L'importance de minimiser les fuites d'air dans les vannes rotatives

Matt Burt, directeur des ventes – composants, et Ron Van Ostenbridge, directeur junior du développement commercial – composants, Coperion K-Tron | 22 novembre 2021

Une vanne rotative est un dispositif permettant de doser le produit ou de servir de dispositif de séparation des matériaux dans les trémies, de pression différentielle de séparation ou de dispositif d'isolement pour la NFPA 69 (la norme actuelle sur les systèmes de prévention des explosions). Les vannes rotatives sont connues sous divers noms tels que sas, vannes étoiles, alimentateurs rotatifs et sas rotatifs. La figure 1 montre une coupe transversale d'une vanne rotative.

Toutes les vannes rotatives fuient de l’air, et ces fuites d’air doivent être gérées. Il existe trois types de fuites à prendre en compte. La fuite radiale est l'air qui s'échappe entre les pointes des pales du rotor et le boîtier. La fuite axiale est la fuite entre les bords des pales du rotor et les plaques d'extrémité. Les fuites de transfert sont le gaz qui est transféré via la poche vide du rotor jusqu'à l'entrée de la vanne. Une fuite de gaz à l’entrée de la vanne peut avoir un impact sur le flux de matériau dans la vanne.

Comprendre les caractéristiques du matériau en vrac alimenté est important pour configurer la vanne rotative adaptée à une application donnée.

Si le matériau est collant ou adhésif, il peut se tasser sous pression et ne pas s'écouler librement dans la valve. La taille et la forme des particules affecteront la façon dont le matériau s'écoule dans les poches de la vanne et donc l'efficacité de la vanne. Certains matériaux s'emboîtent ou s'agglomèrent, ce qui diminue l'efficacité du remplissage des poches ; cela doit être pris en compte lors du dimensionnement de votre vanne.

Dans quelle mesure le matériau en vrac sur les parties internes de la vanne rotative est-il abrasif ? Les matériaux abrasifs useront le rotor, le boîtier et les plaques d'extrémité. Les espaces qui en résultent rendront possibles des fuites d’air supplémentaires à travers la vanne. Concevoir votre vanne pour lutter contre l'usure peut nécessiter des revêtements spéciaux tels que du chrome, du carbure de tungstène et de la céramique.

Si le matériau alimenté est corrosif, vous devrez tenir compte du matériau de construction de la vanne. Généralement, les vannes sont en aluminium, en acier au carbone ou en acier inoxydable. Le choix du bon matériau de construction est essentiel avec les matériaux en vrac corrosifs. Une autre considération est le potentiel de corrosion des vapeurs du procédé. Cela aura probablement plus d’impact sur les joints que sur la vanne elle-même.

La température de l'environnement et la température du matériau doivent être prises en compte lors de la configuration d'une vanne rotative. Si le matériau est chaud, faites très attention aux jeux pour éviter tout contact entre le rotor et le boîtier dû à la dilatation thermique. La température peut également avoir un impact sur le type de joints.

Les matériaux de construction de la vanne rotative ou des joints pourraient-ils réagir avec le matériau ? Par exemple, certains composés de PVC peuvent se décolorer si de l'aluminium est utilisé dans les équipements de traitement tels que les tubes ou les boîtiers/rotors de vannes rotatives. Le gaz de transport est généralement de l'air ambiant ou un gaz inerte, par exemple N2. Il est important que les phoques soient nourris avec de l’air végétal propre et sec. Dans le cas contraire, la possibilité d'introduire de l'humidité, de la saleté ou de l'huile dans les joints de soupape peut endommager ou réduire leur efficacité.

Si le matériau se dégrade facilement, l'usure exercée sur lui par la vanne rotative pourrait rendre le produit hors spécifications pour le producteur ou l'utilisateur final. Typiquement, cette dégradation est provoquée par le cisaillement ou le maculage du matériau.

Si le matériau est dur et difficile à cisailler, cela peut entraîner des charges importantes sur l'arbre du rotor ou sur l'ensemble d'entraînement. En règle générale, cela peut être résolu en utilisant un entraînement plus robuste. Cependant, il faut être prudent car en ajoutant un entraînement plus robuste au rotor, nous pouvons courir le risque de torsion de l'arbre du rotor. Il est important de sélectionner une vanne avec un arbre de rotor capable de supporter la charge de couple. De plus, la dureté Mohs est le premier critère de sélection de la protection contre l'usure, avec la différence de pression.

La densité apparente du matériau et la manière dont elle est affectée par la différence de pression à travers la vanne doivent être prises en compte. Par exemple, les matériaux facilement fluidisables (généralement des poudres) peuvent nécessiter une vanne surdimensionnée pour compenser la perte d'efficacité de remplissage des poches lors de l'alimentation dans un système sous pression.