アンチジャミングロータリーバルブが貴社のバルクハンドリングシステムに最適な理由は何ですか?

ロータリー バルブ (ロータリー エアロック バルブまたはセルラー ホイール スルースとも呼ばれる) は、空気圧搬送システム、集塵設備、およびバルク固形物処理装置で最も広く使用されているコンポーネントの 1 つです。上部の処理容器と下部の搬送ラインまたは雰囲気の間の圧力差を維持しながら、バルク材料を計量してホッパー、サイクロン、サイロから排出します。繊維状材料、大きな粒子、粘着性の粉末、または混合サイズのバルク固体を含むアプリケーションでは、標準的なロータリーバルブは詰まりを起こしやすい傾向があります。つまり、材料がローター先端とバルブハウジングの間に挟まり、ローターが失速してプロセスが停止する状態です。アンチジャミングロータリーバルブは、これらの詰まりを防止または迅速に解消するように特別に設計されており、これをどのように達成するか、およびさまざまな用途にとってどの設計機能が最も重要であるかを理解することは、困難なバルク材料を扱うプロセスエンジニア、メンテナンスチーム、および機器仕様者にとって必須の知識です。

標準ロータリーバルブの詰まりの理由とそれが重大な問題になる場合

標準的なロータリー バルブは単純な原理で動作します。つまり、マルチベーン ローターが厳しい公差の円筒形ハウジング内で連続的に回転し、各ポケットが入口開口部の下で回転すると、材料が重力によってローター ベーン間のオープン ポケットに落下します。ローターが回転し続けると、充填されたポケットが出口に向かって移動し、重力または空気圧による搬送圧力によって材料が排出されます。ローターチップクリアランス (ローターブレード先端とハウジングボアの間の隙間) は、標準バルブでは通常 0.1 ～ 0.3 mm で、高圧出口側から低圧入口側への空気の漏れを最小限に抑えるために可能な限り小さく保たれます。

ジャミングは、粒子または繊維ストランドがこの先端隙間に入り込み、ローターが回転し続けるときにローター先端とハウジング壁の間に機械的に閉じ込められると発生します。モーターの駆動トルクは粒子をギャップに押し通そうとしますが、粒子が硬い、大きい、または十分に硬い場合は、圧縮に抵抗してローターが失速します。たとえ一時的な詰まりでもプロセスが即座に中断されます。下流の空気輸送ラインは材料の供給を失い、上流の容器は過剰充填され始め、手動で除去するためにシステム全体を停止する必要があります。

妨害事象の頻度と重大度は、扱われる物質に直接依存します。木材チップ、わら、タバコ、再生紙繊維、プラスチック再生材などの繊維材料は、個々の繊維やストランドがチップクリアランスを越えて橋渡しし、ローターが回転するにつれて締め付けられる可能性があるため、特に詰まりが発生しやすくなります。一部の食品成分、化学顆粒、鉱物製品など、粒子形状が不規則な粗粒状物質も、大きすぎる粒子や凝集体がバルブに入ると頻繁に詰まります。名目上は自由に流動する材料であっても、上流プロセスからの塊、異物、または不完全に砕かれた凝集体が時折含まれる場合、詰まりが発生する可能性があります。

アンチジャミングロータリーバルブが詰まりを防ぐ方法: 設計原則

アンチジャミングロータリーバルブ いくつかの異なるエンジニアリングアプローチを通じてジャミング問題に対処しており、異なる製品設計ではこれらのアプローチの 1 つまたは複数を同時に使用する場合があります。それぞれのアプローチの基礎となる原理を理解することは、指定者が特定のアンチジャミングバルブ設計が特定の材料や用途に適切であるかどうかを評価するのに役立ちます。

キックバック（逆回転）機構

最も一般的なジャミング防止機構は、ローター負荷が設定されたしきい値を超えて増加したとき (初期または実際のジャムを示します) を検出し、正転を再開する前にローターの回転方向を短時間 (通常は 1 ～ 3 秒) 自動的に逆転させるトルク監視制御システムです。このキックバック動作により、チップクリアランスに加えられる機械的な力が逆転して、捕捉された粒子や繊維が取り除かれ、材料がギャップに押し込まれるのではなく、バルブポケットに戻ることが可能になります。最初の反転で詰まりが解消されない場合、キックバック サイクルが数回繰り返される可能性があり、定義された回数の失敗サイクルの後、制御システムはアラームを発し、制御されたシャットダウンを開始します。

キックバック システムは、繊維状で不規則な材料に効果的であり、可逆駆動モーターとトルク監視制御ロジックを追加することで、標準ローターを備えた既存のバルブに後付けできます。その制限は、ジャムが発生した後に反応することです。各キックバック イベント中に材料の流れが短時間中断されるため、敏感な空気搬送システムでは小さなプロセス障害が発生する可能性があります。

ニップポイントを防ぐように設計されたローター形状

より積極的なアンチジャミング手法では、ローターの形状を変更して、粒子がチップクリアランスに押し込まれる原因となるニップポイントの形状を排除または削減します。 2 つの主要な変更が使用されます。第 1 に、ロータ ブレードの先端を面取りしたり、角張った先端ではなく後退した形状にすることで、ブレードがハウジングのボアに垂直ではなく鋭角で近づくようにすることができます。この形状は、粒子を隙間に閉じ込めるのではなく、粒子をそらしてローターのポケットに戻す傾向があります。第 2 に、ローターの羽根の数を減らして (標準的なバルブで使用される 8 ～ 10 枚の羽根ではなく、通常は 4 ～ 6 枚の羽根) 設計できるため、より大きな粒子サイズに対応する大き​​なポケットが作成され、サイズを超える粒子が先端クリアランス ゾーンに遭遇する頻度が減ります。

調整可能なチップクリアランスシステム

一部のアンチジャミングロータリーバルブ設計では、さまざまな材料特性に対応するために、メンテナンス中に手動で、または操作中に自動的にチップクリアランスを調整できます。調整可能なエンドプレートまたは偏心ベアリングハウジングを備えたバルブを使用すると、ハウジング内のローターの位置をわずかに移動させることができ、詰まりやすい材料を処理するときにチップクリアランスを増加させ、材料が変化するとエアシール効率を高めるために厳しいクリアランスに戻ります。この調整機能により運用上の柔軟性が得られますが、固定クリアランス設計よりも注意深いセットアップとメンテナンスが必要になります。

ドロップスルーバルブとブロースルーバルブの設計

ドロップスルー ロータリー バルブは、ローターが従来の方向に回転し、重力によってハウジングの底部から材料を排出します。ブロースルーロータリーバルブでは、空気圧搬送空気がハウジングを直接通過し、各ポケットが回転して空気入口を通過するときに排出された材料をポケットから搬送ラインに掃き出します。ブロースルー設計は、連続的な空気掃引によりバルブ内部を清浄に保ち、入口ポートと出口ポートの間のポケットに物質が詰まるのを防ぐため、本質的にドロップスルー設計よりも詰まりが発生しにくくなります。空気輸送用途における繊維状または粘着性の材料の場合、ブロースルーアンチジャミングバルブが最高の性能を発揮します。

アンチジャミングロータリーバルブを選択する際に比較すべき主な仕様

アンチジャミングバルブの選択に関するアプリケーション固有の考慮事項

最適なアンチジャミングロータリーバルブ設計は、すべての用途で同じというわけではありません。材料特性、プロセス条件、規制要件はすべて、どのバルブ機能が最も重要であるかに影響を与えます。次のアプリケーション カテゴリは、さまざまな業界や材料間で選択の優先順位がどのように変化するかを示しています。

木材加工とバイオマス

木材チップ、おがくず、バイオマスの処理は、ジャミング防止ロータリー バルブにとって最も要求の厳しい用途の 1 つです。この材料には、微細な粉塵からチップ、場合によっては特大の破片に至るまで、幅広いサイズ分布が含まれており、容易に橋渡ししたり絡み合ったりする繊維状要素が含まれています。バイオマス用途向けのアンチジャミングバルブは通常、キックバック駆動システムとワイドポケットローター (4 ～ 6 枚のベーン) および特大の入口開口部を組み合わせています。木材チップやバイオマス材料は適度に摩耗性があるため、ハウジングとローターは一般的に軟鋼で製造され、ローターブレードの先端と摩耗ゾーンのハウジングボアに硬化面処理が施されています。金属汚染物 (釘、ネジ、ワイヤー) がバルブに侵入し、キックバック時に損傷を引き起こすのを防ぐために、バルブの上流に磁気セパレーターを設置することをお勧めします。

食品および医薬品の加工

食品および医薬品用途のアンチジャミングロータリーバルブは、ジャミング耐性と衛生的な設計を組み合わせる必要があります。つまり、滑らかな内面、製品が蓄積して汚染される可能性のあるデッドゾーンがないこと、製品切り替えの合間に工具を使わずにローターを取り外して洗浄できるクイックリリースエンドカバーが必要です。研磨された内面 (Ra ≤ 0.8 μm) と FDA 準拠のエラストマーシールを備えたステンレス鋼 316L 構造が標準です。キックバック機構は、ローターの反転によって製品の劣化が引き起こされないように設計する必要があります。壊れやすい食品粒子の場合は、材料を粉砕したり損傷したりする可能性のある高トルクの反転よりも、非常に短い低トルクのキックバック サイクルが推奨されます。

リサイクルと廃棄物処理

リサイクル材料（細断されたプラスチック、紙繊維、繊維廃棄物、および混合廃棄物の流れ）は、粒子サイズが非常に変化し、不規則な形状であり、上流のサイズ縮小装置を通過した過大な破片が時折含まれる傾向があるため、ロータリーバルブにとって最も困難な用途の 1 つです。リサイクル用途のアンチジャミングバルブには、利用可能な最高のトルク定格、警報前に複数回の反転試行による堅牢なキックバック制御、高摩耗ゾーンで交換可能な摩耗ライナーを備えた頑丈な構造が必要です。オペレーターによっては、バルブの上流に振動スクリーンまたはトロンメルを設置して、バルブの入口に到達する前に大きな材料を除去する人もいます。

駆動システムと制御の統合による耐ジャミング性能

キックバック防止ジャミング システムの有効性は、駆動システムと制御ロジックに完全に依存しており、これらの要素はバルブの選択時にバルブ本体自体の機械設計と同じくらい注意を払う価値があります。駆動モーターは可逆的である必要があります。可逆接触器を備えた三相 AC モーター、またはコマンドに応じて回転を逆転できる可変周波数ドライブ (VFD) によって駆動されるモーターのいずれかです。 VFD 駆動システムは、ジャミング対策アプリケーションに大きな利点をもたらします。モーター電流測定による正確なトルク監視を提供し、ソフトスタートとソフトストップでキックバックイベント時の機械的衝撃を軽減し、ローター速度の継続的な調整を可能にして各材料のスループットとジャミングリスクのバランスを最適化します。

アンチジャミング サイクルの制御ロジックは、ジャムが検出される現在のしきい値、各キックバック反転の継続時間、アラームが発生するまでの反転試行回数、および連続する反転試行間の遅延というパラメータに対して調整可能である必要があります。これらのパラメータは、試運転中にアプリケーションごとに調整する必要があります。医薬品の微粉末を処理するバルブの最適設定は、木材チップを処理するバルブの最適設定とはまったく異なり、工場出荷時のデフォルト設定が特定のアプリケーションに最適であることはほとんどありません。

アンチジャミングバルブの耐用年数を延ばすメンテナンス方法

耐ジャミングロータリーバルブは、摩耗を促進する本質的に困難な材料を扱うため、耐ジャミング性能を維持し、計画外の停止を防ぐには、体系化されたメンテナンスプログラムが不可欠です。

• 先行指標としてキックバックの頻度を監視します。 キックバック サイクルがシフトごとまたは操作時間ごとにアクティブになる頻度を追跡します。キックバック周波数の増加は、摩耗によりローター先端クリアランスが減少している (粒子が除去できるギャップが減少している) か、材料特性が変化していることを示しています。どちらの状態でも、完全な詰まりが発生する前に調査する必要があります。
• ローター先端のクリアランスを定期的に検査および測定します。 ローターブレードの先端は研磨材の用途で徐々に摩耗し、先端クリアランスが増加し、エアシール効率が低下します。定期保守検査ごとにすきまゲージを使用してチップクリアランスを測定し、クリアランスがメーカーが推奨する動作圧力差の最大値を超える前にローターを交換またはハードフェーシングしてください。
• エンドプレートのシールとベアリングの状態を検査します。 ローターの両端のシャフト シールは、研磨用途でベアリングの急速な故障の原因となるベアリング ハウジングへの物質の侵入を防ぎます。シールの摩耗を確認し、メーカーが推奨する間隔で交換してください。材料の漏れが目に見えるようになるまで待ってシールを交換しないでください。
• メンテナンス後にモーター電流のベースラインを確認します。 バルブのメンテナンス作業後は、無負荷モーター電流と標準動作条件での通常運転電流を記録してください。これらのベースライン値により、キックバック制御システムの電流しきい値を正しく設定でき、機械的問題の発生を示すランニング トルクの徐々に増加を検出するための基準が提供されます。