JP2023109190A - 送風機、除塵設備及び送風機の塵付着防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送風機における羽根板の裏面への塵の付着防止又は付着した塵の除去を可能とする送風機、除塵設備及び送風機の塵付着防止方法を提供する。【解決手段】回転軸の周囲に接合された主板と、前記主板の面上に接合され前記回転軸の回転に伴う前記主板の回転方向の前方側の表面及び前記回転方向の後方側の裏面を有する羽根板と、前記羽根板を挟んで前記主板に対向する位置に設けられた側板と、を有する送風機であって、前記回転軸には、流体を前記羽根板の前記裏面に向けて噴射する噴射部が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、転炉等の粉塵発生量の多い設備において利用される送風機、除塵設備及び送風機の塵付着防止方法に関する。

従来、転炉等の設備内にて発生するダスト等の塵（以下、「塵」という）の除去のため、インペラー式等の送風機を備えた除塵設備が利用されている。除塵設備は、塵を収集する集塵機の下流に送風機を配置し、当該送風機の駆動による気流の発生により、上流側の集塵機にて設備内の空気を吸引することで、塵を集塵機内に収集する方法が採られている。

図５～図７を用いて、従来のインペラー式等の送風機を説明する。図５は、送風機の全体の斜視図（回転軸の図示省略）を示す。図６は、送風機の全体構成（図５参照）のうち上半分の側方断面図を示す。図７は、送風機の全体構成（図５参照）のうち上半分の正面断面図を示す。

図６に示す通り、従来の送風機７０は、ファン４０と、回転軸５０とを有する。ファン４０は、円形の主板１０と、主板１０に対して垂直に接合された羽根板２０と、羽根板２０を挟んで主板１０に対向する位置に設けられた側板３０とを有する。ファン４０の主板１０は、回転軸５０の周囲に接合されている。

ここで、図７に示す通り、羽根板２０は、曲線状の形状（弧状）となっている。具体的に、羽根板２０は、弧状の形状に基づき、弧状の凸面側が回転方向Ａの前方側の表面２０ａとなり、凹面側が回転方向Ａの後方側の裏面２０ｂとなっている。

そして、回転方向Ａ（図５及び図７参照）に向けて送風機７０が回転することで、気流方向Ｂ（図６及び図７参照）に沿って気流が発生する。その後、気流の上流側に配置された集塵機（不図示）にて、設備内の空気を吸引すると共に設備内にて発生した塵が収集される。

送風機７０の回転により発生する気流は、図６に示す通り、先ず回転軸５０の軸方向に沿って側板３０の内側の羽根板２０に向けて移動する。そして、主板１０と側板３０との間であって高速回転する複数の羽根板２０の間を気流が通過し、排ガスとして送風機７０の外部へ排出される。

付着性の高い塵が発生する転炉等の設備では、先述した通り除塵設備を設けることで、排ガス中の塵の大部分が除塵される。送風機７０は、集塵機の下流に設置され、排ガスを吸引し下流へ送気する役割を果たしている。

ただし、上流側の集塵機の除塵率が１００％ではないため、送風機７０の羽根板２０には集塵機で収集しきれなかった塵が付着する。羽根板２０に塵が付着することで、排ガスの吸引効率の低下や、塵の付着量のアンバランスにより生じる振動により、回転軸５０の軸受の故障等、設備トラブルを引き起こす原因となる。

このため、転炉等の設備の稼働中において送風機７０の羽根板２０への塵の付着を防止するため、特許文献１及び２には、気流の吸込側（主板１０と側板３０との間の間隙）に、ファン４０の表面を洗浄するための洗浄水噴射ノズル（固定式）を設け、送風機７０の回転中に羽根板２０に向けて洗浄水を噴射し、水膜による塵の付着防止や水滴の衝突力で付着した塵を除去する方法が開示されている。

特許文献１及び２に開示された方法によれば、送風機７０の回転中であっても、羽根板２０の表面２０ａへの塵の付着を防止できる。具体的に、固定式の洗浄水噴射ノズルから噴射された洗浄水は、気流の吸込側に向けて噴射されることで、高速回転する羽根板２０の表面２０ａに付着する。これは、羽根板２０の回転に伴う進行方向の面（表面２０ａ）の移動速度が、洗浄水噴射ノズルからの洗浄水の噴射速度に対して速いため、羽根板２０の表面２０ａへの洗浄水の付着が多くなるためである。そして、羽根板２０の表面２０ａへの洗浄水の衝突力と、羽根板２０に付着した洗浄水の慣性力とにより、洗浄水が羽根板の表面２０ａ上を伝って、円形の主板の径方向外側に向かって押し出される。このため、洗浄水の押し流し作用により、羽根板２０の表面２０ａへの塵の付着の防止、あるいは付着した塵の除去が可能となる。

特開平１１－６１２２３号公報 特開２００５－３４４５１５号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された方法では、実際には、固定式の洗浄水噴射ノズルからの洗浄水の噴射速度が約５～８ｍ／ｓであるのに対して、回転軸５０（羽根板２０）の回転数が約１７００ｒｐｍ（周速：約９３ｍ／ｓ）となっている。つまり、洗浄水の噴射速度と比較して回転軸５０（羽根板２０）の周速が非常に速いため、羽根板２０の裏面２０ｂには洗浄水を付着させることができず、裏面２０ｂにおける塵の付着防止あるいは付着した塵の除去は困難となっている。

また、羽根板２０の裏面２０ｂにおける塵の付着量が多くなると、送風機の重心が変化し、回転軸５０に異常振動が発生して設備故障の原因となる。そのため、振動計測等の振動状況の管理を常に行う必要がある。そして、計測された振動値が予め設定された既定値に達した際に、送風機が設置された設備の操業を停止すると共に、送風機の停止及び作業員による洗浄作業を行う必要がある。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたもので、送風機における羽根板の裏面への塵の付着防止又は付着した塵の除去を可能とする送風機、除塵設備及び送風機の塵付着防止方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］回転軸の周囲に接合された主板と、前記主板の面上に接合され前記回転軸の回転に伴う前記主板の回転方向の前方側の表面及び前記回転方向の後方側の裏面を有する羽根板と、前記羽根板を挟んで前記主板に対向する位置に設けられた側板と、を有する送風機であって、前記回転軸には、流体を前記羽根板の前記裏面に向けて噴射する噴射部が設けられている送風機。
［２］前記羽根板は、前記回転軸の回転により発生する気流を送風機の内部に吸込む吸込端及び吸込んだ気流を送風機の外に排出する排出端を有し、前記噴射部は、前記羽根板における前記裏面の前記吸込端に向けて前記流体を噴射する、［１］に記載の送風機。
［３］前記回転軸に設けられた前記噴射部の数は、前記主板の面上に接合された前記羽根板の数と同じである、［１］または［２］に記載の送風機。
［４］前記回転軸は、前記噴射部へ前記流体を供給するための流体供給配管を内部に有する、［１］～［３］のいずれか１つに記載の送風機。
［５］［１］～［４］のいずれか１つに記載の送風機を有する除塵設備。
［６］回転軸の周囲に接合された主板と、前記主板の面上に接合され前記回転軸の回転に伴う前記主板の回転方向の前方側の表面及び前記回転方向の後方側の裏面を有する羽根板と、前記羽根板を挟んで前記主板に対向する位置に設けられた側板と、を有する送風機の塵付着防止方法であって、前記回転軸の回転の開始と同時に、前記回転軸に設けられた噴射部から、前記羽根板の前記裏面に向けて流体の噴射を開始する、送風機の塵付着防止方法。

本発明によれば、送風機における羽根板の裏面への塵の付着防止又は付着した塵の除去が可能となる。

送風機と洗浄ノズルとの構成の一例を示す模式図である。 噴射部における流体の噴射の状況を示す模式図である。 噴射部における流体の噴射の方向を示す模式図である。 ロータリージョイントの構成の一例を示す模式図である。 従来の送風機の全体の斜視図を示す図である。 従来の送風機の全体構成のうち上半分の側方断面図を示す図である。 従来の送風機の全体構成のうち上半分の正面断面図を示す図である。

以下、本発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図１は、本実施形態に係るインペラー式等の送風機７と、送風機７を洗浄するための洗浄ノズル９との構成の一例を示す模式図である。

図１に示す通り、送風機７は、主板１と羽根板２と側板３とを有するファン４と、回転軸５とを有する。ファン４の周囲には、ファン４の側板３の外側面を洗浄する側板用洗浄ノズル９ａと、ファン４の羽根板２の表面を洗浄する羽根板表面用洗浄ノズル９ｂとが設けられている。側板用洗浄ノズル９ａ及び羽根板表面用洗浄ノズル９ｂは、固定式であり、ファン４の回転動作中に図１に示す位置にて洗浄水等の流体を噴射する。

ファン４は、円形の主板１と、主板１の面上に接合された羽根板２と、羽根板２を挟んで主板１に対向する位置に設けられた側板３とを有する。ファン４の主板１は、回転軸５の周囲に接合されている。側板３は、羽根板２に接合されている。ファン４の回転時には、主板１と羽根板２と側板３とが共に同時に回転する。

送風機７の回転軸５は、主軸部５ａと、ファン４に近接した主軸部５ａの表面に設けられファン４の主板１を保持するハブ５ｂと、ハブ５ｂの表面からファン４の羽根板２に向けて流体を噴射する噴射部５ｃと、主軸部５ａの内部に設けられ噴射部５ｃに流体を供給する流体供給配管５ｄとを有する。また、図に示す通り、回転軸５には、駆動源（図示省略）からの回転駆動力を回転軸５に伝達させるロータリージョイント６が装着されている。

噴射部５ｃは、図１にて流体供給方向Ｃとして示す通り、ロータリージョイント６側から供給され流体供給配管５ｄにて流通した流体をハブ５ｂの位置から羽根板２の裏面に向けて噴射させる。つまり、回転軸５には、羽根板２の裏面に向けて流体を噴射する噴射部５ｃが設けてある。

次に、噴射部５ｃにおける流体の噴射の状況について、図２を用いて説明する。図２は、噴射部５ｃから羽根板２に向けて流体が噴射された状況を示す模式図である。図２に示す通り、噴射部５ｃがハブ５ｂに設けられる個数は、ファン４における重量のアンバランスを避けるため、羽根板２の個数（図２において１５枚）に合わせ、羽根板２の個数と同じ個数（図２において１５個）設けられることが好ましい。

ここで、羽根板２は、主板１（ファン４）の回転方向Ａの前方側の表面２ａと、回転方向Ａの後方側の裏面２ｂと、を有する。本実施形態において、羽根板２は、曲線状の形状（弧状）となっており、凸面側が回転方向Ａの前方側の表面２ａとなり、凹面側が回転方向Ａの後方側の裏面２ｂとなっている。しかし、本発明に係る構成においては、羽根板２は、回転軸５の回転に伴う主板１の回転方向Ａの前方側の表面２ａと、回転方向Ａの後方側の裏面２ｂと、を有すれば良く、弧状の形状の羽根板２が、回転方向Ａの前方側の表面２ａを凹面とし、回転方向Ａの後方側の裏面２ｂを凸面とする構成としてもよいし、また、平板形状であってもよい。

また、噴射部５ｃは、羽根板２における回転軸５の主軸部５ａに近い領域（以下、「基端部」という）に向けて、流体を噴射させると共に羽根板２の裏面２ｂに付着させる。つまり、噴射部５ｃは、流体を噴射させる方向が羽根板２の基端部の位置する方向となるように、設置されている。

ここで、噴射部５ｃにおける流体の噴射の方向と羽根板２において流体が付着する状況について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、噴射部５ｃ及び羽根板２の拡大図である。図３に示す通り、噴射部５ｃは、流体を噴射させる方向である噴射中心線Ｄについて、羽根板２における裏面２ｂであって回転軸５に近い領域（基端部）に向くように設置されている。

送風機７は、図５～図７を用いて先述した従来例の構成と同様に、回転軸５の回転により気流を発生させる。発生した気流は、羽根板２における回転軸５に最も近い領域（以下、「吸込端」という）から送風機７の内部に吸込まれる。そして、送風機７の内部に吸込まれた気流は、羽根板２における回転軸５から最も遠い領域（以下、「排出端」という）から送風機７の外に排出される。ここで、吸込端から排出端に亘る長さを羽根板２の全長として、吸込端の領域は、羽根板２における回転軸５に最も近い縁部から羽根板２の全長の約１．７％の長さの範囲であることが好ましい。また、羽根板２における吸込端は、先述した羽根板２の基端部に相当する。つまり、噴射部５ｃは、羽根板２の裏面２ｂの吸込端に向けて流体を噴射させる。

そして、回転方向Ａとして示す方向へのファン４の回転と共に、噴射部５ｃも同様に回転する。そのため、回転状態において噴射部５ｃから噴射された流体は、ファン４（羽根板２）と同方向に回転する速度成分を持ち、羽根板２の裏面２ｂの吸込端に到達する前に羽根板２にカットされることが無くなる。その結果、確実に羽根板２の裏面２ｂの吸込端に流体を付着させることが可能となり、従来のノズル配置では不可能であった羽根板２の裏面２ｂを直接洗浄することが可能となる。噴射部５ｃは、羽根板２の裏面２ｂへ流体を噴射可能とするため、側板用洗浄ノズル９ａ及び羽根板表面用洗浄ノズル９ｂに対し、裏面２ｂを洗浄するための専用の噴射部となる。

羽根板２における裏面２ｂの吸込端に流体を噴射することで、吸込端の裏面２ｂに付着した流体がファン４の回転に伴う慣性力（遠心力）により、羽根板２の裏面２ｂ上を伝って、排出端からファン４の外側に押し出される。その結果、羽根板２の裏面２ｂにおける塵の付着の防止、あるいは付着した塵の除去が可能となる。

よって、本実施形態においては、羽根板２の裏面２ｂの洗浄が可能となることから、従来の設備にて塵の付着防止ができていた側板３と羽根板２の表面２ａに加え、羽根板２の裏面２ｂへの塵の付着も低減できるため、塵の付着を原因とする送風機７による吸引効率の低下や軸受の振動が防止される。

次に、ロータリージョイント６の構成について、図４を用いて説明する。図４は、ロータリージョイント６の構成の一例を示す模式図である。ロータリージョイント６は、回転継手の一種であり、図４に示す通り、外部より洗浄水等の流体を受け入れ可能となっている。ロータリージョイント６は、固定されたハウジング部６ａと、回転軸に合わせて回転するシャフト部６ｂとを有する。ハウジング部６ａとシャフト部６ｂとの境界はメカニカルシールでシールされ、境界面における流体の漏れを防止している。

ロータリージョイント６は、穴加工により形成された内部配管６ｃにより、外部から供給された流体を流体供給方向Ｃに沿って、回転軸５の内部の流体供給配管５ｄに流通させる。このため、流体供給配管５ｄを介した噴射部５ｃへの流体の供給が可能となり、噴射部５ｃから羽根板２の裏面２ｂへ向けて流体の噴射が可能となる。

＜送風機の塵付着防止方法＞
ここで、本発明に係る送風機の塵付着防止方法について説明する。本発明においては、ファン４における回転軸５の回転の開始と同時に、回転軸５のハブ５ｂに設けられた噴射部５ｃから、羽根板２の吸込端に向けて流体の噴射を開始することで、羽根板２の裏面２ｂへの塵の付着が防止される。また、ファン４の回転の最中に羽根板２の裏面２ｂへ塵が付着した場合であっても、ファン４の回転に伴い発生する慣性力でファン４の外側に流体が押し流されるため、裏面２ｂにおける洗浄が行われる。

本実施形態において、側板用洗浄ノズル９ａ及び羽根板表面用洗浄ノズル９ｂから噴射される流体の噴射速度は約５～８ｍ／ｓとなっている。当該噴射速度により、側板３の外側面及び羽根板２の表面２ａへの塵の付着を防止できることから、ハブ５ｂに設けられた噴射部５ｃからの流体の噴射速度についても、５ｍ／ｓ以上８ｍ／ｓ以下が好ましい。

また、側板用洗浄ノズル９ａ、羽根板表面用洗浄ノズル９ｂ、噴射部５ｃからの流体の噴射圧力は、当該圧力が小さすぎると流体の衝突力が減少し、当該圧力が大きすぎると流体の水粒子が小さくなる。このため、噴射部５ｃからの流体の噴射圧力は、２ＭＰａ以上４ＭＰａ以下が好ましい。

さらに、ファン４の吸込口付近に設置された羽根板表面用洗浄ノズル９ｂから噴射された流体は、羽根板２の表面２ａにおける吸込口側の端から約２０ｍｍ程度の範囲までしか付着されない。しかし、羽根板２の表面２ａに付着した流体は、その後、ファン４の回転に伴い発生する慣性力でファン４の外側に押し流されるため、表面２ａにおける塵の付着は防止できる。ここで、羽根板２の表面２ａにおける吸込口側の端から約２０ｍｍ程度の範囲は、羽根板２の表面２ａの長手方向の全長の約１．７％の範囲に相当する。

さらに、本実施形態においては、上記したインペラー式等の送風機７を除塵設備に設けても良い。つまり、送風機７の稼働により発生する気流の上流側に除塵機を配置すると共に、当該気流の下流側に送風機７を配置する構成としても良い。この場合、除塵機にて多くの塵が収集された後、除塵機で収集されなかった塵が送風機７に流れてきたとしても、送風機７にて塵の付着の防止あるいは塵の除去が可能となる。

以上の通り、本発明においては、回転軸５のハブ５ｂに羽根板２の裏面２ｂの吸込端に向けて流体を噴射させる噴射部５ｃを設けた。これにより、ファン４の回転開始と共に噴射部５ｃも回転するため、噴射部５ｃから噴射された流体にも回転方向の速度成分が働き、羽根板２の吸込端の裏面２ｂへ流体を付着させることができる。このため、羽根板２の裏面２ｂにおける塵の付着の防止、あるいは付着した塵の除去が可能となる。

１ 主板
２ 羽根板
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ 側板
４ ファン
５ 回転軸
５ａ 主軸部
５ｂ ハブ
５ｃ 噴射部
５ｄ 流体供給配管
６ ロータリージョイント
６ａ ハウジング部
６ｂ シャフト部
６ｃ 内部配管
７ 送風機
９ 洗浄ノズル
９ａ 側板用洗浄ノズル
９ｂ 羽根板表面用洗浄ノズル
１０ 主板
２０ 羽根板
２０ａ 表面
２０ｂ 裏面
３０ 側板
４０ ファン
５０ 回転軸
７０ 送風機
Ａ 回転方向
Ｂ 気流方向
Ｃ 流体供給方向
Ｄ 噴射中心線

Claims (6)

1. 回転軸の周囲に接合された主板と、前記主板の面上に接合され前記回転軸の回転に伴う前記主板の回転方向の前方側の表面及び前記回転方向の後方側の裏面を有する羽根板と、前記羽根板を挟んで前記主板に対向する位置に設けられた側板と、を有する送風機であって、
   前記回転軸には、流体を前記羽根板の前記裏面に向けて噴射する噴射部が設けられている送風機。
2. 前記羽根板は、前記回転軸の回転により発生する気流を送風機の内部に吸込む吸込端及び吸込んだ気流を送風機の外に排出する排出端を有し、
   前記噴射部は、前記羽根板における前記裏面の前記吸込端に向けて前記流体を噴射する、請求項１に記載の送風機。
3. 前記回転軸に設けられた前記噴射部の数は、前記主板の面上に接合された前記羽根板の数と同じである、請求項１または請求項２に記載の送風機。
4. 前記回転軸は、前記噴射部へ前記流体を供給するための流体供給配管を内部に有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の送風機。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の送風機を有する除塵設備。
6. 回転軸の周囲に接合された主板と、前記主板の面上に接合され前記回転軸の回転に伴う前記主板の回転方向の前方側の表面及び前記回転方向の後方側の裏面を有する羽根板と、前記羽根板を挟んで前記主板に対向する位置に設けられた側板と、を有する送風機の塵付着防止方法であって、
   前記回転軸の回転の開始と同時に、前記回転軸に設けられた噴射部から、前記羽根板の前記裏面に向けて流体の噴射を開始する、送風機の塵付着防止方法。

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