JPH0947678A - ローラ式粉砕装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で粉砕性能を損なうことなく振動
を防止することができるローラ式粉砕装置を提供する。 【構成】 加圧軸（テンションロッド１２）の軸方向の
動きをダンパ１０１で抑制することにより、テンション
ロッド１２に連結されている加圧フレーム２６や、加圧
フレーム２６に連結されているブラケット５、ブラケッ
ト５に連結されている粉砕ローラ７の動きを抑制し、ひ
いてはミル全体の振動を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭、セメントクリン
カあるいは化学製品の原料を粉砕するローラ式粉砕装置
（微粉砕用ローラミル）に係り、特に、実用性の高い防
振構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚ボイラにおいては低公害燃焼や急
速負荷変動運用が実施され、それに伴い微粉砕機に対し
ても、給炭量の幅広い変動等、よりフレキシブル運用へ
の対応が要求されるようになった。

【０００３】石炭、セメント原料あるいは新素材原料な
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、低速回転運動を行う粉砕テーブルとその上で自転す
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１つとしての地位を固めつつあ
る。

【０００４】ローラミルの概要を図１１に示す。図１１
はミル中心軸を通る面でミルを縦割りにした高さ方向の
断面図である。

【０００５】この種のミルは、円筒型のハウジング１０
内において水平面内で低速回転する粉砕テーブル９と、
該テーブル９上の粉砕レース２８に押し付けられた状態
で自転する複数個の粉砕ローラ７を備えている。

【０００６】なお、粉砕ローラ７を押し付ける力のこと
を、以下では粉砕荷重と称する。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。図１１において、１は製
品微粉排出管、２は回転分級器回転軸、３は回転分級
器、４はローラピボット、５はローラブラケット、６は
粉砕ローラ回転軸、８は粉砕リング、１２はテンション
ロッド、１５は基礎マット、１８はベースプレート、１
９は減速機入力軸、２０はモータ出力軸、２３は熱風、
２４はエアスロート、２５は垂直軸回転軸、２６は加圧
フレーム、２９は供給管、３０は被粉砕物、３１は加圧
装置である。

【０００７】ミルの粉砕部の詳細を図１２に示す。この
図１２に示すように、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４を介
して支持される。ローラピボット４はピン構造を有する
ため、ローラブラケット５は粉砕テーブル９の半径方向
への振子運動が可能である。

【０００８】なお、この振子運動がローラ７の磨耗を少
なくしており、これがローラピボット４を有するミルの
利点であるといわれている。粉砕性能を支配する主要因
子である粉砕荷重は、粉砕ローラ７や加圧フレーム２６
等の粉砕部の自重と、加圧フレーム２６と基礎マット１
５を連結する加圧装置３１付きの加圧軸（以下、テンシ
ョンロッド１２と呼ぶ）によって加圧される荷重の合力
として与えられる。

【０００９】なお、この合力のことを、以下では全粉砕
荷重と呼ぶ。加圧装置３１の荷重値は、給炭量で代表さ
れるミル運転条件の制御信号４１を荷重制御装置４０に
入力することによってコントロールされる。

【００１０】ローラミルによる石炭の粉砕方法を図１１
を用いて説明する。

【００１１】この図１１において、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
上を渦巻状の軌跡を描いて外周部へ移動し、粉砕レース
２８と粉砕ローラ７の間にかみ込まれて粉砕される。ハ
ウジング１０の基低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の外周部とハ
ウジング１０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。

【００１２】粉砕後の粉粒体は、この熱風２３の流れに
よってハウジング１０内を上昇しながら乾燥される。ハ
ウジング１０上部へ輸送された粉粒体は、粗いものから
重力によって落下し、またそこを通過してさらに上昇し
たやや細かな粉粒体は、ハウジング１０上部に設けたサ
イクロンセパレータ、あるいは回転分級機３で再度分級
され、所定の粒径以下の粉粒体は、さらに熱風２３によ
って輸送される。

【００１３】そして、ボイラの場合には、微粉炭バーナ
あるいは微粉貯蔵ビンへと送られる。また振るい落とさ
れた所定の粒径以上の粉粒体は、粉砕テーブル９上に落
下し、ミル内へ供給されたばかりの原料とともに再度粉
砕される。このようにして、粉砕、分級が繰り返され
る。

【００１４】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。

【００１５】図１３にローラミルの起動から振動発生ま
での典型的なパターンを示す。

【００１６】給炭量を定格量から低減して低負荷状態と
し、その状態で回転分級機の回転数を徐々に増加すると
振動が発生する。この状態では粉砕テーブル上の炭層の
厚さは薄く、かつ高粒度となり、炭層の摩擦係数が小さ
くなっていることが推定される。このような場合、ロー
ラが炭層の上で滑って振動が発生するものと考えられ
る。

【００１７】ローラの滑りによる振動は、粉砕荷重とも
密接な関係がある。つまり、ローラの滑りは、加圧装置
３１によって発生させる加圧荷重と、加圧フレームから
ローラにいたる粉砕部の自重との合力である全粉砕荷重
が大きい場合に生じる。

【００１８】このような問題に対する２つの先願の発明
について、以下に述べる。まず、第１の先願発明を図１
２を用いて説明する。

【００１９】この発明は、加圧装置３１による荷重を低
負荷時に負の方向に作用させるものである。また、これ
によって、ローラ７やブラケット５等の粉砕部を持ち上
げて全粉砕荷重を下げ、ミルの振動を抑えるものであ
る。

【００２０】次に、第２の先願発明を図１４を用いて説
明する。

【００２１】この先願発明は、バネ５０かダンパ５２、
あるいは両者を併用した支持機構５３をハウジング１０
と加圧フレーム２６の間に設けるものであ。なお、バネ
５０と加圧フレーム２６の間には、隙間が開くように補
強材５１が設置される。

【００２２】このことによって、炭層が薄くなり、加圧
フレーム２６が下がってバネ５０に接触した場合、バネ
５０によって加圧フレーム２６を押し上げ、粉砕部を持
ち上げる力を発生し、振動を抑制する。一方、ダンパ５
２は、振動が発生した場合、振動エネルギを吸収する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
先願発明のうち、図１２に示す第１の先願発明は、以下
の点で改良の余地が残されている。

【００２４】（１）この発明は、振動を抑えるために全
粉砕荷重を下げるものであるが、防振性能と粉砕性能は
トレードオフの関係にあるため、荷重を下げることは粉
砕性を悪くすることになる。

【００２５】（２）この発明は、加圧装置によって負の
加圧力を生じさせるものであるが、そのためには、装置
を従来のものから大幅に変更しなければならない。

【００２６】また、図１４に示す第２の先願発明は、第
１の先願発明に比べると小さい構造変更で済むが、以下
の点で改良の余地がある。

【００２７】（１）この発明は、ハウジング内部に、例
えば油圧ダンパのような支持機構を設けるものであり、
火災等に関する安全性に問題がある。

【００２８】（２）また、油圧ダンパのような油圧を使
った装置は、定期的にメインテナンスを必要とするが、
第２の先願発明のようにハウジング内部に装置を設ける
場合は、ハウジング内部にある部品を分解する必要があ
り手間がかかる。

【００２９】本発明の目的は、簡単な構造で粉砕性能を
損なうことなく振動を防止することができるローラ式粉
砕装置を提供することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ハウジング
内に複数個の粉砕ローラおよび該粉砕ローラと圧接する
粉砕リングと、粉砕ローラの回転軸を保持するローラブ
ラケットと、該ローラブラケットを保持する加圧フレー
ムと、該加圧フレームに係止された加圧軸とを有し、ハ
ウジング外部から加圧軸を介して加圧フレームに荷重を
かけて、粉砕ローラと粉砕リング間で被粉砕物を粉砕す
るローラ式粉砕装置において、ハウジングの外部に、加
圧軸の軸方向の動きを抑制する防振装置を備えることに
より達成される。

【００３１】

【作用】加圧軸（テンションロッド）の軸方向の動きを
抑制することにより、テンションロッドに連結されてい
る加圧フレームや、加圧フレームに連結されているブラ
ケット、ブラケットに連結されているローラの動きを抑
制し、ひいてはミル全体の振動を抑える。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００３３】図１、図２および図３に本発明の実施例を
示す。まず、図１は、ミルを縦割りにした断面図で、テ
ンションロッド１２と加圧フレーム２６の連結部付近の
概要を示したものである。

【００３４】本発明は、ハウジング１０の外部におい
て、ハウジング１０とテンションロッド１２の間にダン
パ１０１を設け、テンションロッド１２の軸方向の動き
を抑制し、ミルの振動を抑えるものである。１０２は、
ハウジング１０とテンションロッド１２の間に設けられ
た蛇腹である。

【００３５】なお、ミルが振動した場合、テンションロ
ッド１２は軸方向だけでなく、軸に直角な方向にも振動
する。このため、ミルの防振効果を上げるためには、軸
方向だけでなく、テンションロッド１２の軸に直角な方
向の振動をも抑える必要がある。それには、ダンパ１０
１は出来るだけテンションロッド１２と加圧フレーム２
６の連結部に近い場所に取り付けた方がよい。

【００３６】図１では、１つのテンションロッド１２に
２つのダンパ１０１を設置した例を示しているが、本発
明では、特にダンパ１０１の数を限定するものでない。
またミルには、テンションロッド１２が複数あるが、本
発明では、図１と同様に、全てのテンションロッド１２
にダンパ１０１を設置するものである。

【００３７】図２は、図１に示すダンパ１０１の１つを
横割りにし、拡大したものである。このダンパ１０１
は、締付用治具１０７や摩擦材１０８等を使ってテンシ
ョンロッド１２を締め付け、摩擦力によって振動を抑え
るものである。なお、１０３はテンションロッド１２の
保護板、１０４はピン、１０５は皿バネ、１０６は蝶
番、１０９は皿バネ用ボルト、１１０はダンパ取り付け
用の板である。

【００３８】図３は、図２に示したダンパ１０１をテン
ションロッド１２の軸方向に割った図である。

【００３９】締付用治具１０７は、一端をハウジング１
０に溶接した板１１０に蝶番１０６を介して接合し、他
端をボルト１０９と皿バネ１０５を使って締め付ける。

【００４０】なお、このような構造にしておけば、ボル
ト１０９を締めて皿バネ１０５を圧縮する量によりテン
ションロッド１２を締め付ける力を調整でき、ダンパ１
０１としての減衰能力を定量的かつ一定に設定できる。
１１１は皿バネ用のボルト穴である。

【００４１】図２に示すように、摩擦材１０８は、ピン
１０４を使って締付用治具１０７の内部に設置し、テン
ションロッド１２が軸方向に動いた場合に摩擦力を発生
する。その際、摩擦によってテンションロッド１２自体
が損傷しないために、テンションロッド１２の表面に保
護板１０３をピン１０４を使って設置する。

【００４２】前に述べたが、締付用治具１０７は蝶番１
０６によって接合されるため、締付用治具１０７の開閉
は自在である。これにより、摩擦材１０８や保護板１０
３が磨耗しそれらの交換が必要な場合は、締付用治具１
０７を開けて簡単に取り替えができる。

【００４３】図２及び図３に示す締付用治具１０７をモ
デル化した図４を使って、ミルの振動を抑えるのに必要
な減衰を得るための、皿バネ１０５の圧縮量等のパラメ
ータの設定方法について述べる。なお、以下では、１つ
のテンションロッド１２に１つのダンパ１０１を設置す
る場合について説明する。

【００４４】締付用治具１０７の周方向には、下記の式
（１）に示すように、皿バネ１０５のバネ定数Ｋ₁ に、
皿バネ１０５の設置個所の数ｎと皿バネ１０５の圧縮量
δをかけた力Ｆが働く。

【００４５】Ｆ＝ｎＫ₁ δ ・・・・・・・（１） また、力Ｆによって締付用治具１０７を締め付けた場
合、締付用治具１０７の内面には、下記の式（２）に示
す応力ｐが働く。

【００４６】ｐ＝２Ｆ／ｒ₀ Ｄ ・・・・・・（２） ここに、ｒ₀ はテンションロッド１２の中心から締付用
治具１０７の内面までの距離、Ｄは摩擦材１０８の軸方
向の長さである。

【００４７】テンションロッド１２が軸方向に振動した
場合、本発明によるダンパ１０１には、下記の式（３）
に示す摩擦力Ｐ₂ が生じる。

【００４８】Ｐ₂ ＝２πｒ₀ Ｄｐμ ・・・・（３） ここに、μは摩擦材１０８の動摩擦係数である。

【００４９】ダンパ１０１に生じる摩擦力Ｐ₂ は、テン
ションロッド１２の軸方向の振動を減衰する働きがあ
る。そこで、この摩擦力Ｐ₂ を使って、ダンパ１０１の
見掛けの減衰係数Ｃ₂ を計算する。具体的には、下記の
式（４）に示すように、摩擦力Ｐ₂ をテンションロッド
１２の振動速度ｖで割って、減衰係数Ｃ₂ を求める。

【００５０】Ｃ₂ ＝Ｐ₂ ／ｖ ・・・・・・・（４） ダンパ１０１の減衰比ζ₂ は下記の式（５）で計算す
る。

【００５１】ζ₂ ＝Ｃ₂ ／４ｍπｆ ・・・・（５） ここに、ｍはミル粉砕部の自重、ｆはミルの励起振動数
である。

【００５２】式（５）に、式（４）、式（３）、式
（２）及び式（１）を順に代入してまとめれば、下記の
式（６）が得られる。

【００５３】ζ₂ ＝μｎＫ₁ δ ／ｍｆｖ ・・（６） 式（６）に示すように、ζ₂ はμ，ｎ，Ｋ₁ ，δ，ｍ，
ｆ及びｖの関数になっていることがわかる。このことに
より、ミルの励起振動数ｆ、ミル振動時にテンションロ
ッド１２が上下する速度ｖ、振動を抑えるのに必要な減
衰比ζ₂ 、ミル粉砕部の自重ｍを与えれば、μ，ｎ，Ｋ
₁ 及びδ等のパラメータの値を決められることがわか
る。

【００５４】例として、１００万キロワット級ボイラの
ミルが振動し、加速度が図５のように増える場合を考え
る。なお、図５は、振動が増幅する場合の加速度の基準
値（０．１Ｇ）で無次元化したミルの加速度α（ｔ）を
縦軸にとり、横軸に時間ｔをとったものである。

【００５５】図５において増幅する加速度の包絡線は、
下記の式（７）のようにモデル化できる。

【００５６】 α（ｔ）＝Ａｅｘｐ（−２πｆζｔ） ・・（７） ここに、Ａは定数である。ζは加速度が増幅するときの
減衰比であり、ミルの振動の場合、−０．０５程度の値
である。このように減衰比が負になることは、振動が発
散することを意味する。従って、振動が発散するときの
負の減衰比ζの効果を打ち消し、ミルの振動を抑えるの
に必要なダンパの減衰比ζ₂ は、下記の式（８）のよう
に設定できる。

【００５７】 ζ₂ ≧｜ζ｜ ・・・・・・・・・・・・（８） 以上をまとめると、式（８）によって設定したζ₂ の他
に、ｖ，ｆ及びｍを式（６）に与えれば、μ，ｎ，Ｋ₁
及びδ等のパラメータの値を決められることがわかる。

【００５８】例で取り上げた１００万キロワット級ボイ
ラのミルの場合、振動が発生する初期の状態を想定し、
ｆ＝２０（Ｈｚ）、ｖ＝０．０１（ｍ／ｓ）程度とす
る。そして、μ＝０．３、ｎ＝２とすれば、皿バネ１個
所に作用させる力Ｋ₁ δは約３００ｋｇｆにすればよ
い。

【００５９】以上、１つのテンションロッド１２に１つ
のダンパ１０１をつける場合のμ，ｎ，Ｋ₁ 及びδ等の
パラメータの設定方法について述べたが、１つのテンシ
ョンロッド１２に複数のダンパ１０１をつける場合は、
式（６）の右辺に、ダンパ１０１の数ｑをかけた下記の
式（９）を用いればよい。

【００６０】 ζ₂ ＝μｎＫ₁ δｑ／ｍｆｖ ・・・・・（９） 以上に述べた計算で求められるパラメータの他に、摩擦
材１０８の磨耗に影響を与えるパラメータとして、図３
に示した摩擦材１０８の軸方向の長さＤが重要である。

【００６１】このＤの値が小さ過ぎると、式（２）から
わかるように、摩擦面に働く応力ｐが大きくなり、摩擦
材１０８が消耗しやすくなる。

【００６２】この問題を防ぐには、Ｄの値を約４０ｃｍ
以上とし、応力ｐを小さくする必要がある。なお、摩擦
材１０８としては、窒化処理した鋳鉄などの金属製の材
料を用いればよい。

【００６３】本発明によるダンパ１０１を使用した場
合、摩擦による音が発生する。また、ダンパ１０１の消
耗によって粉状の不要物が生じる。これらの２つの事項
に対処する機構を以下に述べる。

【００６４】まず、摩擦音が問題になる場合は、このダ
ンパ１０１に以下に述べる防音装置を設ければよい。こ
の装置を、図６、図７及び図８を用いて説明する。

【００６５】図６は、本発明によるダンパ１０１に防音
装置１１２を設けたものである。図６に示すように、こ
の防音装置１１２は、ダンパ１０１の回りを取り囲む箱
形のものである。この箱形の防音装置１１２は、図７に
示すように、２つの箱体１１２ａ，１１２ｂに分解でき
るものである。

【００６６】図８は、テンションロッド１２の軸方向か
ら防音装置１１２を見たものであり、本装置はハウジン
グ１０に溶接した板１１０にボルト１１３を使って固定
される。このような構造にしておけば、防音装置１１２
の着脱は自在であり、摩擦材１０８などの交換が容易に
できる。なお、摩擦音の大きさによっては、図９に示す
ように、防音装置１１２の内側に、全体的あるいは部分
的に防音材１１５を設置すればよい。防音材１１５とし
ては、グラスウールやロックウール等のものが一般的に
使われているが、本発明では特にその材質を限定しな
い。

【００６７】次に、ダンパ１０１の消耗によって生じる
鉄粉状の不要物が問題になる場合は、図１０に示すよう
に、防音装置１１２の内側に、全体的あるいは部分的に
磁石１１６を配置すればよい。この磁石１１６により、
ダンパ１０１の消耗によって生じる鉄粉を回収できる。

【００６８】なお、本発明では、磁石１１６の代わりに
粘着テープ等の粘着性のものを用いてもよい。

【００６９】本発明は、粉砕荷重を調節するようなミル
の運転方法により防振するものではないので、粉砕性能
を低下することがない。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、ハウジング外部に設け
た防振装置によりミル全体の振動を抑えることができる
が、防振装置をハウジング外部に設けるので、たとえ防
振装置が破損してもミル粉砕部に損傷を与えることがな
い。さらに、本発明による防振装置は、メインテナンス
が容易であり、ミルを分解する必要がない。これらのこ
とから、粉砕性、安全性、経済性を満たした上で振動を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るローラミルのテンション
ロッドと加圧フレームの連結部付近の構成図である。

【図２】図１に示すダンパの横断面図である。

【図３】図１に示すダンパの縦断面図である。

【図４】締付用治具に作用する力を示す説明図である。

【図５】無次元化したミル加速度と時間との関係を示す
特性図である。

【図６】ダンパを防振装置で被覆した状態の透視斜視図
である。

【図７】防音装置を構成する２つの箱体の分解斜視図で
ある。

【図８】防音装置の透視上面図である。

【図９】防音装置の一例に係る箱体内部を示す斜視図で
ある。

【図１０】防音装置の他の例に係る箱体内部を示す斜視
図である。

【図１１】従来例に係るローラミルの全体構成図であ
る。

【図１２】第１の先願に係るローラミルの粉砕部の構成
図である。

【図１３】ローラミルの起動から振動発生までの典型的
なパターンを示す説明図である。

【図１４】第２の先願に係るローラミルの粉砕部の構成
図である。

【符号の説明】

５ ブラケット ７ 粉砕ローラ ８ 粉砕リング １０ ハウジング １２ テンションロッド ２６ 加圧フレーム １０１ ダンパ（防振装置） １１２ 防音装置

フロントページの続き (72)発明者 村上 英治 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 江口 健彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に複数個の粉砕ローラおよ
   び該粉砕ローラと圧接する粉砕リングと、粉砕ローラの
   回転軸を保持するローラブラケットと、該ローラブラケ
   ットを保持する加圧フレームと、該加圧フレームに係止
   された加圧軸とを有し、ハウジング外部から加圧軸を介
   して加圧フレームに荷重をかけて、粉砕ローラと粉砕リ
   ング間で被粉砕物を粉砕するローラ式粉砕装置におい
   て、 ハウジングの外部に、加圧軸の軸方向の動きを抑制する
   防振装置を備えたことを特徴とするローラ式粉砕装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、前記防振装置の
   騒音を抑制する防音装置をさらに備えたことを特徴とす
   るローラ式粉砕装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載において、前記防音装置内
   に、防振装置の消耗によって発生する鉄粉等を回収する
   ための回収手段を設けたことを特徴とするローラ式粉砕
   装置。