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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
バタフライバルブは、配管やホッパー内に設けた円板状の弁体を回転させ、流路を開閉するバルブです。弁体を流れと平行にすると全開に近い状態となり、流れに対して直角にすると閉止します。構造が比較的簡潔で面間寸法も短いため、空気、液体、粉体、粒体を扱う幅広い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、遮断、経路切替に用います。ただし、粉体の付着性、粒径、摩耗性、圧縮性、水分などによっては、弁体への付着、シート部へのかみ込み、閉止不良が発生するため、対象物と使用条件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
主な構成部品は、バルブ本体、円板状の弁体であるディスク、回転軸、シート、軸受、シール部、駆動部です。回転軸を通常約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、レバーやハンドルによる手動式、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、モーターや電動アクチュエータを使う電動式があります。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、開限・閉限センサで動作完了を確認します。
全開・全閉の二位置で使用する方式が一般的ですが、位置決め機能を持つアクチュエータを用いれば、途中開度で流路を絞ることもできます。ただし、開度と実際の流量は単純な比例関係にならないため、定量制御では別の計測・供給機器と組み合わせます。
主な用途と使用される工程
- 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
- 空気輸送配管や集塵配管の開閉
- 複数の搬送経路や投入先の切り替え
- 液体・空気供給配管の遮断
- 点検や清掃時の設備区間の分離
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て原料供給を停止します。供給量が大きい場合は、別の供給機で粗供給・微供給を切り替え、バタフライバルブは最終遮断用として使用する構成もあります。
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、貫通穴を設けた球状の弁体を回転させて流路を開閉します。全開時に直線的な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に適しています。
バタフライバルブは配管内にディスクが残りますが、面間寸法が短く、大口径でも比較的コンパクトに設置できます。必要なシール性、圧力、対象物、設置スペースを確認して使い分けます。
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弁体へ直接接触しにくく、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開閉が速く、構造も比較的簡潔ですが、粉体がディスクとシートの間に入り込む用途では、閉止性や摩耗、清掃性を慎重に確認します。
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、粒体、液体、空気では、適した本体材質、ディスク材質、シート材質が異なります。粉体設備では、粒径、硬さ、付着性、摩耗性、水分、温度、腐食性などを確認します。
摩耗性の高い原料では、ディスク先端やシートの摩耗によって漏れが増える場合があります。食品や薬品を扱う設備では、接粉・接液部の材質、表面仕上げ、分解・洗浄のしやすさも重要です。
付着・かみ込み・漏れへの対策
粉体がディスク周辺やシート部へ付着すると、全閉位置まで動かない、閉止後も原料が漏れる、必要な駆動トルクが増えるといった問題が起こります。粒径の大きい原料や凝集物を含む場合は、ディスクと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、適切なシート構造、十分な駆動力、点検・清掃スペースを検討します。原料特性が不明な場合や付着が懸念される場合は、実粉を用いた動作確認を行うことも有効です。
駆動トルクの考え方
必要な駆動トルクは、シートとの摩擦、配管内の圧力差、原料の付着やかみ込みなどによって決まります。概念的には、必要トルクTは次のように表せます。
T＝F×r
Tはトルク（N・m）、Fは弁体に作用する力（N）、rは回転軸から力の作用点までの距離（m）です。実際にはシール摩擦や安全率も加味し、メーカーの選定資料に基づいてアクチュエータを選定します。
駆動力が不足すると途中で停止し、過大なアクチュエータを使用すると、かみ込み時にシートや軸を損傷する可能性があります。対象物と使用圧力に応じた適切な余裕が必要です。
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、バルブが所定の位置にあることを確認してから起動します。閉じた状態で原料や搬送空気を送り込むと、配管内の圧力上昇、閉塞、供給機の過負荷につながる場合があります。
PLCでは、開指令・閉指令と開限・閉限信号を比較し、設定時間内に動作が完了しない場合は動作異常として警報を出します。複数経路を切り替える設備では、誤った経路へ原料が流れないよう、同時開放を防止する相互インターロックを設けます。
途中開度での使用
バタフライバルブを途中開度にすると流路を絞れますが、開度を50％にしても流量が50％になるとは限りません。実際の流量は、弁体形状、圧力差、配管抵抗、流体や粉体の性質によって変化します。
液体や気体の流量調整では、流量計や圧力計の測定値を見ながら開度を制御します。粉体の定量供給では、計量機、スクリューフィーダー、ロータリーフィーダーなどと組み合わせる方が安定する場合があります。
異常時の安全側動作
停電、圧縮空気低下、通信断、電磁弁故障などが発生した際に、バルブを開側または閉側のどちらへ動かすかを決めておきます。原料供給を遮断する必要がある設備では閉側、圧力を逃がす必要がある設備では開側とするなど、安全側の状態は用途によって異なります。
エア駆動では、スプリングリターン式アクチュエータやエアロック回路を用いる場合があります。電動式では、停電時にその場で停止するものや、非常用電源によって所定位置へ移動させるものがあります。
異常監視・復旧・保守
主な異常には、開閉時間超過、開限・閉限信号の不一致、圧縮空気圧低下、電動機過負荷、原料のかみ込み、シート損傷などがあります。異常を検出した場合は、上流側の供給機やブロワを停止し、二次的な閉塞や過圧を防ぎます。
復旧時は、原料供給や圧力が残っていないことを確認してから、手動操作や寸動でバルブの動きを確認します。無理に開閉を繰り返すと、シート、軸、アクチュエータを損傷する可能性があります。
定期点検では、ディスクとシートの摩耗、粉体の付着、軸部からの漏れ、アクチュエータの動作、電磁弁、位置センサ、取付ボルト、配管接続部を確認します。開閉時間の長期的な変化も、付着や摩耗の兆候として利用できます。
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、開閉頻度、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・搬送設備を検討します。
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、空気輸送配管との取り合いを含む機械設計、エアアクチュエータ、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、動作時間超過、圧力異常、圧縮空気低下などの監視、タッチパネルへの状態・警報・復旧手順の表示まで一体的に構成します。
計量設備では、粗供給・微供給、停止後落差、安定判定、補正値管理、計量実績や異常履歴の保存も検討します。既設設備の更新では、バルブ形式、取付寸法、必要トルク、制御信号、PLC入出力、上位システムとの通信仕様を確認し、改造範囲を整理します。
よくある質問
Q. バルブが全閉位置まで動かない場合は何を確認しますか？
A. ディスクやシートへの粉体付着、原料のかみ込み、圧縮空気圧の低下、アクチュエータ出力不足、軸部の固着、位置センサのずれなどを確認します。機械側と制御側の両方を点検します。
Q. 閉じても粉体が漏れる場合は交換が必要ですか？
A. シート摩耗や損傷が原因であれば交換が必要な場合がありますが、粉体の付着、かみ込み、取付位置のずれが原因のこともあります。清掃と動作確認を行ったうえで判断します。
Q. 既設の手動バルブを自動化できますか？
A. バルブ本体がアクチュエータ取付けに対応し、必要トルクと設置スペースを確保できれば自動化できる場合があります。電源、圧縮空気、位置信号、制御盤の入出力も確認します。
Q. バタフライバルブだけで高精度な計量供給はできますか？
A. 原料の流動性が高い場合は供給量を調整できることがありますが、開度と供給量は安定した比例関係になりにくいため、高精度計量では供給機や計量制御との組み合わせを検討します。
Q. バルブ更新後に既存の制御設定をそのまま使えますか？
A. 開閉時間、必要トルク、限位置信号、電磁弁やアクチュエータの仕様が異なる場合があります。更新後はインターロック、監視時間、計量時の停止タイミングなどを再調整します。