バタフライバルブは、パイプ内の液体またはガスの流れを開始、停止、または調整するために使用されます。バルブ本体内で回転する翼状のディスクが蝶の動きに似ていることから、その名前が付けられました。バタフライバルブには様々な種類がありますが、高性能バタフライバルブ（HPBV）と同心円型バタフライバルブの2つが最も一般的な設計です。この比較では、これら2つのバルブの違いを様々な側面から分析し、産業用途および公共用途におけるそれぞれの役割を明らかにします。
| 特徴 | 同心バタフライバルブ | 高性能バタフライバルブ |
| デザイン | 中央茎とディスク | 金属シート付きオフセットステム |
| シール機構 | 柔らかいエラストマーシート | RPTFEシート |
| 圧力定格 | 最大250 PSI | 最大600 PSI |
| 温度定格 | 最高180℃（356°F） | 最高260℃（536°F） |
| 摩耗と損傷 | シート接触により高くなる | オフセット設計により低い |
| アプリケーション適合性 | 低圧流体 | 中圧、高温流体 |
| 料金 | より低い | より高い |
1. 設計と建設
同心バタフライバルブと高性能バタフライバルブの主な違いは、その構造設計、具体的にはバルブ本体に対するバルブステムとバルブディスクの位置、および使用される材料にあります。
1.1 同心バタフライバルブ
同心円状の設計は「ゼロオフセット」または「弾性シート」バルブとも呼ばれ、バルブステムとバルブディスクがバルブ本体とパイプボアの中心に直接位置合わせされます。この中心位置合わせにはずれはありません。
1.1.1 ディスクの動き
ディスクはバルブ ステムの軸を中心に 90 度回転し、その可動範囲全体にわたって完全に開いた状態 (パイプに平行) から完全に閉じた状態 (パイプに垂直) まで移動します。
1.1.2 シール機構
シールは、バルブ ディスクのエッジと、バルブ本体の内面を裏打ちする弾力性のあるゴムのようなバルブ シート (EPDM、アクリル、フッ素ゴムなど) との間の干渉嵌め合いによって実現されます。
1.1.3 材料
バルブ本体は通常、鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、またはそれほど要求の厳しくない用途ではステンレス鋼などの高強度で耐腐食性のある材料で作られています。これは、ゴム製のバルブシートがバルブ本体と流体の接触を防ぐためです。
ディスクは、流体の腐食性に応じて、ステンレス鋼、アルミニウム青銅、コーティングされたダクタイル鋳鉄、または完全に金属で裏打ちされたものになります。
1.2 高性能バタフライバルブ
通常は、2 つのキー オフセットを持つダブル オフセット デザインです。
ステムはディスクの中心を通るのではなく、ディスクの後ろに位置しており、
ディスクとステムのアセンブリは、パイプ穴の中心線からオフセットされています。
一部の上級バージョンにはトリプルオフセットが含まれていますが、高性能モデルではダブルオフセットが標準です。
1.2.1 ディスクの動き
オフセットにより、ディスクはカムのような動作で回転し、シートとの接触が減少します。
1.2.2 シール機構
シートは強化テフロンなどの耐久性の高い素材で作られており、より高い圧力と温度に耐えます。同心弁のゴムシートとは異なり、シールはより強固で、変形の影響を受けにくくなっています。
1.2.3 材料
本体とディスクは、過酷な条件に耐えられるように、ステンレス鋼、炭素鋼、合金などの強力な金属で作られています。
1.3 要約: 設計上の意味
同心バルブはシンプルな構造のため軽量・コンパクトで、直接取り付けに最適です。しかし、変形可能なゴムシートを使用しているため、柔軟性に限界があります。
高性能バルブのオフセット設計と強力な材料により耐久性と適応性が向上しますが、複雑さと重量が増加します。
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2. パフォーマンス能力
性能はこれらのバルブにおいて最も変動が大きく、ユーザーが最も重視し、気にする側面です。具体的には、圧力、温度、シール効果、耐用年数の観点から分析されます。
2.1 同心バタフライバルブ
2.1.1 圧力定格
同心バタフライバルブは通常PN16までの圧力に耐えることができますが、サイズと材質によって異なります。この圧力を超えると、ゴムシートが変形したり、破損したりする可能性があります。
2.1.2 温度定格
最高温度は180℃（356°F）で、ゴムまたはPTFEシートの耐熱性によって制限されます。高温になるとエラストマーの性能が低下し、シール性が損なわれます。
2.1.3 シール性能
低圧システムでは信頼性の高い閉鎖を実現できますが、バルブディスクとバルブシート間の継続的な摩擦により摩耗が発生し、効果が低下します。
2.1.4 スロットリング
バタフライバルブは完全な開閉に適しているため、流量調整に使用すると、長期間の絞りによりバルブシートの摩耗が促進され、精度と耐久性が低下します。
2.1.5 耐久性
金属または強化バルブシートは弾性が高いため、ゴム製よりも耐久性に優れています。オフセット設計により摩擦が抑えられ、さらに耐用年数が長くなります。
2.2 高性能バタフライバルブ
2.2.1 圧力定格
頑丈な構造と、バルブシートへのストレスを軽減するオフセット設計により、PN16 までの圧力に耐えることができます。
2.2.2 温度定格
バルブ シートには RPTFE が使用されているため、最高 536°F (280°C) の温度でも効果的に動作できます。
2.2.3 シール性能
オフセットバルブディスクと耐久性の高いバルブシートの精密なフィットにより、漏れはほぼゼロとなり、通常はほぼ気密状態を維持します。そのため、クリティカルな用途に最適です。
2.2.4 スロットリング
高性能バタフライバルブの構造と材質は、高圧下でも流量を正確に制御することを可能にします。シート接触面積の低減により摩耗が最小限に抑えられ、複数サイクルにわたってシールの完全性が維持されます。
2.2.5 耐久性
金属製または強化されたシートは、ゴム製よりも弾力性が高く、耐久性に優れています。オフセット設計により摩擦が抑えられ、さらに耐用年数が長くなります。
2.3 要約: パフォーマンスのハイライト
同心バルブは低圧で安定した条件には適していますが、中圧および高圧では機能しません。
高性能バルブは初期コストは高くなりますが、優れた信頼性と耐用年数を実現します。
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3. アプリケーション
ミッドライン バタフライ バルブと高性能バタフライ バルブのどちらを選択するかは、バルブが設置されるシステムの特定のニーズによって異なります。
3.1 同心バタフライバルブ
コストとシンプルさが優先される低～中圧/温度システム向け。
一般的な用途:
- 水と廃水: 都市の水道本管、灌漑システム、下水道システムは、経済性と流体の分離による恩恵を受けています。
- 食品および医薬品: ゴム製シートにより、敏感な液体がバルブ本体によって汚染されるのを防ぎます。
- ガス供給: 低圧ガスラインではオン/オフ制御に使用します。
- 防火: スプリンクラー システムは、中圧での高速動作と信頼性を活用します。
- 低圧蒸気: 最大 250 PSI および 350°F までの蒸気用。
3.2 高性能バタフライバルブ
低～中圧または精度と耐久性が求められる重要なシステム向け。
一般的な用途:
- 石油およびガス: 強力な化学物質、石油化学製品、および高圧および腐食性流体を伴うオフショア条件を扱います。
- 発電：タービンとボイラーの高圧蒸気と冷却水を管理します。
- 化学処理: 腐食性流体に耐え、揮発性環境でもしっかりと遮断された状態を維持します。
- HVAC: 正確なフロー制御を必要とする大規模システム向け。
- 造船：海洋環境や高圧流体の管理に耐えます。
3.3 アプリケーションの重複と相違点
どちらのバルブも流量を調節しますが、コスト重視で要求が厳しくない環境では同心バルブが主流であり、故障が深刻な結果をもたらす可能性がある産業プロセスでは高性能バルブが好まれます。
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4. 運用上の考慮事項
設計とアプリケーションに加えて、インストール、メンテナンス、システム適合の統合などの実際的な要素も重要な役割を果たします。
4.1 インストール
- 同心円: 軽量でフランジの互換性がシンプルなため、設置が簡単になります。
- 高性能: オフセット設計のため正確な位置合わせが必要であり、重量があるため強力なサポートが必要です。
4.2 メンテナンス
- 同心円：メンテナンスはゴムシートの交換に重点を置きます。これは比較的迅速で安価な修理方法です。ただし、高サイクルシステムでは、摩耗が頻繁に発生するとダウンタイムが長くなる可能性があります。
- 高性能: シートが耐久性に優れているため、メンテナンスの頻度は少なくなりますが、修理 (シートの交換など) はより高価で技術的であり、通常は専門のツールを備えた専門のメンテナンス担当者が必要になります。
4.3 圧力降下
- 同心円: 中央のディスクは、部分的に開いたときに乱流が大きくなり、スロットル アプリケーションの効率が低下します。
- 高性能: オフセット ディスクにより流動特性が向上し、特に高速走行時のキャビテーションと圧力降下が減少します。
4.4 アクチュエーション
どちらのバルブも手動、空気圧、または電動アクチュエータで使用できますが、高性能バルブは、産業環境での精密な自動化のために高度な制御と組み合わせられることがよくあります。
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5. コストとライフサイクル分析
5.1 初期費用
同心弁は構造が比較的簡単で材料使用量も少ないため、大幅に安価です。しかし、高性能バタフライ弁ではそうではありません。
5.2 ライフサイクルコスト
高性能バルブは、メンテナンスや交換の頻度が少ないため、一般的に長期的に見て経済的です。重要なシステムにおいては、その信頼性によりダウンタイムコストも削減できます。
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6. 結論：利点と欠点のまとめ
6.1 同心バタフライバルブ
6.1.1 利点:
- コスト効率: 製造コストと材料コストが低いため、予算上の利点があります。
- シンプルな設計: 可動部品が少なく、設置、操作、メンテナンスが簡単です。
- 流体の分離: ゴム製のシートがバルブ本体を保護し、より安価な材料の使用を可能にし、流体の純度を維持します。
- 軽量: 重量が重要な用途に最適です。
6.1.2 デメリット:
- 制限された範囲: 上限は 250 PSI および 356°F であり、使用が厳しい条件に制限されます。
- 摩耗しやすい: シートが常に摩擦されるとパフォーマンスが低下し、より頻繁なメンテナンスが必要になります。
- 高圧スロットル性能が低い：圧力がかかると精度と密閉性が失われます。
6.2 高性能バタフライバルブ
6.2.1 利点:
- 大容量: 中〜高圧 (最大 600 PSI) および温度 (最大 536°F) に対応できます。
- 長寿命: シートの摩耗が少なくなり、耐久性のある素材が使用されているため、耐用年数が長くなります。
- 精度: 厳しい条件でも優れたスロットルとシャットオフを実現します。
- 汎用性: さまざまな流体や環境に適しています。
6.2.2 デメリット:
- コストの増加: 高価な材料と複雑な設計により、初期投資が増加します。
- 複雑さ: インストールと修理には高度な専門知識が必要です。
- 重量: 重い構造のため、一部のシステムの改造が複雑になる場合があります。
同心バタフライバルブと高性能バタフライバルブは、流体制御において重複しながらも異なる用途に使用されます。同心バタフライバルブのゼロオフセットゴムシート設計は、給水、食品加工、防火といった中程度の用途において実用的かつ手頃な価格の選択肢となります。性能と耐久性を重視する場合は、高性能バタフライバルブが最適です。埋設用途（地下パイプラインなど）では、どちらの方式も使用できますが、極端な条件でない限り、軽量で低コストな同心バタフライバルブが一般的に採用されています。