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Sep 07, 2023

Principes du sas rotatif et conception du rotor

Paul Doré | Apr 03, 2018 Les sas rotatifs sont un élément essentiel dans

Paul Doré | 03 avril 2018

Les écluses rotatives sont un composant essentiel dans de nombreux systèmes de manutention. Des dépoussiéreurs aux systèmes de transport pneumatique, les sas rotatifs contrôlent non seulement le débit d'alimentation, mais minimisent également les fuites d'air entre les équipements au-dessus et au-dessous de la vanne avec différents niveaux de pression ou de vide. Dans les systèmes de dépoussiérage, le sas rotatif permet une décharge continue du produit sans avoir à éteindre l'aspirateur pour vider le matériau accumulé. Les sas rotatifs sont essentiels dans les systèmes de transport pneumatique, permettant l'introduction de matériaux dans un flux sous pression ou sous vide avec une perte d'air minimale.

Conception et réalisation Les vannes de sas rotatives ont un boîtier en fonte robuste qui se compose d'un corps et de deux couvercles d'extrémité, d'un rotor rotatif interne et d'un ensemble d'entraînement. Le corps a une entrée et une sortie qui permettent au matériau d'entrer et de sortir de la vanne. Le rotor a un arbre avec plusieurs aubes, et les extrémités de l'arbre s'étendent à travers le boîtier jusqu'aux paliers externes supportés par les couvercles d'extrémité. À l'intérieur du boîtier, les aubes rayonnent de l'arbre vers le boîtier. L'espace entre les aubes du rotor crée des poches qui ramassent le matériau à l'entrée et, lorsque le rotor tourne, transportent les poches de matériau vers la sortie. Les poches vides tournent ensuite vers l'entrée pour ramasser plus de matériau. L'ensemble d'entraînement se compose d'une boîte de vitesses et d'un moteur électrique et se connecte à l'arbre du rotor par un entraînement par chaîne ou peut être couplé directement. Le rotor tourne relativement lentement, les vitesses typiques sont de 22 tr/min ou moins.

Alors, comment la vanne rotative fournit-elle un sas ? Bien que la vanne ne crée pas une étanchéité à 100 %, le taux de fuite est considérablement réduit lorsqu'elle est correctement conçue. Le corps et les couvercles d'extrémité doivent être de conception robuste pour résister à la différence de pression et usinés avec précision selon des tolérances très serrées. Une face surélevée à l'intérieur du couvercle d'extrémité s'adapte étroitement et avec précision dans l'alésage du corps pour assurer une bonne étanchéité et un alignement correct entre le rotor et le boîtier. Le rotor a besoin d'un grand arbre pour empêcher la déviation et généralement de huit aubes ou plus. Le rotor est également usiné avec précision pour s'adapter parfaitement à l'intérieur du boîtier. Les dégagements typiques entre le rotor et le boîtier sont de 0,004 à 0,006 po, soit à peu près l'épaisseur d'une mèche de cheveux grossiers. Ces tolérances serrées minimisent les fuites d'air car elles permettent au rotor de tourner avec des jeux minimes. Plus les dégagements sont serrés, moins il y a d'air qui peut s'échapper. La géométrie de la conception du corps est également importante, car plus il y a d'aubes et de poches contenues dans le boîtier et non exposées aux gorges, plus l'étanchéité est grande.

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Types de rotor et sélection Les fabricants de sas rotatifs auront plusieurs styles de corps différents, chacun qui fonctionne le mieux pour certaines applications. Pour cet article, nous allons passer aux différents types de rotors et à la manière de choisir la meilleure conception en fonction de l'application. La sélection appropriée du rotor est un élément essentiel de la spécification d'une vanne qui conviendra le mieux au service prévu, ce qui fait une différence significative dans la durée de vie de la vanne et les performances globales.

La première considération est de savoir s'il faut utiliser un rotor à extrémité ouverte ou un rotor à extrémité fermée (caréné). Reportez-vous aux photos de chacun. Lorsque vous regardez le rotor ouvert depuis l'extrémité de l'arbre, vous verrez plusieurs aubes rayonner créant des V ou des U, qui sont les poches. Les extrémités des aubes sont laissées ouvertes. Si de l'eau était versée dans la poche supérieure, elle coulerait simplement sur les côtés.

Le rotor fermé ou caréné a des disques d'extrémité ronds qui sont soudés à l'arbre et aux extrémités des aubes. En regardant le rotor depuis l'extrémité de l'arbre, vous ne verrez pas les poches en "V" mais plutôt un disque rond. Les extrémités des aubes sont obturées. Contrairement au rotor ouvert, l'eau versée dans la poche supérieure est retenue par les disques d'extrémité.

Lequel est le meilleur, le rotor ouvert ou fermé ? Comme indiqué ci-dessus, le sas rotatif fournit une étanchéité à l'air en raison des tolérances serrées entre le rotor et le boîtier. Ce "joint" est maximisé avec une surface entre les aubes du rotor et le logement. Plus la surface est grande, plus l'étanchéité est grande. Étant donné que les aubes du rotor ouvert s'étendent jusqu'aux couvercles d'extrémité, ils ont une plus grande surface que le rotor fermé et offrent une meilleure étanchéité à l'air.

Cependant, le rotor ouvert a ses inconvénients car le matériau est en contact avec les couvercles d'extrémité. Pour les produits abrasifs, cela entraîne une usure accrue et peut raccourcir la durée de vie de la vanne. Dans les applications à haute température, cela ajoute aux tolérances qui doivent être soigneusement usinées. Les matériaux fins ont tendance à fuir à travers les joints d'arbre s'ils ne sont pas correctement entretenus. D'autres matériaux tels que des flocons minces peuvent se coincer entre les côtés des aubes du rotor et les faces du couvercle d'extrémité, ce qui peut entraîner un grincement ou même un blocage de la vanne.

Le rotor fermé est principalement destiné aux applications d'écoulement par gravité ou dans les systèmes différentiels à basse pression, mais peut également être utilisé dans les différentiels haute pression lorsque le sas rotatif est correctement conçu. Lorsqu'il est autorisé, le rotor à extrémité fermée est idéal pour les applications abrasives et à haute température. Dans les applications abrasives, le produit est tenu à l'écart des couvercles d'extrémité où la plupart des usures ont lieu. Dans les situations à haute température, l'espace entre le couvercle d'extrémité et le rotor élimine tout problème de dilatation, ne laissant que le diamètre à usiner. Le produit ne peut pas non plus se coincer entre les côtés des aubes du rotor et les faces des couvercles d'extrémité, car les poches sont fermées par les disques d'extrémité.

Conception d'aubes de rotor Les aubes de rotor peuvent être soit des pales fixes solides soudées à l'arbre, soit des pales plus courtes avec un boulon sur la pointe réglable. Les lames fixes sont généralement plus épaisses et plus rigides que les pointes réglables. Comme le produit peut se coincer sous les lames réglables, les lames fixes sont préférées dans les applications de type sanitaire telles que l'alimentation et la pharmacie. Certains produits sont également collants ou lents, et le rotor à lame fixe permet à ces produits de sortir plus facilement de la poche.

Les pointes réglables sont utilisées pour les applications nécessitant des pointes spéciales. Les pointes de rotor peuvent être rigides ou flexibles et sont disponibles pour les rotors à extrémité ouverte et fermée. Des pointes de rotor rigides doivent être utilisées dans toutes les applications où le différentiel de pression dépasse 2 psi. Les pointes de rotor rigides comprennent l'acier doux, l'acier inoxydable, le bronze et l'acier résistant à l'abrasion. Les pointes en bronze sont souvent demandées lors de la manipulation de matériaux explosifs ou facilement inflammables. Des embouts résistants à l'abrasion sont évidemment utilisés pour les matériaux abrasifs afin de prolonger la durée de vie de la vanne.

Les pointes flexibles sont généralement utilisées uniquement dans les applications d'écoulement par gravité, mais peuvent être utilisées dans des situations de différentiel de pression plus faible comme un système de dépoussiérage. Dans des différentiels de pression plus élevés, la pointe flexible s'éloignera du boîtier et provoquera une fuite excessive. Les embouts flexibles peuvent être fabriqués à partir de presque n'importe quel caoutchouc. Ils sont souvent utilisés sur des particules de plus grande taille ou des produits fibreux qui bloqueraient généralement un rotor à aubes solides. Si une particule est coincée entre la pointe flexible et le boîtier, soit la pointe cède en lui permettant de tomber dans la poche suivante, soit elle la traîne jusqu'à la sortie où elle tombe. Le caoutchouc utilisé pour l'embout flexible doit être choisi en fonction de la température maximale et du type de matériau traversant la valve.

Options d'aubes de rotor Le traitement des aubes le plus courant est celui des bords biseautés. Certains produits ont tendance à salir ou à s'accumuler sur les parties internes du boîtier. Ce maculage entraînera une traînée supplémentaire, un grincement et peut même entraîner un grippage de la valve. En biseautant (ou soulageant) le bord de fuite de l'aube, cela soulage la traînée en réduisant la surface du rotor. Les aubes biseautées permettent également aux produits de s'échapper plus facilement s'ils sont coincés entre le rotor et le carter. Pour les rotors ouverts, le biseau doit être sur le bord radial et des deux côtés des aubes. Dans les applications avec un maculage excessif, des lames de raclage ou des aubes de coupe spécialement conçues sont utilisées pour éliminer l'accumulation de produit.

Options de poche de rotor La poche de rotor standard a une forme en « V ». Bien que cela fonctionne bien dans la plupart des applications, cela peut devenir gênant avec des produits collants. Un rotor à poche festonnée est l'endroit où le bas de la poche du rotor est arrondi en forme de «U» et meulé lisse ou même poli. Ceci est souhaitable dans les applications sanitaires et collantes, permettant au matériau de se décharger plus facilement de la poche.

Le volume réduit est utilisé pour réduire la capacité du rotor. Des sas rotatifs plus petits peuvent faire ponter le matériau au-dessus de l'entrée. Le rotor à volume réduit permet d'utiliser une vanne plus grande pour éliminer le pontage et réduire le débit de décharge lorsque vous ne souhaitez pas suralimenter l'équipement en aval. Le volume réduit est également utilisé pour alimenter avec précision le matériau à un rythme plus constant. Le matériau a tendance à s'écouler d'une vanne rotative en amas équivalant au nombre de poches. Le rotor à volume réduit permet un débit plus régulier et constant.

Les poches de rotor décalées comprennent un disque traversant le centre du rotor et les poches opposées de chaque côté du disque sont décentrées. Cela prend en effet un rotor à 8 poches et le transforme en un rotor à 16 poches. Cela aide à donner un débit plus constant pour une décharge plus précise.

Revêtements et finitions de rotor Les revêtements sont utilisés pour aider à prévenir l'usure et la corrosion, ou pour obtenir une meilleure libération du produit. Les revêtements sont normalement appliqués uniquement sur les rotors à pales fixes. Le nickel a une certaine résistance à l'usure, mais est principalement utilisé comme alternative moins coûteuse à l'acier inoxydable pour aider à prévenir la corrosion. Le téflon est utilisé sur les matériaux collants qui ont tendance à s'accumuler dans les poches. La stellite est un matériau hautement résistant à l'abrasion qui est soudé sur les bords extérieurs du rotor, puis usiné aux tolérances requises. Les rotors peuvent également être chromés pour résister à l'abrasion. Il existe également divers revêtements plasma qui offrent à la fois une résistance à l'abrasion et un faible coefficient de frottement pour une meilleure libération du produit. Les rotors en acier inoxydable peuvent être polis pour pratiquement n'importe quelle finition.

Les spécialistes des applications du fabricant de vannes vous aideront à spécifier le bon sas rotatif pour votre système. Les informations essentielles pour sélectionner la meilleure vanne comprennent : le matériau manipulé, la densité apparente, la taille des particules, les caractéristiques du matériau, la teneur en humidité, la plage de température, l'équipement au-dessus et en dessous de la vanne, les niveaux de pression ou de vide et le taux de décharge souhaité. Ils doivent avoir une vaste expérience dans la manipulation de tous les types de produits dans divers types de systèmes. La sélection de la vanne de sas rotative, du rotor et des caractéristiques de conception appropriés est essentielle pour garantir un fonctionnement réussi avec un minimum de fuites d'air et de temps d'arrêt, ainsi qu'une durée de vie maximale de la vanne.

Paul Golden est directeur, Carolina Conveying, qui se spécialise dans les composants de manutention de poudre et les systèmes de manutention de matériaux. La société fabrique une gamme complète de produits, y compris des sas rotatifs, des vannes de dérivation, des vannes d'arrêt, des déchargeurs de silo, des alimentateurs à vis, des systèmes de manutention de sacs en vrac et des conteneurs en vrac portables. Pour plus d'informations, appelez le 828-235-1005 ou visitez carolinaconveying.com.

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