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.
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.
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.
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