バルブ

バルブは、さまざまな通路を開閉したり、部分的に遮断したりすることで、流体（気体、液体、流動化固体、またはスラリー）の流れを調整、誘導、または制御する装置または自然物です。バルブは技術的には継手ですが、通常は別のカテゴリとして説明されます。バルブが開いている場合、流体は高圧から低圧の方向に流れます。この単語は、ドアの可動部分を意味するラテン語のvalvaから派生したもので、これはvolvere (回転する、転がる) から来ています。

最も単純で非常に古いバルブは、単に自由にヒンジでつながれたフラップで、流体 (ガスまたは液体) の一方向の流れを阻止するために下方にスイングしますが、流れが反対方向に動いているときは流れ自体によって押し上げられます。これは、一方向の流れを防止または「チェック」するため、チェック バルブと呼ばれます。現代のコントロール バルブは、下流の圧力または流れを調整し、高度な自動化システムで動作します。

バルブには、灌漑用の水の制御、プロセス制御のための工業用途、食器洗い機や洗濯機、家庭の蛇口のオン/オフや圧力制御などの住宅用途など、多くの用途があります。バルブは軍事部門や輸送部門でも使用されています。HVAC ダクトやその他の大気に近い空気の流れでは、バルブはダンパーと呼ばれます。ただし、圧縮空気システムでは、最も一般的なタイプはボールバルブのバルブが使用されます。

バルブは、水や下水処理、鉱業、発電、石油、ガス、石油の処理、食品製造、化学薬品やプラスチックの製造など、さまざまな分野を含むほぼすべての産業プロセスで使用されています。

先進国の人々は、水道の蛇口などの配管用バルブ、調理器具のガス調節弁、洗濯機や食器洗い機に取り付けられた小型バルブ、給湯システムに取り付けられた安全装置、自動車エンジンのポペット弁など、日常生活の中でバルブを使用しています。

自然界には、血液循環を制御する静脈内の一方向弁や、心室内の血液の流れを制御し、正しいポンプ作用を維持する心臓弁などの弁が存在します。

バルブは、ハンドルやグリップ、レバー、ペダル、ホイールなどによって手動で操作できます。また、圧力、温度、流量の変化によって作動する自動バルブもあります。これらの変化はダイヤフラムやピストンに作用し、バルブを作動させます。このタイプのバルブの一般的な例としては、温水システムやボイラーに取り付けられた安全弁があります。

外部入力に基づく自動制御を必要とするバルブを使用するより複雑な制御システム (つまり、パイプを通る流量を変化する設定値に調整する) には、アクチュエータが必要です。アクチュエータは、入力と設定に応じてバルブをストロークし、バルブを正確に配置して、さまざまな要件を制御できるようにします。

バルブの形状と用途は多岐にわたります。サイズは^{[あいまい]}通常は 0.1 mm から 60 cm の範囲です。特殊なバルブでは直径が 5 メートルを超えるものもあります。^{[どれですか]}

バルブのコストは、シンプルで安価な使い捨てバルブから、バルブの直径 1 インチあたり数千ドル (米ドル) かかる特殊なバルブまでさまざまです。

使い捨てバルブは、ミニポンプディスペンサーやエアゾール缶など、一般的な家庭用品に使用されています。

バルブという用語は、一般的に、燃料と空気の混合気の吸入を制御し、排気ガスを排出するために使用される、ほとんどの化石燃料駆動車両などの現代の内燃機関の大部分に見られるポペット バルブを指します。

バルブは非常に多様であり、いくつかの基本的なタイプに分類できます。バルブは、その作動方法によっても分類できます。

• 油圧式
• 空気圧
• マニュアル
• 電磁弁
• モーター

最も一般的なタイプのバルブの主な部品は、本体とボンネットです。これら 2 つの部品は、バルブを通過する流体を保持するケースを形成します。

バルブ本体は、内部部品またはトリムを含むバルブの大部分またはすべての外側のケースです。ボンネットは、ステム (下記参照) が通過するケースの一部で、ステムのガイドとシールを形成します。ボンネットは通常、バルブ本体にねじ込まれるか、ボルトで固定されます。

バルブ本体は通常、金属製またはプラスチック製です。真鍮、青銅、砲金、鋳鉄、鋼、合金鋼、ステンレス鋼が非常に一般的です。^[1]淡水化プラントなどの海水用途では、特に暖かい海水に対する耐腐食性のため、デュプレックスバルブやスーパーデュプレックスバルブがよく使用されます。アロイ20バルブは通常、硫酸プラントで使用され、モネルバルブはフッ化水素酸（HF酸）プラントで使用されます。ハステロイバルブは原子力発電所などの高温用途でよく使用され、インコネルバルブは水素用途でよく使用されます。プラスチック本体は比較的低圧および低温度で使用されます。PVC 、PP、PVDF、ガラス強化ナイロンは、バルブ本体に使用される一般的なプラスチックです。[^要出典]

ボンネットはバルブ本体のカバーとして機能します。通常、半永久的にバルブ本体にねじ込まれるか、ボルトで固定されます。バルブの製造中、内部部品が本体に挿入され、次にボンネットが取り付けられて内部のすべてがまとめられます。バルブの内部部品にアクセスするには、通常、メンテナンスのためにボンネットを取り外します。多くのバルブにはボンネットがありません。たとえば、プラグ バルブには通常ボンネットがありません。多くのボール バルブにはボンネットがありません。これは、バルブ本体が中央でねじ止めされるなど、異なるスタイルで組み立てられているためです。

ポートは、流体がバルブを通過できる通路です。ポートは、流量を制御するためにバルブ メンバーまたはディスクによって遮断されます。バルブには 2 つのポートがあるのが一般的ですが、20 個ものポートがある場合もあります。バルブは、ほとんどの場合、ポートでパイプまたはその他のコンポーネントに接続されます。接続方法には、ねじ切り、圧縮継手、接着剤、セメント、フランジ、溶接などがあります。

ハンドルは、バルブ本体の外側から手動でバルブを制御するために使用されます。自動制御バルブにはハンドルがない場合が多いですが、ストップチェックバルブなど、自動制御を手動で無効にするためのハンドル（または同様のもの）が付いているものもあります。アクチュエーターは、本体の外側からバルブを自動または遠隔制御するためのメカニズムまたはデバイスです。一部のバルブは、内部から自動的に制御するため、ハンドルもアクチュエーターもありません。たとえば、チェックバルブとリリーフバルブには、どちらも付いていない場合があります。

ディスクはバルブ部材とも呼ばれ、固定本体内部の可動障害物で、バルブを通る流れを調節可能に制限します。 ディスクは伝統的にディスク形状ですが、さまざまな形状があります。 バルブの種類に応じて、ディスクはバルブ内で直線的に移動したり、ステム上で回転したり (バタフライバルブの場合)、ヒンジまたはトラニオン上で回転したり(チェック バルブの場合) します。 ボールは、ポート間の 1 つ以上のパスが通過する円形のバルブ部材です。 ボールを回転させることにより、異なるポート間で流れを方向付けることができます。ボール バルブは、流体の通路として円筒形の穴が開けられた球形のローターを使用します。 プラグ バルブは、プラグと呼ばれる円筒形または円錐形に先細りのローターを使用します。^{[あいまい]}ローターをバルブ本体内で回転できる限り、ローター バルブでは他の円形のローター形状も可能です。 ただし、円形または球形のディスクがすべてローターであるわけではありません。 たとえば、ボール チェック バルブは、ボールを使用して逆流をブロックしますが、バルブの操作にボールの回転が含まれないため、ローターではありません。

「シート」とは、ディスクと接触して漏れのないシールを形成する本体の内面です。直線的に移動するディスクやヒンジまたはトラニオン上でスイングするディスクでは、バルブが閉じているときのみディスクがシートと接触します。回転するディスクでは、シートは常にディスクと接触していますが、ディスクが回転すると接触面積が変わります。シートは本体に対して常に静止しています。

シートは、車体に直接切り込まれているか、別の素材で作られているかによって分類されます。

• ハードシートはバルブ本体と一体化しています。ほぼすべてのハードシート金属バルブには、少量の漏れがあります。
• ソフトシートはバルブ本体に取り付けられており、最大動作温度に応じて、 PTFEなどの柔らかい材料、またはNBR、EPDM、FKMなどのさまざまなエラストマーで作られています。

閉じたソフトシート バルブは、閉じたときに漏れる可能性がはるかに低くなりますが、ハードシート バルブはより耐久性があります。ゲート バルブ、グローブ バルブ、チェック バルブは通常ハードシートですが、バタフライ バルブ、ボール バルブ、プラグ バルブ、ダイヤフラム バルブは通常ソフトシートです。

ステムは、ハンドルまたは制御装置からの動きをディスクに伝達します。ステムは通常、ボンネットがある場合はボンネットを通ります。場合によっては、ステムとディスクが 1 つの部品に結合されたり、ステムとハンドルが 1 つの部品に結合されたりします。

ステムによって伝達される動きは、直線力、回転トルク、またはこれらの組み合わせ (トルクリアクタピンとハブアセンブリを使用したアングルバルブ) です。バルブとステムにはねじ山が付けられており、ステムを一方向または他方向に回すことで、バルブにねじ込んだり、バルブから外したりすることができ、ディスクが本体内で前後に移動します。^{[あいまい]密閉を維持するために、ステムとボンネットの間には} パッキンがよく使用されます。一部のバルブには外部制御がなく、ほとんどのチェックバルブと同様にステムは必要ありません。

ディスクがシートとステムの間にあり、ステムがバルブの内側の方向に動いてバルブを閉じるバルブは、ノーマルシートまたはフロントシートと呼ばれます。シートがディスクとステムの間にあり、ステムがバルブの外側の方向に動いてバルブを閉じるバルブは、リバースシートまたはバックシートと呼ばれます。これらの用語は、ステムのないバルブやローターを使用するバルブには適用されません。

ガスケットは、バルブからのガスや液体の漏れを防ぐために使用される機械的シール、またはパッキングです。

バルブボールは、過酷な使用条件、高圧、高許容度が求められる用途にも使用されます。通常、バルブボールはステンレス鋼、チタン、ステライト、ハステロイ、真鍮、ニッケルで作られています。また、 ABS、PVC、PP、PVDF などのさまざまな種類のプラスチックで作られることもあります。

多くのバルブには、通常はデフォルトでディスクをある位置に移動させるスプリングが付いていますが、ディスクの位置を変更するための制御も可能です。安全弁では、バルブを閉じた状態に保つためにスプリングが一般的に使用されますが、過度の圧力がかかると、スプリングの荷重に逆らってバルブが強制的に開きます。通常はコイル スプリングが使用されます。一般的なスプリングの材料には、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、および高温用途向けのインコネルX750 などがあります。

バルブの内部要素は、総称してバルブのトリムと呼ばれます。API 規格 600「鋼製ゲート バルブ - フランジおよび突合せ溶接端、ボルト締めボンネット」によれば、トリムはステム、本体の座面、ゲート座面、バックシートおよびステム穴ガイドのブッシングまたは溶着溶接、および通常はサービス流体と接触する小さな内部部品で構成されますが、ステムとゲートの接続に使用されるピンは除きます (このピンはオーステナイト系ステンレス鋼で作られる必要があります)。

バルブ位置は、バルブ内のディスクまたはローターの位置によって決まる動作条件です。一部のバルブは、2 つ以上の位置間で段階的に変化しながら動作するように作られています。逆止弁と逆止弁は、それぞれ 2 方向または 1 方向に流体を移動させます。

2 ポート バルブの動作位置は、まったく流れが通過しないように閉じた状態 (閉)、最大流量になるように完全に開いた状態、またはその間の任意の角度で部分的に開いた状態のいずれかになります。多くのバルブは、中間の流量を正確に制御するようには設計されていません。そのようなバルブは、開いているか閉じているかのどちらかであると考えられます。一部のバルブは、さまざまな流量を調節するように特別に設計されています。このようなバルブは、調整バルブ、絞りバルブ、計測バルブ、ニードル バルブなど、さまざまな名前で呼ばれています。たとえば、ニードル バルブには、細かな流量制御のために、細長い円錐状のテーパー ディスクとそれに対応するシートがあります。一部のバルブには、バルブの開度を示すメカニズムが付いている場合がありますが、多くの場合、別の流量計など、流量の他の表示が使用されます。

石油精製所や石油化学工場など、遠隔制御のプロセス操作を行う工場では、一部の 2 方弁を通常操作中に常時閉 (NC) または常時開 (NO) として指定できます。常時閉弁の例としては、サンプル採取中のみ開くサンプリング バルブがあります。常時閉弁の他の例としては、緊急遮断弁があります。緊急遮断弁は、システムの動作中は開いたままで、電源を切ると自動的に閉じます。これは、漏れなど、ユニットまたは流体システムの一部に問題がある場合、システムの残りの部分から問題を切り離すために行われます。常時開弁の例としては、パージガス供給弁や緊急安全弁があります。問題が発生すると、これらのバルブが開き (「オフ」に切り替え)、ユニットがフラッシュされて空になります。

2 ウェイ バルブの多くは、2 つのポート間でどちらの方向にも流れが流れるように作られていますが、バルブを特定の用途に配置すると、流れはバルブの上流側の特定のポートから下流側の別のポートに流れることが期待されることがよくあります。圧力レギュレータは、可能であれば特定の下流圧力を生成するように流れを制御するバルブのバリエーションです。ガス シリンダーからのガスの流れを制御するためによく使用されます。背圧レギュレータは、可能であれば特定の上流圧力を維持するように流れを制御するバルブのバリエーションです。

3 つのポートを持つバルブは、さまざまな機能を果たします。ここでは、その可能性のいくつかを挙げます。

3 方ボール バルブには、ローター内部に T 字型または L 字型の流体通路があります。T バルブは、1 つの入口をいずれかまたは両方の出口に接続したり、2 つの出口を接続したりするために使用できます。L バルブは、両方の接続を切断したり、2 つの入口のどちらか一方を 1 つの出口に接続したりするために使用できます。

シャトル バルブは、高圧の入口を出口に自動的に接続し、（構成によっては）一方の入口から他方の入口への流れを防止します。

シングルハンドル ミキサー バルブは、単一のハンドルの制御により、さまざまな流量で温水と冷水のさまざまな混合水を生成します。

サーモスタット混合バルブは、 2 つの入力ポートの圧力と温度が変動する場合でも、温水と冷水を混合して一定の温度を生成します。

4 ポート バルブは、本体に 4 つのポートが等間隔で配置され、ディスクには隣接するポートを接続する 2 つの通路があるバルブです。2 つの位置で操作されます。

加圧水ラインに設置されたサンプリング シリンダーを分離し、同時にバイパスするために使用できます。油圧システムの圧力に影響を与えずに流体サンプルを採取し、ガス抜き(漏れなし、ガス損失なし、空気侵入なし、外部汚染なし) を回避するのに役立ちます。

多くのバルブは、ステムに取り付けられたハンドルで手動で制御されます。ハンドルが操作位置間で 90 度回転する場合、そのバルブは 1/4 回転バルブと呼ばれます。バタフライ バルブ、ボール バルブ、プラグ バルブは、多くの場合 1/4 回転バルブです。ハンドルが円形で、ステムが円の中心にある回転軸である場合、そのハンドルはハンドホイールと呼ばれます。バルブは、ステムに取り付けられたアクチュエータで制御することもできます。アクチュエータには、電気モーターやソレノイドなどの電気機械式アクチュエータ、空気圧で制御される空気圧アクチュエータ、油や水などの液体の圧力で制御される油圧アクチュエータがあります。アクチュエータは、洗濯機サイクルなどの自動制御、集中制御室の使用などのリモート制御、またはバルブが非常に大きい場合など手動制御が困難すぎるために使用できます。空気圧アクチュエータと油圧アクチュエータには、アクチュエータに供給するための加圧空気または液体ライン (入口ラインと出口ライン) が必要です。パイロット バルブは、他のバルブを制御するために使用されるバルブです。アクチュエータ ラインのパイロット バルブは、アクチュエータに供給される空気または液体の供給を制御します。

トイレの水タンクの給水バルブは、液面によって作動するバルブです。水位が最高に達すると、メカニズムによってバルブが閉じられ、タンクに水が満たされます。

一部のバルブ設計では、流体自体の圧力、またはポート間の流体の圧力差によって、バルブを通る流量が自動的に制御されます。

バルブは、通常、製造元によって最大温度と圧力の定格が定められています。バルブ内の接液材料も通常特定されています。非常に高い圧力で定格されているバルブもいくつかあります。設計者、エンジニア、またはユーザーがバルブをアプリケーションに使用することを決定した場合、定格最大温度と圧力が決して超過しないこと、および接液材料がバルブ内部にさらされる流体と適合していることを確認する必要があります。欧州では、バルブの設計と圧力定格は、圧力機器指令97/23/EC (PED) に基づく法定規制の対象となります。^[2]

特に化学プラントや発電所における一部の流体システム設計は、配管図や計装図で概略的に表現されます。このような図では、さまざまな種類のバルブが特定の記号で表現されます。

良好な状態のバルブには漏れがありません。しかし、バルブは使用により摩耗し、バルブの内側と外側の間、またはバルブが閉じて流れが止まったときにディスクとシートの間で漏れが生じることがあります。シートとディスクの間に挟まった粒子も、このような漏れの原因となることがあります。

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  グローブバルブ
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  ホイールで制御されるバルブ（垂直線上）
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  大型バタフライバルブ
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  鋳鉄製バタフライバルブ
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  鋳鉄製バタフライバルブ
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  ハステロイボールバルブ
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  ステンレス製ゲートバルブ
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  ステンレス製ゲートバルブ
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  ハステロイチェックバルブ
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  デュプレックスボールバルブ
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  インコネルゲートバルブ
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  ステンレスウェーハチェックバルブ
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  インコネルチェックバルブ
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  ステンレス製ボールバルブ
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  極低温 254 SMO ゲートバルブ
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  傾斜ディスクインコネルチェックバルブの内部
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  デュプレックスボールバルブ
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  極低温スーパーデュプレックスゲートバルブが運転中に凍結した
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  スーパーデュプレックスボールバルブ
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  フランジノズルインコネルチェックバルブまたはアキシャルチェックバルブ
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  ハステロイチェックバルブ内部、ウェーハ構成
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  大型炭素鋼スイングチェックバルブ
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  合金チェックバルブ用ディスク（アキシャルチェックバルブとも呼ばれる）
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  合金ボールバルブ用ボール
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  ウェーハチェックバルブ
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  インコロイバルブ用ナットとボルト
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  インコネルチェックバルブスプリング
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  チタンボールバルブ用ボール

ウィキメディア・コモンズには、バルブに関連するメディアがあります。

• ISO-15926-4 2019-08-20 にWayback Machineにアーカイブされました - ISO 15926規格からの約 500 のバルブ ベースの分類と定義。^{[リンク切れ]}
• さまざまなタイプのバルブの内部機能を示すアニメーション、tlv.com
• 遮断弁の既知の設計タイプにおける流れ Archived 2009-11-22 at the Wayback Machine , home.arcor.de
• バルブ: 配管および計装図の標準表記、controls.engin.umich.edu
• エネルギー省基礎ハンドブック、機械科学、モジュール 4 バルブ、Wayback Machineで 2017-08-30 にアーカイブ