[공구 노트] 배관 밸브의 종류와 특징
안녕하세요. YoungH입니다.
오늘은 배관 및 장비의 밸브의 종류와 특징에 대해 알아보겠습니다.
밸브는 유체가 통계하는 계통 즉, 관로(管路)의 도중이나 용기에 설치하여, 유체의 흐르는 방향 · 유량 · 압력 등의 제어를 하는 장치를 의미한다. 밸브는 배관이나 장비에 설치되어 유체의 흐름을 차단하거나 조절하는 역할을 한다. 사용목적이나 기능에 따라 여러 종류로 분류된다.
게이트 밸브(슬루스 밸브)란?
게이트 밸브는 밸브 판(또는 밸브 디스크)이 유체 흐름에 수직으로 내려오면서 유체의 통로를 막는 밸브이다. 게이트 밸브는 대표적인 개폐(on-off)용 밸브로 유체가 흐르는 관의 밸브를 밀어 넣어서 잠그는 방식이다.
- 기기류의 블록이 목적이므로, 전폐 또는 전개 상태에서 이용할 수 있다. 유체는 밸브 내에서 관축으로 평행하게 흐르고, 밸브 전개 시에는 흐름의 저항이 상당히 작아진다.
- 유체 저항이 적어 고점도 유체에 적합하다.
- 수격 작용을 피할 수 있다.
- 면 간 거리가 짧고 대구경 밸브로 적합하다.
- 정류탑이나 통 등의 압력 용기, 저장통 등에 사용한다.
- 유량을 조정하는 경우 글로브를 함께 사용한다.
체크 밸브(역류방지 밸브)란?
체크 밸브는 유체가 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 밸브이다. 펌프, 컨트롤 밸브 등이 정지되는 상황이 발생했을 때 유체의 역류를 막아 펌프, 컨트롤밸브, 유량계 등의 장치를 보호하는 역할을 한다. 또한, 워터해머와 같은 갑작스러운 압력상승과 소음을 막아줄 수 있고, 체크밸브는 오직 배관내의 유체에 의해 작동하기 때문에 어떠한 외부 구동력도 필요로 하지 않는다는 특징이 있다.
- 흐름의 하류 측에서 압력이 가해진 경우, 밸브 본체가 밸트 시트에 자동으로 밀착되어, 관 내의 흐름을 멈추고 역류를 방지한다.
- 밸브 본체가 밸브 시트와 마주하여 경첩식으로 핀을 이용해 장착할 수 있고, 유체의 정규 흐름으로 열리며, 역류 시에는 밸브 본체의 아치형 운동을 통해 밸브 시트에 밀착되어 관로를 폐지하고 역류를 방지한다.
- 역류 방지 밸브로서 흐름이 일방 통행이다.
체크 밸브도 아래와 같이 여러 종류가 있다.
스윙 체크 밸브
스윙 체크 밸브의 경우 한 개의 격판이 힌지에 연결되어 개방되고 폐쇄되는 구조로 되어 있으며, 격판의 자중에 의해 닫히기 때문에 항상 수평배관 및 상향 수직 배관에 설치할 수 있다.
리프트 체크 밸브
리프트 체크 밸브는 한 개의 디스크가 자중에 의해 밸브시트에 얹혀져 있는 구조로 되어 있으며, 수평배관에만 설치가 가능하다. 흐름에 대해 저항이 크다는 특징이 있다.
디스크 체크 밸브
디스크 체크 밸브는 디스크가 유체의 흐름 방향으로 이동하고 이때 생긴 공간으로 유체가 이동하게 된다. 압력이 감소하게 되면 반대쪽 스프링에 의해 디스크가 시트 쪽으로 움직여 입구를 다시 막게 된다. 스프링이 있을 경우 디스크 체크밸브는 수직, 수평의 어느 방향으로도 설치가 가능하다.
듀얼 플레이트 체크 밸브
듀얼 플레이트 체크 밸브는 분할식 웨이퍼 타입으로 두 개의 격판이 중앙 힌지와 멈춤 핀에 의해 작동한다. 정방향의 흐름일 때는 마치 양쪽 문이 열린 것과 같이 움직이다가 역방향 흐름이 발생하게 되면 스프링의 힘으로 입구를 막게 된다.
플랜지 사이에 간단하게 설치할 수 있는 플랜지 삽입형으로서 내부에 디스크가 설치되어 있으며 일반적으로 스프링의 복원력에 의해 폐쇄가 가능하다. 경량이며 설치 공간이 작고 방향에 관계없이 설치가 간편하다.
풋 밸브
풋 밸브는 일방향 흐름만 허용하는 체크 밸브의 유형으로, 지하에서 물을 추출해야 하는 경우와 같이 펌프가 필요한 상황에서 풋 밸브를 사용한다. 펌프를 프라이밍 상태로 유지하여 물은 유입되지만, 역류는 허용하지 않는다. 풋 밸브의 끝에는 이물질의 흡입을 방지할 목적으로 스크레이너(strainer)가 부착되어 있다.
글로브 밸브란?
글로브 밸브란 유체의 흐름이 위에서 아래로 흐르는 S자 모양이 되며, 이 경계면에서 디스크를 상하 운동시켜 유량을 조절하는 밸브이다. 유량을 조절하는 용도뿐만 아니라, 차단하는 용도에도 널리 사용하고 있다. 밸브 플러그가 밸브시트에 밀착하면 닫히게 된다. 조금씩 떨어지면 열리기 땜누에 유량 조절은 밸브의 리프트(밸브 시트에서의 거리)로 조절된다. 반쯤 열린 상태에서 사용을 해도 밸브 시트나 밸브가 유체에 의한 손상을 잘 받지 않는 것이 특징이다.
그러나 유로가 S자 모양이 되어 있기 때문에, 다른 타입의 밸브에 비해 압력 손실이 커지는 문제점이 있다. 그리고 밸브를 열거나 닫기 위해 밸브축(스템)을 많이 회전시켜야 하기 때문에, 그랜드 패킹부 에서의 누설 발생이 자주 발생한다. 밸브가 쇄기처럼 닫히기 때문에 완전히 닫히는 위치 파악이 어렵고, 너무 세게 잠그게 되면 시트면에 손상을 가하게 된다.
- 밸브 본체가 밸브 시트에 원뿔 모양으로 접촉하여 흐름을 멈춘다.
- 조절 밸브의 바이패스 밸브에 유량 조정용으로 사용한다.
- 유체의 흐름 방향에 주의하여 설치해야 한다.
- 스톱 밸브이므로 유체가 흐르는 방향이 정해져 있고 유량을 조정할 수 있다.
볼 밸브란?
볼 밸브는 열고 닫는 기능이 편리하며 핸들을 90도 회전시켜 개폐가 가능한 밸브이다. 유체가 흐르는 관의 내경과 같은 크기의 내부 포트를 가지기 때문에 압력손실이 낮은 장점도 있다. 그러나 밸브를 조금씩 열어 유량을 조절하는 용도로는 적합하지 않다.
볼 밸브는 내부에 원형 모양의 소프트 밸브시트를 사용하고 있다. 조금 열린 상태에서 사용하게 되면 밸브 시트의 일부분만이 힘을 받게 되어 밸브 시트에 변형이 발생한고 시트가 변형되면 누설의 우려가 있다.
버터플라이 밸브란?
버터플라이 밸브는 밸브 관내 원판 형상의 밸브 본체를 돌려 관로의 유량을 조절하는 밸브를 말한다. 상대적으로 가격이 저렴하고, 설치가 용이하며 경량이라는 장점이 있다. 소형이고 무게가 적게 나가기 때문에 협소한 곳에도 설치가 가능하며 서포팅도 용이하다. 볼 밸브와 동일한 원리로 주로 구경이 큰 배관이나 기계에 사용된다. 버터플라이 밸브의 경우 디스크 형상의 특성상 밸브 개폐정도에 따라서 펌프의 운전 토크가 크게 변화하고 유체 와류 현상에 의해서 밸브 운전에 불안정성이 증대될 수 있다. 또한 볼 밸브와 동일하게 고온, 고압에서는 사용상에 주의가 필요하다.
다이어프램 밸브란?
밸브 내에 둑과 고무 다이어프램이 상접하는 구조의 밸브로, 이 두 개가 밀착하면 유체는 폐쇄되고, 떨어지면 통과한다. 밸브 기구는 다이어프램에 의해 유체가 통하는 유로에서 격리되어 있기 때문에 유로의 저항도 적고 또 침식성 유체일 경우에는 내식성 재료로 하면 좋다. 따라서 각종 가스류, 침식성 산, 알칼리류, 분체와 진흙 상태의 물질을 포함한 유체, 압력 손실을 적게 하고 싶은 배관 등에 이용된다.
내부의 다이어프램에 의해 운송 유체가 외부로 누출되지 않기 때문에 오염이 없는 큰 특징을 가지고 있다. 특히 오염 위험이 있거나 매우 점성이 높은 액체, 부식성 액체 등에 적합하다. 따라서 바이오 의약품, 식료품, 식품 및 전력, 화학, 전기 도금 및 기타 산업의 생산에 널리 사용된다. 중간에 보통 폴리머로 되어 있는 격벽이 들어가게 되므로 고온이나 고압에서의 사용은 제한적이다.
릴리프 밸브란?
릴리프 밸브란 압력을 분출하는 밸브로, 압력용기나 보일러 등에서 압력이 소정 압력 이상이 되었을 때 가스를 탱크 외부로 분출하는 밸브이다. 릴액츄에이터의 출력을 제어하기 위해 사용되며 최대로 올릴 수 있는 압력 미만에서 작동되도록 압력을 설정하여 설치를 하는 밸브로 비상시 사용되는 안전밸브와는 용도가 다르다. 일시에 해소하는 방식이 아닌 지정해 준 세팅압력이 가까워지면 스프링에 인해 서서히 열리기 시작하여 세팅값에서는 풀로 오픈되어 과압을 해소하고 세팅치 이하로 내려가면 서서히 닫히게 된다.
안전 밸브란?
안전 밸브란 기기나 배관의 압력이 일정한 압력을 넘었을 경우에 자동적으로 작동하는 밸브이다. 보일러 내부압력이 최고사용압력에 도달했을 경우, 자동적으로 작동해서 증기를 뿜어내어 압력의 상승을 방지하는 밸브로, 통상 자동제어장치 등에 의해 압력제어를 하고 있지만, 고장 등에 의해 압력이 과상승했을 경우 압력을 탈출시키는 밸브이다. 주로 보일러, 가열기, 압력용기, 가스용기 및 배관용으로 사용된다. 압력밸브는 기기의 파손방지를 위하여 사용되는 밸브이며 비상시 이외는 열리지 않는다.
지정해 준 세팅 압력이 되면, 조절이 아닌 밸브를 풀로 오픈하는 방식으로 과압을 일시에 해소해 주는 밸브로 이해하면 된다.
안전 밸브와 릴리프 밸브의 차이점
1. 릴리프 밸브
- 액체의 취급 시 사용된다.
- 배출된 액체는 저장탱크와 펌프 흡입축으로 되돌려지며, 직접 밖으로 배출되지 않는다.
- 밸브 개방은 초과압력의 증가량에 비례한다.
- 설정압력에서 개방되며 25% 과압에서 완전개방, 압력이 설정압력으로 복귀되면 닫힌다.
2. 안전 밸브
- 스팀, 가스, 증기의 취급 시 사용된다.
- 설정압력 초과 시 순간적으로 완전개방 및 Pop action을 한다.
- 과압이 제거된 후 밸브는 설정압력보다 4% 낮게 재설정된다.
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