JPH04371240A - ローラミルのローラアーム支軸装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転するテーブルと粉
砕ローラにより、石炭等の固体燃料、石灰石、セメント
クリンカあるいは各種化学製品の固体原料を微粉砕する
ローラミルに係わり、特に粉砕ローラを片持ちばり的に
独立に支持・加圧するローラミルにおいて、低負荷操業
条件下で振動・騒音の発生を防止するローラアーム支軸
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚ボイラでは、低公害燃焼（低ＮＯ
ｘ、灰中未燃分低減）や広域負荷運用が行われ、それに
伴い微粉砕機（ミル）も性能向上が要求されている。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
かく粉砕するミルの一つのタイプとして、回転するテー
ブルと複数個のローラで粉砕を行う竪型のローラミルが
広く用いられるようになり、最近では代表機種の一つと
しての地位を固めつつある。

【０００３】この種のミルは、円筒型としたハウジング
の下部にあつて、電動機で駆動され減速機を介して低速
で回転する略円板型の粉砕テーブルと、そのテーブルの
外周部の上面において円周方向へ等分する位置へ油圧あ
るいはスプリング等で圧加されて回転する複数個の粉砕
ローラを備えている。テーブルの中心へシユートより供
給された被粉砕原料は、テーブル上において遠心力によ
りうず巻状の軌跡を描いてテーブルの外周へ移動し、テ
ーブルの粉砕レース面と粉砕ローラの間にかみ込まれて
粉砕される。

【０００４】ミルハウジングの下部には、ダクトを通し
て熱風が導かれており、この熱風がテーブルとハウジン
グの間にあるエアスロートから吹き上がつている。粉砕
後の粉粒体は、エアスロートから吹き上がる熱風によつ
てハウジング内を上昇しながら乾燥される。ハウジング
の上方へ輸送された粉粒体は、粗いものから重力により
落下し（１次分級）粉砕部で再粉砕される。

【０００５】この１次分級部を貫通したやや細かな粉粒
体は、ハウジングの上部に設けたサイクロンセパレータ
あるいはロータリセパレータ（回転分級機）で再度分級
される。所定の粉径より小さな微粉は気流により搬送さ
れ、ボイラでは微粉炭バーナあるいは微粉貯蔵ビンへと
送られる。分級機を貫通しなかつた所定粒径以上の粗粒
は、テーブル上へ落下し、ミル内へ供給されたばかりの
原料（塊炭）とともに再度粉砕される。このようにして
、ミル内では粉砕が繰り返され、製品微粉が生成されて
いく。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ローラミルを低負荷で
運用しようとする場合、負荷の切り下げにおいて問題と
なるのはミルの振動である。この振動現象は複雑であり
、詳細なメカニズムまで明らかにされている訳ではない
が、炭層とローラのすべりに起因する一種の摩擦振動（
不連続非線形振動の代表として知られるステイツク・ス
リツプ運動）であると考えられる。振動のタイプとして
は振動源をはつきりと特定できないことから、また振動
の変位波形がスパイク状にとがることから、自励振動の
一種と考えることができる。

【０００７】通常の石炭では、図１４に示すように、低
負荷運用時（ミル内におけるホールドアツプの少ない条
件）にこの振動が激しくなるが、石炭種によつてはかな
りの高負荷運用時にも発生することがある。このような
振動を起こしやすい石炭の粉砕性は良好なものから、か
なり悪いものまで様々である。従つて、石炭の粉砕性の
みで振動を起こしやすいか否かを予め予測することは一
般に難しい。

【０００８】図１５は、振動時における粉砕ローラの支
持構造を断面図として示したものである。このタイプの
ローラミルでは、個々の粉砕ローラ１３０１がローラア
ーム１３０２に片持ち支持ばりのように保持される。ス
トツパ装置１３１５とストツパ受け座１３１６が、ロー
ラアーム１３０２の下方への動きを拘束することによつ
て、粉砕ローラ１３０１の粉砕面と、粉砕リング１３１
５の上面側表面に相当する粉砕レース１３１６の間には
設定ギヤツプδが設けられている。

【０００９】このギヤツプδは、石炭の無い空回転時に
おいて、粉砕ローラ１３０１と粉砕レース１３０６がメ
タルタツチするのを防ぐためのものである。このタイプ
の加圧支持構造を粉砕ローラに適用したローラミルには
、メタルタツチ回転によつてローラアーム１３０２をは
じめとする粉砕ローラの加圧・保持機具が損傷しやすい
という問題がある。

【００１０】一般に高負荷粉砕時には、粉砕ローラ１３
０１が大量の原料をかみ込み、粉砕ローラ１３０１の下
に厚い圧縮粉層１３０９が生じるため、粉砕ローラ１３
０１はローラ回転軸１３０３を回転軸として持ち上げる
。この状態においては、粉砕ローラ１３０１は首を振る
こともなく安定に回転し原料を粉砕する。

【００１１】図１３（ａ）には、この正常粉砕時におけ
るローラの振動変位を示す。ローラはほとんど振動せず
、極めて安定に回転していることが分かる。給炭が始ま
る起動時あるいは負荷上昇時などにおいて、粉砕ローラ
１３０１が原料を活発にかみ込む場合には、粉砕ローラ
１３０１はローラ回転軸１３０３を支軸として首を振る
ものの、この首振り動作において３個の粉砕ローラの動
きは同期しない（同位相運動とならない）。このときミ
ルは振動しかけるが、他の粉砕ローラの動きが同期しな
いために、その振動は卓越周波数が特定できないブロー
ドな強制振動的なものとなり、ミルの運用は妨げられな
い。

【００１２】一方、特に振動を起こしやすい石炭を低負
荷条件で粉砕する場合、図１５に示すように、粉砕ロー
ラ１３０１がかみ込む粉層の厚さと、初期設定ギヤツプ
δがほぼ同程度になり、粉砕ローラ１３０１の回転が著
しく不安定になる。すなわち、粉砕ローラ１３０１と粉
層が強く接触するときには粉砕ローラ１３０１に摩擦力
が働くものの、粉層１３０９が薄くなれば粉砕ローラに
は抵抗が作用せず慣性によつてのみ回転する、いわゆる
摩擦振動（ステイツク・スリツプ運動）状態となる。

【００１３】図１３（ｂ）には、この振動時におけるロ
ーラの振動変位の変動を示す。波形はスパイク状の非正
弦波であり、振動時に強い加速度の生じていることを伺
わせる。一つの粉砕ローラがこのような上下方向の振り
子状の動き（α）を起こしかけると、図１１に示すよう
に、振動が粉砕ローラ９０１→粉砕ローラの支持装置→
ハウジング９０２→粉砕ローラ９０３（もしくは９０４
）へと伝播する。ローラ支持装置をハウジングに固定す
る構造のミルでは、薄肉円筒穀であるハウジングには衝
撃が伝わり、ハウジングが損傷するおそれがある。

【００１４】一方、ハウジングを保護するため、ハウジ
ング１００２とローラ支持台１００５を切り離した図１
２のような構造においても、粉砕ローラ１００１で起き
かけた振動は、回転テーブル１００７から直接（１００
ａ）、もしくは回転テーブル１００７→減速機１００８
→ベースメント１００６の経路（１００ｂ）で、もしく
はローラアーム１００３→支軸１００４→ローラ支持台
１００５→ベースメント１００６の経路（１００ｃ）で
、他の粉砕ローラへと伝播する。

【００１５】以上から、ミルの振動を粉砕部のハードウ
エアの工夫によつて抑止しようとするには、３個の粉砕
ローラが同期して動くこと、すなわち同位相運動を阻止
することが肝要であることが分かる。

【００１６】本発明の目的は、以上のような考え方に基
づき、粉砕ローラが同期して首を振つたり、あるいは上
下振動する動きを防止し、振動を起こすことなく広域負
荷あるいは多炭種での運用を可能にするローラミルのロ
ーラアーム支軸装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記した問題を解決する
ために、本発明では以下のような手段を採用する。ロー
ラごとにローラ断面中心軸とローラアーム支軸間の距離
、すなわちローラの振り子運動の長さを変化させる。 この場合ローラごとに各ローラのアーム長さと、支軸を
ハウジングに固定する支軸支持台の大きさを変化させる
ことにより、ローラの振り子運動の長さを変化させる。 各ローラのアーム長さが変化しても、各ローラの実行粉
砕荷重が等しくなるように、ローラごとの初期設定荷重
（加圧装置ベース）を調整する。

【００１８】

【作用】ローラごとにローラの振り子運動の長さを変化
させれば、振動を起こしかけた各ローラの上下方向の振
幅や周波数が異なつてくる。すなわち、振り子運動アー
ムが長ければ、振幅は大きいもののその周波数は低くな
る。これに対し、振り子運動のアームを短くすると振幅
は小さく高い周波数の動作となる。以上のような作用に
よつてローラの振動はランダムとなり、ローラが同位相
で（同期して）振り子運動するのを防止できるようにな
る。

【００１９】このようにして、ローラの動きを互いにキ
ヤンセルさせれば、図１４に示したような振動発生域で
ミルを運用させなければならない状況でも、振動を起こ
しかけても微弱な強制振動へと抑制される。従つて、機
器の損傷へ至るような激しい自励運動への成長を防止で
きるようになる。

【００２０】

【実施例】本発明の特徴は、粉砕ローラのローラアーム
における支軸装置の構造にあるため、はじめにこれを説
明し、ミルの全体構成については後述する。

【００２１】図２に粉砕ローラの支持構造を示す。粉砕
ローラ２０１は、シヤフトを内装したローラアーム２０
２に片持ちばりのように支持される。ローラアーム２０
２の付け根側には、上方へせり出すように加圧レバー２
０３が設けられており、この加圧レバー２０３を前方へ
押し出すように加圧装置２０４から粉砕荷重が与えられ
る。ローラアーム２０２の付け根側の下部には支軸２０
６があり、この支軸２０６は、ハウジング２０５に固定
されている支軸ホルダ２０７によつて支えられている。

【００２２】また、ローラアーム部の最下部には突起状
のストツパ２０８が設けられている。粉砕ローラ２０１
と粉砕レース２１３がメタルタツチしないように、圧縮
紛層２１６が薄くなるような条件において粉砕ローラ２
０１が下がり過ぎるとこのストツパ２０８がストツパ受
け座２０９に当たる構成になつている。

【００２３】このような片持ちばりタイプの支持構造の
ローラにおいて、首振り長さ（あるいは振り子状運動の
スパン）Ｌは、図２に示したように、支軸２０６と粉砕
ローラ２０１の断面中心軸２１８の距離（ただしローラ
回転軸２１７に平行）により定義される。

【００２４】本発明の特徴は、粉砕ローラごとにこの首
振り長さＬを変化させることにある。図２におけるＬ１
　は、同一ミル内の３個の粉砕ローラの中で中間（標準
）的なものである。図３の粉砕ローラにおける首振り長
さＬ２　は３個の粉砕ローラの中で最も短く、図４のＬ
３　は最長である。

【００２５】本発明の実施例においては、この首振り長
さＬを、各粉砕ローラのローラアームの長さを変えるこ
とにより異ならせる。そして各粉砕ローラ間の首振り長
さＬの最大偏差を３０％とする。Ｌに余り差がないと（
例えば３％未満）、Ｌの違いがローラ下における圧縮粉
層厚さの変動にキヤンセルされてしまう。一方、Ｌを長
くし過ぎる構造は、粉砕ローラとハウジング間の距離が
限定されているため、寸法上不可能である他に、著しい
不釣り合い振動を起こすおそれがある。

【００２６】また、Ｌを異ならせるべくローラアームの
長さを変えると、加圧装置（図２では２０４）における
設定圧力が同一であつても、支軸２０６を支点とするい
わゆる、てこの原理により粉砕ローラが圧縮粉層２１６
に与える実効粉砕荷重が粉砕ローラごとに違つてくる。 そのため、ローラアームの長さの偏差を考慮に入れて、
加圧装置における初期設定圧力を調整するようにする。

【００２７】次に、粉砕ローラのローラアーム支軸装置
を搭載したローラミルの全体構成を図１に基づいて説明
する。ミル上部の中心軸上にある原料供給管（センター
シユート）２から原料１が供給され、ミルの下部で回転
する回転テーブル３上に落下する。回転テーブル３上の
被粉砕原料には遠心力が働き、回転テーブル３の外周に
ある粉砕リング１３上へ送給されて、この粉砕リング１
３の上面に刻設された断面が略円弧状の粉砕レース１４
上で、粉砕ローラ４により圧縮粉砕される。

【００２８】粉砕されて生成した粉粒体は、スロートベ
ーン１８の間を貫通してミル内へ吹き込まれる熱風１７
により乾燥されながらミル上方へと輸送される。かなり
粗い粒子は、重力により回転テーブル３上に落下し、粉
砕部で再粉砕される（１次分級）。この１次分級部を貫
通した粒子群は、回転分級機２０により遠心分級される
（２次分級）。比較的粗い粒子は、遠心力でハウジング
１１の内壁へ飛ばされ、重力により落下し再粉砕される
。細かな粒子は、回転分級機２０の羽根の間を貫通し、
製品微粉として製品微粉排出ダクト２２から排出される
。石炭の場合は、微粉炭バーナへ直接送られるか（熱風
１７が燃焼用１次空気となる）もしくは貯蔵ビンへ回収
される。

【００２９】図５には、回転テーブル下部の減速機（ギ
ヤボツクス）において測定した加速度の周波数分布に関
して、（ａ）本発明の実施例と、（ｂ）従来技術の結果
を比較して示す。 （ａ）の本発明の実施例における周波数分布では、卓越
周波数がはつきりせず、そのピークも低く、極めてブロ
ードな形状になつている。

【００３０】この特性からも、本発明を具体化したロー
ラミルの粉砕部が自励振動していないことが明らかであ
る。同一ミル内における各粉砕ローラの振り子状動作の
振幅や周波数を異ならせるべく、ローラアームの首振り
長さを粉砕ローラごとに変化させたことによる効果が生
じたものと考えられる。各粉砕ローラの動きが同期しな
いため、互いに相殺し合う振り子状運動がランダムにな
り、軽微な不規則振動すなわち強制振動の類になつたも
のと予測される。

【００３１】（ｂ）に示したように、従来技術の場合に
は、ピークの高い卓越周波数が存在することが分かる。 振動波形が歪んでいるため、倍調波のように次第にピー
クの低くなる卓越周波数が現れる。このように、特定の
周波数で減速機が規則正しく振動することは、粉砕ロー
ラが同位相で激しく自励振動していることを示すもので
ある。

【００３２】図６は、首振り長さＬを長くした場合にお
ける粉砕ローラ５０１の振動を模式図として示したもの
である。Ｌが長い場合、圧縮粉層５０８上における粉砕
ローラ５０１の上下振動の振幅は、ローラアーム５０２
が長いためもあり、相対的（後述するようにＬの短い場
合に比べて）に大きく、振動の周波数は小さい。すなわ
ち、粉砕ローラ５０１が、低周波数で大きな振幅で振動
する訳である。

【００３３】図７は、図６の例とは逆に、粉砕ローラ５
１０の首振り長さＬが短い場合における粉砕ローラ５１
０の動きを描いたものである。この場合、粉砕ローラ５
１０の上下振動の振幅は、図６の例に比べて低くその振
動の周波数は高い。

【００３４】図８は、ミル内石炭ホールドアツプに対す
る振幅の変化をまとめ、本発明の実施例（図１ないし図
４）と無対策の従来技術（図１５）における特性を比較
したものである。縦軸の振幅δ０　Ｃ　＊　は、定格負
荷（Ｗ／Ｗ＊　≦１）における振幅δ０　Ｃ　＊　で割
られて無次元化されている。一方、横軸のホールドアツ
プＷは、ミルが定格給炭量で運用されたとき（定格負荷
）のホールドアツプＷ＊　で割られて無次元化されてい
る。

【００３５】この実験結果は、振動を起こしやすい石炭
を粉砕したときに得られたものである。無対策例では、
低負荷帯（Ｗ／Ｗ＊　≦０．２５）において著しく振幅
が大きいのに対し、本実施例の場合には、振幅の大幅な
低減が確認された。本実施例の場合でも、Ｗ／Ｗ＊　≦
０．２５において高負荷時に比べて振幅がやや大きくな
るが、これは前述したように、強制振動の１タイプであ
ると考えられる。

【００３６】図９は、給炭量に対する製品微粉粒度の変
化を示したものである。縦軸の粒度ｑは、定格給炭量Ｑ
Ｃ　＊　のときの従来式ミルにおける基準微粉粒度ｑ＊
　で割られて相対値として表されている。横軸の給炭量
Ｑも、ＱＣ　＊　で割られて無次元化されている。横軸
の給炭量ＱＣも、ＱＣ　＊　で割られて無次元化されて
いる。一般に、ＱＣ　／ＱＣ　＊　の減少に伴い製品微
粉の粒度は細かくなり、ｑ／ｑ＊　は増加する。しかし
、本発明で対象としたような片持ちばり式のローラミル
においては、粉砕ローラを粉砕レースから浮かすため（
メタルタツチ防止のため）のストツパが作用し、ｑ／ｑ
＊　がＱ／Ｑ＊　≦０．４でピークに達したあと減少す
る傾向がある。

【００３７】本発明の実施例では、従来技術と比較して
、製品微粉の粒度がほとんど同等であることが判明した
。つまり、本発明で具体化した程度の粉砕ローラ支軸部
の改良（振動抑止についての）では、粉砕性能に大きな
違いが出ないことが分かる。

【００３８】図１０は、ローラアームの長さを異ならせ
た各粉砕ローラの摩耗量を長期間におよぶ使用の後に比
較したものである。摩耗量は相対値として表しているが
、差は僅か数％以内であり、ローラアームの長さを変え
たことによる有意差とは考えにくい。従つて、本発明の
ように各粉砕ローラの首振り長さを異ならせても、粉砕
ローラごとの摩耗量に大きな違いの生じるような異常粉
砕が生じてないことが分かる。

【００３９】本実施例のローラアーム支軸装置を搭載す
るローラミルは、一例として説明した石炭焚ボイラ用の
ミルに限らず、 １）同じ固定燃料であるオイルコークス用のミル２）脱
硫用の石灰石を微粉砕するためのミル３）鉄鋼スラグや
非鉄精練スラグを微粉砕するミル４）セメントクリンカ
を微粉砕するセメント仕上げ用のミル ５）各種化学製品の原料を微粉砕するミルへもほぼその
まま適用することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係るローラミルのローラアーム
支軸装置によれば、以下の効果を奏することができる。 （１）ローラのすべりに起因するミルの振動を防止でき
る。これによつて、ミル自身を含む各種機器類の耐久性
が向上する。また、火力プラント全体の信頼性が高まる
。 （２）低負荷運用が可能となり、ミルの最低負荷をさら
に切り下げることができる。これによつて、ボイラの運
用範囲が拡大する。低負荷運用域において石炭専焼が可
能になることから、助燃用燃料油の消費量を低減できる
。従つて、火力プラント全体をより経済的に運用できる
ようになる。 （３）粒子が偏平に破壊しやすく、より激しい振動を起
こしやすい石炭、ローラやレースへ付着しやすい石炭、
あるいは単位重量当たりの発熱量が高くミルが低負荷運
用になりがちな石炭でも、振動を起こさない運用が可能
になる。このようにして、火力プラントへ適用可能な石
炭の範囲が大幅に拡大する。 （４）振動の抑止は、加圧力、テーブルや回転分級機の
回転速度を制御することによつても可能である。しかし
ながら、加圧機構もアキユムレータの分割配置等によつ
て高価になるし、モータも大型のものを低効率の条件で
使わざるを得なくなる。また制御系自体も複雑なものと
なる。これに対し本発明は、粉砕部のハードウエアのみ
の工夫で振動を抑制する装置であるので、トータルコス
ト低減の観点からは大変有利になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るローラアーム支軸装置を搭載した
ローラミルの全体構成図である。

【図２】ローラアーム支軸装置の構成図である。

【図３】ローラアーム支軸装置の構成図である。

【図４】ローラアーム支軸装置の構成図である。

【図５】ローラの動きの比較特性図である。

【図６】ローラの動きを示す模式図である。

【図７】ローラの動きを示す模式図である。

【図８】ミル内石炭ホールドアツプに対する振幅の変化
の比較特性図である。

【図９】給炭量に対する製品微粉粒度の変化の比較特性
図である。

【図１０】粉砕ローラの摩耗量の比較特性図である。

【図１１】従来例の問題点を説明するための模式図であ
る。

【図１２】従来例の問題点を説明するための模式図であ
る。

【図１３】ローラの振動変位の比較特性図である。

【図１４】無次元化したミル内石炭ホールドアツプに対
する振動振幅の特性図である。

【図１５】従来例に係るローラアーム支軸装置の構成図
である。

【符号の説明】

１　　原料 ２　　原料供給管 ３（代表；以下同様）　　回転テーブル４　　粉砕ロー
ラ ５　　ローラアーム ６　　ローラ回転軸 ７　　アームレバー ８　　加圧装置 ９　　支軸 １０　　支軸支持台 １１　　ハウジング １２　　テーブル回転軸 １３　　粉砕リング １４　　粉砕レース １５　　圧縮紛層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　平面上で垂直軸のまわりに回転する回
   転テーブルと、ミルハウジング側からアームにより片持
   ちばり的に支持され、粉砕レース上の被粉砕原料の粉層
   上に円周粉砕面を押圧されて回転する複数個の粉砕ロー
   ラとにより被粉砕原料を圧縮粉砕するローラミルにおい
   て、粉砕ローラの断面中心軸とアームの支持軸間の距離
   、すなわち振り子状運動域の長さを、粉砕ローラごとに
   異ならせたことを特徴とするローラミルのローラアーム
   支軸装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載において、当該振り子状
   運動域の長さを、それぞれ異なる長さのアームにより構
   成することを特徴とするローラミルのローラアーム支軸
   装置。
3. 【請求項３】　　請求項１記載において、各粉砕ローラ
   における当該振り子運動域の長さの偏差を、多くとも３
   ０％とすることを特徴とするローラミルのローラアーム
   支軸装置。
4. 【請求項４】　　請求項１記載において、振り子運動域
   の長さを異ならせた各粉砕ローラにおけるテーブル上の
   粉層に加わる実行荷重が等しくなるように、各粉砕ロー
   ラに加える設定荷重を調整することを特徴とするローラ
   ミルのローラアーム支軸装置。