MAHLWERK, VERFAHREN ZUM BETRIEB

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Mahlwerk (GAR) mit einem um eine erste Drehachse (RX1) rotierbaren Mahlteller (GTL) umfassend mindestens zwei Mahlwalzen (GRL), die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse (RX2) drehbar derart angeordnet sind, dass Mahlgut zwischen dem Mahlteller (GTL) und den Mahlwalzen (GRL) im Betrieb zerkleinerbar ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Mahlwerks (GAR). Zur Erhöhung der Verfügbarkeit wird vorgeschlagen, dass das Mahlwerk (GAR) mindestens eine Sensoranordnung (SNA) umfasst, mittels dessen eine Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) über einen bestimmten Schwellwert (TRS) hinaus erkennbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Mahlwerk mit einem um eine erste Drehachse rotierbaren Mahlteller umfassend mindestens zwei Mahlwalzen, die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse drehbar derart angeordnet sind, dass Mahlgut zwischen dem Mahlteller und den Mahlwalzen im Betrieb zerkleinerbar ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Mahlwerks. Zur Erhöhung der Verfügbarkeit wird vorgeschlagen, dass das Mahlwerk mindestens eine Sensoranordnung umfasst, mittels dessen eine Neigungsänderung des Mahltellers über einen bestimmten Schwellwert hinaus erkennbar ist.

[0002] Aus der EP 3 056 278 A1 ist bereits eine Vertikalmühle mit einem auf einem Mahlteller abrollenden Mahlwalzen, die ein Mahlgut zerkleinern, bekannt.

[0003] Industrielle Mahlwerke eingangs definierter Art, insbesondere Vertikalmühlen, die z.B. in der Zementvermahlung zum Einsatz kommen, umfassen einen Mahlteller, der über einen Antrieb in Rotation versetzt wird. Während des Betriebes drücken auf den Mahlteller mehrere über den Umfang verteilte Mahlwalzen, die das auf den Mahlteller aufgebrachte Mahlgut zermahlen. Der Mahlteller rotiert hierbei um eine erste Drehachse und die Mahlwalzen rotieren jeweils um eine jeweils zweite Drehachse. Sollte das Eigengewicht der Mahlwalzen für das Zerkleinern des Mahlguts nicht ausreichen, erfolgt eine Kraftaufprägung auf die Mahlwalzen, üblicherweise hydraulisch, sodass der Mahlteller durch alle Mahlwalzen gleichmäßig belastet wird. Die naturgemäß im Mahlprozess entstehenden Druck- und Querkräfte werden über die Lagerung des Mahltellers aufgenommen. Eine derartige Lagerung ist in der Regel als Gleitlagerung ausgebildet, wobei die Lagerung häufig Bestandteil des Getriebes, das den Mahlteller in Rotation versetzt, ist.

[0004] Bei ungleichen Anpresskräften der einzelnen Mahlwalzen, verursacht beispielsweise durch eine technische Störung in der Hydraulik der Mahlwalzen oder in der Anlagensteuerung beispielsweise einer Zementmühle, wird die Lagerung des Mahltellers zusätzlich zu den Druckkräften mit einem Kippmoment beansprucht. Da die Lagerung des Mahltellers konstruktiv lediglich Druck- und Querkräfte aufnehmen kann, kann in solchen Fällen der Mahlteller kippen und die Lagerung des Mahltellers, z.B. ein Axialgleitlager und/oder das Getriebe einer Vertikalmühle unterhalb des Mahltellers - kann beschädigt werden.

[0005] Ausgehend von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik hatte sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Mahltellerverkippung frühzeitig zu erkennen und damit etwaige Beschädigungen des Mahlwerks zu verhindern.

[0006] Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe wird ein Mahlwerk eingangs definierter Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Kennzeichens des unabhängigen Anspruchs 1 vorgeschlagen. Daneben schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Mahlwerks gemäß der Verfahrensansprüche vor. Die jeweils abhängigen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

[0007] Bei dem Mahlwerk nach der Erfindung handelt es sich bevorzugt um ein Vertikalmahlwerk, wobei die erste Drehachse hierbei eine bevorzugt im Wesentlichen vertikale Ausrichtung aufweist. Ein erfindungsgemäßes Mahlwerk weist mindestens zwei Mahlwalzen auf, die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse drehbar derart angeordnet sind, dass das Mahlgut zwischen dem Mahlteller und Umfangsflächen der Mahlwalzen im Betrieb zerkleinerbar ist. Hierbei weisen die Mahlwalzen eine im Wesentlichen zylindrische oder konische Form von Mahlflächen auf, die rollend mit dem Mahlteller bzw. dem Mahlgut in Eingriff stehen. Die mehreren Mahlwalzen weisen jeweils eine eigene zweite Drehachse auf, wobei die zweite Drehachse begrifflich nicht für die einzelnen Mahlwalzen unterschieden wird, da diese, bis auf die jeweilige Ausrichtung und Umfangsposition keine grundlegenden Unterschiede zueinander aufweisen. Die zweiten Drehachsen weisen hierbei zu der ersten Drehachse jeweils einen im Wesentlichen stumpfen Winkel auf, wobei insbesondere auch ein rechter Winkel denkbar ist. Besonders bevorzugt sind die Umfangsflächen der Mahlwalzen, die mit dem Mahlgut zermahlend in Kontakt treten konisch ausgebildet, wobei der Konuswinkel bevorzugt derart mit dem Winkel zwischen der ersten und der zweiten Drehachse in Zusammenhang steht, dass eine im Wesentlichen linienartige Auflage zwischen Mahlteller und Mahlwalze entsteht. Die Begriffe Mahlwerk und Mühle werden vorliegend im Wesentlichen synonym verwendet.

[0008] Begriffe, wie radial, tangential oder Umfangsrichtung beziehen sich jeweils auf die erste Drehachse - oder, wenn dies entsprechend angegeben ist, auf eine jeweils zweite Drehachse.

[0009] Die erfindungsgemäße Sensoranordnung, die eine Neigungsänderung des Mahltellers über einen bestimmten Schwellwert hinaus erkennt, ermöglicht es, folgenschwere Schäden an Gleitlagern oder sonstigen Lagerungen des Mahltellers und angrenzenden Komponenten bei erfindungsgemäßen Mahlwerken, insbesondere Vertikalmühlen, zu verhindern. Dementsprechend werden lange Produktionsausfälle und kostspielige Reparaturen vermieden. Die erfindungsgemäß dezidierte Feststellung einer Neigungsänderung des Mahltellers ermöglicht eine Trennung der Verkippung des Mahltellers von etwaigen translatorischen Bewegungen, die für den Betrieb der Lager des Mahltellers in der Regel unproblematisch sind. Die Feststellung des Überschreitens eines bestimmten Schwellwertes hinsichtlich der Neigungsänderung des Mahltellers ermöglicht eine frühzeitige Alarmierung bei einer Verkippung, sodass zum Beispiel Probleme in der Ölversorgung der Lager präzise von der Verkippung des Mahltellers in Folge ungleicher Belastung unterschieden werden können.

[0010] Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Mahlwerk eine Steuerung und mindestens eine Mensch-Maschine-Schnittstelle umfasst, wobei die Steuerung mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle und der Sensoranordnung in Verbindung steht und wobei die Steuerung derart ausgebildet ist, dass eine Warnung mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle anzeigbar ist, sobald eine Neigungsänderung des Mahltellers über den bestimmten Schwellwert hinaus von der Sensoranordnung erfasst wird. In Abhängigkeit von der sonstigen Betriebssituation des Mahlwerks kann das Betriebspersonal mittels dieser Warnung sofort entscheiden, ob das Mahlwerk anzuhalten ist und die Ursache der etwaigen Verkippung festgestellt werden muss.

[0011] Grundsätzlich ist es möglich, dass der Mahlteller des Mahlwerks mittels Wälzlager gelagert ist, wobei die Lagerung mittels Gleitlagern bevorzugt ist, besonders bevorzugt mittels Kippsegment-Gleitlagern.

[0012] Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoranordnung Sensoren umfasst, die als Wirbelstromsensoren, Taster, optische Sensoren oder kapazitative Sensoren ausgebildet sind. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Sensoranordnung mindestens drei Wegsensoren umfasst. Besonders vorteilhafte können diese Wegsensoren gegen eine Lagerlauffläche des Mahltellers eine Lageänderung bzw. eine Abstandsänderung messen, wobei die Anordnung dieser Wegsensoren bevorzugt in der Form eines Dreiecks ausgebildet ist.

[0013] Besonders zweckmäßig ermittelt die Steuerung mit der Sensoranordnung aus den Messungen der Sensoranordnung einen Verkippungswinkel, der die Winkelabweichung der tatsächlichen ersten Rotationsachse von der Sollausrichtung der ersten Rotationsachse angibt.

[0014] Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung der Steuerung derart, dass die Steuerung aus den Messungen der Sensoranordnung die Richtung der Verkippung ermittelt, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten oder höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung anzeigbar ist. Hierdurch wird die Reparatur des Mahlwerks oder die Beseitigung der Ursache der Verkippung beschleunigt und dementsprechend die Verfügbarkeit des Mahlwerks erhöht.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Mahlwerks, insbesondere der oben definierten Art, umfasst den Betrieb des Mahlwerks, messen von Größen, die die Ermittlung einer Verkippung des Mahltellers aus einer Soll-Position heraus ermöglichen, Vergleichen einer Neigungsänderung des Mahltellers mit einem bestimmten Schwellwert, Ausgabe einer Warnung mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, dass die Neigungsänderung des Mahltellers den bestimmten Schwellwert erreicht oder überschritten hat. Die Neigungsänderung des Mahltellers bezieht sich grundsätzlich vorliegend auf eine Veränderung der Ausrichtung der ersten Drehachse des Mahltellers.

[0016] Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, dass ein Verkippungswinkel mittels der Steuerungseinheit ermittelt wird, der die Winkelabweichungen der gegenwärtigen ersten Rotationsachse von der Soll-Ausrichtung der ersten Rotationsachse angibt. Weiterhin ist ein Ausgeben des Verkippungswinkels auf einer Anzeigevorrichtung des Mahlwerks bzw. mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle besonders vorteilhaft. Diese Angabe des Verkippungswinkels ermöglicht es dem Bedienpersonal des Mahlwerks schnell Maßnahmen zu ergreifen, die unzulässige Verkippungen abzustellen und den Betrieb des Mahlwerks wieder aufzunehmen.

[0017] Eine weitere Beschleunigung der möglicherweise notwendigen Wartungsarbeiten ermöglicht eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens, bei der die Richtung der Verkippung ermittelt wird, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten Stelle oder der höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung anzeigbar ist. Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels zur Verdeutlichung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1

einen schematischen Längsschnitt durch ein Mahlwerk nach der Erfindung,

Figur 2

einen Schnitt gemäß II-II ausgewiesen in der Figur 1,

Figur 3

eine perspektivische schematische Darstellung des Mahltellers, der Sensoranordnung und der Lagerung des Mahltellers,

Figur 4

eine schematische Darstellung der geometrischen Zusammenhänge zwischen dem Mahlteller, der Verkippung und der Sensoranordnung,

Figur 5

ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betrieb eines Mahlwerks nach der Erfindung.

[0018] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Mahlwerks GAR. Das Mahlwerk GAR umfasst einen um eine erste Drehachse RX1 rotierbaren Mahlteller GTL und mindestens zwei Mahlwalzen GRL, die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse RX2 drehbar angeordnet sind. Das Mahlgut GRM wird zwischen dem Mahlteller GTL und den Mahlwalzen GRL im Betrieb zerkleinert. Die jeweils individuellen zweiten Drehachsen RX2 der einzelnen Mahlwalzen GRL bilden mit der ersten Drehachse RX1 des Mahltellers GTL jeweils einen stumpfen Winkel, der auch rechtwinklig sein kann. Vorliegend sind die Mahlwalzen GRL mit konischen Mahlflächen ausgebildet. Dementsprechend sind die zweiten Drehachsen RX2 schräg zur ersten Drehachse RX1 orientiert.

[0019] Der Mahlteller GTL ist axial mittels Lagern BEA, die als Gleitlager SBE und hier als Kippsegmentlager TPB ausgebildet sind, ausgestattet. Der Mahlteller GTL wird mittels eines nicht dargestellten Antriebs mittels einer Antriebswelle DRS in Drehung um die vertikale erste Drehachse RX1 versetzt. Die Antriebswelle DRS ist hierbei mittels Radiallagern RBE zu einem Stator STA derart gelagert, dass die erste Drehachse RX1 vertikal ausgerichtet ist.

[0020] Im Bereich der axialwirkenden Lager BEA befinden sich Sensoren DS1, DS2, DS3 einer Sensoranordnung SNA, die eine Verkippung des Mahltellers GTL an eine mit der Sensoranordnung SNA in Verbindung stehende Steuerung CPU ermittelt. Wie auch in den Figuren 2, 3 und 4 schematisch gezeigt, befinden sich Sensoren DS1, DS2, DS3 bevorzugt nahe der axialwirkenden Lagerung BEA, sodass die Sensoren DS1 - DS3 gegen die Lagerfläche des Mahltellers GTL messen können. Die Sensoren sind in dem Beispiel als Wegsensoren ausgebildet, sodass eine Abstandsveränderung zwischen dem Stator STA und dem Mahlteller GTL von den Sensoren erkannt wird. Sofern die Sensoren DS1 - DS3 unterschiedliche Abstände messen, kann davon ausgegangen werden, dass die erste Drehachse RX1 von der ursprünglichen Soll-Position in der Art einer Neigungsveränderung des Mahltellers GTL abweicht.

[0021] Figur 4 zeigt die Methode zur Bestimmung des Verkippungswinkel des Mahltellers Θ und des Azimutwinkels φ, der Verkippung mittels der Steuerung CPU. Die Steuerung CPU bestimmt zunächst die Koordinaten der von der Sensoranordnung SNA erfassten Punkte auf der umlaufenden Gleitlager-Lauffläche SBS des Mahltellers GTL. Am Beispiel von drei Sensoren DS1, DS2, DS3 ergibt sich aus Figur 4 folgendes:

[0022] Die Koordinaten x_0,A,B,C, y_0,A,B,C, bezeichnen dabei die konstruktiv festgelegte Position des Sensors in einem feststehenden kartesischen Koordinatensystem beliebigen Ursprungs, dessen z-Achse mit der ersten Drehachse RX1 des Mahltellers GTL im unverkippten Zustand übereinstimmt. Die Koordinaten si(t) entsprechen den Messwerten der Wegsensoren DS1, DS2, DS3. Die Verkippung des Mahltellers GTL wird über den Normalenvektor der Ebene berechnet, die der rotierenden Lauffläche des Gleitlagers entspricht. Der Normalenvektor dieser Ebene wird durch Bildung des Kreuzproduktes zwischen den Verbindungsvektoren AB und AC bestimmt:

[0023] Der Verkippungswinkel des Mahltellers über Zeit Θ(t ergibt sich über das Skalarprodukt des Normalenvektors n(t):

wobei e_z den Einheitsvektor in z-Koordinatenrichtung bezeichnet. Die Richtung, in die der Mahlteller GTL verkippt, lässt sich über den Azimutwinkel φ beschreiben, der den Winkel zur x-Achse in der XY-Ebene beschreibt. Dieser lässt sich über

bestimmen, wobei der Winkel φ Werte von [0,2π] annehmen kann.

[0024] Für die grafische Visualisierung der beiden Kennwerte kann ein sogenannter Orbitplot zum Einsatz kommen. Hierfür wird der Normalenvektor der Ebene auf die XY-Ebene projiziert. Die Verkippung des Mahltellers kann so zur Diagnose visualisiert werden.

[0025] Figur 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Mahlwerks nach der Erfindung. Zunächst wird das Mahlwerk GAR in Betrieb genommen Inbetriebnahme (1)) und anschließend bzw. gleichzeitig beginnt das Messen von Größen (2)), die die Ermittlung einer Verkippung des Mahltellers GTL aus einer Soll-Position heraus ermöglichen. Auf Basis dieser Messungen (2)) erfolgt ein Vergleichen (3)) einer Neigungsänderung des Mahltellers GTL mit einem bestimmten Schwellwert TRS. Besonders bevorzugt ermittelt hierzu die Steuerung CPU einen Verkippungswinkel Θ aus den Messungen der Sensoranordnung SNA, deren Sensoren DS1, DS2 und DS3 jeweils Abstände zwischen dem Stator STA und dem Mahlteller GTL liefern. Sofern die Neigungsänderung Θ des Mahltellers GTL den bestimmten Schwellwert TRS überschreitet, erfolgt die Ausgabe einer Warnung ALR (4)) mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle HMI, dass die Neigungsänderung Θ des Mahltellers GTL den bestimmten Schwellwert TRS erreicht oder überschritten hat. Die Warnung kann sowohl auf einer optischen Anzeigevorrichtung DSP oder auf einer akustischen Anzeigevorrichtung ACA als Warnung ALR ausgegeben werden. Sofern es nicht zu einer Abschaltung des Mahlwerks kommt, wird der Zyklus des Vergleichens 3 auf Basis der Messungen der Sensoranordnung SNA und der Auswertung der Steuerung CPU wiederholt und ggf. wird wiederholt eine Warnung ALR ausgegeben. Besonders bevorzugt wird der Verkippungswinkel Θ auf der Anzeigevorrichtung DSP des Mahlwerks GAR ausgegeben. Eine vorteilhafte Weiterbildung umfasst zudem die Ermittlung der Richtung der Verkippung Φ, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten Stelle oder der höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung DSP anzeigbar ist.

Ansprüche

1. Mahlwerk (GAR) mit einem um eine erste Drehachse (RX1) rotierbaren Mahlteller (GTL) umfassend
mindestens zwei Mahlwalzen (GRL), die jeweils um eine jeweils zweite Drehachse (RX2) drehbar derart angeordnet sind, dass Mahlgut zwischen dem Mahlteller (GTL) und den Mahlwalzen (GRL) im Betrieb zerkleinerbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mahlwerk (GAR) mindestens eine Sensoranordnung (SNA) umfasst, mittels dessen eine Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) über einen bestimmten Schwellwert (TRS) hinaus erkennbar ist.

2. Mahlwerk (GAR) nach Anspruch 1, wobei das Mahlwerk (GAR) eine Steuerung (CPU) und mindestens eine Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI) umfasst, wobei die Steuerung (CPU) mit der Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI) und der Sensoranordnung (SNA) in Verbindung steht und wobei die Steuerung (CPU) derart ausgebildet ist, dass eine Warnung (ALR) mittels der Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI) anzeigbar ist, sobald eine Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) über den bestimmten Schwellwert (TRS) hinaus von der Sensoranordnung (SNA) erfasst wird.

3. Mahlwerk (GAR) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mahlwerk (GAR) Lager (BEA) zur Lagerung des Mahltellers (GTL) umfasst, die insbesondere als Gleitlager (SBE) ausgebildet sind.

4. Mahlwerk (GAR) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensoranordnung (SNA) Sensoren umfasst, die als Wirbelstromsensoren, Taster, optische Sensoren oder kapazitative Sensoren ausgebildet sind.

5. Mahlwerk (GAR) nach dem der vorhergehenden Anspruche 4, wobei die Sensoranordnung (SNA) mindestens drei Wegsensoren (DS1, DS2, DS3) umfasst.

6. Mahlwerk (GAR) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 5, wobei die Wegsensoren (DS1, DS2, DS3) gegen eine Lagerlauffläche (BTL) des Mahltellers (GTL) messen.

7. Mahlwerk (GAR) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen 5, 6, wobei die mindestens drei Wegsensoren (DS1, DS2, DS3) mit ihrer Anordnung ein Dreieck beschreiben.

8. Mahlwerk (GAR) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 3, wobei die Lager (BEA) als Kippsegmentlager (TPB) ausgebildet sind.

9. Mahlwerk (GAR) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 2, wobei die Steuerung (CPU) mit der Sensoranordnung (SNA) in Verbindung steht und derart ausgebildet ist, dass diese aus den Messungen der Sensoranordnung (SNA) einen Verkippungswinkel (Θ)ermittelt, der die Winkelabweichung der tatsächlichen ersten Rotationsachse (RX1) von der Soll-Ausrichtung der ersten Rotationsachse (RX1) angibt.

10. Mahlwerk (GAR) nach mindestens den vorhergehenden Ansprüchen 2 und 9, wobei die Steuerung (CPU) derart ausgebildet ist, dass die Steuerung (CPU) aus den Messungen der Sensoranordnung (SNA) die Richtung der Verkippung ermittelt, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten oder höchsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung (DSP) anzeigbar ist.

11. Verfahren zum Betrieb eines Mahlwerks (GAR), insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, umfassend:

- Betrieb des Mahlwerks (GAR) umfassend einen Mahlteller (GTL),

- Messen von Größen, die die Ermittlung einer Verkippung des Mahltellers (GTL) aus einer Sollposition heraus ermöglichen,

- Vergleichen einer Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) mit einen bestimmten Schwellwert (TRS),

- Ausgabe einer Warnung (ALR) mittels einer Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI), dass die Neigungsänderung des Mahltellers (GTL) den bestimmten Schwellwert (TRS) erreicht oder überschritten hat.

12. Verfahren nach Anspruch 11 umfassend

- Ermitteln eines Verkippungswinkels (Θ), der die Winkelabweichung der gegenwärtigen ersten Rotationsachse (RX1) von der Soll-Ausrichtung der ersten Rotationsachse (RX1) angibt,

- Ausgeben des Verkippungswinkels (Θ) auf einer Anzeigevorrichtung (DSP) des Mahlwerks (GAR).

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 umfassend

- Ermitteln der Richtung der Verkippung, sodass die Umfangsposition der aufgrund der Verkippung tiefsten Stelle auf der Anzeigevorrichtung (DSP) anzeigbar ist.

Zeichnung