ノンライジングステムゲートバルブはどのように機能しますか?

ゲート バルブは、バルブ エンジニアリング分野でパイプライン媒体のオンオフを制御するために最も一般的に使用されるデバイスの 1 つです。{0}バルブステムの垂直方向の動きが設置スペースや地下パイプラインによって制限されている場合、エンジニアは通常、ノンライジングステムゲートバルブ。この設計は、回転中にバルブ ステムを軸方向に固定し、バルブ ステムが外側に伸びることなくネジ伝達によってゲート ディスクを上下に駆動します。 ASME B16.34 規格および技術文献に基づいています。バルブワールドこの論文では、その動作原理、主要なパラメータ、およびタイプ選択の比較について詳しく説明されています。

 

1. 基本的な動作原理: 持ち上げの代わりに回転を使用する

従来とは違う上昇とノンライジングゲートバルブ、ノンライジングステム構造により、ステムナットをボンネット内に固定します。動作中、ハンドホイールまたはアクチュエータがバルブ ステムを回転駆動します。バルブステムの雄ねじがゲートディスクの雌ねじと噛み合い、ゲートディスクを駆動してバルブステムの軸に沿って直線運動を行います。バルブステムの下端にある軸方向制限装置のおかげで、バルブステム自体は上方に移動しません。回転を通じてトルクをゲートディスクの揚力に変換するだけです。

 

取ってください鋳鉄ゲートバルブノンライジングステム圧力クラスDN150、PN16を例に、バルブステムはリード5mmの台形ネジ（Tr28×5）を採用。ハンドホイールを 1 回転させると、ゲート ディスクが 5mm 持ち上げられます。完全に開くストロークには、閉じた位置から 50 mm 持ち上げる必要があるため、ハンドホイールは 10 回転する必要があります。バルブの全高はわずか 385 mm ですが、同じ仕様のライジング ステム ゲート バルブの高さは 550 mm を超えます -。これが、地下井戸や低い機械室環境におけるノンライジング設計の主な利点です。

 

2. 主要なコンポーネントと材料パラメータ

信頼性ノンライジングステムゲートバルブ正確に適合した 3 つのコンポーネントによって決まります。

• 幹：一般的に2Cr13ステンレス鋼（硬度HRC28～32）または17-4PH析出硬化鋼（引張強さ1000MPa以上）で作られます。ねじ部の表面には繰り返し回転による摩耗に耐えるため、厚さ0.05～0.10mmのニッケルリンメッキまたは窒化処理を施しております。
• ゲート: 弾性ウェッジゲートまたは平行ダブルゲート。くさび角度公差は±0.2度以内に管理されており、弁座シール面との嵌合押圧力は4.0MPa以上（PN25クラス）を確保しています。
• ステムナット：アルミニウム青銅（C95400）または硬さHB150以上の黄銅鋳物製。 雌ねじとバルブステムねじのはめあい隙間は0.10～0.25mmとし、ゴミの侵入による噛み込みを防止します。

 

3. ノンライジングステムデザインの特別なバリエーション

3.1 ノンライジングナイフゲートバルブ

パルプや尾鉱などの粒子を含むスラリーに適用されます。{0}ゲートディスクの下端は鋭角切断設計（ウェッジ角度30度〜45度）を採用しており、閉じたときに繊維や固体粒子を切断できます。バルブ本体の流路には媒体の堆積を避けるための溝がありません。たとえば、DN200 ナイフ ゲート バルブのゲート ディスクの厚さはわずか 8 mm ですが、濃度 8% のパルプ繊維を切断するには、そのせん断力が 15 kN に達する必要があります。

3.2 ノンライジングステムNRSゲートバルブ

NRS は「Non Rising Stem」の略称で、防火や給水のパイプ ネットワークで広く使用されています。{0}バルブステムの上部にはメカニカルポジションインジケーターが装備されています-。ステムと同期して回転するカムです。バルブが完全に閉じると、カムがマイクロスイッチを押し、制御室に電気信号を出力します。 UL 262 火災規格に従って、ノンライジングステム NRS ゲートバルブが全開位置にある場合、ハンドルの逆回転は非ロック確認として 1/4 円以上でなければなりません。-。

 

4. 比較: 上昇ゲートバルブと非上昇ゲートバルブ

比較次元	ライジングステムゲートバルブ	ノンライジングステムゲートバルブ
ステムの動き	回転＋軸方向移動	回転のみ
設置スペース	ステムの延長には予約された高さが必要です	クリアランスはハンドルの直径に一致するだけで済みます
開閉表示	肉眼で見えるステム伸長長さ	外部インジケーターまたはターンカウンターが必要です
対象メディア	きれいな水、油、蒸気	砂-を含む水、泥、腐食性流体（ステムスレッドが媒体と接触していない）
メンテナンス重視	パッキングランドシール	ステムスレッドの潤滑

代表的な用途: チャンバー深さがわずか 1.2 メートルの地下給水パイプラインのメンテナンス バルブ用。もし上昇ゲートバルブと非上昇ゲートバルブDN300のステム上昇タイプを装着すると、全開時にステムが420mm余分に伸びるため、マンホール蓋を傷つけずにメンテナンス作業を行うことができなくなります。これに対し、ステム非上昇タイプは全高が580mmと低く、十分な操作スペースを確保できます。

 

5. 一般的な問題と解決策

よくある問題 1: ノンライジングステムゲートバルブの実際の開閉位置を判断する方法

ステムが露出していないため、オペレータはバルブが全開、半開、全閉の状態を直接判断することができません。ハンドルの回転円の記録に長期間依存すると、忘れたり誤操作により不完全に閉じたり、過剰なトルクで損傷したりする可能性があります。-

 

ソリューション:

• ターンカウンター：ハンドルとボンネットの間に取り付けます。内歯車セットはバルブステムの回転円を指針角度に変換します。たとえば、一部のブランド製品では、50 回転が指針の 1 周に相当し、指針は 10 回転の全ストロークで最大 ±0.5 円の精度で 72 度偏向します。
• 上部-に取り付けられたリミット スイッチ: バルブステム上部に軸方向の溝が加工されています。ゲートディスクが全閉位置または全開位置に達すると、溝のエッジがスプリングリセット近接スイッチ（検出距離2mm以下）を押し、DCSまたはローカル表示灯にドライ接点信号を出力します。
• 超音波バルブ位置検出：超音波プローブをバルブ本体の外壁に取り付けます。ゲートディスクとバルブボディの音響インピーダンス差（空気と金属の音速差は約4倍）を利用し、バルブを分解することなくエコー測距が実現でき、改修工事に適しています。

 

よくある問題 2: 高温の蒸気サービスで非上昇ステム ゲート バルブが固着しやすい理由-

化学工場から、DN80 PN40 が使用されていると報告されました。ノンライジングステムゲートバルブ200度の飽和蒸気パイプラインに設置されたこの装置は、3か月の運転後にハンドルを回転できなくなりました。崩壊検査により、ステムねじ山とゲートねじ山の間に黒錆と黒鉛粉末の混合物が堆積し、ねじ山プロファイルが 30% 摩耗していることが判明しました。

 

原因分析:

高温によりステムとゲートディスクの熱膨張差（2Cr13の線膨張係数：10.5×10⁻⁶/度、鋳鉄ゲートの線膨張係数：11.5×10⁻⁶/度）が発生し、ねじ部のサイドクリアランスが0.15mmから0.02mmに減少し、押出時に潤滑膜が破壊されます。

蒸気中の溶存酸素は高温でねじ表面の酸化を促進し、ゆるやかな粒状のFe₃O₄（磁鉄鉱）を生成し、ねじの隙間に入り込み、摩耗を引き起こします。

 

ソリューション:

• 高温耐性潤滑剤の採用: 台形ねじの表面に MoS₂ 乾膜潤滑剤をコーティングし、-200 度～400 度で適用可能で、摩擦係数を 0.15 から 0.06 に低減します。 200 時間の稼働後、または 200 回の開閉サイクルごとに再塗布してください。-
• ねじ嵌合クリアランスの増加: ASME B1.5 規格で推奨される 2G クラスのねじ嵌めを 3G クラスにアップグレードします (クリアランスは 0.05 ～ 0.10 mm 増加)。一方、台形ネジをバットレスネジ (圧力角 30 度) に置き換えます。バットレスネジは、ルート強度が高く、酸化物の蓄積が少ないのが特徴です。
• 金属-から-金属シールへのアップグレード: ソフト シート (PTFE、耐熱温度 230 度以下) を、シール表面硬度 HRC 40～45 の Stellite 6 硬化バルブ シートに交換します。軟化することなく 425 度までの高温に耐えることができます。ハードシールの漏れ率（ISO 5208によるクラスA、0.1mm3/s・mm）はソフトシール（クラスA、0.01mm3/s・mm）よりわずかに高いため、高温条件下ではわずかな内部漏れが許容されることに注意してください。

 

6. 保守点検パラメータ

2023年運用保守指針に基づくバルブユーザーマガジンの場合、次のメンテナンス サイクルが推奨されます。ノンライジングナイフゲートバルブおよび従来の非上昇ステムゲートバルブ:

1. ステムの潤滑: リチウム-ベースの極圧グリース（NLGI グレード 2、硫黄およびリンの極圧添加剤含有量 0.5% 以上）を、6 か月ごとまたは 500 回の運転後にボンネットのグリース注入穴から注入します。古いグリースがパッキングランドからはみ出すまで、グリース注入圧力は0.3MPaを超えてはなりません。
2. ねじ部摩耗測定：1年に1回分解点検し、軸ねじ部のピッチ径を測定してください。摩耗量が元のサイズの 5% を超えた場合はステムを交換します (例: Tr32×6 の元のピッチ直径は 29.0 mm、摩耗が 27.55 mm 未満の場合は交換)。
3. ハンドルトルク監視：通常の作動トルクは、表 1 の制限値を超えてはなりません（API 600 を参照）。閉トルクが急激に30％以上増加する場合は、ゲートガイドレールへのスケール付着やステムの曲がりなどが考えられます。点検のため直ちに運転を停止してください。

バルブ呼び径(DN)	ハンドル最大トルク(N・m)	0.4mモーメントアーム相当作用力(N)
50~80	150	375
100~150	300	750
200~300	500	1250

 

結論

からノンライジングゲートバルブにノンライジングステム NRS ゲートバルブ、その設計の本質は、限られたスペースで糸ペアの回転によるゲートディスクのリフティングを実現することです。タイプの選択では、中温固形分と取り付けクリアランスを組み合わせ、定期的なネジの潤滑と摩耗検出を実装する必要があります。-これは、10 年以上故障のない動作を保証するための基本的なエンジニアリング手法です。-