研削システム用ファンの選択: 風量と静圧のマッチング

研削システムにおいてファンの選択が重要な理由

あらゆる研削システムにおいて、 レイモンド粉砕振り子ミル 、垂直ローラーミル、またはリングローラーミル - メインファンは周辺コンポーネントではありません。これは、材料の輸送、製品の分類、粉塵制御の原動力となります。ファンを誤解すると、研削ホストがどれほど適切に設計されていたとしても、回路全体のパフォーマンスが低下します。

この文脈でファンのパフォーマンスを定義する 2 つのパラメータは次のとおりです。 風量 (ファンが移動する空気の体積流量、m3/h または m3/min で表されます) および 静圧 (システム内に空気を送り込むためにファンが克服しなければならない抵抗。Pa または mmH₂O で表されます)。両方のパラメータを実際のシステム要求に適合させることが、ファン選択の中心的な課題です。

ファンのサイズが小さすぎると、空気流が不十分になり、製品がミル内に蓄積し、分級機の効率が低下し、材料の温度が上昇します。サイズが大きすぎると過剰な負圧が発生し、エネルギー消費が増加し、微細な生成物が捕捉される前に収集回路から引き出される可能性があります。どちらの結果も実稼働環境では受け入れられません。

空気量を理解する: システムにはどのくらいの空気流量が必要ですか?

空気量によって、気流が粉砕粒子を粉砕室から分級機、そしてコレクターまで運ぶことができるかどうかが決まります。必要な空気量は固定仕様ではなく、システムレベルのいくつかの要因に依存する導出値です。

必要な空気量を決定する重要な要素

• 材料スループット率: 毎時トン数の生産量が高くなると、粒子を浮遊状態に保ち、回路内を効率的に輸送するために、比例してより多くの空気流が必要になります。
• 対象製品繊度： より微細な製品 (例: D97 = 10 µm) では、粗大粒子が収集ステージに持ち込まれるのを避けるために分級機ゾーンの空気速度を下げる必要がありますが、回路全体の容積は蓄積を防ぐのに十分でなければなりません。
• 材料のかさ密度と粒度分布: 粒度分布が広く、密度が高い材料では、粒子の懸濁を維持するためにより高い空気速度が必要になります。通常、材料の特性に応じて、輸送ダクト内での空気速度は 15 ～ 25 m/s の範囲になります。
• ダクト断面積： 必要な輸送速度が確立されたら、それにダクト断面積を乗算すると、必要な最小体積流量が得られます。
• 漏れ許容量： すべての実際のシステムには、ジョイント、検査ドア、およびフィード ロックで軽度の空気漏れがあります。の安全率 10～15% 計算された体積を超えるのが標準的な方法です。

単純化した参考として、5 ～ 8 t/h の石灰石を 200 メッシュの粒度まで処理するレーモンド工場では、通常、次の範囲の風量のメイン ファンが必要です。 8,000 ～ 14,000 m3/h ただし、実際の値はシステム固有の計算によって確認する必要があります。

静圧の説明: 回路内の抵抗を克服する

静圧は、システム全体に必要な流量で空気を移動させるためにファンが克服しなければならない合計抵抗です。これは複数の個別の抵抗源で構成されており、システム全体の静圧要件に到達するには、それらをすべて合計する必要があります。

システム静圧の成分

システムの総静圧は、すべての個別の圧力降下の合計です。中型の研削システムの場合、これは一般に次の範囲に収まります。 2,000～4,500Pa 。設計上の安全マージンは、 10～20% 時間の経過に伴う動作条件とフィルター負荷の変動を考慮して、計算された合計を上回ることをお勧めします。

重要な点が 1 つあります。集塵機の静圧は、試運転時ではなく、最大負荷状態で評価する必要があります。バグフィルターは通常、数時間の連続運転後に、清浄な状態に比べて 20 ～ 30% 高い抵抗を示します。

風量と静圧を一致させる方法: コア計算

ファンの選択は基本的にマッチング作業です。ファンの動作点 (性能曲線とシステム抵抗曲線の交点として定義) は、ファンの最適効率ゾーン内に収まる必要があります。このゾーン外で選択されたファンは、たとえその定格容量が机上では適切であるように見えても、失速、サージ、または低効率で動作します。

システム抵抗曲線

システム抵抗は、空気流との二次関係に従います。 ΔP = k × Q² ここで、ΔP は総静圧、Q は体積流量、k は回路内のすべての圧力降下から得られるシステム抵抗係数です。これは、気流を 2 倍にするには 4 倍の静圧が必要であることを意味します。この関係は非線形であり、ファンのサイズを大きくしすぎるとエネルギー消費の点で特にコストが高くなります。

ファンの性能曲線と動作点

すべてのファン メーカーは、各モデルの性能曲線 (Q-P 曲線) を提供しており、特定の回転速度での流量に応じて静圧出力がどのように変化するかを示しています。正しい選択手順は次のとおりです。

1. システムの輸送速度要件に 10 ～ 15% の漏れマージンを加えて、必要な空気量 Q (m3/h) を計算します。
2. すべてのコンポーネントの圧力降下に 10 ～ 20% の安全マージンを加えて合計システム静圧 ΔP (Pa) を計算します。
3. 必要な動作点 (Q、ΔP) をファンの性能曲線上にプロットします。
4. 動作点が Q-P 曲線のピーク効率領域 (通常、ゼロ流量から最大流量に向かう曲線に沿った途中の 70 ～ 80%) にあるファン モデルを選択します。
5. 選択したモーターの電力が少なくとも 15 ～ 20% の電力マージン 起動時の負荷とプロセスの変動に対応するために、動作点でのシャフト出力を上回ります。

可変負荷運転の場合は、 可変周波数ドライブ (VFD) が強く推奨されます。 VFD 制御のファンはシステム曲線を動的に追跡することができ、ダンパー制御を備えた固定速度ファンと比較してエネルギー消費を 20 ～ 40% 削減します。

研削システムで使用されるファンの種類

すべての遠心ファンが研削用途に互換性があるわけではありません。ファンのタイプの選択は、圧力能力、耐摩耗性、効率、およびメンテナンス要件に影響します。

ほとんどのレイモンドミルと 縦型粉砕機 インスタレーション、 放射状ブレードまたは後方に湾曲した遠心ファン 耐摩耗性ブレードコーティング付きが標準選択です。シリカ、重晶石、方解石などの研磨性鉱物粉塵を扱う場合、ファン ケーシングとインペラは耐摩耗鋼 (通常は Q345 または同等品) で製造する必要があります。

よくあるファン選択の間違いとその回避方法

ファン選択エラーの多くは、誤ったファンエンジニアリングではなく、システムの特性評価が不完全であることが原因です。以下は、研削システムのファンの選択時に最もよく遭遇する間違いです。

標準空気密度を補正せずに使用する

ファンの性能曲線は通常、20°C、1.013 bar (密度 ≈ 1.2 kg/m3) の標準空気に基づいています。高温（水分含有量の高い材料を処理する工場で一般的）または高地で動作する粉砕回路では、空気密度が低下し、ファンの実際の圧力生成能力が低下します。 常に濃度補正係数を適用する 使用条件が標準から著しく逸脱した場合。

時間の経過に伴う集塵機の負荷を無視する

きれいな状態で 900 Pa の抵抗を示すバグ フィルターは、数時間の動作後には 1,400 Pa になる可能性があります。クリーンフィルターの抵抗に基づいてファンを選択すると、通常の動作時にエアフローが不十分になります。初期の試運転条件ではなく、常に予想される最大フィルタ抵抗に合わせてファンのサイズを決定してください。

動作点ではなく定格電力に基づいて選択する

同じモーター定格を持つ 2 つのファンは、Q-P 曲線と効率プロファイルが大きく異なる場合があります。 3,000 Pa で 12,000 m3/h 定格の 55 kW モーターを搭載したファンは、たとえどちらも 55 kW モーターを使用していても、2,000 Pa で 16,000 m3/h 定格のファンと同等ではありません。モーターの銘板データではなく、常に実際の性能曲線を比較してください。

初期設計後のダクトレイアウト変更の無視

設置場所の制約により、機器の設置中にダクトのルーティングが変更されるのはよくあることです。ダクトのエルボまたは長さが追加されるたびに、システムの抵抗が増加します。ファンが元の設計に基づいて選択された場合、現場での変更により動作点がファンの効率範囲外に押し出される可能性があります。完成時のダクトレイアウトを確認した後は、必ず最終的な圧力の再計算を行ってください。

経験則によるサイジングに過度に依存する

業界の経験則 (「1 時間あたり 1 トンあたり 1 kW」など) は健全性チェックとして機能しますが、適切なシステム曲線分析に取って代わるべきではありません。材料特性、回路構成、製品の細かさの要件は設置ごとに大きく異なるため、経験則の値がどちらの方向でも 30% 以上異なる可能性があります。の 縦型リングローラーミル たとえば、同じスループット速度の従来のレイモンドミルと比較すると、内部抵抗プロファイルが異なります。

段階的なファン選択プロセス

次の手順では、上で説明した原則を、ほとんどの研削システム構成に適用できる実際的な選択ワークフローに統合します。

1. プロセス要件を定義します。 ターゲットの材料スループット (t/h)、製品の細かさ (メッシュまたは µm D97)、材料のかさ密度、および動作温度範囲を確立します。
2. 必要な搬送速度を決定します。 材料の粒子サイズと密度に基づいて、ダクト内で粒子の浮遊を維持するために必要な最小空気速度 (通常 14 ～ 22 m/s) を特定します。
3. 必要な空気量を計算します。 輸送速度にダクト断面積を掛けます。設計風量 Q (m3/h) に達するには、10 ～ 15% の漏れマージンを追加します。
4. システム圧力調査を実施します。 最悪の負荷条件下でのすべてのコンポーネントの圧力降下 (粉砕機、分級機、コレクター、ダクト、継手) を合計します。 10 ～ 20% の安全マージンを追加して、設計静圧 ΔP (Pa) を設定します。
5. 空気密度補正を適用します。 実際の動作温度と設置場所の高度が標準条件と大幅に異なる場合は、Q と ΔP を調整します。
6. ファンのモデルを選択します。 性能曲線が 65 ～ 85% の効率帯域内で補正された動作点 (Q、ΔP) を通過するファンを特定します。
7. モーターのサイズを確認します。 動作点でのモーター軸出力がモーターの定格連続出力より少なくとも 15 ～ 20% 低いことを確認します。
8. 材質と構造を指定します。 研磨粉塵が多い回路の場合は、耐摩耗性のインペラ材質、保護コーティング、定期メンテナンスのための検査アクセスを指定してください。
9. VFD の統合を検討してください。 可変スループットの操作や製品の細かさが頻繁に調整されるシステムの場合、可変周波数ドライブは大幅なエネルギー節約とプロセスの柔軟性を実現します。

完全な研削システムを指定する場合、ファンの選択は、すべてのダクトの配管、コレクタの位置、分級器の構成を含む完全な回路レイアウトを確認した後でのみ決定する必要があります。ファンを特定のミル構成に適合させるサポートが必要な場合は、 私たちのエンジニアリングチーム プロセス要件に基づいてシステム固有の計算を実行できます。