, 14b) ротора по меньшей мере одного привода (13, 14) для воздействия на ток ротора, при этом мощность регулировочного устройства (20, 21) составляет менее 50% от номинальной мощности соответствующего привода (13, 14).

2. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что приводы (13, 14) образованы асинхронными электродвигателями.

3. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере n-1 (n = число приводов) приводов (13, 14) образованы асинхронными электродвигателями с контактными кольцами.

4. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что мощность регулировочного устройства (20, 21) составляет предпочтительно максимум 30% от номинальной мощности соответствующего привода (13, 14).

5. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что фактические параметры приводов (13, 14) получены посредством модели совместно вращающихся электродвигателей.

6. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что регулировочное устройство (20, 21) представляет собой преобразователь (20.1) частоты.

7. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что регулировочное устройство (20, 21) представляет собой каскадную схему (20.2) из преобразователей мощности.

8. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что регулировочное устройство (20, 21) представляет собой матричный преобразователь (20.3).

9. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что регулировочное устройство (20, 21) вращается вместе с ротором привода.

10. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что регулировочное устройство (20, 21) представляет собой низковольтную систему.

11. Валковая мельница по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один измельчающий валок (11, 12) имеет соответствующий привод (13, 14), и/или стол (10) для измельчения имеет по меньшей мере один соответствующий привод (13, 14).

12. Способ измельчения измельчаемого сырьевого материала посредством валковой мельницы, которая имеет стол (10) для измельчения, по меньшей мере один измельчающий валок (11, 12), по меньшей мере два привода (13, 14) со статором и обмоткой (13b, 14b) ротора для приведения в действие валковой мельницы и по меньшей мере одно регулировочное устройство (20, 21) для регулирования крутящего момента, при этом операцию компенсирующего регулирования выполняют посредством регулирования крутящего момента по меньшей мере одного привода, отличающийся тем, что используемое регулировочное устройство (20, 21) обеспечивает мощность, которая меньше 50% от номинальной мощности соответствующего привода (13, 14), при этом регулировочное устройство соединяют с обмоткой ротора по меньшей мере одного привода (13, 14), и регулирование выполняют посредством воздействия на ток в обмотке (13b, 14b) ротора для регулирования мощности приводов при заданной зависимости относительно друг друга.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что компенсирующее регулирование представляет собой компенсирующее регулирование нагрузки.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что компенсирующее регулирование представляет собой компенсирующее регулирование мощности.

15. Способ по любому из пп.12-14, отличающийся тем, что скорость приводов (13, 14) регулируют таким образом, что дополнительно поддерживают заданную частоту вращения стола (10) для измельчения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к валковой мельнице и к способу измельчения измельчаемого сырьевого материала, при этом валковая мельница имеет стол для измельчения, по меньшей мере один измельчающий валок и по меньшей мере два привода для приведения в действие валковой мельницы.

На практике в валковых мельницах, как правило, приводится в движение стол для измельчения, который обеспечивает приведение в движение измельчающих валков посредством подвергаемого измельчению слоя. Однако это приводит к значительным колебаниям уровней производительности и, следовательно, к высоким нагрузкам на цепь привода, в результате чего мощность привода, которая может быть надежно передана, очень ограничена.

В документе DE 3801728 описана валковая мельница, в которой приводной электродвигатель соединен с каждым измельчающим валком. Кроме того, стол для измельчения имеет вспомогательный привод.

В документе DE 19702854 А1 также уже было предложено приводить в действие валки. В данном документе также утверждалось, что отдельные измельчающие валки, с одной стороны, соединены друг с другом посредством стола для измельчения и измельчаемого сырьевого материала или слоя измельчаемого сырьевого материала, который размещен на нем, и, с другой стороны, могут иметь очень разный расход энергии, что можно отнести, например, на счет разных диаметров при перекатывании по столу для измельчения (месторасположения точки приложения силы/радиуса) разных эффективных диаметров отдельных измельчающих валков (например, вследствие износа) и разных характеристик измельчаемого сырьевого материала, втягиваемого во время взаимодействия между столом для измельчения и измельчающим валком.

Даже небольшие различия частоты вращения отдельных измельчающих валков вызывают сравнительно значительные колебания мощности в приводах. Это может привести к тому, что измельчающие валки будут постоянно ускоряться или замедляться, то есть приводимые в движение по отдельности, измельчающие валки будут работать, противодействуя друг другу, что приводит к существенно увеличенной потребной мощности или энергии во время операции измельчения.

Следовательно, в документе DE-А1-19702854 предложено обеспечение компенсации отклонений при эксплуатации отдельных приводов вращательного движения всех приводимых измельчающих валков посредством общей системы регулирования для компенсации нагрузки. Однако в случае динамических изменений в приводе стола для измельчения и измельчающего валка потребление мощности в приводах будет сильно различаться.

В документе DE-А1-102006050205 дополнительно раскрыта валковая мельница, в которой стол для измельчения приводится в движение посредством конструкции из более двух приводов. Для приводов предусмотрены электродвигатели, подача питания на которые осуществляется посредством преобразователей частоты и посредством которых обеспечивается регулирование частоты вращения и крутящего момента. Преобразователи частоты налажены в соответствии с принципом «ведущий-ведомый» для обеспечения синхронизации работы всех приводов. Тем не менее, данные преобразователи частоты приводят к большим затратам на цепь привода.

Документ DE 20106177 U1 относится к бегунковой мельнице с дополнительным приводом, который имеет систему прямого регулирования крутящего момента.

Следовательно, задача изобретения состоит в уменьшении затрат на регулировочные устройства.

Данная задача решается в соответствии с изобретением посредством признаков пунктов 1 и 14 формулы изобретения.

Валковая мельница в соответствии с изобретением имеет стол для измельчения, по меньшей мере один измельчающий валок и по меньшей мере два электродвигателя (привода) с обмоткой статора и обмоткой ротора для приведения в действие валковой мельницы и снабжена по меньшей мере одним регулировочным устройством для регулирования крутящего (двигательного) момента по меньшей мере одного привода. Регулировочное устройство соединено с обмоткой ротора по меньшей мере одного привода для воздействия на ток ротора.

В способе согласно изобретению, предназначенном для измельчения измельчаемого сырьевого материала посредством валковой мельницы, которая имеет стол для измельчения, по меньшей мере один измельчающий валок, по меньшей мере два привода с обмоткой статора и обмоткой ротора для приведения в действие валковой мельницы и по меньшей мере одно регулировочное устройство для регулирования крутящего (двигательного) момента, регулировочное устройство соединяют с обмоткой ротора по меньшей мере одного привода для выполнения операции компенсирующего регулирования посредством регулирования крутящего (двигательного) момента. Регулирование выполняют посредством воздействия на ток обмотки ротора по меньшей мере одного привода для регулирования мощности приводов при заданной зависимости относительно друг друга.

Также предусмотрено, что в контексте изобретения понимается, что обмотка ротора представляет собой короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка» асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Воздействие на крутящий момент обеспечивается посредством непосредственного воздействия на ток ротора, при этом воздействие на ток статора осуществляется опосредованно.

Воздействие на ток ротора может вызываться, например, посредством преобразователей, мощность которых зависит при данном типе воздействия от отклонения рабочей частоты вращения от номинального значения, которое составляет по существу 30% от номинальной мощности электродвигателя. Следовательно, могут быть использованы преобразователи со значительно меньшей мощностью. Поскольку стоимость преобразователей почти пропорциональна их мощности, в данном случае может быть достигнута экономия затрат до 70% и более. Дополнительное преимущество «разделения» привода валковой мельницы на множество приводов заключается в том, что могут быть использованы соответственно электродвигатели меньшего размера и более простые зубчатые механизмы. Кроме того, система может быть конфигурирована таким образом, что операция измельчения не должна будет прерываться в случае неправильного срабатывания привода (резервирование).

Зависимые пункты формулы изобретения связаны с дополнительными преимуществами и относятся к дополнительным конструкциям по изобретению.

Приводы предпочтительно образованы асинхронными электродвигателями, и по меньшей мере один электродвигатель, на который должно быть оказано воздействие, образован, в частности, асинхронным электродвигателем с контактными кольцами. Мощность регулировочного устройства может составлять менее 50%, предпочтительно может составлять максимум 30% от номинальной мощности взаимодействующего с ним привода. В качестве регулировочных устройств можно использовать, например, преобразователь частоты, каскадную схему из преобразователей мощности или матричный преобразователь. Существует возможность выполнения и размещения регулировочного устройства так, что его положение будет фиксированным, или так, что оно будет вращаться вместе с ротором привода.

Благодаря соответственно меньшей мощности регулировочного устройства можно выполнить низковольтную систему, максимальное напряжение которой составляет, например, 690 В.

По меньшей мере два привода могут обеспечивать избирательное приведение в движение измельчающих валков и/или стола для измельчения.

Другие преимущества и конфигурации по изобретению разъяснены ниже со ссылкой на описание и чертежи, в которых:

фиг.1 представляет собой схематическую иллюстрацию валковой мельницы, имеющей регулировочное устройство для компенсации,

фиг.2 представляет собой схематическую иллюстрацию регулировочного устройства, которое выполнено в виде преобразователя частоты с промежуточной цепью напряжения,

фиг.3 представляет собой схематическую иллюстрацию регулировочного устройства, которое выполнено в виде каскадной схемы из преобразователей мощности,

фиг.4 представляет собой схематическую иллюстрацию регулировочного устройства в виде матричного преобразователя, и

фиг.5 представляет собой схематическую иллюстрацию регулировочного устройства, которое вращается вместе с ротором.

Валковая мельница 1, проиллюстрированная на фиг.1, имеет стол 10 для измельчения по меньшей мере двух измельчающих валков 11, 12 и по меньшей мере два привода 13, 14 для приведения в движение двух измельчающих валков 11, 12. Каждый привод содержит электродвигатель и, возможно, зубчатый механизм. В контексте изобретения, само собой разумеется, также можно предусмотреть множество измельчающих валков, в частности, три, четыре или более измельчающих валков.

Стол 10 для измельчения может свободно вращаться вокруг оси 10а вращения так, что его вращение обеспечивается только посредством ведомых измельчающих валков 11, 12 и измельчаемого сырьевого материала 3, размещенного между измельчающим валком и столом для измельчения. Тем не менее, также возможен отдельный привод, который содержит по меньшей мере один электродвигатель, подлежащий соединению со столом для измельчения для взаимодействия с ним.

Передача вращательного движения измельчающих валков 11, 12 столу 10 для измельчения выполняется через посредство измельчаемого сырьевого материала 3. Вследствие того, что слой измельчаемого сырьевого материала на практике не имеет однородной структуры, передаточное отношение при передаче движения от измельчающего валка к столу для измельчения непрерывно изменяется. Передаточное отношение в конечном счете определяется расстоянием от точки приложения силы до оси измельчающего валка и оси стола для измельчения. На чертежах расстояние r₁ от точки приложения силы со стороны измельчающего валка 11 до оси 10а вращения меньше расстояния r₂ от точки приложения силы со стороны измельчающего валка 12 до оси 10а вращения.

Тем не менее, передаточное отношение, которое различается только в незначительной степени, приводит к различным крутящим моментам, передаваемым столу для измельчения, когда частота вращения измельчающих валков 11, 12 почти одинакова. Таким образом, осуществляется торможение или ускорение одного привода относительно другого привода.

Система компенсирующего регулирования нагрузки и относительно схожие крутящие моменты, которые связаны с ней, также приводят к разным уровням мощности вследствие разных передаточных отношений. Возникающие в результате значительные колебания мощности приводов приводят к увеличенной потребности в энергии. Кроме того, вследствие этого нарушается заданное распределение мощности между приводами.

Для предотвращения данных эффектов предусмотрено регулировочное компенсирующее устройство 2, при этом мощность приводов 13, 14 регулируется при заданном соотношении относительно друг друга посредством регулирования крутящего момента (и, следовательно, возможно, также частоты вращения ротора) по меньшей мере одного привода. В проиллюстрированном варианте осуществления идентичные приводы 13, 14 предусмотрены для двух измельчающих валков 11, 12 с идентичной конструкцией, так что регулировочное устройство 2, предназначенное для компенсации, обеспечивает поддержание мощности двух приводов на одном и том же уровне.

Тем не менее, также существует возможность того, что, помимо одного или нескольких измельчающих валков, стол для измельчения также будет иметь отдельный привод или будут использованы измельчающие валки разного размера. В данных случаях приводы могут быть приведены в действие с разными уровнями мощности.

В проиллюстрированном варианте осуществления регулировочное устройство 2, предназначенное для компенсации, по существу содержит регулировочное устройство 20, 21, которое взаимодействует с приводами 13, 14 и которое выполнено соответственно в виде преобразователя, регулятора 22 для компенсации мощности и, возможно, регулятора 23 частоты вращения стола для измельчения.

Приводы 13, 14 предпочтительно образованы асинхронными электродвигателями, в частности, асинхронными электродвигателями с контактными кольцами, обмотка 13а, 14а статора которых соединена с питающей электрической сетью 14 (трехфазной питающей электрической сетью низкого или среднего напряжения), а обмотка 13b, 14b ротора соединена соответственно с регулировочным устройством 20 или 21. Регулировочные устройства 20, 21 предпочтительно представляют собой низковольтные системы с максимальным напряжением 690 В. Следовательно, они соединены с питающей электрической сетью 15, возможно, посредством трансформатора 16.

Регулировочные устройства 20, 21 обеспечивают измерение текущего тока в электродвигателе и напряжения на электродвигателе приводов 13, 14. Исходя из этого, определяется мощность, потребляемая каждым приводом, и формируется скользящее суммарное среднее значение, которое взвешивается посредством (весового) коэффициента (в случае одинаковых уровней мощности 2 приводов, проиллюстрированных в данном примере, =0,5) и составляет заданный параметр привода. В случае почти постоянного момента сопротивления данная величина в основном зависит только от частоты вращения/скорости соответствующего привода.

Расхождение между фактическим уровнем мощности привода и заданным уровнем мощности привода передается в регулятор 22 для компенсации мощности, который обеспечивает регулирование мощности двух приводов 13, 14 посредством адаптации тока ротора соответствующего привода соответственно так, чтобы обеспечивалось регулирование мощности двух приводов при заданном соотношении, в данном случае до одинакового уровня.

Предпочтительно предусмотрена дополнительная система регулирования частоты вращения стола для измельчения, которая в данном случае реализована посредством регулятора 23 частоты вращения стола для измельчения. Регулятор 23 частоты вращения стола для измельчения соединен с датчиком частоты вращения стола для измельчения (не проиллюстрированным более подробно) и получает с достаточно малыми интервалами фактическое значение частоты вращения стола 10 для измельчения, которое сравнивается с заданным значением n_So11, в результате чего получают расхождение для выполнения регулировки. При фиксированном принятом передаточном отношении регулятор выводит из этого желательную частоту вращения для устройства 22 компенсации мощности, которое может обеспечить изменение данной величины.

Регулировочное устройство 20, 21 также может иметь внутренний регулятор частоты вращения и модель электродвигателя, которая работает вместе с ним, в результате чего могут быть получены скорость работы привода для приводов и крутящий момент двигателя. Регулировочные устройства предпочтительно должны обладать способностью считывать и выдавать управляющие данные и данные о состоянии каждые 5-10 мс для гарантирования функционирования регулировочного устройства, предназначенного для компенсации.

С точки зрения технического контроля система представляет собой каскадную систему регулирования, при этом отдельные уровни динамически разъединяются и, следовательно, могут рассматриваться по отдельности. Преимущество системы регулирования, описанной выше, состоит в том, что посредством системы компенсирующего регулирования мощности мощность, потребляемая приводами 13, 14, будет различаться только незначительно, и даже значительные изменения в системе (скачок при передаче) корректируются очень быстро.

Кроме того, предпочтительно то, что существует возможность почти полностью избавиться от дорогостоящей и требующей большого объема технического обслуживания технологии измерения, поскольку используемые преобразователи обеспечивают все релевантные данные за исключением частоты вращения стола для измельчения. Кроме того, при использовании регулировочных устройств 20, 21 регулирующие воздействия могут выполняться почти без потребления энергии, так что общий КПД находится на уровне привода, не подвергаемого регулированию.

Регулировочные устройства 20, 21 предпочтительно образованы преобразователями, при этом отсутствует необходимость в том, чтобы обеспечивалась возможность регулирования всей мощности приводов 13, 14 посредством регулировочного устройства 20, 21, как было ранее в предшествующем уровне техники. Если регулировочное устройство соединено с обмоткой ротора приводов, на ток ротора можно воздействовать для регулировки. Данный способ воздействия на приводы обеспечивает возможность того, что мощность регулировочных устройств, которую можно выбирать, будет значительно ниже уровней номинальной мощности взаимодействующих с ними приводов. Предпочтительно, если мощность регулировочных устройств составляет менее 50%, предпочтительно максимум 30% от номинальной мощности взаимодействующих/связанных с ними приводов. Поскольку стоимость регулировочных устройств, которые выполнены в виде преобразователей, пропорционально зависит от мощности регулировочных устройств, 50% или 70% и более затрат на регулировочные устройства могут быть сэкономлены подобным образом.

Различные варианты осуществления регулировочного устройства 20 или 21 приведены ниже со ссылкой на фиг.2-5.

В варианте осуществления согласно фиг.2 регулировочное устройство 20 или 21 выполнено в виде преобразователя 20.1 частоты с промежуточной цепью напряжения. Оно по существу содержит входной каскад 20а и выходной каскад 20b и промежуточную цепь 20с. Входной каскад 20а преобразует трехфазный переменный ток постоянной частоты в постоянный ток для промежуточной цепи и наоборот (цепь обратной передачи), в то время как выходной каскад преобразует постоянный ток в переменный ток переменной частоты и наоборот. Промежуточная цепь 20с имеет конденсатор и служит для разъединения входного и выходного каскадов (накопления энергии).

При данном регулировочном устройстве также возможны уменьшение частоты вращения (обратная подача/возврат энергии в питающую электрическую сеть), но также увеличение частоты вращения (дополнительная подача энергии). На намагничивание электродвигателя можно воздействовать определенным образом (что также можно проиллюстрировать в виде емкостной нагрузки по отношению к питающей электрической сети).

Кроме того, существует возможность предусмотреть пусковой модуль 20d, который, однако, необходим только тогда, когда привод 13, 14 должен начинать работать под номинальной нагрузкой (или превышающей ее). В этом случае во время операции запуска пусковой модуль 20d соединяется с обмоткой ротора вместо регулировочного устройства. Тем не менее, если валковую мельницу запускают без нагрузки (возможно, при частичной нагрузке, составляющей <50% от номинальной нагрузки), данный пусковой модуль не требуется.

На фиг.3 регулировочное устройство 20, 21 конфигурировано в виде каскадной схемы 20.2 из преобразователей мощности. Она представляет собой каскад подсинхронных преобразователей. Посредством определенного воздействия на ток можно определенным образом воздействовать на скольжение ротора асинхронного электродвигателя и, следовательно, на частоту вращения или крутящий момент электродвигателя привода. Для этого ток ротора выпрямляется посредством выпрямителя 20е и временно «накапливается» посредством индуктора 20f. Посредством тиристорного каскада 20g каскад преобразователей мощности может подавать энергию обратно в питающую электрическую сеть.

Преимущество каскада преобразователей мощности заключается в том, что работа при значениях, близких к синхронной частоте вращения, не вызывает проблем для компонентов. Кроме того, он включает в себя меньшее число компонентов, чем преобразователь 20.1 частоты, при этом существует возможность, в частности, обойтись без конденсатора промежуточной цепи, в результате чего эксплуатационный срок службы увеличивается.

Регулировочное устройство 20, 21 по варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.4, образовано матричным преобразователем 20.3. Благодаря соответствующим переключающим элементам входные фазы с фиксированной частотой соединяются друг с другом без каких-либо ошибок синхронизации таким образом, что могут быть получены выходные напряжения с переменной частотой. Возможен поток энергии в обоих направлениях. Преимущество матричного преобразователя состоит в том, что не требуется никаких модулей накопления (конденсатора или индуктора). Также и в данном случае работа при значениях, близких к синхронной частоте вращения для компонентов, не вызывает проблем благодаря способу их работы. Кроме того, поток энергии возможен в обоих направлениях без дополнительных компонентов. Следовательно, данное регулировочное устройство может иметь более высокую степень эффективности, чем остальные варианты осуществления.

В завершение, фиг.5 представляет собой еще одну схематическую иллюстрацию регулировочного устройства 20, 21, которое вращается вместе с обмоткой 13а, 14а ротора. Это обеспечивает возможность передачи потока энергии, например, посредством индуктивной связи, а не посредством токосъемных колец. Таким образом, существует возможность обойтись без токосъемных колец.

Благодаря воздействию на ток ротора посредством регулировочных устройств 20, 21 мощность, требуемая для регулировочных устройств, может быть «конфигурирована» в соответствии с расхождением частоты вращения между рабочей точкой/рабочим режимом и номинальной точкой/номинальным режимом. Следовательно, мощность, потребная для регулировочного устройства, как правило, будет составлять максимум 30% от номинальной мощности электродвигателя привода.

В то время как валковые мельницы ранее, как правило, приводились в действие только посредством стола для измельчения, и требовался соответственно большой привод, при использовании множества приводов также можно использовать средне- или низковольтные электродвигатели, которые требуют значительно меньших затрат на электромонтаж и подсоединение. Благодаря соответственно меньшей мощности регулировочных устройств также можно использовать низковольтные регулировочные устройства даже в том случае, когда должно быть обеспечено регулирование высоких уровней мощности электродвигателей.

Следовательно, существует возможность выполнения многодвигательного привода более надежным и более экономичным образом, чем в случае обычного однодвигательного привода. Также существует возможность иметь более высокие уровни мощностей приводов для измельчения без существенных затрат.