JPS6219254A - 異常振動防止型ボ−ルミル - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は石炭等の固形物を粉砕する装置に係り、特に粉
砕時の異常振動を防止し、かつ装置の負荷追従性を向上
させるボールミルに関する。

〈従来の技術及びその問題点〉 固形物を粉砕する大型の粉砕装置はセメント工業を始め
として種々の分野に於いて幅広く使用されているが、最
近、火力発電所や、その他の事業所用の大型ボイラを設
置したプラントにおいてもこのような大型の粉砕装置が
多数設置される傾向にある。これは、ボイラに使用する
燃料の需給事情の変化によるものであり、具体的には従
来使用していた石油（重油）への依存度を低下させ、他
の燃料、特に固形燃料たる石炭への転換を図っているた
めである。

ここで、石炭は石油と比較して燃焼性が悪いため、例え
ば２００メツシュ通過量７０％程度の微粉に粉砕して燃
焼性、制御性を向上させるようにしている。つまり、こ
のように微粉化することにより、石炭の比表面積は増大
し、単位体積当たりの燃焼時間は短縮されて制御性は向
上する。また燃焼の際には先ず微粉炭中の揮発分が燃焼
し、続いて固形分が燃焼するという過程を経るが、粒径
が小さい程この移行を円滑かつ短時間に行うことができ
る。

第５図は石炭を粉砕する装置のうち、ボールミルと称す
る粉砕装置の概略について示す。図中、モータ（回転数
一定）１１の回転力はシャフトＩＯを介して減速機５に
伝達され、本体１２内に配置した下部リング２はシャフ
ト４を介してこの減速機５により所定の回転数で回転す
る。一方、上部リング（固定式）■に対しては押圧手段
としてＮ２等の気体を使用したシリンダ１３が配置しで
ある。これら下部リング２と上部リング１との間には複
数個の粉砕用ボール３が配置してあり、回転する下部リ
ング２と固定しである上部リング１との相対的な動きに
より、これらのリングに沿って公転すると共に自転を行
う、この状態の装置に対して、給炭管１４からは石炭が
供給され、上部リング１、下部リング２及び粉砕用ボー
ル３がら成る粉砕部に落下する。粉砕部においてはこれ
ら三者の相対的な運動により石炭は粉砕され、装置本体
１２内に圧送された空気により装置内を上昇し、ガイド
ベーン１６により旋回力を与えられて分級器２７に流入
する。分級器内ではこの旋回力により分級がおこなわれ
、大径の粒子は自重により分級器２７の内周面に沿って
下降し、小径の粒子は搬送気体と共に送炭管１５により
、バーナ等所定の装置に対して気流輸送される。

以上の形式のボールミルにおいて、装置の運転時におい
て通常の振動レベルに比較してそのレベ囃 ルが極端に上昇する状態（以下「異常振動」と称する）
が生じることがある。この状態が生じると外部に対して
大きな騒音を発することになり、騒音公害となるのみで
なく、装置自体が損傷する虞れも多分にある。

次に、このような異常振動が生じる原因について具体的
に考察する。異常振動は被粉砕物たる石炭中に石、鉄屑
などの異物が混入している場合の外に炭種によっては給
炭量を増加した場合に生じることが知られている。第６
図はベースプレート６（第５図参照）の振動レベルと給
炭量（定格値に対する比を用いた負荷率であらゎす）の
関係を示したものであるが、炭種Ｂでは負荷率が９０％
以上になると振動レベル（ベースプレート加速度）が急
激に増加し、１００％出方時には通常出力の３倍程度ま
で増大している。これに対し、炭種Ａでは振動レベルは
負荷率とは殆ど係わりなく一定である。このような、振
動現象と石炭の物性との関係については今までのところ
不明の点が多いが、石炭の硬度、含有水分率等がファク
ターの一つになっているものと考えられる。

以上のような異常振動に対する防止策としては前記押圧
手段としてのシリンダ１３の加圧力の調整を行ったり、
搬送空気量の調節を行う等の制御方法が考えられるが、
いずれも問題の根本的な解決にはならず、かつこの方法
を実施すると所定の粉砕性能を保持することが一般的に
困難になるという問題がある。

〈本発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み構成したものであり、装置
の異常振動を効果的に防止することができ、かつ粉砕性
能が向上し、さらに、負荷応答性も向上させることので
きる粉砕装置を提供することを目的とする。

〈本発明の概要〉 要するに、本発明は下部リングの回転数と振動との間に
一定の関係が存在することに着目し、下部リングの回転
数が可変になるよう構成し、かつ回転数制御装置により
この回転数を、異常振動の生じない範囲に置くよう構成
した装置である。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例につき図面を用いて具体的に説明
する。

本発明者等は、本発明を構成するに当たり以下のような
実験を行った。この実験につき先ず具体的に紹介し、実
施例に至る。

第１図はミル回転数比と、装置の振動レベル比、微粉炭
の微粉粒度、装置の動力比との関係を、装置の負荷率を
３５％と７５％の二連りに分けて行った実験結果を示す
線図である。図中・による線図は７５％負荷を、○によ
る線図は３５％負荷を各々示す。先ず、ミル回転数を１
００％負荷から約２０％低下させると３５％負荷、７５
％負荷の何れにおいても振動レベルは約１／２に低下す
ることが分かった。また、微粉炭の粒度は同様にミル回
転数を約２０％低下させると７５％負荷の場合にはやや
低下するがその変化は小さく、３５％負荷の場合にはむ
しろ上昇する傾向を示す。以上のようにミル回転数を約
２０％低下させた際に、動力比（モータの消費動力の比
率）は７５％負荷の場合には殆ど変化が無いのに対して
、３５％負荷の場合には約２０％減と大幅に低下する。

以上の実験結果から、ミル回転数比、具体的には下部リ
ングの回転数が、ボールミルの振動レヘルに対して太き
（影響することが判明した。これに加えて、微粉炭粒度
の低下や、消費動力の増大といった運転上の不利益を招
くことなく装置の振動数レベルを低下できる回転数領域
が存在すること、より積極的には、負荷率によっては振
動レベルを低減させると共に粉砕性能の向上、動力費の
低減の両方を達成し得る回転数域が存在することも判明
した。ここで、従来のボールミルはもとよりこのような
回転数を配慮した設計とはなっておらず、従って状況に
応じて装置の回転数を制御することはできない。

本発明は上述の実験結果に基づいて、装置の回転数を制
御可能に構成し、異常振動が生ぜず、かつ最適な効率を
保持するよう回転数の設定を行い、装置の回転数をこの
設定値に対応するよう制御する制御部を取りつけたこと
を基本とする。

先ず、回転数可変の構成自体については公知の　　　　
　　Ｃ方法を利用することにより構成すればよい。具体
的には第５図におけるモータ１１の電源の周波数を可変
にすることにより、モータ１１の回転数自体を可変にし
、これにより下部リング２の回転数を可変にする。この
外には減速機５に対してスパイラルベベルギアなどの変
速機構を組み込むなどの方法が考えられる。

第３図はこの回転数可変機構を前提とした制御装置の制
御系統図を示すが、この制御を行うためには、ミル運転
中に実際に生じている振動を正確に検知することが前提
となる。先ずこの振動の検知方法に付いて具体的に説明
する。

異常振動と被粉砕物たる石炭の種類との関係は前述のよ
うに不明の点も多いが、上部、下部の各リングに加わる
トルクと異常振動との関係については、発明者等が別途
行った実験からかなり詳しく判明している。すなわち、
第１０図において、通常の粉砕時には下部リング２と上
部リング１との間に挟持されたボール３の各々の間には
適当な間隔があり、各ボールは自由に自転、公転を行う
ことができる。しかし、石炭中に異物が混入したり、負
荷が上昇して粉砕すべき石炭の量が増加するとボールの
転がり摩擦が上昇し、ボール全体の公転、自転が不均一
になり、同図に示す様に各ボールが接触してしまう。各
ボールは接触面に於いて互いに回転方向が逆になるので
、相互に回転を阻害し、滑りを生じたりして回転が滑ら
かでなくなる。この結果、本来であればボールの滑らか
な転勤により下部リングの回転トルクは吸収されてしま
うが、このような状態になると下部リングの回転トルク
の相当量が上部リングに伝達されてしまう。またこのよ
うに上部リングに一定量以上のトルクが伝達されるよう
になると異常振動が発生することが分かった。従って上
部リングのトルクを検知すれば異常振動の発生を予知す
ることができる。

第９図及び第１０図は上部リングのトルク検知装置を示
す。符号３５はシリンダ１３に取りつけた変位検出セン
サ、３６は上部リングの回転を防止するスパイダ、３７
はこのスパイダを係止するスパイダハウジング、３８は
スパイダアーム、３９はこのスパイダアーム３８に取り
つけた歪ゲージなどのトルク検出センサである。この構
成の装置において、例えば、下部リング２が矢印の方向
に回転していると、ボールは相対運動により、この回転
方向と逆の方向に回転する。従って、例えばボール３ａ
に対して異物９０が噛み込むと、このボール３ａは自転
、公転とも困難になり、後続のボールが相互に密着位置
してしまう。このような状態になると下部リング２のト
ルクが上部リング１に伝達されるようになる。このトル
クは直接的にはスパイダアーム３８に対する曲げ応力と
して作用するので、歪ゲージ３９によりこの曲げ応力を
検知して上部リングに加わったトルクを検知しする。

次に、第３図に戻って、動歪計１７は歪ゲージ３９によ
り検知されたトルク信号を増幅する作用をする。また、
バンドパスフィルタ１８は異常振動発生時に顕著となる
周波数成分のみを通過させる役目を果たす。次に、バン
ドパスフィルタ１８を通過した信号は整流器１９により
実効値に変換される。この信号を演算機２０により、予
め設定しておいた闇値と比較し、闇値を超えていれば電
源周波数コントローラ２１に指令信号を発してモータ電
源２２の周波数を変化させ、モータ１１（第５図参照）
の回転数を制御する。これにより異常振動を事前に予知
し、その発生を防止する。

なお、この場合ミル制御装置２３からの信号を制御の補
正値として入力する。

以上に示した回転数制御方法は異常振動防止の観点から
構成したものであるが、併せて、装置の粉砕性能を向上
できれば更に効果的である。

粉砕面からみた最適の回転数は、第１図の線図からも分
かるように装置の負荷率に依存し、その傾向としては、
第７図の如くなる。すなわち、装置の負荷率が低い程最
適回転数も小さくなる。第８図はこの傾向を考慮して構
成した回転数制御の一例を示すフローチャートである。

先ず、粉砕装置の回転数Ｒを定格に設定する。

次に、この回転数Ｒに基づき、現在の給炭量（負荷率）
により、最適回転数Ｒｏｐｔを算出する。一方センサに
より装置の振動レベルＡｐを読み込み、振動レベルＡｐ
が許容値以下であるか否かを判断し、許容値以上であれ
ば回転数を低下させ、最終的に定格回転数Ｒを最適回転
数Ｒｏｐｔに等しくする。

第２図は微粉粒度及びベースプレート加速度（装置の振
動状態）とミルレシオとの関係について実験を行った結
果を示す。ここでミルレシオとはミル本体内に残留する
微粉炭量に対する微粉炭搬送空気量の比率をいう。この
実験からミルレシオが低下すると振動も低下し、ミルレ
シオを調節することにより異常振動の発生を防止するの
が可能であることが判明した。但し、ミルレシオを低下
させると、微粉粒度も低下するのでこの方法を単独で実
施するのは好ましくなく、上述の制御回路内に組み込み
、回転数制御と併用するのが好ましい。

く効果〉 本発明は以上の構成となっているので、装置の回転数を
制御することにより、異常振動の発生を事前に防止する
ことができる。

また、異常振動の発生防止と、粉砕効率の両方から回転
数を設定することができるので粉砕性能の低下が防止で
き、場合によっては向上することもできる。

さらに、消費動力の増加が防止でき、場合によっては低
下させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は動力レベル比、微粉粒度及び動力比とミル回転
数比との関係を示す線図、第２図は微粉粒ｍｌ及びベー
スプレート加速度とミルレシオとの関係を示す線図、第
３図は本発明の実施例を示す制御系統図、第４図はスパ
イダアームの歪のパワースペクトル密度と振動数との関
係を示す線図、第５図はボールミルの断面図、第６図は
二種類の炭種におけるベースプレート加速度と負荷率と
の関係を示す線図、第７図は最適粉砕回転数比と負荷率
との関係を示す線図、第８図は本発明装置の制御方法の
一例を示すフローチャート、第９図は変位検出センサの
取りつけ状態を示すＮ２シリンダの側面図、第１０図は
トルク検出センサの取り付は状態を示す上部リングの平
面図である。 ｌ・・・上部リング　２・・・下部リング３・・・粉砕
用ボール　　５・・・減速機１１・・・モータ　　　３
６・・・スパイダ３９・・・トルク検出センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転する下部リングと、固定した上部リングと、
   この両リングに挟持されかつ下部リングと上部リングと
   の相対運動により転動する複数個の粉砕用ボールとから
   なる粉砕部で固形物を粉砕するものにおいて、モータ、
   減速機から成る下部リング回転用動力系の出力を可変に
   することにより下部リングの回転数を可変に構成し、か
   つ装置の振動レベルを検知するセンサ、および下部リン
   グの回転数を制御する制御部を設け、このセンサの信号
   に基づき制御部において下部リングの回転数を制御し、
   装置の異常振動が発生するのを事前に防止するよう構成
   したことを特徴とする異常振動防止型ボールミル。
2. （２）前記振動レベルを検知するセンサを、上部リング
   に取り付けたトルク検出センサとしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載の異常振動防止型ボール
   ミル。
3. （３）前記制御部の回転数制御のパラメータとして装置
   の振動レベルにの外にミルレシオを付加したことを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）または第（２）項記載の
   異常振動防止型ボールミル。