グローブバルブとは? – 精密インベストメント鋳造ソリューション

1. 導入

a グローブバルブ 可動ディスクを使用した直動バルブです。 (プラグ) 固定リングシートに接して流れを調整するもの.

その構成により、正確なスロットリングと比較的厳密な遮断が可能になります。; 典型的なサービスにはフロー制御が含まれます, スロットリング, 頻繁な操作による絶縁, および制御弁本体.
正確な流量制御と確実な遮断が必要な場合には、グローブ バルブが引き続き好まれます。 (蒸気制御, 給水, 化学投与, サンプリング, および多くの制御バルブの配置).

発電全般にわたって広く使用されています, 石油化学, 油 & ガス, 水処理および空調産業.

2. グローブバルブとは?

構造と動作原理の概要.
一般的なグローブバルブはボディとボンネットで構成されています (ハウジング), 作動時に軸方向に平行移動するステム, ステムに取り付けられたディスクまたはプラグ, そしてボディに固定されたシートリング.

シートに対して垂直なディスクの動きにより、流れの面積が変化します。; 絞り能力は、プラグとシートの間の環状流域の漸進的な変化から得られます。.

流体制御システムでの一般的な用途.

• 制御性の良い絞り流量 (例えば。, 蒸気の調整, 水, ガスの流れ).
• 漏れ防止が重要となる頻繁なオン/オフ勤務.
• キャビテーションまたはフラッシングをステージングまたは特別なトリムによって制御する必要があるサービス.
• アクチュエーターやポジショナーと組み合わせて制御弁本体として使用.

3. グローブバルブの構造と部品

圧力に対する設計の重要性, 温度と耐食性.

バルブ本体の材質の選択は、システム設計の圧力/温度と一致する必要があります (例えば。, ASME クラス 150 ～ 2500) そして流体化学 (腐食, 侵食, 腹部).

シートとトリムは、シール寿命とシール寿命のバランスを考慮して選択されます。. 摩耗/侵食; 蒸気サービス中, ハードフェーシング (ステリテ) 浸食やキャビテーションに耐性があるのが一般的です.

4. グローブバルブの種類

グローブバルブは単一ではありません, フリーサイズの製品: 彼らの幾何学模様, 内部トリムと作動はアプリケーションのニーズに適合します (低損失 vs 正確なスロットル, 高いΔP対極低温サービス, 手動制御と自動制御).

フローパターン別 (ボディジオメトリ)

ストレートスルー (Tタイプ) グローブバルブ

ジオメトリ: 入口ポートと出口ポートは軸方向に揃っています; 流れはシートを通って上昇し、ほぼ同じ方向に出ます.特性 & 長所

• 最も単純な地球の幾何学形状, コンパクトボディ.
• 予測可能な Cv 特性による優れたスロットル制御.
  制限
• シートパス上で流れが反転または方向を変える必要があるため、グローブタイプの中で最も高い圧力損失.
• 特定のサイズ/Cv でのより高い動作トルクとより大きなアクチュエータ.
  一般的な使用方法
• 配管レイアウトが直線的で精密な絞りが必要な小～中型バルブ.

アングルグローブバルブ

ジオメトリ: 入口ポートと出口ポートは本体内で約90°の角度を形成します; 席が角にあるので流れが一度曲がる.
特性 & 長所

• 配管レイアウトのメリット: 肘の代わりになります, 1 つのフランジとパイプ セグメントを節約.
• 流れが急激に反転しないため、直球よりも固体や浮遊粒子に対する抵抗が少ない.
• オンストリームの排水や排出を下向きにする必要があるサービスに適しています.
  制限
• ゲート/ボールバルブよりもさらに大きな圧力損失; 高 Cv のためにボディサイズを大きくできる.
  一般的な使用方法
• スラリー, 蒸気孔, サンプル/ドレンライン, 固形物混入サービス.

Y型グローブバルブ (斜めの茎)

ジオメトリ: ステムとプラグが斜めになっている (～30°～45°) 流れ軸へ; 流路は真っすぐなグローブよりも真っ直ぐです.

特性 & 長所

• 流動抵抗の低減 (下K) ストレート グローブよりも操作トルクが低く、トリムに応じて油圧抵抗が 20 ～ 60% 少ない場合が多い.
• スロットリングが必要な高流量に適しています; 圧力降下が懸念されるが、依然としてグローブ制御が必要な場合に選択されることが多い.
  制限
• もう少し複雑なボンネット/パッキンの形状; サイズによっては直線地球儀よりもコンパクトではありません.
  一般的な使用方法
• 制御弁の大型化, スロットル精度とより低いΔPの間で妥協が必要なサービス.

操作別 / 作動

マニュアル (ハンドホイール / ギアボックス)

長所: 単純, 低コスト, 屈強; 即時ローカル制御.
短所: 制限されたトルク (大型バルブ/高ΔPには不向き), 手動操作は自動プロセスには適さない.
アプリケーション: 分離, ユーティリティサービス, 小さなスロットリング義務.

空気圧アクチュエータ

長所: 速い応答, サイズの割に高い推力, 多くの設備で本質安全防爆, スプリングリターンによるフェールクローズまたはフェールオープンが簡単.
短所: 計器用空気が必要です; 比例制御に必要なポジショナ.
アプリケーション: 化学分野のプロセス制御, 石油化学, 発電所.

電動アクチュエーター

長所: 正確な位置制御, デジタルシステムとの簡単な統合, 圧縮空気は必要ありません.
短所: 空気圧より遅い, 大きなトルクを得るにはギアボックスが必要になる場合があります, 一部の地域における電気的危険に対処する必要がある.
アプリケーション: リモコン, 精度と診断が重要な場合.

油圧アクチュエータ

長所: 非常に大きなバルブまたは非常に高いΔPに対する非常に高い推力と高速作動.
短所: 複雑, 漏れの可能性, 油圧パワーユニットの必要性.
アプリケーション: 海底, 大型遮断弁, 高力工業用バルブ.

トリムと内部デザインによる (機能サブタイプ)

トリムはコントロールの動作を定義します, 耐キャビテーション性と浸食寿命.

• フラットディスク / フラットシートトリム: 単純, 屈強; 一般的なスロットルには適していますが、キャビテーション耐性は限られています.
• プラグ/丸型プラグトリム: よりスムーズな流量特性と制御業務のためのより優れたシール性.
• 針 / ステムガイド付きトリム: 低流量での微細な制御 (計装アプリケーション).
• 多段式 / ケージトリム: 圧力降下を複数のステージに分割してキャビテーションを低減します, ノイズとエロージョン - 高ΔP 制御サービスに不可欠.
• バランスのとれたプラグ設計: 高差圧バルブの正味軸力とステムトルクを低減する均圧通路が含まれています。.

特殊なグローブバルブの設計

極低温グローブバルブ

デザイン上の特徴: 延長されたボンネットによりコールドゾーン上でのパッキングを維持, 低温対応材料 (オーステナイトステンレス, 特殊シール), 制御された熱膨張許容値.
応用: lng, 極低温保管と輸送.
キーノート: 低温では材料が脆くなるため、パッキンとアクチュエータの選択が重要です.

高圧 / 高温グローブバルブ

デザイン上の特徴: 鍛造ボディまたは重量鋳物, ボルト締め/溶接ボンネット, 高力ボルト締め, 金属同士のシートまたはハードフェーシング (ステリテ).
応用: 蒸気タービン, 高圧ヘッダー, 超臨界ボイラー.
キーノート: 高温での熱膨張とシールには、慎重な材料の組み合わせとボンネットの設計が必要です.

コントロールグローブバルブ本体 (変調サービス)

デザイン上の特徴: 設計されたトリム (等しいパーセンテージ, リニア), ポジショナーの取り付け, アンチキャビテーショントリム, 騒音の減衰.
応用: フローのプロセス制御ループ, プレッシャー, 温度とレベル.
パフォーマンス指標: レンジアビリティを頻繁に制御する 50:1 に 200:1 トリムに応じて.

アンチキャビテーション / 騒音減衰設計

デザイン上の特徴: 段階的な圧力降下, 迷路の通路, キャビテーション浸食と騒音を低減するエネルギー散逸トリム.
応用: 高ΔPガスサービス, フラッシュ液体の絞り.

メタルシート対ソフトシートのグローブバルブ

• 金属着座: 極端な温度, 侵食性流体; 堅牢だが漏れ許容量が大きい.
• ソフトシート (PTFE, RTFE, ピーク): 低温および低圧で気泡を通さないシール; シート素材の化学的適合性と温度定格に限定される.

5. 作業原則

ディスクの垂直移動による流量制御.

ディスクがシートから浮き上がると、, 環状流路が形成される. 流れ面積の変化は非線形です, 閉位置付近での微調整が可能になり、より開いた位置ではより大きな流量が可能になります。.

圧力降下とスロットル動作.

グローブ バルブは本質的に、流れの方向を変えて制限を通過する必要があるため、ストレート スルー バルブよりも高い圧力降下を生成します。.

損失水頭係数 (k) グローブバルブの場合は通常、 何度か 同じサイズのゲートバルブやボールバルブよりも大きいため、絞りには効果的ですが、圧力損失を最小限に抑える用途には非効率的です.

流量効率の比較

バルブ内の流量効率は一般に次のように表されます。 フロー係数 (cv), 1分あたりの水の体積としてガロンで定義されます (GPM) バルブを通って流れる 1 psi 圧力降下 (Δp).

Cv が高いほど、抵抗が低くなり、流動効率が向上します。.

グローブバルブ, スロットリングに優れている一方で, 他のタイプのバルブと比較して、全開位置でより高い圧力降下を示します.

6. 主要なパフォーマンスパラメータ

圧力定格

クラシック ANSI/ASME 圧力クラス: 150, 300, 600, 900, 1500, 2500. バルブ肉厚, ボルト締めとシートの設計は、これらのクラスと材料の許容応力に従っています。.

流量係数 & 射程距離

• cv サイズ調整に使用される; 射程距離 (断る) 通常、コントロールトリムの 50:1–200:1 トリムタイプに応じて (シングルポート, ケージ, 多段式).

温度と耐食性

使用温度は材質と梱包によって異なります. 制限の例 (約):

• 炭素鋼: 連続使用の場合は最大 ~450 °C (合金によって異なります).
• オーステナイトステンレス (304/316): 断続的な使用の場合は最大約 800 ～ 900 °C, ただし、パッキンとシールにより連続温度が制限されます.
  攻撃的な化学反応の場合は二本鎖を使用してください, スーパーデュプレックス, ニッケル合金 (モネル, ハスロイ), または特殊なコーティング.

漏れクラスとテスト

• API 598 (検査とテスト) 圧力試験によく使用されます (シェルとシート).
• シートリーク: ソフトシートバルブ用 (PTFE/RTFE), 気泡が入らないようにすることができる; 金属シートバルブの場合、漏れ率は高くなりますが、高温/耐浸食性を考慮して設計されています.
  コントロールバルブ用, IEC/ISA 規格は漏れとシートの性能測定基準を定義しています. 調達時に必要な最大許容漏れを必ず指定してください.

7. 玉形弁の製造工程

グローブ バルブの製造は、冶金学を組み合わせた多段階のプロセスです。, 精密機械加工, 高圧下でも信頼性の高いパフォーマンスを保証するための品質保証, 高温, または腐食性の条件.

製造プロセスはバルブの耐久性に直接影響します, 漏れ性能, および運用効率.

玉形弁本体およびボンネットの製作

1. 鋳造または鍛造:

• 砂鋳造: 炭素鋼共通, ステンレス鋼, およびダクタイル鉄製バルブ. 複雑な体型や中程度の圧力定格に適しています.
• インベストメント鋳造: 小さいものに使用されます, 複雑な内部通路と厳しい公差を必要とする高精度バルブ.
• 鍛造: 高圧または高温のバルブに適用 (ANSIクラス 900 上記) 優れた強度のため, 密度, と疲労抵抗.

2. 熱処理:

• ストレス緩和, 正規化, または残留応力を低減し機械的特性を改善するための焼きなまし.
• 加工中の歪みを防ぎ、寸法安定性を維持するために、鍛造部品にとって重要です。.

機械加工

目的: シール面の正確な公差を実現, ステムボア, フランジの顔, および内部フローパッセージ.

一般的な加工操作:

• 旋削とボーリング: ボディおよびボンネットボア用, ステムガイド, およびディスクインターフェイス.
• ミリング: フランジ面用, ボルトパターン, およびアクチュエータの取り付け面.
• 研削 / ラッピング: シートとディスクの表面は研磨またはラップ仕上げされており、密閉性が高く、適切な接触形状が得られます。.
• スレッド: ステムの内ねじと外ねじ, パッキンナット, およびファスナー.

主な考慮事項: 寸法公差はバルブの気密性と作動トルクに直接影響します。. 一般的なシール面の公差は、金属間のシートの場合は ±0.05 mm です。.

トリムの製造

コンポーネント: ディスク/プラグ, シートリング, 幹, ケージ (多段トリムの場合), とブッシング.

プロセス:

• CNC加工: ディスクの高精度成形, 座席, そしてケージトリム.
• ハードフェイス / ステライトオーバーレイ: ディスクまたはシートの表面に適用され、耐摩耗性と耐キャビテーション性が向上します。.
• バランスをとる / 掘削: 圧力バランスの取れたプラグには、ステムの軸方向の負荷を軽減するために精密に穴あけされた穴が付いている場合があります。.

品質チェック: 表面の粗さ, 同心, 硬度テストは長期的なパフォーマンスにとって重要です.

組み立て

ステップ:

1. ステムとディスクの取り付け: ステムをボンネットに挿入し、ディスク/プラグを取り付けます.
2. パッキンとグランドの組み立て: パッキンリングとグランドフランジを取り付けて、ステムに沿って漏れのない動作を保証します.
3. ボンネットの取り付け: ガスケットまたは O リング シールを使用してボンネットをボディにボルトで固定します.
4. アクチュエータの取り付け: マニュアルを添付する, 電気, 空気圧, または必要に応じて油圧アクチュエータ.

ベストプラクティス:

• ステムの曲がりやディスクの位置ずれを防ぐために位置合わせツールを使用する.
• ボルトを十字パターンで締め付けて均一なシールを確保します。.

テストと品質管理

静水圧試験: APIごとにテストされたシェルとシート 598 圧力の完全性を検証するため.

漏れ検査:

• ソフトシートバルブ: 気泡密テスト.
• メタルシートバルブ: アプリケーションごとに定義された許容漏れ; 頻繁 <0.5% 定格流量の.

非破壊検査 (NDT):

• 染料浸透剤, 磁気粒子, X線撮影, 鋳造欠陥や溶接欠陥の超音波検査.

フローおよび機能テスト:

• 一部のバルブは Cv 検証を受けます, 脳卒中検査, 動作性能を確認するためのアクチュエータの校正.

表面処理と仕上げ

• 絵画 / エポキシコーティング: 炭素鋼バルブの外部腐食保護.
• 危険性: 遊離鉄を除去し耐食性を向上させるステンレス鋼製バルブ.
• 電気めっき / PTFEコーティング: 濡れた表面ではオプションで摩擦と化学的攻撃を軽減します.

8. グローブバルブの利点

グローブバルブは、精密な流量制御においてかけがえのないものとなる独自の利点を提供します。:

• 正確なスロットリング: ±1～2%の流量精度, vs. ボールバルブの場合は±5～10%. メンテナンスなどのプロセスに不可欠 0.5% 発電所におけるタービン負荷の変動.
• 双方向シール: どちらの方向の流れも遮断可能 (ゲートバルブとは異なります, 一方向にシールするもの). 配管の複雑さとコストを削減します.
• 簡単なメンテナンス: 内部コンポーネント (ディスク, シート, パッキング) パイプラインからバルブを取り外さずに交換可能. メンテナンス時間を短縮します 50% vs. 溶接ボールバルブ.
• タイトなシャットオフ: ISOを達成するソフトシート設計 5208 クラスVI漏れ, 有毒または滅菌流体に適しています.
• 幅広い応用範囲: あらゆる流体に対応 (液体, ガス, スラリー) および動作条件 (-269℃～1,090℃, 0–4,200 psi).

9. グローブバルブの限界

彼らの強みにもかかわらず, グローブバルブには、特定の用途での使用が制限される欠点があります:

• より高い圧力損失: ΔP はゲート/ボールバルブより 5 ～ 10 倍高い (例えば。, 18 psi vs. <1 2 インチバルブの psi 100 GPM). 大流量システムではポンプのエネルギーコストが 10 ～ 15% 増加します.
• より大きなサイズと重量: 2 インチのグローブ バルブの重量は、同じサイズのボール バルブより 30 ～ 50% 増加します。 (例えば。, 25 ポンド対. 17 lbs). 設置コストとスペース要件が増加する.
• 作動が遅い: 手動グローブバルブの開閉には 30 ～ 60 秒かかります, vs. 1ボールバルブの場合は –5 秒. 緊急停止には不向き (ESDS).
• 大流量の全開/全閉には最適ではありません: Cv はボール/ゲートバルブより 5 ～ 10 倍低い, 大口径パイプラインでは非効率的になる (≥12 インチ).

10. グローブバルブの産業用途

発電 (スチーム & 水). 給水を制御する玉形弁, バイパスおよびタービン蒸気経路.

代表的なサービス: 10 ～ 160 バール以下の蒸気 520 °C (それに応じて材料を選択する必要があります).

石油化学 & 化学薬品. 腐食性流体の絞り, 投与ストリームの制御, およびサンプルの分離. ハステロイや二相ステンレスなどの材質が一般的です.

HVAC & 水処理. バランスをとる, 冷水および地域暖房システム内の隔離と制御.

油 & ガスパイプライン & 精製. 流量調整, 噴射制御およびバルブ制御の安全システム (ESDロジックを備えたコントロールバルブのバリエーション).

他の: 医薬品, パルプ & 紙, 海洋システム, 極低温 (特別なデザインで).

11. 他のバルブタイプとの比較

12. 最近のイノベーションとトレンド

スマートな自動グローブバルブ

• IoT統合: 圧力を備えたバルブ, 温度, および振動センサー (例えば。, エマーソン・ローズマウント 3051) リアルタイムデータをSCADAシステムに送信します.
  AIアルゴリズムがシートの摩耗を予測 (3– 6か月前) キャビテーションのリスク, 予定外のダウンタイムを減らす 30%.
• ワイヤレス作動: バッテリー駆動の電気アクチュエーター (10-年の人生) オフショアまたは遠隔地でのリモート操作を可能にする, 配線コストの削除 ($50,000+ バルブごと).

マテリアルイノベーション

• セラミックマトリックスコンポジット (CMCSが最高です): CMC ボディは 1,200°C に耐えます (vs. 815ハステロイ C276 の場合は ℃), 次世代原子炉や極超音速航空機燃料システムに最適.
• グラフェン強化シート: PTFEシート 0.1% グラフェン添加剤の増加耐摩耗性による 50%, からサイクルの寿命を延ばします 10,000 に 15,000 サイクル.

3D プリントされたコンポーネント

• 添加剤の製造: 3D プリントされたケージガイド付きディスク (SLMプロセス) 複雑なフローポートを備えた (例えば。, 多段圧力降下チャネル) スロットル精度を向上させる 20% vs. 機械加工されたディスク.
• ラピッドプロトタイピング: 3インベストメント鋳造用の D プリント ワックス パターンにより、リードタイムが短縮されます。 4 数週間から 2 カスタムバルブ設計に数日.

13. 今後の展開

業界 4.0 統合

• デジタル双子: グローブバルブの仮想レプリカ (E3Dがありました) さまざまな条件下でパフォーマンスをシミュレートします (プレッシャー, 温度), メンテナンススケジュールの最適化とオーバーホールの削減 20%.
• 予測メンテナンス: 機械学習モデルはセンサーデータを分析して故障を予測します。 90% 正確さ, 状態ベースのメンテナンスを可能にする (vs. 時間ベースの).

軽量かつ高効率な設計

• 複合ボディ: 炭素繊維強化ポリマー (CFRP) 体は体重を減らす 40% vs. 金属, 航空宇宙および自動車の流体システムに最適.
• 低ΔP Y パターン バルブ: CFD によって最適化された流路により、圧力損失が低減されます。 20% vs. 伝統的なYパターンデザイン, ポンプのエネルギーコストを削減する 15%.

環境およびエネルギー効率の高いソリューション

• 低排出ガスパッキン: グラファイトと PTFE のハイブリッドパッキンにより、漏洩排出物が削減されます。 95%, EPA の最新の温室効果ガス規制に準拠 (40 CFRパーツ 63).
• リサイクル材料: 90% リサイクルされたステンレススチールのボディは、二酸化炭素排出量を削減します。 40% vs. バージンスチール, ネットゼロ目標に沿って.

14. 結論

正確な流量調整と信頼性の高い遮断が必要な場合には、玉形弁が不可欠です.

その設計は優れた制御能力を提供しますが、より高い圧力降下とより大型のアクチュエータを犠牲にしています。.

正しい材料の選択, トリム構成とアクチュエータのサイジングは、長い耐用年数と低いライフサイクルコストの中心となります.

スマートアクチュエーションの最近の進歩, トリム設計と材料科学により、積極的で要求の厳しいプロセス全体でグローブ バルブの有用性が拡大し続けます。.

FAQ

プロセスライン用のグローブバルブのサイズを変更するにはどうすればよいですか?

必要な流量を決定する, 流体の特性と許容圧力損失.

Cv サイジング方程式を使用する (Cv = Q √(SG/ΔP) 水相当量について) メーカーのトリム性能曲線を参照してください.

グローブバルブはオン/オフサービスに適していますか?

はい - 優れたシャットオフを提供します. 大口径での素早いオン/オフ用, ボールバルブまたはバタフライバルブの方が経済的かもしれません.

グローブバルブの一般的なトルク要件はどれくらいですか?

トルクはバルブのサイズによって異なります, 圧力降下, シートの種類とアクチュエータの効率.

例えば, 1 インチから 2 インチの小さな地球儀には必要な場合があります <50 n・m, 一方、高圧下の 6 ～ 12 インチのバルブには数百から数千 N·m が必要となる場合があります. 常にメーカーのトルク曲線を使用してください.

グローブバルブはキャビテーションにどのように対処するのか?

標準トリムはキャビテーションにより浸食される可能性があります. マルチステージトリムまたはアンチキャビテーショントリムを使用する, 段階的なスロットリング, または、キャビテーションを軽減するためにバルブ全体の ΔP を小さくします。.

グローブバルブをコントロールバルブに変換できますか?

はい - 多くのグローブ バルブは制御バルブ本体として設計されており、アクチュエーターを受け入れます, ポジショナーとコントロールトリム.

調節弁の仕様はレンジアビリティを考慮する必要があります, cv, 騒音とキャビテーションからの保護.