Jiangsu Huafilter Hydraulic Industry Co.、Ltd。
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リリーフバルブの動作原理:これらの安全装置がシステムを保護する方法

2025-09-08
リリーフバルブの動作原理

プレッシャーが高すぎると、産業システムがどのように安全を保つのか疑問に思ったことはありませんか?答えは、リリーフバルブと呼ばれるシンプルだが巧妙なデバイスにあります。これらの安全ヒーローは、機器を保護し、命を救い、災害を防ぐために24時間年中無休で働いています。

リリーフバルブとは何ですか?なぜそれが必要なのですか?

リリーフバルブは、加圧されたシステムのセーフティガードのようなものです。容器内で物事が混雑しすぎると開く自動ドアと考えてください。圧力が危険なほど高くなると、バルブはそれ自体で開き、いくらかの流体が​​逃げます。これにより、爆発、機器の損傷を防ぎ、人々を安全に保ちます。

プレッシャーが危険になる理由は次のとおりです。
  • ポンプがブロックされ、液体を押し続けます
  • 熱により液体とガスが膨張します
  • 化学反応は制御不能になります
  • 火がタンクとパイプを加熱します

リリーフバルブがなければ、これらの状況は壊滅的な失敗を引き起こす可能性があります。だからこそ、彼らは多くの産業システムで法律で要求されています。

知っておくべき重要な用語

リリーフバルブの仕組みに飛び込む前に、重要な圧力用語を理解しましょう。

圧力を設定します:バルブが開くことになっている正確な圧力。これは目覚まし時計を設定するようなものです - 適切なタイミングで消えます。

作業圧力:日常の操作中の通常の圧力。これは、常に設定された圧力よりも低くする必要があります。

過圧:バルブを完全に開くのに必要な余分な圧力。通常、セット圧力より10〜25%上回っています。

ブローダウン:バルブが開いたときと再び閉じるときの圧力差。これにより、バルブが絶えず開閉しないようにします(チャタリングと呼ばれます)。

背圧:バルブの出口側から押し戻される圧力。

リリーフバルブの基本部分

すべてのリリーフバルブには、これらの主要なコンポーネントが一緒に動作します。

バルブ本体

これは、システムに接続する主要な住宅です。入口(加圧された流体が入る場所)と出口(流体が逃げる)があります。

ディスクまたはボール

この可動部分は、ボトルの中のコルクのように機能します。閉じたとき、それは座席に対してしっかりと密封します。圧力が高くなりすぎると、持ち上げられ、流体が流れるようになります。

座席

これは、ディスクが置かれているシーリング表面です。閉じたときに漏れを防ぐことは非常に滑らかで正確でなければなりません。

これにより、通常の動作中にバルブを閉じたままにする力が提供されます。スプリングの張力を調整することにより、セット圧力を変更できます。

センシング要素

この部分は、システムの圧力を「感じる」。ピストン、ダイヤフラム、またはディスク自体にすることができます。圧力が設定ポイントに到達すると、この要素は移動してバルブを開きます。

リリーフバルブの仕組み:完全なプロセス

作業原則は、開閉力と閉鎖力の間の綱引きのような単純な力バランスに基づいています。

ステップ1:通常の操作(バルブが閉じられた)

通常の操作中に、スプリングフォースがディスクを押し下げ、シートに対して密閉したままにします。システムの圧力はディスクに押し上げられますが、スプリング力を克服するのに十分な強さではありません。

力バランス:スプリングフォース>圧力=バルブは閉じたままです

ステップ2:圧力が蓄積します

システムの圧力が増加すると、ディスク上の上向きの力も増加します。圧力が設定ポイントに達するまで、バルブは閉じたままです。

ステップ3:開くことが始まります

圧力が設定された圧力に当たると、上向きの力はスプリング力に等しくなります。ディスクはわずかに持ち上げられ始め、小さな開口部が作成されます。これは「ひび割れ」または「ポップ」と呼ばれます。

ステップ4:フルオープニング

圧力が設定ポイントを超えて上昇し続けると(過圧)、ディスクは高く持ち上げられます。より多くの液体が流れ出すため、システムの圧力を下げるのに役立ちます。

ステップ5:もう一度閉じます

十分な液体が逃げて圧力が低下すると、スプリング力は再び圧力力よりも強くなります。ディスクは後ろに動き、座席に密封します。

バルブは、開いた同じ圧力で閉じません - 低い圧力で閉じます。この違い(ブローダウン)は、バルブが急速に開閉するのを防ぎ、バルブに損傷を与えます。

2つの主要なタイプのリリーフバルブ

直接作用式リリーフバルブ

これらはよりシンプルなタイプです。システムの圧力は、スプリングに対して作業して、ディスク上で直接作用します。

彼らがどのように機能するか:
  • システム圧力はディスクに直接押します
  • 圧力がスプリング力を克服すると、バルブが開きます
  • 開口部は段階的です(圧力の増加に比例します)
  • 閉鎖は、圧力が低下すると発生します

長所:

  • 非常に高速な応答(2〜10ミリ秒で開きます)
  • より少ない部品のシンプルなデザイン
  • 安価
  • 基本的なアプリケーションに対して信頼できます

短所:

  • それほど正確な圧力制御
  • うるさいやおしゃべりになることがあります
  • 限られたフロー容量
  • SET圧力の近くでいくらかの漏れがあるかもしれません

最適:小さなシステム、油圧回路、緊急圧力緩和

パイロット操作リリーフバルブ(PORV)

これらは2段階のシステムを使用します。小さなパイロットバルブは、より大きなメインバルブを制御します。

彼らがどのように機能するか:
  1. システム圧力は、メインバルブの上部と下部の両方を埋めます
  2. 上部チャンバーの領域が大きいため、正味の力はメインバルブを閉じたままにします
  3. 小さなパイロットバルブがシステムの圧力を感知します
  4. 圧力が設定ポイントに達すると、パイロットバルブが開きます
  5. これにより、上部のチャンバーからの圧力が解放されます
  6. 圧力差がメインバルブをすばやく開きます
  7. システムの圧力が低下すると、パイロットが閉じ、メインバルブが再生されます

長所:

  • 非常に正確な圧力制御
  • 大きなフロー容量
  • タイトシーリング(圧力の下に漏れがない)
  • おしゃべりすることなく安定した操作
  • 高い背圧を処理できます

短所:

  • より複雑なデザイン
  • 応答時間の遅い(〜100ミリ秒)
  • より高いコスト
  • きれいな液体が必要です(パイロットはプラグを取得できます)

最適:大規模な産業システム、蒸気ボイラー、化学プラント、正確なプロセス制御

実際のシステムのアプリケーション

油圧システム

リリーフバルブは、油圧ポンプとシリンダーを過剰圧力から保護します。例えば:

  • 掘削機:バケツが不動のオブジェクトに当たったときに油圧シリンダーを保護します
  • 航空機ブレーキ:着陸中の熱による圧力の上昇を処理します
  • 産業プレス:ワークピースが形成に抵抗したときの損傷を防ぎます

蒸気およびボイラーシステム

ボイラーの安全バルブは、圧力が高くなりすぎると蒸気を放出することにより、壊滅的な爆発を防ぎます。これらは厳格なASME安全コードを満たす必要があります。

化学処理

リリーフバルブは、リアクターと容器を次のものから保護します。

  • 暴走した化学反応
  • 外部火暖房容器
  • 冷却システムの故障
  • 排出ラインをブロックしました

冷蔵システム

温度活性化されたリリーフバルブは、周囲温度が上昇すると冷媒の過剰圧力から保護します。

一般的な問題と解決策

おしゃべりまたは羽ばたき

問題:バルブは急速に開閉し、音を立て、部品を磨きます。

原因:バルブが広すぎて、アプリケーションには高い背圧、インレット配管の圧力低下

ソリューション:小さなバルブを使用したり、背圧を下げたり、より大きなインレット配管を取り付けたりします

閉じたときの漏れ

問題:システム圧力が設定されている場合でも、流体は逃げます。

原因:破損したシーリング表面、座席の異物、腐食または摩耗

ソリューション:バルブをきれいにし、損傷した部品を交換し、流体の清潔さを確認します

設定された圧力で開きません

問題:バルブは、必要なときに開くことができません。

原因:スプリングの調整が間違っている、腐食のためにバルブが詰まっている、ブロックされたパイロットシステム(PORV)

ソリューション:スプリング、クリーン、サービスバルブ、明確な詰まりを再調整します

開いてから閉じません

問題:圧力降下後、バルブは開いたままです。

原因:破損したディスクまたはシート、曲がったバルブステム、閉鎖を防ぐ外来材料

ソリューション:損傷した部品を修理または交換し、バルブを徹底的に清掃します

適切なリリーフバルブを選択する方法

ステップ1:シナリオを特定します

過剰圧力を引き起こす可能性のあるものを決定する:ポンプ放電ブロック、外部火災、熱交換器のチューブ障害、制御バルブ障害

ステップ2:必要な流量を計算します

業界標準(API 520など)を使用して、圧力を制御するためにバルブが排出する液体の量を計算します。

ステップ3:バルブタイプを選択します

直接作用:中程度のフローを備えたシンプルで高速応答アプリケーション用

パイロット操作:正確な制御、高流量、または高い背圧のために

ステップ4:材料を選択します

液体と互換性のある材料を選択します:腐食性液用のステンレス鋼、高温用の特別な合金、タイトシーリング用の柔らかいシート

ステップ5:バルブのサイズ

標準式を使用して、必要な流量、流体特性、許容過剰、逆圧条件に基づいて必要なバルブサイズを計算します

安全基準と規制

リリーフバルブは、厳格な業界基準を満たす必要があります。

ASMEボイラーと圧力容器コード:圧力容器上のリリーフバルブが必要であり、過剰圧力は設計圧力を10〜21%上回るまで制限します。

API標準:サイジングバルブ(API 520)、インストールプラクティス(API 521)、および標準寸法(API 526)の方法を提供します。

定期的なテスト:バルブは定期的にテストして、正しい圧力で開くことを確認し、閉じたときに適切にシールする必要があります。

結論:あなたのシステムの最後の防衛線

リリーフバルブは、産業安全の名もないヒーローです。それらは、壊滅的な失敗を防ぐために、電気や人間の介入なしに自動的に動作します。彼らの働く原則を理解することはあなたに役立ちます:

  • アプリケーションに適したバルブを選択してください
  • 信頼できる操作のためにそれらを適切に維持します
  • 問題が発生したときのトラブルシューティング
  • 安全規制の遵守を確保します

単純な油圧回路または複雑な化学プロセスを扱うかどうかにかかわらず、リリーフバルブはその重要な最後の防御線を提供します。それらを選択、インストール、および維持することにより、システム全体の安全性と信頼性に投資しています。

覚えておいてください:リリーフバルブはメンテナンスと同じくらい良いです。定期的な検査、テスト、およびサービスは、これらの重要な安全装置が最も必要なときに準備が整うようにします。

特定のアプリケーションについては、常に資格のあるエンジニアと相談し、適用可能なコードと標準に従ってください。リリーフバルブの選択と設置は、適切なエンジニアリング分析なしでは決して実行されないでください。

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