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ロータリーフィーダー
(ロータリーフィーダー)
ロータリーフィーダー
ロータリーフィーダーとは、ケーシング内部の羽根付きローターを回転させ、粉体や粒体を一定量ずつ下流へ供給する装置です。主にホッパーやサイロの排出口へ取り付け、スクリューフィーダー、計量機、混合機、空気輸送設備などへ原料を送り出します。
ローターの羽根とケーシングで区切られた空間へ原料を取り込み、回転に伴って排出口まで移動させます。回転速度を変えることで供給量を調整できますが、実際の重量供給量は、粉体のかさ密度、流動性、付着性、圧縮性、ローターへの充填状態によって変化します。
ロータリーフィーダーの仕組みと構成
主な構成部品は、ケーシング、ローター、羽根、回転軸、軸受、軸シール、モーター、減速機、入口・出口フランジです。ローターには複数の羽根があり、羽根とケーシングの間に形成された区画へ入口側から原料が入ります。
ローターが回転すると、区画内の原料が排出口へ移動し、重力によって下流へ排出されます。1回転当たりに移送する容積が概ね決まるため、回転数を変更することで容積供給量を調整できます。
ただし、ローター区画が毎回同じ状態で満たされるとは限りません。ホッパー内の原料残量、圧密、空気の巻込み、付着、入口でのブリッジなどにより、同じ回転速度でも供給量が変動します。
主な用途
- ホッパーやサイロからの粉体・粒体供給
- スクリューフィーダーへの安定供給
- 計量ホッパーや混合機へのバッチ供給
- 空気輸送配管への粉体投入
- 集塵機で回収した粉体の連続排出
- 上流側と下流側の圧力差を抑えながら行う供給
圧密しやすい粉体では、ホッパーからスクリューフィーダーへ原料が過剰に押し込まれ、供給量が不安定になることがあります。ロータリーフィーダーを上流に設置し、スクリュー入口への流入量を調整することで、供給状態を安定させられる場合があります。
供給能力の考え方
ローター1回転当たりの有効容積をV、回転速度をN、粉体のかさ密度をρb、ローター区画への充填率をηとすると、理論上の重量供給量Qは次のように概算できます。
Q＝V×N×ρb×η
VをL/rev、Nをmin−1、ρbをkg/Lで表すと、Qはkg/minとなります。例えば、有効容積2L/rev、回転速度20min−1、かさ密度0.6kg/L、充填率0.8の場合は、次のようになります。
Q＝2×20×0.6×0.8＝19.2kg/min
充填率は粉体特性や入口形状によって変化します。回転速度を上げすぎると、区画へ十分に原料が入らず、回転数に比例して供給量が増えない場合があります。そのため、計算値だけでなく実粉による確認が重要です。
スクリューフィーダーとの違い
スクリューフィーダーは、らせん状の羽根で原料を軸方向へ押し進めます。一定距離を搬送しながら供給でき、離れた位置にある計量機や混合機へ原料を送る用途に適しています。
ロータリーフィーダーは、入口と出口の間で原料を区切りながら、比較的短い距離を供給する装置です。ホッパーやサイロの直下へ設置しやすく、設備をコンパクトに構成できます。
付着性や圧縮性が高い粉体では、ローター区画内への残留、羽根とケーシングの間へのかみ込み、供給量の脈動が発生することがあります。粉体特性、搬送距離、要求精度、清掃性を比較して方式を選定します。
空気輸送設備での役割
空気輸送設備では、搬送配管内の圧力を大きく乱さずに粉体を投入するため、ロータリーフィーダーが使用されます。ローターの区画が粉体を順次送り込むことで、上流と下流の空気流を一定程度抑えます。
ただし、ローターとケーシングの間にはクリアランスがあるため、完全な気密構造ではありません。下流側の圧力が高いと、隙間を通じて空気が上流へ漏れ、ホッパー内の粉体を吹き上げたり、供給量を不安定にしたりする場合があります。
空気輸送用途では、使用圧力、漏れ空気量、ローター回転数、軸シール、摩耗量を確認し、用途に適した機種を選定します。
設計・制御上のポイント
粉体特性に合うローターを選ぶ
粒径、かさ密度、流動性、付着性、圧縮性、摩耗性、吸湿性によって、適したローター形状や材質は異なります。流動性が高い粉体では、停止中にも隙間から流れ落ちるフラッシングが起こる場合があります。
付着性の高い粉体では、羽根やケーシング内面への堆積によって有効容積が減り、回転抵抗も増加します。必要に応じて、羽根形状、表面処理、クリアランス、回転速度、清掃方法を検討します。
入口への原料流入を安定させる
ホッパー内でブリッジやラットホールが発生すると、ローターが回転していても原料が区画へ入らず、供給が途切れます。反対に、上部から大きな圧力がかかると粉体が締まり、回転負荷が増えることがあります。
ホッパー角度、出口寸法、ロータリー入口の開口範囲、アジテータ、振動機器などを含め、原料がローターへ均一に流入する構造を検討します。
粗供給・微供給を切り替える
バッチ計量では、計量初期を高速で粗供給し、目標重量へ近づくと低速の微供給へ切り替えます。PLCや計量コントローラからインバーターへ速度指令を送り、重量値に応じて回転速度を変更します。
停止指令後も、ローター出口やシュート内の原料が計量ホッパーへ落下します。目標重量より手前で停止する落差補正を行い、実際の計量結果から停止重量を調整します。
低速時の脈動を確認する
ロータリーフィーダーは区画ごとに原料を排出するため、低速運転では供給の脈動が目立つ場合があります。微量計量では、1区画分の排出重量が許容誤差より大きいと、目標重量を超えやすくなります。
必要に応じて、ローター区画を小さくする、微供給専用機を設ける、下流にスクリューフィーダーを組み合わせるなどの方法を検討します。
かみ込みと過負荷を監視する
大粒、凝集塊、異物が羽根とケーシングの間へ入ると、ローターが停止し、モーターや減速機へ過大な負荷がかかります。モーター電流、インバーター異常、回転確認を監視し、異常時は上流からの供給も停止します。
逆転によってかみ込みを解消できる場合もありますが、原料を上流へ押し戻したり、異物をさらにかみ込ませたりする可能性があります。自動逆転を行う場合は、回数、時間、再起動条件を制限します。
軸シールと粉漏れを確認する
回転軸周辺のシールが摩耗すると、粉体の漏れや外気の吸込みが発生します。微粉や摩耗性粉体では、軸シールや軸受への粉体侵入に注意が必要です。
パージエアを使用する構造では、供給圧力と流量を監視します。パージエアが強すぎると粉体流動へ影響する場合があるため、原料特性に合わせて調整します。
異常時の確認と復旧
主な異常には、モーター過負荷、インバーター異常、回転未確認、供給量不足、供給停止不能、粉漏れ、軸受温度上昇があります。
ローターが回転しない場合は、異物や凝集塊のかみ込み、粉体の圧密、軸受・減速機の不具合、モーター容量不足を確認します。原料が供給されない場合は、ホッパー内のブリッジ、入口部の閉塞、区画内の付着を確認します。
復旧作業では、上流から原料が流入しない状態にし、電源を遮断してから内部を点検します。詰まりを除去せずに再起動を繰り返すと、羽根、軸、減速機を損傷する可能性があります。
清掃・点検と設備更新
定期点検では、ローターとケーシングの付着・摩耗、羽根の変形、軸シール、軸受、チェーンやカップリング、減速機、取付ボルトを確認します。摩耗によってクリアランスが広がると、供給量、気密性、停止時の漏れ込みが変化します。
品種切替を行う設備では、点検口、ローターの引抜き方法、分解に必要なスペース、洗浄後の乾燥性を確認します。残留が品質へ影響する場合は、分解清掃しやすい構造を選定します。
既設機を更新する場合は、フランジ寸法、面間寸法、回転方向、供給能力、モーター容量、減速比、インバーター周波数、軸シール方式を確認します。後継機で1回転当たりの容積が変わる場合は、速度設定や落差補正の再調整が必要です。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体・粒体の粒径、かさ密度、流動性、付着性、圧縮性、摩耗性、必要供給量、要求精度などを確認し、ロータリーフィーダーを含む供給設備を検討します。
ロータリーフィーダー単体だけでなく、ホッパー、アジテータ、スクリューフィーダー、計量ホッパー、空気輸送設備などを含む機械構成を設計します。ロータリーフィーダーをスクリューフィーダーの上部に設け、入口への流入量を調整する構成も検討します。
制御盤、PLC、インバーター、計量コントローラを組み合わせ、粗供給・微供給、停止後落差補正、過負荷・回転監視、かみ込み時の停止、前後設備とのインターロックを構成します。
粉体特性による影響が大きい場合は、実際の粉体を使用して、回転速度と供給量の関係、付着、脈動、かみ込み、清掃性などを確認し、機器選定と制御条件へ反映します。
よくある質問
Q. 回転数を上げても供給量が増えない場合は何を確認しますか？
A. ローター区画への充填不足、ホッパー内のブリッジ、入口部の閉塞、粉体の空気巻込みを確認します。高速すぎると区画へ十分に原料が入らない場合があります。
Q. 計量値が目標重量を超える場合はどう調整しますか？
A. 微供給速度、停止重量、停止後落差を確認します。1区画分の排出重量が大きい場合は、ローター形状や別の微供給方式も検討します。
Q. ローターが頻繁に過負荷停止する原因は何ですか？
A. 凝集塊や異物のかみ込み、粉体の圧密・付着、軸受や減速機の不具合が考えられます。ホッパーから加わる圧力や入口形状も確認します。
Q. 既設ロータリーフィーダーをインバーター制御へ変更できますか？
A. モーターがインバーター運転に対応し、低速時の冷却と必要トルクを確保できれば対応できる場合があります。速度範囲、電源、制御盤の改造範囲を確認します。
Q. 実際の粉体で機器選定を確認できますか？
A. ハカルプラスでは粉体テストに対応しています。供給能力、脈動、付着、かみ込み、清掃性などを確認し、機械構造と制御条件へ反映します。
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