밸브 분류 및 선정방법

 

컨트롤밸브 부품명

 

1. 서론

계장시스템에 있어서 조작부는 조절계 조작량을 받아 기계적인 량으로 바꾸어 제어대상을 움직이는 부분이며, 마치 조절계가 사람의 두뇌라고 한 다면 조작부는 사람의 팔, 다리에 속하는 것이다.

조작부 주요기능은 제어계에 있어서 최종제어 구성요소로서 ,유량,압력 속도를 조절하며, 유체의 방향 전환,유체 유송 및 차단 역할을 담당하는데 조작부는 본체부,조작부,보조기기로 나누어 진다. 밸브 본체부는 본체를 구성하는 구조물을 밸브 본체라 하며, 밸브의 윗덮개를 상개, 유체 유로 를 열었다 닫았다 하는 부분을 Trim (Plug 또는 Seat)이라 한다.

조작부는 다이야프램,스프링,스템으로 이루어져 있다. 밸브 윗부분 (또는 밑부분)으로 공기가 들어오면 다이야프램에 압력이 가해져 스프링을 누른 다. 이때 다이야프램이 움직이면 다이야프램과 Seat와 연결된 스템을 통하여 Seat를 움직이게 하는데, 움직임으로 인하여 유체의 유로를 차단 또는 열리는 정도를 알 수 있도록 지침과 개도/ 레인지 플레이트가 설치 되어 있다.

보조기기 (E/P Positioner)의 동작 원리는 운전실이 있는 조절계로 부터 전류(4∼20mADC)가 토오크 모터에 인입되면 Flexure을 중심으로 좌우로 움직이는데 이때, 후렛바는 노즐로 부터 이격되어 노즐배압의 압력차이로 인해 파이롯트 스폴을 동작시켜 조작부 다이야프램 쪽으로 공기압이 전달 되고 전달된 공기압은 피드백 스프링 장력과 토오크 모터 회전력이 바란스 를 이룰때까지 작동을 계속한다 즉,입력전류에 비례하여 Stem변화를 가져 오게 한다.

밸브작동에는 페일세이프로서의 작동과 입력신호에 대한 작동의 2가지 목적이 있다. 페일 세이프로서의 작동은 입력신호 또는 동력원 상실시에 있어서 밸브 작동방향을 플랜트로서 안전측 방향으로 작동되게 하는것에 따라서 역동작, 정동작, 유지동작으로 구분한다.

입력신호에 대한 작동방법은 신호량증감에 대한 밸브 개폐방향을 말한다 반드시 페일 세이프 동작과 일치되지 않는다. 입력신호의 증가에서 밸브가 닫히는 것이 정동작, 입력신호 증가에서 밸브가 열리는 것이 역동작 밸브 이다. 또한 다야프램 구동방식에서는 구동부와 내밸브마다 정동작, 역동작 을 가지며, 밸브의 전체동작은 조작부와 내밸브 조합에 의해 결정된다.

2.조절밸브 종류.

조작부의 대표적인 조절밸브의 종류는 프로세스 요구에 따라 여러 형태 의 것들이 만들어지고 있으며, 분류하는 방법은 일반적으로 모양,압력,재질 작동방법 등이 있으며, 이밖에도 개폐부의 움직이는 형태에 따른 분류와 제 어 목적에 따른 분류, 조작신호에 따른 분류 등이 있다.

1) 개폐부 모양(Trim)의 움직이는 형태에 따른 분류 밸브는 개폐부가 어떻게 움직이는가를 기준으로 하여 크게 직선 운동형과 회전 운동형으로 나눈다.

① 직선 운동형 (Linear motion Valve)

게이트 밸브, Y Type 밸브, 다이야프램 밸브, 핀치 밸브, 앵글 밸브, 글로브 밸브

② 회전 운동형 (Rotary motion Valve)

버티플라이 밸브, 볼 밸브, 플러그 밸브, 세그멘트 볼 밸브 2) 개폐부 모양(Trim)에 따른 분류

게이트 밸브, Y Type 밸브, 다이야프램 밸브, 앵글 밸브, 글로브 밸브 버티플라이 밸브, 볼 밸브, 플러그 밸브

3) 유체의 제어 목적에 따른 분류

이 분류방법은 일반적인 밸브 형태를 기준으로 한 것이며, 특별히 개페부 (Trim)의 모양을 변경할 때에는 On-Off 밸브라도 유량조절을 할수 있다.

① 유체흐름을 개페 (On-Off)

게이트 밸브, 플러그 밸브, 볼 밸브

② 유체 흐름의 량을 조절제어 (Throttle)

글로브 밸브, 버티플라이 밸브

③ 유체 흐름의 방향을 제어

3-Way 밸브, 4-Way 밸브, 앵글밸브

4) 작동방법에 따른 분류

밸브가 어떠한 힘에 의하여 작동 하는가에 따른 분류이다.

① 수동식 밸브 (Manual Valve)

Hand wheel Type, Hand lever Type, Warm Gear Type ② 자동식 밸브 (Control Valve)

공기 작동형, 유압 작동형, 전기 작동형, 전기 유압식, 솔레노이드 밸브 ③ 자력식 밸브 (Self Actuating Valve) 밸브 작동힘이 밸브내의 스프링과 흐르는 유체 압력이나 온도에 의하여 발생되는 힘에 의하여 작동한다. 자력식 밸브는 밸브에 일정한 압력 또는 온도를 설정하여 설정치내 에서 자동 조절된다.자동식밸브와 다른점은 자력식 밸브는 설정치를 임의로 변경하기가 어 렵고 정밀도가 떨어질뿐만 아니라 고압이나 고온에서는 사용하기가 곤란 하고 온도나 압력 변화등 프로세스 변화가 심하면 사용할 수 없다.종류로는 안전변(Safety Valve, Rrlife Valve, Breather Valve)과 감압 변(Pressure Regulator, Back Pressure Regulator), 감온변(Temperature Regulator), Steam Stap이 있다.

5. 자동식 조절밸브의 종류

1) 공기식

공기압 조작량에 비례한 0.2 ∼ 1.0 kg/㎠의 공기압 신호로 동작되는것 으로서, 공기압 신호를 사용하는 것은 신호를 그대로 밸브 구동부에 사용 될 수 있기 때문이다. 단점으로는 응답성을 빠르게 하면서도 히스테리시스 를 작게 하기 위해 보조기기인 포지셔너를 사용하는 경우가 많다.공기압식은 오래전 부터 사용되어 오던 것으로서 신뢰도가 높고 비교적 염가로서 보수가 용이하며 무엇보다도 방폭성을 구비하고 있어서 지금까지 많이 사용되고 있는 조절밸브중의 하나이다.

2) 전기식

주로 4 ∼ 20 mA 전류신호로서 작동하는 조절밸브이다. 전동밸브나 전자 밸브의 조작에는 전기 펄스 신호를 사용하여 펄스 모터를 구동하여 유압식 조작기구를 조작하거나 On-Off 신호로 솔레노이즈 밸브나 펌프를 조작하는 경우 이다.

전류신호를 사용하는 경우 전기신호로서 직접 구동부를 조작하는 경우는 거의 없고, 전기/전기, 전기/공기, 전기/유압등의 보조기기인 포지셔너를 통해 구동부를 조작한다.

3) 유압식

유압식 조절밸브는 구동부의 응답이 양호한 것과 큰 조작력이 장점이다.

전기/유압 포지셔너를 개입시켜 구동부를 조작한다.

다음은 조절밸브 선정에 대해 알아 보려고 한다.