ボールバルブの仕様と代表的な構成

ボールバルブは、精密機械加工されたボール、ステム、シート、およびシール要素を備えた、加圧された鋳造または鍛造の本体コンポーネントから製造されます。ボールを 90 度回転させて通過穴をパイプに合わせて流れを許可したり、流路に対して垂直に配置して閉鎖したりできます。本体はライン圧力を保持し、ボールサポートとシートの配置は差圧荷重がどのように伝達され、シール接触が維持されるかを制御します。この 1/4 回転設計は、直接的な流路と短い作動ストロークを提供しますが、オリフィスの構成、シートの設計、ボール サポート、およびアクチュエータのトルクによって、バルブが必要なサービスにどの程度適しているかが決まります。

必要な構成は、圧力クラス、本体構造、ボールサポート、フルボアまたは縮小ボア、シート材質、エンドコネクション、動作温度、流体組成、およびアクチュエータトルクによって異なります。 GNEE は、フローティング ボール バルブ、トラニオン ボール バルブ、鍛造ボール バルブ、鋳造ボール バルブ、サイド エントリー、トップ エントリー、フル ボア、レデュース ボア、ソフト シート、メタル シート設計など、パイプラインおよびプロセス用途向けのボール バルブ構成を提供しています。石油および天然ガスのパイプライン プロジェクトの場合、API 6D が指定される場合があります。 API 608 は、フランジ付き、ネジ付き、または溶接端を備えた金属ボール バルブのもう 1 つの重要な規格です。

ボールバルブの仕様と代表的な構成

次の表は代表的な構成を示しており、汎用のサイズ/クラス マトリックスではありません。プロジェクト用にバルブをリリースする前に、圧力クラス、呼び径、本体設計、オリフィス、材質、およびシート システムを一緒に検討する必要があります。

構成	代表的な範囲/デザイン	技術的な意味
フローティングボールバルブ	1 ピースおよび 2 ピースのデザイン。 GNEE の代表的な範囲は、構造に応じて NPS 1/2 から上に拡張されます	中小規模の絶縁サービス向けのシンプルなボールマウント
2ピーストラニオンボールバルブ	NPS 2 ～ 16;クラス 150 ～ 1500	より高い圧力負荷とより低い駆動トルクを実現する固定ボール配置
3ピーストラニオンボールバルブ	NPS 2–48;クラス 150 ～ 2500	パイプ断熱サービス向けの幅広いサイズと圧力クラス
トップエントリーボールバルブ	代表的な範囲は構成に応じて最大 NPS 48	適切なインラインメンテナンスを行うために、内部コンポーネントに上からアクセスできます。
フルボアボールバルブ	必要な流路に合わせてオリフィスを選択	流量制限が少ない場合、洗浄アクセスまたは豚の通路が重要な場合に使用されます。
レデュースオリフィスボールバルブ	接続されたパイプの流路面積より小さいオリフィス	より小さな内部流路を受け入れることで、バルブのサイズと重量が削減されます。
ソフトシートボールバルブ	サービスに応じて PTFE またはその他の人工ポリマー シート システム	圧力{0}}および媒体の互換性のある範囲内でしっかりと閉じるために選択されています
メタルシートボールバルブ	メタルオンメタル着座システム	温度、固体、または厳しい動作条件がソフトシートの実用範囲を超える場合に使用されます。
エンドコネクション	フランジまたは突合せ溶接。該当するマイナー設計用の他端接続	配管の圧力クラス、接続規格、設置方法に適合する必要があります。
ドライブ	手動、ギア、空気圧、電気または油圧	アクチュエータの選択は、必要なバルブ トルク、動作周波数、および閉鎖原理によって異なります。

API 6D の現在の GNEE ページには、フローティング、トラニオン取り付け、トップエントリー、および金属シート ボール バルブ構成がリストされています。また、付属のプロジェクト パンフレットには、サイドエントリー鋳造、サイドエントリー鍛造、全溶接、および DBB ボール バルブ ファミリも示されています。専用のジャーナルカタログは、鋳造と鍛造、ソフトシートとメタルシートの構成をカバーしており、フルボアとレデュースボアの寸法シリーズを特徴としています。

ボールバルブの仕組み

ボールバルブは、レバー、減速機、またはアクチュエータからステムを介して、開位置と閉位置の間で 90 度回転する穴あき球形ボールにトルクを伝達することによって流れを制御します。

1. オープンポジション。ボール穴はパイプと位置合わせされており、バルブを通る直接的な流路が形成されます。

2. クォーターターンドライブ。ステムはボールを 90 度回転させ、オリフィスをパイプの流路から遠ざけます。

3. 閉じた密閉位置。ボールの固体表面は流路に面し、シートリングをシールします。ラインの圧力はボールとシートに作用します。この荷重の支え方がフローティングボールバルブとトラニオンバルブで異なります。

フローティングボールバルブとトラニオンボールバルブ

フローティングボールバルブ

フローティングボールバルブは、ステムに接続されたボールを使用しますが、トラニオンマウントによって機械的に固定されていません。バルブが閉じると、ライン圧力によってボールが下流側シートに向かってわずかに移動し、ボール-シートとの接触が増加し、閉鎖シールが形成されます。

この比較的コンパクトな構成は、圧力によるシート荷重と作動トルクが管理可能な小型および中型のバルブで一般的に使用されます。フローティング ボール バルブは、必要なサービスに応じて、軟質または金属製のシートとフルまたは縮小オリフィス構成を備えた鋳造または鍛造構造で供給できます。

トラニオンボールバルブ

トラニオン ボール バルブは、トラニオン取り付けボール バルブとも呼ばれ、回転軸の周りでボールを機械的に支持します。ボールは開位置と閉位置の間で回転しますが、実質的に固定されたままですが、バネ仕掛けのシートリングはボールに向かって移動し、線圧を使用してシール接触を維持します。

トラニオンサポートはボールに作用する一次圧力荷重を支えるため、バルブサイズと差圧が増加するにつれてボールシート荷重と作動トルクが減少する設計になっています。したがって、大口径および高圧のパイプ断熱サービスに一般的に選択されます。

フローティングボールバルブ vs トラニオンボールバルブ

主な違いは、圧力補助シールを作成するためにどのコンポーネントが移動するかです。

設計要素	フローティングボールバルブ	トラニオンボールバルブ
ボールサポート	ボールが切り株で固定されていない	ボールは機械的にサポートされています
シール動作	ボールは下流側シートに向かってわずかに移動します	シートリングが固定ボールに向かって移動
圧力荷重	圧力の増加によりボールシートの負荷が増加します-	ボールの主な荷重はサポートシステムによってサポートされます。
駆動トルク	バルブサイズや差圧が大きいほど顕著に増加します	大型サイズや高差圧の制御が向上
代表的な選択	中小規模の断熱サービス	大口径・高圧配管サービス

したがって、呼び径のみに基づいて選択するわけではありません。差圧、圧力クラス、駆動トルク、シート設計、およびアクチュエータの要件を合わせて評価する必要があります。

トラニオンボールバルブの特長

指定されたシートおよび本体の構成に応じて、トラニオン ボール バルブに追加のパイプ絶縁機能が組み込まれる場合があります。

ダブル ブロック アンド ブリード (DBB) により、上流と下流のシートが体腔を隔離できるため、閉じ込められた液体を通気または排出して断熱性を確認できます。

体腔の圧力解放は、閉じたバルブ内に閉じ込められた液体が温度変化によって膨張するときに発生する可能性のある圧力を制御します。適用可能な自動緩和シート配置により、過剰なキャビティ圧力を低圧側に排出できます。

その他の利用可能な構成には、防爆ステム設計、静電気防止連続性、緊急シーラント注入、ベントおよびドレン接続、埋設または遠隔操作用の拡張ステムなどがあります。これらの機能はプロジェクト固有のものであり、バルブ仕様または見積依頼書 (RFQ) に個別に記載する必要があります。

技術設計によるボールバルブの種類

ボールバルブは同時に複数の分類に属することができます。たとえば、バルブは鍛造、サイドエントリー、トラニオン取り付け、フルボア、ソフトシートの場合があります。これらの各用語を個別の「バルブ タイプ」として扱うと、選択が混乱する可能性があります。より明確な方法は、変更される設計変数に基づいてバルブを分類することです。 IQS と Wikipedia も同様に、ボディ構造、ボール サポート、ボアの形状を 1 つの次元として扱うのではなく、分離しています。

分類基準	主なオプション	何が変わるのか
ボールサポート	フローティング・トラニオン	圧力荷重経路、シート荷重および駆動トルク
ボディビルディング	サイドエントリー / トップエントリー / フルウェルド	組立方法、本体接合部、メンテナンスアクセス
製造ルート	鋳造/鍛造	圧力体のマテリアル パスと利用可能なジオメトリ
オリフィス	全穴 / 縮小穴	流路面積、圧力損失、バルブサイズ、ピギング能力
シート	ソフトシート/メタルシート	シール機構とサービス/中温性能
ドライブ	レバー / ギア / タイヤ / 電動 / 油圧	動作速度とリモコンと必要出力トルク

サイドエントリー、トップエントリー、完全溶接ボールバルブ

サイドエントリーボールバルブは、ボールとシートの周りに組み立てられた本体セクションを使用します。この構造はフローティング設計とトラニオン設計の両方に共通であり、鋳造または鍛造材料から製造できます。

トップエントリーボールバルブにより、本体上部の開口部から内部コンポーネントにアクセスできます。その技術的価値は単に外形の違いだけではありません。この構成により、従来の分割体バルブと同じ分解手順を使用せずに、内部コンポーネントに上からアプローチできるため、適切なインライン検査とメンテナンスが簡素化されます。 IQS はまた、メンテナンス アクセスがトップエントリー構造の主な特徴であると特定しています。

完全に溶接されたボールバルブにより、主圧力エンベロープ内のボルト締めされたボディジョイントが不要になります。これは、埋設またはパイプラインのサービスによって本体の接合部での外部漏洩が発生し、将来のアクセスがプロジェクトの重要な考慮事項になる場合に一般的に考慮されます。付属の製品パンフレットには、完全溶接ボール バルブが別の構造ファミリとしてリストされています。

ボールバルブオリフィスの構成

オリフィスはボールを通過する内部流路面積を決定し、パイプの流量制限、圧力損失、およびピグ通過容量に直接影響します。工業用ボールバルブは通常、フルオリフィス構成または縮小オリフィス構成で供給されます。

フルボアボールバルブ

フルボアボールバルブは、接続されたパイプのオリフィス近くの流路を維持するように設計されたボール開口部を使用します。内部通路が大きくなると、局所的な流量制限が軽減され、パイプラインに豚やその他の内部検査および洗浄ツールを収容する必要がある場合に特に重要です。

したがって、送電パイプライン、幹線断熱、およびパイプラインの流れ領域を維持することが重要なその他のサービスでは、フルボア構造が一般的に指定されています。

レデュースオリフィスボールバルブ

レデュースオリフィスボールバルブは、接続されたパイプのオリフィスよりも小さな内部ボール開口部を持っています。ボアの縮小により、同等のフルオリフィス設計よりも局所的な流量制限が大きくなりますが、ボール直径、バルブエンベロープ、重量、および作動トルクが低減されます。

オリフィスは、バルブの公称サイズだけではなく、必要な流量、許容圧力損失、およびピグ通路の要件に基づいて選択する必要があります。

ボールバルブシートの設計

シートはボールとバルブ本体の間のシール界面を形成します。その材質と構造は、バルブ全体の漏れ性能、駆動トルク、圧力温度範囲に影響します。-ボールバルブは使用条件に応じてソフトシートまたはメタルシートで構成されるのが一般的です。

ソフトシートボールバルブ

ソフト シート ボール バルブは、PTFE またはその他の指定されたシート素材などの人工ポリマー シートを使用して、ボールの機械加工表面と密接に接触します。この配置は、選択されたシート材料が動作圧力、温度、およびプロセス媒体に適合する場合に効果的なシールを提供します。

ポリマー材料が異なれば温度、耐薬品性、機械的限界も異なるため、「ソフトシート」という用語だけではバルブを選択するのに十分ではありません。

メタルシートボールバルブ

金属シート付きボールバルブは、ボールとシートの間に金属製のシール面を使用しており、高温、研磨性固体、またはその他の過酷な動作条件が、選択した柔らかいシート素材の実用限界を超える場合に検討されます。

メタルシートは耐温度以上に変化します。完全なバルブ設計の一部として、ボールの表面状態、シートの形状、材料の適合性、漏れ要件、作動トルクを考慮する必要があります。

したがって、シートの選択は、金属シートが自動的にソフトシートよりも優れていると考えるのではなく、実際のプロセス媒体、温度、圧力、固形分含有量、および必要なシール性能に基づいて行う必要があります。

ボールバルブの材質

ボールバルブの材質の選択は、ボディグレードだけでなく、圧力制限とシーリングシステム全体をカバーします。本体とカバーはパイプのライン圧力と外部荷重に耐える必要があり、ボール、ステム、シートリング、パッキン、ボルトは必要な動作温度、流体組成、差圧、および閉鎖性能に適合する必要があります。

したがって、工業用ボールバルブの場合は、システムとして材料の組み合わせを選択する必要があります。使用条件に応じて、圧力部品には炭素鋼、低温炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼が使用できます。ボールとステムには適切な強度、耐食性、表面状態が必要ですが、シートとパッキンの材料は、温度、圧力、サイクル、媒体への暴露下でのシール動作を決定します。

代表的な原料ルートを以下に示します。最終的な材料は、指定されたバルブ設計、圧力クラス、シート配置、サービス媒体、およびプロジェクト材料の仕様に従って確認する必要があります。

材料の選択は使用条件に従ってください。

最も重要な管理は、ボディ素材、トリム、シート、シーリング素材間の適合性です。適切なボディグレードだけでは、適切なバルブ構成を保証するものではありません。

例えば：

- 低温での使用では、単に本体の材質を変更するだけでなく、加圧部品やボルトの靭性にも注意する必要があります。

- 外部圧力制限が別の材料経路を使用している場合でも、腐食性媒体には、流体接触内部のアップグレードまたはステンレス/合金コンポーネントが必要になる場合があります。

- 高温または固体のサービスでは、シート素材の実際の選択が変更される可能性があり、設計が柔らかいシート配置から指定された金属シート システムに移行する可能性があります。

- 差圧が高いと、ボール/シートの荷重、ステムのトルク容量、合わせ面の適合性の重要性が高まります。

- 火災安全要件または逃散ガス要件が指定されている場合、ガスケット、ガスケット、および二次シーリングの規定にも影響します。

調達の場合、部品表では、適用される材料仕様および検査/文書要件とともに、本体、キャップ、ボール、ステム、シート システム、ガスケット、ガスケット、ボルトを個別に特定する必要があります。これにより、「ボールバルブの材質」を単一グレードとして扱うことが回避され、本体材質は許容できるが内部構造やシール部品が不十分なバルブを受け取るリスクが軽減されます。

API 6D ボールバルブと適用規格

規格はバルブの実際の使用状況に基づいて指定する必要があり、マーケティング ラベルとして追加するものではありません。

API 仕様 6D は、石油および天然ガスのパイプラインおよびパイプライン用途で使用されるバルブの要件をカバーしています。 API には現在、2025 年に発行された付録 3 を含む第 25 版がリストされています。その範囲には、ボール バルブおよびその他の種類のライン バルブの設計、製造、材料、品質管理、組立、テスト、マーキングおよび文書化の要件が含まれます。

API 608 は現在第 7 版で、フランジ付き、ネジ付き、溶接端を備えた金属製ボール バルブに対応しています。

ASME B16.34-2025 は、フランジ付き、ネジ付き、溶接端を備えた該当するバルブの圧力温度分類、材料、寸法、検査、試験、およびマーキング要件をカバーしています。 ASME B16.5 および B16.47 は、それぞれのサイズ範囲内のフランジ インターフェイスを扱いますが、ASME B16.10 はバルブの面間および端から端までの寸法を扱います。

プロジェクトの仕様には、追加のテスト、防火資格、逃散排出要件、サワーサービス材料の管理、またはその他の購入者固有の基準が必要な場合があります。これらの要件は注文書で確認する必要があり、バルブのタイプのみで想定されるものではありません。

プロジェクトに合わせてボールバルブを選択する方法

構成が固定された技術的順序で構築されている場合、ボール バルブの選択はより信頼性が高くなります。

必要なライン機能 → 呼び径 → 設計圧力/クラス → 動作温度 → 中 → フローティングまたはトラニオンサポート → フルボアまたはレデュースボア → 本体構造 → 本体および内部材料 → ソフトシートまたは金属シート → エンド接続 → アクチュエータ → テストと文書化。

全体的な絶縁ラインを小さくするために、フローティング設計により、トラニオン システムの複雑さを追加することなく、必要な閉鎖を実現できます。大口径または高圧パイプラインの場合、固定ボール配置により圧力ヘッドと作動トルクが異なる方法で制御されるため、トラニオン取り付けボールバルブの方が魅力的です。スクレーパの通過が必要な場合、総オリフィスが重要な選定条件となります。使用温度または固体が選択したポリマーシートの実際の能力を超える場合は、金属シートの構成を評価する必要があります。

必要なトルクはバルブのサイズ、差圧、シートの設計、動作条件によって変化するため、アクチュエータの選択はバルブの構成の後に行われます。実際のバルブトルクを確認する前にアクチュエータを選択すると、アクチュエータシステムのサイズが不正確になる可能性があります。

ダウンロード:ボールバルブ設計構成および選択ガイド.pdf

製造と品質管理

工業用ボールバルブの製造は、圧力体と内部材料の特定から始まります。鋳造または鍛造された本体コンポーネントは、本体キャビティ、端部接続、およびシール界面を確立するために機械加工されます。ボールは必要な穴と球面シール面に機械加工されます。次に、ステム、シートサポート、および接続コンポーネントが機械加工されてから、シートとシーリングシステムが組み立てられます。

したがって、品質管理はバルブ自体と同じ負荷経路に従う必要があります。つまり、材料のアイデンティティ、本体の状態、重要な寸法、ボールとシートの表面、ステムと防爆構造、端部の接続、組み立てられた操作、圧力封じ込めの完全性、およびシートのシール性能です。

トラニオンバルブの場合は、ボールサポート、シートリング、体腔接続部、注入またはベント/ドレンインターフェイスが設けられている場合、およびアクチュエータの取り付け配置について、追加の検査注意が必要です。付属のトラニオン ボール バルブのカタログには、これらのコンポーネントが分解図と材料シートで個別に示されています。

ボールバルブの用途

送電管の断熱。大口径パイプライン ブロック バルブは、差圧下でも動作を維持しながらライン圧力を制御する必要があります。トラニオンのサポート、総ボア流路、アクチュエータのトルク、ボディキャビティの管理、および端部接続が主要な構成入力となります。

ピッチャー、スクラッチキャッチャー、メインラインストレッチ。必要な内部クリアランスはピグやパイプ穴の寸法と照らし合わせて確認してください。公称バルブ サイズだけでは、そのバルブが必要な遮るもののない流路を提供していることを証明するものではありません。全体の穴の構成を確認する必要があります。

製油所および石油化学ユニットの断熱。流体の組成、温度、圧力クラス、閉鎖原理、およびシートの適合性によって、ソフトシートとメタルシートのどちらの構造が適切であるかが決まります。

ポンプ、コンプレッサー、遠隔操作ステーション。バルブのトルクと動作周波数は、ギア、空圧、油圧、電気駆動の選択に影響します。アクチュエータは選択したバルブに合わせて調整する必要があり、個別に指定することはできません。

ダウンロード:Trunnion_Ball_Valve_Isolation_Safety_and_Inspection_Guide.pdf

GNEE ボールバルブの供給とプロジェクトのサポート

GNEE は、パイプライン、石油およびガス、石油化学および産業パイプライン プロジェクト向けにボール バルブを供給しており、鋳造、鍛造、サイド エントリー、トップ エントリー、および完全溶接構造のフローティング ボール バルブおよびトラニオン ボール バルブをカバーしています。代表的な供給範囲は、フローティング ボール バルブの場合は NPS 1/2 ～ 8、該当するサイド エントリおよび完全溶接設計の場合は最大 NPS 60 までに及び、バルブの構造とサイズに応じて最大クラス 2500 の圧力クラスが利用可能です。 DBB ボールバルブ構成は、該当するパイプ断熱要件にも対応できます。

バルブ構成は、オリフィス流路の完全または縮小、軟質または金属シート、炭素鋼、合金鋼またはステンレス鋼の圧力材料、フランジ付きまたは突合せ溶接された端部、および手動、ギア、空気圧、電気または油圧作動を使用して、プロジェクトの条件に合わせて調整できます。トラニオンに取り付けられた設計には、ダブルロックとブリード、キャビティの圧力リリーフ、ベントとドレンの接続、緊急シールの備え、指定されている場合はステムエクステンションなどの機能が組み込まれる場合もあります。

GNEE は、バルブ自体を供給するだけでなく、サイズ、圧力クラス、オリフィス、材料、シート システム、エンド接続、およびアクチュエータの要件に加え、指定された検査および文書化の範囲に関するプロジェクト構成をサポートできます。これにより、公称サイズや圧力定格だけでなく、完全なパイプ断熱アセンブリとしてボールバルブを選択できるようになります。

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よくある質問

Q: フローティング ボール バルブよりもトラニオン ボール バルブが推奨されるのはどのような場合ですか?

A: 直径、圧力荷重、駆動トルクが増加するため、トラニオン構造が一般的に選択されます。ボールは機械的にサポートされ、可動シートリングがシール荷重を提供することで、フローティングボールを下流シートに押し付ける直接的な圧力が軽減されます。

Q: クラス 2500 とは、すべてのボール バルブ サイズがクラス 2500 で利用できるという意味ですか?

A: いいえ。圧力クラスは、呼び径、本体構造、材質、ボア、シートの設計とは無関係ではありません。付属のジャーナル寸法表には、使用可能なサイズ範囲が圧力クラスによって変化することが示されているため、選択した構成について正確なサイズ/クラス マトリックスを確認する必要があります。

Q: API 6D ボールバルブを注文するにはどのような情報が必要ですか?

A: バルブのタイプ、サイズ、クラス、オリフィス、本体と内部の材質、シートシステム、エンドコネクション、アクチュエータ、プロセス媒体、設計条件、および必要な検査/文書を指定します。必要に応じて、該当するプロジェクト標準として API 6D を示す必要があります。

Q: フルボアボールバルブは常に最良の選択ですか?

A: いいえ。制限のない流れ、低い局所圧力損失、またはスクレーパー通路が必要な場合は、完全なオリフィスが重要です。流量面積の減少が許容される場合、オリフィスを減らすことで、より小型で軽量のバルブを提供できます。正しい選択は、公称サイズだけではなく、パイプの操作要件によって決まります。

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