직접 제어 밸브

직접 유량 제어 밸브는 유량을 제어하는 오리피스와 유량이 통과할 수 있는 개구부의 크기를 결정하여 밸브를 통과하는 유량을 결정하는 제어 표면으로 구성됩니다.

  • 장점: 이러한 제어 밸브는 비교적 빠르고 저렴하며 유량을 제어하는 데 적은 전력만 사용합니다.
  • 단점은 제한된 압력과 유량만 처리할 수 있다는 것입니다.

전자기 밸브를 예로 들어 보겠습니다.

유량 제어 밸브의 경우 밸브를 열기 위해 극복해야 하는 힘(F)은 오리피스 직경 크기(d)와 밸브에 대한 압력 차이(Δp)에 의해 결정됩니다((F ~ Δp * ¼ d2). 차압 또는 오리피스 직경이 커지면 직접 제어 밸브는 이 압력으로 인해 적절하게 열리지 않으며, 1mm 오리피스에서 200bar 차압의 경우 15N을 초과할 수 있어 밸브가 닫힙니다.

전자식 제어 밸브는 플런저에 약 5N의 힘만 가할 수 있습니다. 더 강한 코일을 사용하여 더 큰 자기력을 전달할 수 있습니다. 그러나 질량 유량 제어기는 전원 공급이 제한되어 있는 경우가 많으며 발생하는 열량도 문제가 될 수 있습니다. 그 결과 최대 유량은 압력과 직경의 제곱에 비례하여 제한됩니다.

요약하면, 대부분의 직접 유량 제어 밸브는 이러한 제한으로 인해 높은 유량이나 높은 차압 또는 절대 압력을 처리하는 데 적합하지 않습니다. 직접 유량 제어 밸브는 1mln/min에서 최대 약 50ln/min의 저유량에 사용할 수 있습니다.

직접 제어 밸브에는 어떤 대안이 있나요?

  • 더 높은 압력을 위해 직접 유량 제어 밸브 재설계
  • 2상 밸브, 간접 제어 밸브 사용
  • 압력 보상 밸브를 사용하여 낮은 압력에서 높은 유량에 도달하기 위해

옵션 1) 고압 직접 제어 밸브

더 높은 압력에 대처하는 가장 쉬운 솔루션은 직접 제어 밸브를 재설계하는 것입니다. 오리피스 크기가 제한되어 있기 때문에 비교적 작은 유량(최대 20ln/min)에 사용할 수 있습니다. 더 큰 압력 차이, 최대 200bar 차압(바드)을 처리하려면 밸브와 질량 유량 컨트롤러 본체가 더 견고해야 합니다. 대부분의 밸브는 씰링 재료가 파열되거나 기계 부품이 200바드에서 발생할 수 있는 갑작스러운 힘을 견디지 못하기 때문에 200바드의 파열을 처리할 수 없습니다.

밸브의 치수는 일반 밸브보다 약간 더 크므로 전체 질량 유량 제어기보다 약간 더 큽니다. 다른 한편으로는 높은 압력 차이에서 밸브를 통한 누출로 인해 낮은 유량이 제한되는 경우가 많습니다.

간접 제어 밸브

간접 제어 밸브

옵션 2) 간접 제어 밸브, 2상 밸브

더 높은 압력과 더 많은 유량(최대 200ln/min)으로 가려면 질량 유량 컨트롤러를 변경하는 데 더 큰 단계를 거쳐야 합니다. 소위 간접 제어 밸브(그림 1)를 사용하면 더 높은 유량과 더 높은 절대 및 차압에 도달할 수 있습니다.

간접 제어 밸브(또는 2상 제어 밸브)는 다음과 같이 구성됩니다:

  • 앞서 설명한 대로 작동하며 추가 동력이 필요하지 않은 직접 제어식 파일럿 밸브(A).
  • 본체에 추가 밸브, 파일럿 밸브(A)에 걸쳐 단 몇 바의 일정한 압력 차이(P1-P2)를 유지하기 위한 압력 보상 부품(B). 이렇게 하면 밸브의 기능에 영향을 미치지 않고 입구와 출구 압력이 모두 변경될 수 있습니다. 압력 보상 부분에 가해지는 압력으로 인해 밸브가 닫힌 상태로 유지됩니다. 상단 밸브가 열릴 때만 압력력이 밸브를 열고 유량을 제어하기에 충분한 작은 값으로 되돌아갑니다.

따라서간접 제어 밸브는직렬로 연결된 두 개의 밸브(A+B)로 구성되며, 압력 강하와 오리피스 크기가 함께 결과 유량을 결정합니다.

2상 간접 제어 밸브의 다양한 변형 제품

실제로 간접 제어 밸브에는 두 가지 변형이 더 있습니다:

  • 첫 번째는 간접 밸브에 3상을 추가하는 것으로, 2상 밸브의 압력 변화를 이용해 더 큰 밸브를 열어 분당 최대 수천 리터까지 더 높은 유량에 도달하는 것입니다. 이 시스템에서 파일럿 밸브는 실제로 주 유량 경로와 평행합니다. 단점은 이 밸브가 상당히 크고 비용이 많이 든다는 점과 주 유량을 제어하는 피스톤을 닫으려면 최소한의 압력 차이가 필요하다는 점입니다.
  • 간접 제어 밸브의 다른 변형은 파일럿 밸브가 다시 주 유량 경로와 평행하지만 평행 경로가 단일 밸브와 고정 오리피스로만 구성되는 밸브입니다. 파일럿 밸브가 닫히면 밸브의 압력이 입구 압력까지 올라가 멤브레인에 의해 주 흐름 경로가 닫힙니다. 파일럿 밸브를 열면 멤브레인의 압력 차이를 줄이고 더 큰 경로를 통해 유량을 제어할 수 있습니다. 멤브레인 밸브의 경우 작동하려면 수십 밀리바까지 더 작은 압력 차이가 필요합니다. 단점은 큰 멤브레인을 사용하면 시스템의 절대 압력이 제한되고 멤브레인을 축소하면 최대 유량이 제한되고 밸브를 닫는 데 필요한 압력 차이가 다시 올라간다는 것입니다.

이러한 밸브의 단점은 크기와 상대적으로 높은 비용입니다. 그 외에도 밸브의 압력 보상 부분을 닫으려면 최소한의 압력 차이가 필요합니다. 또한 오리피스는 여전히 크기가 제한되어 있으므로 200ln/min에 도달하려면 최소 150바 이상의 입구 압력이 필요합니다. 더 낮은 압력에서 이러한 유량을 얻으려면압력 보상 밸브벨로우 밸브와 같은 완전히 다른 종류의 밸브가 필요합니다.

옵션 3) 압력 보상 밸브

직접 제어 밸브를 사용하면 더 큰 오리피스를 사용하고 더 높은 유량에 도달할 수 있지만, 그렇게 하려면 밸브의 압력력을 줄여야 합니다. 이는 압력에 대한 유효 오리피스를 크게 줄인압력 보상형 벨로우 밸브를 사용하면 가능합니다(그림 2).벨로우 밸브를 사용하면 최소한의 압력 차이로 분당 수백 리터의 유량에 도달할 수 있습니다. 그러나 설계상 절대 압력은 제한되어 있으며 밸브는 일반적인직접 제어 밸브보다 훨씬 크고 비쌉니다.

압력 보상 밸브

압력 보상 밸브

결론

질량 유량 컨트롤러에 가하려는 압력과 필요한 배출구 유량에 따라 다음 중 하나를 사용할 수 있습니다:

  • 직접 제어식 고압 제어 밸브(최대 200bar 및 20ln/min) 또는
  • 간접 압력 보상 밸브(최대 700바라 또는 400바드, 200ln/min).

낮은 압력에서 높은 유량에 도달하려면 압력 보상 밸브가 가장 좋은 솔루션입니다.

가장 적합한 제어 밸브는 무엇인가요?

아래에 설명된 밸브 옵션과 사용할 수 있는 유량 및 압력 범위가 요약되어 있습니다.

밸브 유형

유량(ln/min)

압력(abs/델타)

직접 제어 밸브

0.0007..50

0..1005 / 0..40

직접 제어 고압 밸브

0.0007..20

40..200 / 1..200

2상 제어 밸브

0.010..200

4..700 / 4..400

3상 제어 밸브

50..5000

2..20 / 1..20

압력 보상 밸브

0.1..200

0..10 / 0..5

멤브레인 밸브

5..2000

0..10 / 0..10

가스 유량 컨트롤러 및 액체 유량 컨트롤러 또는 전자식 압력 컨트롤러와 함께 유량을 조절하는 데 자주 사용하는 제어 밸브를 살펴보세요.

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