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調節弁の技術仕様と選定ガイド
作成日 10.21
I. 適用規格
標準タイプ | 規格番号およびタイトル |
国際規格 | ASME B16.34 バルブ — フランジ、ねじ込み、および溶接端 |
国際規格 | ASME B16.104 制御弁シート漏れ |
国際規格 | IEC 60534-2-4, IEC 60534-3-1 — 制御弁の流量容量および面間寸法 |
国内規格 | GB/T 4213 空気式制御弁 |
試験規格 | API 598, ISO 5208 — 弁の検査および圧力試験 |
参照規格 | GB/T 17213.2 工業プロセス制御弁 — 流量容量 — 設置条件下における流体流量のサイジング方程式 |
注：JB/T 5296-1991 一般弁の流量係数試験方法は2017年に廃止され、現在は記載されていません。
II. 構造原理
偏心回転形制御弁は、偏心回転形弁本体絞りアセンブリと空気式アクチュエータで構成されています。
動作原理：球状プラグとバルブシャフトは偏心して設計されています。バルブシャフトが回転すると、プラグはカム軌道に沿って偏心運動します。バルブが閉じると、プラグのフレキシブルアームが弾性変形し、シートに密着してシールを形成します。50°の角度行程により、固有のせん断力と詰まり防止機能を備えた開閉が可能であり、繊維状、粒子状、高粘度の媒体に適しています。そのため、カムフレックスバルブとも呼ばれています。
アクチュエータ選定
モデル | 構造形式 | 適用用途 |
PDR | スプリングリターン形転動ダイヤフラム式 | 一般用途、フェイルセーフ用途 |
PCR | 複動ピストン式 | 大口径、高差圧、過酷な用途 |
コア設計の利点
設計特徴 | 技術的利点 |
ストレートスルー本体流路 | 低流動抵抗、高流量容量 |
50°角度トラベル | 高速開閉応答、良好な制御直線性 |
一体型ボディとボンネット | 外部漏れポイントの削減 |
インボリュートスプライン | 良好な芯出し、高いトルク伝達能力 |
対称ウィンドウ設計 | 空気開/空気閉を現場で自由に交換可能 |
偏心せん断構造 | 粒子による詰まり防止、粘性媒体に適応 |
コンパクトで軽量 | 任意の角度で設置可能、メンテナンス容易 |
III. 3つのシール構造と許容圧力損失
1. シール構造の定義
シールタイプ | 構造定義 | 略語 |
TS | シートに埋め込まれたOリング、ソフトシート構造 | ソフトシール |
SS | プラグとシートに局所的なステライト肉盛り | 部分ハードシール |
SF | プラグとシートに全面ステライト肉盛り | フルハードシール |
上述の通り、TSはシートにOリングを挟み込んだ構造を示し、SSはプラグとシートのシール面にステライト硬化肉盛り（部分肉盛り）を施したことを示し、SFはプラグとシートの両方にステライト全面肉盛りを施したことを示します。
2. 性能比較
シールタイプ | 漏れ等級 | 適用温度 | 耐摩耗性・耐エロージョン性 | 適用媒体／シナリオ | 長所と短所 |
TSソフトシール | ASME B16.104 クラスVI（バブルタイト・ゼロリーク） | -45～230°C | 中程度；粒子エロージョンには耐性なし | クリーンガス、クリーン水、非腐食性クリーン媒体 | 最高のシール性能、低コスト；温度上限が低く、劣化しやすい |
SS部分ハードシール | ASME B16.104 クラスIV | -195～400°C | 中程度；わずかな粒子に耐性あり | 一般石油製品、蒸気、軽度腐食性媒体 | コストパフォーマンス良好；シール性と耐摩耗性のバランスに優れる |
SFフルハードシール | ASME B16.104 クラスIV | -195～400°C | 優れている；耐エロージョン性、耐結晶化性、耐粒子性に優れる | 繊維、粒子、高粘度、高温、激しい腐食を含む流体 | 最長の使用寿命、最も広い適用範囲。比較的高コスト |
漏れクラスに関する注意事項：クラスVIは気泡漏れがなく、漏れ量が極めて少ないシールです。クラスIVはメタルシートバルブで通常達成可能なレベルであり、漏れ量は定格Cvの0.01%で、ゼロ漏れではありません。メタルハードシールは気泡漏れのないシールを達成することを目的としておらず、クラスIVがメタル対メタルシールの妥当な期待値です。
3. 許容圧力損失のルール
シールタイプ | 差圧能力 | 空気供給 / アクチュエータ選定の制約 |
TSソフトシール | 最低；同じサイズのハードシールより30%以上低い | 従来のPDRスプリングアクチュエータに適しています；高差圧および粒子を含むサービスは厳禁です |
SSハードシール | 中程度；十分な差圧マージン | PDRまたはPCRのいずれも許容；一般的な中高差圧用途 |
SFフルハードシール | 最高；最高の耐差圧性 | 大口径はPCRピストンアクチュエータ付きが望ましい；高差圧およびエロージョン用途の第一選択 |
主な制約条件：
- 実際の遮断差圧はメーカーカタログ表の値を超えてはならない。
- 入口圧力は本体のANSIクラス温度-圧力定格を超えてはならない。
- 気体媒体の許容差圧は液体媒体の許容差圧より大きい。
IV. 主な技術性能パラメータ
項目 | 技術仕様 |
サイズ範囲 | 1″～12″ (DN25～DN300) |
圧力クラス | ANSI 150 / 300 / 600 LB |
適用温度 | シールタイプによる: TSソフトシール -45～230°C; SS/SFハードシール -195～400°C |
基本誤差（ポジショナ付き） | ±2%（参考GB/T 4213; 詳細はメーカーカタログ参照） |
基本誤差（ポジショナなし） | ±5% |
ヒステリシス（ポジショナ付き） | 1% |
ヒステリシス（ポジショナなし） | 3% |
デッドバンド（ポジショナ付き） | 1% |
デッドバンド（ポジショナなし） | 5% |
レンジアビリティ | 100:1（具体的なメーカーのカタログを参照してください。一部モデルは50:1） |
固有流量特性 | リニア |
接続形式 | ウェハー形（推奨）、フランジ形 |
塗装 | 炭素鋼：PLA9006銀白色、ステンレス鋼：塗装なし |
V. 設計計算
1. 定格Cv流量係数表
サイズ (in) | 全Cv | 60% ストローク Cv | 40% ストローク Cv | 20% ストローク Cv (メタルシートのみ) |
1 | 14 | 8.4 | 5.6 | 2.8 |
1-1/2 | 30 | 18 | 12 | 6.0 |
2 | 50 | 30 | 20 | 10 |
3 | 135 | 81 | 54 | — |
4 | 230 | 138 | 92 | — |
6 | 500 | 300 | 200 | — |
8 | 850 | 510 | 340 | — |
10 | 1300 | 780 | 520 | — |
12 | 1750 | 1050 | 700 | — |
表内のCv値は代表的な製品データです。同サイズの製品でもメーカーにより異なる場合があります。選定時はメーカーのカタログに準拠してください。
2. 使用Cv値の計算
液体媒体（非チョーク流れ、フラッシング/キャビテーションなし）：
ここで：
Q = 体積流量（m³/h）
ρ = 相対密度（水に対する、無次元）
ΔP = バルブ前後の圧力損失（bar）
適用前提：この簡略式は、ニュートン流体の非チョーク流れに適用可能です。フラッシングやキャビテーションが存在する場合、IEC 60534-2-1（GB/T 17213.2）に従って圧力回復係数FLFLと臨界圧力降下を導入して補正する必要があり、この式を直接適用することはできません。
気体媒体：低圧または高圧の圧縮気体専用の式に従って計算し、使用温度と圧力について補正を行います。低圧気体（ΔP<0.5P1ΔP<0.5P1）とチョーク流れの判別、および膨張係数YYと圧力降下比係数XTXTの値については、IEC 60534-2-1またはGB/T 17213.2を参照してください。
3. Cv選定原則
選定範囲 | サービス適合性 |
40%～60%ストローク | 最適制御範囲。良好な直線性、発振なし |
< 10% | 小開度は発振しやすく制御が不正確。選定はこの範囲内であってはならない |
> 80% | 大開度で流量飽和。負荷制御余裕が不十分 |
4. 許容圧力降下の検証
検証項目 | 検証内容 |
構造タイプ | メタルシート/ソフトシート、炭素鋼/ステンレス鋼ボディ |
アクチュエータ | PDRスプリングリターン/PCR複動ピストン |
使用条件 | 供給空気圧、フロー・トゥ・オープン/フロー・トゥ・クローズ、気体/液体媒体 |
限界値 | 実際の差圧 ≤ メーカーカタログ表の値；入口圧力は本体定格圧力を超えないこと |
5. バルブ本体材料の温度-圧力適用性
本体材料 | 適用温度 | 適用圧力クラス | 注記 |
WCB炭素鋼 | -29 to 425°C | 150 / 300 / 600 LB | 425°C以上では黒鉛化しやすい |
CF8 (304) | -195～400°C | 全クラス | 軽度腐食、低温サービス |
CF8M (316) | -195～400°C | 全クラス | 酸/アルカリ、厳しい腐食サービス |
6. パッキン温度および圧力限界
パッキンタイプ | 適用温度範囲 | 適用サービス |
強化PTFE | -45～230°C | 周囲温度、高温サービスなし |
柔軟黒鉛 | -196～538°C | 高温/低温、蒸気、腐食性サービス |
VI. 標準材料の組み合わせ
ボディ材料 | プラグ / シート構成 | ステム材質 | 適用用途 |
WCB | 304SS / SS / SF / TS | 304窒化処理 | 水、蒸気、一般石油製品 |
CF8 | CF8M / SS / SF | 316SS / 17-4PH | 軽度腐食、低温媒体 |
CF8M | CF8M / SS / SF / TS | 316SS | 酸/アルカリ、重度腐食、高温 |
VII. 一般的な故障、原因、および対策
故障現象 | 故障原因 | remedial measure |
制御精度不良、大きな流量変動 | ポジショナの校正が不適切；空気供給圧力の変動；小開度での長時間運転；媒体中の不純物による詰まり | ゼロとスパンを再校正；空気供給圧力レギュレータを設置；Cvを再計算して再選定；プラグから異物を分解清掃 |
内部漏れの過大 | TSシールリングの経年劣化；SS/SFシール面の侵食と摩耗；プラグフレキシブルアームの疲労；シール面に付着した異物 | Oリングソフトシールを交換；ラップまたはフルハードシールSFにアップグレード；プラグアセンブリを交換；上流フィルターを設置 |
動作が遅い、固着 | パッキン締め付け過ぎ；ステム腐食；コネクティングロッド同軸度偏差；アクチュエータダイヤフラム/ピストン摩耗 | パッキンググランドを適度に緩める；ステムを研磨し防食処理を施す；伝動リンケージを調整；アクチュエータシールとダイヤフラムを交換 |
アクチュエータ空気漏れ、位置喪失 | ダイヤフラム老化または損傷；継手シール不良；スプリング疲労；空気供給中の水/油汚染 | ダイヤフラムとガスケットを交換；配管接続を再シール；スプリングアセンブリを交換；空気供給ドライヤー/フィルターを設置 |
空気開/空気閉の切り替え失敗 | ボディ対称窓の組み立て不良、ロッカーアームリンケージの方向偏差 | OEM構造に従ってリンケージを再組み立てし、現場で空気開/空気閉モードを再切り替え |
動作音が大きい | 差圧過大、流速が限界超過、絞り渦 | 多段減圧を使用し、バルブサイズを適切に増加し、配管流れパターンを最適化 |
VIII. 日常メンテナンスおよびサービススケジュール
メンテナンス間隔 | メンテナンス内容 |
日常点検 | 空気供給圧力、バルブストローク、外部漏れ、異常な動作音を確認 |
6ヶ月ごと | ポジショナのキャリブレーション、空気供給フィルタの清掃、パッキンの増し締め、ボルトの再締付け |
年間メンテナンス | プラグとシートの摩耗の分解検査、アクチュエータシールの交換、フルストロークキャリブレーション |
スペアパーツの在庫 | Oリング、パッキン、ダイヤフラム、ポジショナフィルタエレメント、シートシールアセンブリ |
保証期間 | 出荷後18ヶ月または設置後12ヶ月のいずれか早い方。製造上の欠陥に対して無償修理または交換 |
IX. 選定と適用のポイントのまとめ
偏心回転調節弁の核心的な選定ロジックは、次の3点に要約できます：
第一に、媒体に応じてシールタイプを選定します。
- 気泡漏れのないシールが要求されるクリーンな媒体には、
TSソフトシールを選定します。
- 通常の石油製品、蒸気、微小粒子を含む媒体には、
SS部分硬質シールを選択してください。
- 繊維、粒子、高粘度、高温、激しい腐食を含む媒体には、
SF完全硬質シールを選択してください。
次に、差圧に応じてアクチュエータを選択します。
- ソフトシールは差圧能力が最も低く、高差圧用途には厳禁です。
- SF完全硬質シールは耐差圧性が最も強く、大口径・高差圧の場合は
PCR複動ピストンアクチュエータを優先してください。
第三に、使用条件に応じて材質を決定します。
- WCB
は水、蒸気、通常の石油製品に適しています。
- CF8
は軽度の腐食および低温用途に適しています。
- CF8M
は酸/アルカリ、激しい腐食、高温用途に適しています。
- パッキンについては、
強化PTFEは常温用、柔軟黒鉛は高温/低温、蒸気、腐食性サービス用に使用されます。
現場運用において最も重要な懸念事項は、小さな開度での長期運転である。これは制御精度の低下を招くだけでなく、プラグとシートの侵食を加速させる。バルブが10%未満の開度で長期間運転されていることが判明した場合、Cvが過大であることを示しており、選定を再計算する必要がある。さらに、液体媒体においてフラッシングやキャビテーションのリスクがある場合、簡易式をそのままCv計算に使用することはできず、IEC 60534-2-1に準拠してチョーク流れの検証を行う必要がある。
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