バルブとは何ですか?

バルブは、システムまたはプロセス内の流れと圧力を制御する機械装置です。これらは、液体、気体、蒸気、スラリーなどを輸送する配管システムの重要なコンポーネントです。

ゲート、グローブ、プラグ、ボール、バタフライ、チェック、ダイヤフラム、ピンチ、圧力リリーフ、コントロール バルブなど、さまざまなタイプのバルブが利用可能です。これらのタイプにはそれぞれ、異なる特徴と機能を備えた多数のモデルがあります。一部のバルブは自己操作ですが、他のバルブは手動、アクチュエーター、空気圧または油圧で操作されます。

Valves の機能は次のとおりです。

• フローの停止と開始
• 流量を減らすか増やす
• 流れの方向を制御する
• 流量またはプロセス圧力の調整
• パイプシステムの特定の圧力を解放します。

バルブには多くの設計、タイプ、モデルがあり、幅広い産業用途に使用されています。すべてが上記で特定された機能の 1 つ以上を満たします。バルブは高価な品目であるため、機能に応じて適切なバルブを指定することが重要であり、プロセス液体に適した材料で構築されている必要があります。

バルブは種類を問わず、ボディ、ボンネット、トリム（内部要素）、アクチュエータ、パッキンという基本部品で構成されています。バルブの基本的な部品を右の図に示します。

バルブ本体

バルブ本体はシェルとも呼ばれ、圧力バルブの主な境界となります。バルブ アセンブリはすべての部品を保持するフレームワークであるため、バルブ アセンブリの主要な要素として機能します。

バルブの最初の圧力境界である本体は、接続配管からの流体圧力負荷に抵抗します。ネジ、ボルト、または溶接継手を介して入口および出口配管を受け取ります。

バルブ本体の端は、突合せ溶接またはソケット溶接、ねじ込みまたはフランジ接続などのさまざまなタイプの端接続によって、バルブを配管または機器のノズルに接続するように設計されています。

バルブ本体はさまざまな形で鋳造または鍛造されており、各部品は特定の機能を持ち、その機能に適した材料で構成されています。

バルブボンネット

ボディの開口部のカバーはボンネットであり、圧力バルブの 2 番目に重要な境界です。バルブ本体と同様に、ボンネットにもさまざまなデザインとモデルが用意されています。

ボンネットはバルブ本体のカバーとして機能し、本体と同じ材料で鋳造または鍛造されます。通常、ねじ、ボルト、または溶接ジョイントによって本体に接続されます。バルブの製造中、ステム、ディスクなどの内部コンポーネントが本体に組み込まれ、その後、すべての部品を内部でまとめて保持するためにボンネットが取り付けられます。

いずれの場合も、ボンネットの本体への取り付けが圧力境界とみなされます。これは、ボンネットとボディを接続する溶接継手またはボルトが圧力保持部品であることを意味します。バルブ ボンネットは、ほとんどのバルブにとって必需品ですが、懸念の原因となっています。ボンネットはバルブの製造を複雑にし、バルブのサイズを増大させ、バルブのコストの重要な部分を占め、潜在的な漏れの原因となる可能性があります。

バルブトリム

取り外しおよび交換可能なバルブ内部部品流動媒体と接触するものは総称してバルブトリム。これらの部品には、バルブ シート、ディスク、グランド、スペーサー、ガイド、ブッシュ、内部スプリングが含まれます。流体と接触するバルブ本体、ボンネット、パッキンなどはバルブトリムとはみなされません。

バルブのトリム性能は、ディスクとシートの境界面、およびシートとディスクの位置の関係によって決まります。トリムにより、基本的な動作とフロー制御が可能です。回転運動トリム設計では、ディスクがシートのすぐ近くをスライドして流れの開口部に変化をもたらします。直線運動トリム設計では、ディスクがシートから垂直に持ち上げられ、環状のオリフィスが現れます。

バルブ トリム部品は、さまざまな力や条件に耐えるために必要な特性が異なるため、さまざまな材料で構成される場合があります。ブッシングとパッキングランドは、バルブディスクやシートと同じ力や条件を受けません。

流体媒体の特性、化学組成、圧力、温度、流量、速度、粘度は、適切なトリム材料を選択する際の重要な考慮事項の一部です。トリムの材料は、バルブ本体またはボンネットと同じ材料である場合もあれば、異なる場合もあります。

API 600 バルブのトリム番号

バルブディスクとシート

ディスク

ディスクは、その位置に応じて流れを許可、絞り、または停止する部品です。プラグやボールバルブの場合、ディスクのことをプラグやボールと呼びます。ディスクは 3 番目に重要な一次圧力境界です。バルブが閉じていると、システム全体の圧力がディスク全体にかかるため、ディスクは圧力に関係するコンポーネントになります。

ディスクは通常鍛造されており、設計によっては良好な摩耗特性を提供するために表面が硬く処理されています。ほとんどのバルブには、ディスクの設計に基づいて名前が付けられています。

座席

シートまたはシール リングは、ディスクの座面を提供します。バルブには 1 つ以上のシートがある場合があります。グローブまたはスイング逆止弁の場合、通常はシートが 1 つあり、ディスクとシールを形成して流れを止めます。ゲートバルブの場合、シートは 2 つあります。 1 つは上流側、もう 1 つは下流側です。ゲート バルブ ディスクには 2 つの座面があり、バルブ シートと接触して流れを止めるシールを形成します。

シールリングの耐摩耗性を向上させるために、シールリングの接触面を溶接した後、機械加工することにより表面硬化処理を行うことがよくあります。バルブが閉じたときに良好なシールを実現するには、着座エリアの表面を良好に仕上げる必要があります。本体にはシールリングの厚さに依存せずに設計圧力に耐えられる十分な肉厚があるため、シールリングは通常、圧力境界部品とはみなされません。

バルブステム

バルブステムは、バルブの開閉に必要な動きをディスク、プラグ、またはボールに提供し、ディスクの適切な位置決めを担います。一方の端はバルブ ハンドホイール、アクチュエータ、またはレバーに接続され、もう一方の端はバルブ ディスクに接続されます。ゲート バルブやグローブ バルブでは、バルブを開閉するためにディスクの直線運動が必要ですが、プラグ バルブ、ボール バルブ、バタフライ バルブでは、ディスクを回転させてバルブを開閉します。

ステムは通常鍛造され、ねじ込みまたはその他の技術によってディスクに接続されます。漏れを防ぐために、シール部分のステムの表面をきれいに仕上げる必要があります。

バルブステムには次の 5 種類があります。

• 外ネジとヨークを備えたライジングステム
  ステムの外側にはネジが切られていますが、バルブ内のステムの部分は滑らかです。ステムスレッドはステムパッキンによって流動媒体から隔離されています。これらのデザインには 2 つの異なるスタイルが用意されています。 1 つはハンドルがステムに取り付けられているため、ハンドルが一緒に上昇することができ、もう 1 つはネジ付きスリーブがあり、ステムがハンドルを通して上昇します。このタイプのバルブは「O.」で示されます。 SさんとYさん。」 NPS 2 以上のバルブに共通の設計です。
• 内側ネジ付きライジングステム
  ステムのねじ部分はバルブ本体の内側にあり、ステムパッキンは外部の大気にさらされる滑らかな部分に沿っています。この場合、ステムのネジ山は流動媒体と接触します。回転させるとステムとハンドルが一緒に上昇してバルブが開きます。
• 内側ネジ付きノンライジングステム
  ステムのネジ部はバルブ内にあり浮き上がりません。バルブディスクは、ステムが回転するとナットのようにステムに沿って移動します。ステムスレッドは流動媒体にさらされているため、衝撃を受けます。そのため、このモデルは、直線運動を可能にするスペースが限られており、流動媒体によってステム材料の侵食、腐食、摩耗が引き起こされない場合に使用されます。
• スライドステム
  このバルブステムは回転も回転もしません。バルブ内をスライドさせてバルブを開閉します。この設計は、手動レバー急開弁に使用されます。油圧または空圧シリンダーによって操作される制御バルブにも使用されます。
• ロータリーステム
  ボールバルブ、プラグバルブ、バタフライバルブによく使われるモデルです。ステムを 4 分の 1 回転させるとバルブが開閉します。

メイン メニューの「バルブ」には、ライジング ステム バルブと非ライジング ステム バルブの詳細な (大きな) 画像へのリンクがいくつかあります。

バルブステムパッキン

ステムとボンネットの間を確実にシールするには、ガスケットが必要です。これはパッキンと呼ばれるもので、例えば次のような部品が取り付けられています。

• グランドフォロア、いわゆるスタッフィングボックス内にグランドによってパッキンを圧縮するスリーブ。
• グランドはブッシングの一種で、パッキンを圧縮してスタフィングボックスに詰めます。
• スタフィングボックス、パッキンを圧縮する部屋。
• テフロン®、エラストマー材料、繊維材料など、いくつかの材料で利用できるパッキン。
• 後部座席は、ボンネット内の座席配置です。ステムとボンネットの間にシールを提供し、バルブが完全に開いているときにバルブのパッキンに対してシステム圧力が上昇するのを防ぎます。バックシートはゲートバルブやグローブバルブによく使用されます。

バルブの寿命の重要な側面は、シールアセンブリです。標準のボール、グローブ、ゲート、プラグ、バタフライ バルブなど、ほとんどすべてのバルブは、せん断力、摩擦、引き裂きに基づいたシール アセンブリを備えています。

したがって、ステムの損傷や液体またはガスの損失を防ぐために、バルブの梱包は適切に行う必要があります。パッキンが緩みすぎるとバルブから漏れが発生します。パッキンがきつすぎると動作に影響を与え、ステムが損傷する可能性があります。

メンテナンスのヒント: 1. パッキングランドの取り付け方法

メンテナンスのヒント: 2. パッキングランドの取り付け方法

バルブヨークとヨークナット

ヨーク

ヨークはバルブ本体またはボンネットと作動機構を接続します。ヨークナット、ステムナット、またはヨークブッシュを保持するヨークの上部とバルブステムが通過します。ヨークには通常、スタッフィング ボックスやアクチュエータ リンクなどにアクセスできるようにする開口部があります。構造的に、ヨークはアクチュエータによって発生する力、モーメント、トルクに耐えるのに十分な強度がなければなりません。

ヨークナット

ヨーク ナットは雌ねじ付きナットで、ステムが通過するヨークの上部に配置されます。たとえばゲートバルブでは、ヨークナットが回転し、ステムが上下に移動します。グローブバルブの場合、ナットが固定されており、それを介してステムが回転します。

バルブアクチュエーター

手動バルブには通常、バルブのステムまたはヨークナットに取り付けられたハンドホイールが装備されており、これを時計回りまたは反時計回りに回転させてバルブを開閉します。このようにしてグローブバルブとゲートバルブが開閉されます。

ボール、プラグ、バタフライなどの手動の 4 分の 1 回転バルブには、バルブを作動させるためのレバーが付いています。

用途によっては、ハンドホイールやレバーを使って手動でバルブを作動させることが不可能または望ましくない場合があります。これらのアプリケーションには次のものが含まれます。

• 高い静水圧に対して操作する必要がある大型バルブ
• バルブは離れた場所から操作する必要があります
• バルブの開閉、スロットル、手動制御の時間がシステム設計基準よりも長い場合

これらのバルブには通常、アクチュエーターが装備されています。
最も広義のアクチュエータは、制御源の作用下で動力源の直線運動および回転運動を生成するデバイスです。

基本的なアクチュエータはバルブを全開または全閉するために使用されます。バルブを制御または調整するアクチュエータには、任意の中間位置に移動するための位置信号が与えられます。アクチュエータにはさまざまな種類がありますが、一般的に使用されるバルブ アクチュエータの一部を以下に示します。

• ギアアクチュエーター
• 電動モーターアクチュエーター
• 空気圧アクチュエータ
• 油圧アクチュエータ
• ソレノイドアクチュエータ

アクチュエーターの詳細については、メインメニュー「バルブ」を参照してください。-バルブアクチュエーター-

バルブの分類

以下は、機械的動作に基づいた、一般的に使用されるバルブの分類の一部です。

• リニアモーションバルブ。ゲート、グローブ、ダイヤフラム、ピンチ、リフト逆止弁などの閉鎖部材が直線的に動き、流れを許可、停止、または絞り込むバルブ。
• ロータリーモーションバルブ。バタフライ弁、ボール弁、プラグ弁、偏心弁、スイング逆止弁のように、弁閉鎖部材が角度のある経路または円形の経路に沿って移動する場合、その弁は回転運動弁と呼ばれます。
• 1/4 回転バルブ。一部のロータリー モーション バルブでは、完全に閉じた位置から完全に開く、またはその逆にステムを 0 ～ 90° で約 4 分の 1 回転する必要があります。

動きに基づくバルブの分類

クラスの評価

バルブの圧力と温度の定格はクラス番号によって指定されます。 ASME B16.34、バルブ-フランジ、ねじ、溶接端は、最も広く使用されているバルブ規格の 1 つです。標準、特殊、限定の 3 種類のクラスが定義されています。 ASME B16.34 は、クラス 150、300、400、600、900、1500、2500、および 4500 のバルブを対象としています。

まとめ

このページでは、バルブに関する多くの基本情報が定義されています。

メイン メニューの「バルブ」でご覧になったかもしれませんが、石油および化学産業でよく使用されるいくつかのバルブに関する情報も見つけることができます。
これにより、さまざまな種類のバルブの違いと、それらの違いがバルブの機能にどのような影響を与えるかを理解することができます。これは、設計時に各タイプのバルブを適切に適用したり、運転中に各タイプのバルブを適切に使用したりするのに役立ちます。