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Feb 19, 2024

重量フィーダー: 連続製造のアキレス腱

2018 年 2 月 13 日 重量フィーダーは連続製造プロセスで頻繁に使用されます。 重量フィーダーは、重量損失に基づいてフィーダーの速度を調整する制御システムに依存しています。

2018年2月13日

重量フィーダーは連続製造プロセスで頻繁に使用されます。 重量フィーダーは、重量損失の測定に基づいてフィーダーの速度を調整する制御システムに依存しています。 コントローラーはホッパーに新しい材料が充填されているときの排出量を認識できないため、通常は直列に配置された 2 つのホッパーが使用されます。 下部ホッパーは、流れの障害の可能性を減らすために、少なくとも 1 つの急傾斜の壁を備えた非対称であることがよくあります。 このような形状では、多くの場合、固体の速度分布が非常に変動し、偏析が悪化する可能性があります。 一部のホッパーでは、「生きた底」がありデッドゾーンがないことを保証するために撹拌機が使用されます。 充填サイクル中、下流フィーダーは容積測定モード (つまり、一定速度) で動作します。 下流のホッパーが満たされた後、フィーダーは重量モードで動作します (つまり、その速度はホッパー内の材料の重量損失を測定することによって制御されます)。 重量フィーダーの概略図を図 1 に示します。

ほとんどの粉末は圧縮可能です。 粉末のかさ密度は圧密応力が増加すると増加し、低応力では急速に変化しますが、高応力ではそれほど劇的には変化しません。 典型的な圧縮率曲線を図 2 に示します。ここでは、かさ密度が主主応力に対してプロットされています。 主主応力は、応力に最大値を与える平面で測定される応力です。

ホッパーの奇妙な形状により、粉末はいわゆる活性応力状態に留まります。 活性状態では、最大応力の方向は下向きになります。 追加の応力が粉末に加えられた場合、たとえば粉末の塊が上部ホッパーから下部ホッパーに落とされた場合、応力は粉末に向かって垂直に伝わり、圧縮可能であるため、その嵩密度が増加します。 フィーダーは充填サイクル中容積モードにあるため、かさ密度の変化を補償できません。 充填中に粉末のかさ密度が増加したため、充填サイクル中および排出サイクルの開始時の排出率が以前よりも高くなる可能性があります。 これは図 3 に示されており、フィーダーによって充填されたコンテナ内の重量増加を測定することによって排出率が計算されます。

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下部ホッパーが空になり、フィーダーが重量モードで動作しているとき、排出量は非常に安定しています。 粉末のかさ密度は必ずしも一定ではありませんが、密度が増加した場合、またはその逆の場合、制御システムはフィーダー速度を下げることで補償します。 残念ながら、充填サイクル中、新しい材料の衝撃により、ホッパーの内容物のヒール部分にある粉末が圧縮されます。 これは、嵩密度が増加しても、容積測定モードであるため、コントローラーが速度を調整しないことを意味します。

変動を抑える方法はあります。 たとえば、新しい粉末をより頻繁に追加できるため、充填サイクル中にかかる負荷が軽減され、フィーダーが容積測定モードに留まらなければならない時間が短縮されます。 また、最新のコントローラーは予測能力が高く、充填ステップに伴うより高い嵩密度を推定できるため、フィーダーが重量モードに戻るときに必要なフィーダー速度の推定値が得られます。

変動は、マスフロー用に下部ホッパーの収束セクションを変更することによっても減らすことができます。 質量流は、ホッパーの壁が十分に急勾配で、摩擦が十分に低く、壁に沿った流れが確保されるときに発生します。 質量流量では、粉末がビンから排出されるときに応力の受動的状態が発生し、この受動的応力状態は補充中に残ります。 粉末は横方向に圧縮され、垂直方向に膨張します。その結果、主な主応力は垂直方向ではなく水平方向に作用します。 典型的な主主応力プロファイルを図 4 に示します。