밸브의 종류와 역활

[atom]

밸브의 종류와 역활

1. 밸브의 종류

 1) 유압 제어 밸브

   * 압력 제어 밸브
   * 릴리프밸브
   * 밸러스 피스톤형 릴리프 밸브
   * 감압밸브
   * 무부하 밸브
   * 시켄스 밸브
   * 밸런스 밸브

 2) 유량 제어밸브
   * 슬로우리턴밸브
   * 압력보상부유량제어밸브
   * 체크밸브부유량제어밸브
   * 과부하 릴리프밸브

 3) 방향제어 밸브
   * 체크밸브이용
   * 인라인형 체크밸브
   * 앵글형 체크밸브
   * 파일럿조작 체크밸브
   * 감속밸브
   * 방향전환밸브
   * 2위치 2접속밸브
   * 2위치 3접속밸브
   * 4접속 전환밸브    등등....


2. 몇가지 중요한 밸브에 대해.

   관로(管路)의 도중이나 용기에 설치하여, 유체의 유량·압력 등의 제어를 하는 장치.


스톱밸브(글로브밸브 및 앵글밸브)·슬루스밸브·체크밸브·감압밸브 등이며 콕도 밸브의 일종이다. 밸브의 형식·치수는 규격에 규정되어 있다.

1) 스톱밸브(글로브밸브 및 앵글 밸브)

   제작비도 들지 않고 차단장치로서 일반적으로 널리 사용되고 있다.

   흐름이 같은 방향인 글로브밸브와 흐름의 방향이 직각으로 구부러지는 앵글밸브가 있다.

   관과의 접속에는 나사식과 플랜지식이 있다.

   이 밸브는 작용이 확실하고 값이 싸지만, 유체저항(流體抵抗)이 비교적 크며, 압력손실이 크다.


 2) 슬루스밸브

   원판 모양의 밸브가 관로를 직각 방향으로 닫아 흐름을 차단하는 밸브로, 나사 등에 의해

   원판을 끌어올려서 열며, 인상량(引上量)에 의해 유량이 제어된다.
   밸브의 동작에 의해 평행(平行) 슬라이드밸브와 웨지밸브가 있다. 스톱밸브보다

   압력강하(壓力降下)가 적으며 또한 밸브케이싱의 길이가 짧아도 되므로 큰 용량인 경우에

   사용된다.

 3) 릴리프 밸브
    유로에 유체가 아무곳으로 빠져나가지 못하면 유체압력은 과부하 압력이 되므로 이 유체를
    탱크로 보내야 합니다. 일정압력이상이 되었을때 유체를 탱크로 보내는 밸브를 릴리프 밸브라고
    합니다. 



 4) 체크밸브

   위험방지 또는 기능확보 등을 위해, 한쪽 방향만의 흐름을 허용하고,

   반대방향의 흐름을 방지하는 밸브를 말한다.

   유체를 한방향으로 흐르게 하는 밸브입니다. 스프링을 오리피스(추)에 달아서 역방향으로
   유체가 흐르지 않게 하는 밸브지요.. 가장 단순한 밸브입니다.

 5) 감압밸브

   유체의 압력을 자동적으로 감압하고, 감압 후의 압력을 일정하게 유지하기 위한 밸브이다.

   압력을 감압시키는 밸브로 릴리프 밸브를 이해하면 쉽게 이해할수 있습니다. 단지 틀린점은

   동작중에 항상 일정량의 드레인을 흐르게하는 것입니니다. 

   밸브는 스프링이나 다이어프램으로 연다. 이 밸브를 관로에 장치할 때는,

   보통 고압측에 볼밸브를, 저압측에 안전밸브 또는 이스케이프밸브를 장치한다.

 6) 이스케이프밸브

   송출량(送出量)의 감소에 따른 압력의 증대를 방지하기 위해, 유체의 일부를 밖으로 흘려내

   보내는 밸브이다. 스로틀밸브는 유량을 조정하는 밸브로 압력은 문제되지 않는다.

 7) 안전밸브

   압력이 어느 제한된 값을 초과했을 경우에 유체의 일부를 방출하여, 압력의 상승을 억제하기

   위한 밸브이다. 콕은 기체의 유통을 막는 미끄럼면의 회전에 의해, 유체의 흐름을 급속히

   차단하거나, 방향을 바꾸는 데 사용한다.

 8) 나비밸브

    관로에 원판을 놓고, 원판의 회전에 의해 열림을 조정하는 것으로, 구조가 간단하고

    배관스페이스에 큰 지장이 없으며, 값이 싸서 널리 사용된다.

 9) 밸런스 피스톤형 릴리프밸브
    릴리프 밸브는 스프링의 장력으로만 작동하는에 이렇게 되면 유체가 흐르기 직전과 흐를때의

    압력차가 유발 되기 때문에 심한경우 떨림현상 채터링이 발생됩니다. 이것을 파일럿압이 보정

    해 주는 것입니다.

 10) 무부하 밸브
    유체기계를 작동중에 유량전체를 필요로 하지 않는 공정도 있기 마련입니다. 그래서 만든것

    이 릴리프 밸브인데 애써(동력을 사용해) 끌어올린 유체를 다시 탱크로 보낸다는것은 효율적

    인 측면에 좋지 않지요

    그래서 유체가 밸브내에서 맴돌게 하는 밸브입니다. 릴리이프밸브에 탱크를 추가한 원리라고

    나 할까요..

 11) 시켄스 밸브
    주회로가 있고 몇개의 회로가 그 회로에 딸려 있을때 일부의 회로가 작동하여도 주회로의

    압력을 일정하게 유지하기 위한 회로입니다. 예를 들어 두개이상의 실린더를 일정한 순서로

    동작 시키고 싶을 때 사용합니다. 프레스의 경우 공작물을 유압으로 고정시키는 회로를 생각

    해보면 먼저 공작물을 고정시키는 실린더가 내려와 공작을을 고정시킵니다. 그 뒤에 가공

    (구멍을 뚫거나 하는 공정)을 하기위한 실린더가 내려옵니다.

     그러나 공작물을 잡고 있는 실린더는 가만히 있어야 겠죠..
    이럴때 사용합니다. 무부하 밸브와 비슷하지만 드래인이 탱크와 연결되 있습니다.

 12) 밸런스 밸브
    시켄스 밸브와 구조상의 차이가 없습니다. 다만 하는 역활이 다릅니다.
    시켄스 밸브에서 예를 들었는데 구멍을 뚫고 있습니다. 뚫고 있을때는 상관없지만 다 뚫게되면

    압력이 급격히 감소하겠지요. 그렇게 되면 자중에 의해 프레스가 낙하하게 됩니다. 위험하기

    도 하고 효율이 떨어지기도 하고... 그렇게 시켄스 밸브에 체크 밸브를 넣으면 이런 문제를 해결

    할 수 있습니다.

밸브의 재료에는 중온(中溫)·중압(中壓)에는 청동(靑銅:bronze), 고온·고압에는 단동(鍛銅),

대형에는 압력·온도의 고저에 의해 청동·주철·주동(鑄銅)·합금강 등이 사용된다. 

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글로브 밸브 (globe valve)

차단밸브로서의 글로브 밸브

일반적으로 스톱 밸브라고 말하는 밸브는 소형의 글로브형 차단밸브이다. 이는 배관계통의 Main Flow가 아닌 계장용의 관말(Instrument Root Valve)이나 배기배스관말(Vent & Drain Valve)에 쓰이는 밸브들이 이에 속한다. 글로브 밸브는 게이트 밸브의 운전상의 여러문제에 대하여 상당히 양호한 대책이 될 수 있는 차단용 밸브로 선정될 수 있으나 압력손실은 상당히 크다.

유량제어 목적으로서의 글로브 밸브

글로브 밸브는 유량제어의 목적으로 현재 가장 많이 채택하고 있는 밸브형식이다. 그 이유는 유체의 운전조건에 맞도록 내부형상을 설계할수 있는 구조이고, 다른 밸브와 비교시 상당히 높은 유체흐름 저항을 갖고 있기 때문에 유량제어에서의 문제인 저유량 제어시 또는 저개도 운전시의 cavitation이나 소음문제에 대하여 능동적으로 대처할 수 있기 때문이다. 또, 수많은 연구자료와 설계, 제작 및 설치 운전의 경험이 풍부하여 자문을 많이 받을 수 있는 밸브이다.

Globe Valve

글로브 밸브는 원모양의 밸브 본체를 갖추고, 출입구의 중심선이 일직선상에 있으며, 유체 흐름은 밑에서 위로 흐르는 S자 모양이 되는 밸브이다. 구조로서 단좌형, 복좌형 밸브 및 케이지 밸브가 있으며, 유체 방향을 변경시켜 유체 압력손실이 크고 와류 현상이 일어난다. 따라서 압력손실이 문제가 되는 저압의 유체에는 적합치 않으며 같은 구경일지라도 게이트 밸브에 비해 무겁고 가격이 비싼 단점을 가진다.

구조별	설명
단좌형 밸브	- 가장 기본적인 형식의 밸브로 밸브차단 성능이 우수 - 소구경에 많이 사용 - 차단밸브, 온오프 밸브로 사용
복좌형 밸브	- 2개의 포트를 가지는 조절밸브 - 단좌형 밸브보다 누설량이 떨어진다. - 중구경에 많이 사용
케이지 밸브	- 케이지내에 습동하는 플러그를 설치한 조절밸브 - 불순물을 포함한 유체에는 부적합 - 기능면에서는 게이트 밸브와 글로브 밸브의 복합형

체크 밸브 (check valve)

체크 밸브는 배관계통 구성에 있어서 계통의 운전 상태에 따라 자력으로 계폐하는(SELF ACTUATING)유일한 밸브이다. 따라서 다른 밸브와는 달리 한번 설치하면서 유지, 보수 등의 문제를 간과하기 쉬운 밸브이므로 최초선정에 주의를 요한다.

체크 밸브 선정에 있어서 무엇보다도 중요한 것은 밸브에 있어서 압력 강하량의 크기문제, 체크밸브 사이의 유체흐름 속도의 문제, 밸브의 설치 위치와 누설한계 등의 문제 및 계통 특성상 체크밸브의 닫힘 시간의 문제를 고려한 후에 체크밸브의 형식을 결정하여야 한다.

계통의 운전특성에 따라 각기 다른 형식의 체크밸브가 필요하기 때문에 밸브를 올바르게 선정하려면 계통설계자가 체크밸브에 대하여 잘 알아야 한다.

체크밸브의 종류

종류별 구조

스윙 체크밸브

-	체크 밸브중에서 가장 널리 많이 쓰이고 있는 형식으로서 간단한 구조와 신뢰성 있는 동작이 특징
-	한지핀을 중심으로 디스크가 유체의 흐름량(유속)에 따라 디스크가 열림으로 밸브가 개방되고, 유체가 정지함에 따라 밸브 출구측의 압력과 디스크의 무게에 의해 닫히는 구조
-	유체의 흐름이 균일하고 유속이 빠르지 않은 유체계통에 사용

리프트 체크밸브

-	맥동이 있는 유체나 비교적 유석이 높은 배관계통에 적합한 구조
-	스윙체크밸브의 적용이 곤란한 경우 비교적 간단한 구조와 신뢰성이 높아 널리 사용

틸팅디스크 체크밸브

-	스윙체크밸브와 리프트 체크밸브로 만족시키기 어려운 역류로 인한 급격한 스램(slamming)을 감소시키고, 리프트 체크밸브의 작은 동작범위 때문에 디스크의 닫힘이 빨라 순간적인 유체천이력이 크게 되는경우 이를 어느정도 감소시킬수 있도록 고안된 밸브
-	압력과 온도가 높고 유속이 빠른 고에너지 유체계통에 사용

웨이퍼 디스크 체크밸브

-	여닫이 창문모양의 single 또는 여미의 판을 스프링으로 고정하여 체크밸브의 역할을 수행하고 기술 발전으로 사용이 증가하는 추세
-	동일 배관 크기에 있어서 경량, 소형으로 설계제작이 가능

인-라인 체크밸브

-	일종의 리프트 체크밸브의 형태로 볼이나 full guide disc를 스프링으로 유지하는 체크밸브로 소형경량이고 컴팩트된 구조
-	인라인 체크밸브의 내부부품은 배관라인을 분해하지 않고서는 접근 할수 없기 때문에 밸브의 스트로크가 안정되게 운전되는 구조이어야만 한다.

스톱 체크밸브

-	정상운전시에는 리프트 체크밸브로서의 역할을 수행하다가 계통 운전의 필요성 또는 운전 절차에 따라 스톱밸브-글로브 밸브의 차단기능을 수행할 수 있는 두가지 기능을 동시에 갖고 있는 밸브
-	스윙체크밸브의 형식과 리프트 체크밸브의 형식, 두가지로 개발

안전 밸브 (safety valve)

유체가 일정압력 이상으로 압력이 증가시 자동으로 열리게 되어 배관 및 장치의 안전을 보전하는 밸브이다. 안전 밸브의 사용용도 보일러, 가열기, 압력용기, 가스용기 및 배관용으로 사용됨. 안전 밸브의 작동원리 1) 보일러, 가열기, 압력용기, 가스용기,배관등에 이상압력 발생됨 2) 안전밸브 본체내의 입구측 압력증가 3) 안전밸브 본체내의 압력증가로 스프링이 상승함 4) 설정압력 이상시 안전밸브가 자동으로 열리며 유체가 배출됨 5) 유체가 배출되어 압력이 강하하면 자동적으로 안전밸브 닫힘

버터플라이 밸브 (butterfly valve)

버터플라이 밸브는 밸브 본체내에서 디스크가 회전하여 개폐하는 형식의 대표적인 밸브이고, 볼밸브와 플러그밸브처럼 90도 회전밸브이다. 특히 밸브구경 대비 밸브 노즐면간의 길이가 매우 짧은 콤팩트화된 밸브로써 밸브 구조상의 여러가지 독특한 장점이 있다. 그 예로써 밸브의 구경 대비 밸브 무게가 거의 같은 역할을 수행하는 게이트밸브에 비하여 60~70% 정도이고, 볼밸브나 플로그 밸브에 비해서도 20%이상 가볍다. 또 밸브의 무게중심이 볼 밸브와 같이 배관 중심선과 거의 일치함으로 배관계의 구조를 보다 건전하게 한다. 물론 밸브의 구성부품수도 적기 때문에 제작도 용이하고, 밸브 구경 대비 가격도 저렴한 편이다. 웨이퍼(Wafer)타입의 버터후라이밸브는 밸브의 크기 및 콤팩트성, 가격, 제작의 용이성, 설체의 편이성, 배관계의 구조적 안전성, 밸브의 유지보스 측면에서 어쩌면 가장 합리적인 밸브타입으로 볼 수 있다. 위와 같은 여러 설계 인자로 인하여 버터후라이 밸브는 밸브 구경이 커지면 커질수록 장점이 돋보인다. 계통의 운전조선에 따라 다르겠지만 밸브의 호칭 직경이 20인치(500mm)를 넘는 대형의 밸브는 거의 모두 버터플라이밸브이다. 단점으로는 디스크와 시트와의 기밀유지 기술이 타 밸브에 비하여 까다로우며, 디스크의 구조상 유체흐름과 대칭상태로 힘을 받기 때문에 높은 차압을 요구하는 계통에는 진동 및 소음등을 유발하므로 적용하는데 어렵고, 아울러 밸브 크기가 클수록 디스크에서의 면압 및 운전토오크가 커지기 때문에 압력이 높은 계통에서의 버터플라이밸브 선정은 제약을 받는다. 버터플라이 밸브는 유량조절 또는 On-Off 용으로 사용할 수 있으며, On-Off 용 일때는 90도, 유량조절일 경우에는 60도 회전변을 사용하는데, 60도 이상이 되면은 유체 증가가 기하 급수적으로 변하고 많은 힘이 필요하며, 70도 이상에서는 유량조절로는 적합치 않다.

볼 밸브 (ball valve)

볼 밸브는 90도 회전밸브로서 매우 양호한 기밀유지 특성을 갖고 있다. 소프트 시트인 경우는 기밀성능이 매우 양호하여 완전차단까지 가능하나 금속시트는 내열성이 우수하지만 차단성능은 소프트 시트에 비해서 떨어진다. 볼을 감싸고 있는 시트는 기밀을 확실하게 하고, 또한 비교적 적은 운전토크를 갖는다. 볼의 유로현상이 원형으로 밸브 입출구의 형상과 같은 모양이기 때문에 유로저항도 매우적다. 이는 범용의 밸브 중에서 특히 저압의 상온 유체를 차단하고 제어하는 특성을 갖고 있다는 것이다. 따라서 거의 모든 볼 밸브는 full port 연결배관의 호칭직경보다 작은 구경의 유로경 즉 reduced port 를 갖는다. 볼 밸브에 있어서 가장 핵심적인 요소는 시팅이다. 대부분의 볼 밸브는 탄력성이 좋은 PTEE(polytrafluore ethylene)가 가장 널리 쓰이고 유체의 부식특성에 따라서 특별한 용도로 나이론, 성형흑연 및 PTEE에 성형 흑연분말을 합침한 씰링 재료가 있다. 볼 밸브 시팅 재료에 있어 볼과 씰링 재료가 금속인 경우가 가장 이상적이다. 볼 밸브가 점점 콘트롤 밸브로 사용되는 추세에 있는데 지금까지 문제는 시트의 재질때문에 고온고압에 사용이 제한이 있었으며, ball과 stem이 분리 되어 구동부와 동력전달이 미세한 부분에서는 잘 조절되지 않는 Dead Band Zone이 있었으나 시트의 재질을 향상시켜 메탈 시트가 개발되고 볼도 시트와 같이 붙어 있는 One piece ball 이 나오기도 한다. 같은 호칭경을 가진 타 종류의 밸브보다도 간단한 구조, 보수의 용이성, 제작성의 편리성 등 경제적인 측면이 많은 반면 시트구조의 치밀성, 시트재료의 제한 및 배관 계통의 설치시 주의 사항등 단점도 있다. 결국 사용상의 제약은 볼을 잡아주고, 볼과 밸브 몸체의 기밀을 유지하는 씰(seal)구조의 재질사양에 달렸다.

앵글 밸브 (angle valve)

앵글밸브는 밸브 본체의 입구와 출구의 중심선이 직각으로 유체의 흐름방향이 직각으로 변하는 형식의 조절 밸브이다. 보통 유체를 옆으로 부터 아래로 90도 방향 전환하며 슬러리 유체, 점성유체 등이 쉽게 흐르게 하는것을 목적으로 하는 용도에 사용 또는 출구측에 드레인이 허용되지 않는 경우에 사용 한다. 내부구조는 글러브 밸브와 거의 같은 것으로서 단좌형, 케이지형이 있으며 글로브 밸브에 비하여 와류현상과 압력손실이 적다. 따라서 유체 압력차가 큰 곳에 사용한다.