JP2013173103A - 粉砕機 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラの振動を有効に抑え、粉砕機や周辺機器が損傷するのを防ぐとともに、粉砕機の運転効率を高めることを目的とする。
【解決手段】上面に被粉砕物を載置可能で、垂直軸周りに回転可能に設けられたテーブル２１と、テーブル２１の上面に対向するよう配置され、テーブル２１との間に被粉砕物を挟んで粉砕するローラ５１と、ローラ５１を回転自在に支持するとともに、ローラ５１がテーブル２１の表面に対して接近・離間する方向に移動可能となるよう支持する支持軸５２と、支持軸５２の軸線方向と平行に延び、その先端部にウェイトを有した一自由度系のダンパ部材５５と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、石炭焚き火力プラントにおける石炭の粉砕や、ローラによる固形物の粉砕を行う粉砕機に関するものである。

微粉炭焚ボイラで石炭粉砕等に使用される石炭粉砕機１は、図１に示すように、給炭管２から落下する原炭を受け、モータ７によって垂直軸周りに回転駆動されるテーブル３と、テーブル３上の原炭を粉砕するローラ４と、ケーシング５とテーブル３の隙間から供給する熱風により上昇させられた粉砕炭を導入して分級する分級機６とを備えている。

ここで、ローラ４は、テーブル３の上方に、周方向に複数、例えば３体が設けられている。各ローラ４は、支持軸９の先端部に自転可能に設けられている。支持軸９は、油圧シリンダやアキュムレータ等の加圧機構８によって一方向に加圧され、ローラ４がテーブル３の表面に向けて付勢されるようになっている。
このようなローラ４は、回転駆動されるテーブル３上の原炭との間の摩擦によって自転しながら、ローラ４とテーブル３の間に原炭を挟み込んで粉砕する。

しかしながら、上述したような石炭粉砕機１においては、以下に示すような問題が存在する。
すなわち、ローラ４を、テーブル３に対して油圧シリンダ等の加圧機構８で加圧しているため、テーブル３上の原炭を粉砕するときに、炭層に合わせてローラ４が上下動すると、その反力が加圧機構８を介して石炭粉砕機１のケーシング５に伝達される。すると、石炭粉砕機１全体が振動する。
ローラ４の上下動によって発生する振動には、定常的に発生する振動と、ローラ４がテーブル３上の原炭との間でスリップを生じたときの自励振動で発生する異常振動とがある。ローラ４の自励振動は、ローラ４が原炭を粉砕するときに、ローラ４が横方向（回転軸に沿った方向）にスリップした後、摩擦の回復、スリップを繰り返すことによって生じる。このような自励振動においてローラ４にスリップが生じると、ローラ４には衝撃が加わったような大きな加速度が発生する。このような加速度の大きい振動が石炭粉砕機１のケーシング５に伝わると、石炭粉砕機１本体のみならず、周辺の機器が損傷することもある。

また、発生した自励振動は自然に振動が収まることは少ないため、振動が発生した場合には、石炭粉砕機１を停止させる必要が生じる。しかし、石炭粉砕機１の停止、および停止後の再起動には時間が掛かり、運転効率の低下を招く。

そこで、発生した振動状態を計測し、これに基づいてローラに加える油圧を制御する手法や（例えば、特許文献１参照。）、ローラの傾斜角を工夫した手法がある（特許文献２参照。）。

特開平８−２３８４３５号公報 特開平７−２２２９３５号公報

しかしながら、油圧を制御する手法は、構成が複雑となって高コストであり、ローラの傾斜角を工夫する手法では、粉砕する原炭の大きさ等に応じて様々に条件が変化するため、十分な効果が得られるとは限らない。

また、上記したような問題は、石炭粉砕機に限らず、回転テーブル上でローラにより粉砕対象物を粉砕するのであれば、他の目的の粉砕機においても共通する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ローラの振動を有効に抑え、粉砕機や周辺機器が損傷するのを防ぐとともに、粉砕機の運転効率を高めることのできる粉砕機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の粉砕機は以下の手段を採用する。
本発明の粉砕機は、上面に被粉砕物を載置可能で、垂直軸周りに回転可能に設けられたテーブルと、テーブルの上面に対向するよう配置され、前記テーブルとの間に前記被粉砕物を挟んで粉砕するローラと、前記ローラを回転自在に支持するとともに、前記ローラが前記テーブルの表面に対して接近・離間する方向に移動可能となるよう支持する支持軸と、前記支持軸の軸線方向と平行に延び、その先端部にウェイトを有した一自由度系のダンパ部材と、を備えていることを特徴とする。
支持軸と平行に延びるダンパ部材を設けることで、ローラに生じる振動を打ち消すことができる。

ダンパ部材は、支持軸とは別に設けても良いが、支持軸を中空筒状とし、ダンパ部材を支持軸内に収容するのが好ましい。
これにより、ダンパ部材が被粉砕物と接触して損傷することもなく、高い信頼性を得ることができる。
さらには、支持軸内にオイルや減衰ゴム等を設けることで、ダンパ部材の減衰効果を高めることができる。

また、支持軸を複数本設け、ダンパ部材の固有振動数が、互いに異なるよう設定するのが好ましい。これにより、複数の振動数において、振動減衰効果を得ることができる。

ローラの支持軸にダンパ部材を設けることで、ローラに生じる振動を有効に抑え、粉砕機や周辺機器が損傷するのを防ぐことができる。また、振動発生によって粉砕機を停止させる必要もなくなるため、粉砕機の運転効率を高めることができる。

本発明の石炭粉砕機の構成を示す断面図である。 本発明のローラ機構の構成を示す断面図である。 本発明のローラ機構において、固有周波数の設定条件を示す図である。 本発明の第２実施形態における石炭粉砕機の構成を示す平断面図である。 第２実施形態の構成における振動抑制効果を模式的に示す図である。

以下に、本発明に係る粉砕機の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、石炭粉砕機１０は、その外殻をなす円筒状のケーシング１１内に、石炭を粉砕して微粉炭にする粉砕部２０と、微粉炭の粒径を分級する分級部４０と、を備えている。また、ケーシング１１の上方には、貯炭場等、外部から供給される石炭をケーシング１１内に供給する給炭部１５が配置されている。
ケーシング１１の上面には、給炭部１５から石炭をケーシング１１内に送り込む給炭管１２と、分級部４０で分級された微粉炭を外部に送出する複数本の微粉炭管１３とが設けられている。

給炭部１５は、その外殻をなすケーシング１６内に、外部から供給された石炭を給炭管１２の入口まで搬送するコンベヤ部１７が設けられた構成を有している。ケーシング１６内には、シールエアが導入されている。

ケーシング１１内には、その下部からシールエアが導入され、上部に形成された微粉炭管１３から、形成された微粉炭およびシールエアが流出する。

粉砕部２０は、給炭管１２から原炭が供給される円盤状のテーブル２１と、テーブル２１を鉛直軸周りに回転駆動させるモータ２３と、テーブル２１上の石炭を押し潰して微粉炭にするローラ機構５０を備えている。

次に、上記の構成からなる石炭粉砕機１０における作用について説明する。
まず、屋外または屋内の貯炭場から送られてきた石炭は、給炭部１５のコンベヤ部１７により給炭管１２に搬送される。給炭管１２を通った石炭は粉砕部２０のテーブル２１に供給され、テーブル２１に配置される。テーブル２１に配置された原炭は、テーブル２１とともに回転しながら粉砕部２０のローラ機構５０により押し砕かれて微粉炭となる。
ローラ機構５０により形成された微粉炭は、ケーシング１１の下部から導入されたエアによりテーブル２１から上方に搬送され、分級部４０において、所定粒径以下の微粉炭を通過させ、微粉炭管１３に流入し外部へ気流搬送される。

さて、図２に示すように、本実施形態において、ローラ機構５０は、以下に示すような構成を有している。
ローラ機構５０は、ローラ５１と、ローラ５１を回転自在に支持する支持軸５２と、支持軸５２と一体に設けられたアーム５３と、アーム５３を押圧する押圧機構５４と、ダンパ部材５５と、を備えている。このようなローラ機構５０は、テーブル２１上において、周方向に間隔を隔てた複数箇所、例えば３箇所に設けられている。

ローラ５１は円環状で、軸受５６を介して支持軸５２の先端部５２ａに回転自在に支持されている。

支持軸５２は、中空筒状で、平面視したときに円形のケーシング１１の放射方向に沿って軸線を有するよう配置されている。また、支持軸５２は、基端部５２ｂ側に対し先端部５２ａが低くなり、ローラ５１がテーブル２１の凹部２１ａとの間に所定のギャップを有して対向するよう設けられている。
さらに、この支持軸５２は、基端部５２ｂ側に設けられたピン５７を介してアーム５３に回動自在に連結支持されている。これにより、支持軸５２は、鉛直面内で回動可能とされ、ローラ５１が、ピン５７を中心として、ほぼ上下方向に変位可能とされている。

アーム５３は、支持軸５２から鉛直上方に延びるように一体形成されている。
押圧機構５４は、例えば油圧シリンダ５８からなる。この油圧シリンダ５８は、ケーシング１１に固定されている。油圧シリンダ５８の先端部は、ケーシング１１を貫通するスリーブ６０内で進退可能に保持されたシャフト５９を介し、アーム５３の上端部５３ａをケーシング１１の中心に向けて横方向に押圧する。すると、アーム５３および支持軸５２が、ピン５７を中心として回動し、ローラ５１がテーブル２１の上面に押し付けられる方向に押圧される。

このような構成のローラ機構５０は、ローラ５１とテーブル２１の凹部２１ａとの間に挟み込まれた原炭を破砕する。ローラ５１とテーブル２１の凹部２１ａとの間に挟み込まれた原炭により、ローラ５１がテーブル２１の凹部２１ａの表面から上方に離間する方向に変位しようとすると、その変位がアーム５３を介して油圧シリンダ５８に伝達され、油圧シリンダ５８で生じる反力が、アーム５３に作用する。これによって、ローラ５１から原炭に押圧力を確実に発揮するようになっている。

ダンパ部材５５は、中空筒状の支持軸５２内に設けられたロッド６１と、ウェイト６２とからなる。
ロッド６１は、支持軸５２の基端部５２ｂ側の端部が支持軸５２に固定された固定端６１ａとされ、支持軸５２の先端部５２ａ側の端部が自由端６１ｂとされている。そして、ウェイト６２は、このロッド６１の自由端６１ｂ側に設けられている。
ここで、ロッド６１にネジ棒を用い、ウェイト６２にナットを用いることができる。これによって、安価にダンパ部材５５を形成できるとともに、ロッド６１上におけるウェイト６２の位置を容易に調整できる。

このようなダンパ部材５５は、一自由度系であり、その固有周波数ｆは、
ｆ＝（１／２π）×（３ＥＩ／ｍｌ^３）^１／２
で表される。ここで、３ＥＩ：ダンパ部材５５の剛性、ｍはウェイト６２の質量、ｌは固定端６１ａからウェイト６２までの距離である。

ダンパ部材５５は、上記式で表される固有周波数ｆを、図３に示すように、スティックスリップ振動が生じたときの、スリップ時間ｔに基づき、
ｆ＝１／ｔ
として設定することができる。
このようにすると、スティックスリップ振動を有効に低減することができる。

上述したように、ローラ機構５０の支持軸５２内に、一自由度系のダンパ部材５５を設けることで、ローラ５１のスリップにより発生する振動を吸収することができる。その結果、ローラ５１の振動が石炭粉砕機１０全体に伝わるのを防ぐことができ、石炭粉砕機１０本体や周辺の機器が損傷するのを防ぐことができる。また、振動の発生を原因として石炭粉砕機１０を停止させる必要がなく、生産効率を高めることができる。
しかも、このようなダンパ部材５５は、非常に簡易な構成であるため、低コストで上記効果を得ることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明に係る粉砕機の第２実施形態について説明する。ここで、以下の説明においては、上記第１実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、上記第１実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態における石炭粉砕機１０は、複数（例えば３つ）のローラ機構５０間において、図２に示したように支持軸５２内に設けたダンパ部材５５の固有振動数を、互いに異ならせる。
このとき、ダンパ部材５５の複数の固有振動数ｆは、例えば、石炭粉砕機１０の全体の固有振動数Ｆ１と、この固有振動数を挟んだ他の固有振動数Ｆ２、Ｆ３に設定しても良い。

このようにすると、図５に示すように、ダンパ部材５５を備えない従来の構成における振動に対し、３つのダンパ部材５５の固有振動数に対応した３つの振動数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３において振動を低減することができ、これによって、全体として、広い帯域で振動を有効に抑制することができる。

［その他の変形例］
上記第１、第２実施形態で示した構成について、例えば、以下に示すような変形例を適用することが可能である。
例えば、中空の支持軸５２内に、オイルを充填したり、ウェイト６２に防振ゴムを巻くことで、ダンパ部材５５の振動減衰性能をさらに高めることができる。

また、石炭粉砕機１０の各部の構成は、本発明の主旨を逸脱しないのであれば、適宜他の構成に変更することができる。
例えば、ローラ機構５０においても、ダンパ部材５５を設けるのであれば、上記で説明した以外の構成を採用してもよい。
さらに、石炭を粉砕する石炭粉砕機１０以外であっても、テーブル上の被粉砕物をローラにより粉砕する粉砕機であれば、上記構成を同様に適用することができる。

１０ 石炭粉砕機
１１ ケーシング
１２ 給炭管
１３ 微粉炭管
１５ 給炭部
２０ 粉砕部
２１ テーブル
２３ モータ
４０ 分級部
５０ ローラ機構
５１ ローラ
５２ 支持軸
５４ 押圧機構
５５ ダンパ部材
５７ ピン
５８ 油圧シリンダ
６１ ロッド
６１ａ 固定端
６１ｂ 自由端
６２ ウェイト

Claims (3)

1. 上面に被粉砕物を載置可能で、垂直軸周りに回転可能に設けられたテーブルと、
   前記テーブルの上面に対向するよう配置され、前記テーブルとの間に前記被粉砕物を挟んで粉砕するローラと、
   前記ローラを回転自在に支持するとともに、前記ローラが前記テーブルの表面に対して接近・離間する方向に移動可能となるよう支持する支持軸と、
   前記支持軸の軸線方向と平行に延び、その先端部にウェイトを有した一自由度系のダンパ部材と、を備えていることを特徴とする粉砕機。
2. 前記支持軸は中空筒状で、前記ダンパ部材は、前記支持軸内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機。
3. 前記支持軸が複数本設けられ、
   前記ダンパ部材の固有振動数が、互いに異なるよう設定されていることを特徴とする請
   求項１または２に記載の粉砕機。

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