특정 분말 특성에 맞는 로터리 밸브 선택 방법

로터리 밸브 설계와 분말 흐름 특성의 적합성

자연 투태각, 흐름 함수 번호(FF), 브리징 위험 평가

분말의 흐름을 분석할 때 로터리 밸브에서 브리징 문제를 예측하는 데 두 가지 핵심 요소가 두드러지는데, 이는 안식각과 소위 '유동성 지수(Flow Function Number, FF)'입니다. 일반적으로 안식각이 50도를 초과하는 대부분의 물질은 일반 로터에서 걸리기 쉬운 경향이 있습니다. 이는 엔지니어들이 재료가 시스템을 통해 원활히 흐르도록 하기 위해 오프셋 포켓을 추가하거나 점차 좁아지는 입구를 설계하는 등의 조정이 필요함을 의미합니다. FF가 2 미만인 분말, 즉 응집성이 매우 높은 분말의 경우 브리징 문제가 발생할 가능성이 훨씬 더 큽니다. 벌크 고체 취급에 관한 연구에 따르면 이러한 끈적거리는 분말은 자유롭게 흐르는 분말에 비해 약 70% 더 자주 브리징이 발생합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 로터와 하우징 사이의 간격을 매우 신중하게 설정해야 합니다. 뭉치기 쉬운 미세한 분말은 0.1~0.3mm의 매우 좁은 간격이 필요하며, 더 거친 물질은 1~3mm의 간격을 견딜 수 있습니다. 우수한 설계는 일반적으로 뭉친 입자를 분산시키는 특수한 포켓 형상을 포함하며, 압력 시험에서 최대 4% 이하의 누출만을 보이는 내구성 있는 실링을 채택합니다.

로터 포켓 충진 효율성 및 배출 일관성에 대한 응집성의 영향

응집성 분말을 다룰 때 다양한 응용 분야에서 충진 효율과 배출 균일성 문제를 자주 겪게 됩니다. 이산화티타늄을 사례로 살펴보면, 이 물질은 캐럴 지수가 35를 넘으며 얕은 포켓 로터를 사용할 경우 약 92%의 포켓 충진률을 달성할 수 있습니다. 이는 구형 로터 설계에서 흔히 보이는 평균 65%에 비해 상당한 향상입니다. 그 이유는 무엇일까요? 바로 이러한 신형 로터들이 입자가 벽면에 붙는 현상을 줄이고 재료가 보다 효과적으로 배출될 수 있는 최적의 각도를 만들어내기 때문입니다. 운영자들은 회전 속도를 20RPM 이하로 유지하면 성가신 배출 펄스 현상을 크게 줄일 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 이러한 낮은 속도에서는 포켓 내부에서의 소재 압축 가능성이 줄어들 뿐만 아니라 여전히 ±3% 이내의 꽤 높은 정확도를 유지할 수 있습니다. 표면 마감 상태는 어떨까요? 이 또한 매우 중요합니다. 전기 연마 처리를 통해 표면 조도(Ra)를 0.4마이크론 이하로 낮춘 로터는 일반적인 기계 가공 마감에 비해 응집물 축적이 약 40% 정도 감소합니다. 연속 공정을 운영하는 제조업체들은 이러한 차이가 한 배치에서 다음 배치로 일관된 결과를 얻는 데 실제로 큰 영향을 미친다는 것을 확인하고 있습니다.

고경도 분말 적용에서의 마모 저감

알루미나 또는 탄화규소와 같은 물질은 모스 경도 등급이 5 이상으로, 밸브의 표면을 긁고 반복적인 충격으로 피로를 유발하여 심각한 문제를 일으킵니다. 입자 형태를 고려할 때 각진 입자는 둥근 입자에 비해 침식 문제를 약 30%에서 최대 50%까지 악화시킬 수 있으므로 매우 중요합니다. 이러한 날카로운 모서리는 로터 베인의 전면 가장자리와 하우징의 배출 부위와 같이 가장 취약한 지점에 손상을 집중시킵니다. 실제로 시간이 지남에 따라 금속 부품에 초승달 모양의 흔적이 형성되는 것을 관찰할 수 있습니다. 이 현상이 진행되면 씰이 파손되기 시작하고 전체 시스템이 처리하는 물질의 양을 제어하는 정확도가 떨어지게 됩니다.

모스 경도, 입자 형태 및 로터 베인과 하우징의 침식 패턴

경도는 파손 모드를 결정짓는다: 모스 경도 7 이상의 분말은 수개월 내에 탄소강 부품에서 취성 파손을 유발할 수 있다. 예를 들어, 날카로운 모서리를 가진 석영(모스 7)은 동일한 경도를 가진 둥근 개자망석보다 하우징을 세 배 더 빠르게 침식시킨다. 침식 맵핑은 세 가지 핵심 구역을 식별한다:

• 베인 끝단으로, 충격 속도가 초당 15~25m에서 최고조에 달한다
• 미세입자가 축적되어 슬라이딩 마모가 발생하는 하부 하우징 사분면
• 매칭되는 표면들이 입자에 의해 마모되면서 넓어지는 방사형 간극

내마모성 솔루션: 경화합금, 세라믹 라이닝 및 최적화된 베인 형상

효과적인 마모 저감은 통합된 재료 및 기하학적 전략에 의존한다:

• 경질 합금 : 크롬 카바이드 코팅(58–65 HRC)은 고규소 응용 분야에서 미세 절삭에 저항한다
• 세라믹 라이닝 : 알루미나 또는 지르코니아 인서트는 모스 9 이상의 분말에서 마모를 90% 감소시킨다
• 기하학적 최적화 :
  • 둥글게 처리된 베인 프로파일은 입자 충격을 반사시킨다
  • 8mm의 최소 팁 두께로 에지 손상을 지연시킴
  • 수렴형 클리어런스 갭이 입자 갇힘을 감소시킴

열분사 코팅은 시멘트 클링크 취급 시 내구 수명을 400% 연장하며, 최적화된 로터 형상은 정비 주기를 분기마다에서 2년마다로 늘리는 데 기여하되, 처리량이나 밀봉 성능은 희생하지 않음

미세하거나 습기를 흡수하는 가루, 또는 가연성 분말에 대한 밀봉 무결성 보장

차압 테스트, 누출률 및 ATEX 규정 준수 로터리 밸브 밀봉 시스템

미세한 분말을 취급할 때 적절한 밀봉은 매우 중요합니다. 특히 습기를 흡수하거나 발화할 수 있는 물질의 경우 더욱 그렇습니다. 미세 입자는 부품 간의 작은 틈새를 통해 쉽게 침투합니다. 습기를 흡수하는 물질은 공기에 노출되는 즉시 수분을 흡수하기 시작합니다. 또한 산소가 유입되거나 정전기가 축적될 때마다 폭발성 먼지로 인한 화재 위험이 발생할 수 있습니다. 밀봉의 성능을 확인하기 위해 대부분의 시설에서는 실제 압력 차를 밸브에 가하여 정상 작동 중에 어떤 유형의 누출이 발생할 수 있는지를 확인하는 차압 시험을 실시합니다. 대부분의 산업 분야에서는 위험한 물질에 대해 최대 누출 한계를 0.5%로 설정합니다. ATEX 기준에 따라 설계된 시스템에는 연속적인 퍼지 공기 흐름, 화염의 확산을 방지하는 특수 밀봉, 잠재적 스파크로부터 전기를 제거하는 전도성 재료 등이 포함됩니다. 이러한 요소들은 모든 물질을 안전하게 밀폐하여 유지하는 데 도움을 줍니다. 밀봉 부위에 경화된 표면을 사용하고 조절 가능한 엔드 플레이트를 적용하면 반복적인 가열 사이클 후나 거친 물질을 다룰 때에도 핵심적인 밀착 상태를 유지할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 제품 품질과 공장 전체의 안전성을 유지하면서 규제 요건에도 부합할 수 있도록 해줍니다.

민감한 분말 취급 시 열, 습기 및 정전기 문제 해결

로터리 밸브 설계에서의 온도 제어 및 정전기 방전을 통한 덩어리 형성 방지

온도가 변동하거나 습기가 섞이게 되면 가공 라인에서 덩어리가 생기거나 흐름이 방해되는 등의 문제가 발생합니다. 온도 조절 기능이 있는 특수 재킷형 하우징 시스템은 내부 환경을 일정하게 유지함으로써 이러한 응축 문제를 예방하는 데 도움을 줍니다. 동시에 우리가 다루는 건조한 폴리머 분말에서는 정전기가 상당히 많이 발생하여 때때로 5,000볼트 이상에 이르기도 합니다. 이 정전기는 입자들이 서로 붙게 하고 브리지(bridge)를 형성하여 흐름을 차단합니다. 해결책은 탄소가 포함된 복합재나 접지 포인트에 연결된 금속 베인과 같은 전도성 소재를 로터에 사용하는 것입니다. 이러한 소재는 정전하가 적절히 누출되도록 해주며, 특히 습기를 쉽게 흡수하는 물질의 경우 브리징 문제가 약 2/3 정도 감소합니다. 또한 시스템 전체에 센서를 설치하여 습도 수준과 표면의 전기적 전하를 지속적으로 모니터링합니다. 이 센서들이 제공하는 정보를 바탕으로 운영자는 퍼지 공기(purge air) 유량이나 로터 회전 속도 등을 조정할 수 있습니다. 이러한 종합적인 접근 방법은 정전기 축적이 민감한 의약 성분, 프린터 토너 및 다양한 소재들을 이동시키는 데 매우 효과적입니다.

자주 묻는 질문 섹션

분말 유동 거동을 위한 로터리 밸브 설계란 무엇인가요?

로터리 밸브 설계는 분말의 유동 특성으로 인한 브리징, 응집 축적 및 마모와 같은 문제를 완화하기 위해 각도, 간격 및 포켓 형상을 최적화하는 것을 포함합니다.

휴식각이 중요한 이유는 무엇인가요?

휴식각은 로터리 밸브에서 발생할 수 있는 브리징 문제를 예측하는 데 도움이 됩니다. 휴식각이 50도 이상인 물질은 걸리기 쉬우므로 설계 조정이 필요합니다.

모스 경도가 로터리 밸브 마모에 어떤 영향을 미치나요?

모스 경도가 5 이상인 재료는 밸브 부품에 상당한 마모를 일으킬 수 있으므로 내마모성 솔루션(경질 합금 및 세라믹 라이닝 등)이 필요합니다.

미세한 분말에 대해 밀봉 무결성을 어떻게 보장할 수 있나요?

적절한 밀봉은 차압 테스트를 통해 달성할 수 있으며, ATEX 승인 시스템을 사용하고 누출 및 화재 위험을 방지하는 재료를 활용해야 합니다.

열적 및 정전기적 문제를 해결하기 위한 솔루션은 무엇인가요?

온도 제어 시스템과 전도성 로터 재질이 케이킹 및 정전기 축적과 같은 문제를 방지하여 민감한 물질의 원활한 흐름을 보장합니다.