セメントミル駆動システムにおけるカップリング：英国で最も要求の厳しい産業環境に対応するエンジニアリング精度

セメントミル駆動システムにおけるカップリング：英国で最も要求の厳しい産業環境に対応するエンジニアリング精度

英国全土におけるセメント粉砕用途向けのギアカップリング、スネークスプリングカップリング、ユニバーサルカップリングを網羅した、詳細な技術および商業ガイド。

ボールミル一次駆動装置 - 高速カップリング位置

従来のセメントボールミル設備では、主駆動カップリングが主誘導モーターの出力軸をミル減速ギアボックスの高速入力に接続します。この位置は、低速ステージと比較して、比較的高い回転速度（モーターの極数構成に応じて通常740～1,480rpm）と適度なトルクレベルが特徴です。この位置での主な性能要件は、精密な動的バランス調整（ミルによる励振を受ける機械列に振動を追加しないようにするため）、標準的なギアボックス入力ハウジング寸法と互換性のあるコンパクトな物理的筐体、および直接オンライン始動時にモーターの電気的トルクスパイクが直接伝達されないようにするための信頼性の高いねじり柔軟性です。この位置用に構成されたギアカップリングは、通常、両端にハーフカップリング設計を採用し、中央のスペーサーチューブで接続されています。スペーサーチューブの長さは、個々のプラントレイアウトにおけるモーターとギアボックスの中心線寸法によって決まります。メンディップヒルズの採石および加工クラスターにある英国のいくつかのセメント工場では、ギアボックスのアライメントを乱すことなくモーターローターを引き抜いて巻き直しができるように、スペーサー構成のギアカップリングを採用しています。

ギアボックス出力からミルトラニオンへ ― 超高トルク低速カップリング

セメントボールミルの中央ピニオンまたはトラニオン駆動部とギアボックス出力軸を接続する低速カップリングは、セメント製造工程全体において最も要求の厳しいカップリング用途と言えるでしょう。内径が4メートルを超えるミルでは、この位置での出力トルクは日常的に50万Nmを超え、テムズ河口域の大手英国メーカーが運営するような、クリンカーからセメントまでを一貫生産する大規模設備では、200万Nm近いトルクも珍しくありません。このような高トルクレベルでは、わずかなミスアライメントでも深刻な問題となります。なぜなら、発生するベアリング力がミルのトラニオンベアリングの早期破損を引き起こし、交換に莫大な費用と時間を要するからです。そのため、この位置のギアカップリングは二重の役割を果たします。すなわち、膨大な機械的動力を最大限の効率で伝達すると同時に、ギアボックス自身の熱膨張や基礎の動きがミルのベアリングハウジングに伝わるのを防ぐ精密な絶縁要素としても機能するのです。ミクロン単位の公差で製造された、歯冠形状の形状こそが、単一のコンパクトな機械アセンブリでこの二重機能を実現することを可能にしている。

立形ローラーミル（VRM）用 ― 角度駆動用ユニバーサルカップリング

英国のセメント工場では、エネルギー効率の向上を目指し、原料粉砕工程や仕上げ粉砕工程でボールミルに取って代わりつつある垂直ローラーミル（VRM）が、独特のカップリングに関する課題を提起している。VRMの駆動機構は、水平モーターから直角ベベルヘリカル減速機を経て垂直シャフトを介して粉砕テーブルに動力を伝達する。モーター軸と減速機の入力軸が完全に一直線になっていない設置環境（改修プラント構成ではよくある状況）では、SWCシリーズのユニバーサルカップリングが、駆動トルクを伝達しながらミスアライメントを補正するために必要な角度の柔軟性を提供する。この用途におけるユニバーサルカップリングは、公称一直線に並んだ駆動系におけるギアカップリングの断続的なミスアライメント補正とは異なり、恒久的な角度偏向で動作する。そのため、適切に設計されたユニバーサルカップリングのクロスジャーナルベアリングアセンブリは、一定の角度偏向下での連続的なヘルツ接触荷重に耐えられるよう、潤滑間隔の延長とニードルローラーベアリング容量の強化が規定されている。ヨークシャーとイーストミッドランズにある、VRM研削回路を導入した工場では、ユニバーサルカップリングの仕様、特にジャーナルベアリング面積とクロスボア形状を慎重に選定することが、年間稼働率8,500時間以上という目標達成に大きく貢献したと報告している。

ローラープレス予備研削駆動部 - スネークスプリングカップリングによる振動減衰

従来のボールミルの上流にある複合粉砕回路で使用されるローラープレスでは、逆回転するローラー間の材料層が圧縮粒子破砕を受けるため、非常に不規則なトルクプロファイルが発生します。この脈動するトルクは、1回転ごとに平均値の30～50パーセント変動する可能性があるため、ローラープレス駆動はスネークスプリングカップリング技術の理想的な用途となります。JSAシリーズのスネークスプリングカップリング内のスプリング要素は、トルクのピーク時にエネルギーを蓄積し、トラフ時にそれを放出することで、ギアボックスとモーターにかかるトルク入力を効果的に平滑化し、接続されているすべての駆動コンポーネントが受ける周期的な応力範囲を低減します。ウェストミッドランズと南ウェールズ地域でローラープレス前粉砕回路を運用している英国のセメントメーカーは、ローラープレス駆動位置で剛性フランジカップリングからスネークスプリングカップリングに切り替えた後、ギアボックスの内部ギア側面ピッチング率が測定可能なほど減少したことを実証しており、その結果、ギアボックスのオーバーホール間隔が1.4～1.8倍に延長されました。

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シェフィールド東端に粉砕施設を運営し、サウスヨークシャー全域の建設プロジェクトに混合セメントや補助セメント系材料を供給している建材加工グループは、2024年初頭、直径3.8メートルのボールミルの駆動カップリングに繰り返し発生する信頼性の問題に直面し、Ever Power社に連絡を取った。既存のカップリングは、2017年の改修時に設置されたフランジ付きエラストマーディスクパックタイプで、18か月の間に3回ディスクパックの疲労故障が発生していた。故障が発生するたびに、冷却時間、調査、交換部品の調達、再組み立てを含めて約72時間の計画外の停止が必要となり、1件あたりの生産損失コストは推定28,000ポンドだった。

Ever Powerのアプリケーションチームは、シェフィールド工場から提供された駆動系データを精査しました。そのデータには、990 rpmで2,200 kWのモーター、出力速度18.5 rpm、公称出力トルク約1,130 kNmの単段減速ヘリカルギアボックス、および始動トルク係数が運転トルクの2.3倍であることが文書化されているミルが含まれていました。分析の結果、ディスクパックカップリングは、慣性に関連する始動トルク乗数を適切に考慮せずに当初指定されていたことが判明しました。そのため、通常の始動条件下では、定格疲労限界の約88%で動作しており、ミルの月15回の始動という運転パターンを考えると、十分な余裕がありませんでした。Ever Powerは、公称定格1,600 kNm、サービス係数2.8、PTFEリップシール付き密閉グリースキャビティを備えたカスタム寸法のGTCギアカップリングへの交換を推奨し、工場の年間メンテナンス間隔スケジュールに合わせた提案を行いました。

設置作業は、2024年12月の工場の計画的な冬季休業期間中に完了しました。Ever Power社は、組み立て済みでグリース塗布済みのカップリングを供給し、直接取り付け可能な状態にしたため、設置時間はわずか11時間に短縮されました。試運転開始から7か月が経過しましたが、シェフィールド工場ではカップリング関連の停止は一切発生していません。工場のエンジニアリングマネージャーは、ギアボックスの入力ベアリングにおける振動測定値も明らかに改善しており、これは摩耗して疲労したディスクパックアセンブリに代わるギアカップリングのトルク伝達特性がわずかに均一になったためだと述べています。