이번 글에서는 유체의 흐름과 유량을 조절하기 위한 중요한 부품인 밸브에 대해 알아보겠습니다. 기계설비 분야에서 밸브는 유체의 흐름과 방향성을 제어하는 핵심 부품입니다. 만약 밸브가 존재하지 않는다면 유체를 차단할 수 도 없고 방향성도 조절할수 없습니다. 이렇듯 밸브는 설비의 안전성 및 효율성을 담당하는 역할을 합니다. 현재 산업에서 다양한 종류에 밸브가 생산되고 있는데 그중에서 가장 많이 사용되는 밸브인 게이트 밸브, 글로브 밸브, 체크 밸브에 대해 알아보며 각각의 구조와 작동 원리 적용 분야에 대해 알아보겠습니다.
게이트 밸브의 원리와 구조
게이트 밸브는 판 형태의 디스크가 상하 방향으로 이동하며 유체의 흐름을 개방하거나 차단하는 방식입니다. 보통 디스크가 수직으로 설치되어있기 때문에 밸브 내부의 흐름이 마찰 손실이 적은 직선 형태로 유지해서 유량 손실이 작다는 것이 큰 장점입니다. 개폐 동작은 비록 느리지만 완전하게 열거나 닫을 수 있어 주로 배관의 메인 라인에서 사용됩니다. 다양한 유체의 종류에서도 특히 급수라인에서 자주 사용되는 경향이 있습니다. 게이트 밸브의 구조는 바디, 디스크, 스템, 핸드휠 등으로 이루어져 있습니다. 핸들휠을 돌려 디스크를 이동시켜 디스크가 밸브 시트 - 밸브의 바닥 부분과 맞닿을 때 유체가 완전히 차단됩니다. 그러나 유량 조절에는 적합하지 않고 개방 상태에서 부분적으로 닫으면 디스크가 진동해서 손상될 수 있으므로 주의가 필요합니다. 특히 오래된 게이트 밸브의 경우 스템 및 디스크 파손으로 인한 밸브의 작동이 안되거나 완전 개폐 및 차단이 안되는 경우도 있으니 유지보수시 밸브의 개폐유무를 확인하시는 것이 중요합니다.
글로브 밸브의 원리와 구조
글로브 밸브는 디스크가 상하로 이동하며 시트에 밀착하거나 이탈함으로써 유량을 조절하는 구조입니다. 게이트 밸브와는 다르게 밸브 내부의 유로가 S자 형태로 되어 있으며 유체가 직선형이 아닌 곡션형으로 흐름을 변화시키는 구조로 인해 게이트 밸브에 비해 유량 손실이 다소 발생합니다. 그러나 정밀한 유량 제어가 가능하기 때문에 실험실 장비, HVAC 시스템, 증기 배관 시스템 등에서 자주 사용됩니다. 특히 밸브 전후단에 압력계, 유량계 등을 장착하여 유량을 같이 조절하면 정확한 제어가 가능합니다. 밸브 바디는 보통 글로브 형태이며 디스크는 평면형 또는 콘 모양으로 설계됩니다. 이러한 모양은 시트와 정밀하게 맞물릴수 있게 설계됩니다. 조작 시 디스크가 유체 흐름을 서서히 제어하기 때문에 미세하게 조절하는 것이 용이하고 빠른 개폐와 유량 제어 두 가지 기능을 동시에 수행할 수 있습니다. 이러한 글로브 밸브와 게이트 밸브의 장단점을 이전 글에서 자세하게 비교분석 하였으니 참고부탁드립니다.
체크 밸브의 원리와 구조
체크 밸브는 유체가 한 방향으로만 흐를 수 있도록 설계된 밸브입니다. 체크 밸브는 따로 조작부가 존재하지 않습니다. 설치 후에 자동적으로 별도의 외부 조작 없이 유체의 압력 차이에 의해 디스크가 자동으로 열리고 닫히면서 역류를 방지하는 데 사용됩니다. 일반적으로 펌프 후단부에 설치하여 펌프의 보호 혹은 상수도의 인입부에서 역류 방지를 위한 목적으로 설치됩니다. 구조는 디스크, 시트, 스프링(일부 모델), 바디로 구성되고 스윙 타입과 리프트 타입이 많이 사용됩니다. 스윙 체크 밸브는 디스크가 수평축을 중심으로 회전하는 형태이고 리프트 체크 밸브는 디스크가 수직으로 움직이는 구조입니다. 또한 고속의 역류 차단이 필요한 경우에 스프링이 내장된 체크 밸브가 사용하고 진동이나 수격 현상을 줄이는 데 효과적입니다. 체크 밸브는 특히 펌프 및 장비의 보호 또는 서로 다른 유체가 역류로 인한 혼합의 우려가 있을 때 사용합니다. 체크 밸브는 배관 내 압력 조건에 맞춰 선택해야 하고 특히 설치 방향에 유의해야합니다. 대부분의 체크 밸브가 밸브 바디에 방향성이 표시되기 때문에 해당 방향성이 맞는지 확인해야 합니다. 이를 지키지 않으면 펌프 등 장비 설치 후 시운전시 즉각적인 문제를 야기하기 때문에 검사 시 꼭 이부분을 확인해야 합니다.
게이트, 글로브, 체크 밸브는 각각 다른 구조와 기능을 가지고 있습니다. 체크 밸브와는 다르게 글로브 밸브 및 게이트 밸브는 상황에 맞게 사용하는 것이 중요합니다. 상황에 맞는 올바른 밸브를 선택하는 것이 시스템의 안정성을 향상시키고 또한 유지보수에도 유리하기 때문에 부속 주변 또는 분기점 주변에서 밸브를 사용하는 것이 시스템의 안정성과 효율성을 극대화할 수 있습니다.