全金属硬密封バタフライバルブの低温バルブへの応用

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　　全金属硬密封バタフライバルブの低温バルブへの応用？経済と工業技術の飛躍的な発展、日々進化する高度な技術、そして人々のバルブに対する需要により、バルブ業界は大きな課題と機会に直面している。特にバタフライバルブの低温媒体での使用においては、常温下で一般的なバルブが持つ性能を満たすだけでなく、より重要なのは低温下におけるバルブのシール信頼性、動作の柔軟性、そして低温用バルブに求められるその他の特別な要件です。 　　我が国の低温装置が絶えず発展するにつれて、低温用バルブへの要求も高まってきている。そのため、金属製シールを備えたバタフライバルブの構造を改良し、三偏心式で高いシール性能を持つ全金属製のバタフライバルブが開発された。このバタフライバルブは、媒体が高温であろうと低温であろうと、その要求を満たすことができる。ここではその構造的特徴を踏まえ、低温性能についてのみ簡単に紹介する。 一、低温ディスクバルブのシール性能に求められる要件：　低温バルブが漏れを起こす原因は主に2つあり、1つは内部からの漏れです；二つ目は外部への漏れです。 1、バルブの内部漏れ　主な原因は、低温状態でシールペアが変形することによるものです。 　　媒体の温度が低下し、材料に相変化が起きて体積変化が生じると、もともと研削精度が高かったシール面が反り変形し、低温下でのシール性能が悪化する。私たちはDN250バルブに対して低温試験を行ったことがあり、使用した媒体は液体窒素（-196℃）で、バタフライプレートの材質は1Cr18Ni9Ti（低温処理を施していない）であった。その結果、シール面の反り変形量が約0.12mmに達することがわかり、これが内部漏れの主な原因となった。 　　新たに開発されたバタフライバルブは、平面シールから円錐面シールに変更されている。バルブシートは斜円錐形の楕円形のシール面であり、バタフライプレートに取り付けられた正円形の弾性シールリングと共にシールペアを形成する。シールリングはバタフライプレートのスロット内で放射状に浮動することができる。バルブが閉じると、まず弾性シールリングが楕円形のシール面の短軸に接触します。そしてバルブステムが回転するにつれて、シールリングが徐々に内側に押し込まれ、弾性リングが斜めの円錐面の長軸に接触するようになり、最終的には弾性シールリングが楕円形のシール面全体に接触することになります。そのシールは、弾性リングが変形することによって実現される。 　　したがって、バルブ本体やバタフライプレートが低温で変形しても、弾性シールリングによってその影響が吸収・補償されるため、漏れや固着の現象は発生しません。バルブが開くとこの弾性変形は即座に消え、開閉過程での相対的な摩擦はほとんどないため、使用寿命が長い。 2、バルブの外漏れ。 　　一つ目は、バルブと配管がフランジ接続方式を採用している場合、低温下での接続用ガスケット、接続ボルト、および接続部品の材質間の収縮が同期せずに緩むことで漏れが生じることです。そのため、バルブ本体と配管の接続方法をフランジ接続から溶接構造に変更し、低温による漏れを防ぎました。二つ目は、バルブシャフトとパッキン部分の漏れです。一般的に、ほとんどのバルブのシール材にはF4が使用されています。これは、自己滑り性に優れ、摩擦係数が低い（鋼に対する摩擦係数はf=0.05～0.1）ことに加え、独特の化学的安定性も持っているため、広く利用されているのです。しかし、F4にも欠点があります。一つは冷却流動の傾向が強いこと、もう一つは線膨張係数が大きく、低温下で収縮して漏れを引き起こし、バルブステム部に大量の氷が付着してバルブが開かなくなることです。このために開発された低温用バタフライバルブは、自己収縮型のシール構造を採用しており、F4の膨張係数が大きいという特性を活かし、予め設けられた隙間によって常温でも低温でもシールすることができる。 二、バルブ本体およびバルブシャフトの軸受けの設計要件 1、低温用バルブのケースの構造形状。 　　材料の選択が正しいかどうかは、バルブが正常かつ信頼性を持って動作する上で極めて重要な意味を持ちます。バタフライバルブの構造的特徴は、止弁やゲートバルブと比べて、形状が不規則であったりケーシングの壁厚にばらつきがあったりすることによる低温時の収縮や温度差応力に起因する変形を避けるだけでなく、バタフライバルブは体積が小さく、バルブ本体の形状も左右ほぼ対称であるため熱容量が小さい。その結果、予冷に必要なエネルギーも少なく、形状が規則的であるためバルブの断熱処置も容易に行える。例えば、上海維旺迪バルブが新たに開発したDD363H型ディスクバルブは、低温下でも信頼性の高い動作を実現するため、低温用バルブ特有の要件に基づいて設計・製造されています。具体的には、ケーシングの材料として立方晶格構造を持つ1Cr18Ni9Tiオーステナイト系ステンレス鋼などが採用されています。 2、バルブシャフトのスリーブの選定。 　　ユーザーからの報告によると、一部の低温度用バルブでは運転中にバルブの回転部に粘着が生じ、噛み合い現象が頻繁に発生している。その主な原因は、組み合わせる材料の選定が不適切であること、予め設けられた冷却ギャップが過小であること、および加工精度の問題などである。低温バルブの開発にあたっては、上記の現象が発生するのを防ぐため、一連の対策が講じられました。例えば、バルブシャフトの上下の軸受には、摩擦係数が低く自己潤滑性に優れたSF-1型複合軸受を採用しました。これにより、低温バルブの特別な要求に対応できます。金属シール式バタフライバルブには、一般的なバルブにはない特徴があります。特に、流れの抵抗が少なく、密封性が高く、開閉が迅速で、使用寿命が長いなどです。