フレキシブルウェッジとフレキシブルウェッジの違いソリッドウェッジゲートバルブ

工業用バルブの選択において、ゲート バルブのウェッジ設計は、配管システムのシールの信頼性、熱サイクルへの適応性、およびメンテナンス頻度を直接決定します。

2 つの主流の構造 - ソリッド ウェッジとフレキシブル ウェッジ - は両方ともポジティブ シーリング ゲート バルブですが、機械的動作と適用可能なシナリオには本質的な違いがあります。-

この記事では、API 600 および ASME B16.34 規格に基づいて、材料力学、温度場の応答、および現場の故障データの観点から 2 つの違いを分析します。

 

ソリッドウェッジゲートバルブに適した動作条件は何ですか?それらの固有の制限は何ですか?

ソリッドウェッジゲートバルブのゲートディスクは、固定ウェッジ角度（圧力クラスに応じて標準値 5 度または 2 度 52'）を備えた単一の鋳造金属（通常は WCB、LCB、または CF8M ステンレス鋼）で作られています。この剛構造は、常温、低圧力差で、次のような熱サイクルのない媒体中で安定して機能します。

• -水、油、ガスなどの非腐食性流体、動作温度範囲は -29 度から 150 度です。
• パイプラインの軸方向の変位が 0.1 mm/m 未満の厳しい設置環境。

ただし、システムの温度が上昇すると (蒸気パイプラインが 20 度から 250 度に加熱するなど)、バルブ本体とゲート ディスクの熱膨張係数の差により熱結合が発生します。実測データによると、DN150 ソリッドウェッジゲートバルブの場合、温度差が 80 度を超えると、ゲートディスクの開く力が 3 ～ 5 倍に増加する必要があり、詰まりが発生する可能性もあります。さらに、媒体中の固体粒子はウェッジ表面に蓄積する傾向があり、傷が形成され、漏れ速度が ISO 5208 のクラス A 要件 (0.1×DN mm³/s) を超える原因となります。

 

柔軟なウェッジはどのようにして熱結合を回避するのでしょうか?その変形性は圧力境界に影響を与えますか?

フレキシブル ウェッジ ゲート バルブは、ゲート ディスクの中央または両側に環状の溝、U 字型の溝、または貫通穴を備えて機械加工され、フレキシブルな「弾性アーム」を形成します。一般的な設計には次のようなものがあります。

• 単一の弾性溝: 溝の深さはゲート ディスクの厚さの 1/3 ～ 1/2 で、ゲート ディスクの 0.2 度～0.5 度の角度変形が可能です。
• 二重弾性リング: 大径 (DN 300 以上) に使用され、シートの楕円度を最大 0.3 mm まで補正できます。

 

パイプラインが加熱したり、バルブ本体に曲げモーメントが加わったりすると、柔軟なウェッジ ゲート ディスクがそれ自身のたわみによってバルブ シートに自動的にフィットし、接触応力を 20 ～ 35 MPa に維持します (API 600 では最低 17 MPa が必要です)。蒸気サービスの比較テストでは、温度サイクル (20→400→20 度、50 サイクル) 後、フレキシブル ウェッジ ゲート バルブの開口力の変動はわずか ±8% であるのに対し、ソリッド ウェッジ ゲート バルブの平均開口力は 220% 増加することが示されています。したがって、次の場合にはフレキシブルウェッジが推奨されます。

• 周期的な温度条件 (例: 製油所のディレードコーキング装置、温度差 ΔT が 200 度以上)。
• 極低温媒体 (-196 度の液体窒素、弾性材料は CF8M + ステライト合金にすることができます)。
• 微量粒子を含むメディア (弾性表面は小さな凹みを補正できます)。

 

蒸気パイプラインの選択において、エンジニアはよく次のことを検索します。周期的な温度サービスのための柔軟なウェッジ ゲート バルブ アプリケーション;

極低温サービスについては、こちらを参照する必要があります。ソリッドウェッジゲートバルブの温度制限は-100度以下(固体ウェッジは -196 度で脆くなりやすくなります);

設計段階では、ゲートバルブウェッジの変形特性計算する必要があり、フレキシブルウェッジの弾性剛性は通常 50 ～ 200 kN/mm になるように設計されています。

調達時に、弾性溝の根元のフィレット半径要件は、API 600 ウェッジ設計断面を確認する必要があります (応力集中を避けるために 1.5 mm 以上)。

 

プロフェッショナルによる比較: シールの信頼性、メンテナンス間隔、コストの違い

パラメータ	ソリッドウェッジ	フレキシブルウェッジ
常温における最大シール圧力差	40MPa（クラス2500）	32MPa(クラス2000)
許容シート非平行度-	0.05mm以下	0.25mm以下
典型的な故障モード	熱結合、ウェッジ表面の摩耗	弾性溝の疲労破壊（寿命約. 10⁵サイクル）
現場での研削修理-	2～3回繰り返し可能	通常は研削できません（弾性寸法に損傷を与えます）

メンテナンス性の観点から見ると、ソリッドウェッジゲートバルブのゲートディスクは現場でステライト#6で硬化面加工し、元のウェッジ角度まで研磨することができます。メンテナンスコストは元のバルブ価格の15～20%を占めます。-フレキシブルウェッジの弾性溝の根元に亀裂が発生すると、ゲートディスク全体を交換する必要があり、コストが40～50％を占めます。したがって、年間開閉サイクルが 500 回未満で温度が一定の浄水パイプラインでは、固体ウェッジの方が経済的です。スチーム トラップや接触分解などの頻繁な熱サイクル シナリオの場合、フレキシブル ウェッジの 1 回限りの購入価格は 15～25% 高くなりますが、計画外のシャットダウンを回避する上での価値は価格差をはるかに上回ります。{10}

 

動作パラメータに基づいて意思決定を行うにはどうすればよいですか?

• ΔT (媒体と周囲の温度差) < 60 度の場合そして開閉頻度 < 2 回/日 → ソリッドウェッジを選択してください。
• ΔTが100度以上の場合またはパイプラインは振動/曲げ荷重の影響を受けます → フレキシブルウェッジ 弾性溝の表面粗さが Ra 0.8 μm 以下であることを確認して使用する必要があります。
• H₂S を含む湿式サワーガス サービス (NACE MR0175) の場合、どちらの設計でも 22 HRC 以下の硬度が必要ですが、残留応力に対する敏感性のため、フレキシブル ウェッジにはソリッド ウェッジが推奨されます。

国際ジャーナルに掲載された現地統計によるとバルブワールド2021 年: ゲート バルブの故障事例 62 件のうち、熱結合による固形ウェッジの詰まりが 41% を占めましたが、設計に関連したフレキシブル ウェッジの故障は 12% のみで、残りは温度サイクル制限を超えたユーザーによるものでした。-したがって、動作パラメータ シート (最高/最低温度、1 時間あたりのサイクル数など) を正確に記入することが、正しいウェッジ構造を選択するための前提条件となります。