JPS6168147A - ボ−ルミルの異常振動監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はボールミルの異常振動監視装置忙係り、特にボ
ールミル内に異物が混入することによって発生する異常
振動によるボールミルの被接を防止することができるボ
ールミルの異常振動監視装置に関するものである。

〔発明の背景〕

・例えば、我が国においては重油供給量のひっ迫から、
石油依存度の是正を計るために、従来の重油専焼から石
炭専焼へと燃料を変換しつつあり、特に事業用ボイラに
おいては、石炭専焼の大容量火力発電所が建設されてい
る。

ところが、石炭燃料は石油燃料に比べて燃焼性が悪いの
で排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下ＮＯｘという）
および未燃分が発生し易く、特にＮＯｘの低減対策のた
めに火炎の分割、排ガスの再循環および二段燃焼法など
を採用して緩慢な燃焼を行なうとＮＯｘは低減するが、
未燃分は益々増加する。

そこで、微粉炭専焼での未燃分を少なくするために、微
粉炭中に含まれる粗粉炭の量を少なくするか、或いは微
粉炭を超微粉炭に粉砕すれば燃焼性は向上する。

つまり、微粉炭燃焼の燃焼過程は、先ず微粉炭中の揮発
分が燃え、その後に微粉炭中の固定Ｌψ素がガス化して
燃焼するために、粒径が小さいければ小さい程これらの
燃焼過程がスムースに移行するからである。

ところが石炭やセメント原料等の固体を微粉に粉砕する
ためのボールミルにおいては、固体粉砕時の衝撃力によ
る通常の振動に比較して振動レベルが異常に高い振動、
いわゆる異常振動が発生することがある。

この異常振動が長時間続くとボールミル自体の破損に至
る恐れがあることから、異常振動を早期に発見し、この
原因究明のための対策を講じる必要がある。

以下、ボールミルの概略構成について説明する。

鮮１４図は石炭火力発電所に用いられている石炭粉砕用
のボールミルの一部断面斜視図である。

ボールミルは石炭の給炭管２０２石炭粉砕部３０゜動力
伝達部４０２分級分級器５０．微粉炭口管６０゜異物吐
出ロア０および一次空気供給管８０から構成されている
。石炭は第１４図の矢印Ａで示す如くミルハウジング１
０の中央部に位Ｈ４する給炭管・２０の上部から矢印Ｂ
で示す如く石炭粉砕部３０の内側へ供給される。その石
炭粉砕部３０は動力伝達部４０と連結した定置回転する
下部リング３１とその上に複数個の公転、自転をする回
転体（ボール）３２がのり、さらＫ、その上にバネある
いは窒素（Ｎ２）ガス圧縮シリンダ等のローディングユ
ニット３３で加圧された固定の上部リング３４で構成さ
れている。前述の矢印Ｂで示した供給石炭は粉砕部３０
で下部リング３１とボール３２によって粉砕されて矢印
Ｃで示す如く粉砕部３０の外側に排出され下部リング３
１の周囲へ一次空気供給管８０から一次空気を供給して
、粉砕された微粉炭を矢印りで示す如くミルハウジング
１０の上方へ吹上げて矢印Ｅで示す如（微粉炭と粗粉炭
に分ける分級器５０内へ送り込まれる。分級器５０内に
送り込まれた微粉炭は微粉炭と粗粉炭に分離され、微粉
炭は矢印Ｆで示す如く分級器５０の出口管６０から図示
してないバーナ部へ、粗粉炭は矢印Ｇで示す如く比重分
離により分級器５０の下部の粗粉炭排出口５１から再び
矢印Ｂで示す如く石炭粉砕部３０の内側へ再循環されて
微粉炭に粉砕される。

なお、石炭中に含まれた金属類、岩石等の異物は、石炭
粉砕部３０を通過しても粉砕されないので、異物吐出ロ
ア０からミルハウジング１１０外へ落下して分離、排出
される。

次にボールミルの異状振動を励起する異物の混入につい
て述べる。

この異常振動で問題となる異物は主として石炭中に含ま
れた鉄の塊であり、大きいものは長さが７０〜８０ａｎ
に達することもある。このような異物は、石炭供給経路
で事前に異物除去装置（図示していない）があるにもか
かわらず、往々にしてボールミル内に混入する。この場
合、異物が混入したままの状態で長時間ボールミルを運
転すると、粉砕ボール３２や上部リング３４あるいは下
部リング３１の破損につながり、最悪の場合にはフラン
ト全体の運転にも支障をきたすようになる。

このような異常振動は、これを監視し、その発生を早期
に検出してこの異常振動に対処する必要があるが、従来
技術の対応策としては、電動モータの入力電流の変化を
検出するもの、あるいは上部リング３４．下部リング３
１等の石炭粉砕部３゜の振動を直接検出するもの等が提
案されている。

しかしながら、前者はあまりにも間接的な検出方法であ
り、ボールミルの異常振動を早期に検出できない。

また、後者たついては、約３００　’Ｃの高温域で、し
かも高速で粉砕中の悪環境下にセンサを置くた　−めに
耐熱、耐摩耗性に問題がある。

〔発明の目的〕

本発、明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので
、その目的とするところは、異物混入によって発生する
ボールミルの異常振動状態を早期に検出することができ
、しかも長期間に亘って高い信頼性を有する異常振動監
視装檻な得ようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明は前述の目的を達成するために、ローデイングユ
ニットに変位信号を検出する変位検出センサと、上部リ
ングの回転防止治具にトルク信号を検出するトルク検出
センサを設け、両センサからの信号のうち少なくとも一
方の信号を用いて異常振動の識別をするようにしたもの
である。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて我明する。

第１図は本発明の実施例に係るボールミルの異常振動監
視装置のブロック図、第２図はボールミルの縦断面図、
第３図は変位検出センサの取付状態を示した第２図の２
部を拡大した詳細図、第４図はトルク検出センサの取付
状態を示した断面は第５図は給炭量とベースプレート加
速度の関係を示す特性図、第６図および第７図は振動数
とベースプレート加速度とモータ出力軸トルク変動のパ
ワスペクトル密度の関係を示し、振動発生の各段階にお
ける周波数スペクトルの特性曲線図、第８図および第９
図は振動モードを示す説明図、第１０図は異常振動発生
時の粉砕ボールの挙動を示す説明図、第１１図は変位検
出センサからのＮ２シリンダ変位と特出１０関促を示す
特性面に１図、％’　１２図はトルク検出センサからの
スパイダアームひずみパワスペクトル密度と振動数の関
係を示す特性曲線図、第１３図は振動レベルとミルレシ
オのＥ、係を示す特性曲線図、第１４図はボールミルの
斜些図である。

以下本発明の実施例について説明するが、それ以前に発
明者眸が行なった異常振動現数の実験データと分析結果
について紹介する。

異常振動は石炭内に異物が混入して発生する基金と、Ｗ
ｌ、５図に示すように炭秒によっては給炭ふ。

を増やすと発生する場合がある。

第５図はベースプレート４５（第２図）の振動・レベル
と給炭量の関係を示したもので、図中一点餅線Ａはａ炭
、実線Ｂはｂ炭、破線ＣはＣ炭の実験データを示す。

ａ炭では一点か籾Ａで示すように給炭量が４５ｔ／ｈ以
上になると振動レベルが急激に増加し、給炭量が標本運
転値である５　２　ｔ／ｈになると通常の振動レベルの
３倍程度に増加する。

これに対し実＃Ｂ、破線Ｃで示すｂ炭及びＣ炭では給炭
量にほとんど関係なくほぼ一定である。

この様に炭種と異常振動の因果関係は解明されていない
点が多いが、石炭のかたさ、含有水分等に依存するもの
と考えられる。

さて、異常振動が発生した場合、第５図に示すように振
動状態は図中りで示す発生初期領域を境にして発生前領
域Ｅと発生後領域Ｆの三つの領域に分けられる。これら
の各領域り、Ｅ、Ｆにおける振動周波数スペクトルの一
例として、ベースプレート４５　（菌２図）の加速度及
びモータ４１（Ｈ２図）の出力軸４２（第２図）のトル
ク変動の実験データを第６図および第７図に示す。

第６図および第７図において実線Ｇは第５図の発生初期
領域Ｄ、発生前領域Ｅの実験データ、破線Ｈは第５図の
発生後領域Ｆの実験データである。

発生初期領域り１発生前領域Ｅでは実線Ｇで示すように
ほとんど同じであったが、発生後領域Ｆでは破、ＩＨで
示すよ５に２５　Ｈｚ付近にピークが現われた。

第８図及び第９図はこれらの振動の発生源である下部リ
ング３１−シャフト４４系の１次、２次の振動モードを
示す。１次モードは第８図に示す様に下部リング３工が
軸対称の形で基準ＭＩに対して変形線Ｊのように曲がる
モードで固有振動数　゛は約２２　Ｈｚ、また２次モー
ドは笛９図に示すよ５にシャフト４４が基準線Ｉに対し
て変形線Ｊのように変形することによる曲げ成分にとね
じり成分りが連成するモードで固有振動数は約２５　Ｈ
１であった。

従って、異常振動時には第９図で説明したシャフト４４
による曲げ成分にとねじり成分りによって２次モードが
励起されていることになる。

第１０図は異常振動で支配的となる２次モードが励起さ
れる原因を示したものである。

上部、下部リング３４，３１の間には粉砕ボール３２が
介在され、粉砕ボール３２０個数はボール１個分はどス
ペースが生じるように配置されている。

従って、通常の粉砕時には各粉砕ボール３２゜３２間に
適当なスペースが生じているので自転。

公転が行なわれるために第９図の様な２次モードは発生
しない。

しかしながら第１０図に示す様に異物９０が混入した場
合や、粉砕すべき石炭量が多くなって粉砕ボール３２の
ころがり抵抗が増大すると、第１０図に示すように粉砕
ボール３２．３２同志が接触するようになる。この場合
、隣接する粉砕ボール３２．３２間の接触面での力の向
きは第１０図に矢印Ｍで示すよりに互に反対であること
から粉砕ボール３２０回転が拘束され、粉砕ボール３２
と下部リング３−１の間ですべりが生じるようになる。

そのため、第９図に示した２次モードが励起されるので
ある。

第３図および第４図は本発明の一実施例になる変位検出
センサおよびトルク検出センサの取付状態を示している
。

第３図および第４図において、Ｎ！シリンダ３３には変
位検出センサ３５が取付けられ、上部リング３４０回転
防止用治具であるスパイダ３６．スパイダガウジング３
７．スパイダアーム３８に＆１ひずみゲージ、ロードセ
ルなどのトルク検出センサ３９が取付げられている。

第３図のＩ’ｔ２シリンダ３３の変位信号は変位検出セ
ンサ３５によって検出されるが、Ｎ！シリンダ３３の変
位は大別して、時間とともに緩やかに変化する成分（以
下ＤＣ成分と言う）と、その成分を中心として高サイク
ルで変動する成分（以下ＡＣ成分と言う）とからなり立
っているが、第１１図は異物混入時のＮｓシリンダ３３
の変位信号の原波形及びＤＣ成分のデータである。

一方第４図の上部リング３４のトルク信号はトルク検出
センサ３９によって検出されるが、粉砕ボール３２が順
調にころがり運動をしている場合には下部リング３１の
トルクが上部リング３４に伝達しにくいが、粉砕ボール
３２が異物の楔作用によってころがり運動を拘束されて
下部リング３１との間にすべりを生ずる、つまり下部リ
ング３１のトルクが上部リング３４に伝達しゃすくなる
と異常振動が発生する。第１２図は上部リング３４に作
用するトルクをスパイダアーム３８のトルク検出センサ
３９で検出したものである。

第１２図の実線Ｏで示すように振動発生前領域（第５図
の領域Ｅ）では明瞭なピークは生じていないのに対し、
第１２図の破線Ｐで示す振動発生初期領域（第５図の領
域Ｄ）には２５　）ｌｚ　付近に鋭いピークが生じてお
り、上部リング３４に作用するトルク信号は異常振動の
発生を予知するための高感度なパラメータであることが
わかる。

第１図は本発明の異常振動監視装置のブロック図である
。

第１図において、Ｎ！シリンダ３３の振動変位は変位検
出センサ３５で検出され、その出力信号は動ひずみ計１
００で増幅された後、ローパスフィルタ１０１によって
ＡＣ成分が除去され、ＤＣ成分のみとなる。このＤＣ成
分のみとなった信号はピーク検出器１０２を経て比較器
１０３に送られ、基準信号発生器１０４かも出力される
設定値と比較され、ＤＣ成分信号が設定値を越える、す
なわち限界値相当の信号のレベル以上であれば、判別器
１０５から警報発生器１０６に信号を送って異物混入を
知らせる。

一方、スパイダアーム３８のトルク検出センサ３９Ｖｃ
より異常振動発生の判定を行なうためＫは、第１２図に
示したパワスペクトルの特徴を考慮すると、次式に示す
パラメータＩを用いる方式で最も高精度が期待できる。

Ｉ　＝　Ｉｌ／　Ｉ・ ここで工ｌは２５　Ｈｚ　　成分のピーク高さ、Ｉｏは
信号の実効値で、パワスペクトルの全面積に相当する。

　−トルク検出センサ３９からの信号は動ひずみ計１０
７で増幅された後、２つに分れる。１つはバンドパスフ
ィルタ１０８を経由して２５　Ｈｚ　成分のみとなり、
他の１つはバンドパスフィルタ１０８をバイパスする。

この、２つの信号を用いて演算器１０９でパラメータエ
の演算を行ない比較器１１０に送られる。

基準信号発生器１１１から出力される設定値と比較され
判定器１０５に入る。

判定器１０５は、スパイダアーム３８のトルク信号、Ｎ
２シリンダ３３の変位信号についての比較器１０３，１
１０からの出力結果をもとに、異常振動の発生の有無、
発生した場合の原因の識別を行う。特に、振動発生の原
因が炭種に依存したものである場合は、ミルレシオコン
トローラ１１２にミ、ルレシオの低下を命する信号を発
する。

つまり、判定器１０５でスパイダアーム３８のトルク信
号とＮ２シリンダ３３の変位信号の両者が閏飴を越えた
場合は異物混入による異常振動であり、即時にミル制御
器１１３によってミルを停止して異物を除去する必要が
ある。また、スパイダアーＪ−３８のトルク信号のみが
閾値を越えた場合は炭種に依存した異常振動である。こ
の場合は運転条件の変更により、異常振動を防止するこ
とができる。第１３図は運転条件変更の効果を表わす一
例として、ミル内滞留微粉炭量に対する微粉炭搬送空気
■の比であるミルレシオを変えた場合の振動レベルの変
化を示すものである。従来のミル制御方式ではミルレシ
オは一定であったが、異常信動が発生したａ炭の場合に
はミルレシオを下げて、ベースプレート加速度が通常振
動レベルバンド幅（図中の斜線）に入れることによって
振動レベルも低下し、ミルレシオの低下が振動防止に有
効であることがわかる。なお、この際、微粉炭粒度も若
干低下する傾向にあり、この点も考慮してミルレシオを
変化させる必要がある。

〔発明の効果〕

本発明は異物混入によって発生するボールミルの異常振
動状態を早期に検出することができるのでボールミルの
破損を未然に防止することができ、しかも異常振動を少
なくすることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発咀の実施例に係るボールミルの異常振動監
視装置のブロック図、第２図はボールミルの縦断面図、
第３図は変位検出センサの取付状態を示した第２図の２
部を拡大した詳細図、第４図はトルク検出センサの取付
状態を示した断面図、第５図は給炭量とベースプレート
加速度の関係を示す特性図、第６図および第７図は振動
数とベースプレート加速度とモータ出力軸トルク変動の
パワスペクトル密度の関係を示し、振動発生の各段階に
おける周波数スペクトルの特性曲線図、第８図および第
９図は振動モードを示す説明図、第１０図は異常振動発
生時の粉砕ボールの挙動を示す説明図、第１１図は変位
検出センサからのＮ２シリンダ変位と時間の関係を示す
特性曲線図、第１２図はトルク検出センサからのスパイ
ダアームひずみパワスペクトル密度と振動数の関係を示
す特性曲線図、第１３図は振動レベルとミルレシオの関
係を示す特性曲線図、第１４図はボールミルの斜視図で
ある。 ３１・・・・・・下部リング、３２・・・・・・粉砕ボ
ール、３３・・・・・・ローディングユニット、３４・
・・・・・上部り／グ、３５・・・・・・変位検出セン
サ、３６．３７・・・・・・回転防止治具、３９・・・
・・・トルク検出センサ、４１・・・・・・モータ、４
３・・・・・・減速機。 第３図 第４図 第５図 會 第６図 宋 〒 第７図 宋 〒 第９図 第１０図 ”　　　　７１１ 第１１図 −８寺　　間　　（禾（ハ） 第１２図 ？ 第１３図 ご ゛ぐ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 動力源から減速機を介してトルクにより回転する下部リ
   ングと、ローディングユニットにより加圧された上部リ
   ングとの間に挟持されて自転、公転運動をしながら固体
   を粉砕するボールとからなるボールミルにおいて、前記
   ローディングユニットに変位信号を検出する変位検出セ
   ンサと、上部リングの回転防止治具にトルク信号を検出
   するトルク検出センサを設け、両センサからの信号のう
   ち少なくとも一方の信号を用いて異常振動の識別をする
   ようにしたことを特徴とするボールミルの異常振動監視
   装置。