밸브 종류 알아보기

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밸브는 배관 또는 기기에 설치하며, 배관의 통로를 개폐하거나, 유량, 압력 등을 제어하는 장치입니다. 밸브는 모든 엔지니어링의 기본입니다. 밸브는 작동 방식 또는 그 형상과 목적에 따라 구분할 수 있습니다. 밸브의 종류에 대해 알아보도록 하겠습니다.

Valve의 뜻과 종류

Valve의 뜻

밸브는 배관 또는 기기에 설치하여, 배관의 통로를 개폐할 수 있는 기계적 장치입니다. 유량 또는 압력 등을 제어하는 기능도 가지고 있습니다. 모든 밸브에서는 압력손실이 발생합니다. 이상적인 밸브란 완전 개방 시에 동일한 길이의 파이프 이상으로 압력손실을 일으키지 않아야 하고, 완전 폐쇄 시는 조금의 누설도 없어야 합니다. 유체 압력이나, 힘에 의한 뒤틀림도 견딜 수 있어야 하며, 유체 및 유체 속의 이물실에 의한 침식 및 손상 등에 대해서도 견딜 수 있어야 합니다. 그러나 현실적으로는 이상적인 밸브의 성능을 가지기 어렵고, 이상적으로 설계, 제작할수록 밸브의 가격은 비싸지므로, 가격과 성능을 고려하여 선정되어야 합니다.

Valve의 종류

1. 게이트 밸브(Gate Valve)

게이트 밸브는 유체의 통로를 디스크에 의하여 수직으로 차단하는 구조입니다. 밸브가 완전히 열렸을 때는 밸브의 개도와 유로의 구경이 같게 되어 유체의 흐름저항이 작아 압력손실이 매우 작습니다. 밸브가 완전히 닫혔을 때는 디스크가 시트 링(Seat Ring)의 접촉면에 밀착되어 유체의 누설이 거의 발생하지 않기 때문에 게이트 밸브는 유체의 흐름을 개방하거나 차단하는 데 사용됩니다. 밸브를 개방 시 밸브의 개도에 따라 유체의 흐름은 비선형적으로 증가하며 또한 밸브를 부분 개방 시 유체의 흐름저항에 의한 진동과 와류 발생에 의한 디스크 시트의 마모 때문에 유체의 유량 조절용으로는 사용되지 않습니다.

2. 글로브 밸브(Globe Valve)

글로브 밸브는 디스크가 스템에 의하여 밸브 시트에 직각인 방향으로 작동되는 구조로서 유체의 흐름이 S자 모양으로 흐르는 특성이 있습니다. 글로브 밸브에서 디스크와 시트 링사이의 고리모양 공간은 밸브가 닫힐 때 단계적으로 좁혀지는 특성 때문에, 글로브 밸브는 유량 조절 목적으로 주로 사용됩니다. 글로브 밸브는 압력손실이 큰 특징이 있습니다. 게이트 밸브에 비해 유량조절, 유로 차단은 우수하지만, 구조가 복합하고 무거운 특징이 있습니다. Stroke가 짧기 때문에 신속한 개폐가 이루어지며, 개폐 시 Gate 밸브보다 많은 힘을 필요로 합니다.

3. 체크 밸브

체크 밸브는 한쪽 방향으로만 유체를 흐르도록 하며, 펌프 등의 기기가 정지한 경우에 발생하는 유체의 역류를 방지할 목적으로 주로 사용됩니다. 주로 기기나 계기를 보호하기 위해 널리 사용됩니다. 체크 밸브에는 스윙 체크(Swing Check), 리프트 체크(Lift Check) 밸브, 다이아프램 체크(Diaphragm Check) 등이 있습니다.

1) 스윙 체크 밸브(Swing Check Valve)

스윙 체크 밸브는 운전 중 움직이는 힌지가 설치된 디스크를 사용하며 밸브입구에서 출구로의 유체 흐름은 디스크를 열리는 방향으로 움직이고, 출구에서 입구로의 유체 흐름은 디스크를 닫히는 방향으로 움직입니다. 스윙 체크 밸브가 열린 상태일 때는 유체의 흐름에 대하여 거의 저항을 주지 않으므로 스윙 체크 밸브는 적은 압력손실이 요구되는 계통에 사용됩니다.

2) 틸팅 체크 밸브 (Tilting Check Valve)

틸팅 체크 밸브는 원추형 디스크가 힌지 핀 중심 선상에서 회전하여 개폐되는 구조이며, 유체의 저항이 적어 소음 진동이 적으며, 구조가 다소 복잡하여 비쌉니다.

3) 리프트 체크 밸브 (Lift Check Valve)

리프트 체크 밸브는 주로 2인치 이하 소형 밸브에 적용 됩니다. 일반적으로 수평으로 설치되지만, 수직 방향으로도 설치도 가능하고, 충격으로 인한 고장이 적은 특징이 있습니다.

4. 볼 밸브 (Ball Valve)

볼 밸브는 유체를 신속하게 차단 및 개방하기 위하여 사용됩니다. 회전하는 구 형태의 볼을 사용하여 유체의 흐름을 개방 또는 차단하거나 방향을 바꿀 수 있습니다. 볼밸브는 간단한 구조로 인해 작동이 쉽고 빠르며 수명이 길기 때문에 많은 산업 및 가정용 애플리케이션에서 사용되고 있습니다.

5. 버터플라이 밸브(Butterfly Valve)

버터플라이 밸브는 유체흐름의 차단 및 개방 그리고 유량조절 목적으로 사용된다. 완전히 열린 위치에서는 유체의 흐름에 거의 저항을 주지 않으므로 압력손실이 매우 작으며 완전히 닫히면 시트에서 누설이 거의 발생하지 않는다. 버터플라이 밸브는 사이즈 대비 저렴한 편에 속합니다. 유지보수가 쉬우므로 발전소의 순환수계통과 같은 저압계통에 주로 사용됩니다. 씰링이 까다로워 높은 차압을 요구하는 배관에는 적용하기 어려우며, 주로 저압에 사용됩니다.

6. 다이아프램 밸브(Diaphragm Valve)

대부분의 밸브와는 달리 다이아프램 밸브는 탄력이 있는 고무재질을 견고한 시트에 밀착시켜 유체의 흐름을 차단시키는 구조로 되어 있다. 다이아프램 밸브는 물처리 계통 및 금속 접촉으로 오염될 수 있는 부식성 유체에 사용한다. 고무재질의 다이아프램은 탄력(Cushion) 효과가 있어서, 크고 작은 알갱이가 포함된 유체의 흐름에서도 견고하게 유체의 내부 누설을 방지하므로 이물질이 포함되어 있는 폐수계통에 사용되기도 합니다.

7. 릴리프 및 안전밸브(Relief And Safety Valve)

릴리프 및 안전밸브는 유체 계통에 돌발적으로 과압이 되는 것을 방지하여 기기의 손상을 방지하는 계통에 주로 사용되며, 릴리프 밸브와 안전밸브의 차이점은 설정압력에서 밸브가 열리는 정도에 있습니다. 릴리프 밸브는 입구 압력이 설정치 이상 증가함에 따라 점진적 열립니다. 안전밸브는 압력이 설정치에 도달하자마자 신속하게 열려서 많은 유체를 분출시킵니다. 릴리프 밸브는 물이나 기름 같은 비압축성 유체에 주로 적용됩니다. 안전밸브는 증기나 가스와 같은 압축성 유체에 적용 됩니다.

Valve의 분류 요약

마지막으로 밸브의 기능에 따른 분류를 요약해 보도록 하겠습니다.

유로의 개폐 : 게이트밸브, 글로브밸브, 스톱밸브 등
유로의 방향전환 : 3-way밸브, 앵글밸브 등
유체흐름의 조절 : 유량제어밸브, 압력제어밸브 등
유체흐름의 역류방지 : 체크밸브 등
계통의 과압력 방출 : 릴리프밸브, 안전밸브, 파열판 등

이상으로 밸브의 뜻과 종류에 대해 알아보았습니다. 밸브는 엔지니어링에 가장 중요한 부분입니다. 목적과 기능에 맞게 잘 선택하여 적용하면 신뢰성 높은 시스템을 설계할 수 있습니다.