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| 과목 | 공업수학 · 일반물리학 · 4대역학(동역학 · 정역학 · 고체역학 · 유체역학 · 열전달) · 수치해석 · 프로그래밍 · 캡스톤 디자인 | |
| 관련 기관 | 국가과학기술연구회(과학기술분야 정부출연연구기관) | |
| 자격증 | ||
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| 산업기사 및 기사 컴퓨터응용가공산업기사 · 기계조립산업기사 · 기계설계산업기사 · 정밀측정산업기사 · 일반기계기사 | ||
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밸브는 관로나 용기 내부에 설치되어, 유체의 유량·압력 등을 제어하는 장치이다. 또한 심장이나 혈관의 판막을 의미하기도 한다.
밸브는 배관이나 장비에 설치되어 유체의 흐름을 차단하거나 조절하는 역할을 한다. 목적과 기능에 따라 다양한 종류로 분류되며, 구동 방식에 따라 수동 밸브와 자동 밸브로 나눌 수 있다. 수동 밸브는 인간의 힘으로 작동되며, 자동 밸브는 공기압·유압·부력·스프링 또는 유체 자체의 차압을 이용하거나 원격으로 조작될 수 있다.
일본어에서는 밸브를 弁이라고 표기한다. 과거 통일호 등의 열차에서 볼 수 있던 ‘비상변’은 공기압을 방출해 급정차를 유도하는 밸브를 의미하는데, 여기서 '변' 역시 ‘弁’에서 유래한 것이다. 원래 밸브를 뜻하는 한자는 瓣이며, 弁은 그 약자다. 한국어에서 ‘瓣’은 ‘판’으로 읽지만, 일본식 표기 영향을 받아 ‘변’으로도 불리는데, 감압변 역시 이러한 예에 해당한다.
2. 종류
2.1. 단순개폐 밸브
단순개폐 밸브는 ON/OFF 밸브라고도 불리며, 가장 보편적으로 사용되는 밸브 형태이다. 유체의 공급이나 차단이 필요한 배관 내부 또는 장비의 유로 상에 설치되어, 흐름을 완전히 열거나 닫는 기능을 수행한다.작동 방식은 밸브 내부의 디스크 또는 볼(ball) 형 부품이 수직으로 슬라이딩되거나 축을 중심으로 회전하면서, 유체가 통과하는 유로(流路)를 개방하거나 차단하는 구조로 되어 있다. 이때 디스크가 닿는 면은 고정된 시트면이며, 밀봉 성능을 결정짓는 주요 부위이다.
이러한 밸브는 구조가 간단하고 가격이 저렴하며, 완전히 열렸을 때의 마찰 손실도 적다는 장점이 있다. 그러나 유체의 유속이나 압력이 높은 경우, 밸브를 여닫는 데 큰 힘이 필요해 조작이 어려워질 수 있으며, 특히 수격작용이나 동파에 비교적 취약하다는 단점도 있다.
2.1.1. 세부 종류
| | | |
| 볼밸브 | 게이트밸브 | 버터플라이밸브 |
- 볼밸브 : 핸들 조작에 따라 볼에 있는 구멍의 방향이 바뀌면서 개폐가 이루어지는 밸브이다. 개폐가 신속하다는 장점이 있다.
- 게이트밸브(Gate Valve), 슬루스 밸브(Sluice Valve) : 현재도 유체흐름을 차단하는 용도로 쓰이는 가장 기본적인 밸브이다. 완전개방시 유체 저항이 낮아서 손실이 적다는 장점, 유량 조절이 어렵다는 단점이 있다.
- 글로브밸브(Globe Valve): 유량 조절이 쉽다는 장점, 유체의 흐름이 S자가 되면서 저항이 커 손실이 크다는 단점이 있다.
- 앵글밸브(Angle Valve): 글로브밸브의 일종으로 유체의 흐름을 직각으로 바꿀 수 있는 밸브이다.
- 버터플라이밸브 : 밸브 내에 원판 형태의 디스크를 설치한 것으로, 저렴하고 유지보수 및 수리가 간편하다는 장점이 있다. 고압에는 부적합하다.
2.1.2. 특수용도
- OS/Y 밸브 : 바깥나사식 게이트밸브 또는 개폐표시형 게이트밸브라고도 부르며 개폐여부를 육안으로 쉽게 구별할 수 있도록 하기 위해 디스크와 연결된 밸브의 나사축이 핸들 조작시 상하부로 움직이는 구조로 되어있다. 주로 소방용으로 많이 사용되나 일반용도로도 사용할 수 있다.
- 나이프 게이트 밸브 : 시트의 마모가 극심한 분체와 광물, 제지, 하수, 음식물(폐기물) 등 불순물이 포함된 악성 유체를 이송하는 계통이나, 플랜트나 발전소 등 높은 기밀성이 요구되는 곳에서 많이 사용되는 밸브다. 밸브 몸체와 디스크의 접촉면이 넓고 한쪽 면에 패킹이 있어 기밀성이 일반 게이트밸브와 볼밸브의 중간정도이다.
- 제수밸브 : 배관과 밸브가 지표면이나 구조체의 하부에 매설될 경우 사용하는 밸브로, 밸브 축의 사각볼트를 긴 막대기 형태의 조작 핸들을 이용하여 지상에서 조작이 가능하게 한다. 지중에 매설 되어야 하므로 부식을 방지하기 위해 에폭시로 도색이 되어있다.
- 앵글밸브 : 배관이 90도로 굴곡되는 부분에 밸브가 설치되어야 할 때 사용한다. 위생기구의 급수 차단용이나 소화전의 방수구등에 사용된다.
- 단조밸브 : 높은 압력이나 고온의 유체가 이송되는 계통에서 주로 사용되며, 밸브의 주요 부품이 단조강으로 제작되어져 일반 주철재질의 밸브에 비해 내구성이나 기계적 성질이 우수하다.그리고 용접식으로도 제작이 가능하여 플랜지에서의 누설을 예방하고자 배관에 직접 용접하여 설치할 수 있다.
2.2. 포핏 밸브
Poppet. 밸브 갓과 봉(Stem)으로 구성된 버섯 모양의 밸브. 관로에 있는 밸브시트와 맞물려 유체를 차단한다.2.2.1. 자동차 엔진에서의 활용
내연기관의 흡입과 배기관로(Port)를 차단 및 개방하기 위해 쓰인다. 보통 개방은 캠샤프트로, 폐쇄는 밸브스프링으로 구동된다. 일부 밸브스프링 없이 개폐가 가능한 매커니즘[1]도 있으며 장래에는 캠샤프트도 없는 엔진을 개발하기 위해 노력하고 있다.빠른 속도로 운전되는 엔진 내부에서 고열에 노출되며 작동되므로 높은 강도와 내구신뢰성이 필요하다. 모터스포츠에서는 중량 저감을 통해 관성을 줄여 고회전을 돌리기 위해 티타늄으로 제작하기도 한다. 배기밸브의 경우 냉각을 위해 봉 내부를 속이 비도록 가공 후 금속나트륨을 넣고 닫은 중공 나트륨 밸브가 고성능 차종을 필두로 대중차 모델들로 적용사례들이 늘어나는 중이다.