工業用バルブ本体にはどちらの材質が適していますか? A105 または WCB ですか?

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バルブ本体の一般的な材料には、炭素鋼、低温炭素鋼（ASTM A352 LCB / LCC）、合金鋼（WC6、WC9）、オーステナイト系ステンレス鋼（ASTM A351 CF8）、鋳造銅合金チタン合金、アルミニウム合金などがありますが、そのうち炭素鋼が最も広く使用されている本体材料です。 ASTM A216 WCA、WCB、WCCは、動作温度が-29〜425℃の中圧および高圧バルブに適しています。 GB 16Mnと30Mnは、-40〜450℃の温度で使用され、ASTMA105などの一般的な代替材料です。 どちらも0.25の炭素を含みます。ここで、WCBバルブとA105バルブの違いを明確にしましょう。

  1. 異なる材料と基準

A105 バルブ用の炭素鋼は、ASTM A105 規格の鍛造鋼を意味します。A105 は、米国規格 ASTMA105/A105M および GB/T 12228-2006 (基本的に同等) に属する一般的な材料です。

炭素鋼 WCB バルブは、ASTM A216 仕様に属し、グレード WCA と WCC があり、化学的特性と機械的特性がわずかに異なり、国家マーク ZG310-570 (ZG45) に相当します。

 

  1. さまざまな成形方法

A105 バルブは塑性変形により鍛造することができ、内部構造、良好な機械的特性、均一な結晶粒度が向上します。

鋳造液体成形による WCB バルブは、組織の分離や欠陥を引き起こす可能性があり、複雑なワークピースの鋳造に使用できます。

 

  1. 異なるパフォーマンス

A105 鍛鋼バルブの延性、靭性などの機械的特性は WCB 鋳物よりも高く、より大きな衝撃力に耐えることができます。一部の重要な機械部品は鍛鋼で作られるべきです。

WCB鋳鋼バルブは、鋳造炭素鋼、鋳造低合金鋼、鋳造特殊鋼に分類され、主に複雑な形状で鍛造や機械加工が難しく、高い強度と可塑性が求められる部品の製造に使用されます。

 

材料の機械的性質の面では、同じ材料の鍛造品は、より緻密な結晶構造と優れた気密性のため、鋳造品よりも優れた性能を発揮しますが、コストが増加します。これは、圧力調整器などの高い要件または427℃未満の温度に適しています。小型バルブまたは 高圧バルブ型開きコストや鍛造の材料利用率の面から、大型バルブや中低圧バルブにはWCB材が適しています。

 

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鋼中の合金元素Moの影響

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モリブデン（Mo）は強力な炭化物で、1782年にスウェーデンの化学者HjelmPJによって発見されました。合金鋼には通常1%未満の量で存在します。クロムモリブデン鋼は、クロムニッケル鋼の代わりに使用されることもあり、次のような重要な作業部品を製造しています。 高圧バルブ、圧力容器、焼入れ浸炭構造用鋼、ばね鋼、軸受鋼、工具鋼、ステンレス耐酸鋼、耐熱鋼、磁性鋼など幅広く使用されています。ご興味のある方はぜひお読みください。

鋼の微細組織と熱処理の影響

1) Moはフェライト、オーステナイト、炭化物に固溶し、オーステナイト相を減少させる元素である。

2) Mo含有量が低いと鉄と炭素でセメンタイトが形成され、含有量が多いとモリブデンの特殊な炭化物が形成できます。

3) Mo は硬化性を向上させますが、硬化性はクロムよりは強いですが、マンガンよりは劣ります。

4) Moは鋼の焼戻し安定性を向上させます。モリブデンは単独の合金元素として鋼の焼戻し脆性を高めます。クロムやマンガンと共存すると、Moは他の元素によって引き起こされる焼戻し脆性を軽減または抑制します。

 

鋼の機械的性質への影響

1) 鋼の延性、靭性、耐摩耗性が向上しました。

2) Moはフェライトに対する固溶強化効果があり、炭化物の安定性を向上させて鋼の強度を向上させます。

3) Moは変形強化後の軟化温度と再結晶温度を上昇させ、フェライトのクリープ抵抗を大幅に高め、450〜600℃でのセメンタイトの蓄積を効果的に抑制し、特殊な炭化物の析出を促進し、鋼の熱強度を向上させる最も効果的な合金元素になります。

 

鋼の物理的および化学的性質への影響

1) Moは鋼の耐食性を向上させ、塩化物溶液中の孔食腐食を防止することができる。 オーステナイト系ステンレス鋼.

1) モリブデンの質量分率が3%を超えると、鋼の耐酸化性が低下します。

3) Moの質量分率が8%未満でも鍛造・圧延は可能ですが、含有量が多くなると、鋼の熱間加工性に対する変形抵抗が増加します。

4) 炭素含有量が1.5%、モリブデン含有量が2%～3%の磁性鋼では、残留磁気感度と保磁力を向上させることができる。

PEEK素材は何に使用されますか?

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ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は、1970年代後半に英国で発明された高性能ポリマー（HPP）です。ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリサルフォン（PSU）、ポリイミド（PI）、ポリ芳香族エステル（PAR）、液晶ポリマー（LCP）とともに、6大特殊エンジニアリングプラスチックの1つとされています。

PEEKは、他の特殊エンジニアリングプラスチックと比較して、優れた機械的特性を備えています。たとえば、260℃の耐高温性、優れた自己潤滑性、耐薬品性、難燃性、剥離耐性、耐摩耗性、耐放射線性を備えています。航空宇宙、自動車製造、電子電気、医療、食品加工の分野で広く使用されています。ブレンド、充填、繊維複合によって強化および改質されたPEEK材料は、より優れた特性を備えています。ここでは、PEEKの用途について詳しく説明します。

エレクトロニクス

PEEK材料は優れた電気絶縁体であり、高温、高圧、高湿度などの過酷な作業環境でも優れた電気絶縁性を維持します。半導体業界では、PEEK樹脂はウェーハキャリア、電子絶縁ダイヤフラム、さまざまな接続デバイスの製造によく使用されます。また、ウェーハキャリア絶縁膜、コネクタ、プリント基板、高温コネクタなどにも使用されます。

PEEK 粉体コーティングは、ブラシ塗装、溶射などの方法で金属表面に塗布され、優れた絶縁性と耐腐食性を実現します。PEEK コーティング製品には、家電製品、電子機器、機械などが含まれます。また、液体クロマトグラフィー分析用の充填カラムや接続用の極細チューブにも使用できます。

現在、PEEK材料は日本企業の集積回路にも使用されており、電子・電化製品分野は徐々にPEEK樹脂の2番目に大きな応用分野となっています。

 

機械製造

PEEK 素材は、パイプライン、バルブ、ポンプ、容積計などの石油/天然ガス/超純水の輸送および貯蔵設備にも使用できます。石油探査では、採掘機械接触用の特殊サイズのプローブの製造に使用できます。

さらに、PEEK はデフレクター バルブ、ピストン リング、シール、さまざまな化学ポンプやバルブ部品の製造によく使用されます。また、ステンレス鋼の代わりに渦流ポンプのインペラを製造するためにも使用されます。PEEK は高温でもさまざまな接着剤で接着できるため、コネクタは別の潜在的なニッチ市場になる可能性があります。

 

医療機器および器具

PEEK 素材は、滅菌要件の高い外科用機器や歯科用機器、医療器具に使用されるだけでなく、金属人工骨の代替としても使用できます。生体適合性、軽量、無毒、強い耐腐食性などの特徴があり、弾性係数は人体と類似した素材です。(PEEK 3.8GPa、海綿骨 3.2-7.8Gpa、皮質骨 17-20Gpa)

 

航空宇宙および航空

PEEK は優れた難燃性を備えているため、さまざまな航空機部品のアルミニウムやその他の金属を PEEK に置き換えることができ、航空機火災のリスクを軽減できます。PEEK ポリマー材料は、さまざまな航空機メーカーによって正式に認定されており、軍事規格製品の供給も可能です。

 

自動車

PEEK ポリマー材料は、高強度、軽量、優れた耐疲労性など、さまざまな利点があり、許容誤差を最小限に抑えた部品に加工しやすいため、金属、従来の複合材料、その他のプラスチックをうまく置き換えることができます。

 

力

PEEK は高温、放射線、加水分解に耐性があり、PEEK 製の電線およびケーブルのコイルフレームワークは原子力発電所で効果的に使用されています。

 

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グローブバルブとバタフライバルブの違い

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グローブバルブとバタフライバルブは、パイプラインの流量を制御するために使用される2つの一般的なバルブです。グローブバルブのディスクは、シートの中心線に沿って直線的に移動してバルブを開閉します。グローブバルブのステム軸はバルブシートのシール面に対して垂直であり、ステムの開閉移動は比較的短いため、このバルブは流量を遮断したり、調整したり、絞ったりするのに非常に適しています。

 

バタフライバルブの板状のディスクは、本体内で軸を中心に回転して流れを遮断したり絞ったりします。バタフライバルブは、構造がシンプルで、容積が小さく、軽量で、部品数が少なく、90°の回転で素早く開閉し、流体媒体を素早く制御できるという特徴があり、固体粒子が浮遊している媒体や粉末状の媒体に使用できます。ここでは、それらの違いについて説明します。ご興味があれば、読み進めてください。

 

  1. 異なる構造。 グローブバルブ シート、ディスク、ステム、ボンネット、ハンドホイール、パッキングランドなどで構成されています。開くと、バルブシートとディスクのシール面は接触しません。バタフライバルブは、主にバルブ本体、ステム、バタフライプレート、シーリングリングで構成されています。バルブ本体は円筒形で、軸長が短く、開閉は通常90°未満で、完全に開いたときは小さな流れ抵抗を提供します。バタフライバルブとバタフライロッドにはセルフロック機能がありません。バタフライプレートを考慮すると、ウォームギア減速機をバルブステムに取り付ける必要があります。これにより、バタフライプレートにセルフロック機能を持たせることができ、バタフライプレートを任意の位置で停止させ、バルブの操作性能を向上させることができます。
  2. 動作が異なります。グローブバルブは、開閉時にステムが上昇するため、ハンドルが回転してステムとともに上昇します。バタフライバルブの場合、本体内のディスク状のバタフライプレートが自身の軸を中心に回転し、開閉または調整の目的を達成します。バタフライプレートはバルブステムによって駆動されます。90°以上回転すると、1回開閉できます。バタフライプレートの偏向角度を変更することで、媒体の流れを制御できます。約15°〜70°の範囲で開くと、流量制御が敏感になるため、大口径調整の分野では、バタフライバルブのアプリケーションが非常に一般的です。
  3. さまざまな機能。グローブバルブは、遮断と流量調整に使用できます。バタフライバルブは、流量調整に適しており、一般的には絞り、調整制御、泥媒体で、構造長が短く、開閉速度が速い（1/4 Cr）。バタフライバルブのパイプ内の圧力損失は比較的大きく、ゲートバルブの約3倍です。したがって、バタフライバルブを選択するときは、パイプラインシステムの圧力損失の影響を十分に考慮する必要があり、閉じるときにパイプライン媒体の圧力を支えるバタフライプレートの強度も考慮する必要があります。さらに、弾性シート材料の高温での動作温度制限を考慮する必要があります。
  4. 工業用バタフライバルブは、通常、高温媒体の煙道やガスパイプラインに使用される大口径バルブです。バルブ構造の長さと全体の高さが小さく、開閉速度が速いため、流体制御が良好です。バタフライバルブを使用して流量を制御する必要がある場合、最も重要なことは、バタフライバルブの適切な仕様とタイプを選択して、適切で効果的な作業を行うことです。

 

一般的に、グローブバルブは主に小口径パイプ（枝管）またはパイプ端の開閉と流量調節に使用され、バタフライバルブは枝管の開閉と流量調節に使用されます。 切り替え難易度による並び替え：ストップバルブ > バタフライバルブ。 抵抗による並び替え：グローブバルブ > バタフライバルブ。 密閉性能による並び替え：グローブバルブ > バタフライバルブおよびゲートバルブ。 価格による並び替え：グローブバルブ > バタフライバルブ（特殊なバタフライバルブを除く）。

バルブ圧力クラスの変換Mpa、LB、K、bar

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PN、Class、K、bar はすべて、パイプライン、バルブ、フランジ、パイプ継手、または継手の公称圧力定格を表す圧力定格の単位です。違いは、それらが表す圧力が異なる基準温度に対応することです。PN は 120℃ での対応する圧力を指し、CLass は 425.5℃ での対応する圧力を指します。したがって、圧力変換では温度を考慮する必要があります。

PN は主に、DIN、EN、BS、ISO などのヨーロッパの標準システムや中国の標準システム GB で使用されます。一般的に、「PN」の後ろの数字は圧力クラスを表す整数で、常温圧力 Mpa にほぼ相当します。炭素鋼本体のバルブの場合、PN は 200℃ 未満で適用される最大許容動作圧力を指します。鋳鉄本体の場合、120℃ 未満で適用される最大許容動作圧力でした。ステンレス鋼バルブ本体の場合、250℃ 未満での使用の最大許容動作圧力でした。動作温度が上昇すると、バルブ本体の圧力は低下します。一般的に使用される PN 圧力範囲は (単位 Bar)、PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40、PN63、PN100、PN160、PN250、PN320、PN400 です。

クラスは、Class150 や 150LB、150# など、アメリカ式の一般的なバルブ圧力定格単位です。これらはすべて、パイプラインまたはバルブの圧力範囲を表すアメリカ標準圧力定格に属します。クラスは、ANSI B16.34 規格に従って、特定の金属の結合温度と圧力を計算した結果です。ポンドクラスが公称圧力に対応しない主な理由は、温度ベンチマークが異なるためです。ガスの圧力は、「psi」または「平方インチあたりのポンド数」と呼ばれます。

日本では圧力レベルを表すのに主にK単位が使用されています。公称圧力と圧力等級は温度基準が異なるため、厳密な対応関係はありません。大まかな換算は以下の表の通りです。

 

クラスとMpaの換算表

クラス 150 300 400 600 800 900 1500 2000 2500
ムパ 2.0 5.0 6.8 11.0 13.0 15.0 26.0 33.7 42.0
圧力定格 中くらい 中くらい 中くらい 高い 高い 高い 高い 高い 高い

 

Mpaとbarの換算表

0.05(0.5) 0.1(1.0) 0.25(2.5) 0.4(4.0) 0.6(6.0) 0.8(8.0)
1.0(10.0) 1.6(16.0) 2.0(20.0) 2.5(25.0) 4.0(40.0) 5.0 (50.0)
6.3(63.3) 10.0(100.0) 15.0(150.0) 16.0(160.0) 20.0(200.0) 25.0(250.0)
28.0(280.0) 32.0(320.0) 42.0 (420.0) 50.0(500.0) 63.0(630.0) 80.0(800.0)
100.0(1000.0) 125.0(1250.0) 160.0(1600.0) 200.0(2000.0) 250.0(2500.0) 335.0(3350.0)

 

lbとKの換算表

ポンド 150 300 400 600 900 1500 2500
け 10 20 30 40 63 100 /
ムパ 2.0 5.0 6.8 10.0 15.0 25.0 42.0

 

大口径グローブバルブの開閉が難しいのはなぜですか?

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大口径グローブバルブは、主に蒸気、水などの圧力降下が大きい媒体に使用されます。エンジニアは、バルブをしっかりと閉じるのが難しく、漏れが発生しやすいという状況に直面することがあります。これは通常、バルブ本体の設計と不十分な水平出力トルクによるものです（さまざまな身体条件の成人の水平限界出力は60〜90kです）。グローブバルブの流れ方向は、低入口、高出口になるように設計されています。手動でハンドルを押して回転させ、バルブディスクが下に移動して閉じます。このとき、3つの力の組み合わせを克服する必要があります。

1) Fa: 軸方向のジャッキ力

2) Fb: パッキングとステムの摩擦

3) Fc: バルブステムとディスクコア間の摩擦力Fc。

トルクの合計∑M=(Fa+Fb+Fc)R

直径が大きいほど軸方向のジャッキ力は大きくなり、軸方向のジャッキ力はパイプネットワークが閉じているときの実際の圧力にほぼ近いという結論を導き出すことができます。たとえば、 DN200 グローブバルブ 10barの蒸気管に使用した場合、閉じる軸方向の推力Fa=10×πr²==3140kgしかなく、閉じるのに必要な水平周方向の力は通常の人体が出力する水平周方向の力の限界に近いため、この条件下では人がバルブを完全に閉じることは非常に困難です。このタイプのバルブを逆に取り付けて、閉じにくいという問題を解決することが推奨されますが、同時に開きにくい問題も生じます。では、どのように解決すればよいのでしょうか？

1) プランジャーバルブとパッキングバルブの摩擦抵抗の影響を避けるため、ベローズシールグローブバルブを選択することをお勧めします。

2) バルブコアとバルブシートには、カステランカーバイドなどの耐侵食性と摩耗性に優れた材料を選択する必要があります。

3) 開口部が小さいために過度の浸食が起こり、耐用年数やシール効果に影響が出るのを防ぐため、二重ディスク構造が推奨されます。

 

大口径グローブバルブはなぜ漏れやすいのでしょうか？

大口径グローブバルブは、一般的にボイラー出口、主シリンダー、主蒸気管などの部分に使用されますが、次のような問題が発生しやすくなります。

1) ボイラー出口の圧力差と蒸気流量はどちらも大きく、シール面の浸食損傷も大きい。また、ボイラーの燃焼が不十分なため、ボイラー出口の蒸気の水分含有量が多くなり、キャビテーションや腐食など、バルブのシール面が損傷しやすくなります。

2）ボイラー出口とシリンダー付近のグローブバルブの場合、ボイラー水の軟化処理が不十分な場合、新鮮な蒸気が飽和する過程で断続的な過熱現象が発生する可能性があります。酸性物質とアルカリ性物質の一部が頻繁に沈殿し、シール面が腐食や浸食を引き起こします。また、一部の結晶性物質がバルブシール面に結晶化して付着し、バルブがしっかりと密閉できなくなる可能性があります。

3) バルブの製造に必要な蒸気量がシリンダーの入口と出口で不均一なため、流量が大きく変化すると蒸発やキャビテーションが発生しやすく、バルブのシール面に浸食やキャビテーションなどの損傷が発生します。

4）大口径のパイプは予熱する必要があり、これにより、小流量の蒸気をグローブバルブが完全に開く前に、ゆっくりと均一にある程度加熱することができ、急速加熱によるパイプの過度の膨張や接続部の損傷を回避できます。しかし、このプロセスでは、バルブの開口部が非常に小さい場合が多く、侵食率が通常の使用効果をはるかに上回り、バルブシール面の耐用年数が大幅に短縮されます。