バタフライバルブは、そのコスト効率と迅速な作動で広く評価されており、シール性能バルブの信頼性と寿命は、シール設計によって大きく異なります。シール設計は、それぞれ特定の動作条件に合わせて設計されています。この記事では、コアシールの構造、材料、そしてそれらの実際の用途について考察します。
1. コアシールの構造と機能
バタフライバルブシールは、シートリングとディスクエッジシール面主に2つのタイプに分類されます。
- ソフトシール:
特集 エラストマーシート（ゴム、PTFE）がバルブ本体またはディスクに取り付けられています。閉鎖により、ディスクのエッジ（通常は金属）が柔らかいシートに圧縮され、変形して密閉性が高まります。
利点:シール応力が低く、漏れがほぼゼロ（クラス VI 可能）、コストが低く、トルクが最小限。
デメリット:温度/圧力/化学耐性が限られており、侵食や粒子による損傷を受けやすく、頻繁なスロットル操作には適していません。 - 金属ハードシール（トリプルオフセット設計 - 図1）
金属同士のシーリング（例：ステンレス鋼、合金）を活用する。主な設計要素：- 1番目のオフセット:パイプラインの中心からのステム軸のオフセット。
- 2番目のオフセット:ディスクのシーリング面の中心からのステム軸のオフセット。
- 3番目のオフセット（クリティカル）:円錐角のシーリングプロファイルにより、線状/小面積の接触が可能になります。
利点:優れた温度/圧力/侵食/キャビテーション耐性、長寿命、再利用可能性。
デメリット:製造コストが高い、座面応力が高い、トルクが増大する、低圧漏れの可能性がある (通常はクラス IV)。
図1：トリプルオフセットメタルシール構造
（図：動作中の滑り摩擦を排除する円錐状の線接触を示します）
2. 主要パフォーマンスの比較
ソフトシールとハードシールの違い:
- 温度:ソフトシールは -50°C ～ 200°C (PTFE/ゴムによって異なります) で動作し、メタルシールは -196°C ～ 600°C+ の極限温度に耐えます。
- 圧力:ソフトシールはPN25以下（≈ANSI 150）に適合します。メタルシールはPN16～PN150（≈ANSI 900）に対応します。
- 漏れ:ソフトシールは優れたほぼゼロのリーク（クラスVI）を実現します。メタルシールはクラスIV/Vに達し、高圧下での性能が向上します。
- メディア互換性:ソフトシールは水、空気、中性流体に優れた性能を発揮します。メタルシールは蒸気、炭化水素、スラリー、腐食性流体、高温ガスにも耐性があります。
- 堅牢性:金属シールは、粒子、浸食、摩耗に対する優れた耐性を備えています。一方、ソフトシールは、研磨性や頻繁なスロットル操作を伴う使用では急速に劣化します。
- コストと運用:ソフトシールはコストが低く、トルクも最小限で済みます。メタルシールは初期投資とトルクは高くなりますが、過酷な条件下でも長寿命です。
- アプリケーション:ソフトシールは、HVAC、給水システム、低圧ガスシステムで広く使用されています。メタルシールは、精製、蒸気ライン、化学処理、石油・ガス精製において不可欠です。
3. ソフトシールシート材
材料の選択によってパフォーマンスの限界が決まります。
- NBR（ニトリルゴム）:油、炭化水素に対する耐性（-20°C ～ 80°C）。用途: 水、圧縮空気、石油系流体。
- EPDM（エチレンプロピレンジエン）:熱水/蒸気 (<150°C)、オゾン、アルカリに耐性があります。用途: 暖房システム、食品/飲料、湿った空気。
- FKM（フルオロカーボン・バイトン®）:オイル、燃料、酸、高温（-20°C ～ 200°C）に対応します。用途: 化学処理、燃料ライン、酸性媒体。
- PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）:化学的に不活性（-50℃～200℃）、低摩擦。用途：
- ピュアシート：耐腐食性、適度な密封性。
- 強化シート（ガラス/グラファイト）：コールドフロー耐性が向上します。
- 裏地付きシート（リップ/バブルチューブ）：弾力性と耐薬品性を兼ね備えています。
4. 金属シールの材質と処理
パフォーマンスは材料の組み合わせと表面エンジニアリングに左右されます。
- 材料戦略:
- 異なる材料を組み合わせることでかじりを防止します (例: ステンレスと Stellite®)。
- シート表面硬度 > ディスク表面硬度 (HRC 2-5 程度) により、ディスクの交換が可能になります。
- 表面の強化:
- ハードフェーシング: **ステライト6® （コバルトベース、HRC 40-50）または インコネル 625®** (ニッケルベース) オーバーレイは摩耗や腐食に耐性があります。厳しいサービス向けの主要なソリューション。
- ケース硬化:炎/プラズマ/レーザーによる硬化または窒化 (HV 1000 以上) により、耐摩耗性や耐かじり性が向上します。
- 熱スプレー： HVOF適用 WC（炭化タングステン）または酸化クロムコーティングにより表面の耐久性が極めて高くなります。
- 特殊合金:腐食性の高い環境で使用されるハステロイ® または二相鋼 (高コスト)。
5. 制限事項と選択基準
重要な考慮事項:
- ソフトシールの制限:永久圧縮永久歪み、化学的不適合性（膨張/劣化）、コールドフロー/クリープ（PTFE/ゴム）、粒子損傷。
- ハードシール制限:潜在的な低圧漏れ、コスト/トルクの増加。
- 選択の要因:メディアの特性 (T、P、腐食性、固形分)、漏れ要件、ライフサイクル頻度、運用の厳しさ、および予算。
結論:
バタフライバルブの選択は、 シール構造と材料の相乗効果。ソフトシール (EPDM/NBR/PTFE) は、コスト重視の低圧水/空気用途に最適です。 FKMソフトシールまたはPTFE複合材腐食性媒体に対処します。トリプルオフセットメタルシールとステライト®/硬化表面蒸気、炭化水素、高T/P、そして侵食性流体には必須です。ニッケルベースの材料は過酷な条件に耐えます。動作パラメータと材料特性の厳格な評価が不可欠です。シール仕様を見落とすと、漏れ、早期故障、そしてコストのかかるダウンタイムのリスクが生じます。
投稿日時: 2025年8月6日