볼 밸브 시트 기본 원리 이해하기
볼 밸브밸브는 파이프라인 내 유체 통로를 열거나 닫도록 설계된 중요한 유체 제어 장치입니다. 밸브의 핵심 기능은 구멍이 있는 회전하는 볼에 있습니다. 스템(일반적으로 90도 회전)을 통해 가해지는 토크가 이 회전을 구동하여 유체의 흐름을 제어하거나 차단합니다. 그러나 밀봉 성능은 근본적으로 밸브 시트의 설계에 의해 결정됩니다.
좌석 디자인은 공의 움직임을 기준으로 크게 두 가지 범주로 나뉩니다.
1. 플로팅 볼이 있는 고정형 시트:유체 압력으로 인해 볼이 하류로 밀려나면서 하류 시트에 단단히 밀착되어 단방향 밀봉이 생성됩니다.
2. 고정 볼이 있는 플로팅 시트:볼은 고정된 상태를 유지합니다. 밀봉 압력은 스프링 또는 유체 압력에 의해 시트가 볼에 밀착되어 필요한 밀봉 압력을 형성함으로써 발생합니다.
소프트 시트 볼 밸브 시트
연질 시트는 탄성체 또는 고분자 소재를 사용하여 밀폐성이 뛰어나지만 금속 시트에 비해 온도/압력에 제한이 있습니다.
1. 표준형
일반적인 소프트 시트(그림 1)는 예압이나 유체 압력에 의해 볼에 압축될 때 시트 재질의 탄소성 변형을 통해 밀봉을 달성합니다. 효과적인 밀봉은 압력 하에서 시트 재질이 볼의 원형 편차 및 표면의 미세한 불규칙성을 보정하는 능력에 달려 있습니다. 시트와 볼 사이에 충분한 밀봉 압력을 유지하는 것이 매우 중요합니다.
2. 탄성형
탄성 시트(그림 2)는 금속 스프링 케이지 또는 코일 스프링과 같은 유연한 요소를 포함합니다. 이러한 요소는 시트가 예압 또는 유체 압력 하에서 탄성적으로 변형될 수 있도록 합니다. 이러한 설계는 온도 변화, 압력 변화 및 마모로 인한 밀봉 성능 저하를 효과적으로 보완합니다.
(a) 단면 경사형
(b) 이중 경사 이중선형
(c) V-라인 자체 밀봉형
(d) 특수 유형
3. 스프링 조립식
핵심 원리(그림 3)는 밸브 채널의 원주를 따라 압축 스프링 세트를 균일하게 배치하거나 단일 디스크 스프링을 사용하는 것입니다. 이러한 배열은 지속적인 추력을 제공하여 시트가 볼에 대해 일정한 압력을 유지하도록 함으로써 안정적인 예압 밀봉을 보장합니다.
(가) 압축 스프링 타입
(b) 디스크 스프링 타입
4. 피스톤형 시트
피스톤 시트(그림 4)는 입구 매체의 압력을 이용하여 밀봉력을 생성합니다. 이 압력은 피스톤과 유사한 시트를 볼에 밀어붙여 밀봉 링에 탄소성 변형을 일으켜 단단히 밀봉되도록 합니다.
(a) 블록 앤 블리드 시트(더블 블록 앤 블리드 – DBB):이 밸브는 독특한 안전 설계가 특징입니다. 캐비티 내부 압력이 하류 압력을 초과하면 외부 힘이 스프링 저항을 이겨내고 시트와 볼을 분리합니다. 이를 통해 캐비티 내부의 과압이 하류로 배출됩니다. 압력이 균형을 이루면 스프링이 밸브를 다시 밀봉합니다.
(b) 이중 동작 좌석:캐비티 압력이 출구 압력을 초과할 때 작동합니다. 시트의 압축력으로 인해 씰링 링에 탄소성 변형이 발생합니다. 이 설계는 자동 보상 기능을 제공합니다. 즉, 상류 씰이 고장 나면 하류 시트가 즉시 맞물립니다.
(c) 이중 단계 밀봉 시트:높은 밀봉 하중을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 고무(1차 밀봉)와 플라스틱(지지 및 2차 밀봉)을 복합 구조로 결합하여 신뢰성과 수명을 향상시켰습니다.
5. 특수 구조 좌석
이 범주에는 특정 요구 사항 및 조건에 맞춰 제작된 다양한 독특한 디자인이 포함됩니다.
(a) 내부/외부 조절식 시트
(b) 벨로우즈 시트
(c) 그리스 주입 시트
(d) 복동식 시트
(e) 조합형 시트
• 내부 조절식 시트:시트와 볼 사이의 밀봉 압력을 조절하기 위해 내부 조절 너트를 사용하므로 외부 누출 지점이 없다는 장점이 있습니다.
• 외부에서 조절 가능한 시트:외부 나사 플러그를 사용하여 쐐기를 눌러 신축식 슬리브를 이동시켜 시트-볼 밀봉 특정 압력을 조정합니다.
• 풀무식 좌석:일반적으로 시트와 가이드 슬리브에 용접(전자빔 또는 TIG 용접)됩니다. 설계 시 시트 밀봉 중심이 벨로우즈 평균 직경보다 작아야 합니다. 안정적인 밀봉, 넓은 탄성 보상 범위 및 3D 유연성을 제공합니다.
• 그리스 주입 시트:밀봉 성능 향상, 마찰/마모 감소, 수명 연장 및 시트 파손/화재 방지를 목표로 합니다. 그리스 주입구가 있습니다.참고: 그리스 주입은 주로 보조적인 용도이며 모든 경우에 적용되는 것은 아닙니다.
복동식 밸브 시트: 챔버 'N'에 제어 압력이 가해지면 시트가 볼에 밀착되어 밀봉됩니다. 챔버 'M'에 압력이 가해지고 'N'에서 압력이 배출되면 시트가 후퇴하여 접촉, 마모, 마찰 및 작동 토크를 최소화합니다. 고압/중압, 대구경 볼 밸브에 이상적입니다.
• 조합형 좌석:스프링으로 조립되는 시트(1차 밀봉)와 피스톤형 시트(제어 압력이 가해질 때 보조 밀봉을 제공)를 통합합니다.
금속 시트 볼 밸브 시트
금속 밀봉 볼 밸브 시트는 뛰어난 온도, 압력, 마모 및 부식 저항성을 위해 금속 또는 복합 재료를 사용합니다. 이러한 재료는 연질 밀봉재보다 누출률이 높을 수 있지만 가혹한 환경에서 사용하기에 필수적입니다.
1. 기본 금속 시트
용접을 통해 금속 기판 위에 경질 합금(예: 스텔라이트, 텅스텐 카바이드) 층을 증착하여 제조합니다(그림 6). 탄성 테일 시트를 통합하여 작동 중 밀봉면의 마찰과 손상을 크게 줄입니다.
2. 다층 밀봉 시트
여러 장의 스테인리스강판과 얇은 흑연판을 번갈아 겹겹이 쌓은 후 특수 공정을 거쳐 롤 압축하여 제작되었습니다(그림 7). 이러한 독특한 구조는 고온 고압 조건에서 탁월한 성능을 제공합니다.
3. 중공 튜브 씰 시트
내부 및 외부 부싱에는 스테인리스 스틸 튜브 코어가 있습니다(그림 8). 밀봉은 속이 빈 튜브의 변형으로 발생하는 탄성력을 이용하여 시트를 볼에 단단히 밀착시키는 방식으로 이루어집니다.
4. 회전식 좌석
밸브 작동 중 시트가 채널 축을 중심으로 회전하는 독특한 설계(그림 9)를 특징으로 합니다. 시트 원주를 따라 균일하게 배치된 톱니는 볼이 닫힐 때마다 시트를 한 톱니씩 회전시킵니다. 이는 원주 방향으로 균일한 마모를 보장하여 성능을 최적화하고 수명을 연장합니다.
비판적인밸브 시트 재질
특수 고분자 소재
정해진 온도/압력 범위 내에서 탁월한 밀봉성, 낮은 마찰력 및 내화학성을 제공합니다.
• PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌 – F4):탁월한 내열/내한성(-250°C ~ +260°C), 비점착성, 낮은 마찰 계수(μ~0.05), 화학적 불활성(강산, 강알칼리, 산화제에 대한 내성)으로 유명합니다. 약 5MPa의 하중을 견딜 수 있습니다.
• PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌 – F3):높은 강도, 경도, 치수 안정성을 제공하며 냉간 유동이 없습니다. 온도 범위는 -195°C ~ +120°C입니다. 고온의 무기산, 저온의 염 용액/산화제, 그리고 상온에서 대부분의 유기물에 대한 내성이 있습니다.
• FEP(퍼플루오로(에틸렌프로필렌) – F46):넓은 온도 범위(-85°C ~ +205°C)와 PTFE와 유사한 화학적 안정성(산, 알칼리, 알코올, 케톤에 대한 내성)을 결합했습니다. 적당한 밀도, 열전도율 및 팽창률을 가지고 있습니다.
• 폴리아미드(나일론 1010 – N1010):상온에서 높은 인장 강도, 충격 인성, 내마모성 및 자가 윤활성을 갖습니다. 마찰 계수(μ~0.03)가 낮고 밀도는 약 1.5g/cm³입니다. 약산/약염기, 일반 용제 및 오일에 대한 내성이 있습니다.
• PPL(파라폴리페닐렌):고온 저항성, 화학 부식 저항성, 자가 윤활성이 탁월합니다. 밀도는 약 2g/cm³, 팽창률은 약 5.1×10⁻⁵/°C, 경도는 약 80HS입니다. 황산, 불산, 강알칼리에 대한 내성이 뛰어납니다. 방사선 저항성이 우수하며 마찰 계수는 약 0.13입니다.
• PEEK(폴리에테르에테르케톤):열경화성 수지와 유사한 열/화학적 안정성과 열가소성 수지의 가공성을 결합했습니다. 240°C 이상(유리 섬유 강화 시 300°C 이상)에서 연속 사용이 가능하며, 대부분의 무기 용제와 장기간 증기 노출(200~260°C)에도 견딜 수 있습니다.
• PI(폴리이미드):고온 환경에서 장기간 사용 가능한(-240°C ~ +260°C) 고성능 플라스틱 소재입니다. 뛰어난 전기 절연성, 내마모성, 내방사선성 및 기계적 특성을 지니고 있습니다. 상온에서 묽은 산/유기 용제에 대한 내성이 있습니다. 강산화제/강산 및 장시간 물에 담그는 것은 피하십시오.
금속 밀봉재
극한 조건에 적합하도록 선택됨: 높은 경도, 면간 적절한 경도 차이, 표면 경화를 통한 향상된 내마모성.
• 크롬계 경질 합금(예: 스텔라이트)
• 코발트계 경질 합금(예: 트리발로이)
• 니켈 합금 (예: 인코넬, 하스텔로이)
• 탄화텅스텐(WC)
• 스테인리스강(예: 316, 17-4PH, 440C - 종종 경화 처리됨) (비교를 위해 표 1 참조)
결론: 볼 밸브 시트 및 씰에 대한 주요 요점
• 밀봉 링:높은 안정성, 낮은 마찰 계수, 우수한 내노화성 및 탁월한 밀봉 성능을 보여야 합니다.
• 밸브 시트:충분한 강도와 강성이 요구됩니다. 압력 하에서 형상을 유지하려면 여유 공간 설계가 매우 중요합니다. 변형에 저항해야 합니다.
• 금속 시트:고온, 고압, 강한 부식, 극저온 조건 등 극한 환경에서 탁월한 성능을 발휘해야 합니다. 필수 요건으로는 누출이 거의 없어야 하고, 수명이 길며, 화재 안전 인증을 받아야 합니다.API 607/6FA)이며 뛰어난 압력/마모 저항성을 갖습니다.
프리미엄 살펴보기볼 밸브가장 까다로운 환경에 맞춰 설계된 솔루션.
게시 시간: 2025년 7월 12일