バタフライバルブとゲートバルブは、工業用水や都市用水利用途で一般的に使用される2種類のバルブです。構造、機能、用途において明確な違いがあります。この記事では、バタフライバルブとゲートバルブの違いを、原理、構成、コスト、耐久性、流量調整、設置、メンテナンスの観点から詳しく説明します。
1. 原則
バタフライバルブの原理
最大の特徴はバタフライバルブシンプルな構造とコンパクトな設計です。その動作原理は、円形のバタフライプレートがバルブステムを中心軸として回転し、流体の流れを制御することです。バルブプレートはチェックポイントのようなもので、バタフライプレートの同意がなければ通過できません。バタフライプレートが流体の流れの方向と平行になると、バルブは完全に開き、バタフライプレートが流体の流れの方向と垂直になると、バルブは完全に閉じます。バタフライバルブの開閉時間は非常に短く、90度の回転で完全に開閉できます。これが、ロータリーバルブとクォーターターンバルブと呼ばれる理由でもあります。
ゲートバルブの原理
バルブプレートのゲートバルブゲートはバルブ本体に対して垂直に上下に動きます。ゲートが完全に上昇すると、バルブ本体の内部キャビティが完全に開き、流体が妨げられることなく通過できます。ゲートが完全に下がると、流体は完全に遮断されます。ゲートバルブの設計により、全開時の流動抵抗がほとんどないため、全開または全閉が必要な用途に適しています。ここで強調したいのは、ゲートバルブが全開と全閉に適しているということです。ただし、ゲートバルブの応答速度は遅く、つまり、ハンドホイールまたはウォームギアを完全に開閉するには複数回転かかるため、開閉時間が長くなります。
2. 構成
バタフライバルブの構成
前述のように、バタフライバルブの構造は比較的単純で、バルブ本体、バルブプレート、バルブシャフト、バルブシート、駆動部といった主要部品で構成されています。下図をご覧ください。
バルブ本体:
バタフライバルブのバルブ本体は円筒形で、内部に垂直の流路を有しています。バルブ本体は、鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム青銅など、様々な材料で製造できます。もちろん、材料の選択はバタフライバルブの使用環境と媒体の性質によって異なります。
バルブプレート：
バルブプレートは、前述の円盤状の開閉部品であり、形状は円盤に似ています。バタフライバルブは、バルブシートによってバルブ本体と媒体が直接分離されているセンターラインバタフライバルブとは異なり、媒体と直接接触するため、バルブプレートの材質は通常、バルブ本体と同じか、バルブ本体よりも高くなります。一部の特殊な媒体では、耐摩耗性、耐腐食性、耐高温性を向上させる必要があります。
バルブステム:
バルブステムはバルブプレートと駆動部を接続し、バルブプレートを回転させるためのトルクを伝達する役割を担っています。バルブステムは通常、十分な強度と耐久性を確保するために、ステンレス鋼420などの高強度材料で作られています。
バルブシート：
バルブシートはバルブ本体の内部空洞にライニングされ、バルブプレートと接触してシールを形成し、バルブが閉じているときに媒体が漏れないようにします。シールには、ソフトシールとハードシールの2種類があります。ソフトシールはシール性能に優れています。一般的に使用される材料には、センターラインバタフライバルブでよく使用されるゴム、PTFEなどがあります。ハードシールは高温高圧環境に適しています。一般的に使用される材料には、SS304+フレキシブルグラファイトなどがあります。三重偏心バタフライバルブ.
アクチュエータ:
アクチュエータはバルブステムを回転させるために使用されます。一般的に使用される形式は、手動、電動、空圧、油圧です。手動アクチュエータは通常、ハンドルまたはギアで操作されますが、電動、空圧、油圧アクチュエータは遠隔操作や自動操作が可能です。
ゲートバルブの構成
ゲートバルブの構造は比較的複雑で、バルブ本体、バルブプレート、バルブシャフト、バルブシート、駆動部に加え、パッキン、バルブカバーなどが含まれます（下図参照）。
バルブ本体:
ゲートバルブのバルブ本体は通常、樽型またはくさび型で、内部に直管部を有しています。バルブ本体の材質は、主に鋳鉄、鋳鋼、ステンレス鋼、真鍮などです。同様に、使用条件に応じて適切な材質を選択する必要があります。
バルブカバー:
バルブカバーはバルブ本体に接続され、密閉されたバルブキャビティを形成します。通常、バルブカバーにはパッキンを取り付けてバルブステムをシールするためのスタッフィングボックスが設けられています。
ゲート+バルブシート:
ゲートとは、ゲートバルブの開閉部であり、通常はくさび形をしています。ゲートはシングルゲートまたはダブルゲート構造にすることができます。当社が一般的に使用するゲートバルブはシングルゲートです。弾性ゲートバルブのゲート材質はGGG50で、ゴムで覆われています。一方、ハードシールゲートバルブのゲート材質は、本体材質+真鍮またはステンレス鋼です。
バルブステム:
バルブステムはゲートとアクチュエータを接続し、ねじ伝達を介してゲートを上下に動かします。バルブステムの材質は、一般的にステンレス鋼や炭素鋼などの高強度材料です。バルブステムの動きに応じて、ゲートバルブは上昇ステムゲートバルブと非上昇ステムゲートバルブに分けられます。上昇ステムゲートバルブのバルブステムねじはバルブ本体の外側に位置し、開閉状態が明確に確認できます。非上昇ステムゲートバルブのバルブステムねじはバルブ本体の内側に位置し、構造が比較的コンパクトで、設置スペースは上昇ステムゲートバルブよりも小さくなります。
パッキング：
パッキンはバルブカバーのスタッフィングボックス内に配置されており、バルブステムとバルブカバー間の隙間を密閉して流体の漏れを防止するために使用されます。一般的なパッキン材料には、グラファイト、PTFE、アスベストなどがあります。パッキンはグランドによって圧縮され、シール性能を確保します。
アクチュエータ:
• ハンドホイールは最も一般的な手動アクチュエータで、ハンドホイールを回転させることによりバルブステムのねじ伝達機構を駆動し、ゲートを上下に動かします。大口径または高圧のゲートバルブでは、操作力を軽減し、開閉速度を速めるために、電動、空気圧、または油圧アクチュエータがよく使用されます。もちろん、これは別のトピックです。ご興味のある方は、こちらの記事をご覧ください。バタフライバルブを閉じるのに何回転必要か? どれくらい時間がかかりますか?
3. コスト
バタフライバルブのコスト
バタフライバルブは通常、ゲートバルブよりも安価です。これは、バタフライバルブの構造長が短く、必要な材料が少なく、製造工程が比較的単純であるためです。さらに、バタフライバルブは軽量であるため、輸送コストと設置コストも削減できます。バタフライバルブのコストメリットは、特に大口径パイプラインにおいて顕著です。
ゲートバルブのコスト
ゲートバルブの製造コストは、特に大口径または高圧用途では一般的に高くなります。ゲートバルブの構造は複雑で、ゲートプレートとバルブシートの加工精度も高いため、製造工程には多くの工数と時間がかかります。また、ゲートバルブは重量が重いため、輸送コストや設置コストも高くなります。
上の図からわかるように、同じ DN100 の場合、ゲート バルブはバタフライ バルブよりもはるかに大きくなります。
4. 耐久性
バタフライバルブの耐久性
バタフライバルブの耐久性は、バルブシートとバルブ本体の材質に大きく左右されます。特に、ソフトシール型バタフライバルブのシール材は、ゴム、PTFEなどの柔軟性の高い材料で作られている場合が多く、長期使用により摩耗や劣化が生じる可能性があります。一方、ハードシール型バタフライバルブのシール材は高性能合成材料や金属シール材で作られているため、耐久性は大幅に向上しています。
一般的に、バタフライバルブは低圧・中圧システムでは耐久性に優れていますが、高圧・高温環境ではシール性能が低下する場合があります。
バタフライバルブは、バルブ本体をバルブシートで包み込むことで媒体を遮断し、バルブ本体の腐食を防止できることも特筆すべき点です。同時に、バルブプレート全体をゴムで包み込み、さらにフッ素樹脂でライニングすることで、腐食性媒体に対する耐久性を大幅に向上させています。
ゲートバルブの耐久性
ゲートバルブの弾性シートシール設計は、バタフライバルブと同様に、使用中に摩耗や経年劣化が発生するという問題に直面します。しかし、ハードシールゲートバルブは高圧・高温環境でも優れた性能を発揮します。ゲートバルブの金属同士のシール面は耐摩耗性と耐腐食性に優れているため、通常はバタフライバルブよりも長寿命です。
しかし、ゲートバルブのゲートは媒体内の不純物によって簡単に詰まり、耐久性にも影響を与える可能性があります。
また、外観と構造上、フルライニングが難しく、同じ腐食性媒体の場合、オール金属製でもフルライニングでも、ゲートバルブに比べて価格がはるかに高くなります。
5. 流量調節
バタフライバルブの流量調整
三偏心バタフライバルブは、異なる開度で流量を調整できますが、その流量特性曲線は比較的非線形であり、特にバルブが全開に近い場合、流量が大きく変化します。そのため、バタフライバルブは調整精度があまり要求されない用途にのみ適しており、それ以外の場合はボールバルブを選択できます。
ゲートバルブの流量制御
ゲートバルブは、全開または全閉操作に適した設計となっており、流量調整には適していません。半開状態では、ゲートによって流体の乱流や振動が発生し、バルブシートやゲートが損傷しやすくなります。
6. インストール
バタフライバルブの設置
バタフライバルブの設置は比較的簡単です。軽量なので設置時に大きな支えを必要としません。また、コンパクトな構造のため、特にスペースが限られている場合に適しています。
バタフライバルブは、水平または垂直のいずれの方向の配管にも取り付けることができ、配管内の流れ方向に関する厳密な要件はありません。ただし、高圧または大口径の用途では、シールの損傷を防ぐため、取り付け時にバタフライプレートを完全に開いた状態にする必要があります。
ゲートバルブの設置
ゲートバルブの設置は、特に大口径でハードシール構造のゲートバルブの場合、より複雑になります。ゲートバルブは重量が大きいため、バルブの安定性と設置者の安全を確保するために、設置時には追加の支持および固定対策が必要です。
ゲートバルブは通常、水平配管に設置されるため、流体の流れ方向を考慮し、正しく設置する必要があります。また、ゲートバルブの開閉ストロークは長く、特にステムが上昇するゲートバルブでは、ハンドルを操作するための十分なスペースを確保する必要があります。
7. メンテナンスと保守
バタフライバルブのメンテナンス
バタフライバルブは部品数が少なく、分解・組立が容易なため、メンテナンスが容易です。日常メンテナンスでは、主にバルブプレートとバルブシートの劣化・摩耗を点検します。シーリングリングの摩耗が著しい場合は、適時に交換する必要があります。そのため、交換可能なソフトバックバタフライバルブのご購入をお勧めします。バルブプレートの表面平坦度や仕上げが不良で良好なシール効果が得られない場合も、交換が必要です。
さらに、バルブステムの潤滑も重要です。良好な潤滑は、バタフライバルブの動作の柔軟性と耐久性を高めます。
ゲートバルブのメンテナンス
ゲートバルブは部品点数が多く、分解・組立が困難です。特に大規模なパイプラインシステムでは、メンテナンス作業量が多くなります。メンテナンス時には、ゲートがスムーズに昇降するかどうか、バルブ本体の溝に異物が挟まっていないかどうかに特に注意する必要があります。
バルブシートとゲートの接触面に傷や摩耗がある場合は、研磨または交換する必要があります。もちろん、バルブステムの潤滑も必要です。
バタフライバルブよりもパッキンのメンテナンスには細心の注意を払う必要があります。ゲートバルブのパッキンは、バルブステムとバルブ本体の隙間を密閉し、流体の漏れを防ぐために使用されます。パッキンの老朽化や摩耗は、ゲートバルブの一般的な問題です。メンテナンス時には、定期的にパッキンの気密性を点検し、必要に応じて調整または交換する必要があります。
8. 結論
要約すると、バタフライ バルブとゲート バルブは、性能、コスト、耐久性、流量調整、設置の点でそれぞれ長所と短所があります。
1. 原理：バタフライバルブは開閉速度が速く、高速開閉に適しています。ゲートバルブは開閉時間が長くなります。
2. 構成：バタフライバルブは構造が単純で、ゲートバルブは構成が複雑です。
3. コスト: バタフライ バルブは、特に大口径の用途ではコストが低くなります。ゲート バルブは、特に高圧または特殊な材料要件の場合にコストが高くなります。
4. 耐久性: バタフライ バルブは低圧および中圧システムで優れた耐久性を発揮します。ゲート バルブは高圧および高温環境で優れた性能を発揮しますが、頻繁に開閉すると寿命に影響する可能性があります。
5. 流量調節: バタフライバルブは大まかな流量制御に適しています。ゲートバルブは、全開または全閉の操作に適しています。
6. 設置：バタフライ バルブは設置が簡単で、水平パイプラインと垂直パイプラインの両方に適用できます。ゲート バルブは設置が複雑で、水平パイプラインの設置に適しています。
7. メンテナンス：バタフライバルブのメンテナンスは、バルブプレートとバルブシートの摩耗と劣化、そしてバルブステムの潤滑に重点を置きます。ゲートバルブでは、これらに加えてパッキンのメンテナンスも必要です。
実際の用途では、最高の性能と経済性を確保するために、特定の動作条件と要件に応じてバタフライ バルブまたはゲート バルブの選択を総合的に検討する必要があります。