JP4137993B2 - 大径回転体の気密装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、産業廃棄物処理設備、セメント、アルミナ、コークス、石灰石等の製造設備に使用されるロータリーキルン、ロータリークーラ、ロータリドライヤ等の回転体と、その周囲に配置された固定部材とのガスシールを行う大径回転体の気密装置に関する。

ロータリーキルンやロータリークーラ等は、傾斜した回転円筒形の装置で、内部装入物を転動によって軸方向下流側に移動させ、ガスとの熱交換によってこれを加熱する。内部の燃焼を制御するため、その装入口や排出口をエアシールすることによって、外部からの空気の侵入を防止していた。このエアシールの方法として、ラビリンスシールを用いたものや、例えば、特許文献１には、シール部分に弾性を有するシールプレートを使用したものが提案されている。また、特許文献２に記載のように、密封装置を多数のバネ部材を部分的に重ねて環状配置して構成したものも提案されている。
しかし、前記ラビリンスシールだけではシール作用が十分でなく、侵入空気が多く燃焼制御が困難となっていた。また、特許文献１に記載のエアシール装置においては、回転体が真円の場合には特に問題がないが、回転体が大径の場合は、一般的に外周面が均一とならず、隙間があいて空気が漏れるという問題があった。さらに、特許文献２に記載の密封装置においても、多数のバネ部材から漏れる空気があり、使用する装置によってはシールが不十分な場合があった。

これらの発明の欠点を補うため、本願出願人は、特許文献３において、図６に示す気密装置７０を開示した。気密装置７０は、大径回転体７１の周面にローラチェーン７２を巻き付け、リング状で断面Ｌ字状の弾性シール部材７３を有している。弾性シール部材７３は、大径回転体７１の半径方向外側に隙間を有して配置された固定部材７４に、その外側端部を取付け、内側端部を大径回転体７１の周面に摺接させている。そして、中間部をローラチェーン７２のＬ字形リンクプレート７５に取付け金具７６、７７を介して固定している。このように構成することによって、大径回転体７１の周面の凹凸に追随してシールを行うことができた。

実開昭５７−６３１５７号公報 特公平５−７１８６９号公報 特開平０９−０７９７５６号公報

しかしながら、前記従来の気密装置は、ロータリーキルン等の内圧が上昇すると、シール部分を介して大径回転体７１の内部から外部にガスが噴出することがあった。また、大径回転体７１が大きく重量があるためシール材に加わる力が大きくなり、シール寿命が短かった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、内部ガスの噴出を防ぎ、シール材の寿命を長くすることができる大径回転体の気密装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る大径回転体の気密装置は、駆動源によって駆動される大径回転体と、その周囲に少しの隙間を有して設けられた固定部材とのシールを行う気密装置であって、前記大径回転体の外周に断面山形状に設けられ、対となって予め表面加工された摺動部を備えた傾斜リング部材と、該傾斜リング部材の半径方向外側に位置し、前記固定部材に取付けリング部材を介して軸方向に重合して設けられ、それぞれの半径方向内側の端部を前記傾斜リング部材の各摺動部にそれぞれ押し当てる環状シール部材とを有する。
対となる摺動部にそれぞれの内側端部が押し当てられる環状シール部材を有しているので、シール部分を２重にして正圧時にガスが外部に噴出することを防止することができる。また、摺動部を断面山形状に形成しているので、重合する環状シール部材による押圧方向を稜線方向の両側に分散でき、大径回転体に加わる摺動抵抗力を均等にして、運転時のシール部材の傾きやねじれを防止することができる。

ここで、前記環状シール部材は、板状弾性体をシール材で覆って構成することも可能である。
板状弾性体としては、例えば、ゴム（好ましくは耐熱性を有するゴム）や可撓性のプラスチックや金属板等を使用することができる。シール材には、例えば、アスベスト等の耐摩耗性、耐熱性を有するものを使用することができる。可撓性に優れた板状弾性体を耐摩耗性に優れたシール材で覆うことによって、シール部に一定圧力を安定して加えることができると共に摺動による摩耗を少なくし、また板状弾性体に直接熱が伝わらないようにして、環状シール部材の寿命を長くすることができる。
前記目的に沿う第２の発明に係る大径回転体の気密装置は、駆動源によって駆動される大径回転体と、その周囲に少しの隙間を有して設けられた固定部材とのシールを行う気密装置であって、前記大径回転体の外周に固定配置され、予め表面加工された摺動部を備える摺動リング部材と、該摺動リング部材の半径方向外側に摺接して巻着され、軸方向の両側に取付け部材を備えた緊張手段付きの無端チェーン部材と、半径方向内側が開口し、前記無端チェーン部材の外側から被さる弾性中空環状部材と、それぞれの外側端部を、前記固定部材に取付けリング部材を介して軸方向に重合して取付けられ、各々の内側部で前記弾性中空環状部材を挟み、それぞれの内側端部を前記摺動リング部材に摺接させると共に、前記各内側部を、前記無端チェーン部材の前記取付け部材に前記弾性中空環状部材を介して固定する環状シール部材とを有する。

無端チェーン部材の取付け部材は、ローラを支持するＬ字形のリンクプレートの外側端部と兼用することができる。外側端部が重合する環状シール部材のそれぞれの内側端部を摺動部に当接させるので、シール部分を２重にして正圧時にガスが外部に噴出することを防止することができる。また、取付け部材に固定される環状シール部材の半径方向の位置は、緊張手段付きの無端チェーン部材によって規制されているので、環状シール部材の内側端部を摺動部に常に当接させておくことができる。
ここで、前記第１、第２の発明に係る大径回転体の気密装置において、前記摺動部に、給脂配管を介して潤滑剤を連続、又は断続的に供給することも可能である。潤滑剤を供給するので、摺動抵抗を減らして環状シール部材の寿命を長くすることができる。

請求項１及び２記載の大径回転体の気密装置においては、環状シール部材のそれぞれの内側端部を摺動部に当接させるので、シール部分を２重にして正圧時にガスが外部に噴出することを防止することができる。また、取付け部材に固定される環状シール部材の半径方向の位置は、緊張手段付きの無端チェーン部材によって規制されているので、その内側端部を摺動部に常に当接させておくことができる。
請求項２記載の大径回転体の気密装置においては、潤滑剤を供給するので、摺動抵抗を減らして環状シール部材の寿命を長くすることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る大径回転体の気密装置１０、１１は、ロータリーキルン２９の図示しない駆動源によって駆動される横置きされた大径回転体１２と、その周囲に少しの隙間を有して設けられた固定部材１３とのシールを行う装置である。
まず、図２を参照して、気密装置１０、１１を適用するロータリーキルン２９の構成について説明する。なお、図１〜図３では、左側を上流側、右側を下流側とする。
大径回転体１２を囲む固定部材１３の大径回転体１２より上流側位置には、大径回転体１２に原料を供給するスクリューフィーダ３０が設けられ、その直上部には、大径回転体１２内の原料を加熱するバーナ３１が設けられている。また、大径回転体１２の周面が載置される固定部材１３の下部の中央には、駆動源からのトルクを大径回転体１２に伝達するスプロケット３２、３３及び図示しないチェーンが設けられ、その上、下流側には、大径回転体１２を回転可能に支持する従動ローラ３４、３５がそれぞれ設けられている。
大径回転体１２は、内部に耐火物３６を施工し、外周を鉄皮３７で覆った円筒状の部材で、上流側端部に供給口４３、下流側端部に排出口４４を有している。
固定部材１３に設けられたスプロケット３３、及び従動ローラ３４、３５に符合する大径回転体１２の外周面上には、チェーンでスプロケット３３と連結される大径スプロケット３８、及び２本の環状レール部材３９がそれぞれ設けられている。
気密装置１０、１１は、大径回転体１２の上流側端部、及び下流側端部の外周の半径方向外側に隙間を有して設けられた筒状フランジ部にそれぞれ設けられている。筒状フランジ部と鉄皮３７の間には、冷却用の空気が吹き込まれ、シール部分の温度上昇を抑えている。以下、図１を参照して気密装置１０について詳しく説明する。

気密装置１０は、回転する大径回転体１２の上流側の外周に筒状フランジ部、取付けフランジ部４０、４１を介して円錐台側部形状の摺動部１４、１５を備えた傾斜リング部材１６、１７を固着して設けている。傾斜リング部材１６、１７の摺動部１４、１５は対となって予め表面加工されており、それぞれの拡径部側を対向させ断面山形状に配置されている。
また、気密装置１０は、傾斜リング部材１６、１７の半径方向外側に位置する環状シール部材１８、１９を有している。
環状シール部材１８、１９は、それぞれ耐熱素材であって板状弾性体の一例である環状ゴム板２５をシール材の一例であるアスベストクロス２６で覆って構成される無負荷状態では同一形状の部材である。

環状シール部材１８、１９の各々の半径方向の外側端部２２は、固定部材１３に設けられた環状取付け部２０に、断面Ｌ字状の取付けリング部材２１を介して軸方向に重合して取付けられている。環状取付け部２０、取付けリング部材２１、環状シール部材１８、１９の外側端部２２は、それぞれ複数のボルト２３及びナット２４によって周方向に所定間隔おきに締結固定されている。
環状シール部材１８、１９のそれぞれの半径方向内側の端部は、傾斜リング部材１６、１７の各摺動部１４、１５にそれぞれ押し当てられている。環状シール部材１８は、傾斜リング部材１６の下流側に拡径した摺動部１４に当接して上流側に屈曲し、環状シール部材１９は、逆に下流側に屈曲している。すなわち、環状シール部材１８、１９は、それぞれを構成する環状ゴム板２５の復元力を利用して傾斜リング部材１６、１７の各摺動部１４、１５を一定圧力で押圧しているのである。この押圧力は、環状ゴム板２５の厚みｔと、傾斜リング部材１６の摺動部１４、１５の傾斜角度θによって調整可能であり、本実施の形態では、厚みｔを３〜１０ｍｍ、傾斜角度θを２０〜７０度、（好ましくは４５〜６５度）に設定している。

気密装置１０より上流側の大径回転体１２と固定部材１３の隙間には、環状に形成された固定板２７を介してゴミ避けとなるアスベストヤーン２８が環状配置されている。なお、アスベストヤーン２８には、大径回転体１２の内圧の急激な変動を吸収するダンパーの役目も果たしている。
図２に示すように、大径回転体１２の下流側の端部付近に設けられた気密装置１１は、上流側に設けられた気密装置１０と同じ形状、構造で対向配置されているので、説明は省略する。
次に、ロータリーキルン２９の稼働時の気密装置１０、１１の状態について説明する。

大径回転体１２にスプロケット３２、３３、大径スプロケット３８を介して動力が伝達されると、大径回転体１２は、外周面に取付けられ従動ローラ３４、３５に支持される環状レール部材３９と共に回転する。また、大径回転体１２の上、下流側端部にそれぞれ設けられた気密装置１０、１１の各環状シール部材１８、１９は、各傾斜リング部材１６、１７の摺動部１４、１５に押圧された状態で摺動しながら回転する。
大径回転体１２の外周面は、真円状に形成することが難しく、このため、大径回転体１２の各環状レール部材３９の軸芯が一致せず、傾きや振動を伴って回転し、シール位置が軸方向、半径方向にずれることがあった。

例えば、大径回転体１２が固定部材１３に対して下流側に移動した場合、環状シール部材１８が摺動部１４を押圧する力は弱くなるが、環状シール部材１９が摺動部１５を押圧する力は強くなる。また、大径回転体１２が上流側に移動すると、逆に環状シール部材１８の力が強くなり、環状シール部材１９による力が弱くなる。このように、シール部分を２重に設け、各摺動部１４、１５を対向させ傾斜配置しているので、大径回転体１２の軸方向への移動に伴うシール部分の圧力の低下を防止することができ、大径回転体１２内が高圧になってもガスがシール部分から外部に噴出することを防止することができる。
また、環状シール部材１８、１９は環状ゴム板２５を屈曲させてシールしているので、大径回転体１２が半径方向外側、又は内側に移動したときでも、環状シール部材１８、１９は、大径回転体１２の動きに追随してシールを行うことができ、また、シール部分が２重になっているので、確実にシールすることができる。

次に、図３を参照して、変形例に係る気密装置４２について説明する。なお、気密装置４２は、気密装置１０に給脂配管４５を追加しただけなので、気密装置１０と同一の部材には同一番号を付して、説明を省略する。
傾斜リング部材１６、１７の摺動部１４、１５にはグリス供給用の孔が周方向に所定間隔で形成されている。摺動部１４、１５の裏側には、それぞれ給脂配管４５の先部が取付けられ、給脂配管４５の基部側は、図示しないグリス供給装置又は、供給容器に接続されている。供給方法は、手動でもよく、また、コンプレッサーを使用して自動で行うことも可能である。
このように構成することによって、給脂配管４５を介して摺動部１４、１５に潤滑剤を連続、又は断続的に供給することができる。そして、摺動部１４、１５及び環状シール部材１８、１９の摺動時の摩擦抵抗を小さくして、環状シール部材１８、１９の寿命を長くすることができる。

続いて、図４、図５を参照して、第２の実施の形態に係る大径回転体の気密装置４６について説明する。
気密装置４６は、駆動源によって駆動される大径回転体１２と、その周囲に少しの隙間を有して設けられた固定部材１３とのシールを行う気密装置であって、第１の実施の形態に係る大径回転体の気密装置１０、１１と実質的に同じ位置に設けられ、ロータリーキルン２９に適用することができる。以下、気密装置４６をロータリーキルン２９の下流側に設けた場合について説明する。なお、既に説明した部材と同一の部材には同一番号を付して、説明を省略する。
気密装置４６は、大径回転体１２の外周に筒状フランジ部を介して固定配置され、予め表面加工された摺動部５３をその周面に備える摺動リング部材４７を有し、摺動リング部材４７の半径方向外側には、無端チェーン部材４９が摺接して巻着されている。

摺動リング部材４７は、その外周面を摺動部５３としている。無端チェーン部材４９は、摺動リング部材４７の周方向に設けられた多数のローラ５０の軸方向の両側（上、下流側）を、平板状のリンクプレート５１と、外側端部を軸方向の両側にそれぞれ伸延させた取付け部材を含む断面Ｌ字形のリンクプレート５２でそれぞれ交互に連結して構成されている。無端チェーン部材４９の周方向の所定位置には、隣合うローラ５０を近づける方向に付勢する、例えば、コイルばね等の緊張手段が設けられている。
無端チェーン部材４９には、半径方向内側が開口した弾性中空環状部材の一例であるタイヤ状ゴム環５４がその外側から被せられている。タイヤ状ゴム環５４の開口部を形成する両端部５５、５６は、ローラ５０の上、下流側にそれぞれ少しの隙間を有して配置されている。なお、両端部５５、５６が自由状態にあるときには、ローラ５０の内側端（摺動部５３と同一面）より半径方向内側に少し突出する状態となるように構成されている。

気密装置４６は、固定部材１３と、無端チェーン部材４９を連結してシールを行う環状シール部材５７を有している。２枚の環状シール部材５７は、それぞれの外側端部が軸方向に重合して設けられ、重合した外側端部を固定部材１３に取付けリング部材２１、環状取付け部２０を介して取付けている。２枚の環状シール部材５７は、それぞれの内側部で、タイヤ状ゴム環５４を軸方向両側から挟み、また、各々の内側端部をタイヤ状ゴム環５４の両端部５５、５６の下方に対向配置し、摺動リング部材４７に摺接させている。そして、各環状シール部材５７の内側部を、タイヤ状ゴム環５４を介して、リンクプレート５２の取付け部材にボルト５８及びナット５９を使用して締結固定している。
無端チェーン部材４９は環状シール部材５７等を介して固定部材１３に接続されているので、摺動リング部材４７を固着した大径回転体１２が回転しても、無端チェーン部材４９本体は周方向に移動せずに、ローラ５０のみが摺動リング部材４７に当接した状態で回転する。環状シール部材５７は、バネ性を有するタイヤ状ゴム環５４の両端部５５、５６によって半径方向内側に付勢され、回転する摺動リング部材４７の摺動部５３に押圧される。

環状シール部材５７の内側部は、緊張手段を備えた無端チェーン部材４９に取付けられ、その両端部が摺動リング部材４７に当接しているので、大径回転体１２が偏心等の原因によって半径方向、又は軸方向に移動しても、環状シール部材５７の両端部を無端チェーン部材４９と共に追随して移動させることができ、摺動リング部材４７の摺動部５３に与える押圧力の変動を防止することができる。また、端部をローラ５０の上、下流側の２箇所に設けているので、シールを２重構造にすることができ、大径回転体１２内の圧力が急激に上昇して気体が噴出することを防止することができる。
なお、本実施の形態においても、図示しない給脂配管を介して摺動部５３に潤滑剤を連続、又は断続的に供給することが可能である。

以上、本発明に係る実施の形態について説明してきたが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、取付けリング部材２１を、金属製のものに限定することも可能である。金属製であるので、強度を強くして、環状シール部材の大きさ、及びこれに加わる張力を小さくして破損を防止することができる。
また、前記実施の形態において説明した各部材のうち、環状に形成したもの（例えば、環状シール部材１８、１９や傾斜リング部材１６、１７）は２〜８に分割して製造することも可能である。分割することによって、各部材を安価に製造することができ、また、交換も簡単に行うことができる。
また、各部材の連結は、ボルト及びナットを使用して、交換やメンテナンスを容易に行うことができるように構成しているが、溶接等の他の固定手段を利用することも可能である。また、使用するグリスは、環状シール部材側から供給することもできる。

本発明の第１の実施の形態に係る気密装置の断面図である。 同気密装置を適用したロータリーキルンの断面図である。 同気密装置の変形例に係る気密装置の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る気密装置の断面図である。 同気密装置の部分拡大断面図である。 従来例に係る気密装置の断面図である。

符号の説明

１０、１１：気密装置、１２：大径回転体、１３：固定部材、１４、１５：摺動部、１６、１７：傾斜リング部材、１８、１９：環状シール部材、２０：環状取付け部、２１：取付けリング部材、２２：外側端部、２３：ボルト、２４：ナット、２５：環状ゴム板（板状弾性体）、２６：アスベストクロス（シール材）、２７：固定板、２８：アスベストヤーン、２９：ロータリーキルン、３０：スクリューフィーダ、３１：バーナ、３２、３３：スプロケット、３４、３５：従動ローラ、３６：耐火物、３７：鉄皮、３８：大径スプロケット、３９：環状レール部材、４０、４１：取付けフランジ部、４２：気密装置、４３：供給口、４４：排出口、４５：給脂配管、４６：気密装置、４７：摺動リング部材、４９：無端チェーン部材、５０：ローラ、５１：リンクプレート、５２：リンクプレート（取付け部材）、５３：摺動部、５４：タイヤ状ゴム環（弾性中空環状部材）、５５、５６：端部、５７：環状シール部材、５８：ボルト、５９：ナット

Claims (2)

1. 駆動源によって駆動される大径回転体と、その周囲に少しの隙間を有して設けられた固定部材とのシールを行う気密装置であって、
   前記大径回転体の外周に固定配置され、予め表面加工された摺動部を備える摺動リング部材と、
   該摺動リング部材の半径方向外側に摺接して巻着され、軸方向の両側に取付け部材を備えた緊張手段付きの無端チェーン部材と、
   半径方向内側が開口し、前記無端チェーン部材の外側から被さる弾性中空環状部材と、
   それぞれの外側端部を、前記固定部材に取付けリング部材を介して軸方向に重合して取付けられ、各々の内側部で前記弾性中空環状部材を挟み、それぞれの内側端部を前記摺動リング部材に摺接させると共に、前記各内側部を、前記無端チェーン部材の前記取付け部材に前記弾性中空環状部材を介して固定する環状シール部材とを有することを特徴とする大径回転体の気密装置。
2. 請求項１記載の大径回転体の気密装置において、前記摺動部には、給脂配管を介して潤滑剤が連続、又は断続的に供給されることを特徴とする大径回転体の気密装置。

Images