솔레노이드밸브, 감압밸브, 버터플라이밸브, 볼밸브의 원리, 구조, 특징 등 알아보기

감압밸브 원리, 종류, 용도

버터플라이밸브 원리, 특징

볼밸브 원리, 구조, 특징

솔레노이드밸브 역할, 코일

밸브는 다양한 유체의 흐름을 제어하기 위해 사용되는 기계적 장치입니다.

밸브는 솔레노이드밸브, 감압밸브, 버터플라이밸브, 볼밸브 등 목적에 따라 종류가 굉장히 다양한데요.

오늘은 종류별 밸브의 원리와 특징, 용도 등에 대해 알아보도록 하겠습니다.

1. 감압밸브 원리, 종류, 용도

(1) 감압밸브 원리

감압밸브는 감압변이라고도 하며 높은 압력을 낮은 압력으로 감소시켜주는 밸브의 한 종류입니다. 압력이 높은 경우 수압에 의해 부품 및 배관 설비가 변형되거나 파열돼서 누수가 발생할 수 있기 때문에 수압을 낮춰줘야 합니다. 이때 감압밸브는 입구에서 들어오는 높은 압력을 밸브 내의 조절나사로 조절하고, 이후 출구로 나갈 때 압력을 원하는 압력으로 낮추는 역할을 합니다. 덕분에, 압력에 의해 부품이나 배관설비가 망가지지 않고, 물의 양을 적당하게 조정해서 과다한 물소비를 방지합니다.

(2) 감압밸브 종류, 용도

감압밸브는 작동형태에 따라 크게 자력식과 자동제어식으로 구분됩니다. 자력식 감압밸브는 외부 에너지원 없이, 내부의 스프링과 다이어프램(또는 피스톤) 메커니즘을 이용해 압력을 조절하는 감압밸브인 반면, 자동제어식 감압밸브는 자력식 감압밸브에 별도의 컨트롤러를 결합하여 자동제어가 가능하도록 한 감압밸브입니다. 자력식 감압밸브는 주로 일반 산업체에서 사용되는 반면, 발전소와 같은 대형 플랜트 설비에서는 자동제어식 감압밸브를 사용합니다.

2. 버터플라이밸브 원리, 특징

(1) 버터플라이밸브 원리

버터플라이밸브의 중심에 원판 모양의 디스크가 있습니다. 밸브 핸들을 돌리면 디스크가 회전하는데요. 유체의 흐름을 열고 닫는 밸브가 바로 버터플라이밸브입니다. 버터플라이밸브는 구조가 간단하고 경량이며, 빠르게 작동할 수 있는 특징이 있어 다양한 용도로 사용됩니다. 디스크의 회전 각도에 따라 유체의 흐름을 조절할 수 있습니다.

(2) 버터플라이밸브 특징

버터플라이밸브는 다른 밸브와 비교했을 때 소형, 경량으로 설치가 가능합니다. 다른 밸브와 비교했을 때 면간 거리가 짧아 공간이 협소한 곳에도 설치가 가능하며, 전체적인 배관라인을 간소화해 비용을 줄일 수 있습니다. 무엇보다, 디스크가 90도만 회전하면 완전히 열리거나 닫히기 때문에 긴급개폐 등 위급상황에서 대처가 용이합니다.

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3. 볼밸브 원리, 구조, 특징

(1) 볼밸브 원리

볼밸브는 구형의 볼이 회전하면서 유체의 흐름을 열거나 닫는 방식으로 작동합니다.

볼밸브의 중심에는 구명이 뚫려 있는 구형의 볼이 있습니다. 그리고 밸브 핸들을 돌리면 구형의 볼이 회전하는데요. 볼의 구멍이 파이프의 입구와 일치할 때 유체가 자유롭게 흐르고, 볼이 90도 회전하여 구멍이 파이프의 벽과 일치할 때 유체의 흐름이 차단됩니다. 볼밸브는 보통 전부 열거나 전부 닫아 유량을 조절하기엔 적합하지만, 조금씩 열어가며 유량을 ‘조절’하기엔 적합하지 않습니다.

(2) 볼밸브 구조

볼밸브는 밸브 시트, 볼, 씰링, 밸브 스템 및 기타 구동 장치로 구성되어 있습니다.

밸브시트는 볼이 닫힐 때 밀착하여 유체가 새지 않도록 하는 역할을 합니다. 터프론, 나일론, 금속 등의 부드러운 재질로 만들어져 내구성이 강하고 유체애 대한 내화학성이 뛰어납니다.

볼은 밸브의 중앙에 위치하며 구형의 볼에 뚫린 구멍을 통해 유체의 흐름을 제어합니다. 스테인리스강, 황동 등 내구성이 강한 금속으로 제작되고 볼이 90도 회전하여 밸브를 열고 닫습니다. 내부의 구멍을 통해 유체가 흐릅니다.

씰링은 유체가 밸브 외부로 새지 않도록 밀폐하는 역할을 합니다. 주로 고무나 플라스틱 재질이면서 내화학성과 내열성이 높은 재료를 사용합니다.

밸브 스탬은 밸브 핸들과 볼을 연결하여 회전운동을 전달하는 역할을 합니다. 내구성이 높은 금속(스테인리스강, 황동 등)으로 제작되며 회전운동을 효과적으로 전달하여 볼이 부드럽게 회전할 수 있도록 합니다.

마지막으로 구동장치는 밸브를 자동으로 열고 닫는 장치로, 전기식, 공압식, 수압식 등 다양합니다. 자동화 시스템에 통합되어 원격으로 밸브를 제어할 수도 있습니다.

(3) 볼밸브 특징

볼밸브는 화학 공정, 석유 및 가스 산업, 식품 및 음료산업 등 누출 방치가 중요한 경우에 많이 사용됩니다. 볼밸브는 밀봉성능이 아주 뛰어나고 빠른 온오프제어가 용이해, 유체의 누출을 최소화할 수 있습니다. 또한, 구조가 단순하고 부품이 적어 유지보수와 교체가 용이합니다.

또한, 다른 밸브에 비해 크기가 작고 설치 공간이 적게 필요하기 때문에, 산업장비 내부나 배관 시스템의 좁은 공간에 사용이 용이합니다.

4. 솔레노이드밸브 역할, 코일

(1) 솔레노이드밸브 역할

솔레노이드밸브는 원격으로 유체(액체나 가스)의 흐름을 제어하는 데 사용됩니다. 다시 말해, 사람이 직접 밸브를 돌리거나 힘으로 열지 않아도, 전기를 통해 밸브를 열고 닫을 수 있게 도와주는 장치입니다.

사람의 개입 없이도 어떻게 밸브를 닫을 수 있는지 이해하기 위해선, 솔레노이드밸브의 주요 구성부품을 이해하는 것이 중요합니다. 우선, 솔레노이드는 전기를 사용하여 움직이는 자석을, 밸브 몸체는 한 개 이상의 구멍(오리피스)을 가진 부분을 의미합니다. 여기서 오리피스란 무엇일까요? 유체는 보통 구멍을 통해 압력이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르는데요. 바로 이 구멍을 ‘오리피스’라고 합니다. 오리피스를 통한 유체의 흐름은 솔레노이드에 전류가 흐를 때 또는 전류가 흐르지 않을 때 자기 코일의 움직임에 의하여 열리거나 닫히며 제어됩니다.

따라서, 솔레노이드에 전기가 흐르면, 자석이 작동하여 밸브를 열거나 닫습니다. 이로 인해 유체가 밸브를 통해 흐를 수 있게 되거나, 흐름이 차단됩니다. 반면, 전기가 흐르지 않으면, 솔레노이드 자석이 움직이지 않아서 밸브가 원래 상태로 돌아갑니다. 이 상태에서 유체의 흐름이 열리거나 닫힙니다.

(2) 솔레노이드밸브 코일

솔레노이드밸브 내에 전자 코일을 원형으로 감고 전류를 흘리면 원의 내측에 자기장이 생기며, 여기에 자성물질을 접근시켜 원의 중심부로 자기장을 이동시킵니다. 여기서 코일에 전기에너지를 흘려 기계 에너지로 변환시키는 코일과 저성물질인 쇠막대를 합쳐 솔레노이드라고 합니다. 솔레노이드 내부의 자기장 세기는 당연히 전류가 셀수록, 단위 길이당 감긴 코일의 수가 많을수록 자기장이 세집니다.