WO2018070140A1 - ゲートバルブの構造とその製造方法 - Google Patents

ゲートバルブの構造とその製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the structure and manufacturing method of a gate valve among valves for controlling the flow of a pipeline for transporting liquid or gas, steam of geothermal heat, fluid used in a plant, etc.
  • FIGS. 1A and 1B The shape and structure of a conventional gate valve are shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the shape of the body In low pressure applications, the shape of the body is a flat cylinder or box as the smallest shape covering the gate.
  • the shape of the connecting pipe portion 17 and the body 14 is generally cylindrical in order to reduce the stresses generated in the valve material.
  • the body 14 In order to arrange the gate 12 so as to be orthogonal to the cylindrical axis of the connecting pipe portion 17 and to move the gate up and down in the body 14, the body 14 is a cylindrical shape thicker than the connecting pipe 17 and having a shape orthogonal to the connecting pipe 17 It has become.
  • the body is generally manufactured by casting, as it has a complex shape in which two cylinders 20, 22 are combined.
  • defects occur in the material such as entrainment of sand and the like.
  • it is necessary to use a similar amount of molten metal (melted metal) as the product. Therefore, waste of raw materials occurs due to the increase of raw materials and the consumption of fuel for heating, which causes cost increase (Patent Document 1, Non-patent Document 1).
  • the manufacture of the gate valve after producing the approximate shape of the body by casting in this way, the inside of the pipe which becomes the route, the gate segment and the place for arranging the accessory parts are machined, and separately manufactured gate segment, valve Combine the heads to complete the product.
  • Patent Document 2 As described in the background art of Patent Document 2, in casting, many defects such as inclusion of wrinkles and sand occur in the material, which requires man-hours and costs for this repair, and manufacture for additional machining of machining. There is a problem that the delivery date is extended. Furthermore, in casting, depending on the product standard, inspection by radiation inspection is required at all possible places, and there is also a problem that the number of inspection steps for that is large (Non-Patent Document 2).
  • a member is produced by forging instead of casting, and it integrates by welding after machining.
  • forging since sand is not used during the process, problems caused by sand entrainment do not occur. There is less wrinkling in steel materials before forging as compared to casting, and even if there is wrinkles, it is possible to reduce this as negligible defects by performing hot forging.
  • the welded portion 24 is special as shown in FIG. 2C. It becomes a shape and welding becomes difficult. That is, the weld 24 is circular when viewed in the axial direction of the connection pipe (the member 22 having a cylindrical structure), but the weld 24 is shown in FIG. 2C when viewed in the direction perpendicular to the axis of the connection pipe. It has a three-dimensionally curved shape.
  • the depth direction of the weld and the radiation transmission direction can not be kept constant, so that a change in contrast occurs other than the weld defect, which lowers the defect detection sensitivity.
  • the dimensions from the flange 16 to the opposite flange of the gate valve shown in FIGS. 1A and 1B do not allow the body to be arbitrarily large because of the international standards such as the American Petroleum Institute. If the entire body is spherical, the flange to flange length will be greater than this standard.
  • Another object of the present invention is to provide a structure of a body for making the shape of the weld a simple shape.
  • the shape of the peripheral portion 30 of the portion of the body to which the connection pipe 32 is welded is a part of a sphere, and a circular ring shape in which any part of the weld part 33 has the same shape.
  • the shape of the welds 33 is generally on the market because the shape of the welds 33 is on a plane, as can be seen from FIGS. 3A and 3C, and the shape does not change in any part as shown in FIG. , Welding is possible with a welding machine where the stage rotates.
  • forging when manufacturing the body of the gate valve, forging can be easily performed by dividing it into a plurality of parts and manufacturing it.
  • the shape of the welding portion By making the shape of the welding portion a simple circular ring, mass production with a general-purpose welding machine becomes possible. In addition, in the radiation inspection of the welded portion, there is no factor that causes a change in contrast other than the welding defect, and a normal radiation inspection becomes possible.
  • the spherical shape of the body can withstand high pressure, and the material thickness of the container can be reduced.
  • the gate valve body can be manufactured with low cost and high reliability by making the shape of the weld portion a simple circular ring shape and segmenting the body for forging.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the structure (The body, the part of a connection pipe, etc. are deleted) of the conventional gate valve. It is sectional drawing of the conventional gate valve. It is a top view of the junction part of the cylindrical body of the conventional casting gate valve, and a connection pipe part. It is a perspective view of the junction part of the cylindrical body of the conventional casting gate valve, and a connection pipe part. It is sectional drawing of the junction part of the cylindrical body of the conventional casting gate valve, and a connection pipe part. It is a top view of the junction part of the spherical body and a connection pipe part by this invention.
  • FIG. 5 is a side view of the joint between the spherical body and the connection pipe according to the invention; It is a front view of the junction part of the spherical body and a connection pipe part by this invention.
  • FIG. 5 is a fragmented view of a body spherical portion according to the present invention.
  • FIG. 5 is a welding view of a body spherical portion according to the present invention.
  • FIG. 5 is a processed view of a spherical portion according to the present invention. It is a welding figure of the connection pipe part and connection pipe by this invention.
  • FIG. 5 is a welding diagram of the connection pipe portion and the lower portion of the body according to the present invention. It is sectional drawing at the time of nondestructive inspection of the connection pipe welding part by this invention.
  • the body When the body is manufactured by forging, if it is an axially symmetrical shape, it can be easily manufactured using ring forging and die forging. However, for both ring forging and die forging, it is difficult to form one having a large length / diameter ratio and one having a small thickness.
  • the body In order to facilitate forging, as shown in FIG. 4A, the body is divided at the connecting pipe portion to reduce the length / diameter ratio. Further, by dividing, it is possible to die forge the bulge of the central portion of the body, and since it is possible to use a material close to the final form, it is possible to reduce the material cost.
  • each portion 40, 41 of the body is hot forged at 1000 to 1500 ° C., and heat treatment (quenching, annealing) is performed if necessary.
  • heat treatment quenching, annealing
  • openings 42 for inserting connection pipes are machined on both sides of the body (FIG. 4C). For example, it cuts by circularly with the machining center which has a U-axis, and it processes by cutting as it is.
  • connection pipes 45 and 46 are inserted into the produced facing openings 42 and welded.
  • the shape of the welding portion 43 is a circular ring shape in the horizontal plane. Therefore, welding can be easily performed simply by keeping the angle between the welding torch and the object to be welded constant and rotating the object to be welded in a horizontal plane.
  • it is good also as a conical shape in which the rotation axis was in agreement with the axis of the connection pipe. It may be a curved surface other than the axis of the pipe.
  • U-axis is placed on the opposite cylindrical parts of the connecting pipe 22 inserted in FIG. 4D so as to have predetermined spacing, shape and surface roughness. Machining at a machining center (not shown). Then, parts such as the gate 12, the bonnet 10 and the stem 6 manufactured separately are assembled to complete the gate valve.
  • the welded portion of the connection pipe may be as shown in FIG. That is, the ring-shaped projecting portion 57 is integrally formed on the outside of the connecting pipe 55 so as to form a part of the spherical portion of the body, and the outer periphery of the projecting portion 57 is aligned with this.
  • the boundary with the above-mentioned opening is referred to as a welded portion 53.

Abstract

現在市販されているゲートバルブの単純な円筒構造のボディ形状では、溶接部分が立体的に湾曲した形状となり、汎用の溶接機は溶接が困難である。また鋳造による作製は、材料に鬆や砂の巻き込み等不良が多く、この補修のために工数と費用を要する。本発明のゲートバルブにおいて、ボディは、２つの接続パイプ及びゲートを収容するための開口を有し、２つの接続パイプは２つの開口をそれぞれ貫通して前記ゲートに両側から対向するように配置され、２つの接続パイプは開口でそれぞれボディに溶接により接合され、この溶接部の形状は円形リング状である。また、ボディの製造において、本発明では鋳造の代わりに鍛造でボディの部分を作製し、機械加工後に溶接で一体化する。

Description

ゲートバルブの構造とその製造方法 参照による取り込み
　本出願は、２０１６年１０月１１日に出願された日本特許出願第２０１６－１９９８１３号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。
　液体やガスを運搬するためのパイプライン、地熱の蒸気、プラントで用いる流体等の流れを制御するバルブのうち、ゲートバルブの構造と製造方法に関する。
　従来のゲートバルブの形状、構造を図１Ａ、１Ｂに示す。低い圧力の用途においては、ボディの形状はゲートを覆う最小の形状として扁平な円筒、又は箱型である。高い圧力を受ける用途の場合、バルブ材料に発生する応力を低減するために、接続パイプ部１７及びボディ１４の形状は一般的に円筒形となっている。接続パイプ部１７の円筒軸に対して直交するようにゲート１２を配置し、ボディ１４内でゲートを上下させるために、ボディ１４は接続パイプ１７より太い円筒形で、接続パイプ１７と直交する形状となっている。
　図２Ａ、２Ｂに示す通り、ボディは２本の円筒２０、２２が組み合わされた複雑な形状をしているため、一般に鋳造で製造されている。しかし鋳造工程においては、鬆や砂の巻き込みなどの材料中に不具合が発生する。これを低減するために、製品と同量程度の押し湯（溶解した金属）を用いる必要がある。そのための原材料の増加と、加熱するための燃料の消費のため原材料の無駄が発生し、コスト増の原因となっている（特許文献１、非特許文献１）。ゲートバルブの製造においては、このように鋳造でボディのおおよその形状を作製後、経路となる管内部、ゲートセグメントや付属部品を配置するための箇所を機械加工し、別途作製したゲートセグメント、バルブヘッドを組みあわせて製品を完成する。
特開平１０－２９１０６５号公報 特開２０１４－０６５０５８号公報
平成25年度戦略的基盤技術高度化支援事業「鋳造歩留まりを１０％以上向上させる新押し湯方式による鋳造方法の開発」中部経済産業局発行、（http://www.chusho.meti.go.jp/keiei/sapoin/portal/seika/2012/24142110052.pdf） 電気技術規定ＪＥＡＣ３７０６　４．５．５（１）
　特許文献２の背景技術にも記載されているとおり、鋳造では、材料に鬆や砂の巻き込み等不良が多く、この補修のために工数と費用を要し、また機械切削の追加工のため製造納期が延びるという問題がある。さらに鋳造では、製品規格によっては、実施可能な個所すべてに放射線検査による検査が要求され、そのための検査工数が多大となる問題もある（非特許文献２）。
　上記の課題を解決するために、ボディの製造において、本発明では鋳造の代わりに鍛造で部材を作製し、機械加工後に溶接で一体化する。鍛造では工程中に砂を用いないため砂の巻き込みによる不具合は起きない。鍛造前の鋼材において鋳造に比べれば鬆は少なく、またもし鬆が存在したとしても、熱間鍛造を行うことでこれを欠陥としては無視できるほど削減することが可能である。
　しかし、図２Ａ、２Ｂに示した現在市販されているゲートバルブのボディ形状を、単純な円筒構造の部材２０、２２を溶接して製造した場合、図２Ｃに示すように溶接部２４が特殊な形状となり、溶接が困難となる。即ち、接続パイプ（円筒構造の部材２２）の軸方向から見た場合は溶接部２４は円形であるが、接続パイプの軸に垂直な方向から見た場合、溶接部２４は図２Ｃに示すように立体的に湾曲した形状となっている。ステージが回転する汎用の溶接機でこれを溶接しようとした場合、ステージの回転軸と接続パイプの円筒軸を一致させるように設置する。しかし、ステージの回転に従って溶接個所とステージ面からの距離が変動するため、溶接ヘッドを上下させる必要がある上、溶接の厚みも変動する。溶接の厚さが異なると、溶接速度を変化させることによって厚さを揃える等、溶接条件に制限が加わり実施が困難となる。
　さらに、この溶接部に放射線検査を実施する場合に、溶接の深さ方向と放射線の透過方向を一定に保つことができないため、溶接欠陥以外でコントラストの変化が起き、欠陥の検出感度を下げるという問題も生じる。図１Ａ、１Ｂに示されたゲートバルブのフランジ１６から反対側のフランジまでの寸法は、American Petroleum Institute 等の国際規格があるため、ボディを任意に大きくすることはできない。もしボディ全体を球形状にすると、フランジからフランジまでの長さがこの規格よりも大きくなる。
　本発明の他の目的は、この溶接部の形状を単純な形状とするためのボディの構造を提供することにある。
　本発明では、図３Ａに示すように、ボディのうち接続パイプ３２を溶接する箇所の周辺部３０の形状を球形の一部として、溶接部３３のどの部分も同一の形状である円形リング状とする。このようにした場合、溶接部３３の形状は図３Ａ、３Ｃから分かるように平面上にあり、かつ図３Ｂに示すようにどの部分でも形状が変わらない（即ち円形）ため、一般に市販されている、ステージが回転する溶接機で溶接が可能となる。さらに本発明では、ゲートバルブのボディを製造する際、これを複数の部分に分割して製造することによって、鍛造を容易に行うことができる。
　溶接部の形状を単純な円形リング状とすることにより、汎用の溶接機での量産が可能となる。また溶接部の放射線検査おいて、溶接欠陥以外にコントラストの変化を起こす要因が無く、通常の放射線検査が可能となる。
　さらに、鍛造で製造することにより、鋳造の鬆漏れの問題がなくなることによる手直しのコスト削減、手戻りがなくなることによる工期短縮が可能となる。また、鋳造に比較して、鍛造では押し湯が不要な分、材料の消費を少なくすることができ、その結果コストダウンが可能となる。また、鋳造では欠陥検出のため、放射線検査が可能な個所全ての検査を要求されることがあるが、鍛造とすることで溶接個所の放射線検査等の非破壊検査が容易となる。あるいは検査を省略することができる。
　また、内圧が高い用途の場合、ボディを球形とすることで高い圧力に耐えることができ、また容器の材料厚さを薄くすることができる。
　このように、溶接部の形状を単純な円形リング状とし、ボディを部分化して鍛造で製造することにより、ゲートバルブのボディを低コストで高い信頼性をもって製造することができる。
　本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
従来のゲートバルブの構造（ボディ、接続パイプ等の部分を削除）の斜視図である。 従来のゲートバルブの断面図である。 従来の鋳造ゲートバルブの円筒形ボディと接続パイプ部との接合部の上面図である。 従来の鋳造ゲートバルブの円筒形ボディと接続パイプ部との接合部の斜視図である。 従来の鋳造ゲートバルブの円筒形ボディと接続パイプ部との接合部の断面図である。 本発明による球形状ボディと接続パイプ部との接合部の上面図である。 本発明による球形状ボディと接続パイプ部との接合部の側面図である。 本発明による球形状ボディと接続パイプ部との接合部の正面図である。 本発明によるボディ球形部の分割図である。 本発明によるボディ球形部の溶接図である。 本発明による球形部の加工図である。 本発明による接続パイプ部と接続パイプの溶接図である。 本発明による接続パイプ部とボディ下部の溶接図である。 本発明による接続パイプ溶接部の非破壊検査時の断面図である。
　ボディを鍛造で作製する際に、軸対称の形状であればリング鍛造と型鍛造を用いて容易に製造可能となる。しかし、リング鍛造、型鍛造ともに、長さ／直径比が大きいもの、肉厚が薄いものは形成が困難となる。鍛造を容易とするため、図４Ａに示すように、ボディを接続パイプ部で分割して長さ／直径比を小さくする。また、分割することによりボディ中央部の膨らみを型鍛造することができ、最終形態に近い素材を用いることができるので材料費の低減が可能となる。
　炭素０．１～０．４％の鉄鋼材料を用いて、ボディの各部分４０、４１を１０００~１５００℃で熱間鍛造し、必要に応じて熱処理（焼き入れ、焼きなまし）を行う。半球形状のボディ部分４０、４１を図４Ｂに示すように溶接した後、接続パイプを差し込むための開口４２をボディの両側に機械加工により作製する（図４Ｃ）。例えば、Ｕ軸を持つマシニングセンターにより円状に切り込み、そのまま切削することにより加工する。
　次に、図４Ｄに示すように、作製した対向する開口４２に接続パイプ４５、４６をそれぞれ差し込んで溶接する。このとき、ボディの接続パイプを差し込む周辺部分４４が球形状に形成されているため、溶接部分４３の形状は水平面内にある円形リング状となる。従って、溶接トーチと被溶接物の角度を一定に保ち、被溶接物を水平面内で回転させるだけで、容易に溶接することができる。なお、溶接部分の形状を水平面内で円形リング状とするには、周辺部分４４を球形状にする他に、回転軸が接続パイプの軸と一致した円錐形状としてもよく、あるいは回転軸が接続パイプの軸と一致したそれ以外の曲面としてもよい。
　次に図４Ｅに示すようにボディの底となる部分４８を溶接し、最後にバルブボンネット１０のボルトを受ける部分を溶接する（図示せず）。ボディ溶接後、必要であれば応力緩和のため熱処理を行う。なお、本実施例の溶接にはＴＩＧ、ＭＩＧ、ＭＡＧ、サブマージの各方法を用いることができる。
　ボディの溶接完了後、ゲートセグメント部品をはめ込むために、図４Ｄで差し込んだ接続パイプ２２の対向する円筒形の個所を、所定の間隔、形状と面粗度になるように、Ｕ軸を持ったマシニングセンターで機械加工を行う（図示せず）。そして、別途製造したゲート１２、ボンネット１０、ステム６等の部品を組立ててゲートバルブが完成する。
　本発明では、接続パイプの溶接部を図５に示すようにしてもよい。即ち、接続パイプ５５の外側に、リング状の突出部分５７をボディの球形部の一部を成す形状に接続パイプと一体に形成し、この突出部分５７の外周と、これと整合するように作製した開口との境界を溶接部５３とする。この突出部分５７は接続パイプの外側に２ｃｍ以上飛び出すようにすると、放射線検査において、放射線源６０からの放射線６１を溶接部５３に照射しやすくでき、また放射線検出用の感光フィルム６２をボディ内部に容易に固定できるので、放射線検査を容易に行うことができる。
　なお、上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限定されず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更、及び修正をすることができることは当業者に明らかである。
１　ステムインジケーター
２　ステムカバー
３　ハンドホイール
４　ヨークナット
５　ヨーク
６　ステム
７　ヨークボルト
８　ステムパッキン
９　リリーフバルブ
１０　ボンネット
１１　ボンネットボルト
１２　ゲート
１３　シートリング
１４　ボディ
１５　脚
１６　フランジ
１７、２２、３２、４５、４６、５５　接続パイプ
２０、５０　ボディ
３０、４４　ボディの溶接する箇所の周辺部
３３、４３、５３　溶接部
４０、４１　ボディ部分
４２　開口
５７　突出部分
６０　放射線源
６１　放射線
６２　フィルム

Claims (6)

  1. 　ハンドホイール、ステム、ゲート、ボディ、２つの接続パイプを含み、流体の流れを制御するゲートバルブにおいて、
    　前記ボディは、前記２つの接続パイプをそれぞれ収容するための第１と第２の開口と、前記ゲートを収容するための第３の開口とを有し、前記２つの接続パイプは前記第１と第２の開口をそれぞれ貫通して前記ゲートに両側から対向するように配置され、
    　前記２つの接続パイプは、前記第１と第２の開口で前記ボディにそれぞれ溶接により接合され、
    　前記溶接部の形状が円形リング状である
    前記ゲートバルブ。
  2. 　前記ボディの形状が、少なくとも前記第１と第２の開口の周辺部が球形の一部である、請求項１に記載の前記ゲートバルブ。
  3. 　前記ボディの形状が、少なくとも前記第１と第２の開口の周辺部が円錐形の一部となっている、請求項１に記載の前記ゲートバルブ。
  4. 　前記２つの接続パイプの外周に、前記第１と第２の開口付近でそれぞれの円形リング状の突出部分が設けられ、前記突出部分の外周が対応する前記開口と整合するようにされた円形リング状であり、前記突出部分の外周と前記開口との境界が前記溶接部である、請求項１から３に記載の前記ゲートバルブ。
  5. 　ハンドホイール、ステム、ゲート、ボディ、２つの接続パイプを含み、流体の流れを制御するゲートバルブの製造方法であって、
    　前記ボディを複数のボディ部分に分割して鍛造で製造する工程と、
    　複数の前記ボディ部分を溶接して前記ボディを形成する工程と、
    　前記２つの接続パイプを前記ゲートに両側から対向するように配置するための、形状が円形リング状である第１と第２の開口を前記ボディの側面に形成する工程と、
    　前記２つの接続パイプと前記第１と第２の開口とをそれぞれ溶接で接合する工程と
    を含む、前記ゲートバルブの製造方法。
  6. 　前記開口を前記ボディの側面に形成する工程が機械加工で行われる、請求項５に記載の前記ゲートバルブの製造方法。
PCT/JP2017/031626 2016-10-11 2017-09-01 ゲートバルブの構造とその製造方法 WO2018070140A1 (ja)

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