밸브 밀봉 원리

밸브에는 여러 종류가 있지만, 기본적인 기능은 동일합니다. 바로 유체의 흐름을 연결하거나 차단하는 것입니다. 따라서 밸브의 밀봉 문제가 매우 중요하게 부각됩니다.

밸브가 유체 흐름을 원활하게 차단하고 누출을 방지하려면 밸브의 씰이 손상되지 않도록 해야 합니다. 밸브 누출에는 여러 가지 원인이 있는데, 부적절한 구조 설계, 씰 접촉면 불량, 체결 부품의 느슨함, 밸브 본체와 밸브 커버 사이의 헐거운 맞춤 등이 있습니다. 이러한 모든 문제는 밸브의 씰링 불량으로 이어져 누출 문제를 야기할 수 있습니다. 따라서,밸브 밀봉 기술밸브 성능 및 품질과 관련된 중요한 기술로서, 체계적이고 심도 있는 연구가 필요합니다.

밸브가 개발된 이래로 밀봉 기술 또한 크게 발전해 왔습니다. 지금까지 밸브 밀봉 기술은 정적 밀봉과 동적 밀봉이라는 두 가지 주요 측면으로 크게 구분됩니다.

정적 밀봉은 일반적으로 두 개의 정적 표면 사이의 밀봉을 의미합니다. 정적 밀봉의 밀봉 방식은 주로 개스킷을 사용합니다.

소위 동적 씰은 주로 다음을 의미합니다.밸브 스템의 밀봉밸브 스템의 움직임으로 인해 밸브 내부의 유체가 누출되는 것을 방지합니다. 동적 밀봉의 주요 밀봉 방법은 스터핑 박스를 사용하는 것입니다.

1. 정적 밀봉

정적 밀봉은 두 고정 부분 사이에 밀봉을 형성하는 것을 말하며, 밀봉 방식에는 주로 개스킷이 사용됩니다. 와셔에는 여러 종류가 있습니다. 일반적으로 사용되는 와셔로는 평와셔, O형 와셔, 감긴 와셔, 특수형 와셔, 웨이브 와셔, 권선형 와셔 등이 있습니다. 각 유형은 사용되는 재료에 따라 더 세분화될 수 있습니다.
①평와셔평와셔는 두 개의 고정된 부분 사이에 평평하게 놓이는 평와셔입니다. 일반적으로 사용되는 재질에 따라 플라스틱 평와셔, 고무 평와셔, 금속 평와셔, 합성 평와셔로 구분할 수 있습니다. 각 재질은 고유한 용도와 범위를 가지고 있습니다.
②O-링. O-링은 O자 모양의 단면을 가진 개스킷을 말합니다. 단면이 O자 모양이기 때문에 일정한 자기 조임 효과가 있어 플랫 개스킷보다 밀봉 효과가 우수합니다.
③와셔를 포함합니다. 래핑 개스킷은 특정 재료를 다른 재료 위에 감싼 개스킷을 말합니다. 이러한 개스킷은 일반적으로 탄성이 우수하여 밀봉 효과를 향상시킬 수 있습니다. ④특수 형상 와셔. 특수 형상 와셔는 타원형 와셔, 다이아몬드 와셔, 기어형 와셔, 도브테일형 와셔 등 불규칙한 형상을 가진 개스킷을 말합니다. 이러한 와셔는 일반적으로 자체 조임 효과가 있으며 주로 고압 및 중압 밸브에 사용됩니다.
⑤ 웨이브 와셔. 웨이브 개스킷은 물결 모양만 있는 개스킷입니다. 이 개스킷은 일반적으로 금속 재료와 비금속 재료의 조합으로 구성됩니다. 일반적으로 가압력이 작고 밀봉 효과가 좋은 특징이 있습니다.
⑥ 와셔를 감습니다. 권취형 개스킷은 얇은 금속 스트립과 비금속 스트립을 단단히 감아 만든 개스킷을 말합니다. 이 유형의 개스킷은 탄성과 밀봉성이 우수합니다. 개스킷을 만드는 재료는 주로 금속 재료, 비금속 재료, 복합 재료의 세 가지 범주로 나뉩니다. 일반적으로 금속 재료는 강도가 높고 내열성이 강합니다. 일반적으로 사용되는 금속 재료로는 구리, 알루미늄, 강철 등이 있습니다. 비금속 재료에는 플라스틱 제품, 고무 제품, 석면 제품, 대마 제품 등 다양한 종류가 있습니다. 이러한 비금속 재료는 널리 사용되며 특정 요구에 따라 선택할 수 있습니다. 또한 라미네이트, 복합 패널 등 다양한 복합 재료도 특정 요구에 따라 선택됩니다. 일반적으로 파형 와셔와 나선형 와셔가 주로 사용됩니다.

2. 동적 씰

동적 씰은 밸브 스템의 움직임으로 인해 밸브 내부의 유체 흐름이 누출되는 것을 방지하는 씰을 말합니다. 이는 상대적인 움직임 중 발생하는 밀봉 문제입니다. 주요 밀봉 방식은 스터핑 박스입니다. 스터핑 박스에는 글랜드형과 압축 너트형의 두 가지 기본 유형이 있습니다. 글랜드형은 현재 가장 일반적으로 사용되는 형태입니다. 일반적으로 글랜드의 형태는 결합형과 일체형으로 나눌 수 있습니다. 각 유형은 다르지만 기본적으로 압축을 위한 볼트가 포함되어 있습니다. 압축 너트형은 일반적으로 소형 밸브에 사용됩니다. 이 유형의 작은 크기로 인해 압축력이 제한적입니다.
스터핑 박스에서 패킹은 밸브 스템과 직접 접촉하므로, 패킹은 우수한 밀봉성, 작은 마찰 계수, 매체의 압력 및 온도에 대한 적응성, 그리고 내식성을 가져야 합니다. 현재 일반적으로 사용되는 필러로는 고무 O-링, 폴리테트라플루오로에틸렌 편조 패킹, 석면 패킹, 플라스틱 성형 필러가 있습니다. 각 필러는 적용 조건과 범위가 다르므로 특정 요구 사항에 따라 선택해야 합니다. 밀봉은 누출을 방지하는 것이므로 밸브 밀봉 원리도 누출 방지 관점에서 연구됩니다. 누출을 유발하는 주요 요인은 두 가지입니다. 하나는 밀봉 성능에 가장 큰 영향을 미치는 요인, 즉 밀봉 쌍 사이의 간격이고, 다른 하나는 밀봉 쌍의 양쪽 사이의 압력 차이입니다. 밸브 밀봉 원리는 액체 밀봉, 기체 밀봉, 누출 채널 밀봉 원리, 밸브 밀봉 쌍의 네 가지 측면에서 분석됩니다.

액체 기밀성

액체의 밀봉 특성은 액체의 점도와 표면 장력에 의해 결정됩니다. 누출 밸브의 모세관에 기체가 채워지면 표면 장력이 액체를 밀어내거나 모세관으로 액체를 유입시킬 수 있습니다. 이로 인해 접선각이 발생합니다. 접선각이 90° 미만이면 액체가 모세관으로 유입되어 누출이 발생합니다. 누출은 매질의 특성 차이로 인해 발생합니다. 동일한 조건에서도 다양한 매질을 사용하여 실험하면 다른 결과가 나타납니다. 물, 공기, 등유 등을 사용할 수 있습니다. 접선각이 90°보다 크면 누출도 발생합니다. 이는 금속 표면의 그리스 또는 왁스 막과 관련이 있기 때문입니다. 이러한 표면 막이 용해되면 금속 표면의 특성이 변하여 원래 밀어내던 액체가 표면을 적시게 되어 누출이 발생합니다. 이러한 상황을 고려할 때, 푸아송 공식에 따르면 모세관 직경을 줄이고 매질의 점도를 증가시킴으로써 누출을 방지하거나 누출량을 줄이는 목적을 달성할 수 있습니다.

가스 기밀성

푸아송 공식에 따르면, 기체의 기밀성은 기체 분자와 기체의 점도와 관련이 있습니다. 누출은 모세관의 길이와 기체 점도에 반비례하고, 모세관의 직경과 구동력에 정비례합니다. 모세관의 직경이 기체 분자의 평균 자유도와 같으면 기체 분자는 자유로운 열 운동을 하며 모세관으로 유입됩니다. 따라서 밸브 밀봉 시험을 할 때, 밀봉 효과를 얻기 위해서는 물이 매개체로 사용되어야 하며, 공기, 즉 기체는 밀봉 효과를 얻을 수 없습니다.

소성 변형을 통해 기체 분자 아래의 모세관 직경을 줄인다 하더라도 기체의 흐름을 막을 수는 없습니다. 기체가 금속 벽을 통해 여전히 확산될 수 있기 때문입니다. 따라서 기체 실험을 할 때는 액체 실험보다 더 엄격하게 해야 합니다.

누출 채널의 밀봉 원리

밸브 씰은 두 부분으로 구성됩니다. 파동 표면에 분포하는 요철과 파동 피크 사이의 거리에 있는 파동의 거칠기입니다. 우리나라의 대부분의 금속 재료는 탄성 변형률이 낮기 때문에, 밀봉 상태를 달성하려면 금속 재료의 압축력에 대한 요구 조건을 높여야 합니다. 즉, 재료의 압축력이 탄성력을 초과해야 합니다. 따라서 밸브 설계 시 씰 쌍은 특정 경도 차이를 고려하여 제작됩니다. 압력 작용으로 일정 수준의 소성 변형이 발생하여 밀봉 효과가 발생합니다.

밀봉 표면이 금속 재질인 경우, 표면의 고르지 않은 돌출 지점이 가장 먼저 나타납니다. 처음에는 작은 하중만으로도 이러한 고르지 않은 돌출 지점에 소성 변형을 일으킬 수 있습니다. 접촉면이 증가하면 표면의 고르지 않은 부분이 소성 탄성 변형으로 변합니다. 이때, 홈의 양쪽에 거칠기가 발생합니다. 아래 재료에 심각한 소성 변형을 일으킬 수 있는 하중을 가하고 두 표면을 밀착시켜야 하는 경우, 남은 경로는 연속선과 원주 방향을 따라 좁혀질 수 있습니다.

밸브 씰 쌍

밸브 씰링 쌍은 밸브 시트와 폐쇄 부재가 서로 접촉할 때 닫히는 부분입니다. 사용 중 금속 씰링 표면은 혼입 매체, 매체 부식, 마모 입자, 캐비테이션 및 침식에 의해 쉽게 손상됩니다. 마모 입자가 표면 거칠기보다 작으면 씰링 표면이 마모될 때 표면 정밀도가 저하되는 것이 아니라 향상됩니다. 반대로, 표면 정밀도가 저하됩니다. 따라서 마모 입자를 선택할 때는 재질, 작동 조건, 윤활성, 씰링 표면의 부식 등의 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.

마모 입자와 마찬가지로, 씰을 선택할 때는 누출을 방지하기 위해 성능에 영향을 미치는 다양한 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 따라서 부식, 긁힘, 침식에 강한 소재를 선택해야 합니다. 그렇지 않으면 씰의 밀봉 성능이 크게 저하됩니다.