フローティングボールバルブのシール原理と構造的特徴

1. タイケのシール原理フローティングボールバルブ

大池フローティングボールバルブの開閉部は、中央に管径に応じた貫通穴が開いた球体です。入口端と出口端にはPTFE製のシールシートが配置され、金属製のバルブに内蔵されています。本体内部では、球体の貫通穴が管路と重なるとバルブは開状態になり、球体の貫通穴が管路と垂直になるとバルブは閉状態になります。バルブが開から閉へ、または閉から開へ回転すると、ボールが90°回転します。

ボールバルブが閉状態にあるとき、入口端の媒体圧力がボールに作用し、ボールを押す力を発生させます。これにより、ボールは出口端のシールシートをしっかりと押し付け、シールシートの円錐面に接触応力が発生し、接触領域が形成されます。接触領域の単位面積あたりの力をバルブシールの作動比圧力qと呼びます。この比圧力がシールに必要な比圧力よりも大きい場合、バルブは有効なシール効果を得ます。このように外力に依存せず、媒体圧力によってシールするシール方法は、媒体セルフシールと呼ばれます。

従来のバルブ、例えばグローブバルブ, ゲートバルブ、中心線バタフライバルブプラグバルブは、信頼性の高いシールを得るために、バルブシートに外力を作用させます。外力によって得られるシールは強制シールと呼ばれます。外部から加えられる強制シール力はランダムで不確実であり、バルブの長期使用には適していません。Taikeボールバルブのシール原理は、媒体の圧力によって発生するシールシートに作用する力です。この力は安定しており、制御可能であり、設計によって決定されます。

2. タイケフローティングボールバルブの構造特性

（1）球体が閉状態にあるときに媒体の力を確実に発生させるために、バルブを事前に組み立てる際に球体がシールシートに近接している必要があり、干渉によって予締め比圧力が発生する必要があり、この予締め比圧力は作動圧力の0.1倍で、2MPa以上である必要があります。この予圧比の獲得は、設計の幾何学的寸法によって完全に保証されています。球体と入口および出口シールシートを組み合わせた後の自由高さをAとすると、左右のバルブ本体を組み合わせた後、内部キャビティに球体が含まれ、シールシートの幅をBとすると、組み立て後に必要な予圧圧力が発生します。利益をCとすると、AB = Cを満たす必要があります。このC値は、加工部品の幾何学的寸法によって保証される必要があります。この干渉Cを決定および保証することは難しいと考えられます。干渉値の大きさは、バルブのシール性能と作動トルクを直接決定します。

（2）特に注目すべき点は、初期の国産フローティングボールバルブは、組立時の干渉値制御が難しく、ガスケットで調整するケースが多かったことです。多くのメーカーは、マニュアルの中でこのガスケットを調整ガスケットと呼んでいました。そのため、組立時に主弁体と補助弁体の接合面の間には一定の隙間が生じます。この一定の隙間があると、使用中の媒体圧力の変動や温度変動、さらには配管外部からの負荷によってボルトが緩み、バルブの外部漏れが発生します。

（３）バルブが閉状態にあるとき、入口端の媒体力が球体に作用し、球体の幾何中心がわずかに変位し、出口端のバルブシートに密着してシールバンドの接触応力が増加し、シールの信頼性が向上する。また、入口端のバルブシートがボールに接触する際の予締め力が低下し、入口シールシートのシール性能に影響を与える。このようなボールバルブ構造は、作動条件下で球体の幾何中心がわずかに変位するボールバルブであり、フローティングボールバルブと呼ばれる。フローティングボールバルブは出口端のシールシートでシールされており、入口端のバルブシートがシール機能を有するかどうかは不明である。

（4）Taikeフローティングボールバルブの構造は双方向性であり、つまり、2つの媒体の流れ方向をシールすることができます。

（5）球体が接合されているシール座はポリマー材料で作られており、球体が回転すると静電気が発生する可能性があります。特別な構造設計（静電気防止設計）が施されていない場合、球体に静電気が発生することがあります。

（6）2つのシールシートで構成されるバルブの場合、バルブキャビティ内に媒体が溜まることがあります。周囲温度や運転条件の変化により、媒体が異常に増加し、バルブの圧力境界に損傷を与える可能性があります。注意が必要です。