KR20090073202A - 롤러 밀을 위한 안전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 롤러 밀(roller mill)을 위한 구동 시스템에 관한 것이다. 밀의 연속적인 이용성을 보장하도록, 2 개 이상의 구동부(10,11)들이 제공되는데, 적어도 2 개의 구동부(10,11)들은 롤러 밀의 완전한 분쇄 용량을 달성할 수 있다.

Description

롤러 밀을 위한 안전 시스템{Safety systems for roller mills}
본 발명은 롤러 밀(roller mill)을 위한 능동 잉여형(actively redundant) 구동 시스템으로서, 이것은 하우징, 분쇄 트랙(grinding track)을 가진 회전 분쇄 테이블, 분쇄 트랙상에서 구르는 분쇄 롤러들, 축방향 베어링(axial bearing) 및, 분쇄 트랙을 구동하기 위하여 기어 감속기 및 전기 모터로 이루어진 구동부를 포함한다.
롤러 밀(roller mill)들은 100 년 넘게 공지되어 있으며, 전세계에 걸쳐서 이용된다. 롤러 밀은 극히 광범위한 디자인으로 존재한다. 따라서, 예를 들면, 독일 특허 DE 153 958 C (1902)는 회전 분쇄 테이블을 가진 원추형 밀(cone mill)을 도시하는데, 회전 분쇄 테이블 위에는 8 개의 분쇄 원추부들이 스프링 압력을 받으면서 존재한다.
현대적인 밀(mill)은 높은 밀링 출력을 달성하도록 무거운 중량 및 큰 직경을 가지는 분쇄 롤러를 이용한다. 독일 특허 DE 198 26 324 C, 독일 특허 196 03 655 A, 및 유럽 특허 0 406 644 B 를 참조하기로 한다. 이러한 유형의 롤러 밀은 그것을 실시함에 있어서 극히 광범위한 수용성(acceptance)을 달성하였는데, 이는 디자인, 제어 및 에너지 경제성과 관련하여 상당한 장점이 있기 때문이다. 현대적 인 롤러 밀들의 주된 적용 분야는 시멘트 산업 및 석탄 연소 발전 플랜트이다. 시멘트 산업에서, 롤러 밀들은 클링커 분쇄(clinker grinding) 및 석탄 분쇄를 위해서 뿐만 아니라 가공하지 않은 시멘트 가루를 생산하기 위해서 이용된다. 회전 가마(rotary kiln) 및 생석회화 설비(calcining installation)들과 조합되어, 열교환기 및 클링커 냉각기(clinker cooler)로부터의 로(furnace) 배출 개스들은 분쇄 원료를 건조시키고 분쇄된 원료를 공압적으로 전달하도록 이용된다. 발전 플랜트에서, 석탄을 미세하게 분쇄하고, 만약 중간 벙커(intermediate bunker)의 이용 없이도 가능하다면 분쇄된 석탄을 분류 공기(classifier air)의 도움으로 보일러에 직접 공급하도록 롤러 밀이 이용된다.
물론 현대적인 롤러 밀조차도 사용시에 초래되는 마모를 겪게 된다. 따라서 밀은 유지 관리를 위해서 작동이 중단되어야 한다. 최근년에, 분쇄용 챔버 및 분쇄용 공구들의 유지 관리는 그러한 것들이 허용 가능한 시간 기간내에서 수행될 수 있는 정도로 최적화되었다.
현대적인 대형의 밀들은 최대 10 MW 의 구동 동력 레벨을 필요로 한다. 물론 결합된 베어링 및 구동부들, 특히 전동 장치들은 특별하게 설계되어야 한다. 전동 장치 하우징 안에 있는 치(teeth), 샤프트 베어링, 일체형 축 쓰러스트 베어링 및 그들의 지지부들은 특히 강한 하중을 받는다. 최대 6 MW 의 구동 동력 레벨에 대하여, 원형의 형상 때문에 원형의 분쇄 테이블에 정합되는 혹성 베벨 기어 전동 장치들이 종래 기술로서 설정되었다; 이들은 정적인 분쇄력 및 동적인 분쇄력을 기초부(foundation)에 전달한다. 독일 특허 출원 DE 35 07 913 A 또는 독일 특허 DE 37 12 562 C를 참조하기로 한다. 유체 동역학 및/또는 유체 정역학적인 윤활이 이루어지는 피봇 패드 베어링들이 축방향 쓰러스트 베어링으로서 이용된다. 독일 특허 DE 33 20 037 C를 참조하기로 한다.
이러한 디자인은 자체의 공간 및 자체 내부의 공간을 절감하지만, 현저한 단점을 가진다. 단지 하나의 구성 요소에서 문제가 발생하자마자, 전체 구동부가 해체되어야만 한다. 이와 관련하여 혹성 기어 전동 장치를 시각적으로 검사하는 것이 불가능하다는 점이 특히 단점인 것으로 증명되었다; 혹성 기어 전동 장치의 시각적 검사는 구동부가 완전하게 해체될 때까지 불가능하다. 이러한 구동부들은 특수한 디자인을 가지기 때문에, 대체 부품들의 조달은 그에 상응하여 긴 시간을 필요로 하며, 즉, 수주에서 수개월을 필요로 하며, 왜냐하면 대체 부품들을 재고로 두는 것은 특수한 디자인이라는 점에 기인하여 너무 비용이 많이 들기 때문이다. 이러한 점은 만족스럽지 않은 것이다.
종래 기술의 구동부 디자인의 다른 단점은 유지 관리 구동부(maintenance drive)라 불리우는 것으로서, 이것은 특정의 유지 및 수리 작동 동안에 분쇄 테이블을 회전시키지만, 주 전동 장치 자체가 기능하는 한에 있어서만 기능한다.
당연히, 이러한 부적절함 및 단점을 제거하기 위한 제안들이 부족하지 않았다. 따라서, 독일 특허 DE 39 31 116 C 는 수직 축 둘레로 회전할 수 있는 분쇄 테이블을 가진 롤러 밀을 위한 구동 장치를 개시하는데, 이것은 분쇄 테이블의 하부 부분에 연결된 크라운 기어(crown gear)를 가진다. 더욱이, 2 개의 대각선으로 배치된 구동부들이 제공되는데, 그 각각은 구동 모터 및 기어 감속기로 이루어진다. 각각의 기어 감속기는 분쇄 테이블의 크라운 기어와 맞물린 2 개의 피니언들을 가진다.
독일 특허 DE 76 20 223 U에 개시된 것은 분쇄 테이블 아래에 위치된 링 기어(ring gear)를 가진 롤러 밀이다. 밀 하우징의 베이스에 고정된 4 개의 유압 모터들의 피이언들은 링 기어와 맞물린다.
이러한 다중-모터 구동부 개념의 이론적인 장점에도 불구하고, 이들은 실제에 있어서 수용성(acceptance)을 얻을 수 없었다. 그 이유는 전기 모터들 및 전동 장치를 가진 구동부들과 비교하여 효율성이 낮고, 유압 구성 요소들의 유용성이 낮으며 수명이 짧기 때문이다. 2 중 구동부 개념은 작동중에 상당히 과도한 토크가 발생되기 때문에 수용성을 받아들일 수 없으며, 과도한 토크는 전동 장치에 파괴점까지 과부하를 초래할 수 있다. 더욱이, 구동부의 고장시에 밀의 작용을 필요한 용량(capacity)으로 지원할 수 없었다.
본 발명의 목적은 전체적인 공정을 중단하지 않으면서 구동부에 대한 유지 및 수리 작업을 수행할 수 있는, 롤러 밀을 위한 구동 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 능동 여분형(actively redundant) 시스템을 통해서 달성되는데, 여기에서 적어도 2 개의 구동부들의 연속적인 유용성은 2 개 이상의 구동부들을 제공하는 것에 의해서 보장되며, 적어도 2 개의 구동부들은 롤러 밀의 필요한 분쇄 출력을 산출한다.
본 발명의 구동 시스템의 제 1 장점은 하나의 구동부가 고장났을 때 적절한 용량으로 밀의 작용을 계속시키는 능력 덕분에 그 유용성이 향상된다는 것이다.
제 2 장점은 각각의 구동부가 오직 밀 구동 동력의 일부만을 공급할 필요가 있다는 것이다. 이것은 전기 모터들 및 전동 장치들이 표준적인 구성 요소로서 제작될 수 있다는 것을 의미한다. 최초로, 구동부들 또는 구동부 구성 요소들을 경제적인 방식으로 저장하는 것이 가능하여, 신속한 교체가 가능하다.
본 발명에 따른 개념의 제 3 장점은 낮은 출력을 가진 전동 장치들이 높은 출력을 가진 전동 장치보다 높은 감속 비율로써 구성될 수 있다는 사실에 기초한다. 이것은 고속의 전기 모터들이 구동부를 위해서 이용될 수 있다는 장점을 다시 가진다. 고속의 전기 모터들은 저속의 같은 동력을 가진 전기 모터들보다 현저하게 더욱 콤팩트하다. 이것은 크기 및 중량의 감소를 더욱 허용한다.
본 발명 개념의 제 4 장점은 소형 전기 모터들 및 소형 전동 장치들이 작은 관성 모멘트를 가지고, 따라서 대형 유니트들보다 역동적(dynamic)이라는 점에서 알 수 있다. 따라서 제어 시스템은 분쇄 과정의 요건들에 보다 신속하게 반응할 수 있다.
본 발명 개념의 제 5 장점은 유지 관리 구동부(maintenance drive)로서 알려진 것을 제거하는 것이다. 유지 관리 구동부의 임무는 주 구동부들중 하나가 넘겨받을 수 있다.
본 발명 개념의 제 6 장점은 전동 장치의 배치 및 구성에 대한 시각적인 검사를 분해 없이도 수행할 수 있게 한다는 것이다.
개별 구동부들의 피니언들이 맞물리는 크라운 기어(crown gear)가 바람직스럽게는 플랜지(flanging) 또는 캐스팅(casting)에 의한 분쇄 팬(grinding pan)의 일부이다. 치(teeth)는 내측 치 또는 외측 치일 수 있다.
각각의 구동부가 오직 하나의, 바람직스럽게는 틸트(tilt) 가능한 피니언을 구비하는 것이 유리하다는 점을 알게 되었다. 따라서 독일 특허 DE 39 31 116 C 에 개시된 개념에서 발생될 수 있는 것과 같이 손상을 주는 과도한 토크들은 제외된다.
구동부들의 전기 모터들은 주파수 변환기(frequency converter)들에 의해 동력을 받는 것이 유리하며, 주파수 변환기의 도움에 의해서 속도 및 토크들이 제어된다.
주파수 변환기들은 마스터/슬레이브(master/slave) 원리를 이용하여 조직되는 것이 유리하다. 이것은 모든 구동부들이 동기화하여 작동하는 것을 보장한다.
본 발명의 안전 시스템의 바람직스러운 구현예에 따르면, 3 개 또는 그 이상의 구동부들이 제공되며, 여기에서 반경 방향의 힘이 가능한 한 대칭적으로 크라운 기어에 작용하는 것을 보장하도록 주의가 기울여진다. 이와 관련하여, 현장에서의 공간 요건에 따라서 속행시키는 것도 가능하다. 더욱이, 구동부들의 중단이 오직 유지 관리 또는 수리 작용 때문에 발생될 필요는 없다; 대신에, 분쇄 출력이 덜 필요할 때 개별의 구동부들을 중단시키는 것이 가능하다.
현재 통상적으로 이용되는 슬립 링 모터(slip-ring motor) 대신에, 표준적인 비동기 전기 모터들이 이용되는 것이 유리하다. 비동기 모터들은 특히 구조가 단순하고 튼튼하며, 그것의 2 극 설계에서 최고의 출력 속도를 가지고 따라서 동일한 출력에 대해서 가장 작은 크기를 가진다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따라서, 각각의 구동부는 운반부(carriage)상에 장착된다. 이러한 방식으로, 구동부를 활성화시키고 비활성화시키는 것이 특히 용이하다.
구동 모터들은 수직으로 배치되거나 또는 수평으로 배치될 수 있다. 수직의 배치에서, 전동 장치의 베벨 기어 단계(bevel gear stage)가 제거된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여, 2 개의 구현예들에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 도면들은 개략적으로 도시되어 있다.
도 1 은 롤러 밀(roller mill)을 단면도로 도시한 제 1 예이다.
도 2 는 도 1 의 롤러 밀의 평면도이다.
도 3 은 롤러 밀의 제 2 구현예를 평면도로 도시한 것이다.
제 1 롤러 밀은 도 1에서 순수하게 개략적인 단면도로 도시되어 있고, 도 2 에서는 평면도로 도시되어 있다. 도면에 도시된 것은 하우징(1)으로서, 그 안에는 분쇄 트랙(2)을 가진 분쇄 테이블(7)이 축 베어링(axial bearing, 4)에 회전 가능하게 장착되어 있다. 분쇄 롤러(3)들은 분쇄 트랙(2) 위에서 구르게 되며, 분쇄 롤러들의 표면 압력은 유압 클램핑 실린더(hydraulic clamping cylinders)로써 커넥팅 로드(connecting rod, 6)들의 보조로 발생된다.
크라운 기어(crown gear, 5)는 분쇄 테이블(7)과 기계적으로 연결된다. 연결 은 나사 또는 용접에 의해 이루어질 수 있다. 크라운 기어(5)를 분쇄 테이블(7)상에 직접적으로 구성하는 것도 가능하다.
전기 모터(10) 및 기어 감속기(11)로 이루어진 다중 구동부(multiple drives)들이 밀 하우징(mill housing, 1)의 둘레에 분포된다. 전동 장치(11)는 베벨 기어 감속기(bevel gear reducer)로서, 베벨 기어 감속기의 출력 피니언(12)들은 자체 조절(self-adjusting)되는 것이 바람직스러우며, 크라운 기어(5)와 맞물린다.
도 2 는 밀 하우징(1)의 둘레에 분포된 베벨 기어 감속기(11) 및 전기 모터(10)들로 이루어진 6 개의 구동부들의 평면도를 도시한다. 전기 모터들은 수평 축들로써 설치되어 있다.
도 3 은 대안의 구현예를 도시한다. 여기에서, 구동 모터(10)들은 수직으로 설치됨으로써, 통상적인 전동 장치에 의해 요구되는 베벨 기어 단계(bevel gear stage)가 제거된다. 전동 장치(11')는 순수하게 스퍼어 기어 감속기(spur gear reducer)이다. 전기 모터(10)는 주파수 변환기 앞에 있는 표준 비동기 모터(standard asynchronous motor)인 것이 유리하며, 본 발명의 구현예에서는 홈(trench) 안에 설치된다.
하나의 구동부가 고장났을 때, 나머지 구동부들은 방해받지 않고 계속 작동되며, 또한 필요한 분쇄 출력을 산출한다. 운반부(13)에 장착되었다면, 고장난 구동부는 분쇄 과정을 중단시키지 않고 떼어낼 수 있다. 구동부들이 고정된 장착부를 가졌다면, 분쇄 공정을 잠깐 중단하는 것만으로 충분하다. 이러한 짧은 기간 동안 에, 분쇄된 재료는 중간의 벙커(intermediate bunker)로부터 취해질 수 있어서, 전체적인 공정, 예를 들면 회전 가마(rotary kiln)에 있는 시멘트의 제조 또는 발전 플랜트에 분말화된 석탄을 공급하는 것이 중단될 필요가 없다.
본 발명은 시멘트 제조 또는 발전 플랜트에서 롤러 밀로서 이용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 하우징(1), 분쇄 트랙(grinding track, 2)을 가진 회전 분쇄 테이블(7), 분쇄 트랙(2)상에서 구르는 분쇄 롤러(3)들, 축방향 베어링(4) 및, 분쇄 트랙(2)을 구동하기 위하여 전기 모터(10) 및 기어 감속기(11,11')로 이루어진 구동부를 포함하는, 롤러 밀(roller mill)을 위한 능동 잉여형(actively redundant) 구동 시스템으로서,
    적어도 2 개의 구동부(10,11,11')들의 연속적인 이용 가능성이 2 개 이상의 구동부(10,11,11')들의 배치에 의해 보장되고, 적어도 2 개의 구동부(10,11,11')들은 롤러 밀에서 필요한 분쇄 출력을 산출하는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    크라운 기어(crown gear, 5)는 분쇄 테이블(7)과 결합되고, 각각의 구동부들은 크라운 기어(5)와 맞물린 하나의 피니언(12)을 가지는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    피니언(12)들은 자체 조정되는(self-adjusting) 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
    전동 장치(11')는 단일 단계의 스퍼어 기어 감속기(single stage spur gear reducer) 또는 다중 단계의 스퍼어 기어 감속기(multi stage spur gear)인 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    전동 하우징은 치의 맞물림을 평가하기 위한 점검 개구(inspection opening)을 가지는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
    각각의 구동부는 운반부상에 장착되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 3 개의 구동부들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항의 어느 한 항에 있어서,
    구동부들은 가능한 한 대칭적으로 크라운 기어(5)에 작용하는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 있어서,
    전기 모터(10)들은 비동기 모터들인 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
    고속의 전기 모터(10)들이 이용되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항의 어느 한 항에 있어서,
    전기 모터(10)들은 수직으로 장착되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항의 어느 한 항에 있어서,
    주파수 변환기(frequency converter)가 부하의 균형(load balancing)을 위해서 전기 모터(10)와 결합되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항의 어느 한 항에 있어서,
    주파수 변환기는 분쇄 트랙(2)의 속도와 맞추기(match)되기 위해서 전기 모터(10)와 연계되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    주파수 변환기들은 마스터/슬레이브 원리(master/slave principle)를 이용하여 조직되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항의 어느 한 항에 있어서,
    고도의 다이나믹 제어 시스템(highly dynamic control system)이 이용되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
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