Способ автоматического контроля барабанной мельницы

 

Изобретение относится к автоматическому контролю технологических процессов и технического состояния измельчительных агрегатов. Может найти применение в отраслях промышленности, где применяются барабанные мельницы для измельчения. Позволяет повысить точность контроля. Для достижения поставленной цели измеряют постоянную и динамическую составляющие энергетического параметра приводного двигателя, амплитудные и постоянные уровни вибрации механической системы и динамические и постоянные составляющие давления масла в подшипниках, на основании которых оценивают техническое состояние различных узлов мельницы и приводного двигателя. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 02 С 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4310070/31-33 (22) 13.07.87 (46) 23.11.90. Бюл. № 43 (71), Днепропетровский горный институт им. Артема (72) Л. И. Мещеряков, В. В. Карпов, О. В. Модзилевский, И. К. Младецкий и В. П. Попов (53) 621.926(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 733730, кл. В 02 С 25/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 1130403, кл. В 02 С 25/00, 1983.

Изобретение относится к области автоматического контроля технологических процессов и технического состояния агрегатов в строительной и горной промышленности, а также может быть использовано в отраслях промышленности, где применяются барабанные мельницы, использующие в качестве привода синхронные и асинхронные двигатели.

Цель изобретения — повышение точности контроля.

На чертеже представлена блок-схема системы, реализующей способ автоматического контроля барабанных мельниц.

Система содержит загрузочную 1 и разгрузочную 2 цапфы барабана 3, венцовое колесо 4, опорные подшипники 5 и 6 подвенцовой вал-шестерни 7, упругую муфту

8, опорные подшипники 9 приводного двигателя 10, вибродатчик 11 на опоре сколь„„Я0„„1607952 А q (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ БАРАБАННОЙ МЕЛЬНИЦЫ (57) Изобретение относится к автоматическому контролю технологических процессов и технического состояния измельчительных агрегатов. Может найти применение в отраслях промышленности, где применяются барабанные мельницы для измельчения. Позволяет повысить точность контроля. Для достижения поставленной цели измеряют постоянную и динамическую составляющие энергетического параметра приводного двигателя, амплитудные и постоянные уровни вибрации механической системы и динамические и постоянные составляющие дав ления масла в подшипниках, на основании которых оценивают техническое состояние различных узлов мельницы и приводного двигателя. 1 ил. жения барабана мельницы со стороны загрузки, вибродатчик 12 на опоре скольжения барабана мельницы со стороны разгрузки, вибродатчик 13 на опоре подвенцовой шестерни со стороны барабана, вибродатчик

14 на опоре подвенцовой шестерни со стороны упругой муфты, вибродатчик 15 на опоре скольжения приводного двигателя со стороны измельчительного барабана, вибродатчик 16 на опоре скольжения приводного двигателя с противоположной от барабана стороны, виброизмерительную аппаратуру 17, блок 18 полосовых фильтров оборотных и зубцовой частот и их гармонических составляющих венцовой и подвенцовой шестерней, блок 19 согласования и выделения амплитудного уровня выделяемых частот, блок 20 усилительно-согласующих схем выделения общего уровня сигнала, преобразователь 21 мощности, датчики 22 — 24 давления масла

1607952

45

55 соответственно в опорах скольжения барабана подвенцовой шестерни и приводного двигателя, узкополосные фильтры 25 — 30 на оборотные частоты барабана, подвенцовой шестерни и приводного двигателя, узкополосные фильтры 31 и 32 на частоты автоколебаний цапф барабана, узкополосные фильтры 33 и 34 на частоты, обусловленные динамикой рудного заполнения, узкополосные фильтры 35 и 36 на частоту ударов лифтеров или выступов брони о заполнение, узкополосные фильтры 37 — 40 на собственные частоты масляных пленок в соответствующих опорах, фильтры 41 — 44 постоянных составляющих выделяемого энергетического параметра мощности (тока и т.д.) и давления масла в опорах барабана, двигателя и подвенцовой шестерни, блоки

45 — 61 усиления, сумматоры 62 — 77, вычислительный блок 78, блок 79 контроля, блок

80 задания и блок 81 индикации.

Сущность способа заключается в следую- 20 шем.

В нормальном рабочем режиме барабанных мельниц у приводных синхронных двигателей возникают малые самопроизвольные колебания их режимных энергетических параметров: активной и реактивной мощности, тока, частоты и напряжения. Эти колебания, содержащие богатую информацию о техническом и энергетическом состоянии двигателя, его режимных параметрах по питанию и нагрузке, могут эффективно исполь- рр зоваться в системе диагностики всего агрегата. Выделяемые из этих колебаний интенсивности оборотных частот, следствием проявления которых является неидеальность изготовления и центровки вращающихся элементов и силы трения в них, хорошо отражаются в динамических составляющих сигналов как энергетических переменных, например мощности или тока, так и вибраций и давления масла, развиваемого в масляных пленках подшипников. Измерение амплитудных уровней оборотных частот и частот автоколебаний из всех этих сигналов и получение на их основе комплексных косвенных оценок значительно увеличивают чувствительность, достоверность, быстродействие и помехозащищенность предлагаемого способа по сравнению с известным.

Выделение амплитудного уровня собственной частоты колебаний системы, включающей обоймы подшипников и масляную пленку из динамических составляющих давления масла в подшипниках и потребляемых энергетических параметров, позволяет получить очень чувствительную к изменению физико-механических свойств маслосмазки подшипника характеристику, так как согласно работе при устойчивом равновесии такая система будет совершать колебания с определенными собственными частотами относительно положения равновесия.

Например, в барабанной мельнице мокрого самоизмельчения типа ММС 90-30 А для опор скольжения барабана эти частоты будут соответственно равны 0,234—

0,32 и 0,227 — 0,329 Гц, а для опор приводного синхронного двигателя мельницы СДМ

32-24-59-80 — 0,47 — 0,62 и 0,42 — 0,5 Гц, В рабочем режиме амплитудный уровень этих колебаний будет являться нормальным и допустимым. При возникновении возмущающих сил, а они присутствуют в измельчительном агрегате в динамике постоянно, например, от неуравновеша нных масс или ударов, кратных оборотным частотам валов и элементов на масляной планке, возможно наступление явления резо.нанса, при котором амплитуда колебаний соответствующего узла может увеличиваться до величины, не совместимой с нормальной работой агрегата, вызывая возникновение аварийной ситуации.

Изменение вязкости смазывающей жидкости вследствие засорения или появления в ней вредных примесей влияет на величину области устойчивости системы опорных подшипников. Смещение границ областей устойчивости подшипниковых опор может привести к попаданию точки нормальной работы агрегата в неустойчивую область, что вызовет появление разрушительных поперечных колебаний.

Устойчивость, отражающаяся в собственных частотах системы, и автоколебания в системе зависят также от температурного режима подшипника, давая возможность его контроля таким косвенным способом.

Основой информационных свойств амплитудного уровня ударной частоты лифтеров или выпуклостей футеровочной брони о рудное заполнение является то, что в процессе работы барабанной мельницы при любой степени заполнения барабана измельчаемым материалом в нижней части этого заполнения, так называемой зоне «пяты», происходит ударное взаимодействие лифтерной группы или выступов футеровки с массой измельчаемого материала. При ударе лифтерный ряд выступает в роли ударника с плоской поверхностью, равной боковой набегающей поверхности и постоянной по величине и направлению окружной скоростью. Измельчаемый материал рудного заполнения представляет собой в зоне удара упругое полупространство с переменным по величине и направлению вектором скорости.

Сила удара лифтерного ряда о заполнение может быть определена согласно выражению

N;=p а.F V, (2) где р.а — акустическая жесткость;

F; — плошадь ударного взаимодействия, равная ударяющей боковой площади лифтерного ряда;

V — относительная скорость лифтерного ряда и рудного за полнения.

1607952

Относительная скорость удара равна разности постоянной линейной скорости лифтерного ряда и тангенциальной составляющей переменной скорости колебаний массы измельчаемого материала. Отсюда переменная составляющая относительной скорости будет определяться изменениями скорости колебаний массы измельченного материала, которую можно определить через амплитуду этих колебаний, также выделяемых из

55 динамической составляющей измеряемого энергетического параметра, например потребляемой мощности, или динамической составляющей сигнала давления масла в коренных подшипниках.

Интенсивный износ футеровки происходит в период прохождения последней под массой измельчаемого материала. При наличии в конструкции футеровки лифтеров или выпуклостей брони, набирающих в период ударного взаимодействия и удерживающих по всей зоне активного истирания в межлифтерной области защитный слой, сформированный из измельчаемого материала, взаимодействие или же проскальзывание тела заполнения осуществляется относительно верхнего слоя заполняющей межлифтерное пространство измельчаемой массы и верхних торцов лифтеров. Следовательно, первой фазой износа футеровки является процесс износа лифтеров и ее выступов с верхнего торца или же уменьшение их по высоте h. Ударный импульс N;, определяемый площадью F; при неизменности осевой длины лифтерного ряда !/F (h-!)/, оказывается прямо пропорциональным их высоте. С уменьшением высоты h в процессе износа лифтеров уменьшается и толщина защитного слоя в межлифтерном пространстве. В дальнейшем при определенной высоте лифтеров защитный слой уже не удерживается в активной зоне истирания, открывается и начи нает и нтенси вно исти раться основная броня. Следовательно, непрерывно измеряя среднюю высоту лифтеров по величине ударного импульса N;, возможно определять тот нижний уровень h»-, при котором еще сохраняется защитный слой из- З0 мельчаемого материала над основной броней. Значение ударного импульса измеряется по амплитуде частоты входа лифтерного ряда в массу измельчаемого материала.

Частота эта равна произведению оборотной частоты барабана на число лифтерных рядов или рядов выступов брони, расположенных по периметру барабана. С этой частотой ударный импульс от каждого следующего лифтерного ряда создает пульсирующий механический момент, который, пройдя привод, вызывает компенсирующие колебания измеряемого энергетического параметра, например, мощности, потребляемой приводным двигателем и отражается в динамической составляющей давления масла опор скольжения барабана.

И для компенсации некоторой зависимости от плотности измельчаемой массы в зоне удара при равной степени заполнения барабана, несколько влияющей на величину акустической жесткости, учитывается уровень постоянной составляющей.

Оценка степени износа лифтеров или выступов брони производится согласно алгоритму бра

g = ад ра. (3) о Кз " где  — величина, пропорциональная текущей средней высотГ лифтеров или выступов; а„; — амплитуда лифтерной частоты; ૠ— амплитуда частоты колебаний массы заполнения; ап — уровень постоянной составляющей;

К, К, Кз — коэффициенты пропорциональности; об — период оборота барабана.

Часто износ лифтеров в их конечной стадии при небольшой высоте по рождает явление выгиба вследствие подклинивания изношенного лифтера измельчаемым материалом. Выгиб увеличивает боковую глощадь лифтера, что отражается в резком увеличении величины оценки выше ее же значения при новых лифтерах и дальше приводит к разлому и отрыву лифтера. Оборванные его части очень быстро разбивают футеровку. Поэтому своевременное отключение мельницы по превышению величины над определенным уровнем и замена появившихся выгнутых лифтеров новыми исключает возникновение аварийной ситуации разбива футеровки оборванными лифтерами.

Предлагаемый способ применим и к фасонной футеровке, где информацию о ее износе будет давать косой удар. В этом случае в формуле (3) изменится величина частоты по а„;, которая станет равной произведениюи ю кол и чест ва выпуклостей фа со иной футеровки на величину оборотной частоты барабана.

Амплитудные уровни вибраций зубцовых и оборотных частот венцовой и подвенцовой шестерен на всех опорах позволяют оценить пространственно-кинематическое согласование элементов мельницы относительно этого наиболее сложно нагруженного узла привода с оперативным определением его технического состояния и степени износа зубьев. Общий уровень вибраций характеризует связь элементов в мельнице и ее самой с фундаментом.

Измеряемый при наладке после монтажа и в процессе эксплуатации барабанной мельницы данный ряд оценок сравнивается с экспериментально определенным для каждого типа мельниц рядом допустимых значений 6»" и при нарушении неравенства вырабатываются управляющие воздейс-.вия следующего вида. При равенстве допустимой 6 -; и текущей 6; оценок в неко1607952

Формула изобретения причем

L „=д.об); — .п., L4 (LP L)

С „=Соб,; — Сп,, С4 Ссмп) — Сп))

С5=(С- 3 — Сп3)

Сб=Суд — Сп), где К), и К)—

К2г H К2

Кзг и Кз

К4г И К4

К5г и К5

Кбг и Кб тором доверительном интервале происходит сигнализация и введение вспомогательных систем, таких как включение системы гидроподпора в соответствующие опорные узлы, изменение режима загрузки рудой, изменение водного режима и песковой нагрузки. А при превышении текущей G; оценки на установленную величину над допустимым бд-; значением осуществляются аварийное отключение измельчительного агрегата и анализ состояния элемента, в котором вычислительный блок предсказывает неисправность.

Экономический эффект от применения предлагаемого способа для задач оперативной диагностики барабанных мельниц будет получен за счет предотвращения возможных аварий по затираниям в опорных подшипниках, выкрашиванию зубьев венцовой и подвенцовой шестерен, износов и срывов футеровочной брони и лифтеров, срывов мельниц с фундаментов, вырывов муфт, выхода из строя приводного двигателя и ослабления крепления конструктивных элементов мельниц, за счет улучшения энергетического и технологического режимов измельчения, вследствие уменьшения их флуктуационных отклонений от рациональнь)х режимов и улучшения техники безопасности обслуживающего персонала.

Способ автоматического контроля барабанной мельницы при монтаже и эксплуатации, включающий измерение постоянной и динамической составляющих энергетического параметра приводного двигателя, амплитудных и постоянных уровней вибрации механической системы, оценку технического состояния опорных узлов, барабана, подвенцовой шестерни и приводного двигателя, уровней осевых перекосов измельчительного барабана, подвенцовой шестерни и приводного двигателя и последующее диагностирование, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, измеряют динамические и постоянные составляющие давления масла в опорах подшипниках мельницы и оценивают техническое состояние передающих муфт, износа лифтеров и выступов брони футеровки, электромагнитной системы приводного двигателя и технологического состояния мельницы с последующим их диагностированием, причем диагностирование технических состояний параметров осуществляют по следующим формулам: ,с л/

Gi=() _#_i*+Kl) $«().ij — )- .С /-ь)Х

Х Z In(C);+ С4)(6 и

* 62 (Z К2г+К2) Z In(L)j L4 L5 д-6) Х у=у м

Х Ь(С)1+ С4) (бдоп2

4=v

50 п4ю ,и/ М

G3 (x K3г+ Кз) 3 In(L2)) $ !л((с21) бдопЗ 9

jf1 poI

° 4

М

6, (X.I(„+I(,).3 ln(L2;) X In(C ;)(GaЯ«ч ф=

Ф N М

G5=(Z К5,+К5).X ln(L3j) Z In(C3;+C5)(G on<, G6=(f Кбг+Кб). 7 ln(L3j) Х In(C3j+C5) (Gaon< =г

G2=(Z К)г — К2г) Л ln(L 1; +L445 L6) Х

Zo< ф

М

XZ Ы(С С4)(6 . «

G6=(Z Кзг г - К4г) $ In(L2j) $ ln(C2))(Gaoo6

g,, ХЧ Сг Ст

/. д,1, 66=(Z Кбг — - Кбг) 3 и(-з))Х

Р ° ° г

М

Х !п(Си С )(G -9;

4 )

G)o=(x К4г z Кбг) $ In(L2))x

Яи Ф

И

)

611=(Х К)г+ К1)(Х К2г+К2) In(LVz Lo)/

bf 2-1

/(L — Lo) /и(С) 6 — Сп)) / (Сф Сп))(бдоп)1, д/ 7l

612=(г ln(L)г — Lo) ° 3 In(C>< — Сп) ) (бдоп12, гГ 4-t пС пб

613=(Z Кбг+К5) (Кбг+Кб) Х

>(In(Lca — С з) (бд-)з, L2)=Lo62) — Lo L3j=Lo53) — Lo, L5=(LcMo) и), 1 6=(L уд Lo);

С2;=Со62; — Сп2, C3;=C«g; — Сп (Сд Сп)) (С7 2 Сп))

° (Ссмп2 — Сп2); амплитудные и постоянный уровни вибраций на опоре скольжения барабана со стороны загрузки; амплитудные и постоянный уровни вибраций на опоре скольжения барабана со стороны загрузки; амплитудные и постоянный уровни вибраций на опоре шестерни со стороны муфты; амплитудные и постоянный уровни вибраций на опоре шестерни со стороны муфты; амплитудные и постоянный уровни вибраций на опоре приводного двигателя со стороны измельчительного барабана; амплитудные и постоянный уровни вибраций на опоре приводного двигателя с противоположной от из1607952

L,п

Суп—

1.об, /обг7., 1.об8;

Gi ибг—

20 ассмо

63и 64—

/ca

65 И 66—

1дп

30 тр.

67 68 69

Со, Со9, Со8

6 о—

Gii — оценка степени износа лифтеров или выступов брони у футеровки;

G1г — оценка технологического

Соб ак Собгь Соб3; состояния мельницы;

6 i 8 — оценка технического и энергетического состояния

Ссмп|, Ссмпг, Ссмп мельчительного барабана стороны: постоянная составляющая потребляемого энергетического параметра (мощности, тока и т. д.); амплитуда частоты автоколебаний цапф опорных подшипников скольжения барабана, выраженная динамической составляющей сигнала энергетического пара метра; амплитуды оборотных частот и их гармонических составляющих соответстственно барабана (1i), подвен цо вой ше стер н и (21) и двигателя (i), выраженные в динамической составляющей сигнала энергетического параметра; амплитуда собственной частоты масляной пленки, выраженная в динамической составляющей сигнала энергетического параметра, амплитуда собственной частоты двигателя из динамической составляющей сигнала энергетического параметра; амплитуда ударной частоты лифтеров или выпуклости брони о загрузку из сигнала энергетического параметра; амплитуды частот, обусловленных динамикой рудного заполнения, выраженные в динамическои составляющей сигнала энергетического параметра; постоянные составляющие сигнала давления масла в подшипниках соответственно барабана, подвенцовой шестерни и двигателя; амплитуды оборотных частот и их гармонических составляющих соответственно барабана, подвенцовой шестерни и двигателя, выраженные в динамической составляющей сигнала давления масла; — амплитуды собственных частот масляных пленок р 6-; (i=1,2,...,13) 10 подшипников собственно барабана, подвенцовой шестерни и двигателя, выраженные в динамической составляющеи сигнала давления масла; амплитуда частоты аьтоколебаний цапф барабана, выраженная в динамической составляющей сигнала давления масла; амплитуда ударной частоты лифтеров или выступов брони, отраженная в сигнале давления масла; амплитуда выраженных в динамической составляющей сигнала давления масла частот, обусловленных динамикой рудного заполнения; оценка технического состояния опорных узлов соответственно со стороны загрузки и разгрузки барабанаа;. оценка технического состояния в опорах подвенцовой шестерни со стороны измельчительного барабана и со стороны муфты оценка технического состояния опор приводного двигателя со стороны измельчительного барабана и с противоположной стороны; оценки технического состояния креплений и уровней осевых перекосов соответственно измельчительного барабана, подвенцовой шестерни и приводного двигателя; оценка технического состояния передающих муфт; электромагнитной системы приводного двигателя; — допустимые значения соответствую щи х оценок.

1607952

12 1

16

14 15

К;

4об1

62 45

25

27 бб й7

68

ág

5Z 26

71

СиВ

Составитель В. Алекперов

Редактор Л. Гратилло Техред А. Кравчук Корректор Т. Малец

Заказ 3582 Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

77 бб 28

61 М

63

Q о62

46

АЗ

47

48 31

4ур

4g Л

4сд

Cf) 22

LJUJ "" Г

4т

4„ 51 5Д

53 д7

Сд

54 32

С>а

Ы 36

С 56 З

57 смг

58