FI115854B - Menetelmä myllyn täyttöasteen määrittämiseksi - Google Patents

Description

1 115854

MENETELMÄ MYLLYN TÄYTTÖASTEEN MÄÄRITTÄMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään myllyn täyttöasteen ja myllyn kuorman kohtauskulman määrittämiseksi, jossa menetelmässä käytetään myllyn te-5 honotossa tai vääntömomentissa esiintyvän värähtelyn taajuustason analyysia.

Autogeeni- ja semiautogeenijauhatus ovat vaikeasti säädettäviä prosesseja, koska niissä syöte toimii myös jauhinkappaleina, jolloin syötteen vaihtelut vaikuttavat voimakkaasti jauhatuksen tehokkuuteen. Esimerkiksi syötteen kovuu-10 den tai raekoon pienetessä malminkappaleet eivät ole yhtä tehokkaita jauhin-kappaleita, mikä vaikuttaa koko jauhatuksen tehokkuuteen.

Perinteisesti jauhatusta on säädetty myllyn tehonoton perusteella, mutta erityisesti autogeeni- ja semiautogeenijauhatuksessa tehonotto on hyvin herkkä eri 15 parametreille. Myllyn täyttöaste prosentteina myllyn tilavuudesta onkin havaittu olevan huomattavasti stabiilimpi ja myllyn tilaa paremmin kuvaava suure. Mutta koska täyttöasteen määritys on vaikeaa on-line-mittauksella, tyydytään usein : Y: mittaamaan kuorman massaa. Massan mittauksessa on kuitenkin omat ongel- ; . mansa asennuksessa ja ryömimisessä. Lisäksi kuorman tiheys voi vaihdella \ 20 voimakkaasti, jolloin massan muutokset eivät välttämättä johdu täyttöasteen *' : muutoksista.

' Fl-patentista 87114 tunnetaan tapa ja laite myllyn täyttöasteen mittaamiseksi, jossa mittauksessa käytetään myllyn sähkömoottoriin kohdistuvia vaihteluita.

25 Fl-patentin 87114 mukaisesti täyttöasteen mittauksessa käytetään myllyn vai- ’ ; * ‘ pan nostopalkkien aiheuttamaa ja myllyn sähkömoottoriin kohdistuvaa vakiotaa- juista tehonvärähtelyä niin, että myllyn vaipan nostopalkkien ja jauhettavan massan iskeytymishetken määrittämiseksi mitataan myllyn tehonvärähtelypiik-. kien siirtymä ajan suhteen. Mittausten synkronoimiseksi myllyn kehän ulkopuo- 30 lelle on asennettu mittausanturi ja myllyn kehälle anturia vastaava vastakappale. Fl-patentin 87114 mukainen menetelmä vaatii kuitenkin toimiakseen olennaisen vakion pyörimisnopeuden.

2 115854

Esilläolevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi menetelmä myllyn täyttöasteen määrittämiseen, jossa käytetään myllyssä esiintyvän värähtelyn taajuustason analyy-5 siä ja joka on riippumaton myllyn pyörintänopeudesta. Menetelmä tuottaa lisä-mittauksena myllyn kuorman kohtauskulman. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä värähtely, kuten tehoon tai 10 vääntömomenttiin kohdistuva värähtely, syntyy myllyn nostopalkkien iskeytyessä myllyssä olevaan kuormaan. Myllyn pyöriessä jauhettavasta massasta koostuvan myllyn kuorman kohtauspiste myllyn kehällä siirtyy myllyn tilan, kuten täyttöaste tai pyörimisnopeus, vaihdellessa, jolloin myös värähtelyn vaihe muuttuu. Värähtelyn taajuustason analyysin suorittamisessa käytetään hyväksi myl-15 lyn ympyrän muotoista poikkileikkausta, jolloin poikkileikkauksen keskipisteen ja samalla myllyn pyörintäakselin kautta piirretään sekä vaakasuuntainen että pystysuuntainen akseli. Vaakasuuntaisen ja pystysuuntaisen akselin avulla määritettyä koordinaatistoa käytetään myllyn kehällä tapahtuvien muutosten mittaamiseen. Käyttämällä värähtelyn taajuustason analyysia värähtelyn vaihe saa-20 daan laskettua. Värähtelyn vaiheen avulla on edelleen laskettavissa poikkileik-: kauskoordinaatistossa myllyn kuorman kohtauskulma myllyn poikkileikkaus- koordinaatiston vaakasuoraan akseliin nähden.

Keksinnön mukaisesti edullisesti esimerkiksi tehovärähtelyn taajuustason ana-25 lyysi suoritetaan ns. Fourier-muunnoksen avulla. Taajuustason analyysiä tehtäessä on oletuksena, että tehonvärähtelyn signaali on tasavälistä myllyn kierto-kulman suhteen yhdeltä kokonaiselta kierrokselta. Mikäli myllyn pyörintänopeus « * * • : on vakio, kiertokulman suhteen tasavälinen signaali on samalla ajan suhteen tasavälinen. Mutta jos myllyn pyörintänopeus vaihtelee, tasaisin aikavälein mi-': ’’: 30 tattu signaali ei ole tasavälistä myllyn kiertokulman suhteen. Tällöin tehonväräh telyn taajuus muuttuu jatkuvasti ja tehonvärähtelyn taajuusanalyysi ei ole tarkka.

3 115854

Jotta keksinnön mukaisesti kohtauskulman ja täyttöasteen määritys olisi riippumaton pyörimisnopeudesta, tulee nopeusvaihtelut kompensoida, mikäli käytössä on tasaisin aikavälein kerättyä tehosignaalia eikä oletuksen mukaista 5 kiertokulman suhteen tasavälistä signaalia.

Keksinnön mukaisesti myllyn pyörimisnopeuden kompensoimiseksi ja myllyn täyttöasteen ja kuorman kohtauskulman saattamiseksi myllyn pyörimisnopeus-vaihteluista riippumattomaksi kerätään vakionäytteenottovälillä 1 - 20 ms myl-10 lyn tehosta näytteitä ja samanaikaisesti kerätään samalla vakionäytteenottovälillä näytteitä myllyn kiertokulmasta. Myllyn kiertokulma on kulma, jonka mylly on kiertynyt/pyörähtänyt myllyn pyörintäakselin ympäri kierroksen alkuhetkestä lähtien. Myllyn kiertokulman mittaukseen sopivia antureita ovat absoluuttiset kulma-anturit sekä lähestymisanturit ja 15 etäisyysanturit, jotka havaitsevat myllyn kiertokulman ulkopinnan geometrisista muodoista. Mikäli kiertokulmaa ei ole mitattu jollekin näytehetkelle, puuttuva kiertokulman arvo saadaan laskettua interpoloimalla mitatuista arvoista. Näin saadaan syntymään käytettävistä olevista, vakionäytteenottovälillä saaduista, ·· tehon ja kiertokulman arvoista tehon funktio kiertokulman suhteen. Tästä funk- 20 tiosta saadaan laskettua lineaarisesti interpoloimalla kiertokulman suhteen .: tasavälinen näytejono, jota käytetään tehovärähtelyn taajuustason analyysissa.

i * I * ·

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää myllyn poikkileikkausta sekä poikkileikkaukseen piirrettyä (x,y)-25 koordinaatistoa, jonka origo on myllyn pyörintäakselilla.

» |

Kuviossa myllyn 5 pyörintä tapahtuu suunnassa, joka on esitetty nuolella 6.

I I t : Myllyn pyörintäakselille 8 on asennettu (x.y)-koordinaatisto, jonka avulla myllyn sisässä oleva, jauhettavasta massasta koostuva myllyn kuorman 1 asento esi-" i 30 tetään. Myllyn 5 ollessa toiminnassa mylly pyörii suuntaan 6 myllyn pyörintäak selin 8 ympäri, jolloin myllyn 5 kiertokulma kasvaa myllyn kierroksen aikana kierroksen alkuhetkestä lähtien, joka kuvaa kuviossa (x,y)-koordinaatiston x- 4 115854 akseli. Myllyn kuorma 1 liikkuu pyörimisen mukaisesti kuitenkin niin, että myllyn 5 seinämän 7 ja kuorman 1 välinen kohtauspiste 4 (engl. toe) pysyy olennaisesti paikallaan. Kohtauspiste 4 pysyy olennaisesti paikallaan, koska kuorman 1 se osa, joka on ylimpänä (x,y)-koordinaatistossa putoaa alaspäin, kun taas kuor-5 man 1 se osa, joka on alimpana (x,y)-koordinaatistossa nousee seinämää 7 pitkin ylöspäin kohti kuorman ylintä osaa. Myllyn kuorman 1 ja myllyn seinämän 7 välinen kohtauskulma φι< (engl. toe angle) määritetään kohtauspistettä 4 käyttäen. Myllyn 1 seinämään 7 liitettyjä nostopalkkeja, kuten nostopalkkeja 2 ja 3, käytetään kuorman 1 nostamiseen.

10

Nostopalkkien aiheuttaman tehovärähtelyn vaihe Θ lasketaan käyttämällä kier-tokulman suhteen tasavälistä ja yhden kierroksen tehon perusteella saatua näy-tejonoa P(n) seuraavan yhtälön (1) avulla 15 # = arg ]T/>(«)exp--- (1) _M=0 V M )_ missä i = V-T = imaginääriluku argz = arctan^5!£ = kompleksiluvun z napakulma eli argumentti,

Rez N = näytteiden lukumäärä näytejonossa P(n), '; ’; ’ 20 Nn = myllyn nostopalkkien lukumäärä, ,,;' n = näytteen numero, ja Θ = nostopalkkien aiheuttaman värähtelyn vaihe.

* ; ‘ Kohtauskulma lasketaan nostopalkkien aiheuttaman tehovärähtelyn vaiheesta Θ ; ' 25 seuraavasti yhtälön (2) avulla

V

* “ ’: missä kn = nostopalkkien lukumäärä, joka jää x-akselia lähimpänä olevan 30 nostopalkin 3 ja kohtauspistettä 4 lähimpänä olevan nostopalkin 2 väliin, <|>k = kohtauskulma, ja 5 115854 φη = kulma x-akselilta x-akselia lähimpänä olevaan nostopalkkiin 3 siten, että arvo on positiivinen myllyn pyörimissuuntaan 6.

Nostopalkkien 2 ja 3 välille jäävien nostopalkkien määrä kn on tuntematon, mut-5 ta koska kohtauskulma on tavallisesti välillä 180 - 270 astetta, kn voidaan rajoittaa välille (½ Nn, % Nn). Näin mahdollisten kohtauskulman φι< arvojen määrä supistuu, ja lisäksi koska nostopalkkien 2 ja 3 välille jäävien nostopalkkien määrä kn on aina kokonaisluku, mahdollisia kohtauskulman ψκ arvoja on vain % Nn kappaletta. Näistä vaihtoehdoista oikea arvo on helppo valita, koska muut arvot 10 kuvaavat ääriolosuhteita, jotka eivät ole todennäköisiä.

Täyttöaste saadaan laskettua yhtälössä (2) määritetystä kohtauskulmasta ja myllyn pyörintänopeudesta eri matemaattisten mallien avulla, kuten esimerkiksi Julius Kruttschitt Mineral Research Center’n (JKMRC) kehittämän mallin avulla. 15 Tämä malli on tarkemmin esimerkiksi kirjassa Napier-Munn, T., Morrell, S., Morrison, R., Kojovic, T., Mineral Comminution Circuits, Their Operation and Optimisation. Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre, University of Queensland, Indooroopilly, Australia, 1999. JKMRC-mallin laskentayhtälö myllyn täyttöasteelle on esitetty yhtälössä (3) ::: 20 f«c,+1= 0,35(3,364-1/) (3).

VM = 1,2796--r-n 2,5307(l - e~'9A2(n^<-^ ) ··' jossa täyttöaste määritetään iteroimalla myllyn täyttöastetta myllyn sisätilavuu- teen nähden. Yhtälössä (3) nc on kokeellisesti laskettu osuus myllyn kriittisestä 25 nopeudesta, jolloin sentrifugointi on täydellistä, ja np on myllyn pyörimisnopeus : suhteessa kriittiseen nopeuteen ja V, on myllyn edellinen ja Vi+i määrättävä : · ·: myllyn täyttöaste suhteessa myllyn sisätilavuuteen.

β 115854

Keksinnön mukaisesti määritettyä täyttöastetta voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi myllyn kuulapanoksen laskennassa eri matemaattisten myllyn tehonottoa kuvaavien mallien avulla, kun lisäksi otetaan huomioon myllyn teho. Kuula-panoksen tarkkuutta voidaan edelleen parantaa, kun määrityksessä huomioi-5 daan myllyn kuorman massa ja/tai tiheys. Lisäksi täyttöastetta voidaan käyttää myös myllyn ja/tai jauhatuksen säätöön, optimointiin ja valvontaan sekä ylikuormitustilanteiden välttämiseen.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä täyttöasteen määrityksessä käytettyä 10 myllyn kuorman kohtauskulmaa voidaan lisäksi hyödyntää myllyn säädössä, kun lisäksi tunnetaan jauhinkappaleiden iskeytymispiste myllyn seinämällä. Tämä iskeytymispiste voidaan laskea eri matemaattisten jauhinkappaleiden lentorataa kuvaavien mallien avulla, joihin vaikuttaa mm. myllyn pyörimisnopeus, myllyn vuoraus sekä jauhinkappaleiden koko. Koska jauhatus on tehokkainta, 15 kun jauhinkappaleet iskeytyvät kuorman kohtauspisteeseen, voidaan jauhatus-tehokkuuden optimoiva pyörimisnopeus laskea, kun kohtauskulma ja iskeytymispiste tunnetaan.

< · I · >

Claims (9)

1. Förfarande för bestämning av en kvarns päfyllningsgrad och lastens träffvinkel (Φ|<), vid vilket mot kvarnens elektriska motor riktade vibrationer an- 15 vänds för bestämning av träffpunkten (4) för kvarnens last som bestar av den massa som skall malas, kännetecknat av att fasen (Θ) av kvarnens vibration bestäms av de erhällna mätningarna (P(n)) genom att analysera frekvensnivän och att lastens träffvinkel (Φκ) bestäms med hjälp av fasen (Θ) av kvarnens vib-V: ration. 20

1. Menetelmä myllyn täyttöasteen ja kuorman kohtauskulman (φκ) määrittämiseksi, jossa käytetään myllyn sähkömoottoriin kohdistuvia värähtelyltä jauhetta-5 vasta massasta koostuvan myllyn kuorman kohtauspisteen (4) määrittämiseksi, tunnettu siitä, että saaduista mittauksista (P(n)) määritetään myllyn värähtelyn vaihe (Θ) taajuustason analyysia käyttäen ja että myllyn värähtelyn vaiheen (Θ) avulla määritetään kuorman kohtauskulma (<j>k).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att vibration som riktar : : sig mot kvarnens effekt används vid frekvensanalysen av kvarnens vibration.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myllyn värähtelyn taajuusanalyysissä käytetään myllyn tehoon liittyvää värähtelyä.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att vibration som riktar 25 sig mot kvarnens vridmoment används vid frekvensanalysen av kvarnens vibra- : tion.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myllyn värähtelyn taajuusanalyysissä käytetään myllyn vääntömomenttiin liittyvää väräh- 15 telyä.

4. Förfarande enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknat av att analysen av frekvensnivän av kvarnens effektvibration genomförs med hjälp av Fourier- ·: : 30 transformation. t » 9 115854

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myllyn tehovärähtelyn taajuustason analyysi suoritetaan Fourier-muunnoksen avulla. * * ·

5. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att för att göra kvarnens päfyllningsgrad och lastens träffvinkel (Ok) obero-ende av variationer i kvarnens rotationshastighet mäts vid varje mätning kvarnens vridningsvinkel för tillfället och med denna mätning av vridningsvinkeln 5 beaktas hastighetsvariationer i frekvensnivän i den signal som skall analyseras.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu ;; 20 siitä, että myllyn täyttöasteen ja kuorman kohtauskulman (<t>k) saattamiseksi myllyn pyörimisnopeusvaihteluista riippumattomaksi jokaisessa mittauksessa ‘ mitataan senhetkinen myllyn kiertokulma ja tällä kiertokulmamittauksella ote taan huomioon nopeuden vaihtelut taajuustasossa analysoitavassa signaalissa.

6. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven 1-4, kännetecknat av att vid mätning av vridningsvinkeln mäts en del av kvarnens vridnings-vinklar och en del genom att beräkna av de mätta vinklarna genom lineär inter- 10 polering.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertokulman mittauksessa mitataan osa myllyn kiertokulmista ja osa laskemalla lineaarisesti interpoloimalla mitatuista kulmista.

7. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att en matematisk modell, säsom JKMRC-modell används vid bestämning av päfyllningsgraden med hjälp av lastens träffvinkel. 15

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että täyttöasteen määrittämisessä kuorman kohtauskulman avulla käytetään matemaattista mallia, kuten JKMRC-mallia. 3 115854

8. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att den vid bestämning av kvarnens päfyllningsgrad använda effektmätning-en samt päfyllningsgraden som sadan utnyttjas vid beräkning av kvarnens kul-sats. < I 20

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myllyn täyttöasteen määrittämisessä käytettyä tehomittausta sekä täyttöastetta sinänsä käytetään hyväksi myllyn kuulapanoksen laskemiseksi.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myllyn täyttöasteen märityksessä käytettyä myllyn kuorman kohtaus-kulmaa voidaan käyttää hyväksi myllyn jauhatustehokkuuden parantamiseksi, kun jauhinkappaleiden iskeytymispiste on määritetty matemaattisen mallin avulla. 10

9. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat : av att den vid mätningen av kvarnens päfyllningsgrad använda träffvinkeln för kvarnens last kan utnyttjas vid förbättring av kvarnens malningseffekt, när mal-,..: ningskropparnas stötpunkt bestämts med hjälp av en matematisk modell. > » »* *