ダブルフランジ鋳鋼バタフライバルブ

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バタフライ バルブは、他のタイプの制御バルブに比べて軽量、小型、軽量であるため、多くの用途で流量を調整するのに最適です。 標準的なバタフライ バルブは伝統的に自動開閉用途に使用されており、この役割に適しています。 ただし、閉ループ システムでの流れを調整することになると、一部のエンジニアはそれらを受け入れられないと考えます。
バタフライ バルブは、回転ディスクを使用してパイプ内の流れを制御します。 ディスクは通常 90 度まで操作できるため、1/4 回転バルブと呼ばれることもあります。 通常、経済性を考慮する場合に使用されます。 しっかりと閉じる必要がある場合は、柔らかい弾性シールやコーティングされたディスクを備えたバタフライ バルブを使用して、必要な性能を得ることができます。 高性能バタフライ バルブ (HPBV)、つまりダブル オフセット バルブは現在、バタフライ コントロール バルブの業界標準であり、スロットル制御に広く使用されています。 圧力降下が比較的一定であるアプリケーションやプロセス ループが遅いアプリケーションに適しています。
HPBV の利点には、ストレートスルー流路、大容量、固体および粘性媒体を容易に通過させる能力が含まれます。 設置コストは、通常、すべてのバルブ タイプの中で最も低く、特に NPS 12 以降のバルブでは最も低くなります。 他のタイプのバルブと比較して、サイズが12インチを超えるとコストメリットが大幅に高まります。
広い温度範囲で優れた閉鎖性能を発揮し、ウエハータイプ、ラグタイプ、ダブルフランジなどのさまざまなバルブ本体設計を提供します。 他のタイプのバルブに比べて非常に軽量で、コンパクトです。 たとえば、12 インチ ANSI クラス 150 ダブル フランジ セグメント ボール バルブの重量は 350 ポンド、面間寸法は 13.31 インチですが、同等の 12 インチ ラグ バタフライ バルブの重量はわずか 200 ポンドで、面間寸法は 13.31 インチです。顔の寸法は3インチ。
バタフライ バルブには、特定の用途での流量制御には適さないいくつかの制限があります。 これらには、ボールバルブと比較して圧力降下能力が制限されており、キャビテーションやフラッシングの可能性が大きくなります。
ディスクの大きな表面積が、流れる媒体の動的力を駆動シャフトに加えるレバーとして機能するため、標準的なバタフライ バルブは通常、高圧用途には使用されません。 その場合、アクチュエータのサイズと選択が重要になります。
場合によっては、バタフライ制御バルブが大きすぎることがあり、プロセスのパフォーマンスに悪影響を及ぼします。 これは、パイプラインサイズのバルブ、特に大容量バタフライバルブの使用によるものと考えられます。 2 つの方法でプロセスの変動性が増大する可能性があります。 まず第一に、サイズが大きすぎるとバルブのゲインが大きすぎるため、コントローラーを調整する際の柔軟性が欠如します。 第 2 に、バタフライ バルブのシール摩擦が大きくなる一方で、特大のバルブはより低いバルブ開口部でより頻繁に動作する可能性があります。 所定のバルブストローク増分に対して、バルブが大きすぎると不釣り合いに大きな流量変化が生じるためです。 この現象は、摩擦によるデッドゾーンに関連するプロセスの変動を大幅に誇張します。
コード設定者は、制限に関係なく、経済的な理由から、または特定のパイプライン サイズに適応するためにバタフライ バルブを使用することがあります。 パイプの圧迫を避けるためにバタフライ バルブを大きくする傾向があり、プロセス制御の低下につながる可能性があります。
最大の制限は、理想的なスロットル制御範囲がストップ バルブやセグメント化されたボール バルブほど広くないことです。 一般にバタフライバルブは、開度制御範囲約 30% ～ 50% を超えると性能が低下します。
一般に、制御ループが線形で動作し、プロセス ゲインが 1 に近い場合、ループの制御が最も簡単になります。 したがって、プロセス ゲイン 1.0 が良好なループ制御の目標となり、許容範囲は 0.5 ～ 2.0 (範囲 4:1) となります。
ループ ゲインの大部分がコントローラーから得られる場合、パフォーマンスは最高になります。 図 1 のゲイン曲線では、バルブ ストロークの約 25% より下の領域でプロセス ゲインが非常に高くなることに注意してください。
プロセスゲインは、プロセスの出力と入力の変化の間の関係を定義します。 プロセスゲインが 0.5 ～ 2.0 に保たれるストロークがバルブの最適制御範囲です。 プロセス ゲインが 0.5 ～ 2.0 の範囲にない場合、動的パフォーマンスが低下し、ループが不安定になる可能性があります。
バルブが閉じてから開くとき、バタフライ バルブ ディスクの設計はバルブの流れに大きな影響を与えます。 固有のイコールパーセンテージ特性を備えたディスクは、流量に応じて変化する圧力降下をより適切に補償できます。 等しいパーセンテージの内部構造は、圧力損失を変化させる線形の設置特性を提供し、これが理想的です。 その結果、流量とバルブストロークの間のより正確な 1 対 1 の変化が得られます。
最近のバタフライ バルブでは、固有の等しいパーセント流量特性を備えたディスクを使用できるようになりました。 これにより、より広い移動範囲にわたって 0.5 ～ 2.0 の必要な範囲内で取り付けプロセス ゲインが得られる取り付け機能が提供されます。 これにより、特に低い移動範囲でのスロットル制御が大幅に改善されます。
この設計は、開度約 11% から 70% までの許容ゲインが 0.5 ～ 2.0 で良好な制御を提供し、制御範囲は、同じサイズの一般的な高性能バタフライ バルブ (HPBV) の制御範囲のほぼ 3 倍です。 したがって、ディスクのパーセンテージが等しいと、プロセスのばらつきが全体的に低くなります。
コントロールディスクバルブなど、固有のイコールパーセンテージ特性を備えたバタフライバルブは、正確な絞り制御性能を必要とするプロセスに最適です。 プロセスの外乱に関係なく、プロセスの外乱を目標設定値に近づけて制御できるため、プロセスの変動が軽減されます。
バタフライバルブがうまく機能しない場合は、適切なサイズのバルブに交換するだけで問題が解決します。 たとえば、製紙会社では、パルプからの水分の除去を制御するために 2 つの特大バタフライ バルブを使用しています。 2 つのバルブはストロークの 20% 未満で動作するため、プロセス変動はそれぞれ 3.5% と 8.0% になります。 耐用年数のほとんどは手動モードで費やされます。
デジタル バルブ コントローラーを備えた、適切なサイズの NPS 4 Fisher Control-Disk バタフライ バルブ 2 つが取り付けられました。 ループは現在自動モードで実行されており、特別なループ調整を行わなくても、最初のバルブのプロセス変動は 3.5% から 1.6% に増加し、2 番目のバルブのプロセス変動は 8% から 3.0% に増加しました。
製鉄所の冷却システムの水圧と流量制御が不十分だったため、最終製品にばらつきが生じました。 九台に設置された HPBV は、必要に応じて水流を効果的に制御できませんでした。
工場では、プロセスをより適切に制御できるバルブを設置したいと考えており、設置コストを最小限に抑える必要があります。 工場は、HPBV からセグメント化されたボールバルブに切り替えるために、各バルブのパイプを交換するのに 10,000 ドルを費やします。 代わりに、エマソンは、コントロールディスク バタフライ バルブが現在の HPBV 対面サイズに適合することを推奨します。
コントロール ディスク バルブは、9 つ​​の既存の HPBV のうちの 1 つと一緒にテストされ、その性能は指定された要件を満たしていました。 工場は残りの 8 台の HPBV を 1 年以内に交換し、各 HPBV にはコントロール ディスク バルブが装備されました。 これにより、90,000 ドルのパイプラインをセグメント化されたボール バルブに交換する必要がなくなり、ボール バルブのコストはバタフライ バルブと比較して約 25% 増加しました。
コントロールディスクバルブは正確な制御を提供し、最終製品のばらつきを排除します。 製鉄所は、9 つ​​のコントロールディスク バルブを設置することで年間約 100 万米ドルを節約できると見積もっています。
他のほとんどのバルブ タイプと比較して、デジタル ポジショナを備えた HPBV は初期設置コストが低く、サイズが適切であれば適切な制御範囲を提供できます。 大容量で流量制限が最小限に抑えられています。 本質的に等しい割合の内部部品を備えたバタフライ バルブは、グローブ バルブやボール バルブと同様に制御範囲を拡大する機会を提供し、HPBV のスペースのみを占有します。
バルブ、特に HPBV を選択するときは、サイズが正しいことを確認してください。そうでないと、制御室によって手動で制御される可能性があります。 用途に合わせて最も広い制御範囲を提供するバルブのタイプ、固有の特性、およびバルブのサイズを考慮することも重要です。
Mark Nymeyer は、Emerson Automation Solutions のフロー制御のグローバル マーケティング コミュニケーション マネージャーです。
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