볼 밸브의 구성, 종류와 장점

1. 볼 밸브 개요

볼 밸브는 밸브 내부에 구멍이 있는 볼을 회전시켜 배관 시스템에서 액체, 가스 및 증기의 흐름을 허용, 차단 및 제어하는 차단 밸브입니다. 볼은 두 개의 시트에 장착되며 볼을 회전시키는 작동 및 제어 메커니즘에 연결하는 샤프트가 있습니다.

보어의 단면이 유동 영역에 수직이면 유체가 밸브를 통과할 수 없습니다. 유체는 밸브에서 흐르고 유체 유량은 흐름에 노출된 보어 영역에 따라 다릅니다.

 

 

 

볼 밸브는 플러그 밸브 및 버터플라이 밸브와 함께 일종의 쿼터턴 밸브입니다. 수동으로 또는 액추에이터를 사용하여 작동할 수 있습니다. 볼 밸브의 가장 간단한 작동은 작업자가 수동으로 돌리는 렌치 또는 레버를 사용하는 것입니다. 토크가 가해져 레버 암을 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 900도 회전시켜 밸브를 열거나 닫습니다. 레버 암이 파이프와 평행하면 밸브가 열려 있음을 나타냅니다. 레버 암이 파이프에 수직이면 밸브가 닫혀 있음을 나타냅니다.

 

볼 밸브는 다양한 산업 요구를 충족시키기 위해 다양한 디자인과 기능으로 제공되며 볼 밸브의 표준 및 사양은 사용되는 산업에 따라 다릅니다.

 

반응형

 

2 . 볼 밸브 구성

볼 밸브의 기본 구성 요소는 다음과 같습니다.

 

 

밸브 하우징

볼 밸브의 모든 내부 구성 요소는 밸브 하우징 또는 본체 내부에 포함되어 있습니다. 주요 기능은 밸브를 통한 유체의 흐름을 정밀하게 제어할 수 있도록 볼을 안전하고 밀봉된 인클로저를 제공하는 것입니다. 하우징에는 일반적으로 입구 및 출구 포트가 있어 파이프 또는 파이프라인을 연결할 수 있습니다. 볼 밸브의 구성 요소를 보호하는 단단하고 단단한 금속, 열가소성 또는 열가소성 라이닝 금속으로 만들어집니다. 이 견고한 구조는 다양한 산업 응용 분야에서 볼 밸브의 안정적인 작동과 수명을 보장합니다.

 

볼

볼은 중앙에 구멍이 있는 구이며  중앙에 있는 구멍을 보어라고 합니다. 보어는 유체 흐름 경로와 보어의 단면이 동일 평면에 있을 때 유체의 유동 개구부 역할을 합니다.

볼 밸브에는 단단한 볼 또는 속이 빈 볼이 있을 수 있습니다. 단단한 볼은 구조 전체에 걸쳐 일정한 개방 직경을 가지므로 유체가 일정한 속도로 원활하게 흐르는 데 도움이 됩니다. 반면에 속이 빈 볼은 속이 빈 내부 구조를 가지고 있으며 내부 공간으로 인해 더 많은 유체가 밸브를 통과할 수 있습니다. 그러나 공간이 클수록 난기류와 속도가 빨라집니다. 속이 빈 공은 단단한 공에 비해 가볍고 저렴합니다.

 

샤프트

샤프트는 볼을 회전시키는 제어 메커니즘에 볼을 연결합니다. 샤프트가 회전하면 볼을 밸브의 흐름 경로와 정렬하여 유체의 흐름을 허용하거나 볼을 흐름 경로에 수직으로 배치하여 완전히 차단합니다.

샤프트에는 유체 누출을 방지하기 위해 샤프트와 보닛을 밀봉하기 위해 O-링 및 패킹 링과 같은 씰이 있습니다. 샤프트의 설계 및 구조는 시스템의 압력 및 온도 조건을 견딜 수 있도록 견고해야 하며, 안정적이고 효율적인 작동을 보장해야 합니다. 샤프트는 레버 또는 핸드휠에 의해 수동으로 작동되거나 전기, 공압 또는 유압 작동에 의해 작동될 수 있습니다.

 

 

반응형

 

보닛

보닛은 샤프트와 패킹을 포함하고 보호하는 밸브 하우징의 확장으로, 고압 및 고온 응용 분야에서 중요합니다. 본체에 용접하거나 볼트로 고정할 수 있습니다. 또한 단단한 금속으로 만들어졌으며 샤프트를 외부 제어 메커니즘에 연결하여 만든 개구부를 덮습니다. 보닛은 밸브 설계에 따라 밸브 본체에 분리하거나 통합할 수 있습니다.

 

시트

볼 밸브에는 일반적으로 PTFE(테프론) 또는 엘라스토머와 같은 부드러운 재료로 만들어진 두 개의 시트가 있습니다. 이 시트는 밸브가 닫힌 위치에있을 때 볼 주위에 단단한 밀봉을 형성합니다. 볼과 밸브 본체 사이에 안전한 장벽을 만들어 누출을 방지합니다. 업스트림 시트는 압력에 대해 밀봉하는 반면, 다운스트림 시트는 대기로의 누출을 방지합니다.

 

전동 액추에이터

전동 액추에이터라고도 하는 전동 액추에이터는 볼 밸브를 원격으로 조작하는 방법이며 밸브의 수동 작동이 불가능한 응용 분야에 사용됩니다. 전동 액추에이터의 메커니즘은 설계에 따라 1/4 회전 또는 다중 회전이 될 수 있습니다. 1/4 회전 액추에이터는 완전히 열리거나 완전히 닫힐 수 있는 밸브에 사용되는 반면 다중 회전 액추에이터는 한 번 이상의 회전과 여러 회전을 수행합니다.

 

전동 액추에이터의 핵심은 다양한 토크 범위에서 사용할 수 있는 기어 드라이브에 연결된 전기 모터입니다. 기어 드라이브는 밸브에 연결된 출력 드라이브에 연결됩니다. 각 구성 요소는 단단히 밀봉된 방수 인클로저에 들어 있습니다. 전동 액추에이터의 작동은 원격으로 제어되며 사이클 시간과 듀티 사이클을 가질 수 있으며 성능을 향상시키기 위한 다른 기능을 포함할 수 있습니다. 또한 전동 액추에이터는 네트워크 연결 또는 데이터 버스를 가질 수 있습니다.

 

전동 액추에이터 외에도 전동 액추에이터와 동일한 기능을 수행하는 공압 액추에이터도 있습니다. 공압 액추에이터는 작동을 위해 공기 공급 장치에 의존하며, 이는 개별 볼 밸브 응용 분야로 사용을 제한합니다. 전기 볼 밸브 액추에이터는 더 비싸지 만 사용 범위가 더 넓고 더 다양한 응용 분야에 적합 할 수 있습니다.

 

 

반응형

 

 

전동 볼 밸브

전동 볼 밸브는 자동 밸브 제어에 사용되며 전기 모터를 사용하여 밸브를 열고 닫습니다. 전동 볼 밸브의 설계에는 밸브 본체의 일부인 마운트를 사용하여 밸브에 볼트로 고정되는 전동 액추에이터가 포함됩니다. 전동 볼 밸브용 전동 액추에이터는 밸브를 열거나 닫기 위해 90° 회전해야 합니다. 모터는 밸브를 열거나 닫도록 모터를 작동시키는 신호를 수신합니다.

 

응용 분야에 따라 유량 조건에 따라 밸브의 위치가 필요할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 디지털 위치 센서가 사용됩니다. 마이크로프로세서는 출력 피드백 시스템을 통해 입력 신호를 밸브의 물리적 위치와 비교하고 신호와 일치하도록 액추에이터를 움직입니다.

 

전동 볼 밸브는 자재 흐름을 시작하고 중지하기 위해 원격 위치에 널리 사용됩니다. 사용되는 응용 프로그램과 위치에 따라 다르며 응용 프로그램과의 거리가 될 수 있습니다. 볼 밸브 제어에 대한 효율적이고 실용적인 솔루션과 재료 이동을 위한 노동력 절감 방법을 제공합니다.

 

 

반응형

 

 

공압 또는 공기 작동식 볼 밸브

공압 액추에이터는 전동 액추에이터와 동일한 기능을 갖지만 볼 밸브를 열고 닫는 수단으로 공기를 사용하며  피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 바꾸는 랙 앤 피니언 메커니즘에 연결된 하우징과 수평 피스톤을 가지고 있습니다. 시스템의 작동은 피스톤을 밀어내는 압축 공기에 의해 발생합니다. 공압 또는 공기 작동식 볼 밸브 시스템의 공정은 간단하고 안정적이며 견고하며 전동 액추에이터 시스템보다 비용이 적게 듭니다.

 

전동 액추에이터 시스템과 마찬가지로 시스템용 볼 밸브에는 쉽게 설치할 수 있도록 밸브에 특수 마운팅이 부착되어 있어 공기를 받으면 작동하며, 이는 정밀하게 제어됩니다. 솔레노이드는 입력 포트에 공기 라인이 부착된 액추에이터에 장착됩니다. 전류는 밸브를 작동시키기 위해 공기를 제공하기 위해 액추에이터의 포트를 여는 플런저를 움직이는 솔레노이드에 전원을 공급합니다.

 

공기 작동식 볼 밸브는 포지셔너, 제한 스위치, 기어 작동 및 속도 제어를 포함하여 전기 작동식 볼 밸브와 관련된 모든 기능을 갖추고 있습니다. 공압 작동 밸브는 내구성과 신뢰성이 높지만 공기 공급 장치와의 거리가 제한되어 공기에 쉽게 접근할 수 있는 건물에서 사용해야 합니다.

 

 

 

반응형

 

3. 볼 밸브의 장점과 한계

 

볼 밸브는 디자인과 기능으로 인해 다양한 응용 분야에서 여러 가지 이점을 제공합니다. 볼 밸브 사용의 주요 이점은 다음과 같습니다.

 

• 빠르고 쉬운 조작: 볼 밸브는 일반적으로 핸들 또는 레버와 구멍이 뚫린 구형 볼로 구성된 단 순한 디자인을 가지고 있습니다. 이 설계는 빠르고 쉬운 작동을 가능하게 하여 신속한 차단 또는 제어가 필요한 응용 분야에 이상적입니다.
• 신뢰할 수 있는 차단: 볼 밸브는 완전히 닫혔을 때 안정적이고 단단한 차단을 제공합니다. 구멍이 있는 구형 볼은 닫혔을 때 흐름 경로와 완벽하게 정렬되어 누출 가능성을 최소화합니다.
• 최소 압력 강하: 볼 밸브는 일반적으로 완전히 열렸을 때 밸브 전체에 걸쳐 낮은 압력 강하를 갖습니다. 이렇게 하면 밸브를 통한 유체 또는 가스의 흐름이 크게 제한되지 않으며, 이는 고유량 응용 분야에서 중요합니다.
• 내구성: 볼 밸브는 일반적으로 내구성이 있으며 광범위한 온도와 압력을 견딜 수 있습니다. 그들은 종종 부식과 마모에 강한 스테인리스 스틸, 황동 또는 PVC와 같은 재료로 만들어집니다.
• 다용도: 볼 밸브는 물, 오일, 가스, 증기 및 부식성 화학 물질을 포함한 광범위한 유체 및 가스에 적합합니다. 석유 화학, 수처리, HVAC 및 제약과 같은 산업에서 일반적으로 사용됩니다.
• 쉬운 유지 보수 : 볼 밸브는 단순한 설계로 인해 최소한의 유지 보수가 필요합니다. 적절한 설치 및 작동으로 빈번한 수리나 교체 없이 오랫동안 사용할 수 있습니다.
• 양방향 흐름: 볼 밸브는 일반적으로 양방향 흐름을 위해 설계되며, 이는 정방향 및 역류 응용 분야 모두에 사용할 수 있음을 의미합니다.
• 정밀 제어: 일부 볼 밸브는 V-포트 또는 특성화된 볼을 사용하여 정밀한 유량 제어를 위해 설계되었습니다. 이 특수 볼 밸브는 유량의 정확한 제어가 중요한 응용 분야에 사용됩니다.
• 마찰 감소: 볼 밸브는 글로브 밸브와 같은 다른 유형의 밸브에 비해 마찰이 적습니다. 이로 인해 일부 응용 분야에서 마모가 줄어들고 에너지가 절약될 수 있습니다.
• 화재 안전 설계: 특정 볼 밸브 설계에는 화재 안전 기능이 통합되어 있어 화재 방지 시스템 및 기타 중요한 응용 분야에 사용하기에 적합합니다.

 

볼 밸브의 제한 사항은 다음과 같습니다. 

• 스로틀링은 표준 볼 밸브에서 가능하지만 오랫동안 지속되어야 합니다. 볼 밸브가 스로틀링 위치에 있을 때(즉, 완전히 닫히거나 완전히 열린 위치가 아님) 소프트 시트의 표면적은 유체 흐름 중에 유압에 노출됩니다. 이 유압은 소프트 시트를 침식시키기 때문에 스로틀링 응용 분야에 표준 볼 밸브를 사용하는 것은 권장되지 않습니다. 표준 볼 밸브는 저압 가스를 조절하는 데 사용할 수 있으며 세그먼트 볼 밸브는 제한된 스로틀링 응용 분야에 사용할 수 있습니다.
• 그러나 스로틀링 응용 분야에 적합한 엔지니어링 재료로 만든 수정된 설계 또는 시트가 있는 고급 볼 밸브가 상업적으로 이용 가능합니다.
• 볼밸브는 최대 허용 작동 온도에 의해 어플리케이션이 제한되며 더 높은 온도의 경우 금속 또는 세라믹 시트가 대안입니다.
• 부유 입자는 몸체와 볼 사이에 축적되어 누출, 침식 및 밸브 고장을 일으킬 수 있습니다. 따라서 슬러리 및 현탁액을 취급하는 볼 밸브를 자주 유지 보수하는 것이 좋습니다.