CC BY
76
© Ю.М. Пожарский. Д.Д. Полсщснко, И.Ю. Подковыров, 2013
УДК 004.042, 622.73
Ю.М. Пожарский. Д.А. Полещенко, И.Ю. Подковыров
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЗАПОЛНЕНИЯ МЕЛЬНИЦЫ МОКРОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Рассмотрены вопросы по конфигурации системы для оценки степени заполнения мельницы мокрого самоизмельчения с применением беспроводных технологий. На примере мельницы Лебединского ГОКа произведено измерение виброускорения установленным на поверхности ее барабана акселерометром. В результате обработки данного сигнала методами спектрального анализа показана взаимосвязь между виброускорением поверхности барабана мельницы и степенью заполнения объекта рудным материалом.
Ключевые слова: степень заполнения мельницы, акселерометр, спектральный анализ, мельница мокрого самоизмельчения, виброускорение.
В условиях стабильного роста цен на энергоносители наиболее важной производственной задачей является снижение удельного энергопотребления технологическими переделами горнодобывающих предприятий. Одними из существенно энергоемких объектов горно-обогатительных комбинатов (ГОК) являются мельницы, как мокрого самоизмельчения (ММС), так и шаровые.
Важнейшими технологическими факторами, влияющими на работу мельницы мокрого самоизмельчения, являются ее объемная загрузка, характеристики руды, степень износа футеровки. Эффективность работы мельницы с точки зрения экономии электроэнергии существенно повышается при ее объемной загрузке лежащей в диапазоне 44 — 50 % [1].
В горнорудной промышленности известны несколько способов измерения степени загрузки мельниц: виброакустический анализатор шума
(звука) мельницы ВАЗМ-1, анализ сигнала активной мощности, потребляемой синхронным двигателем мельницы, анализ сигнала виброускорения подшипников на цапфе мельниц. На практике данные способы весьма противоречивы. Например, расход энергии связан со степенью заполнения мельницы дробящейся средой. С ростом степени заполнения мельницы дробящейся средой растет расход энергии на измельчение и достигает максимума при определенной степени заполнения. Но при дальнейшем увеличении степени заполнения мельницы расход энергии уменьшается, что не позволяет нам судить о дальнейшей загрузке мельницы.
Анализ работы мельниц Ёебедин-ского ГОКа выявил ряд недостатков: недогруз мельниц и связанный с этим перерасход энергии на измельчение. Эти недостатки имеют место вследствие того, что существующие методы измерения степени ее за-
полнения не обеспечивают требуемой производством точности. Вследствие этого машинист вынужден поддерживать степень заполнения мельницы ниже предельной, чтобы предотвратить возникновения аварийной ситуации (перегруз мельницы). Удельный перерасход электроэнергии на измельчение обусловлен недогрузом мельницы, так как при оптимальной ее загрузке он значительно уменьшается.
Известно, что материал в рабочей зоне мельницы подвергается истиранию, скалыванию и ударному разрушению. Если первые два принципа разрушения присуши любому механическому режиму движения рабочего органа мельницы, то определенный интерес представляет установление параметров работы объекта, при которых неизбежно будет возникать ударное разрушение кусков измельчаемого материала, что на наш взгляд коррелирует со степенью загрузки мельницы.
В связи с выше описанным в горнорудной промышленности сушеству-ет значительный интерес в развитии способов определения степени заполнения мельниц.
Перспективным способом измерения степени заполнения материалом мельницы является измерение и анализ сигнала виброускорения ее корпуса совместно с применением беспроводной сенсорной сети [2]. Беспроводные сенсорные сети являются распределённой, самоорганизуюшей-ся сетью с некоторым количеством датчиков, средствами передачи и приема объединенных между собой посредством радиоканала. Гибкая архитектура, снижение затрат при монтаже выделяют беспроводные сети интеллектуальных датчиков среди
других беспроводных и проводных интерфейсов передачи данных. Особенный интерес представляет применение беспроводной сенсорной сети на подвижных объектах. В статье рассматривается пример использования таких технологий на мельнице мокрого самоизмельчения Лебединского ГОКа.
В работе рассматривается возможность определения внутримель-ничного заполнения и диагностики состояния перегруза по уровню сигнала виброускорения барабана мельницы. На сегодняшний день уровень развития технических средств способен обеспечить измерение уровня виброускорения пьезоэлектрическим акселерометром и передачи данного сигнала с непрерывно врашаюшегося объекта на операторскую станцию по беспроводной сети для анализа.
Для решения поставленной задачи на поверхности мельницы был установлен шкаф с оборудованием (см. рис. 1), в котором находились устройство передачи аналогового сигнала, аккумуляторы. Антенна передатчика крепилась на корпусе мельницы таким образом, чтобы при врашательном движении по часовой стрелке она находилась в зоне прямой видимости приемника при прохождении датчиком основной области измерения (нижняя плоскость мельницы) и не экранировалась железобетонным основанием объекта. Также на поверхности мельницы был установлен акселерометр, который был подключен к передатчику через усилитель.
Передача информации осушеств-лялась парой приемник/передатчик 1ЬВ ВТ МиХ-ОМ№ по радио каналу на частоте 2.4 ГГц по протоколу Ь1ие1ооШ 1.2. Следует отметить, что
Рис. 1. Шкаф с оборудованием, установленным на поверхности мельницы (справа антенна передатчика, внизу кабель установки акселерометра)
приемник был установлен на расстоянии до 10 м. от мельницы, а качество приема не опускалось ниже 50 % при проходе датчика низшей точки диаметра мельницы, скрытой железобетонным основанием. С приемника сигнал поступал на аналого-цифровой преобразователь NI USB-6008 и далее по USB интерфейсу в компьютер, где регистрировался с частотой 5 кГц.
На рис. 2 представлен график сигнала снятого с акселерометра. Изменение выхода данного сигнала лежит в пределах 0—10 В.
Из рисунка видно, что амплитуда сигнала изменялась циклично. Данное обстоятельство связано с вращением мельницы, пик амплитуды приходился на момент прохождения датчиком нижней области диаметра мельницы. Когда датчик находился в верхней части мельницы, сигнал вибрации опускался ниже 1 В.
Известно, что если разложить сигнал в ряд Фурье и рассматривать его спектр, то можно выявить особенности сигнала незамеченные ранее. В работе было проведено исследование данного сигнала с помощью методов
спектрального анализа согласно формулам [3, 4]:
п _ . (т-1)(к-1)
А( к) = £ а( т) еп .
Ш=1
Здесь п = 51596000 — число элементов вектора вибрации, к — индекс значения частоты 4, которому отвечает найденный элемент А(к) дискретного преобразования Фурье. Как известно, функция е'г является периодической по z с периодом 2п; поэтому информация о Фурье изображении при отрицательных частотах расположена во второй половине вектора А(к). Таким образом, для определения частотного спектра входного сигнала, был сформировать новый вектор z из заданного вектора А(к) путем перестановки второй половины вектора А(к) в первую половину вектора z. При этом вторая половина вектора z состояла из элементов первой половины вектора А(к). Для того, чтобы установить действительные амплитуды гармоник, значения вектора Фурье изображения были разделены на число его элементов.
Согласно [5], применение окон (весовой функции) к данным во временной области существенно влияет на эффект утечки и позволяет снизить уровень боковых лепестков. В работе применяли весовую функцию Ханна, так как она позволяет более быстро обработать большой объем данных, чем другие функции (Чебышева, Гаусса) и достаточно хорошо выделить основные лепестки в спектре сигнала.
График спектра сигнала с использованием окна Ханна по всей выборке данных приведен на рис.3. Видно,
Рис. 2. Форма сигнала виброускорения, снимаемого акселерометром с поверхности мельницы
Рис. 3. Спектр сигнала виброускорения, снимаемого акселерометром с поверхно сти мельницы
что произошло четкое выделение частот в спектре сигнала.
На основании полученной спектрограммы можно выделить гармоническую составляющую с максимальной амплитудой на частоте 0.18 Гц. Для нее была построена огибающая, представленная на рис. 3, б. Процесс
ее построения заключался в следующем: с дискретностью 300000 точек, что соответствует одной минуте измерения сигнала с частотой съема 5 кГц выделялась выборка данных размером 300000 точек, для которых производилось преобразование Фурье. Далее из спектра
д|_I_I_I_I_I_I_I_I_
О 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Время, мин.
Рис. 4. Сигнал, характеризующий степень заполнения ММС: а - по показаниям комплекса РИЗМ; б - основная гармоника сигнала виброускорения (частота 0.18 Гц)
выделялось значение амплитуды на частоте 0.18 Гц и заносилось в качестве нового значения для тренда огибающей основной гармоники.
Для оценки полученного по предлагаемой методике сигнала с мельницы был снят сигнал степени заполнения мельницы регистрируемый комплексом РИЗМ.
Анализируя графики, представленные на рис. 3, а и 3, б следует отметить их достаточно близкое визуальное сходство. Для оценки степени «похожести» функций был рассчитан коэффициент корреляции по формуле, приведенной в [2]:
I РИЗМк • ак
г = ■
к=1
I РИЗМк, I ак
I к=1
к=1
где РИЗМ — вектор показаний РИЗМа, а — вектор основной гармоники сигнала виброускорения, N = 171 — число элементов в выборках.
Значение коэффициента корреляции между данными составило 0,84,
что говорит о значительной «похожести» данных сигналов и позволяет сделать вывод о возможности выявления закономерности между вибрацией поверхности мельницы и степенью заполнения мельницы и перспективностью проведения дальнейших работ по анализу данного сигнала.
Также следует отметить, что в спектре основной гармоники (см. рис. 4, б) наблюдается провал по виброускорению на 151 мин. Именно в данный промежуток времени работниками мельницы искусственно создавалась ситуация перегруза. Однако по одному опыту достаточно сложно судить о возможном диагностирования состояния перегруза мельницы по предложенной в статье методике, необходима серия экспериментов для обнаружения тенденции и лишь затем можно будет говорить о некой закономерности. Но на лицо перспективность проводимых исследований, а также и то, что сигнал виброускорения обладает значительным объемом диагностической информации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев С.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра; 1980.
2. Peng Huang, Min-ping Jia, Bing-lin Zhong. Investigation on measuring the fill level of an industrial ball mill based on the vibration characteristics of the mill shell. / Minerals Engineering № 22. — 2009. — P.1200-1208.
3. Без паники! Цифровая обработка сигналов. / Юкио Сато: пер. с яп. Селиной
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Т.Г. М.:Додэка-ХХ1, 2010. -176 с.: ил. — Доп. тит. л. яп.
4. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в МЛТЬЛБ. Учебный курс. СПб.: Питер; Киев: Издательская группа БИУ, 2005. — 512 с.: ил.
5. Кулаичев А. П. Компьютерный контроль процессов и анализ сигналов. — М.: информатика и компьютеры, 2002. -291 с., ил. ГГТТг!
Пожарский Юрий Михайлович — кандидат технических наук, Полешенко Дмитрий Александрович — кандидат технических наук, Подковыров Игорь Юрьевич — аспирант, Московский институт стали и сплавов.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
РАЗРАБОТКА СПОСОБА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ШЛАМОНАКОПИТЕЛЕЙ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
Попова Галина Георгиевна — кандидат химических наук, доцент, GalaGeya@mail.ru,
Каськов Артем Станиславович — соискатель,
Моисеева Ядвига Юрьевна — соискатель, ассистент,
Яценко Максим Александрович — соискатель,
Кубанский государственный технологический университет.
Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2012. — № 12. — 20 с.— М.: Издательство «Горная книга».
Загрязнение окружающей среды от накопителей отходов нефтегазовой отрасли является актуальной проблемой. Применение технологии выемки содержимого и засыпки чистыми грунтами со временем приводит к вторичному загрязнению окружающей среды за счет выхода на поверхность недостаточно очищенных нефтезагрязнений. Проведены исследования фазового состава, нефтепродуктов в почвогрунтах и донных отложениях ликвидированного и действующего шламонакопителя.
Ключевые слова: шламонакопители, нефтесодержащие отходы, донные отложения, неф-тезагрязненные грунты, ресурсосбережение, рациональное природопользование, экологическая реабилитация, технология утилизации.
THE DEVELOPMENT METHOD OF ECOLOGICAL REHABILITATION OF SLUDGE COLLECTOR OILY WASTE
Popova G.G., Kas'kov A.S., Moiseeva Ya.Yu., Yatsenko M.A.
Pollution of the environment from the storage of waste oil and gas industry is an actual problem. Application of the technology of excavation of the contents and refilling with clean soil eventually lead to secondary pollution of the environment due to the release to the surface of insufficiently purified of petropollution. Carried out study of the phase composition, oil products in soils and bottom sediments of the liquidated and the acting sludge collector.
Key words: sludge reservoirs, oily waste, non-bottom-sions, "oil-contaminated soils, ecology, environmental management, environmental remediation, recycling technology.
