JP3091265B2 - ローラミルおよびその運転方法 - Google Patents

ローラミルおよびその運転方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ローラミルおよびその
運転方法に係り、特に実用性の高い振動防止手段を有す
る、石炭、セメントクリンカ等を粉砕する微粉砕用ロー
ラミルおよびその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】石炭焚ボイラにおいては低公害燃焼(低
NOx、未燃分低減)や急速負荷変動運用が実施され、
それに伴い微粉砕機(ミル)に対しても給炭量の幅広い
変動等、よりフレキシブルな運用への対応が要求される
ようになった。石炭、セメント原料、新素材原料などの
塊状物を細かく粉砕する粉砕機の1つの型式として、低
速回転運動を行なう粉砕テーブルとその上で回転する複
数の粉砕ローラとを備えた竪型のローラミルがあり、最
近では代表機種のひとつとなっている。
【0003】図2はミル中心を通る面でミルを縦割りに
した断面図である。この種の粉砕機は、円筒型のケーシ
ング10(ミルハウジングと称する)内において水平面
内で低速回転する粉砕テーブル9と、その上で該粉砕テ
ーブル9上に押しつけられた状態(この押しつける力を
以下、粉砕荷重と称す)で回転する複数個の粉砕ローラ
7を備えている。粉砕テーブル9は、モータ21により
減速機22を介して低速回転する垂直軸11に固定され
て駆動される。また粉砕ローラ7の回転軸6は、該粉砕
ローラ7の上部に設けられたローラブラケット5により
支持される。ローラブラケット5は、その上部に設けら
れた加圧フレーム26により、ローラピボットと称する
ピン4を介して支持される。粉砕荷重は粉砕ローラ7、
加圧フレーム26等の構造部材の自重と、加圧フレーム
26と基礎マット15を連結する加圧装置31付きのテ
ンションロッド12による下向きの荷重の合力として与
えられる。
【0004】粉砕テーブル9の中心部へ供給管29より
供給される被粉砕物30は、粉砕テーブル9の回転によ
る遠心力によって粉砕テーブル9上をうず巻き状の軌跡
を描いて外周部へ移動し、粉砕テーブル9の外周側に挿
着された粉砕リング8上面(粉砕レース28面)と粉砕
ローラ7の間にかみ込まれて粉砕される。ミルハウジン
グ10の基底部にはダクトにより熱風23が導かれてお
り、この熱風23が粉砕テーブル9の外周部とミルケー
シング12内周部との間のエアスロート24から吹き上
げられている。粉砕後の粉粒体は、この熱風23の流れ
によってミルハウジング10内を上昇しながら、粗いも
のから重力によって落下し、そこを通過した細かな粉粒
体は、ミルハウジング10上部に設けられた回転分級器
3で分級され、所定の粒径以下の粉粒体は製品微粉排出
管1を経由してミル外に送られる。
【0005】このようなローラミルにおいて、炭種、給
炭量等の運転条件によっては異常振動が発生し、構造部
材の破損、周辺への振動伝播等の問題を引起こす。この
ようなローラミルにおいては、従来より低負荷域で振動
が発生する場合があることが知られている。以下、この
現象について述べる。図3は振動波形の一例を示す。こ
れらはローラブラケット5の鉛直方向加速度波形であ
る。振動は数秒間隔で発生と停止を繰返す。以下、この
振動の一つ一つをイベント(図3中、EVと略す)と称
する。図4は代表的な1つのイベントにおける振動発生
初期、最盛期、終期での3つのローラブラケット5の振
動データである。初期にはばらばらであった3つのロー
ラブラケットの振動が最盛期には同調して、しかも単一
の振動数で運動している。このときの振幅と振動数との
関係を図5に示す。振動初期に対し、大振幅を生じる最
盛期には振動数が低下し、小振幅となる終期ではまた上
昇していることがわかる。この現象は自励振動の特徴の
一つであり、粉砕部での粉砕ローラ7と粉砕リング8の
間のすべりによるスティックスリップ振動が発生してい
ることの裏付けの一つであると言える。
【0006】このような振動は、ある特定の炭種で特定
の運転条件、つまり低負荷時にのみ生じることがわかっ
ているが、このような振動が生じた場合、ミル本体の構
造強度のみならず、周辺機器への振動伝播の面からも問
題となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は振動防
止の点についての配慮が十分とはいえず、ミル本体の構
造信頼性、またはミル周辺における振動・騒音面での環
境に関する問題があった。本発明の目的は、粉砕効率を
低下させることなく振動の発生を未然に回避するローラ
ミルおよびその運転方法を提案することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第1の発明は、ミルハウジング内下方の水平面内
を回転する粉砕テーブルと該テーブル上面外周部に沿っ
て設けた粉砕リングと、粉砕リング上に円周方向に沿っ
て所定間隔を保って配置された複数個の粉砕ローラと、
粉砕ローラを回転可能に支持するローラブラケットと、
ローラブラケット上に設けたローラピボットと、ローラ
ピボットおよびローラブラケットを介して粉砕ローラを
粉砕リング上に加圧する加圧フレームとを備えたローラ
ミルにおいて、弾性を有し、かつ振動エネルギ吸収特性
を有する変形要素と該変形要素で鉛直方向の運動を支持
される重錘とを、加圧フレームに設けたことを特徴とす
るローラミルに関する。
【0009】本願の第2の発明は上記第1の発明におい
て、変形要素を空気ダンパまたはばね部材とオイルダン
パとの並列構造としたことを特徴とするローラミルに関
する。本願の第3の発明は、ミルハウジング内下方の水
平面内を回転する粉砕テーブルと、該テーブル上に円周
方向に所定間隔を保って配置された粉砕ローラと、粉砕
ローラを回転可能に支持するローラブラケットと、ロー
ラブラケットを介して粉砕ローラを回転テーブル上に加
圧する加圧フレームと、加圧フレームに鉛直方向の加圧
力を与えるテンションロッドとを備えたローラミルにお
いて、前記加圧フレームに設けられた重錘および該重錘
の鉛直方向の運動を支持し、かつばね定数k2 と減衰係
数C2 を有する変形要素と、ローラブラケットまたはそ
の上に設けた加圧フレームの振動数を検出する装置と、
該装置の検出値に基づき変形要素のばね定数k2 および
/または減衰係数C2 を調節する装置とを設けたことを
特徴とするローラミルに関する。
【0010】本願の第4の発明は、ミルハウジング内の
水平面内で粉砕テーブルを回転させ、該粉砕テーブル上
面に複数個の粉砕ローラを配置し、粉砕ローラをローラ
ブラケットで回転可能に支持するとともに、加圧フレー
ムでローラブラケットを介して粉砕ローラを粉砕テーブ
ル上に加圧し、粉砕ローラと粉砕テーブルにより被粉砕
物を粉砕するローラミルの運転方法において、加圧フレ
ームに弾性を有し、かつ振動エネルギ吸収特性を有する
変形要素と該変形要素で鉛直方向の運動を支持される重
錘とを取付け、被粉砕物を粉砕するに先立ち、その粉砕
特性に応じて前記変形要素の弾性特性および/またはエ
ネルギ減衰特性を調節することを特徴とするローラミル
の運転方法に関する。
【0011】
【作用】前述の付加装置は発生する振動数の振動エネル
ギを吸収する作用をし、自励振動発生の初期段階でその
大振幅化を未然に防ぐことができる。
【0012】
【実施例】本発明の具体的実施例を図1に示す。加圧フ
レーム26の上面において、各々の粉砕ローラ7の真上
に相当する部分に鉛直方向に変形する変形要素37で支
持された重錘36を取付ける。変形要素37は弾性を有
するとともに、振動エネルギを吸収、つまり熱エネルギ
に変換する性質を有する。その一例として、空気ダン
パ、またはばねとオイルダンパの並列構造等が考えられ
る。以下、この変形要素の特性がばね定数k2 、減衰係
数C2 で表わされると仮定する。つまり、この変形要素
の抗力Fは変形量δx、変形速度
【0013】
【外1】
【0014】により、次式で表わされるとする。
【0015】
【数1】
【0016】そして、このk2 、C2 は可変であり、振
動をモニタしながら制御する。そのための制御系は、各
々のブラケット5の鉛直方向の振動を検出するピックア
ップ38、その出力信号を増幅する振動計39、振動計
からの出力波形を回折処理して制御量△k2 、△C2
算出するコンピュータ40、その制御量指令値に従って
変形要素37の特性k2 、C2 を変更する要素特性コン
トローラ41により構成される。k2 、C2 の制御装置
の公知の一例として、空気ダンパ、オイルダンパの流量
をオリフィスの径により制御する装置がある(日本機械
学会論文集534号、C編、P437〜445)。本発
明は図6に示す動吸振器(ダイナミックダンパ)の原理
に基づいている。これは、図6において振動している物
体(主系)の振動を質量m2 、ばね定数k 2 、減衰係数
2 でモデル化される1自由度系の付加により防振する
方法である。図7はその効果の一例を示す。横軸は主系
の振動数に対する外力の振動数の比、縦軸は主系の応答
変位の無次元量である。この図より、ダイナミックダン
パの質量m2 と主系の質量m1 の比m2 /m1 =0.2
の場合、ダイナミックダンパの固有振動数ν2 と主系の
固有振動数ν1 の比ν2 /ν1 =1/1.2、かつα 2
=C2 /(2m2)とν1 との比が0.208のとき
に、広い周波数範囲で良好な防振効果が得られることが
わかる。
【0017】しかし、前述のように主系の振動数ν1
必ずしも一定ではない。つまり振幅により変化し、また
粉砕する原料の特性によっても変化することが考えられ
る。したがって、これに対して上記の最良の防振効果が
得られるよう、つまり、 ν2 /ν1 =1/1.2 (1) ここに、
【0018】
【数2】
【0019】 i =1.2 、ν1 :主系の発生する振動数 α2 /ν1 =0.208 (2) ここに、α2 =C2 /(2m2 ) の状態を保つようにk2 、C2 を制御すればどのような
運転条件でも良好な防振効果が得られる。図8はそのた
めの制御のフローを示すものである。つまり、振動計の
出力信号をA/D変換し、FFT(高速フーリエ変換)
により周波数ベクトルを求め、そのピーク周波数(これ
がν1 に相当する)を抽出する。そして(1)式、
(2)式に従って、つまり
【0020】
【数3】
【0021】C2 =0.416m2 ν1 となるようにk2 、C2 を調整する。なお、粉砕原料が
同一で発生する振動数ν1 があらかじめ予測できる場合
には必ずしもk2 、C2 を可変にする必要はない。また
各々の粉砕ローラ7に対応して個々にダイナミックダン
パを設置する場合を述べたが、これらを一体とした場合
も同様の効果を有する。なお、図1の実施例では重錘と
変形要素を加圧フレーム26上に設置する場合を述べた
が、加圧フレームに加圧力を伝えるテンションロッドに
設置しても同様の効果を奏する。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、ローラミルの低負荷域
での自励振動を未然に防止でき、振動騒音環境の向上、
構造強度に関する信頼性の向上を達成できる。その結果
としてローラミルの最低負荷の切下げ、多炭種対応等の
フレキシブルな運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施例説明図である。
【図2】図2は、従来のローラミルの構造図である。
【図3】、
【図4】および
【図5】図3、図4および図5は、ローラミルの振動デ
ータを示す図である。
【図6】および
【図7】図6および図7は、動吸振器の概念と特性を示
す図である。
【図8】図8は、本願発明における制御の流れを示す図
である。
【符号の説明】
4…ローラピボット、5…ローラブラケット、7…粉砕
ローラ、8…粉砕リング、9…粉砕テーブル、10…ミ
ルハウジング、12…テンションロッド、21…モー
タ、22…減速機、23…熱風、26…加圧フレーム、
28…粉砕レース、30…被粉砕物、31…加圧装置、
36…重錘、37…変形要素、38…ピックアップ、3
9…振動計、40…コンピュータ、41…要素特性コン
トローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B02C 15/00 - 15/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ミルハウジング内下方の水平面内を回転
    する粉砕テーブルと該テーブル上面外周部に沿って設け
    た粉砕リングと、粉砕リング上に円周方向に沿って所定
    間隔を保って配置された複数個の粉砕ローラと、粉砕ロ
    ーラを回転可能に支持するローラブラケットと、ローラ
    ブラケット上に設けたローラピボットと、ローラピボッ
    トおよびローラブラケットを介して粉砕ローラを粉砕リ
    ング上に加圧する加圧フレームとを備えたローラミルに
    おいて、弾性を有し、かつ振動エネルギ吸収特性を有す
    る変形要素と該変形要素で鉛直方向の運動を支持される
    重錘とを、加圧フレームに設けたことを特徴とするロー
    ラミル。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記変形要素を空気
    ダンパまたはばね部材とオイルダンパとの並列構造とし
    たことを特徴とするローラミル。
  3. 【請求項3】 ミルハウジング内下方の水平面内を回転
    する粉砕テーブルと、該テーブル上に円周方向に所定間
    隔を保って配置された粉砕ローラと、粉砕ローラを回転
    可能に支持するローラブラケットと、ローラブラケット
    を介して粉砕ローラを回転テーブル上に加圧する加圧フ
    レームと、加圧フレームに鉛直方向の加圧力を与えるテ
    ンションロッドとを備えたローラミルにおいて、前記
    圧フレームに設けられた重錘および該重錘の鉛直方向の
    運動を支持し、かつばね定数k2 と減衰係数C2 を有す
    る変形要素と、ローラブラケットまたはその上に設けた
    加圧フレームの振動数を検出する装置と、該装置の検出
    値に基づき変形要素のばね定数k2 および/または減衰
    係数C2 を調節する装置とを設けたことを特徴とするロ
    ーラミル。
  4. 【請求項4】 ミルハウジング内の水平面内で粉砕テー
    ブルを回転させ、該粉砕テーブル上面に複数個の粉砕ロ
    ーラを配置し、粉砕ローラをローラブラケットで回転可
    能に支持するとともに、加圧フレームでローラブラケッ
    トを介して粉砕ローラを粉砕テーブル上に加圧し、粉砕
    ローラと粉砕テーブルにより被粉砕物を粉砕するローラ
    ミルの運転方法において、加圧フレームに弾性を有し、
    かつ振動エネルギ吸収特性を有する変形要素と該変形要
    素で鉛直方向の運動を支持される重錘とを取付け、被粉
    砕物を粉砕するに先立ち、その粉砕特性に応じて前記変
    形要素の弾性特性および/またはエネルギ減衰特性を調
    節することを特徴とするローラミルの運転方法。
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