Устройство для непрерывного измерения количества угля во внутренней полости шаровой мельницы

 

Изобретение относится к устройствам для контроля работы измельчающих установок. Устройство для непрерывного измерения количества угля во внутренней полости шаровой мельницы содержит передатчик волнового излучения, выбранного из ультразвукового излучения или электромагнитного излучения, приемник волнового излучения, причем приемник и передатчик расположены таким образом, что излучение проходит по меньшей мере через часть внутренней полости данной паровой мельницы, а приемник соединен с электронной схемой, формирующей сигнал, пропорциональный количеству угля, содержащегося во внутренней полости шаровой мельницы, на основе сравнения принятого сигнала с данными, полученными при проведении предварительных калибровочных измерений, причем передатчик и приемник расположены по обе стороны от контролируемой мельницы на оси ее вращения с возможностью прохождения ультразвукового излучения в осевом направлении через внутреннюю полость этой шаровой мельницы. Изобретение обеспечивает высокую точность измерений. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству, предназначенному для непрерывного измерения количества каменного угля в шаровой мельнице.

В процессе использования шаровой мельницы необходимо постоянно обеспечивать вполне определенное постоянное количество угля в мельнице, чтобы процессы измельчения и просушки угля осуществлялись оптимальным образом. Если в мельницу подано слишком большое количество угля, его измельчение будет недостаточным, а просушка - неполной. Если в мельницу подано недостаточное количество угля, то котел, располагающийся на ее выходе, не будет получать достаточного количества топлива.

Для обеспечения контроля количества угля в шаровой мельнице разработаны различные системы, позволяющие тем или иным способом оценить количество угля, содержащегося внутри шаровой мельницы в процессе ее функционирования.

Одна из таких систем основана на измерении электрической мощности, потребляемой электродвигателем, приводящим во вращательное движение шаровую мельницу. Такая система характеризуется относительно невысокой чувствительностью. Кроме того, она требует частой перекалибровки системы в функции износа используемых шаров или возможного присоединения новых шаров.

Другая известная система основана на использовании тех или иных датчиков уровня.

Специальные пневматические датчики, каждый из которых содержит пневматическую трубу, конец которой введен во внутреннюю полость шаровой мельницы, позволяет осуществить измерение разности давлений между двумя различными уровнями. Из этой разности давлений с помощью определенных вычислений можно получить величину, характеризующую количество угля, содержащегося внутри шаровой мельницы. Однако такие датчики уровня устанавливаются в чрезвычайно неблагоприятной окружающей среде, внутри шаровой мельницы, где на них воздействует угольная пыль, имеется опасность закупоривания и т.п., что приводит к значительному риску отказов датчиков подобного рода. Кроме того, эти датчики соединены с достаточно сложным пневматическим оборудованием, дорогостоящим в изготовлении и техническом обслуживании. К тому же коэффициент использования таких систем относительно невысок, что определяется их малой надежностью.

Еще одна известная система для оценки количества угля в шаровой мельнице основана на измерении уровня шума, излучаемого мельницей в процессе ее функционировании. Недостаток подобной системы состоит в том, что она выдает сигнал, который в значительной степени зависит от производительности данной шаровой мельницы, размеров подаваемых в эту мельницу кусков каменного угля, количества работающих в данной мельнице шаров и степени броневых плит, которыми оборудованы внутренние стенки мельницы.

Задачей изобретения является создание устройства для измерения количества угля в шаровой мельнице, обеспечивающего достаточно высокую точность измерений и не требующего размещения чувствительных элементов или других органов данного устройства в неблагоприятной среде, существующей во внутренней полости угольной шаровой мельницы, причем результаты получаемых измерений не должны зависеть ни от гранулометрического состава используемого каменного угля, ни от производительности данной шаровой мельницы, ни от количества и степени износа используемых шаров.

Задачей изобретения также является создание измерительного устройства, характеризуемого достаточной экономичностью и высоким коэффициентом использования, при этом повторная калибровка такого измерительного устройства не затрагивает внутреннюю полость мельницы и не требует приостановления ее функционирования.

Объектом данного изобретения является устройство для измерения в непрерывном режиме количества угля, содержащегося во внутренней полости угольной шаровой мельницы. Устройство содержит передатчик волнового излучения, которое может в случае необходимости быть выбрано из ультразвукового излучения и электромагнитного излучения различных частот, приемник этого волнового излучения, причем упомянутые передатчик и приемник выбранного волнового излучения расположены таким образом, что данное волновое излучение проходит по меньшей мере частично сквозь внутреннюю полость шаровой мельницы и указанный приемник излучения связан со специальной электронной схемой, предназначенной для формирования сигнала, определенным образом характеризующего количества угля в данной шаровой мельнице из сравнения принятого этим приемником сигнала с информацией, полученной в результате предварительно выполненных калибровочных измерений.

Выполняемые предлагаемым устройством измерения основаны на явлениях поглощения используемого волнового излучения или измерения скорости распространения этого излучения.

Передатчик может быть выполнен в виде передатчика ультразвукового излучения, а приемник - в виде приемника ультразвукового излучения, причем измерения в системе основываются на разности амплитуд излученного и принятого сигналов.

При выполнении упомянутого передатчика в виде передатчика ультразвуковых волн, а приемника в виде приемника этих ультразвуковых волн передатчик ультразвуковых волн осуществляет сканирование по частоте в некотором заданном диапазоне частот и измеряемая величина определяется из отклонения между измеренной частотой пика поглощения данного излучения во внутренней полости функционирующей угольной шаровой мельницы и частотой пика поглощения этого излучения в воздухе, свободном от угольной пыли.

Используемый диапазон измерения частот ультразвукового излучения составляет в данном случае величину от 400 КГц до 1 МГц.

Упомянутые выше приемник и передатчик ультразвукового излучения располагается по обе стороны от данной шаровой мельницы на оси ее вращения, причем это ультразвуковое излучение проходит через данную шаровую мельницу.

Изобретение будет пояснено в приведенном ниже описании конкретного примера его практической реализации, имеющего иллюстративный характер и не накладывающего никаких ограничений, со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее: фиг.1 - схематическое представление в разрезе угольной шаровой мельницы, снабженной устройством измерения в соответствии с изобретением; фиг.2 - вид в разрезе по линии II-II, показанной на фиг.1; фиг.3 - диаграмма, показывающая в функции частоты звуковую волну, проходящую через шаровую мельницу, изменения теоретической величины и реальной величины, скорректированной поглощением; фиг. 4 - блок-схема одного из возможных вариантов электронной схемы для осуществления измерительного устройства в соответствии с изобретением.

В описанном ниже примере практического осуществления изобретения, схематически представленного на фиг. 1, речь идет о цилиндрической шаровой мельнице с подачей угля при помощи шнековых транспортеров. Ясно, однако, что данное изобретение может быть применено к любому типу шаровой мельницы (например, к мельнице биконического типа) с любым типом устройства подачи угля во внутреннюю полость этой мельницы.

На фиг.1 схематически представлена установка измельчения угля в виде шаровой мельницы, содержащая по меньшей мере одно питающее устройство 10, обеспечивающее подачу угля в шаровую мельницу 20.

Питающее устройство 10 содержит накопительный бункер 1, из которого извлекается уголь 2, подаваемый затем при помощи цепного конвейера или транспортера 3, размещенного в кожухе 4 и приводимого в движение двигателем 5, к первому концу вертикально расположенного трубопровода 6.

Шаровая мельница 20 содержит цилиндрическую обечайку 11, которая с обоих концов завершается двумя коническими частями 12 и 13, к которым прикреплены соответственно две цапфы 14 и 15, предназначенные для обеспечения опоры упомянутой обечайки. Эти цапфы опираются соответственно на два подшипника 16 и 17, снабженных опорами цапф. Представленная шаровая мельница приводится во вращательное движение при помощи зубчатого венца 18, взаимодействующего с ведущей шестерней, приводимой в движение электрическим мотор-редуктором, причем ведущая шестерня и мотор-редуктор на фиг.1 не представлены для упрощения чертежа.

На оси конических обечаек 14 и 15 располагаются два трубчатых участка 21 и 22, каждый из которых снабжен упругим шнековым транспортером 23 и 24, располагающимся коаксиально и приводимым во вращательное движение вместе с данной шаровой мельницей. Поток горячего воздуха подается во внутреннюю полость шаровой мельницы соответственно через воздуховоды 25 и 26, а затем через трубчатые участки 21 и 22, под давлением в несколько десятков гектопаскалей.

Уголь в данную шаровую мельницу поступает под действием собственной тяжести через трубопровод 16, второй конец которого, расположенный ниже его первого конца, открывается прямо над трубчатым участком 22. Уголь поступает также и в другой трубчатый участок 21 через трубопровод 16' другого питающего устройства, не показанного на фиг.1. Поступающий в упомянутые трубчатые участки уголь подается во внутреннюю полость шаровой мельницы в результате вращения шнековых транспортеров 23 и 24.

Данная шаровая мельница снабжена шарами 27, изготовленными, например, из стали. В процессе вращения обечайки данной шаровой мельницы стальные шары дробят и измельчают уголь. При этом мелкие частицы угля увлекаются потоком горячего воздуха в кольцевые пространства 28 и 29, заключенные соответственно между трубчатыми обечайками 15 и 14 и трубчатыми участками 21 и 22, и транспортируются таким образом в направлении пылеугольных горелок через трубопроводы 30 и 31 соответственно.

На фиг. 2 представлен увеличенный вид обечайки шаровой мельницы в процессе ее функционирования в разрезе по линии II-II на фиг. 1. Показана масса шаров 27, перемещающихся внутри мельницы в процессе ее вращения в направлении, показанном стрелкой. Угольная пыль, появляющаяся в результате дробления и измельчения каменного угля в данной мельнице, поднимается над упомянутой массой.

В описываемом примере устройство в соответствии с изобретением содержит ультразвуковой передатчик 35, установленный за пределами шаровой мельницы и излучающий ультразвуковые колебания в направлении, параллельном оси вращения этой мельницы, сквозь трубчатый участок 21. Эти ультразвуковые колебания, проходя сквозь внутреннюю полость шаровой мельницы и трубчатый участок 22, воспринимаются приемником 36, установленным также за пределами шаровой мельницы по оси упомянутого передатчика. Отверстия, специально проделанные в кожухе используемого оборудования, обеспечивают возможность прохождения упомянутого ультразвукового излучения.

Заявителем проведены исследования, которые подтверждают, что волновое излучение ослабляется в определенной мере в результате наличия на его пути угольной пыли. Установлено наличие однозначной зависимости между плотностью угольной пыли во взвешенном состоянии во внутренней полости данной шаровой мельницы, т. е. между количеством имеющегося там угля и степенью затухания проходящего через эту мельницу волнового излучения. Таким образом, достаточно сравнить амплитуду принятого излучения с амплитудой излучения на передающей стороне системы для того, чтобы получить однозначную информацию о количестве каменного угля, содержащегося внутри шаровой мельницы.

В данном случае может быть использовано волновое излучение любого типа: звуковые волны, электромагнитные волны различных частот (например, волны видимого или невидимого света, рентгеновское или гамма-излучение) и т.п.

Описанный ниже пример практической реализации предлагаемого изобретения относится к случаю использования ультразвукового излучения в диапазоне частот, например, от 400 КГц до 1 МГц.

Для лучшего понимания сути данного изобретения здесь следует напомнить со ссылкой на фиг. 1, что поглощение или затухание ультразвукового сигнала А, проходящего сквозь газообразную среду, например, через воздух, теоретически прямо пропорционально квадрату частоты N этого излучения, что можно записать в виде выражения: A = K · N² где K представляет собой некоторую константу.

Диаграмма, представленная на фиг.3, показывает теоретическую величину коэффициента K в функции частоты (линия, показанная пунктиром), которая изображается прямой линией, параллельной оси абсцисс. На практике этот коэффициент K, называемый также коэффициентом коррекции поглощения, не является постоянной величиной при изменении частоты, но имеет явно выраженный пик на некоторой частоте N₀, называемой частотой резонанса. Если данная газообразная среда, например воздух, содержит взвешенный в ней твердые частицы, то величина этой резонансной частоты N₀ зависит от плотности распределения этих частиц в данной газовой среде.

Действительно, звуковая волна, распространяющаяся в газообразной среде, должна рассматриваться как распространение волн давления в этой среде. Таким образом, молекулы газа данной среды колеблются со скоростью, находящейся в прямо пропорциональной зависимости от частоты, и могут отдавать часть своей энергии частицам, находящимся в этой среде во взвешенном состоянии. Установлено наличие упругой связи между молекулами воздуха и взвешенными в нем частицами, которая представляет резонансную частоту N₀, зависящую от плотности распределения этих частиц в воздухе.

На фиг.3 показаны изменения степени поглощения ультразвукового излучения для трех различных значений плотности распределения частиц во взвешенном состоянии.

Кривая C₀ представляет собой кривую поглощения для плотности d₀=0 распределения частиц (воздух, совершенно свободный от взвешенных в нем твердых частиц). Резонансная частота в этом случае имеет частоту N₀₀.

Кривые C₁ и C₂ представляют собой кривые поглощения ультразвукового излучения для двух значений d₁ и d₂ плотности распределения взвешенных частиц одинаковой природы и одного и того же гранулометрического состава. Соответствующие резонансные частоты имеют значения N₀₁ и N₀₂. В дальнейшем через N_оп будет обозначаться частота резонансного пика, соответствующая плотности d_n распределения взвешенных частиц.

На фиг.4 представлена блок-схема электронной части устройства в соответствии с изобретением, которая содержит измерительную часть А, реализованную на элементах аналоговой техники, часть В обработки измеренного сигнала, реализованную на основе цифровых схем, и выходную часть C, также являющуюся аналоговой.

Ультразвуковой передатчик 35 излучает звуковые волны, проходящие через контролируемое устройство 10, которое содержит на пути прохождения этих ультразвуковых волн некоторую газовую среду (обычно это воздух), насыщенную твердыми частицами во взвешенном состоянии, плотность распределения которых требуется измерить в данном случае.

Ультразвуковой передатчик 35 запитывается при помощи схемы, содержащей цифровой генератор 40, с которым связывается изменение частоты, генерируемой на основе линейно нарастающего электрического напряжения, в целом имеющего пилообразную форму и генерируемого контуром линейно нарастающего напряжения 41. Выходной сигнал цифрового генератора 40 преобразуется при помощи цифроаналогового преобразователя 42 в аналоговый сигнал и после усиления в усилителе мощности 43 подается на ультразвуковой передатчик 35.

Излучение передатчиком ультразвуковое излучение принимается двумя приемниками. Один их этих приемников 50 располагается в непосредственной близости от источника излучения 35, а другой приемник 36 установлен на выходе из контролируемой системы 10. Выходные сигналы этих приемников усиливаются соответственно усилителями 51 и 45, а затем преобразуются в цифровые сигналы при помощи аналого-цифровых преобразователей 52 и 46 соответственно. Таким образом, для последующей обработки поступают опорный цифровой сигнал S_r с выхода аналого-цифрового преобразователя 52 и измеренный сигнал S_m, поступающий с выхода аналого-цифрового преобразователя 46.

Амплитудный компаратор 47 позволяет выделить измерительный сигнал, который представляет собой разность амплитуд между упомянутыми выше сигналами S_m и S_r. Эта разность амплитуд определенным и однозначным образом характеризует поглощение ультразвукового излучения в контролируемой газовой среде внутри шаровой мельницы. Генератор построения крупных (графопостроитель) по точкам 55 компилирует эту измеренную разницу амплитуд таким образом, чтобы установить имеющееся соотношение между скорректированным поглощением A/N_оп в функции частоты N в соответствии с характеристической кривой C_п. Контур 56 формирует контрольное окно в этой кривой таким образом, чтобы определить частоту пика, соответствующую частоте поглощения.

Калибровка описанной выше измерительной системы осуществляется путем выполнения измерений поглощения или затухания ультразвукового излучения в газовой среде, свободной от взвешенных в ней твердых частиц. В результате этой калибровки получают значение частоты N₀₀, которое запоминается в контуре 57.

В процессе измерений, осуществляемых в реальных условиях, когда в газовой среде, подвергающейся контролю, присутствуют твердые частицы во взвешенном состоянии, резонансная частота N_оп, рассчитанная в контуре 56, направляется в схему компаратора частоты 58, которая получает со схемы 57 значение опорной резонансной частоты.

Схема компаратора 58 выдает на выход сигнал, характеризующийся уход частоты ΔF = N_0n-N₀₀, который представляет собой непосредственную функцию плотности распределения твердых частиц в данной газовой среде во взвешенном состоянии.

Упомянутый сигнал ΔF направляется в генератор функции 59, предназначенный для формирования сигнала, пригодного для использования в схемах усиления и линеаризации сигнала ΔF. После преобразования этого цифрового сигнала в аналоговую форму при помощи цифроаналогового преобразователя 51 он направляется на индикатор 52 и, в случае необходимости, на соответствующий исполнительный механизм 53, позволяющий осуществлять автоматическое регулирование плотности распределения взвешенных твердых частиц в газовой среде контролируемого устройства, т.е. угольной шаровой мельницы.

Выходной сигнал компаратора 47 может быть непосредственно использован в качестве измерительного выходного сигнала в ходе осуществления фазы калибровки данного измерительного устройства. Этот сигнал, поступающий с выхода компаратора 47, обрабатывается схемой генератора функции 50 для получения соответствующего сигнала, преобразуемого затем в аналоговый сигнал при помощи цифроаналогового преобразователя 51. Переключатель 60 позволяет обеспечить переход от калибровочных измерений к нормальным измерениям.

Предлагаемое изобретение не ограничивается тем способом его практической реализации, который был описан выше и представлен на приведенных фигурах только в качестве иллюстративного примера такой реализации.

Так например, в приведенном примере ультразвуковое излучение проходит сквозь всю внутреннюю полость контролируемой шаровой мельницы. Однако возможен вариант, в соответствии с которым аналогичное излучение будет проходить лишь часть внутренней полости контролируемой шаровой мельницы, причем в этом варианте ультразвуковое или другое волновое излучение может отражаться от некоторого препятствия, после чего принимается и измеряется при помощи приемника, располагающегося с той же стороны контролируемой шаровой мельницы, что и передатчик этого излучения.

В одном из возможных вариантов практической реализации предлагаемого изобретения может быть использована скорость распространения волн данного излучения, позволяющая определенным образом характеризовать величину плотности распределения взвешенных в газовой среде твердых частиц.

Формула изобретения

1. Устройство для непрерывного измерения количества угля во внутренней полости шаровой мельницы, содержащее передатчик волнового излучения, выбранного из ультразвукового или электромагнитного излучения, приемник этого излучения, причем упомянутые выше передатчики и приемник расположены таким образом, что обеспечивают прохождение излучения, по меньшей мере, через часть внутренней полости шаровой мельницы, а приемник соединен с электронной схемой, предназначенной для формирования сигнала, характеризующего количество угля в шаровой мельнице, на основе сравнения принятого приемником излучения сигнала с данными предварительного калибровочного измерения, причем передатчик и приемник расположены по обе стороны от контролируемой шаровой мельницы на оси ее вращения с возможностью прохождения ультразвукового излучения в осевом направлении через внутреннюю полость этой шаровой мельницы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерение количества каменного угля во внутренней полости шаровой мельницы основано на физическом явлении поглощения или затухания данного излучения в контролируемой среде или изменения скорости распространения этого излучения.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что передатчик выполнен в виде передатчика ультразвукового излучения, а приемник - в виде приемника ультразвукового излучения, причем измерение основывается на определении разности амплитуд излученного и принятого сигналов.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что передатчик выполнен в виде передатчика ультразвукового излучения, а приемник - в виде приемника ультразвукового излучения, причем передатчик ультразвукового излучения выполнен с возможностью сканирования по частоте в заданном диапазоне частот, а измерительная информация формируется в виде разности между измеренной частотой пика поглощения или затухания ультразвукового излучения и частотой пика поглощения или затухания этого излучения в воздухе, свободном от угольной пыли.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что диапазон частот выбран в пределах от 400 КГц до 1 МГц.

6. Устройство по любому из предшествующих пп.1 - 5, отличающееся тем, что содержит передатчик волнового излучения, выполненный с возможностью сканирования по частоте в заданном диапазоне частот, первый приемник волнового излучения, расположенный в непосредственной близости от передатчика и предназначенный для формирования на выходе принятого сигнала, определяемого как опорный, второй приемник волнового излучения, расположенный с возможностью приема излучения после его прохождения сквозь внутреннюю полость контролируемой шаровой мельницы и предназначенный для формирования на выходе принятого сигнала, первый компаратор, предназначенный для формирования на выходе разностного сигнала, характеризующего различие выходных сигналов первого и второго приемников, генератор построения кривых, предназначенный для приема сигнала с выхода первого компаратора и формирования характеристики зависимости амплитуды разностного сигнала в функции частоты, вычислительное устройство для определения частоты N_оп резонансного пика, второй компаратор, предназначенный для формирования сигнала, характеризующего уход частоты ΔF между частотой N_оп резонансного пика поглощения или затухания излучения и опорной частотой N_оо, полученной в процессе измерений в отсутствие в воздухе взвешенных твердых частиц и запомненной.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что первый компаратор выполнен в виде цифрового компаратора, предназначенного для приема сигналов первого и второго приемников волнового излучения после преобразования их в цифровую форму при помощи соответствующих аналого-цифровых преобразователей.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что передатчик волнового излучения предназначен для запитывания при помощи генератора колебаний, возбуждаемого схемой линейно нарастающего электрического напряжения.

9. Устройство по одному из пп.6 - 8, отличающееся тем, что сигнал, характеризующий уход частоты ΔF, используется генератором функции, предназначенным для осуществления усиления и линееризации этого сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4