(57)【要約】【課題】粉粒体などの輸送を扱う、ホッパー、シュート、輸送管の摩耗防止に用いられる保護ライナーの減肉量を遠隔かつリアルタイムに高精度での測定することを可能とする、ライナー減肉量検出用棒、減肉量検出機能を有するライナー及び機械部品並びに検出装置及び検出方法の提供。【解決手段】棒の内部に電気抵抗を有する線又は回路が棒の短くなる方向に複数かつ段階的に埋め込まれたことを特徴とするライナー減肉量検出用棒。棒の材質は樹脂又はゴムでも良く、ライナー材質の硬さに対しビッカース硬さの比で０．１〜１未満の金属、合金、セラミックス又はガラスの何れでも良い。ライナー減肉量検出用棒、記録装置及びそれらを接続するケーブルを有するライナー減肉量検出装置を用いて、遠隔でかつ、周期的又は連続的にライナーの減肉量に相当する棒の長さを測定することを特徴とする、ライナー減肉量検出方法。【選択図】　　　　図１
2004077252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒の内部に電気抵抗を有する線又は回路が棒の短くなる方向に５段以上かつ段階的に埋め込まれたことを特徴とするライナー減肉量検出用棒。
【請求項２】
棒の材質が樹脂又はゴムであることを特徴とする請求項１に記載のライナー減肉量検出用棒。
【請求項３】
棒の材質がライナー材質の硬さに対しビッカース硬さの比で０．１〜１未満の金属、合金、セラミックス又はガラスであることを特徴とする請求項１に記載のライナー減肉量検出用棒。
【請求項４】
棒の材質がライナー材質の腐食電位と同一でない金属又は合金で棒とライナーとの境界に絶縁皮膜を設けたことを特徴とする請求項３に記載のライナー減肉量検出用棒。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のライナー減肉量検出用棒をライナー内又はライナー間に配置することを特徴とする、減肉量検出機能を有するライナー。
【請求項６】
請求項５に記載のライナーを有することを特徴とする、減肉量検出機能を有する機械部品
【請求項７】
請求項１〜４の何れか１項に記載のライナー減肉量検出用棒、記録装置及びそれらを接続するケーブルを有することを特徴とする、ライナー減肉量検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の検出装置を用いて、遠隔でかつ、周期的又は連続的にライナーの減肉量に相当する棒の長さを測定することを特徴とする、ライナー減肉量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉粒体などの輸送を扱う、ホッパー、シュート、輸送管の摩耗防止に用いられる保護ライナーの減肉量を測定するライナー減肉量検出用棒、検出装置及び検出方法、並びに該減肉量検出用棒を有するライナー及びシュート、ホッパー、ダクト、ファン又はブロワーのローター及びケーシング等の機械部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、粉粒体などを輸送するホッパー、シュート、輸送管等においては、粉粒流れによる摩耗及び腐食によって内面の構成部材が減肉するため、保護ライナーを設置している。この保護ライナーは、減肉量に応じて、構成部材が摩耗する以前に交換するが、この交換時期の決定には、操業を停止して目視するか、あるいは肉厚測定などの点検作業が必要である。
【０００３】
特に、大量の粉粒体を扱う大型設備が広範囲に配置されて運転している鉄鋼業、セメント業、鉱業においては、この点検作業に人的、時間的な制約が生じており、莫大な経済的負担を強いられている。また、一般に粉粒体などを輸送する各種の装置、設備においては、その操業条件、運転条件の変化に応じて保護ライナーの摩耗速度や摩耗範囲が変化することから、連続的に常時あるいは比較的短周期で、かつ複数のライナーに対し一度にその減肉量を遠隔で監視することが要求されている。
【０００４】
このような課題に対し、残存肉厚の測定方法及びライナーの交換時期判定方法として、ライナー上を流れ落ちる粉粒体流れの衝撃力をセンサーで検知して、ライナーの摩耗状態を間接的に推測して取り替え時期を判定する方法が特開昭６３−２３８２０５号公報に開示されている。しかしながら、このような方法では、粉粒体の性状、例えば含水量やかさ密度、粒度分布などの変動がその判定にばらつきを生じさせ、判定精度が悪いという問題がある。
【０００５】
また、管内部に渦巻き状に埋め込まれた１本の電線の破断によって、その管の摩耗の進行を検出する管体が特開昭６３−３０００１８号公報、実開平０７−３２５４９号公報に開示されている。しかし、これらは摩耗位置の検出に有効ではあるが、一箇所の摩耗の経時的な進行の観察が不可能であり、ライナーの交換時期を精緻に求める必要がある場合には、機能が不十分である。
【０００６】
さらに、ライナーに垂直方向に貫通する孔を設け、その孔にライナー材質と同等の材質のプラグを挿入し、ライナーの摩耗度を測定する摩耗度測定用端子が特開平７−１２８０４３号公報に開示されている。このプラグによる摩耗度測定では、ボールミル装置の内部に立ち入らずにライナーの減肉量の測定が可能であるが、それでも、装置の機側まで立ち入る必要がある。
【０００７】
また、特開平７−１９０７０８号公報には、摩耗検出体として電気抵抗体又は電気導電体を取付けたプラグを装着したセラミックライニングが開示されている。しかし、電気抵抗体の摩耗はプラグと同等ではないため精度が悪く、また導電体の絶縁は、段階的な摩耗状況を把握できるに過ぎず、ライナーの寿命を精度良く予測できないという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、粉粒体などの輸送を扱う、ホッパー、シュート、輸送管の摩耗防止に用いられる保護ライナーの減肉量を遠隔かつリアルタイムに高精度での測定することを可能とする、ライナー減肉量検出用棒、減肉量検出機能を有するライナー及び機械部品並びに検出装置及び検出方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点を解決するために、以下の構成を採用した。
（１）　棒の内部に電気抵抗を有する線又は回路が棒の短くなる方向に５段以上かつ段階的に埋め込まれたことを特徴とするライナー減肉量検出用棒。
（２）　棒の材質が樹脂又はゴムであることを特徴とする（１）に記載のライナー減肉量検出用棒。
（３）　棒の材質がライナー材質の硬さに対しビッカース硬さの比で０．１〜１未満の金属、合金、セラミックス又はガラスであることを特徴とする（１）に記載のライナー減肉量検出用棒。
（４）　棒の材質がライナー材質の腐食電位と同一でない金属又は合金で棒とライナーとの境界に絶縁皮膜を設けたことを特徴とする（３）に記載のライナー減肉量検出用棒。
（５）　（１）〜（４）の何れか１項に記載のライナー減肉量検出用棒をライナー内又はライナー間に配置することを特徴とする、減肉量検出機能を有するライナー。
（６）　（５）に記載のライナーを有することを特徴とする、減肉量検出機能を有する機械部品。
（７）　（１）〜（４）の何れか１項に記載のライナー減肉量検出用棒、記録装置及びそれらを接続するケーブルを有することを特徴とする、ライナー減肉量検出装置。
（８）　（７）に記載の検出装置を用いて、遠隔でかつ、周期的又は連続的にライナーの減肉量に相当する棒の長さを測定することを特徴とする、ライナー減肉量検出方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。図１は、電気信号による減肉検出棒５を模式的に示したものである。１、２、・・・・ｎ個のループ回路を銅線にて、それぞれ棒の基準位置からループ先端までの長さがＬ１、Ｌ２、・・・・Ｌｎになるように等間隔に設け、各ループ回路に抵抗値Ｒの抵抗を並列に接続している。初期状態では、この並列回路の全抵抗値は、（１／ｎ）×Ｒであるが、減肉検出棒５がライナーの摩耗につれてＬ３まで短くなると、（ｎ−２）本のループ回路が摩耗により切断され絶縁となり、この並列回路の全抵抗値は、残る２つの並列なループ回路のみとなるため（１／２）×Ｒとなる。さらにＬ２を超えて摩耗が進行してくると、残るループ回路は１つになりこの回路の全抵抗値はＲとなる。
【００１１】
このように、減肉検出用棒が短くなるにつれ、埋め込んだ回路の抵抗値を段階的に変化させ、その抵抗値を電気信号として取り扱うことができる。また、回路を構成する線自体が抵抗を有する例えばニクロム線を用いれば、各ループにおけるニクロム線の太さとループ長さの比を一定にすることで抵抗Ｒを設置することなく、前述と同様な段階的な抵抗値の変化を電気信号として取り扱うことも可能である。
【００１２】
摩耗の進行速度を精度良く求めるには、ループ回路の段数は５段以上必要である。また、一定期間毎の摩耗速度の変化を詳細に検出する際には、ループ回路の段数を増すほど検出精度が向上するため、１０段以上とすることが好ましい。また、ループ回路の段数が多いと、コストが高くなり、また検出する電流値の取り扱いが煩雑になるため、上限を１００段程度にすることが好ましい。
【００１３】
ループ回路の先端の設置位置間隔ΔＬ（＝Ｌｎ＋１−Ｌｎ）は、等間隔にすると、取り扱いが最も簡易であり好ましい。しかし、摩耗初期段階又は減肉限界近傍の摩耗速度の検出精度を高めたい場合には、ライナー表面近傍又はライナーとホッパーの界面近傍に相当する位置においてΔＬが密になるように、ｎを指数関数的に、例えばΔＬ＝ｎ（−ｘ）（Ｘ＝任意）としてループ回路を設置しても良い。
【００１４】
減肉検出棒の材質は、樹脂、ゴム、金属、各種合金、セラミックス又はガラスの何れでも良いが、ライナーの摩耗の進行に対し減肉検出棒が選択的に残留せず、減肉検出棒の損耗をライナーの減肉と同等以上に進行させるために、減肉検出棒の材質の耐摩耗特性がライナー材質より劣っていることが好ましい。
一般にライナー材質は、耐摩耗性が強い金属、合金、セラミックスを使用するため、減肉検出棒の材質は、ライナー材質よりも耐摩耗性が劣り、かつ棒形状、細長い形状への加工が容易で安価な樹脂、ゴムを使用しても良い。
【００１５】
樹脂としては、温度、腐食、衝撃、振動など使用環境に応じて、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の選択が可能である。熱可塑性樹脂としてはポリエチレン、プリプロピレン、塩化ビニル、フッ素樹脂、メタクリル樹脂、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアミド（ナイロン樹脂）、ポリサルホン、ＰＰＯ、ポリイミド、熱可塑ポリエステル、セルロースアセテートなどのセルロース系プラスチックでも良い。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、珪素樹脂、ポリウレンタン、アルキッド樹脂、グアナミン樹脂、キシレン樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂、クレゾール樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ＰＥＥＫ樹脂から選択することができる。
【００１６】
また、ゴム材料についても、使用環境に応じて、天然ゴム、合成ゴムを選択できるが、合成ゴムとしては、ブタジエン−スチレンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、多硫化ゴム（ＴＲ）、シリコンゴム（ＳＩ）、ポリウレタンゴム、ステレオゴム（合成天然ゴム、シスポリブタジエン、トランスポリイソプレン、ポリプロピレンオキサイド）がある。これらの樹脂、ゴム材料はいずれかの１種又は２種以上を混合しても良い。また、各種の樹脂繊維、ガラス繊維で強化した複合材料も使用することができる。
【００１７】
また、摩耗が軽微であるような環境には、ライナー材質にゴムや樹脂を用いる場合があるが、この場合でも、特に、ライナーの摩耗速度を精緻に求めたい場合には、ライナー材質の硬さに対し、減肉検出棒の材質の硬さの比が０．１〜１未満の範囲であることが好ましい。さらに精度を高めるには、減肉検出棒の材質が、ライナー材質の硬さに対し、硬さの比で０．９〜１未満の範囲であることが好ましい。なお、樹脂、ゴムの硬さは、ロックウェル硬さや、一定荷重を規定した針の押し込み深さから得られる国際ゴム硬さ（ＩＲＨＤ）を用いることができる。
【００１８】
減肉検出棒の材質は、金属又は各種合金でも良く、温度、腐食、衝撃、振動などの使用環境に応じて選択可能で、鉄、銅、金、銀、アルミニウム、チタン、コバルト、亜鉛、鉛、錫をはじめとする純金属、各種炭素鋼、高張力鋼、各種合金鋼（工具鋼、バネ鋼、軸受け鋼含む）、各種ステンレス鋼、各種鋳鉄（ねずみ鋳鉄、高Ｃｒ鋳鉄、球状黒鉛可鍛鋳鉄、チルド鋳鉄含む）、鋳鋼（高Ｍｎ鋳鋼含む）、Ｎｉベースの合金、Ｃｏベースの合金、Ｃｕベースの合金、Ａｌベースの合金、各種サーメット（各種炭化物含有の超硬合金含む）合金がある。
【００１９】
また、減肉検出棒の材質がセラミックスである場合には、温度、腐食、衝撃、振動など使用環境に応じて酸化物、窒化物、炭化物などが選択でき、酸化物セラミックスとして、ＢｅＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｈＯ２が、窒化物セラミックスとしては、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ、ＡｌＮ、サイアロンセラミックスが、炭化物としては、ＳｉＣ、ＷＣ、ＣｒＣ、Ｂ４Ｃ、ＮｂＣ、ＶＣが、その他のセラミックスとしてはＭｏＳｉ２、ＴｉＢ２などがある。これらのセラミックスは、いずれか１種又は２種以上を混合して使用することが可能である。
【００２０】
また、減肉検出棒の材質がガラスである場合には、温度、腐食、衝撃、振動など使用環境に応じて石英ガラス、ソーダ石灰ガラス（軟質ガラス）、硬質ガラス（ほうけい酸ガラス、クリスタルガラス含む）、アルミノけい酸ガラス、鉛ガラスが選択可能である。これらのガラスは１種又は２種以上を混合して使用することが可能である。
【００２１】
減肉検出棒の材質が、金属、各種合金、セラミックス又はガラスである場合には、ライナーの摩耗の進行に対し減肉検出棒が選択的に残留せず、減肉検出棒の損耗をライナーの減肉と同等以上に進行させるために、減肉検出棒の材質の硬さがライナー材質の硬さに対し、ビッカース硬さの比で、０．１〜１未満の範囲とすることが必要である。特に、ライナーの摩耗速度を精緻に求めたい場合には、硬さの比を０．７〜０．９５の範囲とすることが好ましい。これらの硬さは一般的に用いられる各種の硬さ測定値であるが、たとえば、金属、合金、セラミックス、ガラスについては、ビッカース硬さ測定器でＪＩＳ　Ｚ　２２４４に従って測定できる。
【００２２】
減肉検出棒の材質が金属又は合金からなる場合には、腐食環境で使用する際には、異種金属接触腐食を防止するために減肉検出棒の材質の腐食電位をライナー材質の腐食電位と同等にする必要がある。
また、減肉検出棒の材質が金属又は合金であり、減肉検出棒の材質とその近傍のライナー材質の腐食電位が異なる場合には、異種金属接触腐食によるライナーの選択的な腐食減肉を避けるため、減肉検出棒とライナーとの境界には、電気的な絶縁を得るために、絶縁皮膜を配置する必要がある。
【００２３】
ライナーの摩耗又は腐食の進行を確認するために、減肉検出棒をホッパー外に取り外して残存長さを物差し等で測定しても良いが、減肉検出棒の取り外しが困難な高所や、危険雰囲気、あるいは多数のライナーの減肉量管理が必要な場合は、現地に作業員が直接出向くことなく、遠隔で棒の長さを測定することが必要である。これは、減肉検出棒の残存長さを電気的な値として出力してケーブル等により送信し、電気信号を遠隔地にて集中的に受信して演算処理し、記録装置に記録することにより、遠隔的かつ連続的にライナーの摩耗及び腐食の進行状況を監視することが可能である。
【００２４】
図２は、粉粒体貯槽ホッパーのライナー部分の断面を示したものである。この減肉検出棒５をホッパーライナーの減肉観察対象範囲の各ライナー２に設け、減肉検出棒５の残存長さの測定と減肉検出棒の配置位置との対応をとれば、観察対象範囲の減肉分布が測定できる。ホッパーの外郭１の内側には、保護ライナー２が、埋め込みボルト３及び締結用のナット４により固定され配置されている。この保護ライナー２に粉粒体６が接触し流動することで、保護ライナー２の表面側が摩耗して減肉する。保護ライナー２に装入している減肉検出棒５は、ホッパーの外郭１を貫通する孔に挿入されて、ホッパー外部から自由に取り外し可能な取り付け方法で固定されている。また、減肉検出棒５は隣接する保護ライナーと保護ライナーとの間に挟んで挿入してもかまわない。
また、局部的に激しく摩耗する場所には、減肉検出棒５の配置を密にすることで、より詳細な減肉分布が測定できる。このような、減肉量の測定を経時的に行えば、各保護ライナーの減肉速度も算出でき、保護ライナー毎に限界使用及び効率のよい正確な交換計画を実行できる。
【００２５】
【実施例】
［実施例１］
前述の減肉検出棒を用いたホッパーライナーの減肉検出装置の例を図３に示す。ホッパー１には、ライナー２が取り付けられており、ライナー２には、それぞれのライナーの中心に１本の減肉検出棒５をホッパー外部から装入して、ライナー表面と棒の先端が同一面になるように固定している。ライナー２は縦４００ｍｍ、横４００ｍｍの正方形で厚さは１０ｍｍで、材質は高Ｃｒ鋳鉄からなり硬さはビッカース硬さＨｖ＝５５１である。減肉検出棒５は、直径が１０ｍｍ、長さは５０ｍｍで高Ｃｒ鋳鉄からなりビッカース硬さＨｖ＝５０３である。
【００２６】
全てのライナー２に各々設置された減肉検出棒５には、図１に示す回路が埋め込まれている。この減肉検出用棒５に埋設した回路は、銅線（径０．２ｍｍ）からなり、細長い（５×５０ｍｍ厚さ０．５ｍｍ）の絶縁板と同じサイズの絶縁皮膜（厚さ０．２ｍｍのフイルム）により挟まれ接着、固定されている。この一体となった銅線と絶縁板及び絶縁皮膜からなる細長い部品（外寸法５×５０ｍｍ厚さ約１ｍｍ）を棒内部のほぼ同サイズの空間に装入し、接着材にて固定している。
【００２７】
この回路では、図１に示す回路の数ｎをｎ＝１０、回路の先端の設置位置間隔ΔＬをΔＬ＝Ｌｎ＋１−Ｌｎ＝１ｍｍとしている。そのため、棒が１ｍｍ短くなると内部回路の抵抗値が（１／１０）×Ｒづつ段階的に増加するようになっている。前述の回路には、常に一定の電圧Ｅを付加している。抵抗値の段階的な増加に伴い、この回路の電流値がオームの法則に則ってＥ÷（（１／１０）×Ｒ）づつ段階的に低下するが、この電流値をアンプ７及びケーブル８を通して、多チャンネルの記録装置（以下、データロガー）９に、定期的に、ここでは１日毎に収集して記録する。この際、後述の演算処理をしやすいように記録装置９にはアナログ→デジタル変換機能を有している。
【００２８】
ライナーは、図４の展開図に示すように配置した。ライナー一枚一枚に管理番号を設け、データロガー９にて収集した電流値をパーソナルコンピュータ１０によりライナーの管理番号に対応させて、それぞれの電流値毎にライナーの減肉量に相当する棒の残存長さを数値演算して表示させた。さらに、この電流値を、１日毎に定期的にパーソナルコンピュータ１０に保存、蓄積させ、ライナー毎の摩耗速度を算出し、１つ１つのライナーについてその交換時期を正確に求めた。
【００２９】
このようにして、本発明では遠隔かつリアルタイムなライナーの減肉量測定を行った結果、作業員が機側まで出向いて行っていた従来のライナーの減肉量測定と比較して、図５に示すようにライナー管理及び点検作業の年間総工数を８０％削減できた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によるライナーは、遠隔かつリアルタイムなライナーの減肉量測定を可能にし、従来、作業員が機側まで出向いて行っていた、ライナーの減肉量測定を解消することができ、産業上の貢献が極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】減肉検出棒の模式図。
【図２】ホッパーライナー断面の模式図。
【図３】ライナー摩耗進行状況監視システムの模式図。
【図４】ホッパーライナー配置の模式図（展開図）。
【図５】本発明と従来例のライナー点検工数の比較図。
【符号の説明】
１　　ホッパー（及びホッパー外郭）
２　　ライナー
３　　ライナー固定用ボルト
４　　ライナー固定用ナット
５　　減肉検出用棒
６　　粉粒体
７　　アンプ
８　　ケーブル
９　　多チャンネル記録装置（データロガー）
１０　　パソコン
１１　　絶縁皮膜
【図１】
2004077252.tif 000003
【図２】
2004077252.tif 000004
【図３】
2004077252.tif 000005
【図４】
2004077252.tif 000006
【図５】
2004077252.tif 000007