のコアデザイン 手動ボールバルブ 特に全開および全閉サービスの場合、オン/オフ遮断バルブとしての最適な使用が決まります。その中心コンポーネントである球形ボールには、穴の開いたポートが含まれています。バルブが完全に開いているとき、このポートはパイプラインの内径と完全に一致し、流れ抵抗が最小限に抑えられ、ほぼ直進した流れ状態になります。この「素早い作動と低い圧力損失」という特性がボールバルブの最大の利点です。
ただし、バルブが絞り位置 (部分的に開いた状態) になると、バルブの性能と寿命が著しく損なわれます。専門用語で言えば、標準ボールバルブは制御サービスではなく隔離サービス用に指定されています。
ボールバルブをスロットルに使用すると、流路面積が大幅に減少するため、ボールとシートの間にベンチュリ効果が生じます。これにより、流体の速度が非常に速くなり、静圧が急激に低下します。
キャビテーション: 媒体が液体の場合、局所的な圧力が流体の蒸気圧を下回る可能性があり、瞬間的に蒸気泡が形成されます。流体が加速し、下流で圧力が回復すると、これらの気泡は激しく崩壊 (爆縮) します。この崩壊により局所的に激しい圧力衝撃波が発生し、ボール表面と下流側シートに深刻な孔食損傷（ピッチング）を引き起こします。
浸食: 固体粒子、スラリー、または高速液体を含む媒体では、バルブの内部部品の摩耗は壊滅的なものになります。粒子はボールの露出したエッジとバルブシートに非常に高速で衝突し、材料の急速な摩耗を引き起こし、シール面を損傷し、内部漏れを引き起こします。
理想的な流量調整バルブは、等しいパーセンテージまたは直線的な流量特性曲線を備えている必要があり、さまざまな開度にわたって安定した正確な流量調整が保証されます。
ただし、標準的なボールバルブは、非常に非線形な流量特性曲線を示します。
90% ～ 100% オープン: 流量の変化は最小限です。 「有効な調整範囲」は非常に狭いです。
0% ～ 30% 開度: バルブ開度のわずかな変化により、流量が制御されずに大幅に上昇します。
この非線形性は、オペレーターや自動制御システムが小さなバルブ調整では正確な流量設定を達成できないことを意味します。低開度範囲では、バルブは変化に対して過度に敏感になり、流量の変動やシステムの発振を引き起こし、プロセス制御の安定性を著しく損ないます。
ボールバルブは通常、優れた気泡遮断（漏れゼロ）性能を達成するためにソフトシート（PTFE、RPTFEなど）を採用しています。
スロットリング条件下では、高速の流れがボールとシートの間の狭い隙間を通過し、強力な「ジェッティング」効果を生み出します。このジェットは柔らかいシート素材を直接攻撃し、柔らかいシートに急速に浸食、変形、さらには素材の剥離を引き起こします。
座面が損傷すると、漏れがゼロであるというボールバルブの信頼性が永久に損なわれます。完全に閉じている場合でも、損傷した通路からメディアが漏れますが、これは厳密な隔離が必要なシステム (ダブル ブロック システムやブリード システムなど) では許容できません。スロットル操作を頻繁に行うとボールバルブの耐用年数が大幅に短くなり、メンテナンスコストとダウンタイムが増加します。
特に不純物や粘性物質を含む媒体を使用して、部分的に開いた状態で長期間運転すると、ボール表面の非露出部分 (シートに接触するシール領域) に固体粒子やコークスの堆積物が蓄積する傾向があります。
オペレータがスロットル位置からボールバルブを開閉しようとすると、これらの蓄積された堆積物がボールとシートの間に詰まり、次のような問題が発生する可能性があります。
操作トルクが大幅に増加し、手動での作動が困難になったり、大型のアクチュエーターが必要になったりします。
堆積物はサイクルプロセス中にボールとシートの表面を研磨し、さらなるシール損傷を引き起こし、バルブの焼き付きやロックを引き起こす可能性があります。
正確で耐久性のあるスロットルを必要とするアプリケーションの場合、業界では通常、専用のコントロール バルブが使用されます。
グローブ バルブまたはアングル バルブ: 内部の流れの形状は、高い差圧絞りに耐えるように特別に設計されています。流体の衝撃は、簡単に交換可能なトリム (プラグとシート) に向けられます。
V ポート ボール バルブ: これらのバルブは、ボール構造を維持しながら、ボールまたはシートに切り込まれた V 字型または放物線状の開口部を備えています。この設計は流量特性を効果的に改善し、低い開度でもより良い調整精度を可能にし、中程度のスロットリングサービスに理想的な選択肢となります。
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