EN
バタフライバルブのコスト、重量、および効率の利点
ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブと比較したコスト効果
バタフライバルブは、ゲート、グローブ、ボールバルブに比べて大幅なコスト削減が可能です。業界のデータによると、同等のボールバルブと比較して20～30%安価でありながら、同等の耐圧性能を維持しています。シンプルなディスクとステムの設計により、原材料の使用量が少なく、製造工程も比較的簡単になるため、初期の資本支出を削減しつつ、性能を損なうことなく実現できます。
軽量設計により設置および構造支持コストを削減
バタフライバルブは同等のゲートバルブに比べて最大70%軽量化できるため、設置作業の労力が大幅に削減され、頑丈な構造支持の必要がなくなります。たとえば、8インチの炭素鋼製バタフライバルブを支持する場合のコストは、より重い代替品を支持する場合に比べて通常30～50%低く抑えられ、材料費および設計工学の両面でコスト削減が実現します。
圧力損失が低く、流体システムのエネルギー効率を向上
バタフライバルブの流線型ディスクは流れに対する抵抗を最小限に抑え、ウォーターシステムにおいてグローブバルブと比較して15～30％の圧力損失低減を実現します。この低い水力損失によりポンプ運転に必要なエネルギーが直接的に削減され、特に大容量用途ではわずかな効率向上でも長期間にわたって大きな運用コスト削減につながります。
流れに対する抵抗が小さいことによる給排水・下水処理分野でのエネルギー節約
Hydraulic Institute（2023年）の最近の研究によると、水の流量制御にバタフライバルブに切り替えた都市では、システムのエネルギー使用量が約15～30％削減されることが確認されています。その理由は、これらのバルブが大きな配管内部で水の流れを完全に遮断する部分がないため、乱流が大幅に低減されるからです。これにより、ポンプは水を送り出すためにそれほど強く作動する必要がなくなり、ほとんどの場合、より高効率で運転できます。長期間連続運転が求められる廃水処理施設などの施設では、この差が月日が経つにつれて顕著に現れます。エネルギー費用の削減と故障の減少は、このような重要なインフラを管理する上で非常に大きな意味を持ちます。
設置スペースが限られている場所に適したコンパクトでシンプルな構造設計
クォーターターン操作による迅速かつ信頼性の高い流量制御
バタフライバルブは、いわゆるクォーターターン機構で作動し、基本的に90度回転させることで、流体を完全に通過させたり、完全に流れを遮断したりします。これらのバルブが作動する速度は、火災の消火やプロセスの緊急停止など、緊急時において非常に重要です。なぜなら、そのような状況では1秒1秒が重要になるからです。複数回の回転を必要とする他のタイプのバルブと比較して、バタフライバルブは内部の可動部品が少なく、構造がよりシンプルです。部品が少なければ、故障する頻度が低く、必要な際にメンテナンスが一般的に容易であり、予期せぬ重大な問題が発生することなく、全体的に長期間使用できる傾向があります。
コンパクトなフェース・トゥ・フェース寸法により、複雑な配管レイアウトでの省スペースを実現
バタフライバルブは、従来のゲートバルブやグローブバルブと比較して、サイズが約85%小型であるため、壁や配管、その他のインフラとの間で僅かなスペースしか確保できない産業用空間において非常に適した選択肢となります。このコンパクトな設計は、既存システムに大型バルブを無理に取り込むために高価な変更を必要としないリトロフィット工事において特に優れた性能を発揮します。また、小型であるため取り扱いも容易で、作業員は特殊な工具や追加の時間を必要とせずに、狭い場所でもこれらのバルブを設置できます。
ディスク式の流量制御により、流れの遮断が最小限に抑えられ、高い流量容量を実現
開位置では、ウエハー式バタフライバルブ内の薄いディスクが流体の流れ方向と一致し、パイプライン内での抵抗をほとんど生じさせません。このようなバルブの設計は、標準的な配管システムの実際の流量能力に非常に近づくため、流体が通過する際に圧力損失が最小限に抑えられます。そのため、都市の給水ネットワークなど、大容量の流量を必要とする状況で多くのエンジニアがバタフライバルブを採用しています。ポンプが抵抗に対してそれほど強く作動する必要がないため、全体的な消費電力が少なくなります。また、ディスクがバルブ本体の中央に位置しているため、部分的に閉じた状態でも乱流がほとんど発生せず、シール面の摩耗が少なく、交換や修理が必要になるまでの寿命が長くなります。
産業用途の幅広い範囲および媒体との互換性
水処理および都市の給水システムにおける主要な使用
バタフライバルブは、清浄な飲料水配管から下水処理場、洪水制御ネットワークに至るまで、今日の水システムの約75％に使用されています。これらのバルブの構造により、大口径のパイプ内を水流れる際の圧力損失が低減されるため、ポンプが水を送るためにそれほど強く働く必要がありません。都市部では、水中にごみや不純物が含まれていても非常に高い気密性を維持できることから好まれており、さらに長年にわたりほとんどメンテナンスを必要とせず、保守作業員の手間がかかりません。
耐久性のあるシート材質（EPDM、Vitonなど）による化学薬品に対する耐性
化学処理におけるバタフライバルブは、過酷な物質に対処するため、特定の弾性シート材質を使用した場合に最も適切に機能することが多いです。例えば、EPDMは250華氏度程度の温度でも酸やアルカリに対して比較的高い耐性を示します。また、Vitonは炭化水素やさまざまな溶剤に対して特に優れた性能を発揮します。塩素溶液や複雑な石油化学混合物などにさらされた場合、不適切な材料ではバルブが早期に劣化してしまうため、適切な材料を選ぶことが非常に重要です。適切な材料を使用したバルブは、工場現場で一般的に使用されている通常の構成と比べて、3年から5年長い寿命を持つ傾向があり、その差は時間とともに明確になります。
迅速なシーリングが求められる防火システムにおける信頼性の高い性能
防火システムにおいて、停止が必要な際には迅速性と信頼性が最も重要です。バタフライバルブはクォーターターン機構によりわずか5秒以内に完全に閉止できるため、NFPA 25が定めるスプリンクラーシステムの性能基準にも合致しています。これらのバルブは、200 psiを超える圧力下でも、停止時において最も微小な漏れを防ぐほど極めて気密性の高いシールを備えています。また、コンパクトな設計であるため、ライザールームやポンプ付近など、設置スペースが限られている場所に最適です。このような場所では、緊急時に空間の制約と迅速な反応の両方が極めて重要になります。
スロットル性能および流量制御能力
産業用バタフライバルブのスロットル範囲と制御精度
産業用の使用されるバタフライバルブは、約10度から60度の範囲でのスロットル用途に適しており、この範囲内では非常に一貫性があり信頼性の高い流量制御が可能です。30度から70度の開度範囲を検討する場合、さまざまな流体動力学の研究で示されているように、多くの標準モデルは実際には±5％以内の流量制御精度を維持できます。これらのバルブは、わずかな変化のためにも複数回の回転を必要とする直動式のタイプとは異なります。円板の回転構造により、動作範囲全体にわたってはるかに良好な比例制御が可能になります。これにより、部分的な流量を一定の精度で管理する必要がある大規模システムに特に適しています。
動的流量制御のための迅速な制御と高速作動
バタフライバルブはクォーターターン方式で動作し、わずか0.5秒から2秒で完全に開閉します。これに対してゲートバルブは8回から15回の完全回転が必要なため、非常に高速です。この迅速な応答性により、突発的な流量の急増に対処したり、システム内の異なる部分間でプロセスをバランスさせたりするような、状況が急速に変化する場面に最適です。空気圧アクチュエーターと組み合わせてリアルタイム監視システムに接続することで、一部のモデルでは200ミリ秒以内に流量を調整できます。2023年にPonemon Instituteが行った調査によると、水処理プラントは毎年約74万ドルもの損失をオーバーフローによる損害の修復に費やしています。より速いバルブの応答時間は、こうした高価な事故を大幅に削減するのに役立ちます。
連続的な流量調整時の絞り使用とシート摩耗のトレードオフ
バタフライバルブは応答性の高い絞り制御が可能ですが、長時間にわたる半開状態での運転は、弾性シート（例：EPDM、Viton）に対する乱流を増加させ、全開・全閉サイクルと比較して最大3倍の摩耗を促進します。このトレードオフを考慮した慎重な計画が必要です。
| ポジション | 耐磨率 | 予想耐用年数 |
|---|---|---|
| 全開／全閉 | 標準 | 7～10年 |
| 連続的な絞り制御 | 高い | 2～4年 |
| 沈殿物を伴う絞り制御 | 深刻な | <18か月 |
連続的な変調運用においてシール寿命を延ばすため、エンジニアは高摩耗領域となる角度範囲での滞在時間を最小限に抑えるディスク位置コントローラーの使用を推奨しています。これにより健全性が維持され、予期せぬメンテナンスが削減されます。
現代のパイプラインシステムにおける自動化および統合の容易さ
低トルク要件により、小型で費用対効果の高いアクチュエーターを使用可能
バタフライバルブはボールバルブやゲートバルブと比較して操作に必要なトルクが大幅に少なくて済むため、小型で安価なアクチュエータとの相性が非常に良いです。この効率の良さの理由はディスクの設計方法にあります。ディスクが約15〜30度回転し始めると、抵抗が著しく低下します。ある研究によれば、他のバルブと比較してバタフライバルブに切り替えることで、駆動装置にかかる費用をほぼ半分に削減できる場合があります。自動化システムを運用している企業にとっては、経済的な観点から非常に賢明な選択と言えます。
手動、空気圧、電動、油圧アクチュエーションに対応
バルブにはさまざまな操作方法があり、自動化システムの構築をはるかに柔軟にします。多くの工場では最初はシンプルな手動ハンドホイールで制御を始め、生産が忙しくなってくると空圧式や電動式のオプションに移行します。食品生産ラインのような連続運転プロセスを扱う場合、油圧アクチュエータは特に優れた性能を発揮します。これらは毎日約1000回の動作をこなしつつ、長期間にわたり正確性を維持します。システムの自動化レベルを調整できるため、工場の管理者は現時点での必要に応じて投資額を見合い、初期投資を過剰にすることを避けられます。
SCADAおよびデジタル制御システムとのシームレスな統合
最近のバタフライバルブは、ModbusやHARTなどの共通プロトコルのおかげで、SCADAシステムと非常にうまく連携できます。90度回転で動作する方式により、バルブの開閉位置を明確にフィードバックできるため、需要の変化に応じてオペレーターが迅速に流量を調整できます。こうした調整は、ほとんどの場合わずか2〜3秒以内に行われます。この高速応答性により、メンテナンス担当者は時間経過に伴うトルクの傾向を監視することで、潜在的な問題を早期に発見できます。水道事業者では、配水ネットワークにこのような監視を導入して以来、予期せぬ停止が約30％減少しています。これは当然のことです。問題を重大な故障になる前に察知できれば、将来的に費用も手間も節約できるからです。
よくある質問
バタフライバルブのコスト面の利点は何ですか？
バタフライバルブは、設計がシンプルで材料費も安価なため、ボールバルブに比べて20〜30％のコスト削減が可能です。
バタフライバルブの重量は設置にどのように影響しますか？
バタフライバルブはゲートバルブに比べて最大70％軽量であり、設置コストや重量構造支持の必要性を低減します。
バタフライ弁はエネルギー効率をどのように向上させますか？
バタフライバルブの設計により圧力損失が少なくなるため、グローブバルブと比較してポンプ運転エネルギー要件を15〜30％削減できます。
バタフライバルブは化学用途に適していますか？
はい。EPDMやVitonなどの適切なシート材質を使用すれば、バタフライバルブは過酷な物質を効果的に取り扱うことができます。
バタフライバルブは消火保護システムにおいてどのような役割を果たしますか？
バタフライバルブは迅速なシール機能と小型設計を備えており、消火保護システムに最適です。高圧時でも素早く閉止でき、確実なシールを維持します。
絞り制御にバタフライバルブを使用する場合の欠点は何ですか？
連続的な絞り制御により乱流が増加し、バルブシートへの摩耗が進む可能性があり、耐用年数が短くなることがあります。
