2.1 밸브의 구조
밸브의 구조는 유체제어의 구조 및 특성, 유체의 물리화학적 성상, 운전조작의 방법에 따라 매우 다양하다. 따라서 밸브 구조는 유체제어의 구조 및 특성에 따라 물리화학정 성상에 따라 밸브의 구조가 달라지기도 한다.
밸브 구조에서 가장 핵심적인 사항은 압력 유지부분(Pressure Retaining Part) 및 유체와 직접 접촉하면서 밸브의 기능을 수행하는 밸브 트림, 그리고 트림부를 조작하는 구동부로 나눈다.
따라서 밸브의 종류를 구분하는 일반적인 방법은 밸브의 압력유지부의 형태 또는 형식과 트림의 형상 또는 형식에 따라 구한다. 다음에 앞서의 밸브 구분 방법에 따른 밸브 종류를 나타내었다. 특히 여기서 밸브 기술자가 알아야 할 매우 중요한 밸브 용어는 트림(Trim)으로써 "밸브의 유체제어 과정에 있어서 유체와 직접 접촉하면서 유체력에 의하여 직접적인 마모 또는노화되는 부품으로 교환될 수 있는(Replacible)밸브 부품"이라고 정의 한다.
가. 개폐용(ON-OFF제어)밸브
게이트 밸브(Gate Valve)
일반 게이트 밸브(General Gate Valve)
솔리드 왯지(Solide Wedge)
후렉시블 왯지(Flexible Wedge)
스플릿트 왯지(Split Wedge)
더블디스크 패러럴 시트(Doubble Disc Parallel Seat)
스프링 패러럴 스라이드(Spring Parallel Slide)
볼 앤드 소켓 로테이팅 디스크(Ball and Socket Rotating Disc)
벨로우즈 씰 게이트 밸브(Bellow Seal Gate Valve)
나이프 게이트 밸브(Knife Edge Gate Valve)
콘디트밸브(Conduit Valve)
그로브타입 스톱 체크밸브(Globe Type Stop Check Valve)
T-그로브 타입(T-Type Stop Check Valve)
앵글타입(Angle-Type Stop Check Valve)
Y-타입(Y-Type Stop Check Valve)
글로블 밸브(Globe Valve)
팩레스 그로브 밸브(Packless Hermetic Diaphragm Globe Valve)
T-타입 팩레스 밸브(T-Type Packless Valve)
Y-타입 팩레스 밸브(Y-Type Packless Valve)
앵글 타입 팩레스 밸브(Angle-Type Packless Valve)
벨로우즈실 그로브 밸브(Bellows Seal Glove Valve)
체크밸브(Check Valve)
스윙 체크밸브(Swing Check Valve)
밸런스드(중추)체크밸브(Counter Weight Balanced Check Valve)
홀딩 디스크(듀오)체크밸브(Folding Disc Check Valve)
리프트 체크밸브(Lift Check Valve)
T-타입(T-Type Lift Check Valve)
Y-타입(Y-Type Lift Check Valve)
볼 타입(Ball Type Check Valve)
스프링 로디드 타입(Spring Loaded Lift Check Valve)
수평형(Horizontal)
티형(T-Type)
와이형(Y-Type)
틸팅 디스크 체크밸브(Tilting Disc Check Valve)
인라인 디스크(푸트)체크밸브(In-Line Disc Check Valve)
볼 타입(Ball Type)
디스크 타입(Disc Type)
푸트 타입(Foot Type)
백 후로우 프리벤터(Backflow Preventer)
고무 튜브 체크밸브(Rubber Tube Check Valve)
다이아후램 체크밸브(Diaphragm Check Valve)
버터후라이밸브(Butterfly Valve)
ANSI 규정(산업용)(For Industrial Purpose)
메탈 시티드(Metal Seated High Performance Butterfly Valve, HPBV)
프랜지 타입(Flange Type)
크로스 볼티트 웨이퍼 타입(Cross Bolted Wafer Type)
웨이퍼 타입(Wafer Type)
소프트 시티드(Soft Seated)
프랜지 타입(Flange Type)
크로스 볼티드 웨이퍼 타입(Cross Bolted Wafer Type)
웨이퍼 타입(Wafer Type)
AWWA 규정(수도관개용)(For Water Works Purpose)
프렌지 타입(Flange Type)
크로스 볼티드 웨이퍼형(Cross Bolted Wafer Type)
프러그 밸브(Plug Valve)
테이퍼드 프러그(Tapered Plug Valve)
루브리케이트 타입(Lubricated Plug Valve)
논 루브리케이트 타입(Non-Lubricated Plug Valve)
실린드리컬 프러그(Cylinderical Plug Valve)
엑씬트릭 프러그(Eccentric Plug Valve)
볼 밸브(Ball Valve)
프로팅 볼(Floating Type Ball Valve)
톱 엔츄리(Top Entry Floating Type Ball Valve)
엔드엔츄리(End Entry Floating Type Ball Valve)
트러니온 볼(Trunnion Type Ball Type)
싱글 터러니온(Single Trunnion Type Ball Type)
더블 트러니온(Double Trunnion Type Ball Type)
싱글 시티드 오 에스 앤 와이(Single Seated Outside Screw and Yoke Type Ball Valve)
소프트 다이아프램밸브(Soft Diaphragm Valve)
웨어형(Weir Type Soft Diaphragm Valve)
관통형(Straight-Through-Flow Type Soft Diaphragm Valve)
핀치형(Pinch Type Soft Diaphragm Valve)
나. 유량조절용(Flow Throttling)밸브
게이트 밸브(Gate Valve)
유량조절이 가능한 게이트 밸브(Throttable Sliding Gate Valve)
브이 오리피스 게이트 밸브(V Orifice Gate Valve)
그로브 밸브(Globe Valve)
디스크 형상에 따른 그로브밸브(Globe Valve Classified by Disc Type)
급개형 디스크(Quick Opening Type Disc)
디스크-시트 구조(Disc and SEAT)
톱 가이드형(Top Guide Type)
바디 가이드형(Body Guide Type)
바텀 가이드형(Bottom Guide Type)
케이지-프러그 구조(Cage and Plug)
선형 디스크(Linear Flow Type Disc)
디스크-시트 구조(Disc and Seat by GUide Type)
싱글 포트 디스크-시트(Singer Port Disc-Seat)
톱 가이드형(Top Guide Type)
일체형(Singer Body)
멀티오리피스 레스트릭숀(Multi-Orifice Restrication)
멀티벨로시티 헤드로스형(Multi-Velocity Head Loss Type)
분리형(Split Body)
바디 가이드형(Body Guide Type)
케이케이드형(Turbo-Cascade Type)
바텀 가이드형(Bottom Guide Type)
더블 포트 디스크-시트(Double Port Disc-Seat)
톱 앤 바텀 가이드형(Top & Bottim Guide Type)
디스크-시트 구조(Disc and Seat by Disc Type)
일반형(General Type)
멀티 브이 포트 디스크(Multi V-Port Disc)
케이지-프러그 구조(Cage and Plug)
밸런스트 프러그(Balanced Plug)
일반형(General Type)
레비린스 형(Labyrinth Type)
슬롯티드 케이지(Slotted Cage)
멀티 퍼포레이트 케이지(Multi-Perforated Cage)
멀티 오리피스 케이지(Multi-Orifice Cage)
언밸런스트 프러그(Unbalanced Plug)
일반형(General Type)
레비린스 형(Labyrinth Type)
슬롯티드 케이지(Slotted Cage)
멀티 퍼포레이트 케이지(Multi-Perforated Cage)
멀티 오리피스 케이지(Multi-Orifice Cage)
스템-디스크 일체형 구조(니이들 밸브:Niddle Valve)
등비율형 디스크(Equal Percentage Flow Type Disc)(선형 디스크 구조 체계와 동일)
혼합용 그로브 타입 제어밸브(Mixing Control Valve)
밸브 몸체 형상에 따른 구분(Globe Valve Classified By Body Type)
일반 티 그로브(General T-Type Globe Valve)
와이 그로브(Y-Type Globe Valve)
앵글 그로브(Angle Type Globe Valve)
와이 앵글 그로브(Y-Angle Type Globe Valve)
버터후라이밸브(Butterfly Valve)몸체 구성은 앞의 "가"항과 동일
정규 로타리 운동 버터후라이 밸브(Regular Rotary Butterfly Valve)
오프셋 디스크 버터후라이밸브(Offset Disc Butterfly Valve)
캔티드 디스크 버터후라이밸브(Canted Disc Butterfly Valve)
프러그밸브(Plug Valve) -몸체 구성은 앞의"가"항과 동일
엑쎈트릭 실린드리컬 프러그(Eccentric Cylindrical Plug)
엑쎈트릭 디스크 프러그(Eccentric Disc Plug)
스로틀링 프러그(Throttling Plug)
실린드리컬 프러그(Cylindrical Plug)
테이퍼드 프러그(Tapered Plug)
케이지 프러그(Cage Plug)
볼밸브(Ball Valve)-몸체 구성은 앞의"가"항과 동일
유량특성별 세크멘티드 볼밸브(Characterized Segmented Ball Valve)
급개형(Quick Openning Type)
선형(Linder Type)
등비율형(Equal Percentage Type)
브이 포티드 볼밸브(V-Ported Ball Valve)
선형(Linder Type)
등비율형(Equal Percentage Type)
소프트 다이아프램밸브(Soft Diaphragm Valve)
웨어형(Weir Type Soft Diaphragm Valve)
관통형(Straight-Through-Flow Type Soft Diaphragm Valve)
핀치형(Pinch Type Soft Diaphragm Valve)
다음으로 밸브의 유체제어를 위한 밸브 구동부의 구동특징 즉, 밸브의 스템 및 스템 조작 특징에 의한 밸브를 구하면 다음과 같다. 밸브 스템은 밸브를 열고 닫을 때 그 조작력을 전달하는 매우 중요한 밸브의 구성부품이다.일반적으로 디스크의 상하운동의하여 유체를 제어하는 구조를 가진 게이트 및 그로브 밸브는 스템의 길이가 길며, 디스크의 조절을 원활하게 하기 위하여 일부 특수한 장치(거의 선형운동을 하는)를 가진 자동 구동장치부의 제어밸브류와 같은 것을 제외한 수동조작 모타구동장부의 밸브 스템은 사각의 나사를 채용하고 있다. 이 스템 즉, 밸브 핸드휠의 조작렬에 대한 사항은 추후에 자세히 설명하기로 하고 여기서는 스템의 구분(구동부의 구동특징)조작특성을 밸브 종류별로 구분한다. 밸브 디스크의 상하운동에 의하여 유체를 제어하는 구조의 밸브는 통칭하여 "Quater Turn"밸브라고 한다. 이외에 체크밸브와 같이 자체적으로 유체력에 의해 개폐동작을 하는 "Self Actuating"밸브가 있다.
<표> 생략
2.11 밸브의 구조형식
(1)게이트 밸브
개폐용(ON-OFF제어)밸브의 대표적 밸브이다. 게이트 밸브는 호칭직경 3/8″부터 36″까지(또는 이 이상도 제작가능하다. 압력-온도 등급도 ANSI CLASS로 150LBS에서 4500LBS까지 선택의 폭이 매우 넓다. 밸브의 구조 형식 및 형태는 다음과같다.
솔리드 또는 홀로우 형식의 디스크(SOLID OR HOLLOW GATE VALVE)
밸브의 시팅 구조상 가장 튼튼한 구조이나 밸브의 열 팽창과 배관작용력에 대한 디스크에서의 흡수 여유가 없기 때문에 밸브디스크가 상온 이외의 사용에서는 고착 또는 누설 가능성이 높아진다. 따라서 이러한 구조의 게이트 밸브는 통상 호칭직경4″이하, 사용온도 100″이하의 수동 소형 게이트밸브에 적용된다. 일반적으로 ANSI CLASS 2500까지 제작가능하지만 고온 서비스인 경우 밸브 몸체에서의 열변형에 의한 고착 또는 누설에 각별히 유의 하여야 한다.
현재 국내 밸브제작사중 극히 일부 회사만이 ANSI CLASS 4500급까지 제작경험이 있으나 스프링 LOADED PARALLEL
DISC TYPE에 비하여 수명이 떨어진다. 후렉시블 왯지 디스크(FLEXIBLE WEDGE GSTE VAVE) 디스크의 시팅(SEATING)
에서 어느 정도의 유연성을 갖고 있음으로 팽창 및 배관의 작용력에 대응할 수 있으며 아울러 다스크가 쐐기 형식으로 시면에 작용함으로써 내부누설 특성이 좋다.
따라서 FLEXIBLE WEDGE게이트 밸브는 이러한 시팅 구조상12"를 넘는 대형일 경우에는 동력에 의한 밸브 계폐장치
(POWER ACTUATOR)가 권고되며 통상 사용온도200℉(93℃)이하의 호칭직경 4″를 넘는 중대형 밸브에 적용된다. 이 밸브는 ANSI CLASS로 150~2500까지 제작되며 현재 국내에서는 특히 고온 고압용(ANSI CLASS 1500 이상)밸브는 단 2개사 만이 제작할 수 있다.
분리형 디스크(SPLIT WEDGE GATE VALVE)
FLEXIBLE WEDGE디스크와 유사하나 디스크가 완전히 분리되는 구조이다.
디스크의 연결은 단순히 기계적인 고리를 이용하거나 스프링등의 보조를 받아 구성된다. 이러한 밸브는 FLEXIBLE WEDG 게이트 밸브와 같은 범주로 취급되나 배관의 굽힘등 배관작용력에 보다 신축성 있게 대응할 수 있어서 비교적 높은온도 (90℃~)에 사용되며, 밸브의 크기는 통상호칭직경 4"이상의 중형밸브에 적용된다.
그러나 이러한 밸브는 다음의 더블 디스크 게이트 밸브의 장점에 비하면 적용사의 잇점이 적기 때문에 널리 쓰이지 않는다
더블 디스크( DOUBLE DISC GATE VALVE)
통상 DOUBLE DISC게이트 밸브는 디스크가 평행한 구조를 가진 것을 특징으로 한다.
따라서 대형의 고온 고압용 밸브는 이러한 구조를 많이 갖고 있으며 일명 DOUBLE DISC PARALLEL 케이트 밸브라고도 한다. 주로 대형 밸브에서 많이 채용되며 사용온도가 100℃를 넘는 경우에 사용된다. 이 밸브는 시팅 구조상 계통이 가압상태 이어야 밸브의 내누설 특성이 좋아지는 구조 즉, 계통압력이 한쪽면을 가압함으로써 이 가압력에 의하여 기밀이 유지되는 조임으로 계통압력이 낮은 경우에는 상대적으로 시팅 효과가 떨어진다.
따라서 이의 보완책으로 평행된 두 디스크사이에 스프링을 이용 가압력을 보완하는 경우도 많다. 밸브 운전시 유의할 사항 하나는 닫을 때보다 열릴 때가 보다 많은 힘을 필요로 하는 경우가 았음으로 계통의 운전 상태를 고려한 밸브 선정이 필요하다. 따라서 고온의 운전상태하에서는 가능한 한 고온상태에서 밸브를 열고 닫아야 한다.
아울러 두 개의 평형된 디스크는 정밀하게 가공되어야 하며 계통압력이 높아질수록 디스크면에 작용하는 면압의 효과를 극화할 수 있도록 두 시트면의 평행도 및 가공 정밀도는 엄격하게 관리되어야 한다. 현재 국내에서는 아직 미개발 분야이다.
나이프 게이트 밸브(KNIFE GATE VALVE)
디스크의 형태가 날카로운 칼날 모양의 원형구조이다.
따라서 설계는 매우 콤팩트(COMPACT)한 구조로 설계되며, 배관계통에 있어서도 설치 및 보수 운전공간을 절약할 수 있다.주로 상온의 낮은 압력하에서 스러리(SLURRY:찌거기)등이 있는 유체를 제어할 때 많이 쓰인다. 따라서 KNIFE GATE VALVE에서의 엄밀한 내누설을 요구할 수 없다.
(2)그로브 밸브(GLOBE VALVE)
그로브 밸브는 유로의 차단 또는 유량의 조절용으로 사용된다. 게이크 밸브에 비하여 유체의 제어적인 즉, 압력조절, 유량조절, 유로 차단등이 우수하나 밸브구조의 복잡함과 이에 따른 구조적 불안정으로 인하여 밸브 크기는 기술적, 경제적으로 제한을 받는다. 따라서 글로브 밸브는 통상적으로 특수한 경우를 제외하고는 호칭직경 12″를 넘는 대형의 그로브 밸브는 수동조작의 경우가 매우 드물고 대부분 모타 구동 또는 유공압을 이용한 동력 구동밸브이다.
그러나 호칭직경 2″이하의 그로브 밸브는 유로차단(ON-OFF)과 스로틀링(THROTTLING)이 가능하며 특별히 비록 ON-OF 라 할지라도 계통 특성이 고압의 경우에는 소형 게이트 밸브보다 그로브 밸브를 선택하는 것이 합리적이다. 그러나 그로브 밸브 유로 차단용(SHUT OFF)으로 사용할 때는 밸브의 디스크 하부로부터 계통 압력이 작용함으로 닫힘에 하는 힘이 게이트 밸브의 4~5배 이상에 이르며, 내부 구조가 복잡하여 온도가 변화하는 상태하에서는 열팽창의 비 대칭성으로 인하여 내부 누설의 가능성이 있음으로 보다 큰 힘의 밸브 개폐력 즉, 구동장치의 크기가 커야 한다. 그로브 밸브는 통상 호칭직경 3/8″~12″범위로 제작되며 압력-온도 기준으로 4500LBS까지 제작된다. 밸브의 형식 및 형태는 외양으로서 T, YDIDRMF 및 Y-앵글 형태가 있으며 스템의 구성 형식상 특수하게 스템 패킹으로부터의 누설을 방지하기 위한 팩레스(PACKLESS-HERMETICALLY SEALED, BELLOWS SEALED)밸브등이 있으며, 아울러 그로브 밸브의 디스크 시트의 설계방식에 따라 스템과 디스크 및 시트의 설계방식에 따라 스템과 디스크의 일체형과 분리형이 있으며 대부분이 분리형 구조를 체택하고 있다. 또한 디스크의 형상은 BALL TYPE, 조립식, PLUG TYPE, NEEDLE TYPE등이 있으며 디스크 및 스템의 안내방식에 따라 TOP GUIDED(고압용), BODY GUIDED(고형, 소형용) 및 BOTTOM GUIDED(저압용 -150LBS~300LBS)가 있다.
다음의 그림 16, 17, 18 및 그림 19에 대략적인 글로브 밸브의 구조형상을 표시하였다.
(3)체크밸브
체크 밸브는 배관계통 구성에 있어서 계통의 운전 상태에 따라 자력으로 계폐하는(SELF ACTUATING)유일한 밸브이다. 따라서 다른 밸브와는 달리 한번 설치하면서 유지, 보수 등의 문제를 간과하기 쉬운 밸브이므로 최초선정에 주의를 요한다.
체크밸브는 외양 및 작동 측성별로 스윙체크, 리프트체크, 틸팅 디스크 체크, 홀딩디스크 체크, 인라인 체크, 스톱 체크로 구별할 수 있으며, 가장 대표적인 체크 밸브는 스윙 체크 밸브이다. 밸브의 크기는 거의 제한이 없으며 설계 형식 또한 매우 다양하다. 체크 밸브 선정에 있어서 무엇보다도 중요한 것은 밸브에 있어서 압력 강하량의 크기문제, 체크밸브 사이의 유체 흐름 속도의 문제, 밸브의 설치 위치와 누설한계 등의 문제 및 계통 특성상 체크밸브의 닫힘 시간의 문제를 고려한 후에 체크밸브의 형식을 결정하여야 한다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 추후 기술하기로 한다.
스윙체크밸브(SWING CHECK VALVE)
체크 밸브중에서 가장 널리 많이 쓰이고 있는 형식으로서 간단한 구조와 신뢰성 있는 동작을 특징으로 한다. 외양에 따른 형태는 T형, Y형 및 웨이퍼(WAFER)형이 있으며 T형이 대부분이다. 디스크와 시트의 접촉 형식은 금속 대 금속, 금속 대 탄성질의 합성고무, 금속 대 합성고무링이 삽입된 금속판으로 접촉된다.
스윙의 각도는 0。~45。로 설계되며 수평 설치시를 고려하여 5。~7。만큼 전방행으로 경사시켜야 한다. 유체의 역류에 한 순간 닫힘시(SLAMMING)디스크의 운동량을 적게하면 급폐가 용이하여 수격현상을 감소시킬 수 있으므로 스윙의 각도 밸브에서의 마찰로 인한 압력손실이 허용하는 범위내에서 적게하면 좋다. 단점으로는 슬램(SLAM)현상과 불규칙한 유체흐를
시 디스크의 빈번한 운동으로 힌지 핀의 마모가 예상되며 밸브 구조상 완벽한 기밀 유지가 곤란하다는 점이 있다. 스윙 체크밸브에서의 입력 강하량은 계통 설계 측면에서 낮을수록 좋지만 대략 다음식으로 압력강하량 정도를 예측한다.
ΔP=3228(1/ρ)(M/Cv)2=2.238(1/ρ) (m/Af)2
여기서 ΔP=Psi
ρ=유체의 밀도(1b/ft3)
m=질량유량(1b/sec.)
Cv=밸브의 유량 계수(gpm/√psi)
또한 스윙 체크 밸브에서 원활한 운전을 위하여 요구되는 최소 흐름속도는 이론적으로 다음과 같은 식으로 표시된다.
Vmin=45.68(w.cosθ)/(P.A.sin2θ)0.5
여기서 W=디스크 아암 무게의 0.5배와 디스크 무게를 합한 값(1bf)
A=디스크의 면적(inch2)
θ=유로 충돌면의 각도
리프트 체크 밸브(LIET CHECK VALVE)
스윙 체크 밸브에 비하여 유체의 속도가 비교적 빠른 조건에서 사용하며 내누설 특성이 양호하다. 그로브 밸브의 외양과 비하며 디스크 모양에 따라 피스톤(or POPPET)형식과 볼 형태의 것이 있다. 그러나 단점으로는 디스크와 안내면에서의 고착 가능성 과 디스크의 빠른 자전(SPINNING), 그리고 대구경의 경우에는 평형관이 필요하게 된다.
틸팅디스크밸브(TILTING DISC CHECK VALVE)
스윙체크밸브가 밸브 디스크의 개폐 속도 및 유량 변화에 신속히 대응하는데 부족한 반면 리프트 체크 밸브는 아에 비교적 양호한 특헝을 갖고 있다.
그러나 압력손실의 정도, 보수성 및 내수설에 대한 구조로 보아 스윙 체크밸브는 매우 양호한 특성을 갖고 있음으로 스윙체크 밸브와 리프트 체크밸브의 장버을 절충하고 아울러 슬램(SLAM)에 의한 영향을 최소화시킨 구조의 밸브가 틸팅 디스크체크밸브(TILTING DISC CHECK VALVE)이다. 이 체크밸브도 가능한한 균일한 흐름이 예상되는 곳에서의 사용을 권장한다
홀팅디스크 체크 밸브(FOLDING DISC CHECK VALVE)
홀딩 디스크 체크 밸브의 가장 큰 특징은 밸브가 매우 콤팩트하다는 것이다. 디스크를 스프링의 힘으로 유지하므로 스프링상수를 조절하면 디스크의 열림 최소요구 속도를 조절할 수 있으며, 또한 매우 미세한 차압상태에서도 개폐를 할 수 있어서 계통의 요구사항대로 설계가 가능하다. 물론 스프링의 힘을 이용하기 때문에 디스크의 급폐(急閉)성이 양호하다.
기타 앞에서 설명한 체크 밸브 이외의 것으로는 리프트 체크 밸브 형식의 인-라인(IN-LINE)체크 밸브와 스톱 밸브와 리프트체크 밸브를 결합한 스톱 체크 밸브가 있다. 체크 밸브의 설치 위치 및 유로 방향이 밸브 기능에 미치는 영향은 다음과 같이 요약한다. 스윙 체크밸브:수평 또는 수직, 수직배관에 설치시에는 밸브의 최소 흐름 속도에 디스크의 최대 열림각도(45。이하)만큼을 고려한다.
즉,Vmin, vert.=( Vmin.horize.)(tamθ)0.5
또한 밸브의 힌지핀에 중추(COUNTERWEIGHT)를 이용하면 계통 특성에 따라 디스크의 열림 최대흐름 속도를 조절할 수있다..
리프트 체크 밸브
TEE TYPE-수평
WYE TYPE-수평/수직, 수직설치시 스프링을 사용하면 효과
ANGLE TYPE- 밸브입구는 필히 수직 배관
.틸팅 디스크 체크 밸브:수평
.홀딩 디스크 체크 밸브:수평/수직, 그러나 한지핀은 필히 수직방향
.인-라인 체크 밸브:수직(드물게 수평), 내부 점검을 위한 배관분리가 요구됨
.스톱체크밸브
TEE TYP
E-수평
ANGLE TYPE- 밸브 입구는 필히 수직 배관
WYE TYPE-수평/수직
경사형(INCLINED)-수평
그림8.9생략
볼 밸브의 설계
볼 밸브의 구조에 있어서 가장 유의할 부분은 내누설 구조를 위한 밸브 시팅 및 씰링구조이다.
이 시팅구조는 볼을 감사는 볼 시팅의 씰링과 스템의 씰링이 있다. 특히 밸브 내부누설을 완벽히 방지하기 위해서는 볼 씨트의 씰링과 스템의 씰링이 있다. 특히 밸브 내부누설을 완벽히 방지하기 위해서는 볼 씰링재료의 물성 즉, 탄성력(Resilient 윤활성 및 내온도성이 중요시되며, 씰링재료가 합성수지일 경우에는 밸브의 사용온도가 800℉ 이하로 제한된다.
다음은 볼 밸브의 선정에 있어서 가장 유의깊게 검토하여야 할 볼 씨팅 실링 재료의 허용 최고 사용온도표이다.
(6)프러그 밸브(PLUG VALVE)
프러그 밸브는 구조가 간단하고 조작의 간편성으로 밸브의 발명이래 현재까지 가장 널리 쓰이는 밸브중의 하나이다. 프러그밸브라는 명칭은 밸브 구조가 테이퍼진 원통 모양의 프러그로서 이 프러그에 원형 또는 사각형의 구멍의 프러그로서 이 프러그에 원형 또는 사각형의 구멍을 내고 이 프러그를 90℃회전함에 따라 유체의 흐름을 차단 또는 조절하는데에서 유래하였으며 매우 광법위하게 사용되고 있는 밸브이다. 다음의 그림은 전형적인 프러그 밸브의 구조를 보여주고 있다. 프러그 밸브는 거의 밸브 크기에 제한을 받지않고 생산이 가능하다. 즉, 크기로 보아 1/2〃부터 30〃까지 다양한 재질로 제작되고 있으며, 구조상 12 〃를 초과하는 대형의 프러그 밸브의 프러그 구동상 윤활이 요구되고 있는게 특징이다. 압력 등급기준으로서 상온 상태하의 압력으로는 175psig~1500psig(12~103Bar)까지 제작 가능하다. 그러나 밸브의 트림 구조상 씨링이 절대 요함으로 고온에서의 사용은 통상400℉이하이어야 한다.
프러그 밸브는 기본적으로 다음의 두가지 방식으로 제작된다.
①윤활 형식(lubricated type)
②비윤활 형식(non lubricated type)
또한 프러그 밸브의 테이퍼 모양에 따라 프러그의 조립 및 보수를 밸브 상단에서 하는 경우 테이퍼가 아래쪽으로 된 하향사형의 프러그 밸브와 반대로 프러그 밸브 하부에서 조립/보수를 하도록 설계된 상향경사형의 프러그 밸브가 있다. 그러나중소형의 대부분 프러그는 하향경사형의 프러그 밸브이다. 윤활형식의 프러그 밸브는 윤활이라는 용어로 인하여 밸브에 정윤활유를 주입하는 것으로 혼돈하기 쉽다.
그러나 실상은 별도의 윤활유의 주입을 필요로 하는 밸브가 아니라 밸브 구조상 프러그와 밸브 몸체간의 내부 누설, 밸브 트림과 스템간의 외부 누설을 방지하기 위하여 프러그와 밸브 몸체와의 원형 홈(그루브:groove)에 O-링(O-RING)과 같은 씰란트(SEALANT)를 삽입시킨 것으로 이 실란트가 프러그와 몸체간의 금속 마찰을 피하면서 부드럽게 작동함으로 이를 윤활형식(lubricated type)이라고 한 것 이다. 씰란트는 대부분 엘라스토머(ELASTOMER)로 튜브형 또는 스틱(STICK)형으로 제되며 약 400℉까지는 안전하게 사용할 수 있다. 이와 반대로 배윤활 형식은 매끄럽게 가공된 프러그와 밸브 몸체사이의 마감을 엘로스토머 라이너(LINER)또는 씰 재로로서 자체적으로 해결하는 구조로서, 밸브의 크기가12〃까지 제한된다.
밸브가 12〃가 넘는 대형의 프러그 밸브는 윤활 형식의 구조를 가져야 한다. 프러그 밸브의 몸체 형식은 다양한 설계형식을 갖고 있다. 즉, 밸브 외관으로 보아
·SHORT PATTERN
·REGULAR PATTERN
·VENTURI PATTERN
·MULTIPORT PATTERN:2-WAY, 3-WAY, 4-WAY, 5-WAY
등으로 구분할 수 있으며, 접속단 형식도 다른 밸브와 같이 다양한 형식을 갖고 있다. 단, 프러그 밸브를 용접 설치할 때는 볼 밸브와 마찬가지로 프러그를 제거한 후에 용접하는 것이 바람직 하다.
프러그 밸브의 설계상 주요관점
프러그 밸브에 있어서 설계상 주요 관점은 볼 밸브와 마찬가지로 시팅 및 스템의 씰링 문제이다. 그러나 프러그 밸브의 프러그와 밸브 몸체간의 시팅은 이차적인 시팅구조를 만들 수 없기 때문에 비윤활 형식의 프러그 밸브는 시팅 구조를 만들 수 있기 때문에 비윤활 형식의 프러그 밸브는 시팅 구조로 탕성이 좋은 엘라스토머등으로 라이닝 한 구조로 구성되며 따라서 밸브의 크기는 12〃까지로 제한한다. 아울러 이러한 시팅 구조로 인하여 밸브 개폐에는 많은 토오크가 소요되어 통상적으로 〃이상의 프러그 밸브는 기어열의 도움을 받는 작동기 (Geared Actuator)가 필요하다.
탄성이 좋은 엘라스토머(Resilient Material)는 소형의 비윤활형 프러그 밸브에서 스리이브라이너로서 TFE(350), FEP(300)가 널리 사용되고 씰 및 와샤 재료로서 TFE, TEFLON(400) 및 VITON(400)가 쓰인다. 스템 씰링은 프러그 밸브의 형식에 따라
·O-Ring Seal
·가압형 씰란트 챔버(Pressure Packed Sealant Chamber)
·금속/TFE조합 다이아 후람(Combination Metal/TFE Diaphragm)등이 많이 쓰인다.
프러그 밸브의 응용
일반의 프러그 밸브는 양방향의 유체 흐름을 허용 하지만 3-WAY, 4-WAY, 5-WAY 프러그 밸브는 제작가사 흐름 방향을 정한다, 프러그 밸브는 공기, 가스, 기름은 물론 기름 혼합물과 같은 액체 스러리(Liquid Slurries)까지도 완전한 기밀 (Bubble Tight)을 유지하며 개폐조작이 가능한 밸브로서 매우 다양하게 사용된다. 특히 프러그 밸브는 스러리의 집적을 도모하지 않는 구조이기 때문에 불순물이 개제된 액체계통에 널리 쓰인다. 이는 프러그의 개폐동작 자체가 집적된 불순물을 자동적으로 제거하기 때문이다.
프러그 밸브는 원칙적으로 유량조절용으로는 부적합하지만 프러그의 유로 통과 부분의 형상을 개선하여 유량조절이 가능하도록 한 프러그 밸브도 있다.
그러나 통상의 프러그 밸브도 유량조절의 정밀도가 그다지 중요하지 않을 경우에는 유량 조절도 가능하다.
단지 윤활 형식의 프러그 밸브는 절대로 유량 조절용으로 사용해서는 안된다. 왜냐하면 프러그 포트큰처의 씰란트가 유로 노출될 수 있으며, 아울러 노출된 씰란트가 유체속도에 의하여 점진적으로 씰란트의 기능을 상실하게 할 우려가 있기 때문이다.
다이아후람 밸브는 탄성력이 매우 좋은 합성수지 또는 금속으로 다이아후람을 만들고 이를 밸브 몸체의 유로를 수직의 선운동으로 차단하여 유체의 흐름을 제어하는 밸브로서 밸브의 주요 트림 재료로서 다이아후람을 채용하였기 때문에 다이아프람 밸브라고 부른다.
이 다이아후람 밸브는 기본적으로 3가지 구성요소(Part)로 구성되어 있는데 밸브 몸체, 다이아후람 및 밸브 본네트로 구성이다. 이 밸브는 구조가 매우 간단하고 밸브 몸체 및 트림부의 금속부를 유체로부터 완저히 격리시킬 수 있어 부식성 액체를 이 취급하는 화학공장(Chemical Plant)에 많이 쓰인다.
그러나 트림을 구성하는 다이아후람이 구조 및 재질상의 제한 때문에 고온고압 계통에의 적용은 곤란하며 운전중의 제반 로와 다이아후람 재질의 열화에 따른 강도 저하로 주기적인 다이아후람 교체가 요구되는 밸브이다.
아울러 다이아후람 밸브는 밸브의 구성 형식에 구애받지 않으므로 Y-형, T-형, ANGLE형 및 공기압 작동식의 다이아후람 엑츄에이터를 장착할 수 있다, 이러한 밸브형식의 다양성가 아울러PTFE(Non-Elastic Fluoropolymer)등으로 밸브 내부를 초정상태로 유지할 수 있어 반도체공장용의 순수 가스 및 물라인, 제약회사등의 고순도 유체관리가 필요한 프로세서에 핵심인 밸브로 사용된다.
다음 그림은 기본적인 다이아후람 밸브의 외관이다.
다이아후람 밸브의 크기는 현재1/4〃에서 20〃범위까지 생산이 가능하다.
일반적으로 가능한 다이아후람 밸브의 크기는 다음과 같다.
밸브의 접속다 형식
나사 체결식
소켓용접형
맞대기 용접형
프랜지 체결식
다이아후람 밸브의 크기
1/4〃THUR.3〃
1/2〃THUR.2〃(프라스틱제)
1/2〃THUR.2〃
1/2〃THUR.8〃
1/2〃THUR.20〃(주철제)
1/2〃THUR.8〃(가단주철 및 청동)
1/2〃THUR.10〃(주강제)
다이아후람 밸브의 몸체 형식
다이아후람 밸브는 유로 흐름을 양방향으로 할 수 있으며 다음의 기본적인 두가지 형식으로 제작된다.
·웨어형(Weir-Type):밸브 몸체 하부에 웨어를 만들어 다이아후람의 운동량을 적게하고 아울러 다이아후람의 구조적 건전성을 높인 것으로 밸브가 비교적 콤팩트하다.
따라서 다이아후람 밸브의 대부분은 웨어형이고 특히 2〃가 넘는 밸브는 거의 모두가 웨어형을 채택하고 있다.
·관통형(Straight-through-Flow):밸브몸체의 유로부가 어떠한 간섬이 없는 관통형으로서 밸브에서의 압력 손실을 국소화 구조이나 밸브 개폐에 필요한 다이아후람의 운동량이 많고 따라서 밸브의 본네트가 웨어형에 비하요 크게됨으로 상대적으2〃이하의 소형에 사용된다 밸브의 건전성이 떨어짐으로 제한된 규모로 사용(제작)된다.
밸브 몸체의 모양은 T형과 앵글형이 있으며 접속단 형식 또한 다른밸브와 마찬가지로 다양한 접속단 형식을 갖고 있다.
설계상 주요 관점
다이아후람 밸브에 있어서 가장 중요한 구성요소는 다이아후람이다. 다이아후람은 밸브 트림의 핵심으로서 내부 누설이 되는 완벽한 유로차단(Bubble Tight Shutoff)과 다이아후람의 파손이 없는 즉, 외부 누성이 없는 구조 및 재질이어야 한다. 특히 여타 밸브와는 달리 다이아후라의 재질은 매우 중요한 것으로서 밸브의 건전한 운전을 위하여 수명기간동안 충분한 신뢰를 가져야 한다. 다이아후람의 재질로 보아 제작 가능한 다이아후람밸브의 크기는 다음과 같다.
다이아후람 밸브의 몸체는 PVC등과 같은 합성수지로부터 고가의 티타늄가지 매우 다양한 재질을 응용할 수 있으며 특히 밸브내부를 라이닝하기가 그 어떤 밸브보다도 용이한 것을 특징으로 한다.
다이아후람 밸브의 응용
다이아후람 밸브는 배관계통에서 거의 대부분을 스톱밸브로 사용된다. 또한 밸브 몸체의 구성재료의 선택이 자유롭기 때문에 반도체 산업에서 쓰이는 순수(Pure Water)에서부터 찐득찐득한 오염액체, 불순물을 다량 포함하고 있는 부식성액체의 이송용 밸브는 물론 개스 수송용 밸브에까지 선택의 폭이 넓다.
그러나 사실 이 밸브는 상대적으로 좋은 유체제어 특성을 가질 수 있어 적절한 재질의 다이아후람을 사용할 경우에는 유량제어용 밸브로도 사용할 웃 있다.
그러나 다이아후람의 재질상 사용 가능한 압력은 다른 밸브류에 비하여 매우 낮으며, 밸브의 크기가 커질수록 다이아후람에서 부담해야 하는 유체압려게 의한 힘은 거의 지겨의 제곱에 비례하기 때문에 이 밸브를 배간계통에 적용하고자 할 때는 계통설계자(System Engineer)와 밸브제작자의 충분한 협의가 필요하다.
이는 고온운전시 뿐만아니라 저온운전시에도 배관계통의 압력이 200Psia를 넘을 때에는 필히 밸브제작사와 협의하여 밸브를 선정하고 가능하면 운전상 유의사항도 자문하여 주어야 한다. 한 예로 미국의 유명 다이아후람 밸브 제작사인 ITTGrinnell사의기준은 다음의 표와 같다. 표에서 박스안의 값 단위는 psia 이다.
(8)기타 밸브류
기타 밸브로는 일반적으로 유체제어에 널리 사용되지 않지만 특수 목적 또는 제작 및 사용상의 요구가 매우 간단한 경우에 그 경제성 때문에 일부 사용되는 밸브로서 전자와 같은 경우에는 앞서 언급된 게이트 밸브등 7종류의 밸브를 일부 변형하여 제한된 특수 목적에 사용하는데, 특수 목적의 대부분은 유체제어의 방법과 내부 기밀유지로 요약된다.
특히 프러그 밸브의 경우 트림의 모양을 원형(Prototype)의 프러그를 완전히 변형한 형식인 에센트릭(Eccentric)프러그 밸브를 대표로 들 수 있다.
이 밸브는 에센트릭 프러그의 모양에 따라 유체 르므의 특성을 사용자 요구에 맞게 제어할 수 있다. 다음 그림은 에센트릭 밸브의 운전형식을 보여주고 있다.
핀치(Pinch)밸브는 원통형상의 엘라스토머(Elastomer)로 구성된 스리이브를 금속제의 밸브몸체에 끼우고 몸체 중간에서 슬리이브를 누름으로 스리이브를 통하여 흐르는 유량을 제어할 수 있다. 스리이브를 누르는 형상이 영어로 PINCHING이라고 함으로 이러한 밸브를 핀티밸브라고 한다. 밸브 구조가 너무 간단하고 유로 부분이 자연스럽게 교축됨으로 밸브에서의 저즉 압력손실이 적다. 밸브 구조상 사용온도는 엘라스토머의 재질에 제한받게 마련이며 스리이브의 코아를 강철코드(stee cord)나 화이바그라스(유리섬유:fiber glass)로 보강되었을 경우 40℉까지 가능하나 사용 압력은 밸브 사이즈에 따라 다르게됨으로 밸브제작사의 자문을 받아야 한다.
그러나 사용온도는 아무래도 200℉이하인 대기압에서의 물의 비드점 이하에서 사용하는 것을 추천한다. 다음 그림은 핀치 밸브의 운전 모양을 보여주고 있다.
이스라엘 MIL사는 1976년부터 핀치밸브의 스리이브내에 코아형의 지지대를 설치하고 배관계통의 유체압력평형
(Balance)를 이용하여 밸브를 손쉽게 개폐조작하느느 상품명 INBAL 밸브를 소개하고 있다. 이 밸브는 특별히 소방배관과 같은 경우에는 계통의 압력응답이 좋기 때문에 해외에서는 청수의 소방배관, 농장의 스프링쿨러 배관 및 공공시설의 급수관의 주 조작밸브로 사용하는 사례가 적지 않다. 다음 그림은 INBAL밸브의 운전조작 특성을 보여주고 있다. 다음의 밸브는 피스톤 또는 변위형밸브(Displacement Valve)로 알려져 있는 미국 Fetterolf사의 특수 밸브이다. 이 밸브는 일반적으로 램밸브(Ram Valve)로 알려려 있는데 탱크의 바닥이나 배관라인에 밸브 디스크(디스크 형상이 Piston 식임)안내면이 직각으로되게 설치된다.
이 밸브는 특히 배관라인이나 탱크의 배수에 탁월한 효과를 가진다.
2.밸브공학의 기초
2.2 밸브에 있어서 유체역학밸브는 유체계통은
제어하는 최종의 제어요소(FINAL CONTROL ELEMENT)로써 계통의 압력, 온도 및 유량을 바로미터로 하여 유체계통을 능동적인 형태로 제어한다. 따라서 주요 제어목표는 당연히 물리적인 양인 압력과 유량으로 단순화되어야 할 것이다. 물론 온도의 영향은 필히 고려 되어야 한다. 아울러 유체의 물성(物性) 및 제어환경의 영향이 고려된다.
기본적으로 제어밸브의 유량특성은 유체가 공학적 측면으로 압축성 유체와 비압축성 유체로 대별하여 설명할 수 있으며 또 여기에 이 두가지 유체가 혼합되어 배관계를 흐르는 이상 유체도 공학적인 측면에서 매우 중요하다. 따라서 현재와 같이 고착화되는 프로세스 플렌트에서는 배관계통의 문제점 대부분이 제어하는 부분에서 유체의 급격한 성질변화-균일 해석가능한 유체에서 불균일하고 해석이 곤란한 二上유체화 등-에 기인한다고 해도 과언이 아니다. 대표적인 사례로써 오리피스후단이나 밸브후단에서의 유체천이현상 등이 있다.
일단 여기서는 우선 제어요소인 밸브의 기본 유체이론으로써 유량특성의 물리적 의미를 간단히 수식으로 표현하요 밸브의 유량제어관계를 이해하고자 하는데 목적이 있다. 밸브에 있어서 제어요소가 구성되는 곳은 밸브의 디스크와 시트이다. 이 디스크와 시트부분은 교축되어 있으며, 이곳의 교축점의 유로 단면적을 인위로 조절함으로써 배관계의 유량과 압력을 조절할수 있다. 지금 이상적인 유체가 이 교축점을 지날대 유체의 에너지 방정식을 적용하면 그림 37에서와 같이
V12/2g+H1=V22/2g+H2,
V22-V12=2g(H1-H2)
여기서 V1,2=배관계 내의 유체속도, 첨자1은 입구배관, 첨자2는 교축지점g=중력가속도H1,2=기준선으로 부터의 위치 에지의 양(압력수두)
그리고 배관계 내를 흐르는 유량 Q는 일정하므로
Q=A1V1=A2V2
A1,2=첨자1,2지점의 유로단면적
V1=(A2/A1)V2=mV2
따라서 V22-m2V22=2g(H1-H2)
V2=√V2=2g(H1-H2)/1-m2
결론적으로 제어유량은
Q=A2V2=A2√V2=2g(H1-H2)/1-m2
그러나 이 경우는 배관 내를 흐르는 유체의 압력 손실을 전혀 고려하지 않은 이상적인 경우임으로 실제와는 상당한 차이가다.
그림 38은 배관계통에서의 손실을 고려한 것으로써 이 손실에 대한 양은 유체출구의 형상 및 배관내의 제반손실요소에 따른 실험적으로 결정되므로 이론적으로의 접근은 매우 복잡하고 아울러 어렵다. 이 손실의 정도를 손실계수 C1이라고 정의하면
F=1~m3라고 하면 출구의 제어유량은Q=C1FA2√2g(H1-H2)가 된다.
2.2밸브에 있어서 유체역학
일반적으로 유체역학에서 오리피스의 적용은 전호에서 간단하게 언급했듯이 교축관에서의 수력구배와 급격한 유로단면적 변화로 생기는 소용돌이 마찰 손실등 에너지 손실을 적극적(Positive)으로 이용한 것이다.
실제로 밸브 디스크와 시트는 분명한 오리피스의 교축과 유사하며 이를 그림으로 표시하면 그림 39와 같다. 오리피스의 목(Throat)바로 하단에 생성되는 유로의 최소단면을 Vena Contracta라고 하는데 이곳에서의 에너지랭을 Hvc라고 하고, 또한이곳에서의 급격한 교축으로 인하여 소용돌이로 인한, 손실, 속도천이로 인한 속도에너지의 손실 등 많은 손실이 이곳에서일어난다.
이러한 오리피스에서의 손실의 정도를 계산하기 위하여 새로운 계수 C를 도입하여C=C1(AVC/A0)로 한다. 실제로 VenaContracta에서의 유속 Hvc 및 단면적 Avc의 계산은 실험적으로 C를 측정하여 정할 수 밖에 없다.
H1, HVC, H2의 관계를 압력회복계수 FL로 표현하면
FL=√H1-H2/H1-HVC 이다.
이 FL을 적용하여 제어유량의 식을 정리하면
Q=CFAO/FL√2g(H1-H2)가 된다.
이식을 공학단위로 바꾸면
Q=갤론/분,A0=inch2, H1-H2=ΔP/G 이므로
Q=38.0CFAO/FL라고 정의하면
Q=CV√ΔP/G 가 된다.
이러한 밸브에서의 유량과 CV의 관계신은 1945년경 미국의 유명 제어밸브회사인 MANSONEILAN에서 제시한 아이디어를 체하시킨 것으로 지금은 ISA(Instrument Society Of America)에서 제어밸브의 기준 Paramerter로 사용되고 있다. CV는 에서 규정한 절차에 따라 실험적으로 측정된다.
이 CV의 특정방법조직은 다음의 그림40과 같다.
이 CV의 의미는 밸브전후의 차압(ΔP)이 1psi에서 1분당 흐르는 유량을 US갤론으로 표시한 값이고 이를 미터단위 (유량:m3/Hour, 비중:물=1, 차압:k
gf/cm2로 표시하려면 보정계수 1.17를 곱하면 된다.
그러나 실제로
Q=CV√Δp/G 의 식은
유체의 속도가 어느정도 이상인, 그리고 밸브 전후의 배관계의 형상은 유체의 흐름에 직접적인 영향을 주게됨으로 밸브를 통한 유량 Q는 다음의 배관형상계수 FP를 도입하여 보정되어야 한다. 즉.Q=FP CV√Δp/G(us gallon 단위)
Q=0.865FP CV√Δp/G(미터 단위)가 된다.
만약 밸브내의 유동이 비난류로 판정되면 FP의 계산은 더욱 쉬워 진다.
즉 레이놀즈 수를 계산하여 밸브의 FP값을 적용할 수 있다.
자세한 사항은"How Equations for Siging Control Valves ISA-S75.01"를 참조한다. 밸브에서의 통과 유체가 증기나 가스의 경우 계통압력의 변동에 따라 압축되거나 팽창될 수 있어 밸브유량계수의 논리적 설명은 더욱 힘들어 진다.
특히 가스의 경우 압력이 저하되면 팽창이 되므로 팽창계수 Y를 고려한다. 이 Y의 값은 밸브 입구와 포트의 면적비, 밸브내의 유로 형상, 압력강하비, 비열비 및 리에놀즈 수에 크게 영향을 받는다. 다음의 그림 41은 밸브 및 배관계에 있어서 에너지 구배정도를 설명하는 매우 좋은 예이다. 이 그림에서 각 기호는 물리적량을 표시한 것으로 모두 에너지량이다.
배관계통에 있어서 밸브는 없어서는 안될 중요한 제어요소이다.
유량을 조절하거나 차단하고 유체가 정상적으로 흐르는가를 확인하기도 한다.
그러나 밸브는 배관계통상에서 원활한 유체 흐름을 방해하는 일종의 저항요소로서의 작용은 피할 수 없다. 이것은 밸브에서의 압력손실을 밸브에서의 압력 손실을 KV로 표시하면
KV=144Δp/ρV2/2g
ΔP=1bf/inch2, V=bf/sec
ρ=유체의 밀도(16m/ft3)
그런데
Cv=Q√G.ΔP이므로
ΔP=KV/144·GV2/2G=G·(Q/CV)2
또는
CV=√G.2G/ρ·(Q/V)12/√KV
그런데
Q(231in3/gal ×1min/60sec ×1f3/1728in3)=AV=πD2V/4×144
여기서
D=배관의 직경 inch
V=배관내 유체속도(ft/sec)
앞의 CV 항과 배관내의 유체유량 (Q)를 한데 묶으면
CV=29.8395 D2/√KV
따라서 우리는 밸브응용에서 중요한 사실 한가지를 여기서 알아낼 수 있게 한다.
즉 밸브제작자로부터 4″의 CV=236인 밸브를 구매하였다면 밸브에서의 압력손실계수는 다음과 같이 계산된다.
KV=29.842(4)4/2362=4.093~4.1이 된다.
물론 배관계통내의 압력, 유속과 유체의 밀도에 따라 KV의 값은 변화하게 되나 일반적 공학응용에서의 완권 개방된 밸브의 형태별 KV 값은 대략 다음과 같다.
만약 배관내의 유체가 압축성 유체 즉, 가스라면 CV는 여기에 맞게 보정되어야 한다.
Q=√520/T C1·CV.P1 Sin(3417/C1√ΔP/P1)로 나타낸다. 여기서C1·CV=Cg로 표현하고 실험적으로 Cg의 값은 개략적으로 32-36정도의 값을 갖는다.
다른 방법으로는 밸브의 형상계수(Configurationfactor)와 등가오리피스 방법을 사용하여 밸브의 P를 구하는 방식이 있다. 즉 밸브크기의 결정에 있어서 밸브의 유체 교축부를 등가의 오리피스 직경으로 고려하며 손실 계수 KV를 구하는 것이다.
KV=b1(dL/dEO)4 여기서, dL=밸브 입구의 직경(Inch) dEO=C(dL)1.07
C=밸브의 트림형상에 따라 결정되는 형상계수b1=계수(액체의 경우 2.786공기의 경우 3.084)따라서, 밸브에서의 압력손실량은ΔP=KV·ρ·V2/288g , g=386.4 inch/sei2=0.0837 kv·ρ·Q/dL4·g
여기서 Q=US gaL/min(GPM)이다.
다음의 그림 42는 밸브의 완전열림상태(Full Ported)를 기준으로 하는 밸브 형상 계수 C이다. 그림 43은 밸브의 등가 오리피스 지경과 밸브 입구 내경에 대한 형상계수의 관계이고 그림44는 밸브 입구내경과 형상계수 C에 따른밸브에서의 손실계수 K의 관계이다. 그림45, 46, 47은 볼 밸브, 버터플라이 밸브 및 게이트 밸브의 밸브 개도에 따른 밸브의 손실 계수 값을 보여주고 있다.
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