ロータリーバルブの空気漏れを最小限に抑えることの重要性

Coperion K-Tron | コンポーネント担当営業部長のマット・バート氏とコンポーネント担当ジュニア・ビジネス開発マネージャーのロン・ヴァン・オステンブリッジ氏 2021年11月22日

ロータリーバルブは、製品を計量したり、ホッパー内の材料の分離装置、圧力差の分離、または NFPA 69 (爆発防止システムに関する現在の規格) の隔離装置として機能する装置です。ロータリーバルブは、エアロック、スターバルブ、ロータリーフィーダー、ロータリーエアロックなど、さまざまな名前で知られています。図 1 にロータリーバルブの断面図を示します。

すべてのロータリーバルブから空気が漏れるため、この漏れ空気を管理する必要があります。考慮すべき漏れには 3 つのタイプがあります。ラジアル漏れとは、ローターブレードの先端とハウジングの間で漏れる空気のことです。軸方向の漏れは、ローターブレードのエッジとエンドプレートの間の漏れです。キャリーオーバー漏れとは、空のローターポケットを介してバルブの入口に戻るガスのことです。バルブの入口でのガス漏れは、バルブへの材料の流れに影響を与える可能性があります。

供給されるバルク材料の特性を理解することは、特定の用途に適したロータリーバルブを構成する上で重要です。

材料が粘着性または粘着性がある場合、圧力がかかると固まり、バルブに自由に流れなくなる可能性があります。粒子のサイズと形状は、材料がバルブポケットにどの程度うまく流れ込むか、ひいてはバルブの効率に影響します。噛み合ったり凝集したりしてポケット充填効率が低下する材料があります。バルブのサイズを決めるときは、これを考慮する必要があります。

ロータリーバルブの内部部品のバルク材はどの程度研磨性がありますか? 研磨材はローター、ハウジング、エンドプレートを摩耗させます。結果として生じる隙間により、バルブ全体でさらなる空気漏れが発生する可能性があります。摩耗に対処するようにバルブを設計するには、クロム、タングステンカーバイド、セラミックなどの特別なコーティングが必要になる場合があります。

供給される材料が腐食性の場合、バルブの構造材料を考慮する必要があります。通常、バルブはアルミニウム、炭素鋼、またはステンレス鋼で作られています。腐食性バルク材料の場合、正しい構造材料を選択することが重要です。もう 1 つの考慮事項は、プロセス蒸気が腐食を引き起こす可能性です。これは、バルブ自体よりもシールに大きな影響を与える可能性があります。

ロータリーバルブを構成する際には、環境の温度と材料の温度の両方を考慮する必要があります。材料が熱い場合は、熱膨張によるローターとハウジングの接触を避けるため、クリアランスに細心の注意を払ってください。温度もシールの種類に影響を与える可能性があります。

ロータリーバルブやシールの構造材料が反応する可能性はありますか？たとえば、チューブやロータリーバルブハウジング/ローターなどのプロセス機器にアルミニウムを使用すると、一部の PVC 化合物が変色する可能性があります。搬送ガスは通常、周囲空気または不活性ガス (N2 など) です。アザラシに清潔で乾燥した工場空気を供給することが重要です。そうしないと、バルブシールに水分、汚れ、または油が入り込む可能性があり、バルブシールが損傷したり、その効果が低下したりする可能性があります。

材料が劣化しやすい場合、ロータリーバルブによる磨耗により、製品が生産者やエンドユーザーの仕様から外れてしまう可能性があります。通常、この劣化は材料のせん断または汚れによって引き起こされます。

材料が硬くてせん断が難しい場合、ローターシャフトやドライブアセンブリに大きな負荷がかかる可能性があります。通常、これはより高負荷のドライブを使用することで解決できます。ただし、より高負荷のドライブをローターに追加すると、ローターシャフトがねじれる危険性があるため、注意が必要です。トルク負荷に耐えられるローターシャフトを備えたバルブを選択することが重要です。さらに、モース硬度は、圧力差と同様に、摩耗保護を選択するための最初の基準です。

材料のかさ密度と、それがバルブ前後の差圧によってどのような影響を受けるかを考慮する必要があります。たとえば、流動しやすい材料 (通常は粉末) では、圧力システムに供給する際のポケット充填効率の損失を補うために、特大のバルブが必要になる場合があります。

図 2: 6 ブレード、8 ブレード、および 10 ブレードのローター構成

すべてのバルブには、ローターブレードとハウジングおよび/またはエンドプレートの間に一定のクリアランスがあります。クリアランスは、サイズ、温度、材質、サービスなどの要因によって異なります。通常、バルブが大きいほどクリアランスが大きくなり、漏れガス量も多くなります。

適切な動作温度は、最も見落とされているパラメータの 1 つです。バルブが高温用に設計され、低温で動作する場合、クリアランスは必要以上に大きくなります。材料の特性によっては、材料自体が隙間の最大半分をブロックする可能性があり、これによりガス漏れが減少します。

バルブのサイズに関係なく、ローターのブレードの数はバルブのガス漏れに影響します。図 2 は、さまざまなローター構成を示しています。左側は6枚ブレードのローターです。最小数のブレードでは、常に少なくとも 2 つのブレードがハウジングを密閉し、最大は 4 つになります。これは、空気がバルブの下部から上部に逃げるために各側で 1 つまたは 2 つのハードルを飛び越えるだけでよいことを意味します。中央の図は、少なくとも 4 つのブレードがシールされている 8 ブレードのローターです。ガスがバルブを通過するには、両側に 2 つまたは 3 つのハードルをジャンプする必要があります。右側の図は 10 枚のブレードを備えたローターで、常に少なくとも 6 枚のブレードが密閉されており、各側にジャンプする障害物が 3 つまたは 4 つあることを意味します。

図 3 を挿入: 8 ブレードおよび 10 ブレードのローターのグラフ

図 3 を見ると、特定の圧力差でバルブを介してガスが漏れていることがわかります。チャートから、さまざまなサイズのバルブを比較したり、8 ブレードローターと 10 ブレードローターを比較したりできます。圧力差が大きくなると、ブレードが少なく、バルブが大きくなり、ガス漏れが増加することが容易にわかります。

例えば：

* 10インチ。ローター

o 8 ブレードローター - 24 [email protected] psi または 45 [email protected] psi

o 10 ブレードローター - 17 cfm @5 psi または 33 [email protected] psi

* 8インチ。ローター

o 8 ブレードローター - 18 [email protected] psi または 34 [email protected] psi

o 10 ブレードローター - 14 [email protected] psi または 26 [email protected] psi

図 4: 漏れガス抜きのないロータリーバルブ

圧力または真空の空気搬送システムでは、システムの適切なサイズを計算する際にこの漏れを考慮する必要があります。 1 つのラインに 3 つ以上のロータリーバルブが供給されている場合は、停止時に漏れを止めるために上部の遮断ゲートを使用することをお勧めします。

図 5 を挿入: 漏れガスを放出する内蔵ベント

図 6: 漏れガスコレクター付きロータリーバルブを挿入

ロータリーバルブのガス漏れを軽減するには、材質や設計の最適化以外にもいくつかの方法があります。図 4 は、空気がペレットを通して排出され、動作にほとんど影響を及ぼさない典型的なペレットの用途を示しています。図5は、ロータリーバルブハウジングに組み込まれたペレットおよび粒状材料用の通気口の例を示しています。これにより、漏れガスコレクターと比較して全体のスタックアップ高さが減少します。図 6 は、ガスを排出してバルブレートへの影響を軽減する漏れガスコレクターを示しています。最後に、2 つのバルブを互いに積み重ねることもできます。これにより漏れが約半分に減ります。これは最も高価なオプションであり、スタックアップ高さに最も大きな影響を与えます。材料が逆流しないように、下部のロータリーバルブは上部よりもわずかに速く動作する必要があります。

ロータリーバルブのエア漏れは避けられません。設定されたクリアランスは設計上含まれていますが、空気漏れが維持されず、メーカーの推奨値を超えた場合、動作上の問題が発生し、最終的にはバルブが故障する可能性が高くなります。加工業者にとって、材料特性、バルブのサイズ、プラントガスの品質、環境要因、さらにはバルブの構造材料など、空気漏れの可能性に影響を与える可能性があるものを理解することが重要です。新しいアプリケーションを設計する場合でも、既存のアプリケーションを改善する場合でも、ロータリーバルブの空気漏れを最小限に抑えるためのベストプラクティスを決定するには、バルブメーカーまたはシステムサプライヤーに相談してください。

Matt Burt はコンポーネントの販売担当ディレクターであり、Ron Van Ostenbridge は Coperion K-Tron のコンポーネントのジュニアビジネス開発マネージャーです。 Coperion は、配合および押出システム、供給および計量技術、バルクマテリアルハンドリングシステムおよびサービスにおける国際市場および技術リーダーです。 Coperion は、プラスチック、化学、製薬、食品、鉱物産業向けのシステム、機械、コンポーネントの設計、開発、製造、保守を行っています。詳細については、www.coperion.com をご覧いただくか、電子メール [email protected] をご覧ください。

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