ウェッジゲートバルブとパラレルゲートバルブ: 構造原理、シール性能、およびエンジニアリングの選択

工業用配管システムでは、ゲート バルブは最も広く使用されている遮断バルブの 1 つです。{0}}その中で、ウェッジゲートバルブそしてパラレルゲートバルブ市場を支配します。どちらも開閉にリフティング ゲートを使用しますが、シール原理、構造の詳細、適用される使用条件が根本的に異なります。

 

国際バルブジャーナルに基づくバルブワールド、 同様にAPI600そしてISO5208この記事では、2 つのバルブ タイプ間の技術的な違いについて詳細なエンジニアリング分析を提供し、選択時の一般的な質問に対処します。{0}

 

主な構造の違い: ウェッジ角度と平行面

ウェッジ ゲート バルブは、精密-機械加工されたウェッジ-形状のゲートを備えており、両側のシール面がシート シール面に対して先細のウェッジ構造を形成しており、通常は 2 度から 5 度のウェッジ角度になっています。一般的な設計には、フレキシブル ウェッジ ゲート バルブとソリッド ウェッジ ゲート バルブが含まれます。フレキシブルウェッジにはディスクの中央に環状の溝が加工されており、温度変動時のわずかな変形を許容して熱ロックを防ぎます。

 

パラレル ゲート バルブは、2 つの別々の平行なディスクをスプリングまたはスプレッディング機構で接続し、パラレル スライド ゲート バルブ構造を形成します。そのシール面は流れ軸に対して垂直であり、くさび角はありません。典型的な例は、フローティング シートを備えたパラレル ディスク ゲート バルブで、システム圧力またはスプリング プリロードによってゲートが両方のシートに押し付けられます。

シール機構と漏れクラスの比較

 

ウェッジ ゲート バルブのシールは、閉じる際にゲートがシートに食い込むときに発生する機械力に依存しています。ステムが下方に押されると、テーパーウェッジが軸方向の力を通常のシール接触圧力に変換し、この圧力は 5 ～ 10 MPa (ANSI クラス 600 定格の場合) に達することがあります。

に従ってISO 5208 レート A、柔軟なウェッジ ゲート バルブにより、目に見える漏れをゼロにできます (<0.1 ml/min·inch) at 1.1 times the nominal pressure.

 

特に、媒体温度が 400 度を超えると、固体ウェッジ ゲート バルブでは本体の変形によりウェッジ角度の不一致が発生し、漏れがレート B (<0.5 ml/min·inch).

 

並列ゲート バルブのシールは、システムの中圧または内蔵スプリングによって決まります。{0}}低気圧条件下（-）<1.0 MPa), spring preload provides initial sealing; at high pressure, upstream medium pressure pushes the floating gate against the downstream seat to achieve pressure-energized sealing.

 

ただし、第 7 版のテスト データによると、API 598通常、パラレル ゲート バルブでは、0.05 ～ 0.2 MPa の低圧空気テストで 10 ～ 30 ml/分/インチ (DN100 バルブの場合) の漏れ量が許容されます。これはウェッジ ゲート バルブよりも高い値です。これは、平行なシール面には機械的なくさび力が不足しており、非常に高いシート平坦度（最小 0.005 mm の表面仕上げ）が必要なためです。

 

適用されるサービス条件: 温度、媒体、メンテナンス

ウェッジゲートバルブの好ましい用途

• 発電所の主蒸気システムなどの高温高圧蒸気配管（570 度以下、クラス 2500）-。{1}}
• 頻繁な操作と漏れのないことが必要な用途 (例: 天然ガス輸送パイプラインのサービスを遮断するなど)。-。
• 固体粒子や粘性の堆積物のないきれいな流体。

 

パラレルゲートバルブの代表的な用途

• 固体粒子を含む媒体 (スラリー、触媒スラリーなど) は、平行ゲートが開くと流路を完全に遮断します。ゲート表面はステライト 6 合金 (硬度 HRC 38 ～ 42) で硬化処理して、耐浸食性と耐摩耗性を高めることができます。
• 粘性媒体（重油、アスファルトなど）。ウェッジ ゲート バルブのウェッジ キャビティは媒体を捕らえて固着を引き起こす傾向がありますが、パラレル スライド ゲート バルブには凹んだ内部形状がありません。
• 流れ方向の制限のない双方向シールを必要とする配管システム。{0}}

 

使用条件に基づいてウェッジまたはパラレル ゲート バルブを選択する方法

中心的な問題は、選択を誤ると内部漏れや動作上の固着が発生するということです。

意思決定の枠組み

1. 温度と圧力のクロス-評価使用圧力＞4.0MPaの場合そして温度 > 300 度の場合は、フレキシブルウェッジゲートバルブが推奨されます。パラレル ゲート バルブのスプリング プリロード機構は 400 度を超える温度で弾性を失い、シールが破損するリスクが高まります。
2. 中程度の清浄度分析固体粒子の直径 > 0.5 mm、または濃度 > 5% (重量基準) の場合は、ウェッジ ゲート バルブの使用を避けてください。によるとバルブワールド2022 年のデータによると、砂入り原油を扱うウェッジ ゲート バルブの平均耐用年数はわずか 6 か月ですが、パラレル ゲート バルブは 24 か月です。{1}
3. 漏れ等級の要件ISO 5208 レート A (可視漏れゼロ) では、柔軟なウェッジ ゲート バルブが義務付けられています。レート D (1.5 ml/min・インチ以下) が許可される場合は、平行ゲート バルブが許容されます。

漏れ量と寿命の量的な違い

中心的な問題は、長期的な運用コストと安全性能の比較です。-

テストデータ

• シールペアの摩耗試験: MSS SP あたり 500 回の開閉サイクル-91。浄水中のウェッジ ゲート バルブ (Co 基合金で表面硬化されたシート、硬度 HRC 35 ～ 40) は、初期レート A からレート B まで漏れが増加し、摩耗深さは約 0.03 mm を示します。パラレル ゲート バルブ (スプリング プリロード 200 ～ 400 N) は、同じ後に摩耗深さ 0.08 ～ 0.12 mm を示します。ゲートとシート間のスライドストロークが 15% 長いため、サイクルが長くなります。ただし、スプリングアセンブリを交換することでプリロードを回復できるため、メンテナンスコストが削減されます。
• フィールドパフォーマンス：製油所のディレードコーキングユニット（コークス粒子を含む媒体）では、DN150ウェッジゲートバルブを平行スライドゲートバルブに置き換え、平均故障間隔を8か月から28か月に延長しました。原子力発電所の給水システム（脱塩水、260度）のフレキシブルウェッジゲートバルブは、目に見える内部漏れもなく5年間連続稼働しました。

 

結論

ウェッジ ゲート バルブとパラレル ゲート バルブの基本的な違いは、シール力の源とゲートの形状にあります。テーパーウェッジ構造は、優れた低圧シールと熱サイクル耐性を実現し、高温、高圧の清浄媒体に適しています。--パラレル スライド ゲート バルブは、圧力-またはスプリング補助-によるシールに依存しており、粒子を含む媒体、粘性流体、および頻繁なサイクル用途において優れた耐用年数を提供します。

 

選択は、圧力クラス (ANSI クラス 150 ～ 2500)、温度範囲 (-29 度 ～ 570 度)、および漏れ規格 (API 598 または ISO 5208) の総合的な評価に基づいて行う必要があります。