JP2008196824A - ロータリキルン - Google Patents

Abstract

【課題】
炉体として内筒、外筒を有するロータリキルンに於ける、内筒、外筒間の回転力を伝達する内外筒連結機構についての保守作業を容易とし、保守コストの低減を図る。
【解決手段】
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着脱可能なスリーブを介して嵌合され前記内筒部に係合する連結ピンとを具備し、前記スリーブ、前記ピン保持筒のいずれか一方が所定長さ中心側に突出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物を熱分解ガス化処理する為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２により概略を説明する。尚、図２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３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４により説明する。尚、図４は図２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が十字状に設けられている。

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、回転力は前記ピン保持筒２９を介して前記連結ピン３３に、更に前記連結ピン３３を介して前記支持円板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、グリー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は交換されなければならない。

又、回転力が伝達される過程に於いて、前記ピン保持筒２９と前記連結ピン３３と接触部の内端境界線には、応力の集中が発生し、内端境界線での摩耗、疲労が著しく、前記ピン保持筒２９、前記連結ピン３３の交換を早める要因となっていた。

従来、前記連結ピン３３の交換は、前記カバー３９、前記フランジプレート３４を取外し、摩耗した前記連結ピン３３を引抜き、新しい連結ピン３３を前記ピン保持筒２９に嵌入することで処理されていた。

然し乍ら、摩耗は前記連結ピン３３に限らず、前記ピン保持筒２９も摩耗している。更に、該ピン保持筒２９の支持構造は、該ピン保持筒２９を局部的に補強する等柔構造であり、前記連結ピン３３に前記外筒８からの回転力が作用すると、前記ピン保持筒２９が振られ、該ピン保持筒２９の支持部に過大な応力が発生し、前記リブ３２、或は前記座板２８に疲労によるクラックが発生する場合もあった。

又、前記ピン保持筒２９が振られることで、前記連結ピン３３が前記受座２６に対して傾き、前記嵌合凹部２５の孔縁（エッジ）が前記連結ピン３３に当り、孔縁当接部に応力が集中し、局部的な摩耗を招く傾向もあった。

この為交換は、前記連結ピン３３に限らず、前記内外筒連結機構２１全体となる場合もあり、該内外筒連結機構２１を交換する場合は、前記座板２８を前記外筒８から切除する等作業は面倒であり、而も前記ロータリキルン１が大型であり、作業足場を設置しなければならない等、大がかりで長期の作業となっていた。

又、前記連結ピン３３の交換等の保守作業は、前記ロータリキルン１の運転を休止させる必要がある為、保守期間の短縮が望まれていた。

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、炉体として内筒、外筒を有するロータリキルンに於ける、内筒、外筒間の回転力を伝達する内外筒連結機構についての保守作業を容易とし、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着脱可能なスリーブを介して嵌合され前記内筒部に係合する連結ピンとを具備し、前記スリーブ、前記ピン保持筒のいずれか一方が所定長さ中心側に突出するロータリキルンに係るものである。

又本発明は、前記ピン保持筒、前記スリーブの一方の板厚を、他方の板厚に対して厚くしたロータリキルンに係り、又前記スリーブ、前記ピン保持筒の内、中心側から後退した内端の前記突出した一方に接合する縁を面取り加工したロータリキルンに係り、更に又前記ピン保持筒が突出し、該ピン保持筒の突出する長さは、少なくとも前記スリーブ内端を中心に応力分布の広がりが均等、或は略均等となる長さである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着脱可能なスリーブを介して嵌合され前記内筒部に係合する連結ピンとを具備し、前記スリーブ、前記ピン保持筒のいずれか一方が所定長さ中心側に突出するので、前記ピン保持筒内端部、前記スリーブに発生する集中応力が軽減する。

又本発明によれば、前記ピン保持筒、前記スリーブの一方の板厚を、他方の板厚に対して厚くしたので、前記ピン保持筒内端部、前記スリーブに発生する集中応力が更に軽減し、又連結ピン、スリーブの交換作業も容易になる。

又本発明によれば、前記スリーブ、前記ピン保持筒の内、中心側から後退した内端の前記突出した一方に接合する縁を面取り加工したので、前記スリーブ内端部、前記ピン保持筒に発生する集中応力が更に軽減する。

更に又本発明によれば、前記ピン保持筒が突出し、該ピン保持筒の突出する長さは、少なくとも前記スリーブ内端を中心に応力分布の広がりが均等、或は略均等となる長さであるので、応力の分散に充分な効果が発揮され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。

図１は本発明に係るロータリキルン１に実施された内外筒連結機構２１を示しており、ロータリキルン本体の構成等は、図２で示したものと同様であるので、説明を省略する。又、図１中、図４中で示したものと同等のものには同符号を付してある。又、図１は、図２に於けるＢ矢視断面相当図であり、外筒８、支持円板１５は紙面に対して垂直な軸心を中心に回転する。尚、図中下方を内部側、上方を外部側とし、左右方向を円周方向とする。

前記内外筒連結機構２１は前記外筒８に所要等間隔、例えば円周１２等分した位置に設けられ、前記内外筒連結機構２１は補強リブ４１を介して前記外筒８に取付けられる。該外筒８の前記内外筒連結機構２１と対応する位置には、ピン取付け孔２７が穿設され、該ピン取付け孔２７の軸心と前記内外筒連結機構２１の軸心とは合致する様になっている。

以下前記内外筒連結機構２１について具体的に説明する。

ピン保持筒２９には円周方向に（図中左右両方向に）延出する前記補強リブ４１が溶接され、該補強リブ４１は前記外筒８に溶接等所要の手段で固着され、該補強リブ４１によって前記ピン取付け孔２７が閉塞される。隣接する内外筒連結機構２１の補強リブ４１は、連続していることが好ましく、隣接する補強リブ４１を連続させることで、該補強リブ４１は前記ピン保持筒２９間に掛渡り、全周連続した状態となる。

前記補強リブ４１の形状としては、例えばウェブ部材４２の上下にフランジ４３，４３が固着された断面Ｉ字状となっており、又全周で連続しているので、剛性が高くなっている。

前記ピン保持筒２９は外端に固着されたフランジ３１を有し、前記ピン保持筒２９にはスリーブ４４が内嵌され、該スリーブ４４に連結ピン３３が摺動可能に内嵌されている。

前記ピン保持筒２９の内端と支持円板１５の外周とは所定の間隔が形成され、前記ピン保持筒２９は前記スリーブ４４より軸長が長く、該スリーブ４４の下端より所定長さＬ突出している。又、前記ピン保持筒２９は前記スリーブ４４に対して、高強度、高剛性、高硬度であることが好ましい。従って、前記ピン保持筒２９の板厚は、前記スリーブ４４より厚く、又硬度も該スリーブ４４に対して高い材質が選択されることが好ましい。

該スリーブ４４の外端にはフランジプレート３４が溶接等により固着され、前記スリーブ４４と前記フランジプレート３４とは一体化され、該フランジプレート３４は皿螺子３５により前記フランジ３１に着脱可能に固定される様になっている。尚、前記補強リブ４１の前記フランジ４３を前記フランジ３１として機能させ、前記フランジプレート３４を前記フランジ４３に着脱可能に取付けても良い。

前記フランジプレート３４には調整ボルト３６が螺通し、該調整ボルト３６の先端にはバネ受け３７が回転自在に設けられ、該バネ受け３７と前記連結ピン３３間に圧縮バネ３８が挾設され、該圧縮バネ３８により前記連結ピン３３と受座２６とが所要の押圧力で嵌合している。又、前記調整ボルト３６にはロックナット４０が螺合され、該ロックナット４０によって前記フランジプレート３４に対する前記調整ボルト３６の位置が固定される様になっている。該調整ボルト３６の上端部はカバー３９によって覆われ、該カバー３９はボルト４５によって前記フランジプレート３４に着脱可能に取付けられている。

前記連結ピン３３の嵌合凹部２５との嵌合部は先端に向って先細るテーパ形状、例えば１．５°の傾斜のテーパ形状となっており、更に先端面は凸曲面、或は凸円錐面等、中心部が盛上がった形状となっている。

又、前記受座２６の前記嵌合凹部２５には、受けスリーブ４６が嵌設され、前記連結ピン３３は前記受けスリーブ４６を介して前記嵌合凹部２５に嵌合する様になっている。又、前記受けスリーブ４６は取外し可能となっていることが好ましい。

以下、前記内外筒連結機構２１の作用について図１を参照して説明する。

回転駆動機構１３によって前記外筒８が回転され、該外筒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。

前記外筒８から前記支持円板１５、即ち内筒部９への回転力の伝達は、前記ピン保持筒２９、前記スリーブ４４、前記連結ピン３３、前記受けスリーブ４６を経て前記支持円板１５即ち前記内筒部９に伝達される。又、前記外筒８と前記内筒部９間の偏心、或は熱膨張差は、前記圧縮バネ３８が撓み前記連結ピン３３が半径方向に変位して、所定の嵌合力を維持しつつ、吸収される。

前記外筒８、前記内筒部９が回転されることで、前記内外筒連結機構２１には図１の紙面に対して左右方向の剪断力が作用し、同時に前記内外筒連結機構２１には時計方向、反時計方向のモーメントが作用する。

前記連結ピン３３、前記スリーブ４４、前記ピン保持筒２９はそれぞれ片持支持状態となっており、剪断力、モーメント（以下荷重）は、前記外筒８から前記補強リブ４１に、該補強リブ４１から前記ピン保持筒２９に、該ピン保持筒２９から前記スリーブ４４に、該スリーブ４４から前記連結ピン３３に、該連結ピン３３から前記受けスリーブ４６を介して前記支持円板１５に伝達される。

荷重の伝達過程に於いて、前記ピン保持筒２９の内端と前記スリーブ４４の接触部分、該スリーブ４４の内端と前記連結ピン３３との接触部分にそれぞれ応力の集中が発生する。尚、応力の集中の最大は、前記内外筒連結機構２１に最大荷重が発生する位置、即ち前記内外筒連結機構２１が回転中心に関して水平位置に有る場合に発生する。

上記した様に、前記ピン保持筒２９は前記スリーブ４４に対して突出量Ｌだけ突出しているので、前記ピン保持筒２９に発生する応力分布は前記スリーブ４４の内端を中心に上下にも広がりを有する。応力分布の状態は、前記ピン保持筒２９と前記スリーブ４４の剛性、硬度の相違にも影響される。前記スリーブ４４は前記連結ピン３３から荷重を伝達されるが、前記ピン保持筒２９を前記スリーブ４４より突出させることで、該スリーブ４４先端部で前記ピン保持筒２９は前記スリーブ４４よりの応力を緩和できる為、発生応力を減少させることが可能となる。該スリーブ４４に対する前記ピン保持筒２９の突出量Ｌは前記スリーブ４４の板厚になる程度の長さ又はそれ以上の長さを有することが望ましい。尚、前記ピン保持筒２９に対して前記スリーブ４４が突出する様にしてもよい。

従って、前記スリーブ４４が突出していることで、前記ピン保持筒２９内端での応力集中が分散され、更に前記スリーブ４４を経て前記連結ピン３３に伝達される。又、前記ピン保持筒２９から前記連結ピン３３に直接荷重が伝達される場合に比べ、前記スリーブ４４が介在することで、応力集中が段階的に緩和される。

次に、前記ピン保持筒２９を前記スリーブ４４に対して応力分布が均等になるＬだけ突出させた場合の最大応力集中は、解析の結果、前記ピン保持筒２９と前記スリーブ４４が同じ長さで有った場合に比べ、前記ピン保持筒２９の内端部分で３０％程度の減少が見られ、前記スリーブ４４で５５％程度の減少が見られる。

又、前記ピン保持筒２９の板厚を前記スリーブ４４に対して充分厚く、例えば２倍程度にすると、最大応力集中は、解析の結果、前記ピン保持筒２９の内端部分で２５％程度の減少が見られ、前記スリーブ４４で３０％程度の減少が見られる。尚、前記ピン保持筒２９の板厚は前記スリーブ４４に対して厚くすることで集中応力軽減の効果が得られる。

従って、前記ピン保持筒２９を長くし、該ピン保持筒２９の板厚を厚くすることで、集中応力は、前記スリーブ４４の内端部分で略半減し、前記ピン保持筒２９で略１／３に減少する。

尚、前記ピン保持筒２９と前記スリーブ４４の板厚を異ならせることは、両者の剛性、強度を異ならせることであり、前記ピン保持筒２９に対して前記スリーブ４４の板厚を厚くしてもよい。この場合、板厚変更前に比べ、最大応力集中は、前記ピン保持筒２９の内端部分で２５％程度の減少が見られ、前記スリーブ４４で１８％程度の減少が見られる。尚、前記スリーブ４４の板厚は前記ピン保持筒２９に対して厚くすることで集中応力軽減の効果が得られる。

更に、前記スリーブ４４の内端部での集中応力の軽減の観点から、該スリーブ４４下端外縁の面取り加工、Ｒ面取り加工も効果がある。尚、前記ピン保持筒２９に対して前記スリーブ４４を突出させた場合は、前記ピン保持筒２９の下端内縁を面取り加工、Ｒ面取り加工する。

例えば、前記スリーブ４４内端外縁に該スリーブ４４の外筒面の母線に対して、例えば１５°の面取り加工をした場合、最大応力集中は、解析の結果、前記スリーブ４４で３％程度の減少が見られ、前記ピン保持筒２９で４％程度の減少が見られる。

上記した様に、前記ピン保持筒２９を長くし、該ピン保持筒２９の板厚を厚くすることで、集中応力の軽減が図れ、前記ピン保持筒２９、前記スリーブ４４の摩耗、疲労の軽減に効果が発揮される。尚、交換が困難な前記ピン保持筒２９に対して摩耗、疲労の軽減は、ロータリキルンの運転の休止期間の短縮に重要である。

次に、前記連結ピン３３の交換について説明する。

前記ボルト４５を取り、前記カバー３９を取外す。前記皿螺子３５を除去し、前記調整ボルト３６を半径方向（図１中上方）に引抜く。該調整ボルト３６と前記フランジプレート３４とは螺合し、該フランジプレート３４と前記スリーブ４４とは一体であるので、該スリーブ４４が引抜かれる。この時、前記連結ピン３３と前記スリーブ４４間の摩擦力が大きければ、前記連結ピン３３が前記嵌合凹部２５より外れ、前記スリーブ４４と共に前記連結ピン３３が引抜かれる。尚、該連結ピン３３が残れば、従来と同様に別途連結ピン３３を引抜けばよい。

本実施の形態では、摩耗の可能性がある前記スリーブ４４も交換でき、而も、前記連結ピン３３と前記ピン保持筒２９間に前記スリーブ４４が介在するので、前記ピン保持筒２９自体は摩耗の虞れがなく、交換をする必要がない。従って、前記連結ピン３３の交換は、極めて簡単で、短時間に行える。

新しい連結ピン３３を嵌める場合は、予め前記スリーブ４４に前記連結ピン３３を嵌合させたものを前記ピン保持筒２９に嵌入して前記フランジプレート３４を前記フランジ３１に固定すればよい。

本実施の形態では、前記ピン保持筒２９の支持を剛性の高い前記補強リブ４１によって補強している。従って、前記ピン保持筒２９は剛構造の支持となっており、該ピン保持筒２９が振られることが少なく、又前記補強リブ４１は高強度であるので、前記ピン保持筒２９の支持部にクラック等が発生することが避けられる。

又、前記連結ピン３３は各部品間のギャップ等の要因から、前記嵌合凹部２５に対して傾くことが考えられる。一方、前記連結ピン３３はテーパ形状となっているので、該連結ピン３３が傾斜しても、面接触、若しくは面接触に近い状態となり、前記嵌合凹部２５の孔縁部で応力の集中が避けられ、局部的な摩耗が防止される。

又、前記連結ピン３３の先端面が凸形状であるので、該連結ピン３３は無理なく傾斜する。

本発明の実施の形態の要部を示す断面図である。 ロータリキルンの概略を示す断面図である。 図２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
２ 上流側炉端ケーシング
３ 炉本体
４ 下流側炉端ケーシング
８ 外筒
９ 内筒部
１３ 回転駆動機構
１４ 内筒
１５ 支持円板
１８ 被処理物投入口
２１ 内外筒連結機構
２４ 熱分解ガス出口ケーシング
２５ 嵌合凹部
２６ 受座
２９ ピン保持筒
３１ フランジ
３３ 連結ピン
３４ フランジプレート

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着脱可能なスリーブを介して嵌合され前記内筒部に係合する連結ピンとを具備し、前記スリーブ、前記ピン保持筒のいずれか一方が所定長さ中心側に突出することを特徴とするロータリキルン。
2. 前記ピン保持筒、前記スリーブの一方の板厚を、他方の板厚に対して厚くした請求項１のロータリキルン。
3. 前記スリーブ、前記ピン保持筒の内、中心側から後退した内端の前記突出した一方に接合する縁を面取り加工した請求項１のロータリキルン。
4. 前記ピン保持筒が突出し、該ピン保持筒の突出する長さは、少なくとも前記スリーブ内端を中心に応力分布の広がりが均等、或は略均等となる長さである請求項１のロータリキルン。

Images