로터리 밸브는 어떻게 작동하며 귀하의 응용 분야에 적합한 유형은 무엇입니까?

로터리 밸브 란 무엇이며 업계에서 널리 사용되는 이유

회전 밸브(일반적으로 회전 밸브라고도 함)는 유체, 가스 또는 벌크 고체 물질의 흐름을 조절, 지시 또는 차단하는 기본 메커니즘이 고정 축을 중심으로 내부 요소를 회전시키는 광범위한 흐름 제어 장치 범주입니다. 스템과 디스크가 직선으로 움직여 유로를 열거나 닫는 게이트 밸브 또는 글로브 밸브와 같은 선형 모션 밸브와 달리 로터리 밸브는 1/4회전 또는 다중 회전 회전 운동을 통해 기능을 수행합니다. 이러한 근본적인 설계 차이는 로터리 밸브에 몇 가지 실용적인 이점을 제공합니다. 즉, 컴팩트하고 빠르게 작동하며 다양한 구성에서 더 낮은 작동 토크가 필요하고 적절하게 지정되면 마모를 최소화하면서 긴밀한 차단 기능을 달성합니다.

로터리 밸브 석유 및 가스 파이프라인, 화학 반응기부터 식품 가공 라인, 제약 제조, HVAC 시스템, 공압 이송 설비에 이르기까지 산업 제조 및 가공의 거의 모든 부문에서 찾아볼 수 있습니다. 이들의 다용성은 특정 흐름 특성, 압력 및 온도 조건, 내마모성 요구 사항 및 위생 표준을 처리하도록 설계된 다양한 내부 회전 요소 설계에서 비롯됩니다. 회전 밸브가 기계적 수준에서 어떻게 작동하는지, 그리고 한 유형을 다른 유형과 구별하는 요소를 이해하는 것은 밸브 선택 및 교체 결정을 내리는 엔지니어, 조달 전문가 및 유지 관리 팀에게 필수적입니다.

로터리 밸브의 작동 방식: 핵심 작동 원리

모든 로터리 밸브의 작동 원리는 동일한 기본 개념에 기초합니다. 밸브 본체 내에 위치한 회전 요소는 회전 구성 요소의 개구부를 본체의 입구 및 출구 포트와 정렬하거나 잘못 정렬하여 흐름의 통로를 제어합니다. 회전 요소의 개구부가 두 포트와 정렬되면 흐름이 자유롭게 통과합니다. 요소가 회전하여 단단한 부분이 포트를 막으면 흐름이 차단됩니다. 이 두 극단 사이의 부분 회전은 조절(유량 제어 감소)을 제공합니다.

회전 요소는 밀봉된 스템 배열을 통해 밸브 본체를 통과하는 외부 샤프트에 연결됩니다. 이 샤프트는 핸드휠이나 레버를 통해 수동으로 회전하거나 전기, 공압 또는 유압 액추에이터를 통해 자동으로 회전합니다. 90도 회전으로 완전 개방에서 완전 폐쇄까지 달성하는 1/4 회전 로터리 밸브는 빠른 작동, 간단한 액추에이터 설계, 외부 핸들 방향에서 밸브 위치를 명확하게 시각적으로 표시하기 때문에 가장 일반적인 구성입니다. 특정 플러그 밸브 설계와 같은 다중 회전 로터리 밸브는 여러 번의 전체 회전에 걸쳐 작동 주기를 완료하지만 일부 응용 분야에서는 더 미세한 흐름 제어를 제공합니다.

회전 요소와 밸브 본체 사이의 밀봉은 회전 밸브 설계에서 중요한 엔지니어링 과제입니다. 응용 분야에 따라 밀봉은 정밀하게 가공된 결합 표면, 회전 요소가 누르는 탄성 중합체 또는 PTFE 시트 링과의 금속 간 접촉을 통해 달성될 수 있으며, 벌크 고체 응용 분야에서는 고압 영역과 저압 영역 사이의 공기 또는 제품 누출을 최소화하는 로터와 하우징 사이의 방사형 간극을 닫습니다.

로터리 밸브의 주요 유형 및 구별 특징

로터리 밸브 제품군은 각각 다른 회전 요소 형상과 씰링 배열을 갖춘 여러 가지 밸브 유형을 포함합니다. 올바른 유형을 선택하려면 밸브의 설계 특성을 유체 유형, 압력 등급, 온도 범위, 필요한 흐름 특성 및 유지 관리 접근성 등 응용 분야의 특정 요구 사항에 맞춰야 합니다.

볼 밸브

볼 밸브는 산업용 유체 시스템에서 가장 널리 사용되는 로터리 밸브 유형입니다. 회전 요소는 중심을 통과하는 원통형 보어가 있는 구형(볼)입니다. 보어가 파이프라인과 정렬되면 흐름이 최소한의 제한으로 통과합니다. 1/4 회전 회전은 공의 단단한 면을 좌석에 대고 흐름을 완전히 차단합니다. 풀 보어 볼 밸브는 파이프 내경과 동일한 보어 직경을 갖고 있어 완전히 열렸을 때 압력 강하가 거의 0입니다. 이는 압력 보존이 중요한 시스템에서 상당한 이점을 제공합니다. 감소된 보어 설계는 비용 절감을 위해 더 작은 보어를 사용하며 일부 압력 강하가 허용되는 경우 허용됩니다. 볼 밸브는 뛰어난 양방향 차단, 빠른 작동, 낮은 토크 요구 사항을 제공하고 광범위한 재료 및 압력 등급으로 제공되므로 대부분의 액체 및 가스 서비스에서 격리 의무를 위한 기본 선택이 됩니다.

버터플라이 밸브

버터플라이 밸브는 유량 보어를 정반대로 가로지르는 중앙 샤프트에 장착된 디스크("버터플라이")를 사용합니다. 디스크가 흐름 방향과 평행하도록 회전하면 밸브가 완전히 열립니다. 1/4바퀴 돌리면 디스크가 흐름에 수직이 되어 밸브가 닫힙니다. 디스크가 열려 있어도 항상 흐름 경로에 남아 있기 때문에 버터플라이 밸브는 본질적으로 풀 보어 볼 밸브보다 더 많은 흐름 저항을 생성하지만 컴팩트하고 가벼운 디자인과 본체 크기에 비해 저렴한 비용으로 인해 대구경 파이프라인, 특히 수처리, HVAC 및 저압 프로세스 시스템에서 특히 인기가 높습니다. 편심 디스크 형상(이중 오프셋 및 삼중 오프셋 설계)을 갖춘 고성능 버터플라이 밸브는 높은 압력과 온도에서 까다로운 산업 응용 분야에 적합한 견고한 금속 간 차단을 달성합니다.

플러그 밸브

플러그 밸브는 원통형 또는 테이퍼형 플러그를 회전 요소로 사용하며, 열릴 때 흐름 경로와 정렬되는 관통 포트가 있습니다. 플러그는 밸브 본체 내에서 회전합니다. 일반적으로 마찰을 줄이고 플러그와 본체 보어 사이의 밀봉을 유지하기 위해 압력을 가해 그리스를 주입하여 윤활합니다. 최신 플러그 밸브는 윤활이 필요 없고 기존 그리스 플러그 밸브의 유지 관리 요구 없이 안정적인 밀봉을 제공하는 PTFE 슬리브 또는 엘라스토머 라이닝 본체 설계를 사용하는 경우가 많습니다. 플러그 밸브는 각 작동 중에 플러그의 회전 동작이 시트 표면을 깨끗하게 청소하는 경향이 있기 때문에 슬러리 및 더러운 유체 서비스에 탁월합니다. 3개 또는 4개의 흐름 포트가 있는 다중 포트 플러그 밸브 구성을 사용하면 단일 밸브가 여러 파이프라인 분기 간에 흐름을 지시할 수 있으므로 여러 개의 개별 밸브 및 피팅이 필요했던 것을 대체할 수 있습니다.

로터리 에어록 밸브(로터리 피더)

회전식 공급기 또는 셀룰러 휠 에어록이라고도 하는 회전식 에어록 밸브는 공압 이송, 집진 및 저장/배출 시스템에서 분말, 과립, 펠릿 및 섬유질 물질과 같은 대량 고체 물질을 처리하기 위해 특별히 설계된 회전 밸브의 특수 범주입니다. 유체 제어 밸브와 달리 회전식 에어록은 가스나 액체의 흐름을 직접 제어하지 않습니다. 대신 두 압력 환경 사이에 효과적인 공기 밀봉을 유지하면서 고압 구역(예: 저장 호퍼 또는 사이클론 분리기)에서 저압 운반 라인으로 벌크 솔리드를 계량합니다. 회전 요소는 일반적으로 6~12개의 베인이 있는 다중 베인 로터로, 공차가 가까운 하우징 내에서 천천히 회전합니다. 각 셀(인접한 베인 사이의 포켓)이 흡입구 아래를 통과할 때 위쪽 호퍼의 재료로 채워집니다. 로터가 계속 회전함에 따라, 채워진 셀은 출구 포트로 이동하고, 여기서 재료는 아래의 운반 라인으로 배출됩니다. 로터 베인 팁과 하우징 본체 사이의 간격이 가까워 구역 간 공기 누출이 최소화됩니다.

다이버터 밸브

회전식 전환 밸브는 단일 입구에서 두 개 이상의 출구 중 하나로 흐름의 방향을 바꾸거나 여러 입구의 흐름을 단일 출구로 결합하는 데 사용됩니다. 이는 공압 이송 시스템, 식품 및 의약품 가공, 혼합 작업에 널리 사용됩니다. 회전 요소는 일반적으로 출구 위치 사이에서 회전하는 전환기 플랩 또는 회전 튜브입니다. 위생 응용 분야에서 회전식 전환 밸브는 식품 안전 및 제약 GMP 표준을 준수하기 위해 부드러운 내부 표면, 최소한의 데드존, 쉬운 분해 등 완벽한 세척성을 제공하도록 설계되었습니다.

용도 적합성에 따른 로터리 밸브 유형 비교

가장 적합한 로터리 밸브 유형을 선택하려면 여러 응용 분야 매개변수를 동시에 평가해야 합니다. 아래 표는 초기 선택 결정을 뒷받침하는 구조화된 비교를 제공합니다.

로터리 밸브의 주요 구성 요소 및 기능

특정 유형에 관계없이 대부분의 로터리 밸브는 공통 구조 구성 요소 세트를 공유합니다. 각 구성 요소의 기능을 이해하면 유지 관리 팀이 오류 지점을 식별하고 수리와 교체에 대해 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

• 밸브 본체: 플랜지, 나사산 끝 또는 웨이퍼 스타일 클램핑을 통해 파이프라인에 연결되는 외부 압력 함유 쉘입니다. 본체에는 모든 내부 구성 요소가 들어 있으며 시스템의 최대 작동 압력 및 온도에 맞는 등급을 받아야 합니다. 본체 재질은 표준 응용 분야를 위한 주철 및 탄소강부터 부식성 또는 고순도 서비스를 위한 스테인리스강, 이중 합금 및 특수 재료까지 다양합니다.
• 회전 요소: 본체 내에서 회전하여 흐름을 물리적으로 제어하는 볼, 디스크, 플러그 또는 로터입니다. 형상, 표면 마감 및 재료는 밸브의 흐름 특성, 밀봉 성능, 공정 유체 또는 벌크 재료의 마모 및 부식에 대한 저항성을 직접적으로 결정합니다.
• 좌석 및 씰: 회전 요소와 밸브 본체 사이의 압력 경계를 형성하는 시팅 표면과 씰 링입니다. 소프트 시트 밸브에서 시트는 일반적으로 기포 차단 기능을 제공하는 PTFE 또는 탄성 중합체 링입니다. 금속 시트 밸브는 부드러운 시트가 조기에 파손될 수 있는 고온 또는 마모성 서비스를 위해 정밀하게 가공된 경질 합금 표면을 사용합니다.
• 줄기와 포장: 액추에이터 또는 핸드휠에서 회전 요소로 회전 동작을 전달하는 샤프트입니다. 스템은 프로세스 유체가 스템을 따라 대기로 누출되는 것을 방지하는 PTFE, 흑연 또는 탄성 패킹 링으로 포장된 스터핑 박스를 통해 밸브 본체를 통과합니다. 활하중 포장 배열은 스프링을 사용하여 포장이 마모될 때 일정한 포장 압축을 유지하여 유지 관리 간격을 연장합니다.
• 액추에이터: 스템 회전을 구동하는 장치입니다. 수동 액추에이터에는 레버(1/4 회전 밸브용)와 기어박스(더 크거나 더 높은 토크 밸브용)가 포함됩니다. 공압 스카치 요크 또는 랙 앤 피니언 유형, 전기 모터 작동 장치 또는 유압 작동 장치와 같은 자동화된 작동 장치를 사용하면 원격 작동, 안전 장치 배치 및 분산 제어 시스템(DCS) 또는 안전 계장 시스템(SIS)과의 통합이 가능합니다.

로터리 밸브를 선택할 때 고려해야 할 요소

올바른 로터리 밸브를 선택하려면 각 특정 응용 분야에 대한 작동 조건과 기능 요구 사항을 체계적으로 평가해야 합니다. 이 프로세스를 서두르거나 과거의 선례에만 의존하면 조기 밸브 고장, 계획되지 않은 유지 관리 중단 및 중요한 서비스에서 안전 사고가 발생합니다. 모든 밸브 선택 과정에서는 다음 요소를 고려해야 합니다.

• 공정 유체 또는 재료: 밸브가 깨끗한 액체, 가스, 슬러리 또는 벌크 고체를 처리하는지 확인하십시오. 부식성, 마모성, 점도, 입자 크기 및 농도, 위생 또는 오염 제어 요구 사항을 평가합니다. 이러한 특성에 따라 본체 재질, 시트 재질, 로터 또는 디스크 디자인이 결정됩니다.
• 압력 및 온도 등급: 최대 허용 작동 압력(MAWP)과 시작 및 종료 극한값을 포함한 전체 작동 온도 범위를 설정합니다. ASME B16.34와 같은 표준에 정의된 대로 선택한 밸브의 압력-온도 정격 곡선이 적절한 안전 여유를 가지고 전체 작동 범위를 포괄하는지 확인하십시오.
• 필수 기능 - 격리, 제어 또는 전환: 밸브가 온-오프 격리만 제공해야 하는지, 비례 흐름 제어(스로틀링) 또는 여러 대상 간의 흐름 라우팅을 제공해야 하는지 정의합니다. 표준 포트가 있는 볼 밸브는 격리에 최적화되어 있습니다. V 포트 볼 밸브와 버터플라이 밸브는 변조 제어에 더 적합합니다. 플러그 밸브와 전환 밸브는 라우팅 업무를 처리합니다.
• 작동 방법 및 안전 장치 위치: 밸브를 수동으로 작동할지 자동으로 작동할지 결정합니다. 자동화된 밸브의 경우 프로세스 안전 요구 사항에 따라 필수 안전 장치 위치(페일오픈, 페일클로즈 또는 페일인 플레이스)를 정의합니다. 이에 따라 액추에이터 유형과 스프링 리턴 구성이 결정됩니다.
• 유지보수 액세스 및 예비 부품 가용성: 예상 작동 조건에서 밸브 유지 관리가 얼마나 자주 필요한지 평가하고 교체 시트, 씰 및 패킹을 제조업체나 현지 유통업체에서 쉽게 구할 수 있는지 확인하십시오. 중요한 서비스의 경우 파이프라인에서 밸브 본체를 제거하지 않고도 인라인 시트 및 씰 교체가 가능한 밸브 설계를 지정하는 것이 좋습니다.

로터리 밸브 서비스 수명을 연장하는 유지 관리 방법

로터리 밸브는 일반적으로 1/4회전 작동이 게이트 또는 글로브 밸브의 슬라이딩 접촉보다 사이클당 시트 표면의 마모를 덜 발생시키기 때문에 선형 모션 밸브보다 유지 관리가 더 적은 것으로 인식됩니다. 그러나 예방적 유지 관리를 소홀히 하면 시트 마모가 가속화되고 스템 누출이 증가하며 궁극적으로 최악의 순간에 밸브 고장이 발생하게 됩니다. 실제 작동 주기 빈도와 공정 조건을 기반으로 체계적인 유지 관리 프로그램을 수립하는 것은 로터리 밸브의 수명과 신뢰성을 극대화하는 가장 효과적인 방법입니다.

유체 서비스 볼 및 버터플라이 밸브의 경우 일상적인 유지 관리 작업에는 외부 누출을 방지하기 위한 스템 패킹 압축 검사 및 조정, 액추에이터 작동 확인 및 제한 스위치 보정, 계획된 종료 중에 닫힌 밸브를 지나 시트 누출 징후 확인 등이 포함됩니다. 벌크 고체 서비스의 회전식 에어록 밸브의 경우 가장 중요한 유지 관리 작업은 로터와 하우징 간 간격(연마재 접촉으로 인해 로터 베인과 하우징 보어가 마모됨에 따라 증가)을 모니터링하고 엔드 플레이트 씰을 검사하며 제조업체의 일정에 따라 로터 샤프트 베어링에 윤활유를 바르는 것입니다. 로터-하우징 간극이 제조업체가 지정한 최대값을 초과하면 압력 구역 사이의 공기 누출이 크게 증가하여 운반 효율성이 감소하고 잠재적으로 재료 역류가 발생할 수 있습니다. 이 시점에서 성능을 복원하려면 로터 교체 또는 하우징 리보링이 필요합니다.