バルブの動的・静的シール問題の解決策

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バルブ業界が絶えず発展するにつれて、さまざまな種類のバルブが登場しました。そして、バルブにおける漏れや漏出の問題は、シールに問題が生じたために起こります。そこでここでは、標光バルブがバルブの動的シールと静的シールの問題についてご説明します。1、動的シール　バルブの動的シールとは、主にバルブステムのシールを指す。バルブ内部の媒体がバルブステムの動きに伴って漏れ出さないようにすることは、バルブの動的シールにおける中心的な課題である。 1) パッキンケーションの形態 現在、バルブの動的シールにはパッキンケーションが主流である。フィラーハウジングの基本形態は、(1)プレート式で、これが最もよく使用される形態です。 同じ形式でありながら、多くの細部に違いがある。例えば、締め付けボルトについては、T字ボルト（圧力が16キログラム/平方センチメートル以下の低圧バルブ用）、両頭ボルト、リベットなどに分けられます。キャップの観点からは、一体型と組み立て式に分けられる。 (2)圧縮ナット式 このタイプは外形サイズが小さいが、圧縮力に制限があり、小型バルブにのみ使用される。2) パッキン　パッキンケーシング内で、パッキンがバルブシャフトと直接接触し、パッキンケーシングを満たすことで、媒体の漏れを防ぐ。充填材には以下の要件がある：(1)密封性が高い； (2)耐腐食性； (3)摩擦係数が小さい； (4)媒体の温度と圧力に適応する。 よく使われる充填材には、以下のものがある：(1)アスベストパッキン：アスベストパッキンは、耐温性と耐腐食性に優れているが、単独で使用すると密封効果が悪いため、常に他の材料に浸透させたり併用したりされる。油浸石綿パッキン：その基本的な構造形態には2種類あり、1つはねじり式、もう1つは編み込み式です。また、円形と四角形に分けられる。 (2)ポリテトラフルオロエチレン編みストッパー：ポリテトラフルオロエチレンの細帯を編んで作られたストッパーで、優れた耐腐食性を持ち、極低温媒体にも使用できる。 (3)ゴム製Oリング：低圧状態では、優れたシール性能を発揮する。使用温度に制限があり、例えば天然ゴムは60℃でのみ使用可能です。 (4)プラスチック成形用充填剤：一般的には3ピース式で作られるが、他の形状にすることも可能。使用されるプラスチックはポリテトラフルオロエチレンが多く、ナイロン66やナイロン1010も使用される。 また、使用する機関は自らのニーズに応じて、さまざまな有効な充填剤の形態を探求することがよくある。例えば、250℃の蒸気バルブにおいて、アスベストのリングと鉛のリングを交互に重ね合わせることで、漏れが軽減される；媒体が頻繁に変わる場合のバルブには、アスベスト製のガスケットとポリテトラフルオロエチレン製のテープを併用することで、シール性能が向上します。バルブシャフトへの摩擦を軽減するため、場合によっては二硫化モリブデン（MoS2）やその他の潤滑剤を添加することができる。 現在、新規な充填剤について研究が進められている。例えば、ポリアクリロニトリル繊維をポリテトラフルオロエチレン乳剤に浸漬し、さらに予備酸化処理を行った後、金型内で焼結圧着することで、優れた密封性能を持つ成形充填材を得ることができる；また、ステンレス薄板とアスベストを用いて波形の充填材を作ると、高温・高圧・腐食に耐えることができる。 3）リボンチューブシール 化学工業や原子力工業の急速な発展に伴い、可燃性、爆発性、強毒性、放射性を持つ物質が増えてきたため、バルブのシールに対する要求はより厳しくなっている。場合によってはパッキンシールを使用できないため、新しいシール方式としてリボンチューブシールが生まれた。この種のシールには充填材が不要なため、無充填シールとも呼ばれます。 チューブの両端は、他の部品と溶接されている。バルブシャフトが上下すると、リブ付きチューブが伸縮し、チューブ自体に漏れがなければ媒体は漏れ出しません。万が一に備えて、一般的にはリブ付きチューブとパッキンの二重シールが用いられる。 2、静的シール 静的シールとは、通常、2つの静止した面の間のシールを指す。密封方法は主にワッシャーを使用することです。 1) ウェッジ材質 (1) 非金属材料：紙、麻、牛革、アスベスト製品、プラスチック、ゴムなど。 紙や麻、牛革などには毛細孔があり、浸透しやすいため、使用する際には油やワックス、またはその他の防浸透材を含浸させる必要がある。一般的なバルブではほとんど使用されない。 アスベスト製品には、アスベストテープ、ロープ、板、アスベストゴム板などがある。その中で、アスベストゴム板は構造が密で、耐圧性に優れ、耐熱性も良好であるため、バルブ自体やバルブと配管のフランジ接続部において広く使用されている。 プラスチック製品は耐腐食性に優れ、広く使用されています。種類にはポリエチレン、ポリプロピレン、ソフトポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン66、ナイロン1010などがあります。 ゴム製品は柔らかい性質を持ち、各種のゴムにはそれぞれ一定の耐酸性、耐アルカリ性、耐油性、耐海水性がある。品種には天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、イソブテンゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴムなどがある。 (2)金属材料：一般的に、金属材料は強度が高く、耐熱性も優れている。しかし、鉛はそうではなく、希硫酸に耐える性質のみを利用する。よく使われる材質には、真鍮、銅、アルミニウム、低炭素鋼、ステンレス鋼、モネル合金、銀、ニッケルなどがあります。 (3)複合材料：例えば金属被覆（内部アスベスト）ワッシャー、組み合わせ波形ワッシャー、巻き付けワッシャーなど。 2) 一般的なワッシャーの性能 開閉弁を使用する際、状況に応じて元々付いているワッシャーを交換することが多い。一般的なワッシャーには、ゴム平ワッシャー、ゴムOリング、プラスチック平ワッシャー、ポリテトラフルオロエチレン被覆ワッシャー、アスベストゴムワッシャー、金属平ワッシャー、金属異形ワッシャー、金属被覆ワッシャー、波形ワッシャー、巻き付けワッシャーなどがある。 (1)ゴム平ワッシャー：変形しやすく、圧着には力を要しないが、耐圧性と耐熱性は低く、低圧で温度の高くない場所でのみ使用される。天然ゴムにはある程度の耐酸耐アルカリ性があり、使用温度は60度を超えないようにすべきです℃；クロロプレンゴムも一部の酸やアルカリに耐えられ、使用温度は80度℃；ニトリルゴムは耐油性があり、80まで使用可能℃；フッ素ゴムは耐腐食性に優れ、一般的なゴムよりも耐熱性も高く、150℃の環境下で使用できます。 (2)ゴム製Oリング：断面形状は正円で、一定の自己締め付け作用があり、平らなワッシャーよりも密封性能が高く、かつ圧縮力はより小さい。 (3)プラスチック平ワッシャー：プラスチックの最大の特徴は耐腐食性が高いことで、ほとんどのプラスチックは耐熱性に劣る。ポリテトラフルオロエチレンはプラスチックの中でも最高峰であり、耐腐食性に優れるだけでなく、耐温度範囲も広く、-180℃から+200℃の間で長期間使用することができます。 (4)ポリテトラフルオロエチレン被覆ワッシャー：ポリテトラフルオロエチレンの長所を十分に生かし、同時にその弾性が低いという欠点を補うため、ポリテトラフルオロエチレンでゴムまたはアスベストゴムを被覆したワッシャーが作られている。これにより、ポリテトラフルオロエチレン製の平らなワッシャーと同様に耐腐食性を持ちつつ、優れた弾性も備えており、シール性能を高め、圧縮力を軽減します。その断面形状は図4-20に示されている。 (5)アスベストゴムワッシャー：アスベストゴム板を切り出して作られる。その成分は、60～80％のアスベストと10～20％のゴム、そして充填剤や硫化剤などです。耐熱性、耐寒性、化学的安定性に優れており、供給も豊富で価格も安い。使用する際、圧縮力はそれほど強くなくてもよい。金属に付着する性質があるため、取り外し時に手間がかからないよう、表面にグラファイト粉を塗るのが最善です。 アスベストゴム板には4色あります。灰色は低圧用で（規格XB-200、耐圧≤16キログラム/平方センチメートル、耐温200℃）、；赤色、中圧用（材質番号XB-350、耐圧は40キログラム/平方センチメートル、耐温は350℃）；紫赤色、高圧用（規格XB-450、耐圧100キログラム/平方センチメートル、耐熱温度450℃）；緑色で、油類に使用され、耐圧性も優れています。 (6)金属平熱環：鉛、耐温100℃；アルミ430℃；銅315℃；低炭素鋼550℃；銀650℃；ニッケル810℃；モネル（ニッケル銅）合金は810℃、ステンレス鋼は870℃。その中で鉛の耐圧能力は低く、アルミニウムは64キログラム/平方センチメートルに耐えられ、他の材料は高圧に耐えられる。 (7)金属異形ワッシャー：レンズワッシャー：自己締め付け機能があり、高圧バルブに使用される。 楕円形ワッシャー：これも高圧自己締め付けワッシャーに分類されます。 円錐面二重ワッシャー：高圧下での自己密着密封に使用。 また、正方形、菱形、三角形、歯形、ウェッジ形、B形、C形などもあり、一般的には中高圧バルブでのみ使用されます。 (8)金属被覆ワッシャー：金属は優れた耐熱性と耐圧性に加え、良好な弾力性も持っている。被覆材にはアルミニウム、銅、低炭素鋼、ステンレス鋼、モネル合金などがある。中の充填材にはアスベスト、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス繊維などがある。 (9)波形ワッシャー：圧縮力が小さく、密封性に優れているのが特徴です。金属と非金属の組み合わせがよく用いられる。 (10)巻き継ぎワッシャー：非常に薄い金属帯と非金属帯を密着させて何層にも巻き上げた円形のもので、断面は波形をしており、優れた弾力性と密封性を持っている。金属帯は、08鋼、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、銅、アルミニウム、チタン、モネル合金などで作られる。非金属帯材料にはアスベスト、ポリテトラフルオロエチレンなどがある。 以上、シールガスケットの性能について説明する際に、いくつかの数値を挙げました。なお、これらの数値はフランジの形状、媒体の状況、取り付けや修理の技術などと密接な関係があり、時にはそれを上回ることもあれば、達成できないこともある。また、耐圧性と耐温性も相互に変換し合うもので、例えば温度が高くなると耐圧能力はしばしば低下する。このような微妙な問題は、実践を通じてしか理解できない。 3) 新素材と新技術 上で紹介したシールガスケットはまだ十分ではなく、さらにシール技術は急速に発展している最中です。 ここでは、いくつかの新素材や新技術を例に挙げて紹介します。 (1)液体密封：高分子有機合成工業の急速な発展に伴い、近年では静的密封に使用される液体シーリング剤が登場した；この新技術は、一般的に液体シールと呼ばれています。液体シールの原理は、液状シーリング剤の粘着性、流動性、および単分子膜効果（膜が薄いほど自然に元に戻ろうとする傾向が強くなる）を利用し、適切な圧力のもとでワッシャーのように機能させることです。ですから、使用されているシーリング剤も、液体ワッシャーと呼ばれます。 (2)ポリテトラフルオロエチレンの生地シール：ポリテトラフルオロエチレンも高分子有機化合物であり、製品に焼結される前は生地と呼ばれ、柔らかい性質を持ち、単分子膜効果もある。生地で作られたテープを生地テープといい、巻いて長期間保存することができます。使用時には自由に形状を作ることができ、任意の接続が可能で、圧力がかかると均一に密封機能を果たす環状の膜が形成される。バルブの本体とバルブカバーの間のガスケットとして、バルブリーブやシャットを取り出すことなく隙間を広げ、テープを詰め込むだけで済みます。圧縮力が小さく、手にもフランジ面にも付着せず、交換が非常に簡単です。ノッチフランジに最適です。ポリテトラフルオロエチレンの原料は、管状や棒状にも加工でき、シール材として使用される。 (3)金属製中空Oリング：弾性に優れ、圧縮力が小さく自己締め付け機能を持つ。さまざまな金属材料を使用できるため、低温、高温、強腐食性の媒体のいずれにも適応可能である。 (4)グラファイト板シールリング：一般的にグラファイトはもろい材料で、弾力性や靭性に欠けると思われているが、特別な処理を施したグラファイトは柔らかく、優れた弾力性を持っている。このように、グラファイトの耐熱性と化学的安定性が、ワッシャー材料として発揮されるのである；また、このワッシャーの圧縮力は小さく、シール性能は非常に優れています。このグラファイトは帯状にも加工でき、金属帯と組み合わせることで、優れた性能を持つ巻き込みワッシャーを作ることができる。グラファイト板シールリングとグラファイト－金属巻きスリーブの登場は、高温耐腐食シールにおける大きなブレークスルーであった。この種のワッシャーは、海外では既に大量に製造・使用されている。