게이트 밸브 (Gate Valve)

게이트 밸브, Gate Valve

 

1. 용도

게이트 밸브는 차단용 밸브로써 산업분야에 매우 다양한 형태로 개폐용(On-Off제어)에 널리 사용되는 대표적인 밸브이다.

게이트라는 디스크가 시트면과 마찰하면서 열리거나 닫힘으로써 유체 흐름을 제어하는데, 제어의 주 목적은 유로의 차단/개방이다.

밸브 디스크가 유체의 통로를 수직으로 막아서 개폐하고 유체의 흐름이 일직선으로 유지된다.

고온, 고압의 여러 종류의 유체에 사용되고 슬러지나 고점도의 유체에는 사용되지 못한다. 따라서 완전히 열렸을 때 압력 강하가 적고, 외관상 on-off 식별이 용이하며, 소재 선정폭이 넓다. 구조상 가장 튼튼한 시팅(seating)구조.

단점으로는 열팽창과 배관작용력에 대한 디스크에서의 흡수여유가 없기 때문에 열리기 전에 진동이 생기기 쉽고, Seat와 Disc 마모가 생기고 열릴 때 큰 힘이 필요하며, 미세한 유체 누설이 발생된다.

상온 이외의 사용에서 디스크가 고착될 가능성이 높음

반만 열었을때 이면에 와류가 발생하여 진동, 침식이 발생하므로 유량조절이 어렵다.

리프트 높이가 높아 개폐에 시간이 많이 걸린다.

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2. 종류

게이트의 Sealing 메카니즘에 따라 아래와 같이 구분된다.

 

1) Solid/Hollow

- 가장 튼튼한 구조이며 열팽창과 배관작용력에 흡수여유가 없으므로 고착 혹은 누설 가능성 높음

- 4" 이하 수동 소형에 주로 적용

- Solid 타입은 게이트 디스크가 닫혀서 시트면과 접촉할 때, 시트면과 디스크의 밀착력으로 밀봉을 유지합니다. 이러한 구조는 밀폐성이 뛰어나지만, 디스크와 시트면이 마찰하면서 디스크의 개폐가 어려울 수 있습니다.

- Hollow 타입은 디스크의 하부에 공기나 물을 채운 채로 제작됩니다. 디스크가 시트면과 접촉할 때, 내부 공기나 물이 압축되어 밀봉을 유지합니다. 이러한 구조는 Solid 타입보다 디스크의 개폐가 용이하지만, 밀폐성이 떨어질 수 있습니다.

- Solid 타입은 주로 고압, 고온의 유체를 다루는 환경에서 사용되고, Hollow 타입은 저압, 저온의 유체를 다루는 환경에서 사용됩니다.

 

2) Wedge Gate

- 일반적으로 사용되는 것으로 Disc가 쐐기 모양

- 쐐기의 각도는 6~8도, 청동 소형 밸브의 경우 8도

- 밸브시트의 마찰 저항 및 열팽창으로 변형이 생길 경우 완전한 개폐가 곤란

- Wedge Gate Type은 게이트 밸브의 디스크 형태 중 하나로 Wedge Gate는 디스크가 쐐기 모양으로 제작되어 있으며, 시트면과 밀착되어 밀폐성이 뛰어납니다.

- 다른 디스크 형태에 비해 디스크의 개폐가 용이하며, 누설이 적습니다. 또한, 고압, 고온의 유체에도 사용할 수 있으며, 다양한 크기와 재질로 제작됩니다.

- Solid 타입과 Hollow 타입으로 제작될 수 있으며, Solid 타입은 마찰에 의해 개폐가 어려울 수 있지만, Hollow 타입은 내부 공기나 물이 압축되어 밀봉을 유지하기 때문에 개폐가 용이합니다.

 

3) Flexible Wedge Gate

- Wedge Gate의 일종으로 디스크 중앙에 홈이 파인 모양

- 밸브시트 쐐기의 각도는 Wedge 밸브와 동일

- 고온 배관등에서 열에 의한 팽창 및 배관 작용력에 대응 가능

- 구조상 12"를 넘는 대형일 경우 동력에 의한 밸브 개폐장치(Actuator)가 권고되며 통상 사용온도 93℃ 이하의 호칭직경 4"를 넘는 중대형 밸브에 적용

- ANSI Class로 150~2500까지 제작

 

4) Parallel Slide Gate

- 두개의 다공관으로 되어 있어서 열팽창과 압력 변화의 영향을 최소한으로 줄일 수 있어 가스, 밸브 개폐가 용이, 증기 액체의 양을 조절하는데 사용됨

- 밸브 몸체와 디스크 사이에 시트가 있어 밸브 측면 마찰이 적음

 

5) Parallel Double Disc Gate

- 쐐기형의 단점 보완용

- 밸브 몸체를 둘로 나누어 밸브 디스크를 넓혀 밸브 시트에 압착시키는 구조

- 온도 및 압력의 영향을 매우 적게 받음

- Wedge Gate와 Parallel Gate의 장점을 채택

- 주로 대형 밸브에 많이 채용되며 사용온도가 100℃를 넘는 경우 많이 사용

- 시팅 구조상 계통이 가압 상태이어야 밸브의 내누설 특성이 좋아지는 구조, 즉 계통압력이 한쪽면을 가압함으로써 이 가압력에 의하여 기밍리 유지되는 구조이므로 계통 압력이 낮은 경우에는 상대적으로 시팅효과가 떨어진다.(보완책으로 평행된 두 디스크 사이에 스프링을 이용하여 가압력을 보완하는 경우도 있음)

- 운전시 유의할 사항으로는 닫을때 보다 열릴때가 보다 많은 힘을 필요로 하므로 계통의 운전 상태를 고려한 밸브 선정이 필요함. 따라서 고온의 운전상태 하에서는 가능한 고온상태에서 밸브를 열고 닫아야 함.

- 두개의 평행된 디스크는 정밀하게 가공되어야 하며, 계통압력이 높아질수록 디스크면에 작용하는 면압의 효과를 극대화 할 수 있도록 두 시트면의 평행도 및 가공 정밀도가 엄격 관리되어야 함

 

6) Split Wedge Gate

- Flexible Wedge Disc와 유사하나 디스크가 완전히 분리되는 구조

- 디스크의 연결은 단순히 기계적인 고리를 이용하거나 스프링등의 보조를 받아 구성된다.

배관작용력에 보다 신축성 있게 대응할 수 있어서 비교적 높은 온도(90℃이상)에 사용되며, 밸브

- 밸브의 크기는 통상 호칭직경 4" 이상의 중형밸브에 적용

 

7) Slab Gate

- 디스크가 두꺼운 판 모양으로 제작되어 있으며, 시트면과 밀착되어 밀폐성이 뛰어납니다.

- 다른 디스크 형태에 비해 누설이 적으며, 고압, 고온의 유체에도 사용할 수 있습니다. 또한, 다양한 크기와 재질로 제작됩니다.

- Solid 타입으로 제작되며, 게이트의 개폐 시간이 다른 디스크 형태에 비해 길지만, 내구성이 뛰어나며, 누설이 적습니다. 또한, 고온, 고압의 유체에도 사용할 수 있으며, 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.

 

8) Knife Gate

- 디스크 형태가 칼날 모양의 원형구조이다. 따라서 설계는 매우 콤팩트한 구조로 설계되며, 배관계통에 있어서도 설치 및 보수, 운전공간을 절약할 수 있다.

- 게이트의 Disc 끝이 칼날과 같이 날카로와서 점도가 높은 물질이나 구형과 같은 고체, 고형 물질이 포함된 유체에 좋음

- 주로 상온의 낮은 압력하에서 Slurgy(찌꺼기)등이 있는 유체를 제어할 때 많이 쓰이므로 엄밀한 내누설을 요구할 수 없음.

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Stem의 상승에 따라 아래와 같이 구분된다.

 

1) 상승식 Rising Stem

- 작동부가 밖에 나와있어 이물질 혼입 염려가 있다. 작동 수월, 개폐 확인 가능.

- 게이트 디스크와 밸브 스템이 일체형으로 연결되어 있으며, 스템을 돌리면 디스크가 위아래로 이동하여 개폐됩니다.

 

2) 비상승식 Non Rising Stem

- 상승식과 반대 특성, 좁은 공간에 설치 작동 용이로 지하 매설, 선박에서 대부분 사용

- 게이트 디스크와 밸브 스템이 연결되어 있지 않으며, 스템을 돌리면 디스크가 완전히 나와서 개폐됩니다.