플로팅 볼 밸브는 지지되지 않은 볼을 사용하여 씰을 생성하는 쿼터 턴 밸브입니다. 볼이 기계적으로 고정된 설계와 달리, 이 밸브는 상류 라인 압력 자체에 의존하여 자유롭게 떠 있는 볼을 하류 시트에 밀착시킵니다. 이 간단한 압력 작동식 메커니즘이 흐름을 효과적으로 차단하는 요소입니다.
플로팅 볼 밸브의 핵심 원리는 공정 유체의 자체 힘을 사용하는 것입니다. 닫힐 때, 상류 압력은 볼을 하류로 밀어내어 반대쪽 시트에 압축시켜 단단하고 신뢰할 수 있는 씰을 형성합니다.
플로팅 씰의 메커니즘
플로팅 볼 밸브를 이해하려면 시스템 압력을 활용하는 방식을 이해해야 합니다. 이 설계는 우아하게 단순하지만 볼, 시트 및 유체 간의 정밀한 상호 작용에 의존합니다.
밸브 시트의 역할
두 개의 밸브 시트는 볼을 지지하는 중요한 구성 요소입니다. 이들은 일반적으로 PTFE(테플론) 또는 TFM과 같은 변형된 재료와 같은 부드럽고 탄력 있는 재료로 만들어집니다.
이 시트는 두 가지 기능을 수행합니다. 밸브 본체 내에서 볼을 제자리에 고정하고 기포가 새지 않는 씰을 만드는 데 필요한 부드러운 표면을 제공합니다.
상류 압력이 씰을 생성하는 방법
밸브가 열려 있을 때는 볼의 양쪽에 압력이 균등하게 가해집니다. 그러나 밸브가 닫힘 위치로 회전하면 이 균형이 깨집니다. 그러면 상류 라인 압력이 볼의 전체 노출된 표면에 힘을 가하여 흐름 방향으로 볼을 밀어내는 상당한 순 힘을 생성합니다.
"플로팅" 작동 상세
이 불균형한 힘으로 인해 볼이 밸브 공동 내에서 "떠다니거나" 아주 작은 거리를 이동하게 됩니다. 이는 하류 시트와 단단히 접촉할 때까지 이동합니다.
라인 압력의 힘은 볼을 이 부드러운 시트 재료에 압축시켜 매우 효과적인 씰을 만듭니다. 라인 압력이 높을수록 씰링 힘은 더 강해집니다.
주요 설계 구성 요소
플로팅 볼 밸브의 효율성은 함께 작동하는 몇 가지 핵심 부품의 시너지 효과에서 비롯됩니다.
볼
중심 구성 요소는 중앙을 관통하는 구멍, 즉 보어(bore)가 있는 구형 볼입니다. 보어가 파이프와 정렬되면 흐름이 방해받지 않습니다. 90도 회전하면 볼의 단단한 벽이 흐름을 차단합니다.
시트
언급했듯이 시트는 일반적으로 PTFE와 같은 폴리머로 만든 링입니다. 이들은 볼을 지지하고 씰링 표면을 제공하는 데 필수적입니다.
스템 및 본체
스템(stem)은 볼 상단에 연결되어 외부 핸들이나 액추에이터가 볼을 회전시킬 수 있도록 합니다. 본체(body)는 모든 구성 요소를 포함하고 라인 압력을 견디는 외부 케이싱입니다.
상충 관계 이해
효과적이고 널리 사용되지만, 플로팅 볼 밸브 설계에는 인식해야 할 고유한 한계가 있습니다.
주요 한계: 압력 및 크기
라인 압력에 대한 씰링 의존성은 설계의 주요 제약이기도 합니다. 고압 또는 대구경 응용 분야에서 볼을 하류 시트에 밀어 넣는 힘은 엄청날 수 있습니다.
이러한 엄청난 힘은 밸브 작동에 필요한 토크를 극적으로 증가시킬 수 있습니다. 또한 조기 시트 마모나 손상(시트 압출이라고 하는 현상)을 유발할 수 있습니다. 이러한 이유로 플로팅 볼 밸브는 일반적으로 더 작은 크기와 중간 압력에서 가장 많이 사용됩니다.
트러니언 밸브와의 비교
고압 및 대구경 응용 분야의 경우 트러니언 장착 볼 밸브(trunnion-mounted ball valve)가 대신 사용되는 경우가 많습니다. 트러니언 설계에서는 볼이 상단 및 하단 지지대(트러니언)에 의해 기계적으로 고정되며, 시트는 고정된 볼을 향해 이동하고 밀봉되도록 활성화됩니다. 이 설계는 높은 힘을 훨씬 더 효과적으로 관리합니다.
플로팅 볼 밸브를 지정해야 하는 경우
올바른 밸브를 선택하는 것은 전적으로 응용 분야의 요구 사항에 따라 달라집니다.
- 주요 초점이 범용적이고 비용 효율적인 서비스인 경우: 플로팅 볼 밸브의 단순한 설계와 적은 구성 요소 수는 표준, 저압 시스템에 경제적이고 신뢰할 수 있는 선택입니다.
- 더 작은 파이프 직경(예: 6인치 미만)으로 작업하는 경우: 플로팅 볼 밸브는 라인 압력으로 인한 높은 작동 토크가 심각한 문제가 되지 않는 소형 라인의 업계 표준입니다.
- 응용 분야에서 저압~중압 차단이 필요한 경우: 이 설계는 라인 압력이 강력한 씰을 생성하기에 충분하지만 시트를 손상시키거나 작동을 어렵게 할 정도로 높지 않은 환경에서 탁월합니다.
이 압력 작동식 씰링 원리를 이해함으로써 설계가 진정으로 뛰어난 시나리오에서 이러한 밸브를 자신 있게 지정하고 적용할 수 있습니다.
요약표:
| 특징 | 설명 |
|---|---|
| 씰링 원리 | 상류 라인 압력이 플로팅 볼을 하류 시트에 밀어냅니다. |
| 주요 구성 요소 | 플로팅 볼, 탄력 있는 PTFE/TFM 시트, 스템 및 밸브 본체. |
| 이상적인 용도 | 비용 효율적이며, 일반적으로 < 6인치인 소구경의 저압~중압 응용 분야. |
| 한계 | 고압은 작동 토크를 증가시키고 대구경 응용 분야에서 시트 마모를 유발할 수 있습니다. |
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