Valve용 Seal 개요

Valve 외부누설을 차단하기 위해서는 누설 개소에 Seal을 사용해야 하는데 Valve에 있어서 Seal은 Valve의 다양성 만큼이나 다양한 형태로 사용되고 있다.

 

 

 

Valve용 Seal 개요

 

배관 Line 또는 압력용기에 사용되고 있는 Valve는 유체압력에 따른 기기 등의 보호, 유량의 조절 및 개폐를 하기 위한 것으로 Plant의 운전을 Control 한다는 점과 Plant에 사용되는 배관 재료비의 50% 정도를 차지한다는 점에서도 매우 중요한 것이라 하겠다. 대표적인 Valve로는 Gate Valve, Globe Valve, Check Valve, Butterfly Valve, Boll Valve, Cock Valve, Control Valve 등이 있으며 각 Valve는 나사 접합식, 플랜지 접합식, 차임 용접식이 있다.

 

Valve의 누설

이러한 Valve의 누설을 살펴보면, 내부 누설과 외부 누설로 나누어 생각 할 수 있는데 내부 누설은 Valve 자체의 성능 저하를 초래하는 결과를 낳지만 외부 누설은 환경 오염 및 유체의 특성에 따라 폭발, 독성에 따른 인체의 중독 등을 가져온다. 따라서 외부누설을 차단하기 위해서는 누설 개소에 Seal을 사용해야 하는데 Valve에 있어서 Seal은 Valve의 다양성 만큼이나 다양한 형태로 사용되고 있다.

 

<그림 1> Valve에서의 누설

 

 

Valve 누설 방지 방안

일반적으로 Valve Bonnet부와 관 연결부에는 Gasket이 사용되며, Valve Stem에는 각종 Packing 류가 사용되고 있다. 최근에는 대기오염 방지를 위한 각종 규제들이 강화되면서 Seal 수명 및 외부로의 누설량을 없애기 위한 여러 가지 방안들이 가구되고 있다.

이러한 방안들을 살펴보면 다음과 같다.

① Gasket와 Packing의 역할을 동시에 수행하는 Bellow Valve (그림 2, 그림 3)

 

<그림 2> Bellows를 사용한 Linear Valve	<그림 3> Bellows를 사용한 Rotary Valve

② Double Gland 방식 (그림 4)

<그림 4> Double Gland를 사용한 Valve

 

③ Live-Loaded Gland 방식 (그림 5)

<그림 5> Live-loading System 사용한 Valve 을 사용한 Valve

 

 

Valve Stem Box용 Seal의 종류

Valve Stem Box에 사용하는 Seal은 Lip Packing류와 Squeeze Packing류, Bellows, Diaphragm 그리고 편조형 Gland Packing 이다.

이러한 Packing류에서 그 사용이 많은 V-Ring, Cone Ring, U-Packing에 관하여 그 특징과 사용범위에 대하여 살펴 보면 다음과 같다.

 

1. V-Ring

충진재 함침 PTFE, 순수 PTFE, 고무 등을 사용한 V-Ring은 내압에 따라 V-Ring의 Lip부위가 넓혀져 밀봉하는 자봉식 Packing이다. 특히 저 Torque를 필요로 하는 軸용 Seal이다.

(1) 성능은 각 재질에 따라 다르기 때지만 충진재가 함침된 PTFE을 사용할 경우의 성능은 다음과 같다.

최고 압력 : 20 MPa

최고 온도 : 200℃

최고 속도 : 0.5 m/sec

 

(2) 재질과 사용 한계

재질	사용 온도 범위	최고 사용 압력	특징
W 무충진 PTFE H Glass fiber + MoS2 충진 PTFE R 탄고섬유 충진 PTFE	-70～100 -30～150 -30～200	7.0 [70] 15.0 [153] 20.0 [204]	저마찰계수, 밀봉성이 우수함 Creep 특성이 우수함 고온,고압 Creep 특성이 우수

(3) 사용상의 주의점

① 마무리 정도 : 축과 홈의 마무리 정도는 3.2 보다 낮게 가공한다.

② 체결압 ; 투영 단면적당 0.3~1.0 MPa

③ 증 체 : 온도 Cycle이 가해지거나, 온도Cycle이 감해진 후에는 증체하여야 한다. 단 증체가 어려운 경우 Spring을 사용한다.

④ 기 타 : 축과 홈의 입구부에서는 면취를 시행하여 V-Ring이 손상되는 일이 없도록 한다.

 

* 온도와 압력의 사용 구분

 <그림 6> V-Ring의 온도, 압력에서 사용 구분

 

 

2. Cone Ring

Cone Ring은 조립치수가 작기 때문에 각종 Valve의 Stem용 Seal로써 사용되고 있다. Seal에 필요한 체결력은 V-Ring에 비하여 큰 힘이 필요하다.

(1)성능

압력 : 5.0 MPa

온도 : 180 ℃

 

(2)재질과 사용한계

 

재질	사용 온도 범위	최고 사용 압력,	특징
W 무충진 PTFE H Glass fiber + MoS2 충진 PTFE R 탄고섬유 충진 PTFE	-70～100 -30～150 -30～200	1.0 [10.2] 3.5 [35.7] 5.0 [51]	저마찰계수, 밀봉성이 우수함 Creep 특성이 우수함 고온,고압 Creep 특성이 우수

(3)형상

N 형: 취급부의 치수가 작아도 사영할 수 있는 특징을 가지고 있다.

W 형 : Stem에 2개의 Ring으로 밀봉을 하기 때문에 손상이 적어 안전성을 기할 수 있다.

 

<그림 7> Cone Ring의 형상

 

3. U-Packing

U Packing은 단면 형상이 U자의 형상 또는 Y자의 형상을 가지고 있어 붙여진 이름으로 고무 종류를 사용하여 유압 작동용 액츄에이터용의 Packing으로 잘 알려져 있다.

(1)성능

① 내약품성 : 우수 ( 내장 재질과 동일)

② 온도 한계 : -200 ~ +260

③ 최고압력 : 판 Spring형 ------- 25.5 MPa

                       Coil Spring형------- 68.6 MPa

④ 최고 속도 : 1 m/sec

 

(2)형상

다음 그림은 PTFE 소재를 사용한 Valve Stem용으로 개발되어진 Seal이다.

소개하는 U Packing은 고성능화, Compact화라고 하는 목적으로 개발되어진 것으로서 ,1 Ring만으로도 매우 높은 성능을 지닌 새로운 자봉식 Seal이다

 

<그림 8> P.T.F.E U Packing의 구조

(3) 특징

① V Ring이나 O Ring에 비교해 마찰 저항이 적다.

② 열 사이클에 강하고 넓은 온도 범위에서 사용이 가능하다

③ O-Ring과 같은 사이즈로서 컴팩트한 설계가 가능하다.

④ 내약품성이 우수하다

⑤ 밀봉성이 우수하고, 특히 Coil Spring을 사용한 형태는 저온 영역의 밀봉성이 우수하다.