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バタフライバルブ
(バタフライバルブ)
バタフライバルブ
バタフライバルブとは、円板状の弁体を回転させて、配管やホッパーの流路を開閉するバルブです。弁体を流れと平行にすると開き、流れに対して直角にすると閉じます。比較的短い面間寸法で設置でき、構造が簡潔なため、空気、液体、粉体などを扱う各種設備で使用されています。
粉体設備では、サイロやホッパーの排出口、計量槽の投入・排出口、空気輸送配管などに設置し、原料の供給や遮断に用いられます。ただし、粉体の付着性、粒径、摩耗性、圧縮性などによっては、弁体への付着や原料のかみ込みが発生するため、対象物に適した構造や材質を選定する必要があります。
バタフライバルブの仕組みと構成
バタフライバルブは、主にバルブ本体、円板状の弁体であるディスク、回転軸、シート、駆動部などで構成されます。回転軸を約90度回すことで、全開から全閉まで切り替えます。
駆動方式には、レバーやハンドルを使う手動式、エアシリンダやロータリーアクチュエータを使う空気圧式、モーターを使う電動式などがあります。自動設備では、PLCから電磁弁や電動アクチュエータへ指令を出し、開閉動作を制御する方式が一般的です。
開限・閉限センサを設けることで、バルブが指令どおりの位置まで動作したかをPLCで確認できます。全開・全閉だけでなく、アクチュエータの仕様によっては途中開度で停止させ、流量や供給量を調整することも可能です。
主な用途と使用される工程
バタフライバルブは、粉体・粒体・液体・空気などを扱う設備で、流路の開閉や切り替えに使用されます。代表的な用途には、次のようなものがあります。
- サイロやホッパーからの原料排出
- 計量槽への原料投入と計量後の排出
- 粉体輸送配管の開閉
- 空気輸送設備における搬送経路の切り替え
- 液体供給配管の遮断
- メンテナンス時の流路分離
計量設備では、計量開始時にバタフライバルブを開き、目標重量に近づいた段階で閉じることで原料の供給を停止します。供給機や計量コントローラと連動させ、粗供給・微供給や後落ち補正を行う場合もあります。
他のバルブとの違い
ボールバルブとの違い
ボールバルブは、内部に穴を設けた球状の弁体を回転させて流路を開閉します。全開時に流路を確保しやすく、比較的高いシール性が求められる用途で使用されます。
バタフライバルブは、配管内に円板状の弁体が残る構造ですが、面間寸法が短く、大口径でも比較的コンパクトに構成しやすいことが特徴です。
ピンチバルブとの違い
ピンチバルブは、弾性のあるスリーブを外側から押しつぶして流路を閉じます。粉体やスラリーが金属製の弁体へ直接接触しにくく、弁体への付着やかみ込みを抑えやすい場合があります。
バタフライバルブは円板を回転させる構造であり、一般に開閉動作が速く、コンパクトに設置できます。一方、粉体がディスクやシートへ付着する用途では、閉鎖性や清掃性を確認する必要があります。
設計・制御上のポイント
対象物に合わせた材質と構造
粉体、液体、空気など、通過する対象物によって適した材質やシート構造が異なります。粉体設備では、粒径、流動性、付着性、摩耗性、温度、水分などを確認し、バルブ本体、ディスク、シートの材質を選定します。
摩耗性の高い粉体では、ディスクやシートの摩耗によって閉鎖性が低下する場合があります。食品や薬品を扱う設備では、接粉・接液部の材質や清掃性も重要です。
付着とかみ込みへの対策
粉体がディスク周辺やシート部に付着すると、全閉位置まで動かない、隙間から漏れる、駆動トルクが増えるといった問題が起こることがあります。粒の大きい原料や固まりを含む場合は、ディスクとバルブ本体の間へのかみ込みにも注意が必要です。
原料が滞留しにくい取付方向、適切なクリアランス、シート構造、駆動力を検討します。必要に応じて、点検や清掃を行いやすい位置に設置します。
開閉位置の確認とインターロック
上流側の供給機や空気輸送設備は、バタフライバルブが所定の位置にあることを確認してから運転します。バルブが閉じた状態で原料や空気を送り込むと、配管内の閉塞、圧力上昇、供給機の過負荷につながる可能性があります。
PLCでは、開指令・閉指令と開限・閉限信号を監視し、一定時間内に動作が完了しない場合は警報を出します。複数の搬送経路を切り替える設備では、同時に開いてはいけないバルブへ相互インターロックを設けます。
途中開度での使用
バタフライバルブは途中開度にすることで流路を絞ることができますが、開度と実際の流量が単純な比例関係になるとは限りません。圧力差、対象物の性質、配管抵抗などによって流量は変化します。
定量供給や精密な流量調整が必要な場合は、バルブ開度だけに頼らず、流量計、計量機、供給機の速度制御などと組み合わせます。
異常時の安全動作
停電や圧縮空気の低下が発生した際に、バルブを開側または閉側のどちらへ動かすかは、設備の用途によって異なります。原料供給を停止したい場合は閉側、圧力を逃がす必要がある場合は開側など、安全側となる状態を検討します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、対象となる粉体・粒体・液体の特性、配管径、使用圧力、必要な開閉速度、設置スペースなどを確認し、バタフライバルブを含む供給・搬送設備を設計します。
バルブ単体の選定だけでなく、サイロ、ホッパー、計量槽、供給機、空気輸送配管などとの取り合いを含めた機械設計、エアシリンダや電動アクチュエータ、電磁弁、位置センサを組み込んだ制御盤設計に対応します。
PLCによる開閉制御、供給機や搬送機器とのインターロック、動作異常や圧力異常の監視、タッチパネルへの状態表示まで一体的に設計します。計量設備では、計量値に応じた開閉、落差補正、計量実績や異常履歴の保存、配合管理システムや生産管理システムとの連携についても検討できます。
よくある質問
Q. バタフライバルブは粉体にも使用できますか？
A. 粉体に対応した構造や材質であれば使用できます。ただし、付着、摩耗、かみ込み、漏れなどが発生する可能性があるため、粉体特性と使用条件に合わせた選定が必要です。
Q. バタフライバルブで流量を調整できますか？
A. 途中開度にすることで流路を絞ることはできますが、開度と流量は必ずしも比例しません。精密な調整が必要な場合は、流量計や計量機、供給機の速度制御と組み合わせます。
Q. バルブが全閉しない原因には何がありますか？
A. 粉体の付着やかみ込み、シートの摩耗、アクチュエータの出力不足、圧縮空気の圧力低下、位置センサのずれなどが考えられます。機械部分と制御部分の両方を確認します。
Q. PLCから自動開閉できますか？
A. 空気圧式や電動式のアクチュエータを使用することで自動開閉できます。PLCから指令を出し、開限・閉限センサで動作完了を確認します。
Q. 既設設備のバルブを自動化できますか？
A. 既設バルブへアクチュエータや位置センサを追加できる場合があります。ただし、バルブ本体の構造、必要トルク、設置スペース、制御盤の入出力などを確認する必要があります。