電動ボールバルブ：産業用途向けセレクションガイド

電動ボール バルブは、水処理、化学処理、石油とガス、HVAC、ユーティリティ ライン、製造プロセス ライン、および遠隔操作、自動遮断、または PLC 統合が必要な産業オートメーション システムで使用されます。このガイドでは、電動ボールバルブの仕組み、主な構成部品、ON/OFF制御と変調制御の違い、アクチュエータのトルク選定、材質、用途、見積依頼前に準備すべき技術情報などを説明しています。

電動ボールバルブとは何ですか?

電動ボールバルブは、1/4回転ボールバルブと電動アクチュエータを組み合わせた自動バルブアセンブリです。ボールバルブは流れの遮断またはルーティング機能を提供し、電動アクチュエータはボールを 90 度回転させてパイプラインを開閉します。手動ボールバルブでは、オペレータはハンドルまたはギアオペレータを回します。電動ボールバルブでは、電気モーターが歯車減速システムとカップリングを介してバルブステムを駆動します。

電動ボールバルブは、遠隔操作、自動制御、反復可能なタイミング、またはプラント制御システムとの統合が必要な場合に選択されます。これらは、手動アクセスが困難、安全でない、または遅すぎるプロセスや、バルブが PLC、タイマー、またはリモート コントロール パネルからの信号に応答する必要があるプロセスでよく見られます。

アクチュエータの構成はアプリケーションによって異なります。小型のプラスチック製バルブには低トルクの DC モーター アクチュエータが使用される場合がありますが、大型のフランジ付き鋼製バルブには位置フィードバック、手動オーバーライド、および防爆エンクロージャを備えた高トルクの多相 AC モーター アクチュエータが必要な場合があります。購入者は、1 つのアクチュエータ タイプがすべての用途に適合すると想定すべきではありません。アクチュエータの取り付けインターフェースの広範な概要については、「 バルブアクチュエータ選定ガイド.

電動ボールバルブはどのように動作するのですか?

電動ボールバルブは次のシーケンスで動作します。

• 電動モーター: アクチュエーターには、電気エネルギーを回転運動に変換する電気モーターが含まれています。
• ギア減速: ギアトレインはモーターの速度を低下させ、出力トルクをバルブが必要とするレベルまで増加させます。
• 出力軸： ギア付き出力シャフトは、カップリングと取り付けブラケットを介してバルブステムに接続されます。
• 4分の1回転の動き: 出力軸が約90度回転し、バルブ本体内のボールが回転します。ボールの穴がパイプラインと一致すると、バルブが開きます。ボールの固体側が流れに面すると、バルブが閉じます。
• リミットスイッチ: ほとんどのアクチュエータには、全開位置および全閉位置でモーターを停止する機械式または誘導式リミット スイッチが含まれています。
• 位置表示： アクチュエータハウジング上の視覚的な位置インジケータは、バルブが開いているか、閉じているか、または移行中であるかを示します。
• 位置フィードバック: 多くのアクチュエータは電気フィードバック信号 (開閉接点やアナログ位置など) を提供するため、制御システムはバルブの状態を確認できます。
• トルク保護: バルブが障害物や過剰な抵抗に遭遇した場合、トルク制限または電流制限により、アクチュエーターとバルブステムが保護されます。
• 手動オーバーライド: ほとんどの産業用電動アクチュエータには、停電中、試運転中、またはメンテナンス中の操作を可能にする手動オーバーライド (ハンドホイール、レバー、またはクラッチ機構) が含まれています。

すべての電動アクチュエータにこれらの機能がすべて搭載されているわけではありません。購入者は、特定のアクチュエータ モデルにどの機能が含まれているか、またそれらがアプリケーション要件を満たしているかを確認する必要があります。

電動ボールバルブの主な構成部品

電動ボールバルブアセンブリには、次の主要コンポーネントが含まれています。

ON/OFF と変調電動ボールバルブ

電動ボールバルブは、ON/OFF (開閉または 2 位置とも呼ばれます) および変調 (比例または調整とも呼ばれます) という 2 つの主な制御モードで使用されます。制御モードにより、アクチュエータのタイプ、制御信号、デューティ サイクル、およびバルブの設計要件が決まります。

オン/オフ制御

ON/OFF 電動ボールバルブが最も一般的な構成です。アクチュエータはバルブを全開位置または全閉位置に駆動します。これは、バルブが中間位置を保持する必要がない、隔離、バッチ移送、タンクの充填と排出、ユーティリティラインの遮断、およびプロセスシーケンスに適しています。

ON/OFF アクチュエータは通常、より単純な制御回路、より低いデューティ サイクル定格、および標準的なリミット スイッチ構成を使用します。バルブシートの設計は、絞りの耐摩耗性ではなく、厳密な遮断を目的として最適化されています。

変調制御

変調電動ボールバルブは、流量調整の中間位置を保持するためにバルブが制御信号 (4 ～ 20 mA または 0 ～ 10 V など) に従う必要がある場合に使用されます。これには、より高いデューティサイクル定格、位置フィードバック、およびアナログ入力を受け入れる制御モジュールを備えたデューティ変調用に設計されたアクチュエータが必要です。

購入者は、標準のオン/オフ ボール バルブが正確なスロットリングに適していると考えるべきではありません。標準のフルポート ボール バルブは、その全ストロークにわたって予測可能な制御特性を提供するように設計されておらず、継続的なスロットリング サービス下ではシートまたはボールの摩耗が加速する可能性があります。

スロットル用Vポートボールバルブ

ボールバルブによる変調制御が必要な場合、 Vポートボールバルブ または、他の制御指向のボールバルブ設計の方が適切な場合もあります。 V ポート ボール バルブは、移動範囲全体にわたってより予測可能な流量特性を提供する特別な形状のボール ボアを備えています。購入者は、調整サービス用のボールバルブを選択する前に、必要な流量特性、レンジアビリティ、シート摩耗リスク、およびアクチュエータのデューティを検討する必要があります。

電動ボールバルブセレクションガイド

電動ボールバルブを選択するには、バルブ、アクチュエーター、制御システムを実際の使用条件に適合させる必要があります。購入前に次の要素を確認する必要があります。

バルブサイズと圧力クラス

バルブのサイズは、パイプラインのサイズと流量要件によって決まります。圧力クラス (PN 定格または ASME クラス) は、システムの設計圧力と一致するか、それを超えている必要があります。購入者は、 フルポート またはポートを削減した設計が必要です。フルポートボールバルブは、公称パイプラインサイズに対して流量制限を最小限に抑えるように設計されたボアを使用し、圧力損失を低くします。縮小ポートバルブは内径が小さいため、隔離サービスには許容できる場合がありますが、流量に影響を与える可能性があります。

ボディ、ボール、シート、シール材質

材料の選択は、プロセス媒体、温度、圧力、腐食環境によって異なります。一般的な本体材質には、炭素鋼、ステンレス鋼 (304、316、316L)、ダクタイル鋳鉄などがあります。一般的なシートの材質には、PTFE、強化 PTFE (RPTFE)、PEEK、ナイロン、金属などがあります。次の間の選択 ソフトシートとメタルシート 温度、摩耗のリスク、および防火要件によって異なります。シール材質にはEPDM、FKM（バイトン）、NBR、PTFE系コンパウンドが含まれます。

すべての用途に適した単一の材料の組み合わせはありません。購入者は、特定の使用条件に対する化学的適合性、温度制限、圧力制限、および規制要件を確認する必要があります。詳細な材質比較については、 バルブ材質選定ガイド そして バルブトリム材料ガイド。高圧鍛造ボディの用途については、 鍛造バルブ材料ガイド.

アクチュエータトルクの選択

実際の使用条件では、アクチュエータのトルクはバルブ離脱トルクおよびランニングトルクを超える必要があります。を参照してください。 電動アクチュエータのトルク選択 詳細については、以下のセクションを参照してください。

電源電圧と制御信号

一般的なアクチュエータの電源電圧には、24 V DC、24 V AC、110 V AC、220 V AC、および 380 V AC (三相) があります。選択したアクチュエータはサイトの電源と一致する必要があります。 ON/OFF アクチュエータの制御信号は通常、個別です (ドライ接点、電圧パルス、またはリレー)。変調アクチュエータは、4 ～ 20 mA または 0 ～ 10 V などのアナログ信号を受け入れます。購入者は、制御信号のタイプ、配線、および通信プロトコルがプラント制御システムと一致していることを確認する必要があります。

フェールセーフと手動オーバーライド

電力損失または制御信号障害時にバルブが何をすべきかを購入者が決定する必要があります。フェールセーフ機構のない標準的な電動アクチュエータは、電力が失われた場合でも最後の位置に留まります。自動フェールクローズまたはフェールオープン動作を実現するには、次のような特定のフェールセーフ設計が必要です。

• スプリングリターン電動アクチュエーター
• バッテリーバックアップまたはスーパーキャパシタシステム
• エネルギー蓄積機構
• プラントレベルのUPSまたはバックアップ電源システム

手動オーバーライドは、自動フェールセーフ動作と同じではありません。手動オーバーライドを使用すると、停電時にオペレーターがバルブを手動で動かすことができますが、バルブが自動的に安全な位置に移動するわけではありません。購入者は、自動フェイルセーフ動作が必要かどうかを明確に指定し、選択したアクチュエータ設計がそれを備えていることを確認する必要があります。

デューティサイクルと動作周波数

デューティ サイクルは、アクチュエータが過熱することなく所定の時間内でどれだけ長く動作できるかを示します。デューティサイクル定格はアクチュエータの設計やメーカーによって大きく異なります。通常、調整サービスには、標準的な断続的なオン/オフ サービスよりも頻繁な開始、停止、位置決め義務に特化した定格のアクチュエータが必要です。購入者は予想される動作周波数を確認し、適切なデューティマージンを持つアクチュエータを選択する必要があります。自動化システムでの位置確認については、以下を参照してください。 ボールバルブの位置を決定する方法.

エンクロージャの保護と危険区域

アクチュエータのエンクロージャは設置環境から保護する必要があります。一般的な IP 等級には、IP65 (防塵、ウォータージェット)、IP66 (防塵、強力なウォータージェット)、および IP67 (防塵、一時的な浸漬) が含まれます。屋外設置、直射日光、雨、または腐食性雰囲気の場合は、より高度な保護と適切な材料が必要となる場合があります。

危険な場所の場合、アクチュエータは、ATEX または IECEx 認証など、該当するエリア分類に対する適切な承認または認証、または該当する UL/CSA 危険場所の承認を取得している必要があります。購入者はエリア分類を確認し、適合する保護コンセプト (耐圧防爆エンクロージャや本質安全防爆など) を備えたアクチュエータを選択する必要があります。爆発性雰囲気でのボールバルブの使用に関する詳細については、以下を参照してください。 危険な場所でボールバルブがどのように機能するか.

電動アクチュエータのトルク選択

アクチュエータのトルクの選択は、電動ボールバルブの仕様において最も重要な技術的決定の 1 つです。バルブの設計、シートの材質、定格圧力、使用条件が異なるとトルク要件も異なるため、バルブのサイズだけでアクチュエーターを選択することは信頼できません。

離脱トルク

離脱トルクは、バルブを閉位置から移動させるために必要なトルクです。シートは完全な差圧下でボールに押し付けられており、静摩擦は動摩擦よりも大きいため、これは通常、アクチュエータが提供しなければならない最大トルクです。離脱トルクは以下によって決まります。

• バルブのサイズとデザイン
• シート材質（PTFE、RPTFE、金属、ナイロン）
• ボール全体の差圧
• 温度（シート素材の摩擦は温度によって変化します）
• アイドル時間の長さ (時間の経過とともにシートが冷えたり、固着したりする可能性があります)
• メディアの清浄度と堆積物

走行トルク

ランニングトルクは、離脱後にボールを回転し続けるために必要なトルクです。通常、このトルクは離脱トルクよりも低いですが、90 度の移動全体にわたって維持する必要があります。アクチュエータは、バルブを閉位置に固定するのに十分なトルク (閉トルク) も提供する必要があります。

時間の経過とともにトルクに影響を与える要因

トルク要件はバルブの耐用年数とともに変化する可能性があります。トルクが増加する可能性のある要因には次のようなものがあります。

• シートの老化、圧縮永久歪み、またはコールドフロー
• ボールまたはシート表面に堆積物が蓄積する
• バルブキャビティ内の結晶化またはスケーリング
• シート素材の特性に影響を与える温度変化
• ステムまたは座面の腐食
• アイドル時間が長いとシートが固着する
• バルブロット間の製造公差

これらの変数のため、アクチュエータの選択には、公称バルブ離脱トルクを超える安全マージンを含める必要があります。適切なマージンは、用途、シートの材質、および予想される使用条件によって異なります。購入者はバルブメーカーのトルクデータを参照し、動作電圧と温度でのアクチュエータの出力トルクを確認する必要があります。より広範な自動化ガイダンスについては、に関する記事を参照してください。 自動電動バルブ.

素材とメディアの互換性

材料の適合性は、特定の用途の化学薬品、濃度、温度、圧力、汚染物質、および暴露条件によって異なります。購入者は、一般的な抵抗チャートに依存するのではなく、実際の使用条件に対する互換性を確認する必要があります。

電動ボールバルブの一般的な材料の組み合わせは、以下にまとめられています。

特定の化学プラントの用途については、当社の専用ガイドを参照してください。 化学プラントの電動ボールバルブ.

産業用途

電動ボールバルブは、自動流量制御が必要なさまざまな産業用途で使用されています。

• 水処理: 自動化された分離、フィルター逆洗シーケンス、化学薬品投与ライン、および分配制御
• 化学処理: バッチ転送、プロセスシーケンス、および腐食性または危険な媒体のリモート隔離。化学プラントのアプリケーションについては、を参照してください。 化学処理用工業用バルブ
• 冷暖房空調設備: 冷水隔離、温水遮断、冷却システム制御
• ユーティリティライン: 圧縮空気、冷却水、および一般的なプラントユーティリティの配電
• 製造工程ライン： 自動化されたシーケンス、充填、排出、および分離
• 石油とガス: バルブ、アクチュエーター、電気的分類、および認証がサービスに適している場合のパイプラインの隔離とプロセスの遮断
• スキッドシステムとパッケージ化された機器: 迅速な展開のための統合制御を備えた事前に組み立てられたバルブパッケージ

各アプリケーションには、材料の適合性、圧力定格、アクチュエータのタイプ、制御信号、エンクロージャの保護、およびフェールセーフ動作に関するさまざまな要件があります。購入者はバルブアセンブリを実際の動作条件に適合させる必要があります。

電動ボールバルブ vs 空気圧ボールバルブ

電気アクチュエータと空気圧アクチュエータは、ボール バルブの 2 つの最も一般的な自動化方法です。選択は、サイトのユーティリティ、制御要件、作動速度、フェールセーフのニーズ、および設置環境によって異なります。

どちらのテクノロジーも普遍的に優れているわけではありません。電動アクチュエータは、計器用空気が利用できない場合、配線が空気配管より簡単な場合、または電気制御システムとの統合が主な要件である場合に実用的です。空気圧アクチュエータは、高速サイクルが必要な場合、複雑さを増すことなくスプリングリターンフェールセーフが必要な場合、または信頼性の高い計器空気システムがすでに利用可能な場合に推奨されます。空気圧アクチュエータの選択については、を参照してください。 単動アクチュエータと複動アクチュエータの比較 違い。空気圧システムの計画については、 空気圧アクチュエータの空気消費量。より広範な比較については、ガイドを参照してください。 手動および自動バルブの選択.

よくある選択の間違い

電動ボールバルブの問題の多くは、バルブ購入前の選択ミスが原因であることが考えられます。

• バルブサイズのみでアクチュエータを選択: トルクは、公称サイズだけでなく、シートの材質、差圧、温度、バルブの設計にも依存します。
• 離脱トルクを無視した場合: アクチュエータは最大差圧で静摩擦を克服する必要があり、これは回転トルクよりも大幅に大きくなる可能性があります。
• 差圧を無視する場合: 低圧で簡単に開くバルブは、フルライン圧力でははるかに高いトルクを必要とする場合があります。
• 間違った電圧: アクチュエータとサイト電源間の電圧が不一致であると、モータの故障やトルク不足が発生します。
• 間違った制御信号: ON/OFF アクチュエータは変調信号を受け入れることができず、その逆も同様です。
• デューティサイクルを無視する: 負荷の低いアクチュエータを頻繁に使用すると、モーターの過熱や早期故障が発生します。
• 周囲温度を無視する: 極度の寒さまたは熱は、アクチュエーターのグリース、モーターの性能、およびエンクロージャーのシールに影響を与えます。
• 間違ったシート素材: PTFE は、すべての媒体または温度範囲に適しているわけではありません。高温または研磨作業には金属製シートが必要になる場合があります。
• 不適切なスロットルデューティに標準ボールバルブを使用する場合: 標準のフルポート ボール バルブは、正確な流量調整ではなく、遮断を目的として設計されています。
• 故障位置の要件を無視する: フェイルセーフアクチュエータの設計を指定せずに、バルブがフェイルクローズすると仮定します。
• エンクロージャの保護を無視する: 屋外または洗浄環境では、適切な IP 定格と耐腐食性が必要です。
• 危険区域要件の無視: 標準アクチュエータは、適切な認証がなければ爆発性雰囲気には適していません。

電動ボールバルブのRFQチェックリスト

見積もりをリクエストするには、購入者は次の情報を提供する必要があります。

よくある質問

電動ボールバルブとは何ですか？

電動ボールバルブは、1/4回転ボールバルブと電動アクチュエータを組み合わせた自動バルブアセンブリです。アクチュエーターは電気モーターとギア減速を使用してボールを 90 度回転させ、パイプラインを開閉します。電動ボールバルブは、遠隔操作、自動制御、またはプラント制御システムとの統合が必要な場合に使用されます。

電動ボールバルブはどのように機能しますか?

アクチュエーター内の電気モーターは歯車列を駆動し、速度を下げてトルクを増加させます。出力シャフトは、カップリングと取り付けブラケットを介してバルブステムに接続されます。アクチュエーターが電気信号を受信すると、モーターが出力シャフトを約 90 度回転させ、バルブ本体内のボールを開位置または閉位置に回転させます。リミットスイッチはモーターを最終位置で停止し、位置フィードバックを制御システムに送信できます。

電動ボールバルブと空気圧ボールバルブの違いは何ですか?

電動ボールバルブは電動モーターアクチュエーターを使用しており、電源が必要です。空気圧ボールバルブは、圧縮空気と空気圧アクチュエータを使用します。電動アクチュエータは計器用空気が利用できない場合に実用的であり、電気制御システムとの統合が容易です。空気圧アクチュエータは通常、より高速で、スプリング リターン フェールセーフ動作が簡単で、信頼性の高い空気供給が存在する高頻度のサイクリングに適しています。

電動ボールバルブを流量制御に使用できますか?

標準ボールバルブは主に遮断バルブであり、完全に開いた状態または完全に閉じた状態で使用する場合に最も強力です。変調アクチュエータを取り付けると、電動ボールバルブは限定された位置制御を提供できますが、標準のフルポートボールバルブの流量特性は正確なスロットルには理想的ではありません。正確な流量調整が必要なアプリケーションの場合は、デューティを調整するために設計された V ポート ボール バルブ、コントロール バルブ、またはその他のバルブ タイプを検討する必要があります。

ボールバルブ用の電動アクチュエータのサイズをどのように設定すればよいですか?

アクチュエータのサイジングは、実際の動作条件下でのバルブ離脱トルク、作動トルク、および閉鎖トルクに基づいて決定する必要があります。トルクはバルブのサイズ、シートの材質、差圧、温度、媒体によって異なります。購入者はメーカーからバルブトルクデータを入手し、シートの経年劣化や動作条件に対して適切な安全マージンを適用し、アクチュエータの出力トルクが動作電圧および動作温度で必要な値以上であることを確認する必要があります。

停電時に電動ボールバルブが故障して閉じる可能性はありますか?

標準的な電動アクチュエータは、電力が失われた場合でも最後の位置に留まります。特定のフェールセーフ設計が使用されない限り、自動的に閉位置または開位置に移動することはありません。フェールセーフ動作には、スプリングリターン アクチュエータ、バッテリ バックアップ システム、スーパーキャパシタ モジュール、またはその他の蓄電装置が必要です。購入者は、自動フェイルセーフ動作が必要かどうかを指定し、選択したアクチュエータ設計がそれを備えていることを確認する必要があります。手動オーバーライドは、自動フェールセーフ動作に代わるものではありません。

電動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?

購入者は、バルブのタイプ、サイズ、圧力クラス、接続タイプ、本体とトリムの材質、シートとシールの材質、プロセス媒体、設計と動作圧力、設計と動作温度、供給電圧、制御信号の種類（オン/オフまたは変調）、位置フィードバック要件、フェールセーフ要件、手動オーバーライド要件、エンクロージャ定格、危険区域分類（該当する場合）、該当する規格、証明書要件、検査要件、および数量を提供する必要があります。

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Vcore Valve はお客様の技術要件を検討し、お客様の用途に適した電動ボール バルブ パッケージを推奨します。見積もりをリクエストするには、バルブのタイプ、サイズ、圧力クラス、材質、プロセス媒体、温度、圧力、供給電圧、制御信号、フェールセーフ要件、および必要な規格を提供してください。 Vコアバルブへのお問い合わせ プロジェクトの仕様に合わせて。