일방향 밸브라고도 불리는 체크 밸브는 유체의 흐름이 한 방향으로만 흐르도록 하는 장치로써 주요 목적은 시스템의 역류를 방지하는 것입니다. 이번 글에서는 체크 밸브 작동 원리 및 11가지 종류 관련해서 살펴보도록 하겠습니다.
Ⅰ. 체크 밸브 개요
체크밸브는 유체와 기체의 흐름을 한 방향으로 흐르게 하고 역류를 방지하도록 설계된 자동 안전장치입이다.
압력이 가해지면 유체가 밸브 시트에서 디스크를 밀어내고 출구를 통해 빠져나가는 입구의 밸브로 들어갑니다.
또한, 디스크가 열린 상태로 유지되도록 압력이 유지되는 한 흐름은 꾸준히 계속되고, 압력 강하가 발생하면 디스크가 자동으로 시트로 돌아가 흐름을 차단합니다.
밸브를 여는 압력을 크래킹압력(Cracking Pressure)이라 하며, 체크밸브의 크기, 용도, 기능에 따라 3psi에서 350psi까지 다양합니다.
체크 밸브는 가스나 액체가 올바른 방향으로 흐르도록 보장하고 누출을 방지하기 위해 밀봉되며 액체의 흐름을 제어함으로써 펌프와 압축기가 심각한 손상을 입지 않도록 보호합니다.
체크밸브의 명칭은 용도와 제조방법에 따라 달라집니다.
많은 이름에는 include clack, non-return (NRV), reflux, retention, one-way 밸브가 포함됩니다.
설계 및 기능의 단순함에 관계없이 펌프, 배관 시스템 및 유체 이동을 보호하는 데 필수적인 요소입니다.
가장 일반적인 유형의 체크 밸브인 스윙 밸브는 유체 흐름 중에 디스크가 완전히 방해가 되지 않는 풀 포트 설계입니다.
방향 흐름에 따라 디스크가 열리고, 흐름이 계속되면 디스크는 열린 상태로 유지되며 흐름이 느려지거나 멈추면 디스크는 중력에 의해 닫힌 위치로 이동합니다.
체크 밸브의 주요 기능은 펌프 및 기타 메커니즘을 손상시킬 수 있는 역류를 방지하는 것입니다.
체크 밸브가 닫히면 시스템의 유체가 닫힌 체크 밸브에 부딪혀 수격 현상이 발생할 수 있어 체크 밸브 작동의 이러한 측면에서는 탄력성과 내구성이 뛰어나고 고품질 재료로 제작되어야 합니다.
체크 밸브는 소음이 있을 수 있으므로 소음을 억제해야 합니다.
이를 위해 다양한 형태의 컨트롤이 추가되는데, 서지를 제어하고 밸브가 갑자기 닫히는 것을 방지하기 위해 스프링, 레버 또는 추가 밸브 구조에 설계되었습니다.
Ⅱ. 체크 밸브 작동 원리
1. 크래킹 압력
체크 밸브는 밸브를 열고 매체를 통과시키기 위해 최소 업스트림 압력(입구와 출구 사이의 압력 차)이 필요합니다.
밸브가 열리는 최소 업스트림 압력을 체크 밸브의 ‘크래킹 압력’이라고 하는데, 특정 크래킹 압력은 밸브 설계 및 크기에 따라 변경되므로 시스템의 압력이 선택한 체크 밸브의 크래킹 압력을 생성할 수 있는지 확인 바랍니다.
2. 폐쇄
상류 압력이 크래킹 압력 이하로 떨어지거나 배압(출구에서 입구로 이동하려는 흐름)이 있으면 체크 밸브가 닫힙니다.
일반적으로 체크 밸브에는 체크 밸브를 닫기 위해 씰에 눌러지는 게이트, 볼, 다이어프램 또는 디스크가 있으며 중력이나 스프링이 닫히는 과정을 도울 수 있습니다.
입구 압력이 크래킹 압력 아래로 감소하거나 배압이 있으면 밸브는 중력, 스프링 및 배압을 사용하여 닫힙니다.
3. 설치 방향
- 한 방향 밸브는 한 방향으로만 흐름을 허용하므로 올바른 설치 방향을 아는 것이 중요하며, 일반적으로 밸브 하우징의 화살표는 흐름 방향을 나타냅니다.
- 화살표가 없으면 밸브를 검사하여 원하는 흐름 방향으로 설치되었는지 확인하시면 됩니다.
- 밸브를 뒤쪽으로 설치하면 매체가 시스템을 통해 이동할 수 없으며 결과적으로 압력이 증가하여 손상될 수 있습니다.
- 상시 개방형 체크 밸브는 매체가 자유롭게 흐르도록 허용하지만, 역류 발생의 경우 흐름을 차단합니다.
- 일반적으로 닫혀 있는 체크 밸브는 크래킹 압력이 높아질 때까지 매체의 흐름을 방지하고 이 시점에서 밸브가 열립니다.
Ⅲ. 체크 밸브 유형
체크 밸브는 설계에 따라 다르게 작동합니다. 가장 일반적인 체크 밸브는 스프링이 장착된 인라인 체크 밸브이지만, 다음에서 여러 유형을 살펴보실 수 있습니다.
1. 스윙 체크 밸브
스윙 체크 밸브는 역류 방지 밸브 또는 단방향 밸브 역할을 하는 자동 작동 밸브입니다.
앞으로의 흐름을 허용하기 위해 밸브 시트의 경첩에서 흔들리는 디스크를 가지고 있고, 흐름이 멈추면 역류를 멈추기 위해 다시 제자리로 돌아가는데 이 때, 디스크의 무게는 복귀 흐름의 충격을 견딜 수 있을 만큼 충분해야 합니다.
스윙 체크 밸브는 난류가 적고 압력 강하가 낮습니다.
레버 및 웨이트 스윙 체크 밸브는 수격 현상이 발생할 가능성이 있는 경우에 사용되며, 레버 및 스프링이 있는 밸브는 고압 및 고유속 응용 분야에 사용됩니다. 스윙 체크 밸브의 종류에 관계없이 디스크를 정기적으로 점검하고 청소해야 합니다.
2. 웨이퍼 체크 밸브
웨이퍼 체크 밸브에는 흐름을 차단하거나 허용하기 위해 회전하는 얇은 디스크가 있어 미디어의 흐름이 한 방향으로 흐르도록 허용되어 디스크가 시트에서 들어 올려집니다.
흐름이 반대 방향이면 디스크가 닫혀 밀봉되어 역류를 방지하며, 많은 경우 디스크에 스프링이나 레버를 부착하여 닫힘 시간을 단축하고 수격 현상을 줄이는 데 도움이 됩니다.
얇고 짧으며 콤팩트한 디자인의 웨이퍼 체크 밸브는 소형 파이프 시스템과 고체 또는 반고체 매체를 이동하는 시스템에 이상적입니다.
3. 틸팅 디스크 체크 밸브
틸팅 디스크 체크 밸브는 디스크 중앙에 피벗 지점이 있어 유체가 디스크 상단과 하단으로 흐르며, 흐름 역류가 자주 발생하는 곳에서 자주 사용됩니다.
디스크가 열리면 흐름이 디스크를 계속 열어 두는데, 이는 흐름 속도로 인해 디스크가 열린 상태로 유지되는 스윙 체크 밸브와 다릅니다.
디스크는 작고 가벼우며 무게 중심이 회전점에 가까운데, 이는 낮은 유속으로 낮은 압력 강하를 가지며 높은 유속으로 더 높은 압력 강하를 갖습니다.
4. 볼 체크 밸브
볼 체크 밸브는 밸브 내에서 상하로 움직이는 볼을 사용하여 흐름을 차단합니다. 밸브의 시트는 볼에 맞게 설계되었으며 볼을 시트로 안내하는 원뿔 모양의 챔버가 있습니다. 볼의 무게는 펌프 용량과 워터 해머 가능성에 따라 달라질 수 있습니다.
역류는 볼을 다시 시트로 이동시켜 흐름을 차단합니다. 흐름에 충분한 압력이 있으면 공이 흐름에서 멀어집니다. 압력이 감소하면 내려와 시트로 유도됩니다.
5. 버터플라이 체크 밸브
버터플라이 체크 밸브는 이중, 접이식 디스크, 이중 디스크 또는 분할 체크 밸브라고도 하며, 그림에서 볼 수 있듯이 디스크의 절반은 유체가 앞으로 흐르는 동안 중심선을 향해 열립니다.
역류의 경우 절반이 열리고 파이프가 밀봉되고, 반쪽이 이동해야 하는 짧은 거리가 디스크에 대한 슬래밍 효과를 줄여줍니다.
버터플라이 체크 밸브는 매우 조용하게 작동하므로 난방, 환기 및 공조 시스템에 이상적입니다.
6. 리프트 체크 밸브
리프트 체크 밸브의 흐름은 밸브 시트 아래로 들어갑니다. 흐름의 압력으로 인해 디스크나 볼이 시트에서 들어 올려집니다.
흐름이 약해지거나, 느려지거나, 역전되거나, 멈추면 중력으로 인해 디스크나 볼이 시트 아래로 내려가는데, 이는 유량과 속도가 높은 시스템에 이상적입니다.
7. 자동 체크 밸브
포펫 체크 밸브라고도 알려진 무음 체크 밸브는 유체 흐름이 역전되기 전에 닫혀 수격 현상이나 충격을 방지하며, 무음 체크 밸브의 장점은 빠르고 원활하게 닫혀 주변 자재의 손상을 방지한다는 것입니다.
8. 덕빌 체크 밸브
덕빌 체크 밸브는 고무나 합성 엘라스토머로 만들어지며 오리의 부리 모양을 하고 있습니다.
밸브의 열린 끝은 배출구를 거쳐 공급 라인까지 늘어나고, 다른 쪽 끝은 정상적인 모양을 유지합니다.
상류 압력으로 인해 덕빌 립이 열려 흐름이 허용되는데, 압력이 증가하면 입술이 더 넓게 열리고 압력이 낮아지면 입술이 다시 평평해지고 닫힙니다.
9. 다이어프램 체크 밸브
다이어프램 체크 밸브에는 고무 다이어프램 또는 디스크=c가 있습니다. 밸브는 밸브 입구측의 씰링 표면과 함께 시트 영역의 중앙에 위치하며 중앙에 개구부가 있습니다. 역류로 인해 고무 디스크=가 밀봉 개구부를 덮게 되어 입구 입구가 닫힙니다.
10. 풋 체크 밸브
풋 체크 밸브는 펌프에 연결된 파이프 하단에 있습니다.
이는 잔해물을 차단하는 스크린이 있는 볼 체크 밸브처럼 작동하며, 밸브의 개구부는 라인의 개구부보다 큽니다.
풋 밸브는 펌프를 프라이밍 상태로 유지하고 펌프가 작동 중일 때 흡입은 파이프와 풋 밸브를 통해 물을 끌어올립니다.
펌프가 꺼지면 중력에 의해 파이프 안의 물이 뒤로 당겨지는데, 풋 체크 밸브는 물이 떨어질 때 물의 경로를 막고 물의 무게에 의해 닫히는 밸브입니다.
11. 공압식 체크 밸브
공압식 체크 밸브 또는 공기 체크 밸브는 공기가 들어오고 나가는 것을 방지하여 압축기의 공기 흐름을 제어합니다. 한 방향으로 공기 흐름이 필요한 공압 회로에 배치됩니다.
Ⅵ. 체크 밸브를 만드는 데 사용되는 재료
대부분의 체크 밸브는 고압 조건을 견딜 수 있도록 내구성 있는 재료로 제작됩니다. 체크 밸브를 만드는 데 사용되는 일반적인 재료에는 PVC, CPVC, 청동, 황동, 철 및 스테인레스 스틸이 포함됩니다.
1. 폴리염화비닐(PVC)
PVC는 부식에 강하고 유연합니다. PVC의 매끄러운 표면으로 인해 체크 밸브 부품이 쉽게 움직일 수 있습니다.
2. 염소화폴리염화비닐(CPVC)
CPVC는 PVC와 품질이 동일하지만 고온 응용 분야를 견딜 수 있습니다.
3. 청동
청동은 저압 및 중압 응용 분야에 사용할 수 있고 복잡한 구성으로 주조할 수 있으며 내식성이 있습니다.
4. 황동
황동은 청동과 동일한 성능과 가공성을 가지며 청동보다 가격이 저렴합니다.
5. 주철
주철 체크밸브는 내식성이 우수하여 냉온수, HVAC, 증기, 가스, 유틸리티 서비스에 사용됩니다.
6. 연성이 있는 철
연성이 있는 철은 3% 이상의 탄소를 함유하고 있어 쉽게 구부러지고 성형될 수 있습니다. 주철보다 강하고 체크 밸브로 성형하기가 더 쉽습니다.
7. 철
철은 증기, 물, 석유 및 가스 응용 분야에 사용됩니다. 광범위한 온도와 압력을 견딜 수 있는 탁월한 성능으로 인해 높은 비용이 균형을 이루고 있습니다.
8. 스테인레스 스틸
스테인레스 스틸은 부식에 강하고 내구성이 뛰어나며 화학 응용 분야를 포함한 가혹한 조건에서 사용할 수 있습니다.
9. 폴리프로필렌(PP)
PP는 CPVC, PVC에 비해 내식성이 뛰어나 체크밸브 제조에 사용됩니다.
10. 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF)
PVDF 플라스틱은 탁월한 순도와 산, 용제 및 탄화수소에 대한 내성이 필요한 응용 분야에 사용됩니다.
11. 주강
주강은 변형, 파손, 휘어짐이 없이 급격한 충격에 강하기 때문에 체크밸브 제작에 사용됩니다. 또한 모든 유형의 체크 밸브로 쉽게 모양을 만들 수 있습니다.
Ⅴ. 마무리
- 체크 밸브는 가스나 액체의 흐름을 제어하는 방법입니다.
- 체크 밸브는 낭비를 방지하고 장비를 보호하는 비용 절감 장치입니다.
- 체크 밸브는 유량, 매체 중력 및 온도, 라인 크기, 압력 및 흐름 속도에 따라 달라지며 이는 아래 차트에서 볼 수 있습니다.
- 기본 체크 밸브는 본체, 시트, 디스크, 커버의 네 가지 개별 부품으로 구성됩니다.
- 여러 응용 분야에 적합한 체크 밸브는 끝없이 다양합니다.