조절밸브의 적절한 선정 및 주의사항 – 여러분의 추가적인 논의를 기다립니다

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이 게시물은 마지막으로 왕천택이 2016-12-18 19:56에 수정했습니다. 조절밸브의 올바른 선정 방법과 주의사항에 대해 계속해서 논의해 주세요. 핸드셰이크 조절밸브는 산업 공정 제어 시스템에서 사용되는 최종 실행 요소입니다. 산업 공정의 연속적인 자동 제어 시스템에서는 공정 내의 다양한 공정 파라미터를 제어하기 위해 조절밸브가 필요합니다. 이를 통해 유체의 압력, 온도, 유량, 액위 등과 같은 파라미터를 조절할 수 있습니다. 보통 조절밸브는 산업 공정 자동화 생산에서 “손과 발”이라고 불립니다.그 응용의 품질은 시스템의 조절 품질에 직접적으로 반영됩니다.공정 제어에서의 종단 실행 소자로서, 사람들은 그 중요성을 과거보다 훨씬 더 깊이 인식하고 있습니다.조절밸브의 성능은 제품 품질과 사용자가 올바르게 설치·사용·유지관리하는 것 외에도, 정확한 계산을 통한 사양 선정이 매우 중요합니다.계산 시 선정에 실수가 있어 시스템의 작동이 불안정해지고, 심지어 사용할 수 없게 된 사례가 많습니다.따라서 사용자와 시스템 설계자는 현장에서 조절밸브가 갖는 중요성을 충분히 인식하고, 조절밸브의 선정에 충분한 주의를 기울여야 합니다. 조절밸브 선정의 일반적인 원칙은, 사용 기능을 충족시키는 전제 하에 선택된 조절밸브가 구조가 간단하고 성능이 신뢰할 수 있으며 가격이 저렴하고 수명이 길며 유지보수가 용이해야 한다는 것입니다.아래에서는 조절밸브의 형태 선택과 부속품 선택에 대해 중점적으로 설명합니다. 1. 조절밸브의 종류 선택
조절밸브에는 여러 가지 분류 방법이 있지만, 현재 국내외에서 일반적으로 사용되는 분류법은 구조, 원리, 기능에 따라 나누는 것입니다. 이 방법에 따르면 총 9가지 유형으로 나뉘는데, 즉 직통식 단좌 조절밸브, 직통식 이중좌 조절밸브, 슬리브형 조절밸브, 각형 조절밸브, 3방향 조절밸브, 다이어프램 밸브, 버터플라이 밸브, 볼 밸브, 편심회전식 밸브입니다. 이 9가지 제품이 가장 기본적이고 일반적인 제품으로, 흔히 표준형 제품이라고도 합니다. 그 외에 이러한 기본형을 바탕으로 실제 응용 상황에 맞게 개량된 제품들은 특수형 제품이라고 합니다. 1.1 표준형 조절밸브의 특징 및 올바른 선택 방법 1.1.1 직통 단좌 조절밸브 직통 단좌 조절밸브는 밸브 코어와 밸브 시트가 하나씩만 있어 엄격한 밀봉이 용이합니다. 금속과 금속을 이용한 단단한 밀봉 방식을 사용할 수도 있고, 금속과 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 기타 복합 재료를 이용한 부드러운 밀봉 방식도 사용될 수 있습니다. 표준 누설량은 0.01%C입니다(C는 정격 유량 계수입니다). 허용되는 압력 차는 작으며, 유량도 적습니다. 예를 들어, DN100 크기의 단좌 조절밸브의 경우 허용되는 압력 차는 120kPa에 불과하며, 유량도 100에 불과합니다.유로가 복잡하고 구조가 단순하여, 누출이 엄격하게 제한되어야 하며 작동 압력 차이가 적은 깨끗한 매체를 다루는 경우에 적합합니다. 하지만 소형 크기의 조절밸브(DN1/2, 3/4, 20)도 압력 차이가 큰 경우에 사용될 수 있습니다. 이는 가장 널리 사용되는 조절밸브 중 하나이며, 추가적인 설계를 통해 차단밸브로도 활용될 수 있습니다.밸브 코어의 형태가 유량 특성을 결정하며, 마모되면 원래의 특성을 잃게 됩니다. 밸브 코어를 교체하면 유량 특성을 변경할 수 있습니다.하지만 유체 매체가 밸브 코어에 가하는 추력이 크기 때문에, 즉 불균형력이 커서 더 강한 추력을 가진 액추에이터가 필요합니다. 따라서 고압차나 대구경의 응용 분야에서는 이러한 조절밸브를 사용하는 것이 적합하지 않습니다.이 밸브를 선택할 때는 압력 차이를 반드시 확인하여, 밸브가 열리는 것을 방지해야 합니다. 1.1.2 직통식 이중좌석 조절밸브
직통식 이중좌석 조절밸브에는 두 개의 밸브코어와 두 개의 밸브시트가 있습니다. 위쪽 밸브코어에 작용하는 위쪽 방향의 힘과 아래쪽 밸브코어에 작용하는 아래쪽 방향의 힘이 거의 균형을 이루기 때문에, 전체 밸브코어에 작용하는 불균형한 힘이 적습니다. 따라서 허용 가능한 압력차도 큽니다. 예를 들어, DN100 크기의 이중좌석 조절밸브의 경우 허용 압력차는 280kPa입니다. 유량도 많으며, 같은 크기의 다른 조절밸브들과 비교했을 때 이중좌석 조절밸브를 통해 더 많은 유체가 흐를 수 있습니다. 같은 크기의 이중좌석 조절밸브와 단일좌석 조절밸브를 비교하면, 이중좌석 조절밸브의 유량은 약 20%~50% 정도 더 많습니다.예를 들어, DN100 2중 좌석 조절 밸브의 유량은 160에 달합니다.따라서, 동일한 유량 능력을 얻기 위해 2포트 조절밸브에는 비교적 작은 추력의 액추에이터를 사용할 수 있습니다.이중좌석 조절밸브는 상하 양쪽으로 가이드가 되어 있으므로, 정체밸브와 역체밸브의 개조가 용이합니다. 즉, 밸브 코어와 밸브 시트를 뒤집어서 설치하기만 하면 정체밸브를 역체밸브로, 또는 역체밸브를 정체밸브로 바꿀 수 있으며, 액추에이터의 정작용 또는 역작용 유형을 변경할 필요도 없습니다.2중 좌석 조절 밸브의 상하 밸브 코어는 동시에 닫히지 않아 누설량이 많으며, 표준 누설량은 0.1%C입니다(C는 정격 유량 계수)；유로가 복잡하여 고압 차압이 발생하는 환경에는 적합하지 않습니다. 이러한 환경에서는 밸브가 고압 유체에 의해 심하게 침식되며, 급증발 및 캐비테이션이 쉽게 발생하여 밸브 본체의 마모를 가중시킵니다. 또한 섬유질이 함유된 매체나 고점도 유체의 제어에도 적합하지 않습니다. 1.1.3 슬리브형 조절밸브
슬리브형 조절밸브는 케이지형 밸브라고도 불립니다. 이 밸브의 내부 부품으로는 밸브 핵심과 슬리브가 있으며, 슬리브는 직통 단석형 조절밸브일 수도 있고, 이중석형 조절밸브나 각형 조절밸브 등일 수도 있습니다. 밀봉 방식으로는 단일 밀봉형과 이중 밀봉형이 있는데, 전자는 단석형 조절밸브와 유사하며 단석형 조절밸브가 사용되는 경우에 적합합니다；후자는 2중 좌석 조절 밸브에 해당하며, 2중 좌석 조절 밸브가 사용되는 경우에 적합합니다.이 외에도, 이 밸브는 안정성이 뛰어나고, 설치 및 해체가 용이하며, 유지보수도 쉽습니다. 또한 소음을 줄이고 기화 현상의 영향을 감소시키는 특징도 있습니다. 하지만 단/쌍석 조절밸브에 비해 가격이 50%~200% 더 비쌉니다. 또한 특수한 실링 패드가 필요합니다. 그럼에도 불구하고 이 밸브는 단/쌍석 조절밸브에 이어 매우 널리 사용됩니다. 다만, 오염된 유체나 결정화되거나 스케일이 쉽게 생기는 유체의 경우에는 이 밸브를 사용해서는 안 됩니다. 1.1.4 각형 조절밸브
각형 조절밸브는 특수한 밸브 구조를 가진 싱글 시트 조절밸브로, 특정한 배관 및 유체 처리 환경에 적합합니다. 이 밸브는 직선형의 밸브 몸체를 각형 형태(즉, 엘보우와 유사한 형태)로 변경한 것이며, 그 제어 방식과 작동 원리는 일반적인 싱글 시트 조절밸브와 동일합니다.단일 실링 조절밸브의 누설이 적고 허용 압력 차이가 작다는 특징을 그대로 유지했습니다.또한, 유로가 간단하여 ‘자가 청소’ 기능을 가지고 있어 더러운 매체에도 사용할 수 있습니다. 또한, 막힘을 방지하는 밸브로도 개선될 수 있어, 고형 입자가 포함된 매체가 있는 환경에서도 사용할 수 있습니다. 특히 설치 공간이 제한된 경우에 매우 적합합니다. 1.1.5 3방변 조절밸브
3방변 조절밸브는 밸브 코어 자체의 가이드 기능을 이용합니다. 공기 개방형/공기 폐쇄형으로 전환할 때는 액추에이터도 함께 교체해야 합니다. 주의할 점은, 이 밸브의 ‘공기 개방형’과 ‘공기 폐쇄형’의 의미가 다른 조절밸브들과는 다르다는 것입니다. 즉, ‘공기 개방형’과 ‘공기 폐쇄형’이 어느 방향에 해당하는지, 수평 위치인지 수직 위치인지를 명확히 해야 합니다.이 제품은 3개의 채널을 가지고 있어, 2개의 직접 연결형 단일 좌석 조절 밸브를 대체하여 두 개의 유체를 분리하거나 합치는 데 사용될 수 있습니다. 또한 온도 차이가 150℃ 이하인 경우에도 사용할 수 있습니다. DN이 80mm 이하인 경우에는, 합류 밸브를 이용해 유체를 분리하는 데에도 활용할 수 있습니다. 1.1.6 다이아프램 조절밸브
다이아프램 조절밸브는 내식성이 뛰어난 다이아프램과 내식성 소재로 만들어진 밸브 본체로 구성됩니다. 유로가 간단하여, 오염된 유체나 약한 부식성을 가진 유체를 다루는 2위치 차단 용도에 적합합니다.이것은 가장 초기의 조절밸브 중 하나로, 거의 즉시 개방되는 유량 특성을 가지고 있어 조절 성능이 떨어집니다. 또한 디아프램과 내피 재질의 영향을 받아 고온 및 고압과 같은 극한 환경에서는 사용할 수 없습니다. 일반적으로 작동 압력은 ≤1.6MPa, 작동 온도는 ≤150℃입니다. 게다가 디아프램이 쉽게 손상되고 수명이 짧다는 단점이 있어, 현재는 거의 사용되지 않습니다. 1.1.7 버터플라이 밸브: 버터플라이 밸브는 파이프 자체를 밸브 본체로 사용하며, 중앙에 밸브 플레이트가 있어 유량을 조절합니다. 이는 가장 일반적으로 사용되는 회전식 조절 밸브입니다.저압, 중압 또는 극히 드물게는 고정압·대유량 환경에 사용되지만, 압력차에는 제한이 있습니다.크기가 작고 무게가 가벼워, 동일한 구경의 구형 조절밸브보다 4~10배나 가볍습니다. 구경 대비 가격이 저렴하여 특히 대구경 환경에 적합하며, 조절밸브의 구경이 클수록 이 특징은 더욱 두드러집니다.일반적으로 DN>300mm일 때는 보통 버터플라이 밸브를 사용합니다. 1.1.8 볼밸브 볼밸브는 오랫동안 사용되어온 검증된 제품으로, “O”형과 “V”형 볼밸브가 있습니다. 유로 구조가 가장 단순하고 유체 저항이 가장 적으며 손실도 최소화됩니다. 또한 “자정” 성능도 가장 뛰어납니다.“O형 볼밸브는 저항이 없는 조절 밸브로, 동일 사양 대비 정격 유량 계수가 가장 높으며, 대유량 및 불순물이 섞인 매체가 사용되는 곳에 자주 사용됩니다；““V”형 볼 밸브는 대략 로그형 유량 특성을 나타내며 조절 비율이 크습니다. “V”형 볼 코어가 밸브 시트에 대해 회전할 때 전단 작용이 발생하므로, 특히 고점도, 현탁액, 펄프 등 불순물이 많고 섬유질을 함유한 매체의 조절 및 차단에 적합합니다.볼 밸브의 가격이 꽤 비쌉니다. 1.1.9 편심회전밸브는 캠 휨밸브라고도 하며, 볼밸브와 버터플라이밸브의 장점을 모두 갖추고 있습니다. 유로가 간단하고 ‘자정’ 성능 및 조절 성능이 뛰어나 결정체, 응고물 및 불순물이 포함된 매체를 다루는 경우에 적합합니다；밸브 본체의 부피가 작고 무게도 가벼워, 설치 위치에 따라 어떤 부품도 교체하지 않고 유연하게 조립할 수 있습니다；정격 유량 계수가 높으며, 동일한 직경의 단좌형 및 이중좌형 조절밸브에 비해 10%～30% 더 높습니다. 또한 조절비도 크어, 100:1에 달합니다；밸브 시트의 밀폐성이 우수하며, 밸브 코어 지지대의 유연한 작용과 밸브 코어의 구면 편심 회전 운동으로 인해 필요한 조작 토크가 감소하고 일부 비대칭성도 보상되므로, 유로 개방/폐쇄 상태 및 고압 차압 하에서도 안정적으로 작동합니다；비례 조절 시에는 포지셔너가 필요하며, 포지셔너 내의 볼록판 위치를 변경함으로써 직선형 또는 등비율의 유량 특성을 쉽게 얻을 수 있다. 1.2 특수형 조절밸브의 선택 특수한 용도를 위해, 위에서 언급한 조절밸브를 기반으로 밸브 커버를 연장하거나 방열판을 추가하면 저온 및 고온 환경에서도 사용할 수 있습니다；여러 개의 스프링을 사용하는 실행 기구를 적용하면 전체 조절 밸브의 부피와 무게를 줄일 수 있다；소음을 줄이기 위해 일련의 소음 저감 조치를 설계하면 저소음 조절밸브를 구성할 수 있다.또한, 유지보수와 청소를 용이하게 하기 위해 밸브 본체가 분리된 구조를 가진 밸브 본체 분리형 조절밸브도 있습니다；연속 동작의 빠른 요구에 맞춰 사용되는 빠른 차단 조절 밸브；소량 유량 제어 요구사항을 위해 설계된 소량 유량 조절 밸브；누출을 방지하기 위해 사용되는 벨로우즈 밀폐 조절밸브 등. 이러한 특수한 유형의 조절밸브들은 특수한 공정 생산 과정이나 특정한 사용 환경에 맞게 설계된 전용 밸브로, 표준이 아닌 것입니다.이들은 작동 조건이 복잡하고 사용 요구 사항이 높으며 생산량이 적다는 특징을 가지고 있습니다. 이러한 조절 밸브들은 보통 표준형 제품을 기반으로 사용 요구 사항에 맞게 발전시키고 개선된 것입니다.따라서 먼저 비특수성에 따라 그 기본 형태를 결정한 다음, 특수성에 맞게 해당하는 변형 형태 및 재료 등을 정해야 합니다. 2 부속품의 선택 조절밸브의 주요 부속품으로는 밸브 포지셔너, 밸브 위치 스위치, 공압 유지밸브, 공압 릴레이, 전자식 밸브, 공기 필터 압력 감소기, 핸드휠 장치, 밸브 위치 전송기 및 변환기 등이 있습니다.그중 밸브 포지셔너에는 전기식 밸브 포지셔너와 공압식 밸브 포지셔너가 있으며, 주로 조절밸브의 작동 특성을 개선하고 정확한 위치 설정을 실현하며, 조절밸브의 위치 선형도를 높이고 조절 신호의 전달 지연을 줄이며, 조절밸브의 유량 특성을 변경하고 신호 압력에 대한 조절밸브의 반응 범위를 조절하여 스테이지 제어와 정확한 위치 설정을 가능하게 합니다.이것은 조절밸브의 가장 중요한 부품 중 하나로, 그 품질에 따라 조절밸브와 조절 시스템의 성능 및 품질이 직접적으로 영향을 받습니다.아래에서는 밸브 포지셔너를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 주요 요소들을 중점적으로 소개하겠습니다: 1) 밸브 포지셔너가 “분할 제어” 기능을 구현할 수 있는지 여부, 즉 밸브 포지셔너가 입력 신호의 특정 범위에만 반응하는지 여부입니다.밸브 포지셔너가 이 기능을 수행할 수 있다면, 실제 필요에 따라 하나의 입력 신호를 사용하여 두 대 이상의 조절 밸브를 제어할 수 있습니다； 2) 제로점과 측정 범위의 조정이 용이한가, 교정이 독립적으로 이루어지는가, 안정성은 어떠한가； 3) 밸브 포지셔너의 정밀도는 어떻습니까.이상적인 작동 상태에서는, 특정 입력 신호에 따라 조절 밸브의 내부 부품들(조절 밸브의 밸브 코어, 밸브 스틱, 밸브 시트 등)이 항상 정확한 위치에 있어야 합니다. 여기서는 이동 방향이나 조절 밸브의 내부 부품들이 받는 부하의 크기와는 상관없이 말입니다； 4) 밸브 포지셔너의 작동 속도는 어떻게 되며, 주파수 특성은 어떠한가.밸브 포지셔너는 입력 신호와 밸브 위치를 지속적으로 비교하여, 그 차이에 따라 자체의 출력을 조절할 수 있기 때문입니다.밸브 포지셔너가 이러한 편차에 빠르게 반응한다면, 단위 시간당 유체의 흐름량이 많아지고, 제어 시스템도 설정값과 부하의 변화에 더 빠르게 반응하게 됩니다. 즉, 시스템의 오차가 줄어들고, 제어 성능도 더욱 우수해집니다.일반적으로 주파수 특성이 높을수록, 즉 주파수 응답에 대한 민감도가 높을수록 제어 성능도 좋아집니다.주의해야 할 점은 주파수 특성을 평가할 때 이론에만 의존하는 것이 아니라 실험과 이론을 결합한 방법을 사용해야 한다는 것입니다. 또한 평가 시에는 실험 방법이 안정적이고 과학적이어야 하며, 밸브 포지셔너와 액추에이터도 함께 고려해야 합니다； 5) 밸브 포지셔너와 조절밸브가 결합된 후, 그 포지셔닝 해상도는 어떻게 변화하는가?위치 해상도는 조절 시스템의 제어 품질에 매우 큰 영향을 미칩니다. 해상도가 높을수록 조절밸브의 위치가 이상적인 값에 더 가까워지며, 조절밸브의 과조작으로 인한 변동이 효과적으로 억제됩니다. 그 결과, 조절 대상량의 주기적 변화를 제한하는 목적을 달성할 수 있습니다. 6) 밸브 포지셔너의 최대 정격 공급 압력이 액추에이터의 정격 작동 압력과 일치하는지, 설치 및 연결이 용이한지, 유지보수 횟수와 수준은 어떤지 등입니다. 밸브 포지셔너를 제외하고는, 다른 몇 가지 부품들은 비교적 단순하기 때문에 여기서 다시 언급할 필요는 없습니다.모든 부속품은 보조 기능을 수행하고 조절 밸브의 정상적인 작동을 보장하는 역할을 합니다. 선택할 때 지켜야 할 원칙은 필요한 것은 추가하고 불필요한 것은 제거하는 것입니다. 그렇지 않으면 제어 시스템의 운영 비용만 증가시키고 신뢰성은 떨어질 뿐입니다. 3 결론 조절밸브의 올바른 선정은 조절밸브를 잘 활용하기 위한 첫 번째이자 가장 중요한 단계입니다. 선정의 적절성 여부는 직접적으로 조절밸브의 사용 효과에 영향을 미치며, 이어서 시스템의 조절 품질에도 영향을 줍니다.물론 선정 작업은 상당히 복잡하며, 동시에 하나의 학문이기도 합니다. 실제 활용 과정에서 끊임없이 탐색하고 정리해나가야 합니다.따라서 조절밸브를 선정할 때에는 관련 전문 지식을 충분히 숙지한 상태에서 특정한 방법과 기술을 익혀야 합니다. 오직 그렇게 할 때에만 산업 공정 자동화 제어에서 ‘손과 발’과 같은 역할을 제대로 수행할 수 있습니다.