1. 밸브 개론

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1.1 밸브의 역사

  배관계통에 있어서 파이프, 밸브, 그리고 피팅류 등은 기본적인 배관계의 구성부품으로써 거의 같은 시대에 발명되었을 것이라는 추측은 자명하다.

문명의 초기시대에는 파이프 재료로서 흙이나 돌, 혹은 나무, 가죽 등이 주된 재료이었을 것이고 이후 청동기 시대부터는 보다 다루기 쉬운 납이나 구리 등이 파이프의 주된 재로가 되었다.

특히 납으로 만든 파이프인 연관은 기록상으로 보아 아시아의 고대도시는 물론 이집트 및 그리스의 도시에서도 널리 사용되었다.

  특히 납으로 만든 파이프인 연관은 기록상으로 보아 아시아의 고대도시는 물론 이집트 및 그리스의 도시에서도 널리 사용되었다. 그러나 16세기경 영국의 위대한 철공장이 Wilkinson이 연관을 대량으로 생산할 수 있는 조관기(造管機)를 발명함으로써 파이프와 밸브의 대량 사용시대를 맞이하게 되었다. 이러한 증거의 하나로써 플러그밸브의 일종인 콕(Cock)을 가공하는 기계로 볼 수 있는 장치가 1629년경 로마출신의 장인에 의해 발명된 것을 보아도 잘 알 수 있다.

  사실 밸브로 보면 기원전 약 600년에서 400년 즈음 그리스나 로마시대의 도시 관개시설 등의 유물을 통해 상당히 성능 좋은 스톱밸브들이 사용된 것을 짐작할 수 있으며 청동제 콕밸브(이러한 유형의 밸브는 이태리의 나폴리나 런던의 대영박물관에 볼 수 있음)는 기원후 25년에 세워진 Tiberius 궁전의 유물중의 하나이다. 아무튼 17세기에 들어서면서 밸브기술이 괄목할만한 발전을 보이는데 1681년 Dennis Papin은 기록상 최초로 압력용기의 과압(Over Pressure)으로부터 용기를 보호하는 장치인 레버타입의 안전밸브(Safety Valve)를 발명했으며, 1781년 Jean Disaqulier는 이를 본격적으로 증기보일러에 적용하였다.

  이후 증기기관의 발명자인 James Watt는 1769년 그의 증기기관에 현대적 형태의 밸브를 적용하였다. 이때까지 즉 18세기까지는 플러그 콕 밸브가 스톱밸브로써 주종이었으나 이후 Mandsley가 나사 깎는 기계를 발명함으로써 밸브에서도 큰 변혁을 갖게 된다.

현재도 국제적인 명성의 Dowrance Valve사는 1875년 현대적인 플러그 밸브를 시초로 다양한 종류 및 규격의 밸브 등을 생산하고 있으며, 1886년 영국의 Joseph Hopkinson씨는 Parallel Slide형식의 게이트 밸브를 발명하여 지금가지도 이 밸브를 홉킨슨 사를 통해 100년 이상을 계속 생산해오고 있다. 세계1차 대전을 전후해 괄목할만한 몇 가지 일들이 있었는데 이때만 하더라도 대부분의 밸브는 플러그 타입의 밸브가 많아 대형의 경우 막 시판되고 있는 게이트 밸브에 비하여 과도한 내부 누설을 효과적으로 방지 못하고 아울러 구동토크가 매우 큰 이유로 대형 플러그밸브는 거의 생산이 되지 않았다.

  마침 스웨덴의 기술자가 플러그밸브의 플러그 면에 나선형의 홈을 파서 대형의 플러그밸브를 만들어 사용해보니 아주 부드럽고 내외부의 누설도 없는 좋은 밸브로 탄생되었고, 이 밸브를 윤활타입의 플러그 밸브라고 한다. 마찬가지로 다이아후램 밸브는 남아프리카의 금광채굴에 종사하던 한 기술자가 밸브의 그랜드 부위에 과도한 누설이 자주 발생하는 것에 착안하여 개발해낸 것으로 영국의 특허청에 정식 등록된 것은 1929년이었고 이 밸브는 현재 그랜드 부위의 과도한 누설을 방지하는  밸브 구조가 아닌 부식성 액체를 취급하는 유체라인에 플러그밸브와 함께 가장 널리 쓰이는 것 중의 하나가 되었다.

  또 이때에 볼 타입의 플러그밸브가 개발되었고 곧 이 밸브는 1930년부터 40년경 현재의 볼 밸브로 개량되었다. 이들이 주로 유럽을 중심으로 이뤄진 밸브기술의 성과라면 미국의 경우 다소 늦은 감이 있지만 세계2차대전 전후 미국을 중심으로 한 밸브공업은 극심한 공황의 끝에 살려낸 산업의 대량생산체계에 따라 제조공정의 자동화에 부응한 본격적인 의미의 자동제어밸브의 등장이라 할 수 있다.

  1944년 미국 텍사스주 남부의 휴스턴 근교에 있는 Mansoneilan사는 밸브업계 최초로 밸브의 성능이라고 할 수 있는 밸브유량계수(Flow Capacity, Cv)를 도입하여 자사의 제어밸브에 적용하였고, 이는 특히  제어밸브의 차압과 유량과의 제반 물리적 특성을 가장 합리적으로 보여주는 파라미터로써 현재의 모든 밸브의 성능을 표시하는 잣대가 되고 있으며 미국 계장 협회에서도 이를 채택하고 있을 정도이다.

  지금까지 밸브의 역사를 살펴보았는데 현재 가장널리 사용되는 7대밸브 즉, 게이트밸브  글로브밸브, 체크밸브, 버터후라이밸브, 플러그밸브, 볼밸브, 안전밸브 등은 까마득한 옛날부터 인류 역사상 가장 큰 기술적 관심사인 물의 관리에 있어서 밸브라 말할 수 있는 것들을 역사의 흔적에서 쉽게 발견 할 수 있다. 단지 앞서 열거한 것은 그것들에 대한 구체적 사례들을 든 것뿐이고 실제 우리나라에서도 유사한 종류들의 도구들을 적절히 활용해 왔을 것으로 믿고 싶다.

그러나 우리나라에 있어서 근대적 의미를 갖는 밸브의 등장은 아무래도  일본에 의해 지배를 받던 1910년경 이후로 볼 수 있다.

  목포나 군산항을 통해 엄청난 양의 쌀이 일본으로 수탈되어 갔는데  당시 김제평야나 나주들녘의 논에 관개를 하던 양수장을 중심으로 5K급의 대구경(직경 100mm이상)게이트 밸브가 펌프의 전단에 설치되었으며 이들 게이트 밸브는 해방 후에도 상당기간 적절히 이용되었던 것을 기억하고 있는 사람들이 있을 것이다. 그러면 우리나라 밸브의 본격적 시작은 결국 일제 말기 부산을 중심으로 일반 선박용의 포금제 밸브 및 일반 가정용 청동 수도꼭지를 만들기 시작한 우리나라 밸브업계의 첫 효시이자 현재 국내제일의 밸브업체인 범한 금속공업(주)의 전신인 부산포금을 들 수 있다. 이들 청동제 수도꼭지 및 주철제 밸브들은 약 15년 이상을 기술적인 큰 진전 없이 만들어져 오다가 1963년 7월 공업표준화법에 의해 KS 표시규격의 청동밸브(KS B-2301), 수도꼭지(KS B-2331), 및 수도용 제수밸브(KS B-2332)가 제정되면서 기술적, 품질 적인 면에서 큰 진전이 있게 되었다.

  이때는 제2공화국의 등장과 함께 울산을 중심으로 새로운 공업화의 태동이 있던 시기로 부산을 중심으로 한 영남권의 소규모 밸브업체가 다수 설립되던 시기였다. 이들 중 몇 개 업체는 이제 밸브업계의 중진으로  자리를 잡고 있으며 시기를 몇 년 지난 1972년부터 73년경 주철밸브 및 주강밸브가 KS규격으로 제자리를 잡았다.

이후 1970년대 중반부터 중화학공업육성정책에 따라 창원에 대규모의 기계공업단지가 들어서고 아울러 구미 쪽에는 몇 년 앞서 섬유 및 전자단지가 들어서게 된다. 부산의 고성산업사, 국제밸브, 창원의 범한금속 등이 비교적 큰 규모의 밸브 제작공장을 가동시키게 되고, 대구에도 소규모의 밸브업체가 생겨났다. 아울러 경인지방 특히 인천은 일제시대부터 기계공업이 발달한 곳으로써 이 시기에 소규모의 밸브공장 즉, 지금의 서흥금속 전신인 고려특수밸브와(주)삼신의 전신인 삼신철공 등이 부평을 중심으로 중저가의 밸브류를 만들고 있었다.

이 당시만 하더라도 석유화학공장에 대량으로 들어가는 플랜트 프로세스용 밸브 등은 대부분이 수입되던 시기로써 선도적 역할을 수행한 극히 일부분의 밸브 회사만이 미국석유공업협회의 API 인증 석유화학용 저가밸브를 생산하고 있었을 뿐 고부가의 고온고압밸브에는 엄두도 못냈던 시기였다.

  이후 1970년대 하반기부터 고리원자력발전소 3.4호기 및 영광원자력발전소 1.2호기가 순차적으로 건설되면서 수만 대의 원자력용 밸브가 엄청난 고가로 수입되던 차에 (주)삼신이 일본 오까노 밸브사와 기술 제휴하여 1983년경 국내 최초로 원자력용 비안전계통의 2인치 이하의 단조밸브를 영광원자력 1.2호기에 납품하게 되면서 고온고압의 고부가가치밸브 생산에 들어가게 되었다. 이어 범한금속이 원자력용 대형 주강밸브를 국산화하고, (주)서흥금속이 삼신의 뒤를 쫒아 원자력용 단조밸브를 생산하게 되었다.

  이후 1987년부터의 호경기와 더불어 특히 충남 서산의 대산지방을  중심으로 한 석유화학 쪽의 대규모 신규시설 투자와 기존 석유화학플랜트의 신증설 및 일제히 보수기를 맞이하게 됨으로써 유래를 찾아볼 수 없는 대호황을 누리게 된다. 이때에 플랜트용 주철, 주강제의 밸브를 생산하는 업체 또한 전국적으로 300여개나 될 정도로 우후죽순처럼 생겨나기도 했던 시기였다.

1.2 밸브의 정의

  제수밸브는 KS B0100(밸브용어)에 아래와 같이 정의되어 있다.

「유체를 통과시키거나, 막거나 또는 유체 유동을 제어하기 위하여 통로를 개폐할 수 있는 가동기구를 가지는 기기의 총칭」이라고 정의하고 있다.

  수도는 저수, 도수, 정수, 송수, 배수 등 각 시설로 구성되어 있으며 이러한 것은 관로에서 유기적인 관계를 가지고 수돗물을 공급하고 있다.

그리고 물의 양을 수요에 맞게 과부족없이 하기 위해서는 관로 중의 물을 멈추거나 흐르게 하고 혹은, 유량 및 압력을 조절하여 목적에 맞게 제어하는 불가결의 요소가 있다.

흐르는 물을 차단하고 흐르게 하는 것은 흐르는 물 제어의 기본이고, 본래 밸브에 요구되는 기능 중 가장 중요한 것이다.

  최근에는 수도 보급의 향상에 따라서 관로 부설은 필연적으로 확장되었다. 그 결과 사고나 이상 사태가 발생하면 그 영향은 비약적으로 커지게 된다. 이러한 영향을 극소화시키기 위하여 긴급차단, 혹은 수격작용 대책이나 관로내 공기의 흡, 배기 등 관로의 안전 대책 상 밸브에 요구하는 역할이 종래보다 증가되어 대단히 크게 되었다.

상수도용 밸브의 주요 기능은 다음과 같다.

가) 유량, 압력, 수위의 제어

나) 관로의 통수, 차단

다) 압력관로에서 침사지, 배수지 등으로 방류할 때 물의 흐름을 감세(減勢)하거나 유량 제어

라) 관로 내 역류방지

라) 배수관로에서 감압 등이다.

1.3 밸브의 분류

  수도시설에 대해서 밸브가 하는 기능은 중요하고 역활별로 분류하면 제어용, 차단용, 방류용, 역류방지용, 감압용, 관로보호용, 기타 오니, 약품투입용으로 분류된다.

1.3.1 제어용 밸브

  취수, 송수 배수의 유량, 압력을제어하기 위하여 배수지 등의 수위를 조정하는 것을 말한다.

가) 유량제어용 밸브

    배수지나 조절지의 유출입량, 펌프의 토출량, 관로의 유량제어에는 제어특성이 비교적 좋은 버터플라이밸브(Butterfly Valve), 콘밸브(Cone Valve), 볼밸브(Ball Valve) 등이 적합하다.

나) 압력제어용 밸브

    압력제어용 밸브는 제어범위와 밸브형식에 따라 다음과 같이 그 사용이 구분된다.

    - 관로 내 압력이 낮고 감압량이 적을 경우

      : 버터플라이밸브, 오토밸브(Auto Valve),

    - 중고압으로 감압량이 중간 정도인 경우

      : 콘밸브, 볼밸브, 오토밸브,

    - 감압량이 클 경우

      : 슬리브밸브, 니들밸브

다) 수위제어용 밸브

    조절지, 배수지 등의 수위조절용 밸브에는 무동력식 플로트밸브(Float Valve)와 오토밸브가 있으며 전동식에는 버터플라이밸브, 콘밸브, 슬리브밸브, 니들밸브 등이 일반적으로 사용된다.

1.3.2 차단용 밸브

  취수, 송수, 배수관의 교체, 기구의 보존을 위하여 개폐, 혹은 재해가 발생할 경우 긴급히 차단시키는 밸브이다.

가) 개폐빈도가 적고 지수가 장기간 유지될 필요가 있을 경우

    : 게이트밸브

나) 사용빈도가 많고 밸브시트의 내구성이 요구되는 경우

    : 금속시트 버터플라이밸브, 콘밸브, 볼밸브

다) 고압의 물, 공기, 증기, 기름 등을 사용하는 경우

    : 글로브밸브(Globe Valve)

라) 지진이나 재해 시 긴급 차단이 필요한 경우

    : 긴급차단용 밸브

1.3.3 방류용 밸브

  댐에서 방류하거나 압력관로에서 침사지, 착수정 등의 자유수면으로 방류할 때 감압이나 유량제어를 하기 위해 사용하는 것으로 보통 고정형 콘밸브, 홀로제트밸브(Hollow jet Valve), 슬리브밸브 등이 사용된다.

1.3.4 역류방지용 밸브

  물 흐름을 일정한 방향으로 제한하기 위하여, 펌프의 토출 측에 설치하는 것이 대표적인 예이고, 이상 압력 방지에 보통형, 급폐용 및 완폐용이 있다.

가) 체크밸브(Check Valve)

나) 풋밸브(Foot Valve)

1.3.5 감압용 밸브

  고지대와 저지대를 연결시킬 때, 저지대가 고수압에 의하여 장애가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 혹은 펌프 압송으로 배수할 때, 부분적인 고수압 지대가 있는 경우 등에 사용하는 것.

1.3.6 관로보호용 밸브

  밸브를 급폐, 급개 할 때나 펌프를 급정지, 급가동 시키면, 수격작용이 발생하며 이로 인하여 압력상승 또는 압력강하가 발생하여 상수도 시설물을 손상시키는 경우가 있다.

  또한, 관내에 공기가 생기면 통수능력이 저하되어 수격작용을 증폭시키는 일도 있다. 이러한 현상의 방지용으로 사용하는 것.

1.3.7 오니, 약품 주입용 밸브

  정수장 내 염소, 가성소다 등의 약품, 또는 활성탄, 오니 등의 슬러지 배출용으로 사용하는 것.

1.4 밸브 종류

상수도 시설용으로서 규격이 정해져 있는 밸브류는 다음과 같다.

   수도용 제수밸브(슬루스밸브)    KS B 2332

   수도용 닥타일 제수밸브            KS B 2332

   수도용 버터플라이밸브             KS B 2333

   수도용 스테인레스 제수밸브     KS B 2332

   수도용 공기밸브                      KS B 2340

   수도용 급속공기밸브                KWWA B 100

   수도용 소프트실 제수밸브        KWWA B 102

1.4.1 게이트밸브(Gate Valve)

  밸브 디스크가 유체의 통로를 수직으로 막아서 개폐하고 유체의 흐름이 일직선 위에 있는 밸브의 총칭으로서 구조상으로 크게 안나식과 바깥나사식으로 구분한다.

  안나사식은 밸브대 나사부가 밸브몸통의 내부에 있고, 밸브대 자체는 상하로 움직이지 않는 형식이다. 바깥나사식에 비하여 높이가 낮으나 나사부가 유체와 접촉해 있으므로 마모?부식이 쉽다. 일반 지하에 매설하는 밸브의 주종을 이룬다.

  바깥나사식은 밸브대 나사부가 밸브몸통의 외부에 있고 밸브대가 디스크와 함께 이동하는 형식이다. 나사부가 유체와 접촉하지 않아 마모,부식에 대하여 우수하나 높이가 안나사식 보다 크다. 일반적으로 노출된 관로에 사용한다.

                                          
                                [ 안나사식]                         [바깥나사식]
가) 장 점.

    - 유체저항이 적어, 압력손실이 적다.

    - Globe Valve에 비하여 면간거리가 짧다.

    - 일반적으로 완전개폐용으로 사용.

나) 단 점.

    - Valve의 Lift가 길어 높은 공간을 차지한다.

    - 유속이 빠른 유체일 때 조금 연 상태에서는 Disc의 진동과 소음현상이 일어나고 Seat가 마모되어 유량조절용으로는 적당하지 않다.

    - 개폐 시간이 길다.

다) 종 류

    - 웨지 게이트 밸브(Wedge gate valve)

      밸브 디스크가 쐐기 모양인 게이트 밸브로 단순한 게이트 밸브라고도 한다.

        

- Solid Wedge Disc    - Disc가 통체로 되어있음    - 온도변화가 없는 곳에서 사용 - Flexble Wedge Disc    - Disc의 가운데가 파진 것.    - 고온과 열의 변화가 심한곳에 좋다.

    - 더블 디스크 게이트 밸브(Double disc gate valve)

        

2개의 밸브 디스크 조합으로 구성되고 밸브대  의 추력에 의해 밸브 디스크를 눌러 벌려서 출  구·입구의 밸브 시트면에 면압을 주는 게이트  밸브

     - 패럴렐 슬라이드 밸브(Parallel slide valve)

         서로 평행인 2개의 밸브 디스크의 조합으로 구성되고, 유체의 압력에 의해 출구 쪽의 밸브 시트면에 면압을 주는 게이트 밸브

        

- 두개의 다공판으로 되어있어 열팽창과 압력변화 영항을 최소화. - Gas 증기 액체의 량 조절용 사용. - 이 구조는 유량조절용으로 사용.

    - 벤투리 포트 게이트 밸브(Venturi port gate valve)

        

유로를 중앙부에서 조이는 게이트 밸브

    - 스루콘딧 게이트 밸브(Through conduit gate valve)

        

전개 시에 유로와 동일한 크기의 통로로 열리는 밸브 디스크 구조인 게이트 밸브

1.4.2 콘밸브(Cone Valve)

  액체의 통로에 뚫려 있는 원뿔형 또는 원통형 구멍에 끼워 있는 플러그를 돌려서 액체의 흐름을 멈추게 하거나 유량을 가감하는 밸브로서 아래와 같은 장점이 있다.

가) 개폐 조작력이 적고, 개폐 속도의 조정이 용이하다.

나) 전개 시의 압력손실이 적고, 유량특성이 우수하므로 제어용으로 적당하다.

다) 수격작용 감소에 유효하기 때문에 펌프 토출밸브나 긴급 차단밸브에 많이 사용한다.

  출입구가 세 방향으로 나 있는 것을 3면콕, 네 방향으로 나 있는 것을 4면콕이라고 하고, 액체가 아닌 공기의 흐름에 사용하기도 하는 에어콕이 있다. 수증기나 연료유 등의 배관 도중에 사용되는 것은 포금(砲金) ·황동 등으로 만든다. 또 화학실험에 사용되는 작은 것은 유리로 만든 것이 많다.
                              
                                                                 [콘밸브]

 

1.4.3 글로브밸브(Globe Valve)

  일반적으로 공모양의 밸브 몸통을 가지며, 입구와 출구의 중심선이 일직선 위에 있고 유체의 흐름이 S자 모양으로 되는 밸브로서 단좌형, 복좌형 밸브 및 케이지 밸브가 있다.

가) 장 점

    - 유체의 양을 조절하는 대표적인 밸브.

    - 유량을 미세하게 조절할 수 있다.

    - 고압에 용이 함.

    - Disc의 움직이는 법위가 짧아 작동시간이 Gate Valve에 비하여 짧다.

    - Valve를 Pipe Line에서 떼어내지 않고 수리 할 수 있어 편리하다.

나) 단 점

    - Valve Seat가 유체의 흐르는 방향과 평행으로 되어 있고 유체의 흐르는 길(Path)이 S자형
       으로 되어있어 유체의 방향을 변경시켜 유체 압력손실이 크다.

    - 와류현상이 일어난다.

    - 압력손실로 저압의 유체에는 적당하지 않다.

    - 동일 규격으로 Gate Valve에 비하여 무겁고 가격이 비싸다.

      

1.4.4 볼밸브(Ball Valve)

  볼밸브는 핸들을 돌리면 스핀들에 접속된 볼(Ball)이 좌우로 90도 회전하면서 통로를 열고 닫는 것으로 볼모양의 디스크와 밸브몸통에 끼워져 있는 링 모양의 밸브시트 구면이 맞물려 기밀을 유지하게 된다.

조작 시간이 짧고 유체의 저항이 적으며 핸들의 위치에 따라 개폐여부를 쉽게 확인할 수 있는 구조를 가지고 있다.

  볼밸브는 시계바늘 반대방향으로 90도로 완전히 돌렸을 때 핸들방향과 유로의 방향이 평행이 되면 열리는 구조로 되어있으며 배관 연결부는 나사식, 플랜지식, 용접식 등이 있으며 형식은 플러그 밸브의 유사한 밸브로 생각할 수 있다.

  볼밸브의 장점은 글로브밸브에 비하여 중량이 가볍고 가격이 저렴하며 유량 조절범위가 커서 Control Valve로 사용되는 추세이며, 단점은 회전각도에 따라서 심하게 유량이 변하여 미세한 유량과 압력제어에 적당하지 않으며 밸브회복계수(밸브를 통과하는 유체압력의 손실계수)가 낮아 자동제어밸브로 사용 시 와류현상이 일어나고 소음이 심하게 발생한다.(Ball의 첫부분과 끝부분) 
         

     

[대형 볼밸브]

1.4.5 버터플라이밸브(Butterfly Valve)

  밸브 내에 원판형 디스크가 축을 중심으로 회전하여 관로를 개폐하는 구조로서 다른 형식의 밸브에 비하여 소형이고 개폐에 필요한 회전력(토오크)이 적고 대구경의 관로에 설치가 용이하며 유량조절이 용이함

가) 일반 버터플라이 밸브(Butterfly valve)

 

밸브 몸통 속에서 밸브대를 축으로 하여 원판 모양의 밸브 디스크가 회전하는 밸브

 

나) 누설형 버터플라이 밸브(Damper)

유량조절을 목적으로 하고 닫혔을 때 누설을 허용하는 버터플라이 밸브

다) 링크식 버터플라이 밸브(Link butterfly valve)

밸브 몸통 안의 밸브대와 밸브 디스크를 연결하는 링크 기구에 의하여 밸브 디스크를 개폐시키는 버터플라이 밸브

 

라) 편심식 버터플라이 밸브 (Eccentric butterfly valve, offset butterfly valve)

밀폐성능을 개선하기 위하여 밸브 디스크 바깥 둘레가 밸브대로 인하여 중단되지 않도록 밸브대의 위치를 실면으로부터 편심시킨 버터플라이 밸브

마) 디스크 경사형 버터플라이 밸브(Canted disc butterfly valve)

밀폐성능을 개선하기 위하여 밸브 디스크 바깥 둘레가 밸브대로 인하여 중단되지 않도록 밸브대의 위치를 실면으로부터 편심 시킨 버터플라이 밸브

바) 플랜지리스 버터플라이 밸브(Flangeless butterfly valve)

관플랜지 사이에 관통 볼트를 사용하여 밸브 몸통을 그 사이에 끼워서 사용하는 버터플라이 밸브 중 밸브 몸통에 플랜지가 없는 모양의 밸브

사) 혼합체크 버터플라이 밸브 (Combined non-return butterfly valve)

편심식 버터플라이 밸브와 유사한 구조를 가지고 체크밸브와 버터플라이 밸브의 기능을 겸비한 밸브

1.4.6 체크밸브(Check Valve)

  밸브 디스크가 유체의 배압에 의해 역류를 방지하도록 작동하는 밸브의 총칭

가) 리프트 체크 밸브(Lift check valve)

    밸브 디스크가 밸브 몸통 또는 뚜껑에 설치된 가이드에 의해 밸브 시트에 대하여 수직으로 작동하는 체크 밸브

- 수평배관에 사용. - 압력손실이 많다

 

나) 스윙 체크 밸브(Swing check valve)

    밸브 디스크가 핀을 지지점으로 하는 암에 의해 원호 모양의 운동을 하고, 유체의 역류에 의해 밸브 시트면에 수직으로 압착하는 체크 밸브로 유체의 흐름은 거의 직선적이다.

       

- 구조가 간단하다 - 압력손실이 적다. - 비상 폐쇄시 충격이 있다.

다) 볼 체크 밸브(Ball check valve)

밸브 디스크가 공모양인 리프트 체크 밸브

라) 나사조임 체크 밸브(Scre-down stop check valve)

스톱 밸브와 체크 밸브의 기능을 겸비한 밸브

마) 버터플라이 체크 밸브(Butterfly check valve)

체크 버터플라이 밸브에서 구동 기구를 제거한 것으로서 체크 밸브의 기능만을 가진 밸브

 

바) 듀얼플레이트(웨이퍼)체크밸브 (Dual plate(wafer type) check valve)

       

반원판(나비 날개) 모양인 2개의 밸브 디스크가 스프링과 함께 하나의 힌지핀에 의하여 밸브 몸통에 설치된 체크 밸브

사) 싱글 플레이트(웨이퍼)체크 밸브 (single plate(wafer type) check valve)

       

웨이퍼 형식의 스윙체크 밸브

아) 틸팅 디스크 체크 밸브(Tilting disc check valve)

       

밸브 디스크 내부에 회전축을 가지고, 밸브 디스크 자중과 유체의 역류에 의하여 원추형 밸브 시트면에 압착하는 체크 밸브

자) 풋 밸브(Foot valve)

    흡입관에 붙어 역류를 방지하는 수직형 체크 밸브로 일반적으로 스트레이너를 부착한다.

       

? 펌프기동 시 프라이밍용으로 사용 ? 흡입수조 내에 있으므로 점검 및 취     급이 불편하다

차) 주밸브완폐형 체크밸브

       

실양정이 낮은 펌프 토출측에 사용하며 이 밸브는 디스크의 축에 암과 대쉬포트(dashpot)가 부착된 구조로서 대쉬포트의 기능이 제대로 발휘되기 위해서는 실양정 10m 이상이 필요하고 또한 대구경에서 실양정은 대쉬포트의 능력보다 20m 이하로 할 필요가 있다.

타) 바이패스완폐형 체크밸브

       

실양정이 높은 펌프 토출측에 사용하며 이 경우 실양정은 10m 이상이 필요하다. 이 밸브는 보통형 체크밸브에 완폐밸브를 내장한 바이패스관이 부착된 것으로 복잡한 구조를 가지고 있다

1.4.7 공기밸브(Air Valve)

  공기밸브 설치의 목적은 관내 공기를 배제하거나 흡인하기 위해서다. 관로의 상단부에는 수중에 용해되어 있는 공기가 유리되어 축적되고 이것을 배제하지 않으면 통수 단면적이 감소되기 때문에 이 공기를 자동적으로 배출시켜야 한다.

  관을 부설할 때나 단수 후에 물을 다시 채울 때는 관내의 공기를 배제하면서 채워야 하며, 또 공사할 때나 작업상 필요에 의하여 단수할 때 관내의 물을 빼내면 관내는 진공에 가깝게 되어 외압 때문에 관이 변형될 우려가 있다. 그러므로 이런 경우에는 공기를 자동적으로 관내에 빨아 들여야 한다.

  이상의 목적 때문에 공기밸브를 관로의 상단부에 설치하여 필요에 따라 자동으로 공기를 배출시키거나 흡인시키는 것이다.

가) 공기밸브의 설치

    - 관로의 상단부에 설치하나 제수밸브의 중간에 상단부가 없는 경우에는 높은 편의 제수밸브 바로 밑에 설치

    - 가능한 급속공기밸브를 설치

    - 공기밸브에는 반드시 보수용 제수밸브를 설치하거나 보수밸브가 내장된 밸브를 사용

    - 지하수위가 높을 경우 공기밸브가 침수되지 않도록 필요한 높이만큼 단관을 사용하여 높게 설치하고 밸브실 내로 공기의 유출입이 용이하도록 철개 뚜껑에 구멍을 설치

나) 공기밸브의 종류

    - 급속공기밸브 : 플로트 자체의 부력에 의해 작동하고 다량급속배기, 다량급속흡기 및 압력하 배기를 하는 밸브이다.

       ※ 압력하 배기 : 급수 중에 관의 상부에 모여 있는 공기를 작은 공기구멍을 통하여 자동적으로 배기시키는 것을 말한다.

    - 단구형 공기밸브 : 플로트에 의해 열리거나 닫히고 배기, 흡기 및 압력하 배기를 하는 밸브. 주로 소형관에 사용

    - 쌍구형 공기밸브 : 플로트에 의해 열리거나 닫히고 다량배기, 다량흡기 및 압력하 배기를 하는 밸브. 주로 대형관에 사용 
                             
                    급속공기밸브                       쌍구형 공기밸브               단구형 공기밸브

 

1.4.8 감압밸브(Auto Valve)

  감압용 밸브로 사용되는 밸브에는 버터플라이밸브, 콘밸브, 볼밸브 등이 있으나 구동용 전원 또는 제어장치가 필요하기 때문에 배수관로에서는 오토밸브를 사용한다. 오토밸브는 관로내 압력에 의해 자동적으로 작동되므로 전원이 없이도 사용 할 수 있으며 작동방식에 따라 크게 직동식과 파이롯트식으로 분류된다.

가) 직동식

  스프링의 탄성력과 유출측의 수압에 의해 밸브를 작동시켜 유출측의 수압을 조절하는 방식이다.

유출측 물을 사용하면 유출측의 수압이 떨어져 스프링의 힘으로 인하여 다이아프램이 아래로 내려가면 디스크가 열려 유입측의 물이 유출측으로 흐르게 되며, 유출측 물을 사용하지 않으면 유출측 압력이 올라가서 다이아프램을 위로 밀어 올려 디스크가 닫히게 된다. 이와 같이 스프링의 힘과 유출측 수압에 의하여 밸브가 작동되므로 직동식은 구조가 간단하고 가격이 파이롯트식에 비하여 저렴한 장점이 있으나 대용량으로 만들기 어려워 소용량에 주로 사용한다.

나) 파이롯트식

  주밸브와 보조밸브가 1조로 되어 있으며, 보조밸브를 파이롯트라고 한다. 보조밸브는 소형 직동식 감압밸브로 되어있으며, 유출측의 수압과 스프링의 힘에 의하여 밸브가 개폐되고, 이때 통과되는 물에 의하여 주밸브를 작동시키는 것이다.

   - 설치방법

     밸브의 보호를 위하여 감압밸브 입구측에 스트레이나를 설치하며, 감압밸브의 고장에 대비하여 전, 후측에 밸브를 설치하고 바이패스관을 설치한다. 출구측에 소형 공기변을 설치하면 압력의 저하로 인한 케비테이션에 대비할 수 있다.

 

 

                                                
                                            직동식                              파이롯트식
1.4.9 소화전(Fire Hydrant)

가) 소화전은 소방 활동에 편리한 곳에 설치하여야 하기 때문에 일반적으로 도로의 교차점, 분기점 등이 좋고, 배수관이 교차하여 소화용수가 여러 방면에서 모이는 곳에 설치하는 것이 바람직하다.

나) 소화전은 그 배치가 잘 되어야 할뿐더러 방수능력도 충분하여야 한다. 소방 활동은 대개 한 개의 소화전만을 사용하는 일은 드물고 반드시 여러 개가 동시에 개전되는 것이다.

      그러므로 이러한 때에도 기준에 표시한 능력을 유지하기 위해서는 단구 소화전은 150㎜ 이상에 설치하여야 한다. 그러나 일반적으로 가구를 형성하는 시가지에서는 가구가 대개 정사각형 또는 직사각형으로 구획되어 관망도 가구에 따라 부설되는 것이 통례이므로 관망으로서의 방수기능이 충분한 경우와 특히 수압이 높거나 가까이에 비교적 큰관이 연결되어 있어 소화용수의 공급이 유리한 장소에서는 관경 150㎜ 미만에 설치할 수 있다.

      소화용수의 공급이 불충분하다고 생각되는 150㎜ 미만의 관에 부득이 단수 소화전을 설치할 때에는 규격 소화용수의 반량(호스 1본 분량) 정도의 방수량이 확보되도록 하여야 한다.

    쌍구 소화전에서는 최근 시가지의 급속한 발전이나 도시의 과밀화에 따라 소방펌프의 기능도 점점 대형화되고 펌프의 보유대수도 정비되어 수요를 충족할 수 있으나 배수관로는 한번 부설되면 간단하게 교체할 수 없고. 또한 평상시의 급수에는 충분하더라도 소방상으로는 부족할 때가 많다. 이와 같은 경우 대구경관이 있으면 강력한 소화전을 설치하여 소구경관의 부담을 경감시키는 동시에 소방력의 증대를 도모함이 바람직하다.

다) 소화전은 보수를 위한 단수 등 유지관리 측면을 고려하여 보수용 밸브를 반드시 설치토록 한다.

1.5 밸브의 선정

  각각의 밸브는 고유한 특성을 가지고 있으므로 밸브 본래의 성능을 제대로 발휘시키기 위해서는 차단 및 제어 등 각 용도에 따라 구해진 수리조건, 사용조건을 조사한 후, 그들 조건을 만족하는 손실계수, 유량계수, 유량특성 등 밸브의 기본특성을 지닌 것을 올바르게 선정하는 것이 중요하다. 그리고 상수도 시설의 전진배치, 시설간의 수위 관계 등을 충분히 조사하고 필요에 따라서 현지조사를 수행한 후, 용도에 적합한 형식의 밸브를 적당한 위치에 설치할 필요가 있다. 또한 설치공사, 동력원 확보의 용이성, 유지관리의 난이도 등에 대하여도 병행하여 검토할 필요가 있다. 각 밸브에 공통된 중요 검토사항을 열거하면 다음과 같다.

   가. 수량, 압력의 파악

   나. 관로의 수리조건에 대한 적응성

   다. 설치장소 및 환경조건 등에 대한 적응성

   라. 캐비테이션

   마. 수격작용

   바. 구동방식 및 구동장치

   사. 경제성 비교

  밸브를 선정하는데 있어서 각종 용도마다 이와 같은 사항의 검토가 필요하다. 특히, 유량조절 기능이 요구되는 제어용 밸브, 방류용 밸브, 감압용 밸브에 대하여는 조건에 많은 요소를 포함하므로 밸브의 기본특성을 충분히 이해한 다음 선정할 필요가 있다. 예로써 제어용 밸브의 선정은 아래에 나타낸 순서에 따라서 실시하며, 구체적인 방법은 상수도 시설기준이나 밸브 설계지침서를 참조한다.

   가. 밸브가 제어하는 최대유량과 구경을 가정하고 유속을 구한다.

   나. 유속이 사용하려는 밸브의 한계유속(밸브에 따라 정해지는 값으로 버터플라이밸브의 경우 6㎧) 이하가 아닌지를 확인한다.

   다. 최대유량 및 최소유량시 밸브 상?하류의 각종 손실수두 및 최고, 최저압력 등을 계산한다.

   라. 밸브에 요구되는 최대, 최소 용량계수를 계산하고, 밸브의 유량 특성도로부터 밸브의 최대개도와 최소개도를 읽어 알아낸 후, 이 개도가 밸브로 제어 가능한 범위에 포함되는지를 확인한다.

   마. 캐비테이션 발생 유무를 검토한다.

   바. 이상의 계산과정에서 나, 다, 라의 조건이 만족되지 않을 경우에는 밸브의 구경 또는 종류를 변경하고, 계산을 다시 수행하여 산시 조건이 만족되는 밸브의 종류와 구경을 선정한다.

1.6 밸브의 압력 기준

1.6.1 압력 기준

  밸브의 압력기준은 호칭압력으로 나타내며 이를 선정하기 위해서는 밸브의 사용압력(정수압), 최대허용압력 등을 고려하여야 한다.

  상수도용 밸브에 적용하는 압력기준은 현재 2가지 방식이 있다.

하나는 예전부터 사용한 상수도계 특유의 압력기준으로서 호칭압력 4.5K, 7.5K로 적용하는 것과 또 하나는 호칭압력 10K 이상에 적용하는 것으로 KSB 1501(철강재 관 플랜지의 압력단계)이 준용되고 있다.

  밸브의 호칭압력(nominal pressure)은 일반적으로 사용압력(working pressure)을 나타내는 수치로사 과거에는 ㎏/㎠로 나타내었으나 근래에는 국제단위(SI unit)의 도입에 따라 K를 기호로 사용하여 표시한다. 호칭압력은 관, 밸브류를 동일한 압력으로 구분함으로써 하나의 관로에서 같은 장소에 똑같은 호칭압력의 관, 밸브류를 사용하여 내압강도를 일치시키고자 하는데 그 의미가 있다.

  상수도에서는 주철관에 적용되었던 압력기준이 다른 기자재의 압력기준으로도 폭넓게 쓰여 왔으며 상수도용 밸브 역시 그 예외는 아니다.

주철관은 정수압을 기준으로 저압관에서는 0.44MPa(4.5㎏/㎠), 보통압관에서는 0.74MPa(7.5㎏/㎠)로 압력기준이 정해져 사용되고 있다. 이 정수두는 속도수두가 0일 때의 관내 압력을 의미하는 것이므로 최대정수두, 최고사용압력 등과 용어의 형태가 뒤바뀌어져 있지만 본질적으로는 통상의 사용압력을 의미한다.

  또한 주철관의 압력기준에서는 사용압력, 호칭지름(normal size) 등에 관계없이 수격압은 0.54MPa(5.5㎏/㎠)로 일정하다고 가정한 후 사용압력에 이 수격압을 더한 값을 최고허용압력(maximum permissible working pressure)으로 하여 관 두께를 계산한다.

  최근에는 상수도시설이 대규모화되고 수원지가 더욱 멀리 떨어짐에 따라 관로의 고압화를 위해 0.74MPa(7.5㎏/㎠)가 넘는 압력기준이 필요하게 되었으며 이로 인해 KSB 1501이 새로운 압력기준으로서 채택되고 있다. 상수도에서는 이 기준 중 호칭압력 10K, 16K 및 20K를 적용하고 있다. KSB 1501에서는 유체의 상태나 온도가 광범위하게 변하는 경우 각각의 조건에 대해서 재료의 허용응력을 기초로하여 최고사용압력을 결정하므로 동일한 호칭압력에 대응하는 수치가 일정하지 않을 수 있다. 이 규격의 120℃ 이하에서 맥동이 없는 유체에 대응하는 최고사용압력을 상수도에서는 최고허용압력으로 표시하여 사용하고 있다.

                             수도용 밸브의 시험압력              단위:MPa(㎏/㎠)

 

종별	호칭압력	사용압력	최고 허용압력	밸브몸통 내압시험		밸브시트 누설시험
				호칭지름
1종	4.5K	0.44(4.5) 0.45(4.6)	0.98(10) 1.0(10.2)	350이하	1.37(14) 1.4(14.3)	0.44(0.45) 0.45(0.46)
				400이상	1.03(10.5) 1.06(1.7)
2종	7.5K	0.74(7.5) 0.75(7.6)	1.27(13) 1.3(13.3)	350이하	1.72(17.5) 1.75(17.8)	0.74(7.5) 0.75(7.6)
				400이상	1.37(14) 1.4(14.3)
3종	10K	0.98(10) 1.0(10.2)	1.37(14) 1.4(14.3)	350이하	2.2(23) 2.3(23.5)	0.98(10) 1.0(10.2)
				400이상	2.06(21) 2.1(21.4)
4종	16K	1.57(16) 1.6(16.3)	2016(22) 2.2(22.4)	전 구경	2.35(24) 2.4(24.5)	1.73(17.6) 1.76(17.9)
5종	20K	1.96(20) 2.0(20.4)	2.75(28) 2.8(28.6)	전 구경	2.94(30) 3.0(30.6)	2.16(22) 2.2(22.4)

  이상 2가지 압력기준에 대해서 사용상 주의해야 할 사항을 정리하면 아래와 같다.

   가) 사용압력이 0.74MPa(7.5㎏/㎠) 이하의 경우는 상수도계의 압력기준으로 적용하녀 여기서 호칭압력 4.5K와 7.5K는 최고허용압력이 각각 0.98MPa(10㎏/㎠), 1.27MPa(13㎏/㎠)임을 뜻한다.

   나) 사용압력이 0.74MPa(7.5㎏/㎠)를 초과하는 경우는 KS 압력기준의 10K, 16K, 20K를 적용한다. 이 때 호칭압력 10K, 16K, 20K는 최고허용압력이 각각 1.37MPa(14㎏/㎠), 2.16MPa(22㎏/㎠), 2.75MPa(28㎏/㎠)임을 의미한다.

   다) 상수도의 기준에서는 호칭압력과 사용압력을 대응시킬 수 있으나 KS에서는 호칭압력과 최고사용압력을 구분하고 있다. 따라서 사용상 편의를 위하여 상수도용 밸브의 규격에서는 0.98MPa(10㎏/㎠) 이상의 경우에도 호칭압력과 사용압력을 대응시키고 있다.

   라) 상수도용 밸브의 최고허용압력은 호칭압력 4.5K와 7.5KDML 경우 사용압력에 0.54MPa(5.5㎏/㎠)의 수격압을 더한 것으로 결정하였으며 호칭압력 10K 이상의 경우는 KSB 1501의 최고사용압력과 동등한 값으로 적용한다.

1.6.2 수압시험 압력

  수압시험은 밸브의 검시를 위한 중요한 사항이며 밸브의 내압성능을 확인하는 수단이다. 사용압력에 비래 과다한 수압에 견디는 것은 밸브의 과잉품질을 초래하므로 밸브의 규격에서는 시험수압이 규격 등으로 정하여져 합리적인 품질성능을 도모하고 있다.

KS B 2304(밸브의 검사 통칙)에서는 다음의 압력검사를 규정하고 있다.

   가) 밸브몸통 내압검사

   나) 밸브시트 누설검사

   다) 역시트 누설검사

이 규격에서 시험압력은 밸브몸통 내압검사의 경우 최고허용압력의 1.5배, 밸브시트 누설검사는 최고허용압력의 1.1배로 규정하고 있다. 그러나 실제로 시험압력은 각각의 밸브 규격에 따른다.

1.7 밸브의 설치

  제수밸브는 도?송수관의 시점, 종점?분기장소, 연결관, 주요한 이토관에서 원칙적으로 제수밸브를 설치하고 중요한 역 Syphon, 교량, 횡단 등으로 사고 날 가능성이 크고 복구가 곤란하다고 생각되는 장소에는 그 전후에 설치한다.

  제수밸브의 설치목적은 관로내의 유수정지와 유량조절에 있다. 또 유수의 정지는 도?송수 작업상의 필요에 의하거나 사고 또는 공사 때문에 단수를 하되 배출수량을 최소한도로 막고 싶은 경우의 두 가지가 있다.

  특수한 장소나 분기관도 없는 관로에도 충수, 통수, 반출수 등의 작업과 사고시를 고려하여 송수관에서는 1~3㎞ 간격으로, 배수관에서 500~1,000m 간격으로 배관 시스템의 여건에 따라 제수밸브를 설치하는 편이 좋다.

  제수밸브는 축의 방향에 따라 입형과 횡형이 있으며 관경 600㎜ 이상의 개폐장치는 기어(Gear) 식에 의함이 일반적이다.

  제수밸브는 그 전후의 수압이 같거나 그 차가 적은 경우에는 개폐가 용이하나 그 차가 지나치게 큰 경우에는 마찰 저항 때문에 disc의 개폐가 곤란하다. 이 저항은 관경과 수압이 높을수록 크다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 과거에는 Butterfly Valve를 사용하거나 수두 40m 이상으로 관경 400㎜ 이상의 제수밸브에는 부밸브를 설치함으로서 주밸브의 개폐에 앞서 부밸브를 개폐, 양측의 수압이 균형이 되도록 하여 주밸브의 개폐를 용이하게 하는 방법을 사용하였으나 현재는 밸브 구동기기의 발전 등으로 인하여 부밸브 설치를 생략하는 경우가 많다.