JP2010180024A

JP2010180024A - 垂直スクリューコンベアとこれを用いた粉粒体搬送方法

Info

Publication number: JP2010180024A
Application number: JP2009025894A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Shirai; 健太郎白井; Yasunori Okamoto; 康則岡本; Kenichiro Yamamoto; 研一郎山本; Yukio Shimizu; 幸雄清水; Yoshihiro Kotake; 喜広小竹
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: JP5479749B2

Abstract

【課題】効率良く粉粒体を搬送し、搬送物の切り替え時にケーシング内に残る粉粒体量が少なく、スクリュー羽根の摩耗が防止された垂直スクリューコンベアを提供する。
【解決手段】スクリュー羽根１２の上面を、外縁が下方に下がるように５〜３０°傾け、且つ、スクリュー羽根１２の外縁に厚さ２〜１０ｍｍの硬化肉盛を施し、さらに、スクリュー羽根１２の外縁とケーシングの内側面との隙間を１〜１０ｍｍとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、粉粒体を上方へ搬送する際に、排出残量が少なく、確実に搬送する垂直スクリューコンベアに関するものである。

従来、粉粒体を単に上方へ搬送する機械的手段として代表的なものは、バケットエレベーターとスクリュー軸をもつ垂直スクリューコンベア（以後、垂直スクリューコンベアと呼ぶ）が挙げられる（特許文献１〜３参照）。

バケットエレベーターは大規模輸送や高揚程搬送に対応でき、動力効率が高く、部品の摩耗が少ない故に長時間の連続稼働が可能である等、多くの長所を持っているので最も良く用いられる。しかし、その反面、輸送量や揚程が小さい場合は、コストが割高になること、更に、搬送物投入高さが通常底部より１．５ｍから３ｍ程度と高くなるという構造的弱点がある。よって床近くから投入する場合は費用負担が大きくなってもピットを掘る必要があり、コストがかかるという問題がある。

垂直スクリューコンベアは、投入高さが低いので、ピットを掘る必要がなく、取付スペースも小さくて済む。また、構造が単純ゆえ安価なので低揚程、小規模輸送にはバケットエレベーターより適している場合が多い。

特開２０００−２６４４２１号公報特開平９−２７２６２０号公報特開平６−１４１８号公報

通常用いられるスクリューコンベアの多くは水平で、水平か緩い傾斜を搬送する。この時のケーシングの中に占める搬送物の割合は羽根断面積の半分以下であり、流動しやすい状態にある。スクリュー羽根を横から見た場合、羽根の傾きは搬送物の安息角以上になっているから、羽根が回転することで傾斜面にのり上がろうとする搬送物は、重力によって、滑り落ち元へ戻る。よって付着性の小さな搬送物の場合には、あたかも羽根面で押されているかのようにスムーズに前進する。前進するのに有効な回転数はスクリュー軸の回転数に等しく、最高回転数の制限はあるが、最低回転数の制限はない。

垂直スクリューコンベアの原理は水平とは全く異なり、重力に打ち克つために搬送物とケーシング（円筒）内壁間に摩擦力を発生させて利用している。何らかの強制力でケーシング内に押し込まれた搬送物は回転するスクリュー羽根に巻き込まれて回転し始め、次第に遠心力でケーシング内壁へ押し付けられる。そこで、生じた摩擦力と落下力とが釣り合った時の回転数が最低限回転数と呼べるものであり、壁面に付着している搬送物とスクリュー軸との相対速度は、ほぼ零に等しい。つまり落下もしないが、上昇もしない。スクリュー軸がそれ以上に速く回って初めて羽根の傾斜面が搬送物を上方へ押し上げ、コンベア（エレベーター）としての機能を持ち始める。よって上昇するのに有効な回転数はスクリュー軸回転数から最低回転数を引いたものとなり、この方式が原理的に高速回転とならざるをえない理由であり、引いては摩耗し易いことになる。

垂直スクリューコンベアを高速回転させると、搬送物は羽根面から回転力をもらう関係上、羽根面近傍の薄い層となり、ケーシング内には空隙がある。一方、スクリュー軸を低速回転させた場合には、搬送物は重力によって落下するから下方より順次羽根間に充満し、次第に圧密されて僅かに上昇するものの、搬送物の物性によっては最後に閉塞してしまう場合もある。従って、垂直スクリューコンベアは低速回転で用いることが実質的に不可能であった。

また、ケーシング内にスクリューを１本備えた単独垂直スクリューコンベアでは、回転数に関係なく、搬送物を切り替える場合に、全量を排出することが出来ずにケーシング内に搬送物が残るという課題があった。

さらに、ケーシングの全長が長い垂直スクリューコンベアは、搬送する粉粒体がセメント等のように微粉である場合には、セメント粉がスクリュー軸と軸受の間に侵入し、短期間のうちに摩耗が進行し、軸受不良となる問題があった。

さらにまた、粉粒体輸送装置で、駆動装置の起動時と粉粒体輸送時にトルクを必要とし、これに対応した駆動装置（減速機、モーター）と、強度的に満足する軽径が選定され使用されるが、粉粒体の固まりや異物が流入した場合に、過大なトルクが発生し、トリップすることがあった。

更に、粉粒体流入配管が高い（上方に長い）場合などに生じる入口部の粉粒体の圧密の影響を緩和するため、入口は下端からある程度の距離を置いた位置に設置され、空間が生じるようにされており、余分なスペースが必要とされる問題あった。

本発明の課題は、垂直スクリューコンベアを用いた粉粒体の搬送において、効率良く粉粒体を搬送することにあり、さらには、搬送物の切り替え時にケーシング内に残る粉粒体量を低減し、切り替えロスを低減すること、また、スクリュー軸の摩耗を低減して耐久性を向上することにある。

本発明の垂直スクリューコンベアは、一端近傍に入り口を有し、且つ、他端近傍に出口を有する筒状のケーシングと、該ケーシング内に同軸に配置された軸体の周囲に螺旋状のスクリュー羽根を取り付けたスクリュー軸とを有してなり、上記スクリュー羽根が、外縁側に厚さ２〜１０ｍｍの硬化肉盛が施されており、上面と水平面のなす角度が５〜３０°になるように外縁が下方に傾いており、外縁とケーシング内側面との隙間が１〜１０ｍｍであることを特徴とする。

本発明の粉粒体搬送方法は、上記本発明の垂直スクリューコンベアを用い、ケーシング下方よりエアを注入しながら粉粒体を上方に搬送することを特徴とする。

本発明においては、垂直スクリューコンベアの垂直搬送効率（排出率）が向上することから、粉粒体の搬送作業性が向上し、また、スクリュー軸の摩耗が防止されるため、耐久性に優れ、長期間、効率良く使用することができる。

本発明の垂直スクリューコンベアの一例のスクリュー軸の部分拡大図である。図１の垂直スクリューコンベアの部分断面拡大図である。本発明の垂直スクリューコンベアの一例の概略構成を示す模式図である。

本発明の垂直スクリューコンベアは筒状ケーシングとスクリュー軸とを備え、以下の構成を特徴としている。
（１）スクリュー羽根の外縁側に厚さ１〜２０ｍｍの硬化肉盛が施されている。
（２）スクリュー羽根の上面と水平面とのなす角度が５〜３０°となるように、スクリュー羽根の外縁が下方に傾いている。
（３）スクリュー羽根の外縁とケーシング内側面との隙間が１〜１０ｍｍである。

以下、本発明の垂直スクリューコンベアについて、実施形態を挙げて説明する。

図１は、本発明の垂直スクリューコンベアの好ましい実施形態の基本構成を示す概略図である。

図１において、１０はスクリュー軸、２０はケーシング、３０はスクリュー軸１０を回転させるためのモーターである。本発明にかかるスクリュー軸１０は、筒状のケーシング２０内に収納され、ケーシング２０と同軸に配置された軸体１１の周囲に螺旋状のスクリュー羽根１２を取り付けてなる。また、ケーシング２０は、一端（下方）近傍に被搬送物である粉粒体を取り込む入口２１と、他方（上方）近傍に下方から搬送された粉粒体を排出する出口２２とを有する。さらに、本発明に係るケーシング２０は、ケーシング２０内にエアを注入するための注入口２３をケーシング２０の下方に備えている。

本発明に係るケーシング２０は、筒状（円柱状）の外ケースであり、輸送能力によって変動はあるが、５〜１５ｔ／ｈの輸送能力を必要とする場合には、内径を２００〜３００ｍｍとし、全長を８〜１０ｍにすることでケーシング２０内の残粉量を０に近づけることができる。尚、スクリュー軸１０の全長は、ケーシング２０の全長より１〜３ｍ短いことが好ましい。

図２は、本発明の垂直スクリューコンベアの好ましい実施形態のスクリュー軸１０の一例の部分拡大図であり、図３は該スクリュー軸１０を備えた垂直スクリューコンベアの部分断面拡大図である。

図２に示すように、本発明に係るスクリュー軸１０は、スクリュー羽根１２の外縁側に硬化肉盛１３が施されている。本発明においては、このような硬化肉盛１３を部分的にスクリュー羽根１２に施すことにより、粉粒体はスクリュー羽根１２の外縁側に逃げにくくなり、粉粒体を垂直方向へ押し上げる作用が増す。その結果、スクリュー羽根１２の表面の摩耗抑制効果と、粉粒体の垂直方向への搬送効率が向上する。

係る硬化肉盛１３の厚さ（ｔ２）は２〜１０ｍｍである。尚、本発明で言う硬化肉盛１３の厚さ（ｔ２）及び後述するスクリュー羽根１２の厚さ（ｔ１）はそれぞれ図３に示すように垂直方向における厚さとする。硬化肉盛１３の厚さが２ｍｍ未満だと粉粒体がスクリュー羽根１２の回転による遠心力によってスクリュー羽根１２表面を外縁方向に移動しやすくなり、スクリュー羽根１２の外縁とケーシング２０との隙間から下方に流出する粉粒体が増加して、垂直搬送効率が低下する恐れがある。また、１０ｍｍを超えると施工費用が高額になり、費用対効果が現れないおそれがある。

硬化肉盛１３は、スクリュー羽根１２の外縁から、スクリュー羽根１２全面積の１／１０〜１／２の面積に施工することが好ましく、１／４〜２／５の面積に施工することがより好ましい。１／１０未満だとケーシング２０とスクリュー羽根１２の隙間から粉粒体が流出するおそれがあり、１／２を超えると搬送効率が低下するおそれがある。スクリュー羽根１２の外縁からスクリュー羽根全面積の１／３を硬化肉盛するとは、ケーシング２０側から見て、スクリュー羽根１２の１／３の面積部分を硬化肉盛することをいう。スクリュー羽根１２は、軸体１１に付く羽根１２が外（ケーシング側）に向いている。

硬化肉盛１３の材料としては、溶接材料を使用することが好ましい。溶接材料としては、ニッケル合金やコバルト合金等のマトリックスとなる金属に対して、金属カーバイドを添加した金属カーバイド系材料が好ましい。金属カーバイド系材料としては、チタンカーバイド系材料、タングステンカーバイド系材料、クロムカーバイド系材料、ニオブカーバイド系材料等が挙げられる。これらの中では、使用寿命期間が長い点で、タングステンカーバイド系材料が好ましい。

硬化肉盛１３の形成方法は、一般的には溶接で行う。材質に関わらず、使用寿命を目標に硬化肉盛１３をする必要がある。

また、本発明に係るスクリュー羽根１２の長さ（Ｗ１）は好ましくは４０〜６０ｍｍであり、その厚さ（ｔ１）は５〜１０ｍｍが好ましい。尚、本発明においてスクリュー羽根１２の長さ（Ｗ１）は、図３に示すように水平方向における長さとする。このようなスクリュー羽根１２に上記のような硬化肉盛１３を施すことにより、排出残量を０に近づけ、スクリュー羽根１２の寿命を延ばすことができる。

さらに、図３のθで示される、スクリュー羽根１２の上面と水平面とのなす角度（θ）が５〜３０°となるように、スクリュー羽根１２の外縁がスクリュー羽根１２の取り付け位置よりも下方になるようにスクリュー羽根１２を傾けて軸体１１に取り付ける。本発明において、スクリュー羽根１２の上面を傾けることにより、垂直方向への搬送効率を向上することができる。係る角度が５°未満の場合には、当該効果が得られにくく、３０°を超えると粉粒体の安息角を超えるため、粉粒体がスクリュー羽根１２の外縁方向に移動しやすくなり、粉粒体がスクリュー羽根１２とケーシング１０との隙間から流出しやすくなり、垂直搬送効率が低下するおそれがある。好ましくは、１０〜２５°である。

本発明においては、ケーシング１０の内側面とスクリュー羽根１２の外縁との隙間（Ｓ）を１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍとする。係る隙間が１ｍｍ未満だとケーシング２０の内側面とスクリュー羽根１２との隙間に粉粒体が閉塞するおそれがあり、１０ｍｍを超えるとケーシング２０の内側面とスクリュー羽根１２の隙間から粉粒体が落下し、垂直搬送効率が低下するおそれがある。

次に、本発明の粉粒体搬送方法について説明する。

本発明においては、上記した、（１）〜（３）の構成を備えた垂直スクリューコンベアを用いることにより、従来よりも粉粒体の搬送効率を向上させることができるが、さらに、本発明の垂直スクリューコンベアを用いて粉粒体を搬送する際に、ケーシング下方よりエアを注入することにより、落下しようとする粉粒体を上方へ押し上げる作用が得られ、搬送効率がより向上する。

粉粒体の搬送時にケーシング下方から注入するエアの注入量として好ましくは、３０〜５０ｍ³／ｍｉｎである。

係るエアの注入量が３０ｍ³／ｍｉｎ未満だと粉粒体を垂直方向に押し上げる力が不十分であり、５０ｍ³／ｍｉｎを超えるとケーシング１０内部の気流が乱れ、粉粒体を垂直方向に押し上げる力が不安定になり、落下する粉粒体が増えて、結果として垂直搬送効率が低下するおそれがある。尚、エアの注入口の位置は、スクリュー羽根１２の水平方向における中心部が好ましい。

本発明においては、適当な量のエアを注入することで、粉粒体の搬送量とのバランスが保たれ、落下する粉粒体が低減して搬送物切り替え時の排出残量を低減し、結果として切り替えロスを低減することができる。

本発明の垂直スクリューコンベアは、回転数を１００〜６００ｒｐｍ、好ましくは５００〜６００ｒｐｍの高速回転とすることにより、切り替えロスをより効果的に低減することができる。

本発明により搬送される粉粒体としては、セメント、骨材、繊維等が挙げられる。これらの中では、セメント系の粉粒体を搬送する時が、最も切り替え時の排出残量が少なくなる効果がある。従って、本発明で搬送する粉粒体の粒度を、ブレーン比表面積で２，０００〜５，０００ｃｍ²／ｇにすることで、切り替えロスの排出残量は少なくなる。

図１に示した概略構成を有する垂直スクリューコンベアを作製した。各部位の寸法は以下の通りである。このコンベアを用い、下記粉体５０ｋｇを入口（ホッパー）２１から投入し、輸送能力５ｔ／ｈ、スクリューの回転数を１８０ｒｐｍ（３０Ｈｚ）で運転した場合の排出量を秤で測定した。その後、輸送能力１０ｔ／ｈ、回転数を５４０ｒｐｍ（９０Ｈｚ）に変え、１８０ｒｐｍの条件で排出されなかった粉粒体を排出し、排出量を秤で測定した。９種類のスクリューに対して同様の試験を行い、比較評価を行った。ケーシングの内径は表１に示す隙間を有するものを使用した。エアの注入口の位置は、スクリュー羽根１２の水平方向中心部である。スクリューは１個使用した。

＜基本条件＞
ケーシング２０の材料：塩化ビニル
ケーシング２０の全長：９ｍ
ケーシング２０の内径：２５０ｍｍ
スクリュー軸１０の全長：８．０ｍ
スクリュー羽根１２の長さ（Ｗ１）：４５ｍｍ
スクリュー羽根１２の厚さ（ｔ１）：７ｍｍ

＜使用材料＞
粉体：普通ポルトランドセメント
（ブレーン比表面積３，５００ｃｍ²／ｇ、嵩比重１．００）
硬化肉盛材料：タングステンカーバイド系材料
硬化肉盛の形成領域：外縁からスクリュー羽根１２の面積の１／３までの領域

比較例２と３を比較すると、スクリュー羽根１２に傾きを設けることで排出量が増加することがわかった。また、比較例３と５を比較すると、スクリュー羽根１２に硬化肉盛を施すことで排出量が増加することがわかった。さらに、比較例２，５と実施例１とを比較すると、比較例２，５を組み合わせることで更に排出量が増加することがわかった。またさらに、実施例１と実施例２を比較すると、エア注入によりさらに排出量が増加することがわかった。しかしながら、実施例１と実施例６とを比較すると、エア注入量が１００ｍ³／ｍｉｎではエアを注入しない場合よりも排出量が若干減少するため、エア注入量により好ましい範囲があることがわかった。

表１の結果より、本発明によれば、５４０ｒｐｍの高速回転で排出量がほぼ９８％となり、切り替えロスを大幅に低減し、非常に効率良く粉粒体を搬送できることがわかった。また、本発明によれば、１８０ｒｐｍの低速回転でも大きな排出率が得られており、必要に応じて低速回転で搬送することによってスクリュー羽根１２の摩耗を防止しながら効率良く粉粒体を搬送できることがわかった。

１０スクリュー軸
１１軸体
１２スクリュー羽根
１３硬化肉盛
２０ケーシング
２１入口
２２出口
２３エア注入口
３０モーター

Claims

一端近傍に入り口を有し、且つ、他端近傍に出口を有する筒状のケーシングと、該ケーシング内に同軸に配置された軸体の周囲に螺旋状のスクリュー羽根を取り付けたスクリュー軸とを有してなり、
上記スクリュー羽根が、外縁側に厚さ２〜１０ｍｍの硬化肉盛が施されており、上面と水平面のなす角度が５〜３０°になるように外縁が下方に傾いており、外縁とケーシング内側面との隙間が１〜１０ｍｍであることを特徴とする垂直スクリューコンベア。
上記硬化肉盛が金属カーバイド系材料をスクリュー羽根の外縁に厚塗りしてなる請求項１に記載の垂直スクリューコンベア。
請求項１又は２に記載の垂直スクリューコンベアを用い、ケーシング下方よりエアを注入しながら粉粒体を上方に搬送することを特徴とする粉粒体搬送方法。
エアの注入量が３０〜５０ｍ³／ｍｉｎである請求項３に記載の粉粒体搬送方法。