JP7171084B2 - Behavior evaluation device for powder or mixed phase - Google Patents
Behavior evaluation device for powder or mixed phase Download PDFInfo
- Publication number
- JP7171084B2 JP7171084B2 JP2021068112A JP2021068112A JP7171084B2 JP 7171084 B2 JP7171084 B2 JP 7171084B2 JP 2021068112 A JP2021068112 A JP 2021068112A JP 2021068112 A JP2021068112 A JP 2021068112A JP 7171084 B2 JP7171084 B2 JP 7171084B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- screw
- mixed phase
- phase material
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Emptying Of Bunkers, Hoppers, And Tanks (AREA)
Description
本発明は、粉体、若しくは固体と液体との混相物を移送しながらその挙動を評価する装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for evaluating the behavior of powder or a mixed phase of solid and liquid while transferring the powder.
粉体若しくは混相物をスクリューフィーダ(または、コンベア)等により押送し、袋詰め等する機器が周知である(例えば、下記特許文献1を参照)。この種の機器を開発・設計するにあたっては、対象となる粉体若しくは混相物の特性に基づく挙動をできる限り精確に把握することが望ましい。 Devices for pushing powder or mixed phases by means of a screw feeder (or conveyor) or the like and packing them in bags are well known (see, for example, Patent Document 1 below). In developing and designing this type of equipment, it is desirable to grasp the behavior based on the properties of the target powder or mixed phase as accurately as possible.
粉体の流動性(または、粘性)を定量評価する手法の一として、Carrの流動性指数が挙げられる。Carrの流動性指数は、対象の粉体を圧縮度、安息角、スパチュラ角及び凝集度(凝集性の低い粉体にあっては、均一度)の四項目で評価し、それら四項目の値を足し合わせた、粉体の流動性を示す指標値である。 One method for quantitatively evaluating the fluidity (or viscosity) of powder is Carr's fluidity index. Carr's fluidity index evaluates the target powder in four items: degree of compression, angle of repose, angle of spatula, and degree of cohesion (uniformity for powders with low cohesion), and the values of these four items It is an index value indicating the fluidity of the powder, which is the sum of
Carrの流動性指数は、複数の面から総合的に流動性を評価するように整理されたものではある。しかしながら、Carrの流動性指数は、粉体の自重以外に粉体に強制的な外力が作用していない、静的な状況下での指標値である。一般に、機器内で粉体に外力が加わりこれが圧送される動的な状況下での流動性は、粉体が圧縮され、分子間力(付着力等)が増加したり摩擦が増大したりして、静的な状況下におけるそれよりも悪化するとされる。故に、Carrの流動性指数のみでは、粉体を移送する機器を開発・設計するためには不十分である。 Carr's Liquidity Index is arranged to comprehensively evaluate liquidity from multiple aspects. However, Carr's fluidity index is an index value under static conditions in which no forcible external force acts on the powder other than its own weight. In general, fluidity under dynamic conditions in which an external force is applied to powder inside equipment and it is pumped, is such that the powder is compressed, and intermolecular forces (adhesion, etc.) increase and friction increases. are assumed to be worse than under static conditions. Therefore, Carr's Flowability Index alone is insufficient for developing and designing equipment for transferring powders.
粉体の動的特性を定量評価するものとして、対象となる粉体の試料を容器に収め、その上部に配設した羽根車(プロペラ)状のブレードを高速回転させて容器内で粉体を巻き上げ、粉体と空気とを攪拌し混交しながら測定を行う装置が存在している(例えば、下記非特許文献1を参照)。この測定装置は、容器内でブレードを上下動させる過程で、ブレードが受ける回転抵抗であるトルク、及び垂直抵抗である荷重を計測する。 To quantitatively evaluate the dynamic properties of powder, a sample of the target powder is placed in a container, and a propeller-shaped blade placed on the top of the sample is rotated at high speed to circulate the powder in the container. There is a device that performs measurement while stirring and mixing powder and air by winding it up (see, for example, Non-Patent Document 1 below). This measuring device measures the torque, which is rotational resistance, and the load, which is vertical resistance, received by the blade in the process of moving the blade up and down within the container.
上掲の測定装置では、あくまでも少量の試料を用いて測定した特性(粘性や剪断力)、しかも容器内で空気とともに攪拌した状況下での特性を得ているに過ぎないことに留意しなければならない。翻って、実用に供される機器においては、多量の粉体若しくは混相物を、それに含まれる空気を押し出しながら圧送する作業を遂行する。前者の測定装置による測定の結果を、後者の実用機器の開発・設計に活用するには、少量の試料から得られた特性値を、多量の対象を圧送する際の挙動に変換するための関係式を求める必要がある。 It should be noted that the above measuring equipment only obtains the characteristics (viscosity and shear force) measured using a small amount of sample, and furthermore, the characteristics under the condition of stirring with air in a container. not. On the other hand, in practical equipment, a large amount of powder or mixed phase material is pumped while pushing out the air contained therein. In order to utilize the results of measurement by the former measuring device in the development and design of the latter practical equipment, the relationship for converting the characteristic values obtained from a small amount of sample into the behavior when pumping a large amount of target I need to find the formula.
ところが、粉体若しくは不均質な混相物の挙動は、その量の多寡や他の諸条件によって著しく変化する。それ故、上の関係式を策定することは事実上困難で、上掲の測定装置による測定の結果を、実用機器の開発・設計に活用することは決して容易ではない。つまるところ、実用機器における粉体若しくは混相物の挙動は判然としない;具体例を挙げると、機器が圧送する粉体若しくは混相物の流量や、それを圧送するために要する動力(出力)の大きさ、機器内で粉体若しくは混相物が詰まる閉塞が起こってしまう可能性、等を推測または評価することが難しい。上掲の測定装置による測定は、ともすれば現場の実態から乖離していると言える。 However, the behavior of powders or heterogeneous mixed phases varies remarkably depending on the amount and other conditions. Therefore, it is practically difficult to formulate the above relational expression, and it is by no means easy to utilize the results of measurement by the above-described measuring apparatus in the development and design of practical equipment. In short, the behavior of powders or mixed phases in practical equipment is unclear; for example, the flow rate of powders or mixed phases pumped by the equipment and the amount of power (output) required to pump it , the possibility of clogging with powders or mixed phases in the equipment, etc., are difficult to estimate or assess. It can be said that the measurement by the above-mentioned measuring device is likely to deviate from the reality of the field.
本発明は、現実の用途における粉体若しくは混相物の動的な挙動を評価するのに適した評価装置を実現することを所期の目的としている。 The present invention aims at realizing an evaluation device suitable for evaluating the dynamic behavior of powders or mixed-phase materials in practical applications.
本発明では、粉体(微小固体の集合体であり、いわゆる顆粒等の粒体の集合体と、粒体より小なる形状の粉末の集合体とを含む。二種類以上の粉体を混合した粉体もまた、粉体の一種である)若しくは固体と液体との混相物(混相流体。特に、混ざり具合が不均質または不均一なもの。固体粒子が液体中に分散した分散系である懸濁液、スラリーまたは泥漿(液体中に鉱物や汚泥等が混ざっている粘性の強い混合物)を含む)を垂直でない所定の軸線方向に沿って移送しながらその挙動を把握するためのものであって、前記軸線方向に沿って伸長する軸の周囲に螺旋状に羽根が設けられ、その軸を中心に回転することで羽根により粉体若しくは混相物を移送するスクリューと、前記軸線方向に沿って延伸しており、内部に前記スクリューを収容し、基端側に粉体若しくは混相物が投入されてこれが内部を先端側に向かって流動し、先端側にて粉体若しくは混相物を外部に吐出する胴体と、前記スクリューを回転駆動するモータと、前記スクリューと前記モータとの間に介在し、スクリューを回転させて粉体若しくは混相物を移送するときに当該スクリューに加わるトルクの大きさを計測するトルクメータと、前記胴体の先端側に脱着可能に取り付けられ、胴体から吐出される粉体若しくは混相物を通過させるノズルとを具備し、前記スクリューの軸は、その基端側の部位がベアリングにより回転可能に支持されているが、それよりも先端方の部位はベアリングその他の部材により支持されておらず、前記ノズルは、先方に向かって狭窄した形状をなし、その内面の軸線に対する傾斜角度が異なるものが複数存在しており、前記ノズルを交換することを通じて、その先端の開口断面積または前記軸線方向に沿った長さ寸法(ノズルの内面のテーパの、軸線に対する傾斜角度)を変更した上で前記トルクメータにより各ノズル毎に前記スクリューに加わるトルクの大きさを計測することができる挙動評価装置を構成した。 In the present invention, powder (an aggregate of fine solids, including an aggregate of particles such as so-called granules and an aggregate of powder smaller than the particles. Two or more types of powder are mixed Powder is also a type of powder) or a mixed phase of solid and liquid (mixed phase fluid. Especially, the mixed state is heterogeneous or heterogeneous. A suspension that is a dispersion system in which solid particles are dispersed in a liquid). It is used to grasp the behavior of turbid liquid, slurry or sludge (including highly viscous mixtures of minerals, sludge, etc. mixed in the liquid) while transferring it along a predetermined non-vertical axial direction. , a screw that is spirally provided with blades around an axis extending along the axial direction, and that rotates about the shaft to transfer the powder or mixed phase material by the blades; The screw is accommodated inside, and powder or mixed phase material is introduced into the base end side, flows inside toward the tip side, and the powder or mixed phase material is discharged to the outside at the tip end side. It is interposed between the body, the motor for rotating the screw, and the screw and the motor, and measures the magnitude of the torque applied to the screw when the screw is rotated to transfer the powder or mixed phase material. A torque meter and a nozzle that is detachably attached to the tip side of the body and allows the powder or mixed phase material discharged from the body to pass through, and the shaft of the screw is supported by a bearing on the base end side. Although it is rotatably supported, the tip portion is not supported by bearings or other members, the nozzle has a shape that narrows forward, and the inner surface of the nozzle has an inclination angle with respect to the axis. There are a plurality of different nozzles, and by replacing the nozzle, the opening cross-sectional area of the tip or the length dimension along the axial direction (the inclination angle of the taper of the inner surface of the nozzle with respect to the axis) is changed. A behavior evaluation device capable of measuring the magnitude of the torque applied to the screw for each nozzle by the torque meter was constructed.
また、前記スクリューが交換可能であり、スクリューを交換することを通じて前記羽根のピッチを変更できることも好ましい。 It is also preferable that the screw is replaceable and that the pitch of the blades can be changed by replacing the screw.
前記スクリューにおける前記羽根のピッチは、前記胴体の基端側に開設された投入口の内径よりも小さいことが好ましい。 It is preferable that the pitch of the blades of the screw is smaller than the inner diameter of the inlet opened on the base end side of the body .
前記胴体の基端側に開設された投入口に連接し、胴体に投入するべき粉体若しくは混相物を貯留することのできる投入器を具備する場合、その投入器の内容積は前記胴体の内容積よりも大きいことが好ましい。 In the case of providing an injector connected to the inlet opened at the proximal end of the barrel and capable of storing the powder or mixed phase material to be charged into the barrel, the internal volume of the injector is the content of the barrel. preferably greater than the product.
本発明によれば、現実の用途における粉体若しくは混相物の動的な挙動を評価するのに適した評価装置を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the evaluation apparatus suitable for evaluating the dynamic behavior of a powder or a mixed-phase material in an actual use can be implement|achieved.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態の挙動評価装置は、粉体若しくは混相物(混相流体)を移送しながらその動的な挙動を含む性状を定量評価するために用いられる性状評価装置である。図1に示すように、本挙動評価装置は、軸線A方向に沿って伸長する軸11の周囲に螺旋状の羽根12が設けられているスクリュー1と、同軸線A方向に沿って延伸しその内部にスクリュー1を収容する胴体2と、胴体2の基端側に開設された投入口21に連接しており胴体2内に投入するべき粉体若しくは混相物を貯留することのできる投入器3と、スクリュー1を回転駆動する動力源となるモータ4と、スクリュー1とモータ4との間に介在するトルクメータ5とを主たる構成要素とする。
One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The behavior evaluation device of the present embodiment is a property evaluation device used for quantitatively evaluating properties including dynamic behavior while transferring powder or a mixed phase material (multiphase fluid). As shown in FIG. 1, this behavior evaluation device includes a screw 1 having
本挙動評価装置は、ちょうど既存のスクリューフィーダの如く、スクリュー1を回転させながら、投入口21から投入された粉体若しくは混相物を胴体2の内部で流動させ、軸線A方向に沿った基端側から先端側に向けて押送するものである。その軸線A方向は垂直でなく、水平ないし略水平である。尤も、軸線A方向が水平方向に対して傾斜していることを妨げない。
This behavior evaluation device, just like an existing screw feeder, rotates the screw 1 and causes the powder or mixed phase material introduced from the
胴体2は、長尺な略円筒状をなしており、その周壁に上方に開通した投入口21が穿たれている。スクリュー1は、この胴体2内に、軸線A方向に沿って基端側から挿入される。なお、胴体2の全域が筒形状であるとは限られず、少なくとも一部が上方に開放したトラフ状であっても構わない。
The
スクリュー1の羽根12は、軸11回りに少なくとも二周以上連続した螺旋状、または雄ねじ状をなしている。このスクリュー1は、片持ち支持されている。具体的には、スクリュー1の軸11における、胴体2の投入口21よりも基端側に位置する部位がベアリング22により回転可能に支持されているが、それよりも先端方の部位は、ベアリングその他の部材により支持されていない、即ち胴体2を含む他の部材に接触しない。
The
投入器3は、例えば1kg弱、350gないし800g程度の粉体や、混相物を内部に貯留する。この投入器3は、スクリュー1及び胴体2の伸びる軸線A方向に対して交差ないし直交する方向から胴体2の基端側の投入口21に接続している。そして、その内部に貯留している粉体若しくは混相物を同方向に沿って胴体2の内部に落下させる。図1に示す例の投入器3は、垂直ないし略垂直に延伸した筒状をなしている。が、図2に示しているように、投入器3xは、胴体2に近づく下方に向かって徐々に窄まってゆく漏斗状または逆錐状のホッパであってもよい。また、投入器3、3xが、垂直方向に対して傾倒していても構わない。
The
投入器3、3xにおける、胴体2の投入口21の近傍の箇所には、開閉可能なシャッタ31が付設されている。シャッタ31を閉じているときには、当該シャッタ31により投入器3、3xの内部が胴体2の内部から隔絶され、投入器3、3xに蓄えている粉体若しくは混相物が投入器3内、3xに留まり、胴体2内に落下しない。シャッタ31を開くことで、投入器3、3xの内部が投入口21を介して胴体2の内部に連通し、投入器3、3xに蓄えている粉体若しくは混相物が胴体2内に落下するようになる。
A
粉体若しくは混相物を貯留する投入器3、3xの内部の容積は、粉体若しくは混相物が流動する胴体2の内部の容積よりも大きい。また、投入口21の内径Dは、その直下に所在するスクリュー1の羽根12のピッチP、即ち軸線A方向に沿って隣り合う羽根12の部分と部分との軸線A方向に沿った離間距離(ねじ山の間隔)よりも大きい。
The volume inside the
トルクメータ5は、モータ4により回転駆動されるスクリュー1に作用するトルクの大きさを計測できる既知のものである。トルクメータ5は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置と有線または無線で接続しており、トルクメータ5が出力するトルクの値の時系列を情報処理装置において記録することができる。スクリュー1の軸11とトルクメータ5との間、及びトルクメータ5とモータ4の出力軸11との間はそれぞれ、カップリング51、52により連結している。スクリュー1の軸11、トルクメータ5及びモータ4の出力軸11は、同一ないし略同一の軸線A上に配列されている。
The
モータ4は、その回転数、トルクひいては出力を、インバータを介して連続的または断続的に変更できるものである。本挙動評価装置にあって、粉体若しくは混相物を移送するスクリュー1またはこれを駆動するモータ4の回転数は、例えば20rpmないし120rpmである。これは、粉体若しくは混相物を移送する用途に供されるスクリューフィーダのスクリュー1またはモータ4の実用上の回転数(一般的に、900rpmないし1000rpm)よりは遅い。
The
胴体2の先端側は開放しており、胴体2の内部を流動する粉体若しくは混相物はその先端側から胴体2の外部に吐出される。この胴体2の先端側には、必要に応じてノズル6が装着される。ノズル6は、先方に向かって狭窄した形状をなし、その先端に胴体2から吐出される粉体若しくは混相物を通過させる開口を有している。ノズル6の先端の開口断面積は、胴体2の内空の断面積、換言すればノズル6が装着されていない状態での胴体2の先端側の開口断面積よりも狭小である。
The tip side of the
ノズル6、6xは胴体2に対して脱着自在、即ち交換が可能である。これにより、先端の開口断面積や軸線A方向に沿った長さ寸法(または、ノズル6、6xの内面のテーパの、軸線Aに対する傾斜角度)、材質(内面の加工状態、摩擦または抵抗)等の異なるノズル6、6xを適宜に選択することができる。図1は、取り付けたノズル6の開口断面積が胴体2の内部の断面積よりも小さく絞られている態様を表している。図3は、取り付けたノズル6、6xの開口断面積が胴体2の内部の断面積と同等である態様を表している。
The
スクリュー1、1xもまた、胴体2及びトルクメータ5に対して脱着自在、即ち交換が可能である。これにより、羽根12のピッチPや材質(表面の加工状態、摩擦または抵抗)等の異なるスクリュー1、1xを適宜に選択することができる。特に、羽根12のピッチPは、スクリュー1全体で均一ないし略均一であるとは限られず、図4に示すように、先端側の羽根12のピッチP’が基端側の羽根12のピッチPと比べて狭まっているようなスクリュー1xを採用することもできる。
The
因みに、評価対象が微小個体の集合である粉体ではなく、固体と液体との混相物である場合には、シャッタ31や、投入器3、3xと投入口21との接続部、ベアリング22、胴体2とノズル6、6xとの接続部等に、対象の混相物の漏出を防止するのに必要なシール等を予め施しておくことが好ましい。軸線A方向についても、対象の混相物を移送する処理に適した角度または姿勢に設定しておくことが好ましい。
Incidentally, when the object to be evaluated is not powder, which is a collection of minute solids, but a mixed phase of solid and liquid, the
本挙動評価装置を使用するに際しては、シャッタ31を閉じた状態で投入器3、3xに評価対象の粉体若しくは混相物を注ぎ入れ、モータ4を起動してスクリュー1、1xを回転させながら、閉じていたシャッタ31を開いて投入器3から胴体2内に粉体若しくは混相物を投入し、トルクメータ5によりスクリュー1、1xに加わるトルクの大きさを計測し、そのトルク値の時系列を取得する。
When using this behavior evaluation device, the powder or mixed phase material to be evaluated is poured into the
図5及び図6に、本挙動評価装置を使用して粉体を移送する実験を行い、その最中にトルクメータ5により計測したトルク値の時系列を例示している。図5及び図6中、実線は白色溶融アルミナを移送したときの、破線はガラスビーズを移送したときの、一点鎖線は粉糖を移送したときの、スクリュー1に加わったトルクの推移である。その上で、図5は、開口断面積が胴体2の内部の断面積と同等であるノズル6x(図3に示す)を胴体2の先端側に取り付けて粉体を圧送した場合におけるトルクの推移を表している。図6は、開口が胴体2の内部の開口断面積よりも狭窄した先細りのノズル6(図1に示す)を胴体2の先端側に取り付けて粉体を圧送した場合におけるトルクの推移を表している。
5 and 6 exemplify the time series of torque values measured by the
本挙動評価装置によれば、実際にまとまった量の粉体若しくは混相物を移送する処理中にスクリュー1、1xに加わるトルクの推移や変化を実測できる。そして、スクリュー1、1xの回転数も既知であることから、粉体若しくは混相物を移送する処理のために要した動力(出力)の大きさを算出可能である。
According to this behavior evaluation device, it is possible to actually measure transitions and changes in the torque applied to the
本挙動評価装置は、実際の現場で粉体若しくは混相物をスクリューフィーダ等により押送する機器と同様の状況を再現するものであり、実態により近い動的な状況下における粉体若しくは混相物の動的な流動性または粘性その他の性状を精確に把握する、より具体的には、圧送される粉体若しくは混相物の流量や、それを圧送するために供給される動力の大きさ、粉体若しくは混相物が詰まる閉塞が起こる可能性、混合や偏析の度合い等を観測し、推測しまたは評価することに寄与し得る。 This behavior evaluation device reproduces the same situation as a device that pushes powder or mixed phases with a screw feeder etc. at the actual site. Accurately grasp the fluidity or viscosity and other properties, more specifically, the flow rate of the powder or mixed phase to be pumped, the power supplied to pump it, the powder or It can contribute to observing, estimating or evaluating the possibility of plugging with mixed phases, the degree of mixing and segregation, and the like.
胴体2に狭窄したノズル6を取り付けている場合には、そうでない場合に比して、胴体2内で流動する粉体若しくは混相物が受ける抵抗、ひいてはこれを圧送するスクリュー1、1xに加わる抵抗がより大きくなる。図6に示す例において、時点T以前は、トルクメータ5により計測されたトルク値が比較的小さいが、これは投入器3から胴体2内に投入された粉体若しくは混相物がスクリュー1により先端側に向けて移送されつつあるもノズル6までは到達していない期間である。この期間に計測されたトルク値は、胴体2内にある粉体若しくは混相物を圧送するべく打ち勝つ必要がある抵抗自体の大きさを示す。
When the narrowed
対して、時点T以降は、投入器3から胴体2内に投入された粉体がノズル6まで到達した後の期間である。時点T以降のトルク値は、粉体若しくは混相物を狭窄したノズル6を通じて押し出すために打ち勝つ必要がある抵抗の大きさを示す。
On the other hand, after time T is a period after the powder introduced into the
対象の粉体が白色溶融アルミナである例(図5及び図6中の実線)では、時点T後に粉体が狭窄したノズル6から大きな抵抗を受け、それによりスクリュー1に作用するトルクが急増している。だが、そのトルクは極大化後に収まり、後に逓減している。これは、粉体がノズル6から抵抗を受けながらもノズル6の先端の開口から吐出され続け、最終的に胴体2内から殆ど全て排出されたことを意味する。
In the example in which the target powder is white fused alumina (solid lines in FIGS. 5 and 6), the powder receives a large resistance from the constricted
対象の粉体が粉糖である例(図5及び図6中の一点鎖線)では、時点T後、スクリュー1に作用するトルクが急増し、それが収束することなく発散している。この例では、粉体がノズル6内ないし胴体2内で詰まってしまう閉塞が起こり、ノズル6の開口から適切に吐出されなくなったことによる。
In the example in which the target powder is powdered sugar (one-dot chain lines in FIGS. 5 and 6), the torque acting on the screw 1 rapidly increases after time T and diverges without converging. In this example, the powder is clogged inside the
このように、本挙動評価装置は、トルク値の時系列変化を足掛かりに、対象の粉体若しくは混相物を移送する際のその動的な挙動、性状を明らかにする。例えば、対象の粉体若しくは混相物がどの程度の流量で流れるか、閉塞が起こる可能性があるか、どの箇所で閉塞が起こるか、等を観測できる。流量や閉塞の起こしやすさ等は、当然ながら、対象の粉体若しくは混相物の種類によって異なる。本挙動評価装置は、閉塞を起こさないようなノズル6、6の形状、スクリュー1、1の仕様等を検討するために有用である。
In this way, this behavior evaluation device clarifies the dynamic behavior and properties of the target powder or mixed-phase material when it is transferred, based on the time-series change in the torque value. For example, it is possible to observe at what flow rate the target powder or mixed-phase material flows, whether clogging may occur, where clogging occurs, and the like. The flow rate, susceptibility to clogging, and the like naturally differ depending on the type of target powder or mixed-phase material. This behavior evaluation device is useful for examining the shape of the
図8に例示するように、スクリュー1、1xの羽根12は、対象の粉体若しくは混相物の移送方向である軸線Aに対して傾いている。羽根12は、対象の粉体若しくは混相物にとっては「坂道」であり、この上に載った粉体若しくは混相物が羽根12からなだれ落ちたり、羽根12の上を滑ったり、転がったりする。これ加えて、移送の過程で粉体若しくは混相物が羽根12により圧縮され、粉体若しくは混相物を構成する固体間若しくは固体と液体との間で摩擦が生じ、あるいは、羽根12や胴体2またはノズル6の内面に押し付けられてそれとの間で摩擦が生じる。本挙動評価装置が採用するスクリューフィーダ様の構造は、粉体若しくは混相物が圧送されるときの様々な、総体的な挙動を再現し、それを観測または計測することが可能な、汎用的または包括的なものである。
As illustrated in FIG. 8, the
本挙動評価装置による計測の結果は、スクリューフィーダのみならず、ホッパや押出機その他の機器の設計・開発に利用するのにも適している。図7は、本挙動評価装置を使用して粉体を移送しながら計測したトルク値の時系列と、CAE(Computer-Aided Engineering)のシミュレーションにより演算したトルク値の時系列とを併記したものである。図7中、実線は実測のトルク値の推移の一例を表し、一点鎖線はCAEのシミュレーションによるトルク値の算出結果の一例を表している。CAEは、例えば、既知のDEM(Discrete Element Method。または、PEM(Particle Element Method))やSPM(Smoothed Particle Method)等に則ったものである。 The results of measurement by this behavior evaluation device are suitable not only for screw feeders but also for designing and developing hoppers, extruders and other equipment. FIG. 7 shows the time series of torque values measured while transferring powder using this behavior evaluation device and the time series of torque values calculated by CAE (Computer-Aided Engineering) simulation. be. In FIG. 7, the solid line represents an example of transition of the measured torque value, and the dashed-dotted line represents an example of the calculation result of the torque value by CAE simulation. CAE conforms to known DEM (Discrete Element Method, or PEM (Particle Element Method)), SPM (Smoothed Particle Method), or the like, for example.
補足すると、本挙動評価装置を使用して計測したトルク値と、CAEにて本挙動評価装置と同等の構造及び仕様の装置により粉体若しくは混相物を移送する状況をシミュレーションした結果とを比較し、後者が前者に近づくようにCAE上での粉体若しくは混相物の特性値を調整することを通じて、その対象の粉体若しくは混相物の動的な特性値を精度よく推定または同定することが可能である。ここに言う特性値とは、例えば、粘性、粘着力(ファンデルワールス力)や、ばね定数(ヤング率、固さ)、回転抵抗(ころがり抵抗)、密度(真密度、粒子密度、かさ密度)、粉体若しくは混相物を構成する固体間若しくは固体と液体との間の摩擦、粉体若しくは混相物と他の物体(スクリュー1、1x、胴体2、ノズル6、6x等)との間の摩擦、粉体若しくは混相物が他の物体に衝突するときの反発係数、等である。推定または同定した対象の粉体若しくは混相物の特性値は、スクリューフィーダやスクリューフィーダ以外の種類の機器、例えばホッパ等を開発・設計するためのCAEシミュレーションに援用できる。
Supplementally, the torque value measured using this behavior evaluation device is compared with the results of a CAE simulation of the transfer of powder or mixed phase material by a device with the same structure and specifications as this behavior evaluation device. , By adjusting the characteristic values of the powder or mixed phase on CAE so that the latter approaches the former, it is possible to accurately estimate or identify the dynamic characteristic values of the target powder or mixed phase. is. The characteristic values referred to here are, for example, viscosity, adhesive force (van der Waals force), spring constant (Young's modulus, hardness), rotational resistance (rolling resistance), density (true density, particle density, bulk density). , Friction between solids that make up the powder or mixed phase or between solid and liquid, Friction between powder or mixed phase and other objects (
本実施形態では、粉体若しくは混相物を垂直でない所定の軸線A方向に沿って移送しながらその性状を定量評価するものであって、前記軸線A方向に沿って伸長する軸11の周囲に螺旋状に羽根12が設けられ、その軸11を中心に回転することで羽根12により粉体若しくは混相物を移送するスクリュー1、1xと、前記軸線A方向に沿って延伸しており、内部に前記スクリュー1、1xを収容し、基端側に粉体若しくは混相物が投入されてこれが内部を先端側に向かって流動し、先端側にて粉体若しくは混相物を外部に吐出する胴体2と、前記スクリュー1、1xを回転駆動するモータ4と、前記スクリュー1、1xと前記モータ4との間に介在し、スクリュー1、1xを回転させて粉体若しくは混相物を移送するときに当該スクリュー1、1xに加わるトルクの大きさを計測するトルクメータ5とを具備する挙動評価装置を構成した。
In this embodiment, the powder or mixed phase is transported along a predetermined axis A direction that is not vertical, and its properties are quantitatively evaluated. A
本実施形態の挙動評価装置によれば、従来は決して容易でなかった、現実の用途における粉体若しくは混相物の動的な流動性等の性状を精確に評価することができる。即ち、実際にある程度以上の量の粉体若しくは混相物を圧送、流動させたときの粉体若しくは混相物の挙動を観測し、機器が圧送する粉体若しくは混相物の流量や、それを圧送するために要する動力の大きさ、機器内で粉体若しくは混相物が詰まる閉塞が起こってしまう可能性、等を実測または推測できる。つまりは、対象の粉体若しくは混相物を移送するときの挙動の予測が可能となり、その結果を粉体若しくは混相物の移送機構を含む機器の設計に活用できるようになる。 According to the behavior evaluation apparatus of the present embodiment, it is possible to accurately evaluate properties such as dynamic fluidity of powders or mixed-phase materials in actual applications, which has never been easy in the past. That is, the behavior of the powder or mixed phase when actually pumping and flowing a certain amount of powder or mixed phase is observed, and the flow rate of the powder or mixed phase that is pumped by the device and the flow rate of the powder or mixed phase. It is possible to actually measure or estimate the magnitude of the power required for this, the possibility of clogging with powder or mixed phases in the equipment, and the like. In other words, it becomes possible to predict the behavior when the target powder or mixed phase material is transferred, and the results can be utilized in the design of equipment including the transfer mechanism for the powder or mixed phase material.
押送するべき対象の粉体若しくは混相物の挙動は複雑、または非線形的であると言える。その予測困難性は、新規に機器類の設計しまたは製造する場面だけでなく、既設の機器に今までとは異なる性状の粉体若しくは混相物を投入したとしてそれがどのような挙動を示すのかを考えなければならないときに、機器または設備のオペレータの頭を悩ませることになる。例えば、斜面に載置された粉体が流れ落ちるような場合、何かのきっかけがなければ粉体の流れは生じず、きっかけがあって初めて急に流れが生じる。そのきっかけが何で、いつ起こるかは判然とせず、そのきっかけが起こらずに粉体がうまく流れないこともあり得る。 The behavior of a powder or mixed phase to be pumped can be said to be complex or non-linear. The difficulty of predicting is not limited to the case of designing or manufacturing new equipment, but what kind of behavior it will show when powder or mixed phase material with different properties than before is put into existing equipment. This can be a headache for the operator of the equipment or facility when they have to consider For example, when powder placed on a slope flows down, the flow of powder does not occur unless there is some trigger. It is not clear what the trigger is and when it will occur, and it is possible that the powder will not flow well if the trigger does not occur.
だが、本挙動評価装置を使用することにより、粉体や混相物の挙動と相関の高い指標である、スクリュー1に作用するトルク値の時系列の測定ができるようになる。粉体や混相物を移送する機器類の設計、製造を担う立場の者にとっては、その設計がどの程度奏功しているのかを定量評価することも可能となる。 However, by using this behavior evaluation device, it becomes possible to measure the time series of the torque value acting on the screw 1, which is an index highly correlated with the behavior of powders and mixed phases. For those who are in charge of designing and manufacturing equipment for transferring powders and mixed phases, it is also possible to quantitatively evaluate how well the design is working.
本実施形態に挙動評価装置において、前記スクリュー1、1xの軸11は、その基端側の部位がベアリング22により回転可能に支持されているが、それよりも先端方の部位はベアリング22その他の部材により支持されていない。このような構造により、胴体2の内部を基端側から先端側に向かって流動する粉体若しくは混相物は、胴体2、スクリュー1、1x及びノズル6以外の部材(即ち、スクリュー1、1xの軸11を支持するベアリング等)からの力や摩擦抵抗を受けない。故に、計測されるトルク値に、それらの抵抗以外のノイズが混入しない。
In the behavior evaluation device of this embodiment, the
前記胴体2の先端側には、胴体2から吐出される粉体若しくは混相物を通過させるノズル6、6xを取り付けることができる。そのノズル6、6xは、胴体2に対して任意に脱着が可能である。従って、胴体2の内空の断面積よりも狭窄したノズル6が存在している場合と、そのようなノズル6が存在していない場合とで、粉体若しくは混相物を移送するためにスクリュー1、1xに加わるトルクの大きさの違いを評価することができる。敢えて開口断面積の小さいノズル6を胴体2に装着し、粉体若しくは混相物の吐出流量を意図的に低減するようにして、粉体若しくは混相物の詰まりやすさ、閉塞のしやすさを評価、把握するためにも利用できる。ノズル6、6xの材質やその内面の加工状態による粉体若しくは混相物との摩擦に関する特性評価、ノズル6、6xの先端の開口の寸法、形状等に応じた抵抗の変化の評価にも役立つ。
前記スクリュー1、1xも交換可能である。スクリュー1、1xを交換することを通じて羽根12のピッチP、P’を変更し、移送する対象の粉体若しくは混相物とスクリュー1、1xの羽根12とが接触している時間の長さ、あるいは接触面積の大きさを意図的に変更することができる。複数の種類のスクリュー1を用いて粉体若しくは混相物を移送する実験を行うことで、対象の粉体若しくは混相物とスクリュー1、1xとの間の摩擦に関する特性を評価することができる。
The
また、粉体若しくは混相物が吐出される胴体2の先端側(または、ノズル6に近い側)における羽根12のピッチP’を、粉体若しくは混相物が投入される胴体2の基端側(または、ノズル6から遠く離れた側)における羽根12のピッチPよりも狭小とすることで、粉体若しくは混相物がスクリュー1xの羽根12に押送される過程で圧縮され、その間の動的な特性を評価することが可能となる。
In addition, the pitch P' of the
前記スクリュー1、1xにおける前記羽根12のピッチPを、前記胴体2の基端側に開設された投入口21の内径Dよりも小さくすれば、投入口21を介して胴体2内に投入された粉体若しくは混相物を細かく分散させてスクリュー1、1xにより搬送することができる。それにより、塊状の粉体若しくは混相物に起因してトルクメータ5が計測するトルクの値に不当に大きな変動が発生することを抑制でき、安定したトルク値の計測が可能になる。
If the pitch P of the
本実施形態の挙動評価装置は、前記胴体2の基端側に開設された投入口21に連接し、胴体2に投入するべき粉体若しくは混相物を貯留することのできる投入器3、3xを具備している。前記投入器3、3xの内容積は、前記胴体2の内容積よりも大きいことから、当該投入器3、3xから胴体2の内部に対象の粉体若しくは混相物をある程度以上の期間継続して供給し続けることができる。いわば、粉体若しくは混相物が欠乏して切れない。結果、回転するスクリュー1、1xにより胴体2内を流動する粉体若しくは混相物に継続して圧力を加え続け、その間にスクリュー1に加わる、現場の実態に即したトルク値、つまりは粉体若しくは混相物の流動性その他の性状を、適正に計測し定量評価することが可能となる。
The behavior evaluation device of the present embodiment includes
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments detailed above. The specific configuration of each part can be modified without departing from the gist of the present invention.
1、1x…スクリュー
11…軸
12…羽根
2…胴体
21…投入口
22…ベアリング
3、3x…投入器
4…モータ
5…トルクメータ
6、6x…ノズル
A…軸線
D…投入口の内径
P…羽根のピッチ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記軸線方向に沿って伸長する軸の周囲に螺旋状に羽根が設けられ、その軸を中心に回転することで羽根により粉体若しくは混相物を移送するスクリューと、
前記軸線方向に沿って延伸しており、内部に前記スクリューを収容し、基端側に粉体若しくは混相物が投入されてこれが内部を先端側に向かって流動し、先端側にて粉体若しくは混相物を外部に吐出する胴体と、
前記スクリューを回転駆動するモータと、
前記スクリューと前記モータとの間に介在し、スクリューを回転させて粉体若しくは混相物を移送するときに当該スクリューに加わるトルクの大きさを計測するトルクメータと、
前記胴体の先端側に脱着可能に取り付けられ、胴体から吐出される粉体若しくは混相物を通過させるノズルとを具備し、
前記スクリューの軸は、その基端側の部位がベアリングにより回転可能に支持されているが、それよりも先端方の部位はベアリングその他の部材により支持されておらず、
前記ノズルは、先方に向かって狭窄した形状をなし、その内面の軸線に対する傾斜角度が異なるものが複数存在しており、
前記ノズルを交換することを通じて、その先端の開口断面積または前記軸線方向に沿った長さ寸法を変更した上で前記トルクメータにより各ノズル毎に前記スクリューに加わるトルクの大きさを計測することができる挙動評価装置。 It is for grasping the behavior while transferring powder or a mixed phase of solid and liquid along a predetermined non-vertical axis direction,
a screw provided with blades spirally around the shaft extending along the axial direction, and rotating about the shaft to transfer the powder or the mixed phase by the blades;
It extends along the axial direction, accommodates the screw inside, powder or a mixed phase material is put into the base end side, and this flows inside toward the tip side, and the powder or the mixed phase material flows inside toward the tip side. A body that discharges the mixed phase material to the outside,
a motor for rotating the screw;
A torque meter that is interposed between the screw and the motor and measures the magnitude of the torque applied to the screw when the screw is rotated to transfer the powder or mixed phase material ;
A nozzle that is detachably attached to the tip side of the body and allows the powder or mixed phase material discharged from the body to pass through,
The shaft of the screw is rotatably supported by bearings at its proximal end, but is not supported by bearings or other members at its distal end,
The nozzle has a shape that narrows toward the front, and there are a plurality of nozzles with different inclination angles with respect to the axis of the inner surface,
By exchanging the nozzle, the cross-sectional area of the opening at the tip or the length dimension along the axial direction is changed, and then the magnitude of the torque applied to the screw for each nozzle can be measured by the torque meter. A behavior evaluation device that can .
前記投入器の内容積が前記胴体の内容積よりも大きい請求項1、2または3記載の挙動評価装置。 A feeder connected to the feed port opened on the base end side of the body and capable of storing the powder or mixed phase material to be fed into the body,
4. The behavior evaluation device according to claim 1, 2 or 3, wherein the inner volume of said thrower is larger than the inner volume of said trunk .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021068112A JP7171084B2 (en) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | Behavior evaluation device for powder or mixed phase |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021068112A JP7171084B2 (en) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | Behavior evaluation device for powder or mixed phase |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022163273A JP2022163273A (en) | 2022-10-26 |
JP7171084B2 true JP7171084B2 (en) | 2022-11-15 |
Family
ID=83742227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021068112A Active JP7171084B2 (en) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | Behavior evaluation device for powder or mixed phase |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7171084B2 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5210101B2 (en) * | 1972-05-01 | 1977-03-22 | ||
JPS49127481A (en) * | 1973-04-10 | 1974-12-06 | ||
DE2751225C3 (en) * | 1977-11-16 | 1981-08-13 | Werner & Pfleiderer, 7000 Stuttgart | Device with a melt index measuring device arranged after the sieve pack of a screw extruder and a method for regulating the viscosity of melted plastic that is to be molded |
JPS61153544A (en) * | 1984-12-27 | 1986-07-12 | Zenitakagumi:Kk | Rotational viscometer |
GB9423063D0 (en) * | 1994-11-16 | 1995-01-04 | Rosand Precision Ltd | Improvements in and relating to reaction apparatus and to control systems for them |
KR102236368B1 (en) * | 2020-07-23 | 2021-04-02 | 김명호 | Apparatus for measuring rheological properties of highly viscous materials and methods for their measurement |
-
2021
- 2021-04-14 JP JP2021068112A patent/JP7171084B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022163273A (en) | 2022-10-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Minglani et al. | A review of granular flow in screw feeders and conveyors | |
US7284574B2 (en) | Apparatus for accurate powder metering | |
US5333762A (en) | Screw feeder with progressively decreasing screw confinement | |
Nan et al. | Analysis of powder rheometry of FT4: Effect of air flow | |
JP7171084B2 (en) | Behavior evaluation device for powder or mixed phase | |
EP1953087A1 (en) | Powder-metering device, and filling system incorporating the powder-metering device | |
Freeman et al. | Characterising powder flow properties–the need for a multivariate approach | |
Muzzio et al. | Solids mixing | |
Augenstein et al. | Friction factors for powder flow | |
JP2009539731A (en) | Device for conveying material in a dispensing system | |
Cho et al. | Study of residence time distribution and mill hold-up for a continuous centrifugal mill with various G/D ratios in a dry-grinding environment | |
US20040173439A1 (en) | Flexible screw feeder/mixer for precision dosing and feeding of particulate systems | |
JP5930591B2 (en) | Quantitative feeder for granular material | |
KR20140066865A (en) | Apparatus for measuring and mixing materials | |
Liu et al. | The axial force model optimization and dynamic characteristics of shear-friction force in screw | |
Zareiforoush et al. | A. Review on screw conveyors performance evaluation during handling process | |
Yu | Theoretical modelling and experimental investigation of the performance of screw feeders | |
Ola | Screw feeder flow profile of agro-food bulk solids. Laboratory stand review | |
Ola et al. | Experimental tests of the discharging profile for geometric variable design screw feeders used for agro-food bulk solids. | |
JP5714264B2 (en) | Agitation blade of powder feeder | |
Lu et al. | Characterization of non-Newtonian rheological behaviors of powders | |
Ye et al. | Investigation of particle dynamics in a disc rotating device by means of experiments and numerical simulations using DEM | |
Awasthi et al. | Numerical investigation of screw design influence on screw feeding in a roller compactor | |
Ding et al. | Experimental analysis on flow characteristics of particulate materials conveyed by airslides | |
Asoegwu et al. | Moisture content effect on the volumetric flow rate of egusi-hopper orifices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210414 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220517 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220711 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221018 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221026 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7171084 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |