プラグバルブとは何ですか? 動作原理、種類、用途、選定ガイド

狭いスペースでパイプラインを迅速に遮断する必要がある場合、多くの場合、プラグ バルブが最初に思い浮かぶ設計です。これは、本体内で 90 度回転する穴の開いた円筒形または先細のプラグを使用して、流れを停止、開始、または方向転換します。コンパクトな形状と短い流路により、設置面積と迅速な操作が重要となる実用的なオプションになります。 Changshui Technology Group では、ゲート バルブ、グローブ バルブ、バタフライ バルブ、ボール バルブ、チェック バルブ、コントロール バルブを製造しており、ボール バルブやゲート バルブなどの代替品を評価しているエンジニアとプラグ バルブについて頻繁に話し合います。この記事では、プラグバルブとは何か、その仕組み、主な種類、長所と限界、プラグバルブを指定する前に確認すべきことについて説明します。

プラグバルブとは何ですか?

プラグバルブは 4 分の 1 回転のロータリーバルブです。シール部材は、バルブ本体の内側に位置する、通常は円筒形または先細りのプラグです。プラグには 1 つ以上のポートが含まれています。ポートが本体の流路と一致すると、バルブが開きます。プラグが90度回転するとポートが通路から遠ざかり、バルブが閉じます。プラグ バルブは通常 2 ポジションのデバイスですが、マルチポート バージョンでは流れの方向転換、混合、または分割が可能です。

主要部品は本体、プラグ、ステム、カバー、操作機構です。小型の場合、操作者はレバーまたはハンドルです。大規模システムまたは自動システムでは、空気圧、電気、または油圧アクチュエータがトルクを提供します。可動要素はプラグのみであるため、バルブの内部部品は少なく、面間長も短くなります。

シーリングのアプローチには大きく分けて 2 つあります。金属対金属のプラグは潤滑剤が塗布されることが多く、高圧や研磨作業に適しています。無潤滑プラグは、プラグと本体の間にエラストマーまたはプラスチックのスリーブを使用するため、メンテナンスが軽減され、クリーンな低圧媒体に最適です。

プラグバルブはどのように機能しますか?

動作原理は簡単です。円筒形または円錐形のプラグが本体に取り付けられます。プラグの側面には、本体のポートに合わせて 1 つ以上の開口部が機械加工されています。ステムを 90 度回転すると、ポートが入口および出口と位置合わせされるか、プラグの固体面が流路内に回転します。これが、プラグバルブが 1/4 回転バルブとして分類される理由です。

主な利点は形状にあります。開位置では、流路は真っ直ぐ、または真っ直ぐに近い状態になります。これにより、流れの方向を強制的に変えるグローブバルブと比較して、圧力損失が最小限に抑えられます。マルチポート設計の場合、三方プラグまたは四方プラグを使用すると、1 つのバルブで 2 つの出口を選択したり、2 つの流れをブレンドしたりできます。

実際的な懸念の 1 つは動作トルクです。シール領域が大きく、プラグはライン圧力下で回転する必要があるため、作動には高いトルクが必要になる場合があります。潤滑プラグバルブは、回転を緩衝するシールグリースを注入することでこれを軽減します。無潤滑設計では PTFE スリーブを使用しており、摩擦は低減されますが、温度と圧力は制限されます。

プラグバルブの種類

潤滑プラグバルブ

潤滑プラグバルブ use a grease channel that injects a special sealant between the plug and the body. The sealant provides a tight seal, protects against erosion, and enables easier turning under high differential pressure. They are common in gas pipelines, crude oil service, and other applications with moderate to high pressure and temperature. The tradeoff is the need for periodic injection and compatibility of lubricant with the process fluid.

無給油プラグバルブ

無給油プラグバルブ rely on a non-metallic sleeve, commonly PTFE, PFA, or similar materials, to form the seal. There is no grease injection, so they require less maintenance. They are widely used in water treatment, compressed air, clean fuels, and chemical processes where the fluid is compatible with the soft seat.

偏心プラグバルブ

偏心プラグバルブでは、プラグが中心から外れた軸の周りを回転します。シール面はストロークの初期にボディボアから遠ざかり、摩擦と摩耗が軽減されます。この設計は、廃水、スラリー、および従来のプラグを摩耗させる懸濁物質を含むシステムに役立ちます。

拡張可能なプラグバルブ

拡張可能なプラグバルブは、軸方向または半径方向の拡張機構を使用します。開いた状態では、プラグは本体に対して隙間があります。膨張によりシールが接触するように押し込まれます。これらのバルブは、蒸気やボイラーの供給ラインなどの高圧および高温を処理しますが、より複雑で高価です。

マルチポートプラグバルブ

マルチポートプラグバルブ, usually three-way or four-way, are among the most attractive features of plug valve technology. They can direct flow from one inlet to either outlet, mix two streams, or isolate a line in a single device. This reduces the number of fittings and simplifies piping.

プラグバルブとボールバルブの比較

エンジニアがプラグバルブについて尋ねるとき、最も一般的な比較はボールバルブとの比較です。どちらも 4 分の 1 回転で、両方とも自動化でき、両方とも厳密な遮断を提供できます。ただし、内部形状とシールのアプローチは異なります。

低い操作トルクと最小限のメンテナンスが優先されるクリーンな流体用途では、通常はボールバルブが主導権を握ります。これが、多くのステンレス鋼システムが頻繁なオン/オフサービスのためにフランジ付きボールバルブを使用する理由です。 Changshui Technology Group は、腐食性媒体や衛生媒体用に設計されたステンレス鋼製フランジ ボール バルブを提供しており、プラグ バルブでは過剰な仕様となる可能性がある役割を補完する 4 分の 1 回転オプションを提供しています。

サニタリーおよび腐食性媒体用ステンレス鋼製フランジボールバルブ 石油、化学、製薬ラインでの 4 分の 1 回転オン/オフ サービス向けに設計されたこのステンレス鋼製フランジ ボール バルブは、低トルクで最小限のメンテナンスを実現し、プラグ バルブが過剰な仕様となる可能性がある場合に実用的な選択肢となります。 製品を見る→

プラグバルブが使用される場所

プラグバルブは万能ではありませんが、いくつかの分野では引き続き強力です。

• 石油とガスの収集ラインとピグランチャー/レシーバーシステムでは、流れの変更と厳密な遮断が不可欠です。
• 車体長が短いため、タンクファームの出口ラインと重力排水により、コンパクトなステーションレイアウトが可能になります。
• 製品ラインを選択したり、成分をブレンドしたりするために三方バルブまたは四方バルブが必要な化学プラント。
• 廃水およびスラリーサービス、特に偏心または潤滑設計の場合。
• 燃料ガス分配およびバーナートレイン。開閉位置が見えるシンプルな 4 分の 1 回転バルブが好まれます。

無潤滑設計は圧縮空気ラインや計器空気システムにも見られ、PTFE スリーブは化学的に不活性であり、メンテナンスが最小限で済みます。これらのそれぞれの場合において、バルブは媒体および圧力クラスに適合する必要があります。プラグの固着やシートの破損の原因となります。

選択基準と購入時の考慮事項

圧力クラスと温度

最初に確認する必要があるのは、公称圧力定格と温度範囲です。低圧の水と空気の場合は、ソフトシートを備えた PN10 または PN16 ボディが適しています。蒸気、プロセスガス、または高差圧の場合は、鋳鋼またはステンレス鋼の本体と潤滑または拡張可能なプラグが必要です。ゲートバルブはフルボアのストレート通路と実証済みの金属シートを提供するため、多くの場合、代わりにゲートバルブが指定されます。 Changshui Technology Group の鋳鋼製フランジ ゲート バルブは、必要なサイズのプラグ バルブが入手できないクラス 150/300 サービスの堅牢な代替品の一例です。

クラス 150/300 サービス用鋳鋼製フランジ ゲート バルブ フルボアのストレート通路と耐久性のある金属シートを備えたこの鋳鋼製ゲート バルブは、必要なサイズのプラグ バルブが入手できない場合の高圧または蒸気システムの堅牢な代替品として機能します。 製品を見る→

材料の適合性

プラグとシートは流体と直接接触するため、材料のマッチングが重要です。鋳鉄ボディは水や中性媒体に適しています。ステンレス鋼は、塩化物、酸、および衛生上重要なプロセスに必要です。鋳鋼は高温または高圧システムに使用されます。フッ素ライニングバルブは、攻撃性の高い化学薬品のオプションです。炭素鋼とステンレス鋼の限界を理解するには、実際に使用する前に材料の選択を検討することが役立ちます。実用的なガイドは次の場所から入手できます。 鋳鋼製バルブの選択ガイド .

CVサイジング

流量係数 (Cv) は、特定の流量での圧力降下を決定します。プラグ バルブは流量面積が制限されているため、同じサイズのフルボア ボールまたはゲート バルブよりも Cv が低くなります。システムで低い圧力損失が必要な場合は、バルブのサイズを大きくするか、ポート付き設計を使用することを検討してください。 Cv の計算については、ここで詳しく説明します。 Cv計算式と実践例 .

ポート構成

マルチポートプラグバルブ are valuable, but be aware that some configurations do not provide full shutoff in all positions. For example, a T-port three-way valve may allow flow through one outlet while the closed position isolates the other. Define your fail-safe position and required number of seats before ordering.

メンテナンスとトラブルシューティング

• プラグが使いにくくなる場合は、潤滑剤の不足やシール剤の硬化が原因であることが多いです。潤滑バルブの場合は、スケジュールに従って適切なフィーダーを使用してください。
• ステム周囲に漏れが発生した場合はパッキンを増し締めまたは交換してください。ソフトシートを備えた 4 分の 1 回転バルブは、過度に締めすぎないでください。
• 非潤滑設計の場合は、PTFE スリーブに膨れや傷がないか検査してください。一部の化学物質は、ボディに適合性がある場合でもスリーブを攻撃する可能性があります。
• 自動取り付けの場合は、アクチュエータのトルクがバルブの離脱トルクと一致していることを確認してください。サージ力と温度サイクルにより、時間の経過とともにトルクが増加する可能性があります。

概要と購入に関するアドバイス

プラグ バルブは、1 つの固定装置内で流れを遮断、方向転換、または混合できるコンパクトで信頼性の高い 4 分の 1 回転バルブです。スペースが限られている場合、マルチポート配線が必要な場合、メディアがシール機構と互換性がある場合に優れています。これはすべてのパイプにとって正しい選択ではありません。高トルク、潤滑剤の適合性、高圧の制限などの利点とバランスをとる必要があります。

プロセスがクリーンで、要件が単に低トルクの 4 分の 1 回転バルブだけである場合は、ステンレス鋼のボール バルブの方が適している可能性があります。圧力クラスが高くなると、鋳鋼製ゲート バルブが保守的な代替手段となります。 Changshui Technology Group のエンジニアリング チームは、完全な動作条件の評価を支援し、プラグ バルブでは過剰になるダクタイル鉄ゲート、バタフライ、チェック バルブのオプションなど、適切なバルブ ファミリをご案内します。