JP6834391B2 - 粉砕ローラの軸受異常検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に粉砕機の消耗品となる粉砕ローラの軸受異常検出装置及び方法に関する。

セメント原料、石炭、化学品などの固体を細かく粉砕し粉体とする粉砕機の一種として、回転テーブルと粉砕ローラを備えた竪型粉砕機がある。

図２は竪型粉砕機の説明図である。
竪型粉砕機１は、円筒状ケーシング２の下部において、減速機付きモータ３で駆動され回転する円盤状の回転テーブル１１と、その上面外周部を円周方向へ等分する箇所に油圧シリンダ等で圧接されて従動回転する複数個の粉砕ローラ１２を備えている。

そして回転テーブル１１の中心部へ供給された原料としての固体は、テーブル回転によりテーブル半径方向の遠心力を受けて、粉体物はテーブル上を渦巻き状の軌跡を描いてテーブル中心から外周部に移動する。
この外周部には、テーブル上を粉砕ローラ１２が圧接されて従動回転しているため、渦巻き線を描いた粒体は粉砕ローラ１２と回転テーブル１１との間へローラ軸方向とある角度を成す方向から侵入して噛みこまれて粉砕され微粉となる。

一方、ミル室の基部にはダクトによって熱風が導かれており、この熱風が回転テーブル１１の外周面とミル室の内周面との間の環状空間部から吹き上がることにより、微粉体は乾燥されながらミル室内を上昇し、熱風との混合体としてミル室上部の排出口から排出されて次の工程へ送られる。ミル室内から系外に排出されなかった粉体は、再び回転テーブル１１上に戻され、目標の粒サイズになるまで、繰り返し粉砕される。

竪型粉砕機は、遠心力により回転テーブルの中心から外周に向かって滑動する原料を一定時間、一定層厚となるように回転テーブル上に設けたダムリング６で保持して粉砕ローラと回転テーブルの間でなされる粉砕作用が行われている。
このとき粉砕ローラの粉砕面であるローラ外周面で、最も粉砕作用が行われる箇所は、過去の運転実績における摩耗の進行程度から判断すると、粉砕ローラの最大径辺り、換言するとダムリングの内周面に近い位置である。従って、粉砕ローラの粉砕頻度が最も高いのは粉砕ローラ大径部分直下の位置となる。
粉砕ローラは、ローラ軸の軸回りを自由回転する構成であり、ローラ軸端部と粉砕ローラの間に軸受が組み込まれている。

この軸受は回転ローラベアリングやすべり軸受けなどが適用されている。粉砕ローラと回転テーブルの間で粉砕物が粉砕されると、ローラ内部の軸受に作用する荷重は、軸受の幅方向で一定ではなく、粉砕時にローラ軸の長手方向に対して偏荷重が作用している。このとき軸受にも偏荷重が作用している。粉砕時に軸受に作用する衝撃荷重や、粉砕時の弾性層が起因となり、稼働中は粉砕ローラの加圧力が変動してミルの振動を起こすことがあり、粉砕ローラに作用する他種の荷重を軸受が支持している。従って、運転管理上の重要な部品となる軸受の使用過程で生じることがある摩耗や剥離など、軸受のダメージの進展状況を早期に知り、交換することが望ましい。

粉砕運転によって粉砕ローラの破砕面が磨滅するので、粉砕ローラを定期的に交換している。交換作業はローラ軸一式を粉砕機から取り外して、整備工場などで分解、再組立のメンテナンスを行っている。現状は、この分解時のみ軸受の損傷の有無を確認できる。損傷が確認されたとき交換している。仮に粉砕機の稼働中に軸受が破損した場合には、粉砕機を含む全体設備を停止しなければならず、操業停止などの損害が大きくなる。

従来の軸受の運転時の異常検出方法としてＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサー若しくは振動加速度センサーを用いて異常を検出する特許文献１、２に開示の技術がある。竪型粉砕機の現場においては、ＡＥセンサー若しくは振動加速度センサーをケーシング内部に取り付けているものがある。

特開２００６−７８２０３号公報 特開平６−２５８１９８号公報

通常、ケーシング内部は熱風と共に粉砕粒が上昇又は循環しており、稼働中はローラの回転状況や軸受の状態を直接診断することができない。このため粉砕ローラの回転状況や軸受の破損状況は、ケーシング外部のローラ軸端部の振動や振動による音の変化で故障を推定している。竪型粉砕機のケーシング内部にセンサーを取り付けていても、軸受とセンサーが離れているため、外部影響や減衰によって振動の特性を同定することが極めて難しい。稼働中は破砕音、破砕振動、破砕物の衝突音、駆動装置の回転音、ケーシング内の風音などの外部影響によって軸受の振動判断精度は大きく低下してしまう。特に軸受の初期損傷による回転異常音は、ケーシング内から発生する運転時の振動や振動による音に比べて小さく特定しにくいため、故障の診断は極めて困難であった。

そこで上記従来技術の問題点に鑑み本発明は、粉砕ローラ、特に軸受の初期異常を高精度で検出可能な粉砕ローラの軸受異常検出装置及び方法を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するための第１の手段として、本発明は、粉砕機の回転テーブル上を従動回転する粉砕ローラを前記回転テーブルから切り離して、減速回転する前記粉砕ローラの軸受の異常を検出可能な異常検出センサーを前記粉砕ローラ内に備えたことを特徴とする粉砕ローラの軸受異常検出装置を提供することにある。
上記第１の手段によれば、粉砕機による粉砕時の振動などの影響を受けることがなく、粉砕ローラと軸受のみの微小異常を精度良く検出することができる。

上記の課題を解決するための第２の手段として、本発明は、前記第１の手段において、前記異常検出センサーは、前記粉砕ローラが軸受を介して自由回転するローラ軸の内部であって前記軸受の直近に取り付け、前記軸受の異常振動を検出可能な振動センサーを含むことを特徴とする粉砕ローラの軸受異常検出装置を提供することにある。
上記第２の手段によれば、粉砕機による粉砕時の振動、距離減衰などの影響を受けることがなく、粉砕ローラ及び軸受の直近において粉砕ローラと軸受のみの微小異常振動を精度良く検出することができる。

上記の課題を解決するための第３の手段として、本発明は、前記第１又は第２の手段において、前記異常検出センサーは、前記粉砕ローラと、前記粉砕ローラが自由回転するローラ軸との間に取り付け、前記ローラ軸の軸回りを回転する前記粉砕ローラの回転速度を検出可能な速度センサーを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕ローラの軸受異常検出装置を提供することにある。
上記第３の手段によれば、粉砕機による粉砕時の振動などの影響を受けることがなく、粉砕ローラの直近において粉砕ローラの回転速度を精度良く検出することができる。

上記の課題を解決するための第４の手段として、本発明は、粉砕機の回転テーブル上を従動回転する粉砕ローラを前記回転テーブルから切り離して、減速回転する前記粉砕ローラの軸受の異常を前記粉砕ローラ内に備えた異常検出センサーで検出することを特徴とする粉砕ローラの軸受異常検出方法を提供することにある。
上記第４の手段によれば、粉砕機による粉砕時の振動、距離減衰などの影響を受けることがなく、粉砕ローラと軸受のみの微小異常を精度良く検出することができる。

上記の課題を解決するための第５の手段として、本発明は、前記第４の手段において、前記軸受の異常は、異常振動を含み、前記異常検出センサーは、振動センサーを含むことを特徴とする粉砕ローラの軸受異常検出方法を提供することにある。
上記第５の手段によれば、粉砕機による粉砕時の振動などの影響を受けることがなく、粉砕ローラ及び軸受の直近において粉砕ローラと軸受のみの微小異常音又は異常振動を精度良く検出することができる。

上記の課題を解決するための第６の手段として、本発明は、前記第４又は第５の手段において、前記軸受の異常は、前記粉砕ローラの回転数を含み、前記異常検出センサーは、前記粉砕ローラと、前記粉砕ローラが自由回転するローラ軸との間に取り付け、前記ローラ軸の軸回りを回転する前記粉砕ローラの回転速度を検出可能な速度センサーを含むことを特徴とする粉砕ローラの軸受異常検出方法を提供することにある。
上記第６の手段によれば、粉砕機による粉砕時の振動などの影響を受けることがなく、粉砕ローラの直近において粉砕ローラの回転速度を精度良く検出することができる。

粉砕ローラの軸受から伝わる振動を高精度で測定し、運転を停止することなく、振動発生の有無と発生場所、原因を推定することができる。従って、稼働中の竪型粉砕機の予期せぬ突発的な故障を事前に防止することができる。また計画的な粉砕作業を行うことができ、予期せぬ停止時の補修費用を削減できる。

本発明の粉砕ローラの軸受異常検出装置の構成概略図である。 竪型粉砕機の説明図である。 減速回転する粉砕ローラの回転・振動と時間の関係を示すグラフである。

本発明の粉砕ローラの軸受異常検出装置及び方法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

［粉砕ローラの軸受異常検出装置１０］
図１は本発明の粉砕ローラの軸受異常検出装置の構成概略図である。図示のように本発明の軸受異常検出装置１０は、異常検出センサー２０となる振動センサーを、粉砕機の回転テーブル１１上を従動回転する粉砕ローラ１２の内部に取り付けている。より具体的な異常検出センサー２０の取付け箇所は、粉砕ローラ１２が軸受１３を介して自由回転するローラ軸１４の先端であって、軸受１３を取り付けた箇所のローラ軸１４内部の中心部分に取り付けている。ローラ軸１４の中心軸に軸受１３のベアリング潤滑オイル給排管１５が設けられている場合には、この管内部に異常検出センサー２０を取り付けることができる。また、異常検出センサー２０と外部の表示部２２を結ぶ出力配線２４は、給排管又はローラ軸１４内部に設けられたエアーブリーザー管１６を通すことができる。
このような構成の異常検出センサー２０は、粉砕ローラ１２内であって、軸受１３を取り付けたローラ軸１４の中心部に取り付けているため、軸受１３に最も近い箇所で微小な異常振動を精度良く検出することができる。

次に別の異常検出センサーとなる速度センサー３０は、粉砕ローラ１２内となるローラ軸１４の軸端カバー１４ａの内部に取り付けている。より具体的な速度センサー３０の取付け箇所は、ローラ軸１４と軸端カバー１４ａの間の空間内であり、センサー本体をローラ軸１４先端に取付け、磁力片３２を軸端カバー１４ａの裏面に取付けている。軸端カバー１４ａは粉砕ローラ１２に取り付けているため、粉砕ローラ１２と共に軸受１３を介してローラ軸１４の軸回りを自由回転する。
このような構成の速度センサー３０は、センサー本体がローラ軸１４先端に固定された状態であり、粉砕ローラ１２と共に磁石片３２がローラ軸１４の軸回りを回転すると、磁石片３２がセンサー本体に近接したときに粉砕ローラ１２の回転速度を検出することができる。またケーシング内の気流の影響を受けることがなく、粉砕ローラの回転速度を直に検出することができる。
なお異常検出センサーは、粉砕ローラ内に複数個取り付けて、粉砕作業時の振動によるセンサー故障に対して補助、バックアップする構成とすると良い。

［粉砕ローラの異常検出方法］
上記構成による本発明の粉砕ローラの軸受異常検出装置を用いた軸受異常検出方法について、以下説明する。
稼働中の粉砕機の粉砕機の粉砕ローラ１２は、減速機付きモータによって回転する回転テーブル１１上で粉砕物を介して従動回転している。粉砕ローラ１２は油圧シリンダによってテーブル面に押し付けられており、粉砕物の供給量によって回転テーブル１１との距離が上下方向に変化する。油圧シリンダによって粉砕ローラ１２を上方へ移動させる（持ち上げる）と、回転中の回転テーブル１１から切り離されて回転力が伝わらず、数回転した後に停止する。一例として、実機の竪型粉砕機で回転中の粉砕ローラを持ち上げた場合、減速して停止するまでに１〜３回転する。本発明の軸受異常検出方法では、この減速回転から停止するまでの間の軸受の異常振動を振動センサーを用いて検出している。前述のように稼働中の破砕音、破砕振動、破砕物の衝突音、減速機付きモータの回転音などの外部影響を受けることなく、軸受の初期損傷による微小な異常振動を、軸受１３に最も近い箇所で検出することができる。また検出精度を上げるために、粉砕ローラの減速回転から停止までを複数回繰り返し行ってもよい。

異常検出センサー２０の検出値は、出力配線２４を介して外部の表示部２２で、数値、振動の波形などによって表示している。また表示部は、粉砕機の導入初期における粉砕ローラの減速回転から停止するまでの振動を基準データとしてメモリに記憶しておき、この基準データとその後の測定データと判定部により比較判定するように構成してもよい。またメモリには、定期的に検出した値を記憶させておき、判定部により経年劣化を管理、予測するように構成してもよい。
なお、粉砕ローラの持ち上げ寸法は、回転テーブルからの回転力が伝わらなくなる最短寸法で良い。持ち上げ角度が大きくなると軸受に作用する粉砕ローラの自重がラジアル荷重からスラスト荷重に移行して荷重の方向が異なり好ましくないからである。
また稼働中、粉砕物の供給量を停止したときに粉砕ローラと回転テーブルとの回転力が伝わらない竪型粉砕機の場合には、粉砕ローラを持ち上げなくても粉砕ローラが停止するため、粉砕作業中の影響を受けない状態で軸受の異常を検出できる。

別の異常検出センサーとなる速度センサー３０についても同様に、粉砕ローラの減速回転から停止するまでの回転速度を検出している。これにより軸受の初期損傷による回転速度の不具合を検出することができる。また検出精度を上げるために、粉砕ローラの減速回転から停止までを複数回繰り返し行ってもよい。
このような異常検出センサーとなる振動センサーと速度センサーを組み合わせて粉砕ローラの振動と回転速度を検出することにより高精度の異常検出を行うことができる。
図３は減速回転する粉砕ローラの回転・振動と時間の関係を示すグラフである。図中の一点破線は、稼働初期の運転時から減速時を経て停止するまでの粉砕ローラの回転・振動の大きさを示している。経年劣化などに起因して軸受の不具合が生じると、運転時には粉砕ローラの回転・振動の変動が大きく、減速時には僅かな振動が生じている。本発明の粉砕ローラの軸受異常検出方法によれば、粉砕時の振動の影響を受けることなく、減速時の僅かな振動を効果的に検出することができる。

このような本発明の粉砕ローラの異常検出装置及び方法によれば、粉砕ローラの軸受から伝わる振動を高精度で測定し、運転を停止することなく、振動発生の有無と発生場所、原因を推定することができる。

本発明は、スラグ、セメント、石炭、バイオマス等の原料を回転テーブルの回転に従動する粉砕ローラで粉砕する竪型粉砕機に特に有用である。

１………竪型粉砕機、２………円筒状ケーシング、３………減速機付きモータ、６………ダムリング、１０………粉砕ローラの軸受異常検出装置、１１………回転テーブル、１２………粉砕ローラ、１３………軸受、１４………ローラ軸、１５………ベアリング潤滑オイル給排管、１６………エアーブリーザー、２０………異常検出センサー、２２………表示部、２４………出力配線、３０………速度センサー、３２………磁石片。

Claims (6)

1. 粉砕機の回転テーブル上を従動回転する粉砕ローラを前記回転テーブルから切り離して、減速回転する前記粉砕ローラの軸受の異常を検出可能な異常検出センサーを前記粉砕ローラ内に備えたことを特徴とする粉砕ローラの軸受異常検出装置。
2. 前記異常検出センサーは、前記粉砕ローラが軸受を介して自由回転するローラ軸の内部であって前記軸受の直近に取り付け、前記軸受の異常振動を検出可能な振動センサーを含むことを特徴とする請求項１に記載の粉砕ローラの軸受異常検出装置。
3. 前記異常検出センサーは、前記粉砕ローラと、前記粉砕ローラが自由回転するローラ軸との間に取り付け、前記ローラ軸の軸回りを回転する前記粉砕ローラの回転速度を検出可能な速度センサーを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕ローラの軸受異常検出装置。
4. 粉砕機の回転テーブル上を従動回転する粉砕ローラを前記回転テーブルから切り離して、減速回転する前記粉砕ローラの軸受の異常を前記粉砕ローラ内に備えた異常検出センサーで検出することを特徴とする粉砕ローラの軸受異常検出方法。
5. 前記軸受の異常は、異常振動を含み、前記異常検出センサーは、振動センサーを含むことを特徴とする請求項４に記載の粉砕ローラの軸受異常検出方法。
6. 前記軸受の異常は、前記粉砕ローラの回転速度を含み、前記異常検出センサーは、前記粉砕ローラと、前記粉砕ローラが自由回転するローラ軸との間に取り付け、前記ローラ軸の軸回りを回転する前記粉砕ローラの回転速度を検出可能な速度センサーを含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の粉砕ローラの軸受異常検出方法。