JP3688019B2 - テーパ式横型ロータリーバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、連続加圧蒸煮装置の蒸煮投入口又は蒸煮排出口に取付け、内外圧差を保持するテーパ式横型ロータリーバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続加圧蒸煮装置(以下、蒸煮装置と略する)の蒸煮投入口又は蒸煮排出口には内外圧差を保持したまま原料の投入又は蒸煮物の排出を実現するロータリーバルブ(以下、バルブと略する)を取付ける。テーパ式横型ロータリーバルブ(以下、テーパバルブ)はその一つである。
【０００３】
従来のテーパバルブ11は、図５に見られるように、ほぼ水平に設けたロータの回転軸方向に移動可能なロータ12をケーシング13に納め、先に熱膨張を始めるロータ12がケーシング13に接触しない程度に両者の隙間14を予め広くしておき、使用中に手動でハンドル15を回してロータ12のシャフトを軸方向へ前後動させて前記隙間14を調整するなどして、内外圧力差の保持と円滑なロータ駆動との両立を図っている。このほか、通水してロータを冷却し、ロータとケーシングとの隙間を一定に保つテーパバルブもあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のテーパバルブでは、蒸煮装置運転開始後、先に熱膨張を始めるロータがケーシングに接触したり、蒸煮装置運転終了後、先に熱収縮を始めるケーシングが熱膨張したロータに接触する虞があるため、予め両者の隙間を広くしなければならず、蒸煮装置における内外圧差を保持しにくい問題があった。
【０００５】
仮に手動でロータを前後動させて前記隙間を調整するにしても、その調整作業は難しかった。また、ロータの水冷による隙間の調整は、バルブの構造を複雑にし、コストアップに繋がるほか、期待した通りの成果が得られない問題がある。
【０００６】
また、経年劣化により、隙間の大きさが変化したり、手動操作による隙間の調整が希望どうりにならなかったりして、最悪の場合にはロータとケーシングとの接触を許し、テーパバルブ自体を破損させる虞があった。
【０００７】
そこで、テーパバルブのロータもしくはケーシングの状態、特に温度、昇温時間、降温時間を監視し、正常な駆動時における両者の隙間を自動調整できるようにし、ロータの回転装置の状態、特に負荷率、電流値、回転トルク値を監視し、経年劣化に伴う異常事態に対応した隙間の自動調整ができるように、隙間の自動調整の制御機構について検討することとした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
検討の結果開発したものが、バルブ投入口とバルブ排出口とを持つケーシング内に複数のポケットを形成したテーパ式のロータを内蔵し、該ロータには該ロータのシャフトを回転させる回転装置と軸方向へ前後動させる前後動装置とが連結された構造のテーパ式横型ロータリーバルブにおいて、該ロータリーバルブの正常な駆動時におけるロータとケーシング内面との隙間を自動調整できるように、ロータもしくはケーシングの状態に関する変数、又はロータの回転装置の状態に関する変数を制御変数としてロータの前後動装置の駆動を制御することを特徴とするテーパ式横型ロータリーバルブである。
【０００９】
ロータもしくはケーシングの状態に関する変数としては、ロータもしくはケーシングの温度、昇温時間又は降温時間があり、ロータの回転装置の状態に関する変数としては、ロータの回転装置の負荷率、電流値又は回転トルク値がある。
【００１０】
本発明のテーパバルブは、ロータもしくはケーシングの状態、又はロータの回転装置の状態を監視し、その状態の変化から、直接には実測できないロータとケーシングとの隙間の現時点での大きさを察知し、前後動装置によりロータを前後動することで、蒸煮装置の稼働中におけるテーパバルブの内外圧力差を保持し、かつ円滑な原料移送を実現する隙間を形成するのである。
【００１１】
テーパバルブが正常に稼働している場合、ケーシングとロータとは、一方の温度から他方の温度を知ることができ、両者の昇温時間又は降温時間は実験的に得ることができる。更に、それぞれの熱膨張係数は予め算出可能であるから、ロータもしくはケーシングの温度、昇温時間又は降温時間のいずれかを検出すれば、検出データ測定時点におけるケーシングとロータとの隙間をほぼ正確に算定できる。そして、こうして得られた隙間と適切な隙間との差を０にするように、ロータの前後動装置を作動させればよいのである。なお、この温度と隙間との関係は予め算出してテーブル表として作成しておいてもよい。
【００１２】
テーパバルブに異常が発生した場合、例えばロータ等の経年劣化によってロータの前後動装置による隙間の調整に過不足が生じてロータとケーシングとが接触した場合など、こうした異常はロータの回転装置への負荷の変動として検知することができる。そこで、ロータの回転装置の負荷率、電流値もしくは回転トルク値を監視しておけば、更に異常事態における隙間の調整が可能となる。なお、隙間の大きさと１対１の関係にある負荷を予めロータに与えておけば、テーパが正常に稼働している場合でも、このロータの回転装置の負荷を所定の大きさになるようにロータの前後動装置を作動させて隙間を調整することができる。
【００１３】
各制御変数は、個別又は組み合わせて使用するとよい。例えば、ケーシングの温度と昇温時間又は降温時間、ロータ及びケーシング両者の温度、ロータの温度とロータの回転装置の回転トルク値、等である。前後動装置には、例えば、ロータの回転とは無関係にシャフトを前後動させる調整シャフトに直結した油圧シリンダ、エアーシリンダや、前記調整シャフトに連結したモータ等がある。
【００１４】
特定された隙間に対する調整は、純粋な機械的作業であるが、検出データは時々刻々と変化していくので、手作業で対応することができない。また、ロータとケーシングとが接触するような異常事態に際し、直ちに対応することは、人間では難しい。そこで、本発明は、ロータの前後動を機械化することで、逐次算定した結果又はテーブル表に基いたリアルタイムな自動調整を可能としたのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のテーパバルブの制御構成を表したダイアグラムである。図１に見られるように、テーパバルブには、ロータを回転させる回転装置とロータのシャフトを前後動させる前後動装置とが連結され、この例では、前者はケーシングの温度、後者は回転装置の電流値を制御変数として、前後動装置を制御している。前後動装置は、検出したケーシング温度又は電流値より算出した目的値と、シャフトを前後動させた制御量とが一致するまで駆動させられる。なお、ロータやケーシングの状態を監視する制御系と、ロータの回転装置を監視する制御系とは、それぞれ独立して作動させてもよいが、互いに相互監視して、連携を図るようにしてもよい。
【００１６】
以上は、リアルタイム制御を前提とした構成であるが、このほか、異常事態への対応を除けば、次のようなシーケンス制御の方法によっても、隙間の調整を行うことができる。例えば、蒸煮装置運転開始を起点から約30分経過したことを合図として、予め定めた制御量に従って隙間が狭くなる方向へシャフトを一定量移動させ、所定時間経過後に蒸煮装置への蒸気供給の停止をすると共に、予め定めた制御量に従って隙間が広くなる方向へシャフトを一定量移動させるような制御などは、典型的なシーケンス制御と言うことができる。こうしたシーケンス制御は、装置構成が簡単にはなるが異常事態に対処しにくくなるので、現実的には、上記リアルタイム制御と組み合わせて、定常状態はシーケンス制御とし、異常状態が発生した際にリアルタイム制御に切り替えるようにしてもよい。
【００１７】
【実施例】
実施例における制御手順を図２のフローチャートに示す。この制御手順では、ケーシング９内面のテーパ角が３度、隙間10の初期値が0.3mmのテーパバルブ１(図３又は図４参照)に対し、シャフト５を10mm移動させて隙間を約0.5mm広げる又は縮めることのできる前後動装置７を連結し、ケーシング温度125℃を閾値として、ケーシング温度が前記閾値以上となれば隙間10を0.1mmにするようにしている。また、テーパバルブ１への原料供給開始後の異常として、ケーシング温度の閾値割れや、回転装置８の過負荷、すなわち電流値が５Ａを越えた場合を想定し、これらの場合には原料供給を直ちに停止して、警報を出すようにしている。なお、テーパバルブ１に接続する蒸煮装置の蒸気圧は1.8kg/cm²とした。
【００１８】
本実施例において、定常状態における制御変数としてケーシング温度を選択したのは、ケーシングの方がロータよりも温度検出が容易だからであり、代わりにロータ温度を検出してもよい。また、この実施例は、ケーシング温度でロータの移動距離、すなわちシャフトの移動距離を制御するのであるが、このほかケーシングの昇温又は降温時間や、温度変化の程度や割合等に対し、ロータの移動した後の位置を検出し、制御するようにしてもよい。但し、この場合はロータの位置検出のためのセンサが別途必要になる。こうした制御変数の種類、数の選択は理論的にも決定することはできるが、ケーシングやロータの素材、バルブの蒸煮装置への取付け関係(蒸煮装置の蒸煮投入口か蒸煮排出口か)、蒸煮装置の使用環境(温度、圧力)等などの諸条件を勘案して、実験的に決定するのがよい。
【００１９】
本実施例の具体的な装置構成を、図３(定常状態)、図４(異常状態)に示す。ロータ３は、まず、隙間10の初期値が0.3mmとなるように移動させられ、その後蒸煮装置(図示せず)への蒸気の流入を開始することでロータ３及びケーシング９の温度が上昇し始める(図２参照)。隙間10の初期値を0.3mmに定めるのは、以後の隙間10の調整を正確に行うための基準を常に同一とするためである。図３に見られるように、定常状態では順調な温度上昇により、ケーシング温度が閾値の125℃以上となったことを温度センサ２が検知すると、温度監視部６が前後動装置７を駆動してシャフト５と共にロータ３を図３中左方向へ４mm移動させ、隙間10を0.1mmにまで縮めるのである。
【００２０】
この実施例では、前後動装置７がモータであり、シャフト５に連結したシャフト調整ネジ４を回転させて、シャフト５を前後動(図３中左右方向)させるようにしているが、このほか、油圧又は空圧シリンダのような駆動装置で直接シャフトを前後動させるようにしてもよい。シャフト調整ネジ４の回転量は、温度監視部６へフィードバックして確認し、より正確なシャフト５の移動が実現できるようにしている。
【００２１】
テーパバルブ１の稼働中に、なんら異常が発生しなければ、蒸煮装置の運転終了、原料の供給停止とテーパバルブ１からの原料の排出の確認、そして蒸煮装置への蒸気の流入停止を待って、今度は前後動装置７を逆に駆動してシャフト５と共にロータ３を図３中右方向へ４mm移動させ、隙間10を初期値の0.3mmに復帰させる(図２参照)。隙間を広げる場合、ロータとケーシングとが接触する虞はないので、ケーシング温度を問わず、シーケンス制御で初期値0.3mmにまで広げるようにすればよい。
【００２２】
テーパバルブ１の稼働中に異常、本実施例ではケーシング温度が125℃を下回った場合(蒸気洩れ等)と回転装置８の電流値が５Ａを越えた場合(ロータ３とケーシング９との接触による過負荷等)とを想定、が発生した場合、テーパバルブ１が破損する可能性があるため、緊急停止させる(図２参照)。ケーシング温度の異常においては、温度監視部６が直ちに警報を出し、まず隙間10を初期値0.3mmにまで広げてから、テーパバルブ１内の原料を排出した後に蒸煮装置への蒸気の流入を停止させる。また、回転装置８の電流値の異常においては、図４に見られるように、温度監視部６とは無関係に負荷監視部16が警報を出して前後動装置７を駆動し、前記同様に隙間10を初期値0.3mmにまで広げてから、テーパバルブ１内の原料を排出した後に蒸煮装置への蒸気の流入を停止させる。
【００２３】
本実施例では、温度監視部６によるリアルタイム制御に、負荷監視部16による異常時の対応を負荷した制御構成としている。これにより、テーパバルブの稼働中における隙間の調整を、作業者の手を煩わせずに、むしろより正確かつ迅速に行えるようになり、作業効率は大幅に改善された。なお、本実施例のケーシング温度に基づくリアルタイム制御の代わりにシーケンス制御を実施した場合、負荷監視部16だけを設けて、回転装置８の異常のみに対応するようにしてもよい(図４破線部分を略した構成)。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のテーパバルブによって、稼働時に最適なロータとケーシングとの隙間を自動的に実現し、バルブの目的である内外圧力差の保持をより良く達することができるようになる。また、本発明は、簡単な装置によって従来要していた隙間調整の手間と労力とを削減することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のテーパバルブにおける制御構成のダイヤグラムである。
【図２】本発明のテーパバルブにおけるフローチャートである。
【図３】定常状態におけるテーパバルブの制御状態を表す断面図である。
【図４】異常状態におけるテーパバルブの制御状態を表す断面図である。
【図５】従来のテーパバルブの断面図である。
【符号の説明】
１ テーパバルブ
２ 温度センサ
３ ロータ
４ シャフト調整ネジ
５ シャフト
６ 温度監視部
７ 前後動装置
８ 回転装置
９ ケーシング
10 隙間
16 負荷監視部

Claims (3)

1. バルブ投入口とバルブ排出口とを持つケーシング内に複数のポケットを形成したテーパ式のロータを内蔵し、該ロータには該ロータのシャフトを回転させる回転装置と軸方向へ前後動させる前後動装置とが連結された構造のテーパ式横型ロータリーバルブにおいて、該ロータリーバルブの正常な駆動時における前記ロータとケーシング内面との隙間を自動調整できるように、前記ロータもしくはケーシングの状態に関する変数、又は前記ロータの回転装置の状態に関する変数を制御変数として前記ロータの前後動装置の駆動を制御することを特徴とするテーパ式横型ロータリーバルブ。
2. 請求項１記載のロータもしくはケーシングの状態に関する変数が、該ロータもしくはケーシングの温度、昇温時間又は降温時間であるテーパ式横型ロータリーバルブ。
3. 請求項１記載のロータの回転装置の状態に関する変数が、該ロータの回転装置の負荷率、電流値又は回転トルク値であるテーパ式横型ロータリーバルブ。

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