볼밸브 종류, 구조 , 작동원리 , 볼밸브 규격 연결방식 정보!

볼밸브는 산업과 가정의 배관 시스템에서 유체 흐름을 제어하는 데 중요한 역할을 하는 핵심 장비입니다. 그 간단한 작동 원리와 다양한 응용 가능성 덕분에 많은 분야에서 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다. 이 블로그 글에서는 볼밸브의 작동 원리, 다양한 종류, 구조적 특징, 규격, 그리고 선택 시 고려해야 할 사항들에 대해 심층적으로 알아보겠습니다.

1. 볼밸브의 작동 원리

볼밸브 작동 원리

볼밸브는 구형의 밸브 코어(볼)를 회전시켜 유체의 흐름을 제어하는 방식으로 작동합니다. 밸브 내부의 볼은 중앙에 구멍이 뚫려 있으며, 이 구멍이 배관과 일직선으로 정렬되면 유체가 흐르고, 90도 회전하면 유체의 흐름이 차단됩니다. 이러한 간단한 작동 메커니즘은 볼밸브가 신속하고 효과적인 개폐가 가능하도록 합니다.

 

2. 볼밸브 종류

2-1. 플로팅 볼밸브:

플로팅 볼밸브는 볼이 자유롭게 떠 있는 구조로 설계되어 있습니다. 이 유형의 밸브에서는 유체의 압력이 볼을 시트에 밀어붙여 밀봉이 이루어집니다.

플로팅 볼밸브

• 특징: 간단한 설계와 작동 메커니즘 덕분에 구조가 단순하고 유지보수가 용이합니다. 일반적으로 소형 및 중형 직경의 배관 시스템에 사용됩니다.
• 사용 분야: 플로팅 볼밸브는 저압에서 중간 압력의 유체를 처리하는 데 적합하며, 주로 상업용 및 가정용 배관 시스템에서 사용됩니다.

2-2. 트러니언 볼밸브:

트러니언 볼밸브는 볼이 고정된 구조로, 볼의 상단과 하단이 트러니언(고정 축)에 의해 지지됩니다. 이로 인해 큰 직경의 배관에서 안정적인 작동이 가능합니다.

• 특징: 고압 상황에서도 안정적인 밀봉이 가능하며, 볼의 회전이 트러니언에 의해 제어되어 마찰이 감소합니다. 이는 긴 수명과 안정적인 성능을 보장합니다.
• 사용 분야: 트러니언 볼밸브는 고압 및 대구경 배관 시스템에서 주로 사용되며, 석유 및 가스 산업, 화학 공정, 해양 플랫폼 등에서 활용됩니다.

2-3. V-포트 볼밸브:

V-포트 볼밸브는 V자 형태의 포트를 가지고 있어, 유량을 보다 정밀하게 조절할 수 있는 기능을 제공합니다.

V-볼밸브

• 특징: 유량 제어가 가능하여, 개폐 상태에 따라 유량을 세밀하게 조정할 수 있습니다. 이는 프로세스 제어가 중요한 산업에서 유리합니다.
• 사용 분야: V-포트 볼밸브는 정밀한 유량 제어가 필요한 공정에서 사용되며, 화학 처리, 수처리 시설, 제약 산업 등에서 활용됩니다.

2-4. 3웨이 및 4웨이 볼밸브:

다중 포트 볼밸브는 유체의 흐름을 여러 방향으로 전환할 수 있는 기능을 제공합니다. 3웨이와 4웨이로 구분되며, 배관 시스템의 복잡성을 줄이는 데 기여합니다.

3WAY 볼밸브

• 특징: 여러 유체 흐름 경로를 선택할 수 있으며, 시스템의 유연성을 높입니다. L-포트와 T-포트 옵션이 있어 다양한 흐름 패턴을 지원합니다.
• 사용 분야: 다중 포트 볼밸브는 유체의 혼합, 분배 또는 전환이 필요한 복잡한 배관 시스템에서 사용됩니다. HVAC 시스템, 산업 플랜트, 화학 혼합 공정 등에서 유용합니다.

2-5. 풀포트와 리듀스드 포트 볼밸브:

볼밸브는 포트의 크기에 따라 풀포트(Full Port)와 리듀스드 포트(Reduced Port)로 나뉩니다.

• 풀포트 볼밸브: 포트의 직경이 배관의 직경과 동일하여, 유체 흐름에 대한 저항이 최소화됩니다. 이는 유량의 손실을 방지하고 시스템 효율을 높이는 데 기여합니다.
• 리듀스드 포트 볼밸브: 포트의 직경이 배관의 직경보다 작아 유체 흐름이 좁아집니다. 이는 비용 효율적이며, 유량이 완전 개방 상태로 유지될 필요가 없는 시스템에서 사용됩니다.

3. 볼밸브 구조

3-1. 밸브 본체(Body):

밸브 본체는 볼밸브의 외부 구조로, 전체 시스템의 물리적 형태를 형성합니다.

• 재질: 일반적으로 스테인리스 스틸, 황동, PVC 등 다양한 재질로 제작되며, 이는 사용 환경과 유체의 특성에 따라 선택됩니다. 스테인리스 스틸은 내식성과 강도가 뛰어나며, 화학적 저항성이 필요한 경우 사용됩니다.
• 역할: 본체는 내부 구성 요소를 보호하고, 외부 환경으로부터 밀봉하는 역할을 합니다. 또한, 본체의 설계는 밸브의 내압성과 유체 흐름 특성을 결정합니다.

볼밸브 구조

3-2. 볼(Ball):

볼은 볼밸브의 핵심 부품으로, 유체의 흐름을 제어하는 역할을 합니다.

• 구조: 볼은 중앙에 구멍이 있는 구형 구조이며, 이 구멍을 통해 유체가 흐릅니다. 볼의 회전에 따라 구멍이 배관과 정렬되거나 차단됩니다.
• 재질: 주로 스테인리스 스틸이나 크롬도금 황동 등으로 만들어지며, 이는 마모와 부식에 대한 저항성을 강화합니다.

3-3. 시트(Seat):

시트는 볼과 본체 사이의 밀봉을 담당하는 부품으로, 유체가 외부로 누출되지 않도록 합니다.

• 재질: 일반적으로 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)와 같은 내구성 있는 플라스틱으로 제작됩니다. PTFE는 화학적 저항성과 낮은 마찰 계수를 제공하여 효과적인 밀봉을 보장합니다.
• 역할: 시트는 볼이 회전할 때 마찰을 최소화하고, 볼의 위치에 관계없이 일관된 밀봉을 제공합니다.

3-4. 스템(Stem):

스템은 볼을 회전시키는 축의 역할을 하는 부품입니다.

• 구조: 스템은 핸들과 볼을 연결하며, 스템의 회전에 따라 볼이 회전합니다. 이는 유체의 흐름을 개폐하는 데 필수적인 과정입니다.
• 재질: 스템은 강도와 내구성을 위해 일반적으로 스테인리스 스틸로 제작됩니다. 이는 고온 또는 고압 환경에서의 신뢰성을 높입니다.
• 밀봉: 스템에는 일반적으로 O-링이나 글랜드 패킹이 장착되어 있어, 스템 회전 시 외부로의 유체 누출을 방지합니다.

3-5. 핸들(Handle):

핸들은 사용자가 스템을 돌려 볼을 회전시키는 데 사용하는 부품입니다.

• 구조: T자형 또는 L자형으로 설계되어 있으며, 손으로 쉽게 돌릴 수 있도록 제작됩니다. 일부 모델에서는 기어박스나 전동 액추에이터가 장착되어 자동 제어가 가능합니다.
• 역할: 핸들은 볼밸브의 개폐 상태를 직관적으로 조작할 수 있게 하며, 사용자의 힘을 스템에 전달하여 볼을 회전시킵니다.

3-6. 추가 구성 요소:

• 패킹(패킹 글랜드): 스템과 본체 사이의 틈을 밀봉하여 유체의 누출을 방지하는 역할을 합니다. 이는 유지보수 시 조정이 가능하여 밀봉 상태를 유지합니다.
• 트러니언(Trunnion): 트러니언 볼밸브에서 볼을 지지하는 축으로, 대구경 및 고압 상황에서 볼의 안정성을 높입니다.

4. 볼밸브 규격

4-1. 사이즈 (크기):

볼밸브의 크기는 일반적으로 DN(Diameter Nominal) 또는 NPS(Nominal Pipe Size)로 표시됩니다.

• DN (지름 명칭): DN은 주로 국제 표준 시스템에서 사용되며, 밀리미터(mm) 단위로 표시됩니다. 예를 들어, DN50은 50mm의 명목 직경을 의미합니다.
• NPS (명목 파이프 크기): NPS는 주로 북미에서 사용되는 표준으로, 인치 단위로 표시됩니다. 예를 들어, NPS 2는 2인치 명목 직경을 의미합니다.

볼밸브의 크기는 설치될 배관의 크기와 일치해야 하며, 이는 유체의 흐름과 시스템의 전체적인 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.

4-2. 압력 등급:

볼밸브는 특정한 압력 범위 내에서 안전하게 작동하도록 설계되어 있으며, 이를 압력 등급으로 표기합니다. 압력 등급은 PN(Pipe Nominal Pressure) 또는 ANSI 압력 등급으로 표시됩니다.

• PN (명목 압력): PN은 유럽 표준에 따라 사용되는 압력 등급으로, 바(bar) 단위로 표기됩니다. 예를 들어, PN16은 최대 16바의 압력을 견딜 수 있음을 의미합니다.
• ANSI 압력 등급: ANSI는 북미 표준으로, 클래스(Class)로 표시됩니다. 클래스 150, 300, 600 등으로 구분되며, 이는 각각의 최대 압력을 나타냅니다. 예를 들어, 클래스 150은 약 150 psi의 압력을 견딜 수 있습니다.

압력 등급은 시스템의 최대 작동 압력을 초과하지 않도록 선택해야 하며, 이는 안전성과 시스템의 수명에 중요한 영향을 미칩니다.

4-3. 연결 방식:

볼밸브는 다양한 연결 방식으로 제공되며, 이는 설치 및 유지보수의 용이성에 영향을 미칩니다.

• 나사식 연결: 나사식은 설치가 간단하고 쉽게 연결할 수 있어 소형 배관 시스템에 적합합니다. 그러나 고압 상황에서는 사용이 제한될 수 있습니다.
• 플랜지식 연결: 플랜지식은 대형 및 고압 배관 시스템에서 주로 사용되며, 견고하고 안정적인 연결을 제공합니다. 설치와 유지보수가 상대적으로 간편하다는 장점이 있습니다.
• 용접식 연결: 용접식은 매우 높은 압력 및 온도 조건에서 사용되며, 누출 가능성이 거의 없는 매우 강력한 연결을 제공합니다. 그러나 설치 및 교체가 복잡할 수 있습니다.
• 소켓 용접 및 바트 용접: 이들은 용접식의 하위 유형으로, 소켓 용접은 작은 직경의 배관에, 바트 용접은 큰 직경의 배관에 사용됩니다.

4-4. 기타 특수 규격:

특수한 응용 분야에서는 추가적인 규격이 필요할 수 있습니다.

• 방폭 설계: 가연성 환경에서의 사용을 위한 방폭 설계가 필요할 수 있습니다.
• 소음 및 진동 제어: 소음과 진동을 최소화하기 위한 특수 설계가 요구될 수 있습니다.
• 위생 등급: 식품 및 제약 산업에서는 위생 기준을 충족하는 재질 및 설계가 필요합니다.

볼밸브는 그 간단한 구조와 다양한 응용 가능성 덕분에 산업 및 가정용 배관 시스템에서 필수적인 역할을 하고 있습니다. 각기 다른 환경과 요구 사항에 맞춘 다양한 종류와 규격이 제공되므로, 사용자는 자신의 필요에 맞는 올바른 볼밸브를 선택할 수 있습니다. 이러한 볼밸브의 특성과 장점을 이해하는 것은 효율적이고 신뢰할 수 있는 배관 시스템을 구축하는 데 중요한 요소입니다.