JP6621135B2

JP6621135B2 - セラ式空気輸送装置の逃気弁構造

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Publication number: JP6621135B2
Application number: JP2015246048A
Authority: JP
Inventors: 聖大久保
Original assignee: Hitachi Plant Mechanics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Mechanics Co Ltd
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: JP2017109845A

Description

本発明は、セラ式空気輸送装置の逃気弁構造に関するものである。

従来、セラ式空気輸送装置を専用船に搭載し、このセラ式空気輸送装置によって、専用船（船舶）の船倉に貯められた被搬送物である粉状体（粒状体を含む。以下、同じ。）、陸上のサイロに空気輸送することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、図４に示すように、従来のセラ式空気輸送装置１０は、一対のタンク１２、１４、切換弁１６、専用船のディーゼルエンジン３６を動力源とするコンプレッサ１８等から構成され、セメント、フライアッシュ、炭酸カルシウム等の工業品や穀物等の食料品等の粉状体を輸送する専用船（船舶）に搭載されている。

粉状体は、専用船の船倉に貯留され、船倉からタンク１２、１４に粉状体を供給する際には、船倉の底部に配置されたチェーンコンベヤからバケットエレベータによって粉状体を上昇搬送し、バケットエレベータの頂部からタンク１２の供給口２０又はタンク１４の供給口２２を介してタンク１２又はタンク１４に供給する。供給口２０、２２には、弁体（第１の弁体）２４、２６が設けられ、弁体２４（又は弁体２６）が開放されたタンク１２（又はタンク１４）に粉状体が交互に供給されて粉状体がタンク１２（又はタンク１４）に充填される。タンク１２（又はタンク１４）に充填された粉状体は、高圧エアによって、切換弁１６に接続された配管１５を介して陸上に空気輸送され、陸上に設置されたサイロに供給されて貯留される。

タンク１２、１４の下部はホッパ状に形成され、その下部開口部１２Ａ、１４Ａにジョイント管２８、３０が接続される。このジョイント管２８、３０の排出口２８Ａ、３０Ａが切換弁１６に接続されるとともに、切換弁１６には排出口２８Ａ、３０Ａを開閉するための弁体（第２の弁体）３２、３４が設けられている。

コンプレッサ１８からの圧力エアは、バッファタンク（図示省略）を介して、タンク１２、１４、ジョイント管２８、３０及びタンク１２、１４に内蔵されたブリッジ防止用のエアノズルユニット４０、４２にそれぞれバルブを介して供給される。

エアノズルユニット４０、４２は、タンク１２、１４のホッパ状部に配置され、ここに充填された粉状体に高圧エアを噴射し、粉状体を流動化させることにより粉状体の詰まりを防止する機能を有する。エアノズルユニット４０、４２の具体的な構造は、リング状に配置された上部ユニット４０Ａ、４２Ａと、この上部ユニット４０Ａ、４２Ａに連結され、ホッパ状部の傾斜面に沿って配置された複数の下部ユニット４０Ｂ、４２Ｂから構成される。これらの上部ユニット４０Ａ、４２Ａ、及び下部ユニット４０Ｂ、４２Ｂの多数のノズル４１、４１・・・から高圧エアをホッパ中央部に向けて噴射することにより、ホッパ部に充填された粉状体が効率よく流動化されて空気輸送時に円滑に排出される。

コンプレッサ１８の圧力エア供給系４４には、タンク１２、１４側の主配管に高圧エアを供給／停止するバルブ４６、４８と、その後段のジョイント管２８、３０に高圧エアを供給／停止するバルブ５０、５２、５４、５６、エアノズルユニット４０、４２に高圧エアを供給／停止するバルブ５８、６０が設けられ、これらのバルブ４６〜６０の開閉はコントローラ６２によって制御されている。また、弁体２４、２６を開閉するエアシリンダ（アクチュエータ）６４、６６と、弁体３２、３４を開閉するエアシリンダ６８、７０もコントローラによって制御されている。なお、符号７２、７４は、タンク１２、１４内における粉状体の充填量を検出するレベルセンサであり、符号７６、７８は、タンク１２、１４への粉状体の充填時にタンク１２、１４内のエアを外部に抜くための逃気弁である。レベルセンサ７２、７４からの情報はコントローラ６２に出力され、逃気弁７６、７８の動作もコントローラ６２によって制御されている。

ここで、弁体２４、２６は、中空の円錐形状に形成されており、タンク１２、１４を貫通して配置された略Ｌ字形状の揺動アーム８０の先端部に連結されている。この揺動アーム８０をエアシリンダ６４、６６によって揺動させることにより円形の供給口２０、２２に対して弁体２４、２６が頂部を先頭にして進退移動される。揺動アーム８０の基端部は、回転軸に連結されたレバー９６を介してエアシリンダ６４、６６のピストンに連結されている。エアシリンダ６４、６６のピストンが伸縮動作されると、それに連動してレバー９６、及び回転軸が正転／逆転方向に回動するので、回転軸に連結された揺動アーム８０が揺動動作し、供給口２０、２２が弁体２４、２６によって開閉される。

次に、コントローラ６２による制御方法の一例について説明する。
図４は、タンク１２に充填された粉状体を高圧エアによって空気輸送するとともに、タンク１４に粉状体を充填している状態が示されている。この場合、タンク１２側のバルブ４６、５０、５２、５８は開、逃気弁７６は閉であり、タンク１４側のバルブ４８、５４、５６、６０は閉、逃気弁７８は開である。また、エアシリンダ６８によって弁体３２がタンク１２の排出口２８Ａを開放しており、エアシリンダ７０によって弁体３４がタンク１４の排出口３０Ａを閉塞している。

レベルセンサ７４からの信号によりタンク１４に粉状体が満杯になったことを確認すると、エアシリンダ６６が駆動してタンク１４の供給口２２を閉塞し、粉状体の供給を停止する。そして、タンク１４の排出口３０Ａを弁体３４で閉塞するとともに、逃気弁７８を閉方向に駆動してエア抜きを停止する。この後、バルブ４８、５４、５６、６０を開放してタンク１４内に高圧エアを供給し、タンク１４の内圧が所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ）まで昇圧した時点で弁体３４を閉塞位置から開放位置に移動させ、排出口３０Ａを開放する。これにより、タンク１４内に充填された粉状体がタンク１４からジョイント管３０、切換弁１６、及び配管１５を介して陸上のサイロに高圧エアによって空気輸送される。

一方、この時、タンク１２は既に空の状態であるため、タンク１２側では粉状体の充填が開始されている。この時のバルブ４６、５０、５２、５８の動作、弁体２４、３２の動作、及び逃気弁７６の動作は、タンク１４側の各動作と同一である。

このように粉状体を空になったタンク１２、１４に交互に供給し、供給された粉状体をサイロに向けて交互に空気輸送する。これによって、専用船で輸送された粉状体をサイロに連続移送することができる。

特開２００９−４０５４４号公報

ところで、逃気弁７６、７８は、タンク１２、１４への粉状体の充填時にタンク１２、１４内のエアを外部に抜くために、すなわち、粉状体の充填時に、逃気弁７６、７８を開放することにより、タンク１２、１４内へ充填された粉状体により空気が押し出され、タンク１２、１４の内圧の上昇を抑え、粉状体のタンク１２、１４内への充填の妨げになることを防ぎ、また、粉状体の空気輸送中は逃気弁７６、７８を閉止し、タンク１２、１４の密閉を行うものであり、弁体２４、２６と同様、エアシリンダの直線動力を揺動アームを介することによって回転力へ変換し弁開閉を行う構造を採用するようにしている。

このため、従来のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造には、以下の課題があった。
（１）弁体動作、駆動方式について
・直線動力を回転力へ変換し弁開閉を行っているため伝達機構に多くの構成部品が必要となり、装置全体の部品増加につながっている。
・弁体の動作スペースを確保するため、逃気弁のケーシングが肥大化しており、必要以上の重量となる。
・弁体の動作軌跡上、動作中心側と外側では弁体着座部の弁座への接触挙動が異なり、弁体の消耗に偏りが発生する。
（２）弁体形状について
・弁体の着座部材の弁座との接触面を円錐台形状とし、弁座へ弁体を差し込むことでくさび効果による閉止性能を高めようとしているが、接触面の最大径部が弁座の最大径部の直径より大径に形成されているため、着座時の弁体圧縮による弾性変形によりその効果が阻害されている。

本発明は、上記従来のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造の有する問題点に鑑み、構造を簡略化することで部品点数の低減と動力損失の低減を可能にするとともに、形状の小型化や最適化等によって、上記従来のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造の有する問題点を解消するようにしたセラ式空気輸送装置の逃気弁構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造は、セラ式空気輸送装置のタンク内のエアを外部に抜くために用いられるセラ式空気輸送装置の逃気弁構造において、シリンダのシリンダロッドを、フローティングジョイントを介して、ケーシングに形成した、該ケーシングの内部空間側から順に耐スティックスリップ性を有する内側の軸シールと、該内側の軸シールによっては除去しきれない微粉を除去できる外側の軸シールからなる２種類の軸シールからなる粉体シールを備え、潤滑可能な軸受構造を持つ軸受部を貫通するバルブロッドに接続するとともに、該バルブロッドの先端に球面軸受を介して弁体を配設し、シリンダのシリンダロッド、バルブロッド及び弁体を、弁座芯上に水平に一直線に、かつ、軸受部を貫通するバルブロッド及び弁体を、上部に点検口及び点検口蓋を設けたケーシングの内部空間に配置したことを特徴とする。

また、前記弁体の着座部材の弁座との接触面が円錐台形状をし、該接触面の最小径部の径が弁座の最小径部の直径より大径に、最大径部の径が弁座の最大径部の直径より小径に形成されてなるようにすることができる。

本発明のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造によれば、セラ式空気輸送装置のタンク内のエアを外部に抜くために用いられるセラ式空気輸送装置の逃気弁構造において、シリンダのシリンダロッドを、フローティングジョイントを介して、ケーシングに形成した軸受部を貫通するバルブロッドに接続するとともに、該バルブロッドの先端に球面軸受を介して弁体を配設することにより、従来のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造では必須であった直線動力を回転力へ変換し弁開閉を行うための伝達機構が不要となるので、部品点数の低減及び動力損失も低減できるほか、弁体の動作スペースを大きく必要とせず、逃気弁ケーシングの大きさを必要最小限に抑えることができる。

また、前記シリンダのシリンダロッド、バルブロッド及び弁体を、弁座芯上に一直線に配置することにより、弁体の着座時の接触挙動を全周に亘って均一かつ同時に行われるようにすることができ、弁体の消耗の偏りを抑制することができる。

また、前記軸受部を貫通するバルブロッド及び弁体を、ケーシングの内部空間に配置するようにすることにより、逃気弁閉止時の一次側圧力上昇によって閉止押付力も上昇するため、着座時の押付力を高め、シリンダの出力を必要最小限とすることができる。

また、弁体の着座部材の弁座との接触面が円錐台形状をし、該接触面の最小径部の径が弁座の最小径部の直径より大径に、最大径部の径が弁座の最大径部の直径より小径に形成されてなるようにすることにより、差し込み効果を十分発揮し、弁体の着座部材の弁座との接触状態を安定させることができる。

また、前記軸受部に粉体シールを備え、潤滑可能な軸受構造を持つようにすることにより、粉体によって潤滑状態が悪くなる条件でも、摺動抵抗抑制のため作動特性を維持することができる。

本発明のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造の一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は軸受部の説明図、（ｅ）は弁体の説明図である。弁体の着座挙動及び着座部材と弁座との関係を示す説明図で、（ａ）は従来例、（ｂ）は実施例である。弁体の動作を示す模式図で、（ａ）は従来例、（ｂ）は実施例である。従来のセラ式空気輸送装置を示す説明図である。

以下、本発明のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造の一実施例を示す。
このセラ式空気輸送装置の逃気弁構造は、図４に示す従来のセラ式空気輸送装置１０の逃気弁７６、７８に対応し、タンク１２、１４への粉状体の充填時にタンク１２、１４内のエアを外部に抜くために、すなわち、粉状体の充填時に、逃気弁７６、７８を開放することにより、タンク１２、１４内へ充填された粉状体により空気が押し出され、タンク１２、１４の内圧の上昇を抑え、粉状体のタンク１２、１４内への充填の妨げになることを防ぎ、また、粉状体の空気輸送中は逃気弁７６、７８を閉止し、タンク１２、１４の密閉を行うものである。

そして、このセラ式空気輸送装置の逃気弁構造は、シリンダ２のシリンダロッド２１を、フローティングジョイント３を介して、ケーシング１に形成した軸受部１１を貫通するバルブロッド４に接続するとともに、このバルブロッド４の先端に球面軸受５を介して弁体６を設置し、これらを可能な限り弁座芯上に一直線になるように配設するようにしている。

［フローティングジョイント３］
ところで、シリンダロッド２１とバルブロッド４に芯ずれや偏角があると、動力の損失が大きくなるばかりでなく、軸受部１１の構成部品の短寿命化にもつながる。一般的には、芯ずれや偏角が生じないように、高精度な調整を行うことが必要となるが、シリンダ２や軸受部１１等のメンテナンスの都度調整を行うことは困難である。
そこで、芯ずれや偏角が生じても、無理な力がシリンダロッド２１及びバルブロッド４並びに軸受部１１にかからないように、シリンダ２のシリンダロッド２１とバルブロッド４との間にフローティングジョイント３を設けるようにしている。
ここで、フローティングジョイント３には、ＳＭＣ社製「ＪＡ型フローティングジョイント」を用いるようにしている。

［球面軸受５］
また、弁体６と弁座７の芯ずれや偏角があると、弁体の着座部が均一にならないばかりかバルブロッド４に偏心荷重がかかることとなる。
そこで、バルブロッド４の先端に球面軸受５を介して弁体６を設置し、弁体６を揺動自由な状態にすることで、弁座７に合わせて弁体６が揺動し着座が均一になりバルブロッド４への偏心荷重も無いようにした。

［軸受部１１］
一般に、粉体雰囲気中で作動する直動軸は、軸受摺動部への粉体混入による動作不良の発生が無いようにしなくてはならない。また、その軸封構造は極力摺動抵抗の少ないものが望ましい。
そこで、軸受部１１は潤滑可能な構造としつつ、以下の部品で構成するようにした。

軸受１１ａは、異物混入の可能性があるためすべり軸受を使用し、耐摩耗性に優れ異物の埋没性の良い軸受を用いるようにする。
ここで、軸受１１ａには、オイレス工業社製「ガイドブッシュＳＧＢ」を用いるようにしている。
なお、軸受１１ａには、無給油軸受のほか、給油軸受を用いることもできる。

軸シール１１ｂ、１１ｃには、以下の性状を有する２種類の軸シールを組み合わせて用いた。
ケーシング１に対して内側の軸シール１１ｂは、粉体によって潤滑状態が悪くなる条件でも使用が可能で、摺動抵抗抑制のため作動特性（耐スティックスリップ性）に優れたものを用いる。
ここで、軸シール１１ｂには阪上製作所社製「ＳＭＤスクレーパ」を用いるようにしている。
なお、軸シール１１ｂにはスクレーパのほか、オイルシールやダストシールを用いることができる。
ケーシング１に対して外側の軸シール１１ｃは、内側の軸シール（スクレーパ、オイルシール、ダストシール等）で除去しきれない微粉を除去できるものを用いる。
ここで、軸シール１１ｃには、阪上製作所社製「ＢＩＨＩソフトワイパ」を用いるようにしている。
なお、軸シール１１ｃにはソフトワイパのほか、フエルトや不織布を用いることができる。

さらに、給油口を設け軸受内部を潤滑しケーシング１に対して反対側には、オイルシール１１ｄを設けるようにする。
ここで、オイルシール１１ｄには、ＮＯＫ社製「ＴＢ４型オイルシール」を用いるようにしている。

［弁体６の着座部材６１の材質］
弁体６の着座部材６１には、ＮＢＲ、ウレタンゴム等、使用条件に適した、エラストマー材料を好適に用いることができる。

［弁体６の着座部材６１の着座挙動］
図２（ａ）に示すように、従来例の弁体６の着座部材６１は、その挙動から動作中心側は先に着座し、外側は後に着座するようになっており、摩耗粉を含む空気流がある状態で開閉を行うため、消耗に偏りが発生していた。
それに対し、本実施例では直線動作で開閉を行うため、図２（ｂ）のとおり、着座部材６１の全周に亘り常に均一な空気流を得ることができるため、消耗の偏りをなくすことができる。

［弁体６の着座部材６１の形状］
弁体６の着座部材６１は、弁座７との接触面が円錐台形状とし、弁座７へ弁体の着座部材６１を差し込むことで、くさび効果により閉止性能を高めるようにしている。
しかしながら、従来例は弁座７のテーパ部の長さが短いため、その差し込み効果が十分発揮されていなかった。
そこで、本実施例においては、弁体６の着座部材６１の弁座７との接触面が円錐台形状をし、この接触面の最小径部の径が弁座７の最小径部の直径より大径に、最大径部の径が弁座７の最大径部の直径より小径に形成されてなるようにしている。
これにより、差し込み効果を十分発揮し、弁体６の着座部材６１の弁座７との接触状態を安定させることができる。

このセラ式空気輸送装置の逃気弁構造は、図３の模式図に示すとおり、弁体を直線動作で開閉する方式を採用しているため（図３（ｂ））、従来のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造（図３（ａ））と比較して有する構造を簡略化することで部品点数を低減することができる。これにより、従来のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造では必須であった直線動力から回転力への伝達機構が不要となるので、動力の損失を抑制できるほか、弁体の動作スペースを大きく必要とせず、逃気弁ケーシングの大きさを必要最小限に抑えることができる。

［弁座７の材質］
弁座７には、軟鋼や耐摩耗鋼等の金属材料のほか、硬質クロムメッキや超硬溶射等の表面硬化処理を行った金属材料を好適に用いることができる。

［上蓋８］
ケーシング１の上部開口に、点検口８１を開口した上蓋８と、この上蓋８の点検口８１を覆う点検口蓋８２とを設けるようにしている。
これにより、メンテナンス性を向上することができる。

以上、本発明のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造は、構造を簡略化することで部品点数の低減と動力損失の低減を可能にするとともに、形状の小型化や最適化等によって、従来のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造の有する問題点を解消することができるものであることから、セラ式空気輸送装置の逃気弁構造として好適に用いることができる。

１ケーシング
１１軸受部
２シリンダ
２１シリンダロッド
３フローティングジョイント
４バルブロッド
５球面軸受
６弁体
６１着座部材
７弁座
８上蓋
８１点検口
８２点検口蓋

Claims

セラ式空気輸送装置のタンク内のエアを外部に抜くために用いられるセラ式空気輸送装置の逃気弁構造において、シリンダのシリンダロッドを、フローティングジョイントを介して、ケーシングに形成した、該ケーシングの内部空間側から順に耐スティックスリップ性を有する内側の軸シールと、該内側の軸シールによっては除去しきれない微粉を除去できる外側の軸シールからなる２種類の軸シールからなる粉体シールを備え、潤滑可能な軸受構造を持つ軸受部を貫通するバルブロッドに接続するとともに、該バルブロッドの先端に球面軸受を介して弁体を配設し、シリンダのシリンダロッド、バルブロッド及び弁体を、弁座芯上に水平に一直線に、かつ、軸受部を貫通するバルブロッド及び弁体を、上部に点検口及び点検口蓋を設けたケーシングの内部空間に配置したことを特徴とするセラ式空気輸送装置の逃気弁構造。
前記弁体の着座部材の弁座との接触面が円錐台形状をし、該接触面の最小径部の径が弁座の最小径部の直径より大径に、最大径部の径が弁座の最大径部の直径より小径に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のセラ式空気輸送装置の逃気弁構造。