JP2008196712A - ロータリキルン - Google Patents

Abstract

【課題】
ロータリキルンに於いて、内外筒連結機構及び内外筒連結機構支持部分に発生する応力の軽減を図り、保守の簡略化、保守コストの低減を図る。
【解決手段】
回転駆動され、入口１８から投入された被処理物を出口側へ移動しつつ加熱し、出口２４から排出する炉本体３を具備したロータリキルンに於いて、前記炉本体は、回転駆動される外筒８と、該外筒内部に配設された内筒部９と、前記外筒からの回転力を前記内筒部に伝達する内外筒連結機構２１とを有し、該内外筒連結機構は前記外筒に支持されたピン保持筒と該ピン保持筒に支持された連結ピンとを具備し、該連結ピンを介して前記外筒と前記内筒部とが連結され、前記外筒の円周方向に延びるリブを前記ピン保持筒、前記外筒に溶接した。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、都市ごみ等一般廃棄物や産業廃棄物等を熱分解ガス化処理する為、或は炭化燃料を製造する場合に用いられるロータリキルンに関するものである。

先ず、ロータリキルンの一例について図１０により概略を説明する。尚、図１０中で、左を上流側、右を下流側とする。

ロータリキルン１は、主に、上流側炉端ケーシング２、炉本体３、下流側炉端ケーシング４によって構成され、前記上流側炉端ケーシング２、前記下流側炉端ケーシング４は炉ベース５に固定的に支持され、前記炉本体３は前記炉ベース５に回転可能に支持され、前記上流側炉端ケーシング２と前記炉本体３間、該炉本体３と前記下流側炉端ケーシング４間には、シール装置６，７が設けられている。

前記炉本体３について説明する。

該炉本体３は外筒８、該外筒８内部に設けられた内筒部９を有し、前記外筒８はローラ等の回転体１１を介して回転支持機構１２に回転自在に支持され、又前記外筒８はモータ等の駆動源を有する回転駆動機構１３によって回転される様になっている。

前記内筒部９は複数、例えば図１１に示される様に３本の内筒１４を有し、これら内筒１４は軸心方向に所要間隔で設けられた支持円板１５によって円周等間隔で固定支持されている。又、前記外筒８の上流部は全ての前記内筒１４が合流する空間１６を形成する管寄せ部１７となっており、該管寄せ部１７から前記外筒８と同心の被処理物投入口１８が上流に向って延出している。又、前記内筒１４の下流端部には分解ガス導出管１９が前記外筒８と同心に設けられ、前記分解ガス導出管１９は各前記内筒１４に部分的に連通している。

前記支持円板１５と前記外筒８間には、内外筒連結機構２１が円周所要等分（例えば１２等分）の位置に設けられ、該内外筒連結機構２１によって前記外筒８と前記支持円板１５とが連結され、前記外筒８から前記内外筒連結機構２１を介して前記内筒部９に回転力が伝達される様になっている。

前記上流側炉端ケーシング２と前記被処理物投入口１８間は、シール装置２２が設けられ、前記上流側炉端ケーシング２には熱風ガス出口（図示せず）が設けられている。

前記下流側炉端ケーシング４と前記分解ガス導出管１９間にはシール装置２３が設けられ、又前記下流側炉端ケーシング４には熱風ガス入口（図示せず）が設けられている。更に、前記分解ガス導出管１９の下流端部を収納する様に熱分解ガス出口ケーシング２４が設けられ、該熱分解ガス出口ケーシング２４と大気（外気）とは、前記シール装置２３によって分離されている。

前記被処理物投入口１８より被処理物が投入され、前記下流側炉端ケーシング４より熱風ガスが導入され、熱風は前記内筒１４と前記外筒８との空間を流れ、前記上流側炉端ケーシング２から流出する。

前記被処理物投入口１８より被処理物が投入され、前記外筒８、前記内筒１４が一体に前記回転駆動機構１３によって回転され、被処理物は前記内筒１４を介して加熱されつつ下流側に移動し、熱分解される。熱分解ガスは前記分解ガス導出管１９を経て前記熱分解ガス出口ケーシング２４より排出され、又分解後の残渣物も前記熱分解ガス出口ケーシング２４より排出される。

次に、従来の前記内外筒連結機構２１について、図１２により説明する。尚、図１２は図１０中、Ｂ矢視断面相当図である。

前記支持円板１５の外周部に嵌合凹部２５を有する受座２６が溶接等所要の手段で固着されている。

前記外筒８の前記嵌合凹部２５の同心上に、ピン取付け孔２７が穿設され、該ピン取付け孔２７を閉塞する様に円形の座板２８が溶接等所要の手段で前記外筒８に固着され、前記座板２８を貫通する様にピン保持筒２９が溶接等により固着されている。該ピン保持筒２９の外端にはフランジ３１が固着され、前記座板２８と前記フランジ３１間には補強用のリブ３２が周方向に設けられている。

前記ピン保持筒２９に連結ピン３３が摺動可能に嵌入され、該連結ピン３３の先端部は前記嵌合凹部２５に嵌合する。

前記フランジ３１にはフランジプレート３４が皿螺子３５により固着され、前記フランジプレート３４を螺通した調整ボルト３６の先端にはバネ受け３７が設けられ、該バネ受け３７と前記連結ピン３３間には圧縮バネ３８が挾設され、該圧縮バネ３８は前記連結ピン３３を前記嵌合凹部２５に所要の嵌合力で押付ける。尚、前記調整ボルト３６の螺通部からのガス漏れを防止するカバー３９が前記フランジプレート３４に取付けられる。

又、前記支持円板１５と前記外筒８間で熱膨張差が生じた場合も、前記圧縮バネ３８が撓んで前記連結ピン３３が半径方向に移動し、熱膨張差が吸収され、又所定の嵌合力が維持される。

前記外筒８が回転されることで、回転力は前記座板２８を介して前記ピン保持筒２９に伝達され、更に前記連結ピン３３を介して前記受座２６、次いで前記支持円板１５、即ち前記内筒部９に伝達される。

前記外筒８と前記内筒部９とは完全な同心とすることは製作上できない為、前記炉本体３の回転と共に前記外筒８と前記内筒部９の芯ずれが生じ、芯ずれに対応して前記連結ピン３３が前記ピン保持筒２９に対して摺動する。

前記連結ピン３３は大きな力が作用した状態で摺動し、更に前記ロータリキルン１は高温下で稼働するので、グリス等の潤滑剤は使用することができない。この為、摩耗は避けられず、摩耗状況に応じて、前記連結ピン３３は交換される様になっている。

上記した回転力が前記外筒８から前記内筒部９に伝達される経路に於いて、前記外筒８から前記座板２８への回転力は、該座板２８と前記外筒８とを溶接した溶接部を介して伝達される。

又、前記内外筒連結機構２１に作用する荷重の方向は円周方向であり、該内外筒連結機構２１が水平位置となった時に最大となり、又１回転で水平となる位置は２箇所あり、水平の２箇所で荷重の作用方向は逆となる。従って、前記内外筒連結機構２１には前記外筒８、前記内筒部９の回転に伴い、繰返し荷重が作用する。

更に、前記内外筒連結機構２１を前記外筒８に支持するのは、前記座板２８及び前記リブ３２であり、前記内外筒連結機構２１は局部的に補強した軟構造によって支持されている。従って、前記内外筒連結機構２１に繰返し荷重が作用することで、該内外筒連結機構２１が振られ、周方向に正逆傾斜する変位を生じる。

前記内外筒連結機構２１の変位により、荷重の伝達経路の、前記座板２８と前記リブ３２、前記外筒８と前記座板２８との溶接部Ａ、前記座板２８と前記リブ３２との溶接部Ｂに大きな応力が発生し、更に繰返し応力による亀裂が生じ、前記内外筒連結機構２１の交換、或は亀裂部分の補修が必要となる場合があった。

補修作業は、ロータリキルンを停止する必要があり、又作業足場を設置しなければならない等、大掛りで長期の作業となる為、補修間隔が長くなる様前記内外筒連結機構２１、及び該内外筒連結機構２１支持部の延命化が望まれていた。

尚、内外筒連結機構を具備するロータリキルンとしては特許文献１に示されるものがある。

特開平９−２１７９８８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、内外筒連結機構及び内外筒連結機構支持部分に発生する応力の軽減を図り、保守の簡略化、保守コストの低減を図るものである。

本発明は、回転駆動され、入口から投入された被処理物を出口側へ移動しつつ加熱し、出口から排出する炉本体を具備したロータリキルンに於いて、前記炉本体は、回転駆動される外筒と、該外筒内部に配設された内筒部と、前記外筒からの回転力を前記内筒部に伝達する内外筒連結機構とを有し、該内外筒連結機構は前記外筒に支持されたピン保持筒と該ピン保持筒に支持された連結ピンとを具備し、該連結ピンを介して前記外筒と前記内筒部とが連結され、前記外筒の円周方向に延びるリブを前記ピン保持筒、前記外筒に溶接したロータリキルンに係るものである。

又本発明は、前記リブの先端に直交する補助リブを溶接したロータリキルンに係り、又隣接する前記ピン保持筒間に前記リブを掛渡して溶接し、前記ピン保持筒を介して前記リブが全周連続する様にしたロータリキルンに係るものである。

更に又本発明は、前記ピン保持筒に前記リブを溶接してユニット化したロータリキルンに係るものである。

本発明によれば、回転駆動され、入口から投入された被処理物を出口側へ移動しつつ加熱し、出口から排出する炉本体を具備したロータリキルンに於いて、前記炉本体は、回転駆動される外筒と、該外筒内部に配設された内筒部と、前記外筒からの回転力を前記内筒部に伝達する内外筒連結機構とを有し、該内外筒連結機構は前記外筒に支持されたピン保持筒と該ピン保持筒に支持された連結ピンとを具備し、該連結ピンを介して前記外筒と前記内筒部とが連結され、前記外筒の円周方向に延びるリブを前記ピン保持筒、前記外筒に溶接したので、前記内外筒連結機構、該内外筒連結機構支持部分に発生する応力が分散され、応力疲労が軽減され、使用寿命が長くなる。

又本発明によれば、前記リブの先端に直交する補助リブを溶接したので、リブ先端部に発生する応力が分散される。

又本発明によれば、隣接する前記ピン保持筒間に前記リブを掛渡して溶接し、前記ピン保持筒を介して前記リブが全周連続する様にしたので、内外筒連結機構、該内外筒連結機構支持部分に発生する応力が大幅に軽減され、使用寿命が長くなり、保守費の低減が図れる。

更に又本発明は、前記ピン保持筒に前記リブを溶接してユニット化したので、前記ピン保持筒へのリブの溶接は、工場で行え、品質を向上できると共に現地作業の作業量が減少して作業性が向上する等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

本発明者は、内外筒連結機構２１、及び該内外筒連結機構２１支持部に発生する応力を分散して、最大応力の軽減を図る為、種々の構造解析を実施した。尚、代表的なモデルの解析の結果の一例を図７で示している。

図１は、図１２で示される従来のピン保持筒２９の支持構造をモデル化したものであり、該ピン保持筒２９に周方向に１００Ｎの荷重が作用した場合に発生する最大主応力の値が最も大きい部位、及びその値を解析により求めた。

図１をケース１とするとケース１では、最大主応力の値が最も大きい部位は溶接部Ａのリブ３２の下端Ｘである。

図２で示されるケース２では、外筒８の全周に亘り溶接付けした下フランジ４３と該下フランジ４３に垂直に溶接付けしたウェブ部材４２と該ウェブ部材４２の上端に垂直に溶接付けした上フランジ４４によって補強リブ４１を構成し、該補強リブ４１を前記ピン保持筒２９に溶接付けし、隣接する内外筒連結機構２１間に前記補強リブ４１を掛渡して固着した構造となっている。ケース２では、前記補強リブ４１が全周連続した状態で設けられ、前記内外筒連結機構２１は全周連続した前記補強リブ４１によって補強される。

ケース２に於いて、前記ピン保持筒２９に周方向に１００Ｎの荷重が作用した場合の最大主応力の値が最も大きい部位は、溶接部Ｘであり、ケース１の最大主応力を１とした場合０．１３となった。

図３〜図６に示す、ケース３〜ケース６は、前記ピン保持筒２９を前記外筒８に直接溶接付けした場合をモデル化している。

図３はケース３を示し、前記ピン保持筒２９を前記外筒８に溶接付けし、前記ピン保持筒２９の上端にフランジ３１を溶接付けすると共に周方向にリブ３２を前記ピン保持筒２９及び前記外筒８に溶接付け（以下単に溶接付けと称す）した構造となっている。

ケース３に於いて、同様な条件で解析を行った結果、最大主応力の値が最も大きい部位は前記リブ３２の下部Ｘであり、ケース１の最大主応力を１とした場合０．７６となった。

図４のケース４は、前記ピン保持筒２９を前記外筒８に溶接付けし、前記ピン保持筒２９の上端にフランジ３１を溶接付けすると共に放射状に６枚のリブ３２を溶接付けした構造となっている。

ケース４に於いて、同様な条件で解析を行った結果、最大主応力の値が最も大きい部位は溶接部Ｘであり、ケース１の最大主応力を１とした場合０．７２となった。

図５のケース５は、前記ピン保持筒２９を前記外筒８に溶接付けし、前記ピン保持筒２９の上端にフランジ３１を溶接付けすると共に該フランジ３１より周方向に大きく延出させたリブ３２を溶接付けし、更に該リブ３２の先端に直交する補助リブ４７を溶接付けした構造となっている。該補助リブ４７を溶接することで、前記リブ３２先端での発生応力が分散される。

ケース５に於いて、同様な条件で解析を行った結果、最大主応力の値が最も大きい部位は前記リブ３２の上端部Ｘ及び補助リブ溶接部Ｘであり、ケース１の最大主応力を１とした場合０．４９となった。

図６のケース６は隣接する内外筒連結機構２１の前記ピン保持筒２９間にリブ３２を掛渡して溶接付けした構造となっている。ケース６では、前記リブ３２が全周連続した状態で設けられ、前記ピン保持筒２９は全周連続した前記リブ３２によって補強される。

ケース６に於いて、同様な条件で解析を行った結果、最大主応力の値が最も大きい部位は前記リブ３２とフランジ３１の接合部Ｘであり、ケース１の最大主応力を１とした場合０．１３となった。

解析の結果、ケース２又はケース６が最大主応力の値が著しく減少した結果を示している。従って、前記内外筒連結機構２１又は前記ピン保持筒２９間を前記外筒８に対して垂直な部材、例えば前記ウェブ部材４２、前記リブ３２で連結し、全周で連続する支持構造が、前記内外筒連結機構２１、前記ピン保持筒２９の支持構造として好ましい。

尚、前記リブ３２、前記補強リブ４１が連続しない場合も、前記リブ３２、前記補強リブ４１の長さを円周方向に向けることで最大応力の減少に効果がある。又、前記リブ３２、前記補強リブ４１の高さを前記外筒８に対して大きくすること、前記フランジ３１や前記リブ３２の上フランジ４４の幅や板厚を増やすことは、その剛性が増す為、最大応力の減少に効果がある。

図８、図９に於いて本発明の実施例を説明する。

該実施例は上記ケース２を具体化したものである。

外筒８の円筒面と同心に湾曲するウェブ部材４２をピン保持筒２９に、前記外筒８の両円周方向に延出する様に溶接付けする。前記ウェブ部材４２の下縁、上縁にそれぞれ下フランジ４３、上フランジ４４を溶接付けし、更に前記下フランジ４３の一端を前記ピン保持筒２９に溶接付けし、又前記上フランジ４４の一端をフランジ３１に溶接付けする。尚、該フランジ３１と前記上フランジ４４との接合部の応力軽減の為、接合部に隅肉溶接をしてもよい。

前記下フランジ４３は、前記外筒８と同心に湾曲していると共に該外筒８の外面に合致する様な曲率に形成されている。

前記ウェブ部材４２、前記下フランジ４３、前記上フランジ４４は上述した補強リブ４１の一部である補強リブ分体４５を構成する。又、前記ピン保持筒２９に前記補強リブ分体４５を溶接付けしたものがピン保持筒ユニット４６としてユニット化され、該ピン保持筒ユニット４６は工場で製作される。

該ピン保持筒ユニット４６の前記外筒８への取付けは、工場で、又は現地で施工され、前記ピン保持筒２９が位置決めされ、前記下フランジ４３が前記外筒８に溶接付けされる。又、隣接するピン保持筒２９についても、前記ピン保持筒ユニット４６が取付けられ、最後に隣接する補強リブ分体４５，４５同士の端部が溶接付けされる。

前記ピン保持筒ユニット４６をユニット化し、工場で製作可能としたことで、ピン保持筒ユニット４６単体の精度が向上し、又現地作業での作業量が減少して作業効率が向上する。

本発明の実施の形態に於いて解析を行った内外筒連結機構のピン保持筒支持モデルの第１例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に於いて解析を行った内外筒連結機構のピン保持筒支持モデルの第２例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に於いて解析を行った内外筒連結機構のピン保持筒支持モデルの第３例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に於いて解析を行った内外筒連結機構のピン保持筒支持モデルの第４例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に於いて解析を行った内外筒連結機構のピン保持筒支持モデルの第５例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に於いて解析を行った内外筒連結機構のピン保持筒支持モデルの第６例を示す斜視図である。 第１例〜第６例迄の解析結果を示す図である。 本発明のピン保持筒支持の実施例を示す平面図である。 本発明のピン保持筒支持の実施例を示す正断面図である。 ロータリキルンの概略を示す断面図である。 図１０のＡ−Ａ矢視図である。 ロータリキルンに用いられる従来の内外筒連結機構の断面図である。

符号の説明

１ ロータリキルン
８ 外筒
９ 内筒部
１５ 支持円板
２８ 座板
２９ ピン保持筒
３１ フランジ
３２ リブ
３３ 連結ピン
３４ フランジプレート
４１ 補強リブ
４２ ウェブ部材
４３ 下フランジ
４４ 上フランジ

Claims (4)

1. 回転駆動され、入口から投入された被処理物を出口側へ移動しつつ加熱し、出口から排出する炉本体を具備したロータリキルンに於いて、前記炉本体は、回転駆動される外筒と、該外筒内部に配設された内筒部と、前記外筒からの回転力を前記内筒部に伝達する内外筒連結機構とを有し、該内外筒連結機構は前記外筒に支持されたピン保持筒と該ピン保持筒に支持された連結ピンとを具備し、該連結ピンを介して前記外筒と前記内筒部とが連結され、前記外筒の円周方向に延びるリブを前記ピン保持筒、前記外筒に溶接したことを特徴とするロータリキルン。
2. 前記リブの先端に直交する補助リブを溶接した請求項１のロータリキルン。
3. 隣接する前記ピン保持筒間に前記リブを掛渡して溶接し、前記ピン保持筒を介して前記リブが全周連続する様にした請求項１のロータリキルン。
4. 前記ピン保持筒に前記リブを溶接してユニット化した請求項１のロータリキルン。

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