게이트밸브 (Gate Valve)
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몸통과 덮개가 십자형태로 이루어지고, 디스크가 직선 유로에 대하여 직각으로 미끄러짐에 따라 밸
브가 완전히 열렸을 때 거의 배관 크기와 같은 유체 통로를 유지하는 밸브이다.
1) 특성
게이트밸브는 배관용 밸브로 가장 대표적인 제품이며, 광범위하게 사용되고 있다.
◆ 장점으로는
- 유체가 밸브 내부를 통과 시에 방향 및 단면의 변화가 없어 압력 손실이 적다.
- 비교적 제작이 용이하여 광범위(소형↔대형, 저압↔고압, 초 저온↔고온)하게 제작이 가능하다
- 부착 면간 거리가 짧으며, 핸들 조작이 가볍다.
- 양면 실링(Sealing)이 가능하므로 밸브를 설치 시에 방향성이 없다.
◆ 단점으로는
- 전 개폐(ON-OFF)용으로만 사용하고 조절용으로는 사용할 수 없다.
※ 반개 상태에서 사용하면 게이트의 배면에 와류가 생겨 유체저항이 크게 되어 밸브에 진동이 발
생 밸브 내면에 침식이 생길 위험이 있다.
- 밸브 높이가 높고, 리프트가 크므로 개폐하는 시간이 많이 걸린다.
2) 구조
게이트밸브의 몸통은 대소를 불문하고 두 개의 원통이 교차된 형상을 가지며 하나는 유체를 흘리
고 하나는 게이트를 수납한다.
게이트밸브에서는 2개의 주요부는 밸브대(Stem)와 게이트를 들어올리는 운동과 게이트 자신이다.
가) 밸브대와 게이트의 운동방법에 따라
a) Rising Stem : 밸브대 상승식은 밸브대의 작동부가 밖으로 나와 있어 이물질의 혼입 등의 염
려가 있으나, 작동부에 주유 등이 수월하고 개폐의 정도를 한눈에 알 수 있다.
• Inside Screw, Rising Stem(ISRS)형 ; 주로 소형, 저압(Class150 이하) 및 동합금밸브에 사
용되는 형태로 덮개의 속에 나사가 가공되어, 게이트를 물고 있는 밸브대의 나사와 작동하는 형.
• Outside Screw, Rising Stem형(OS&Y)형 ; 주로 고온, 고압 및 대형에 사용되는 형태로 슬리브
에 나사를 가공하여 요크에 조립하여, 게이트를 물고 있는 밸브대의 나사와 작동하는 형으로 발
전소용, 석유화학용 및 건축용에서 채택하고 있다.
b) Non-Rising Stem(NRS) : 밸브대 비상승식은 밸브대의 나사가 내측에 있어 외기와 접촉하지
않고 또 밸브대는 패킹부에서 회전하는 것으로 내외부로부터 패킹부에 이물질이 끼이는 위험이
적다. 주로 소형 동합금밸브에 사용되는 게이트 중앙부에 나사를 가공하는 형과 주로 대형 밸브
에 사용 Stem nut에 나사 가공하여 게이트에 끼워 사용하는 형이다. 이 형은 사용압력이 Class
150이하에서 사용되며, 좁은 공간에서 설치 및 작동이 용이하므로 수도용(지하 매설) 및 선박용밸
브에서 주로 채택하고 있다. 또한 이 형은 밸브가 외부에서 전개상태를 알 수 없으므로 인디게이
터(Indicator)를 설치하여야 한다.
나) 게이트(Gate)의 종류
a) Solid Wedge Gate : 게이트가 쐐기 형이며, 일체형으로 몸통의 시트 각도에 따라 게이트의
각도 변화가 불가능하므로 제작이 어려워 소형에서 많이 채택하며 누설 위험이 있다.
b) Flexible Wedge Gate : 게이트가 쐐기 형이며, 일체형으로 게이트의 외부에 홈을 넣어 탄력성
주어, 치수상의 오차나 시트 각도의 변화에 대하여 추종성이 좋아 대형 밸브에 많이 사용된다.
중앙부가 적으면 유연성이 클지라도 강도가 약해 영구 변형을 일으킬 위험이 따른다.
c) Tow Piece Wedge Gate : 게이트가 2쪽으로 각각의 반분의 시트에 대하여 자유롭게 대응하
는 구조로 소형에서 많이 채택되고 있다. 게이트가 분할된 조각이 과도하게 넓혀지는 것을 방지
하지 않으면 안 된다.
d) Double Disc Gate : 게이트가 2쪽으로 이루어져 평행면을 가진 반분씩의 디스크 사이의 쐐
기 면이 밸브대의 추력에 의해서 상호간 밀어 붙여 디스크를 넓혀 시트를 실링(Sealing)한다.
테이퍼를 붙인 쐐기는 디스크를 반분한 일부로 하여도 좋고, 또 분리된 부품으로도 좋다.
e) Parallel Slide Gate : 조작원리는 평행면을 가진 반분씩의 디스크의 사이에 스프링을 넣어
시트에 접촉시킨 상태에서 압력을 가하면 시트가 밀착되여 하류 측에서 밀봉(Seal)이 된다. 게이
트가 내려가는 것을 방지하고 회전하는 것을 방지하는 스톱퍼가 있어야 한다. 고온 고압용으로
많이 사용되며, 증기 서비스에 있어서의 대구경 게이트는 가열 상태에 있는 밸브를 누설이 없도
록 충분히 추력에 의해 닫혀 진 밸브가 냉각되면 시이트 사이가 수축되어 몸통을 가열하지 않으
면 열리지 않은 일이 있다. Parallel Slide Gate 이런 난점을 해소 한 것이다.
f) Through Conduit Gate : 게이트에 토관을 붙여 밸브가 열려 있을 때에 파이프와 같은 형태를
유지하는 것으로, 고온 고압용으로 평행면을 가진 반분씩의 디스크의 사이에 스프링을 넣어 시
트에 접촉시키는 형태(Parallel Slide Gate와 동일형)와 송유용으로 많이 사용되는 Slab형으로 게
이트를 솔리드로 하고 몸통 시트링에 “O”링과 스프링을 넣어 게이트 시트에 접촉시키는 방법이
있다.
g) Knife Gate : 펄프, Slurry 및 폐기물 계통의 점성이 높은 유체에 사용되는 형으로 게이트 끝
을 칼날 같이 하여 Close시에 유체를 절단하면서 닫는다.
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각 밸브별 특성과 장단점
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VALVE 특성과 장단점
1. Gate Valve (Stop Valve)
유체저항이
적어 압력손실이 적다. Globe Valve에 비하여 면간 거리가 짧고 중량이 작고 대구경에도 사용할 수가 있따. 그러나 Valve Lift가
길어 높은 공간을 차지한다. Gate
Valve의 특징은 완전히 열렸을 때는 전혀 유체저항이 없어 압력손실이 거의 없다. 그러나 유속이 빠른 유체일 때 조금 연 상태에서는 dsc의
진동과 소음현상이 일어나 seat가 마모(erosion)된다. 따라서 일반적인 Gate Valve는 유량조절(throttling)용으로는 사용할
수 없다. 결론적으로,
일반적인 Gate
Valve는 유량조절을 하지 않고 빈번하게
사용하지 않는 곳의 완전개폐용으로 적당하다.
2. Globe Valve
유량을 조절하는 대표적인 밸브로서 seat나 disc의 손상을 최소화하고 유량을 미세하게 조절할 수 잇따. Plug와 guide가 언제나 접촉하여 고압에도 사용할 수 잇고 disc의 움직이는 범위가 짧아 작동시간이 Gate Valve에 비하여 짧다. Disc와 seat는 언제나 valve를 pipline에서 떼어내지 않고 수리할 수 있어 편리하다.
Valve seat가 유체의 흐르는 방향과 평행으로 되어있고, 유체의 흐르는 길(path)이 S자형으로 되어있어 유체의 방향을 변경시켜 유체의 압력손실이 크고 와류현상(turbulent)이 일어난다. 따라서 압력손실이 문제가 되는 저압의 유체에는 적당하지 않다. 또 같은 구경일 때 Gate Valve에 비하여 무겁고 가격이 비싸다.
결론적으로, Globe Valve는 유량조절용으로 valve를 빈번히 사용하고 압력손실의 문제가 없는 곳에 사용하면 좋다.
3. Angle Valve
유체가 90°각도로 꺽이고 Globe Valve가 필요할 때 관이음쇄(fitting)를 절약하고 Globe Valve 역할을 할 수 있는 구조이다.
Disc는 Globe Valve와 같은 형태로 할 수 있으며, Globe Valve에 비하여 와류현상과 압력손실이 적다. 따라서 유체의 압력차가 큰 곳에서 사용한다.
4. Ball Valve
Plug가 구(球/Ball)형으로 되어 있으며 가운데에 유체가 통과할 수 있도록 구멍이 있다. 특성은 90°만 회전시켜도 valve의 개폐가 가능하며 Globe Valve에 비하여 중량이 작다. 크기가 작아 좁은 공간에서도 사용할 수 있으며, 또 조절범위(Rangeability)가 다른 valve에 비하여 대단히 크다.
Ball Valve가 점점 Control Valve로 사용되는 추세에 있다. 지금까지 문제는 seat의 재질때문에 고온/고압에 사용이 제한되어 왔으며, ball과 stem이 분리되어 구동부와의 동력전달이 미세한 부분에서는 잘 조절되지 않는 부분(dead band)이 있었으나, seat 재질을 향상시켜 metal seat가 개발되고, ball도 stem과 같이 붙어있는 One Piece Ball (Stem Ball)이 나와 Globe Valve보다 가격이 저렵하고 조절범위(Rangeability)가 넓은 등 유리한 점이 많아 Control Valve로 사용이 증가하고 있는 추세에 있다.
단지 ball은 회전각도에 따라서 심하게 유량이 변하여 미세한 유량과 압력제어에는 적당하지 않다. 또 valve회복계수(valve를 통과하는 유체압력의 손실계수)가 낮아 Auto Control Valve로 사용시 와류현상이 일어나고 소음이 심하게 발생한다.
Ball의 구경에 따라 Standard, Full Bore, Reduced Bore Ball이 있다.
5. Butterfly Valve
회전운동식(Rotary Motion) Valve의 대표적인 형식이다. 중량이 가볍고 크기가 작아 취급하기가 좋다. 유량 특성이 좋고 유체 저항이 작아서 대구경 valve의 유체 제어에 적당하다.
Seat를 고무, teflon 등 연질 Elastomer를 사용하면 완전 누출을 막을 수가 있으나 고온에는 견디지 못하여 저온에 사용한다.
그러나 Metal Seat가 개발되어 고온에도 사용되나 이것도 고압에는 적당하지가 않다. 또 구조의 특성으로 인하여 50 inch 이하의 작은 크기의 valve는 제조가 곤란하다. On-off나 유량조절(throttle)에 사용할 수 있으며 on-off일 때는 90회전변을, throttle일 때는 60회전변을 사용하는데 60° 이상 되면 유체의 증가가 기하급수적으로 변하고 많은 힘이 필요하며 70° 이상에서 유량조절에는 적당하지 않다.
이 valve의 장점은 대구경일 때 다른 valve에 비하여 가격이 저렴하고 설치하기 좋고 유량조절이 가능한 것이다.
6. Plug Valve
가장 오래된 형태의 valve 형태이다. Plug가 원추형이다. 보수가 간단하고 가격이 다른 것에 비하여 싸다. 그러나 plug와 seat의 마찰이 크고 seat를 구조상 잘 설치할 수가 없어 고압에는 적당하지 않다.
Gate valve와 같이 개폐용으로 사용할 수 있다. 좁은 장소에 설치할 수 있고, 조작이 90도만 돌리면 개폐가 되어 간단하다.
Plug의 구멍이 body와 같은 full bore와 body의 70%, 40%인 reduced port가 있다.
7. Diaphragm Valve
유체가 점액상태이거나 유체속에 고형물질 또는 덩어리 등이 들어있는 유체를 제어하는데 적당하다.
이 valve의 형태는 유체를 차단하기 위하여 유동적인 판막(flexible diaphragm)이 상하로 움직여 작동하는 valve이다. 점액부는 고무, glass, plastic, teflon 등으로 Lining할 수 있다.
8. Check Valve
유체의 역류현상을 막는 일종의 안전 valve로서 유체의 압력과 disc의 무게에 의하여 작동한다. 때에 따라서는 유압 또는 다른 구동부를 사용 유체 특성에 맞게 사용한다
출처 :
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=yangseungjae&logNo=90129247566&parentCategoryNo=&categoryNo=&viewDate=&isShowPopularPosts=false&from=postView
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볼 밸브냐? 게이트 밸브냐? 그것이 문제로다.
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오래된 차단 밸브를 교체할때, 흔히 마딱드리는 문제가 하나 있다. 볼밸브를 이용할 것인가? 아니면 게이트 밸브를 이용할 것인가 하는 문제이다.
물이나 유체는 원래 배관 시스템을 다양한 방면으로 망가뜨리게 되지만, 적절한 밸브를 선택하므로서 더욱 "천천히" 망가뜨리게는 할 수 있다. 어차피 시간이 흐르면 결국은 망가지는 것이므로, 망가지는 것을 "방지"할 수는 없고 "지연" 시키는 것이다.
볼 밸브
게이트밸브
볼 밸브를 사용하는것이 게이트 밸브를 사용하는 것에 비해 더욱 오랫동안 이용할 수 있고, 자잘한 문제를 덜 일으키는 등 성능이 월등히 우월하다.
볼 밸브는 유체 흐름을 조절하기 위해 구멍이 난 유체를 이용하는데, 핸들이 밸브랑 평행하면 구멍이 열려 유체가 흐르고, 밸브를 1/4 정도 돌리면 구멍이 밸브와 직각을 이루면서 구멍이 닫혀 유체가 멈추게 된다. 볼 밸브는 몇년간 사용하지 않았어도 사용할 수 있어서 소위 굳어서 움직이지 않는 경우가 별로 없다.
게이트 밸브는 내부 축을 따라 게이트 즉 문이 열리고 닫히는 구조로 되어 있다. 축은 핸들에 나사형으로 연결되어 게이트를 올리고 닫으므로서 흐름을 조절한다. 게이트 밸브는 몇 가지 단점이 있는데, 그 중 가장 큰 문제는 시간이 흐름에 다라 게이트를 조절하는 축이 고장난다는 점이다. 이것은 게이트가 특정위치에 걸려 열거나 닫히지 않게 된다는 뜻이다. 또하나 문제점은 오랫동안 잠근 체 사용하지 않으면, 열리지 않는다는 점이다. 만약 열었다 하더라도 보통은 새기 시작한다. 하지만 명심해야 할 점은 아직도 계량계 앞뒤 라던가 하는 특정 부분에서는 게이트 밸브가 필요하다. 왜냐하면, 볼밸브는 1/4만 돌려도 쉽게 잠기게 되고, 이렇게 빨리 잠기게 되면 집안에서 돌고 있는 물이 워터 해머(갑작스럽게 유체의 한부분이 멈추거나 부딪혀서 나는 현상)현상이 일어나 어딘가의 문제를 일으킬 수 있기 때문이다. 물론 이런일은 그렇게 잘 발생하는 일은 아니며, 아마도 크게 고려할 사항은 아니다.
위 이야기는 일반적인 볼/게이트 밸브 이야기 이며, 가정용 위주로 기술하였으나, 대형 플랜트 시장에서도 그 특성은 크게 다르지 않아 기술해 본다.
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