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2001년 6월호 알파와 오메가
속도 프로화일식으로는 CCI사의 DRAG 트림[그림 16], COPES-VULCAN사의
RAVEN 트림[그림 17], VALTEK사의 TIGERTOOTH 트림[그림 18]
등이 있다. 압력 프로화일식 감압구조의 밸브에서 케비테이션의 발생을 판단하는 식은
다음과 같다.
ΔP.cav = Kd(P1-Pv) 여기서ΔP.cav = 케비테이션이 일어날 수 있는
압력강하량(차압) Kd = 케비테이션 계수P1 = 밸브 입구 압력Pv = 유체의 포화
증기압
6. 밸브의 시팅
밸브의 시팅 구조는 표면 경도가 비슷한 금속간의 접촉으로 시팅하는 메탈시트(Metal
Seat)와 경도가 높은 프러그와 경도가 낮은 유연한 물질간의 접촉으로 시팅하는 소프트시트(Soft
Seat)가 있다. [그림 19] 와 같은 메탈 시트에 있어서 프러그와 시트와의 접촉은
선 접촉에 근사한 아주 좁은 밴드로 접촉하여 기밀을 유지한다.
그러나 내 기밀 등급이 높아질수록 메탈시트의 접촉은 아무리 잘 가공되고 다듬질이
되었다 하더라도 [그림 20] 과 같이 시트 조인트에서 누설이 될 수 있는 경로가
생기게 된다.이 누설을 최소화하기 위해서는 구동부의 추력을 충분히 증대시켜 누설 경로를
차단하여야 한다.
그러나 360° 원주 방향을 따라 균일한 힘으로 프러그와 시트가 접촉되는 것은 밸브
구조상 현실적으로 거의 불가능한 일이다. 메탈 시트 구조에 있어 한번의 시트 누설은
높은 밸브 차압으로 인하여 와이어 드로우잉을 거쳐 케비테이션으로 진행될 수 있으며,
그 진행 속도도 매우 빠르다.
1800psig을 넘는 높은 차압의 운전 환경 하에서는 시트를 스텔라이트(Stellite)와
같은 경질의 내마모성 재료로 하드 훼이싱(Hard-facing) 하였다 할지라도 이와같은
침식(Erosion) 현상에 견딜수 있는 재료는 아직까지 개발되어 있지 않다.
아울러 이상에 가까울 정도의 프러그시트의 완벽한 축정렬 또한 실제로 얻어질 수 없는
상태이며, 운전시 소음, 진동에 의한 시트구조의 안전성 또한 시트 누설에 영향을 주게됨으로
메탈시트에 의한 완벽한 시트의 기밀 유지는 불가능한 것이다. 반면에 [그림 21]과
같은 소프트 시팅 구조에 있어서는 시트를 탄력성이 높고, 내마모성이 높은 재질로 선택하기
때문에 반복적인 시팅에도 완벽한 기밀을 유지할 수 있으며,축정렬과 같은 문제에도 능동적으로
기밀을 유지할 수 있다.
소프트 시트는 그림에서 보는 바와 같이 시트링 속에 삽입되어 있음으로 유체흐름에
영향을 거의 받지 않는다. [그림22]는 높은 차압에 의한 가혹한 침식환경에 능동적으로
대처할 수 있는 보다 개선된 트림으로 두 단계의 시팅 구조로 이루어진 소프트 시트
트림이다.
이 트림의 인너 프러그(Inner Plug)는 스프링과 가이드로써 주 프러그(Main
Plug)에 연결되어 있으며, 밸브의 닫힘 시 인너 프러그가 먼저 시팅을 하고, 몇
초가 지난 후에 주 프러그가 소프트 시트에 안착함으로 가혹한 유체 흐름에 있어서 시트링의
소프트 시트를 보호하여 무누설의 장시간 운전을 보장하고, 더불어 열림 시에도 인너
프러그가 순간적인 가혹한 유체 흐름을 완화시켜 준 다음에 주 프러그가 열리게 되므로써
부드러운 운전이 가능해 진다.
7. 프러그 밸런스
재순환배관 시스템은 고도한 차압 발생으로 인하여 프러그에 작용하는 힘의 바란스가
매우 중요한 설계 포인트가 된다. [그림 23]에서 보는 바와 같이 밸브 트림은 프러그
내에 바란스 구멍이 뚫려 있어 입구 측의 압력 P1이 프러그 상부에도 같이 작용하게
되므로 바란스 구멍이 없는 프러그에 비하여 월등히 작은 힘으로 운전이 가능하여 구동부의
크기를 줄일 수 있고, 아울러 경제적인 밸브 선정이 되는 것이다.
예로써, 3＂의 프러그가 바란스 프러그(트림)으로 되어 있을 경우 5000psig
의 입구 압력, 100psig의 출구압력 상태에서 구동부의 힘은 대략 4,000 파운드이나,
바란스 구멍이 없는 언바란스 프러그(트림)일 경우에는 약 35,000파운드가 소요된다.
8. 불순물의 혼입 문제
미니멈 홀로우 밸브의 손상 문제 중 가장 심각한 문제는 밸브가 닫힐 때 딱딱한 불순물이
시트면에 침입하여 시트의 기밀 구조를 손상시키는 일이다. 대부분 배관 시스템 내에
혼재될 수 있는 불순물들 가운데 시트면이나, 스템의 슬라이딩면, 또는 프러그와 케이지의
습동면을 손상 시킬 수 있는 불순물의 크기는 대략 직경이 0.06＂(1.5mm) 이상이고,
경도는 시트면이나 밸브의 슬라이딩 부의 경도보다 높아, 이들 부위에 끼어 들어 심각한
긁힘을 일으키며, 심각한 경우 동작 불능에 까지 이르게 한다.
이들 불순물들의 종류로는 파이프 스케일, 용접 프래그, 펌프의 데브리스(Debris)등인데,
이들이 문제를 일으키는 때는, 시스템이 정지되었다가 다시 가동 할 때, 또는 시스템을
보수한 후의 기동 할 때이다. [그림 24] 는 이러한 불순물들을 근본적으로 잡아주는
스트레이나를 밸브 트림과 일체화한 것이다.
9. 결론
결론적으로 보일러 급수 펌프의 재순환배관 시스템의 미니멈 흘로우 밸브는 다음과 같은
요건에 합당하여야 한다.케비네이션으로부터 밸브를 보호하고 무누설 시트를 유지하여야만
하며, 무누설 시트로 계속 유지되어야만 하는 동시에, 불순물의 혼입으로부터 계통이
보호되도록 하여야 한다. [그림 25] 는 상기의 요구조건을 충실하게 만족할 수 있는
월등한 미니멈 흘로우 밸브이다. <계속>
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