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감압밸브 선정 가이드

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작성자 바램
댓글 0건 조회 1,749회 작성일 21-12-28 11:25

본문

 
 
  
1.1.밸브의 구경이 적합한 구경보다 큰 경우
밸브의 구경이 적합한 구경보다 큰 경우에는 사용 유량에 대해 밸브가 낮은 개도(저개도)에서 운전하게 된다. 저개도(일반적으로 10% 이하의 밸브 개도율)에서는 밸브의 제어성이 나빠지며, 

채터링이(저개도 상태에서 밸브의 열림과 닫힘이 반복해서 발생하는 현상, 소음과진동을 유발) 발생할 가능성이 높아지게 된다. 또한 밸브의가격이 비싸지므로 경제적으로도 효율적인 선택이 아니다.
다만 대구경을 꼭 써야만 하는 상황이라면 감압밸브의 병렬 설치(대구경 밸브와 적합한 구경 밸브를 병렬로 설치)를 고려해볼 수 있으며, 한정된 범위 내에서 V-port 같은 악세서리로 해결할 수 있다.
 
1.2.밸브의 구경이 적합한 구경보다 작은 경우
밸브의 구경이 적합한 구경보다 작은 경우에는 밸브가 높은 개도(고개도)에서 운전하게 된다. 
고개도(일반적으로 80% 이상의 밸브 개도율)에서는 개도율에 따른 유량 증가폭이 크지 않으며, 밸브 제어성이 나빠지게된다. 
또한, 차후 사용 유량이 증가할 시에 유량 부족 현상이 나타나므로, 사용 유량이 밸브 유량 값의 80%이상이라면 구경이 더 큰 밸브를선택하는 것이 좋다.
 
 
 
 
 
2.1.공통사항 <참조 - 상수도 시설기준 2010년판>
밸브의 구경 산정에는 다양한 입력조건이 필요하며, 구경 산정에도 복잡한 수식으로 계산되어 있다. 
상수도 시설기준(2010년도)에는 밸브의 선정에 대해서 다음과 같이 나와있다.
 
밸브는 각각 고유의 특성을 가지고 있다. 밸브 본래의 성능을 제대로 발휘시키기 위해서는 차단이나 제어 등 각각의 용도에 따라 구해진 수리조건과 사용조건을 조사한 다음 이러한 조건이 충족되는 손실계수, 용량계수, 유량특성 등 밸브의 기본특성을 구비한 것을 선정해야 한다. 
즉 상수도 시설의 전체배치, 시설간의 수위관계 등을 충분히 조사하고 필요에 따라서는 현지조사를 실시하여 용도에 적합한 형식의 밸브를 적정한 위치에 설치할 수 있도록 선정해야 한다. 
또 설치공사, 동력원 확보의 용이성, 유지관리의 난이도 등에 대해서도 검토해야 한다.
각 밸브에 공통된 중요한 검토사항을 열거하면 다음과 같다.

① 유량, 압력
② 관로의 수리조건에 대한 적응성
③ 설치장소 및 환경조건에 대한 적응성
④ 캐비테이션
⑤ 수격작용
⑥ 구동방식 및 구동장치
⑦ 경제성 비교
밸브를 선정할 때에는 각 용도에 따라 이와 같은 사항의 검토가 필요하다. 
특히 유량조절기능이 요구되는 제어용 밸브, 방류용 밸브, 감압용 밸브에 대해서는 여러 가지 조건이 구비되어야 하므로 밸브의 기본특성을 충분히 이해한 다음 선정해야 한다.

 
2.2.감압밸브의 선정기준 <참조 - 상수도 시설기준 2010년판>
감압밸브 같은 제어용 밸브를 선정하기 위해서는 다음과 같은 절차를 고려하여 선정하도록한다.
 
① 밸브가 제어할 최대유량과 구경을 가정하고 유속을 구한다.
② 구해진 유속 값이 사용할 밸브의 한계최대유속 이하인지를 확인한다.
③ 최대유량 및 최소유량시 밸브 상․하류의 각종 손실수두 및 최고와 최저압력을 산출한다.
④ 밸브에 요구되는 최대 및 최소의 용량계수를 계산하고 밸브의 유량특성도로부터 최대 개도와 최소 개도를 읽어서, 이 개도가 제어 가능한 범위에 포함되는지를 확인한다.
⑤ 캐비테이션 발생 유무를 검토한다.
⑥ 상기 계산과정에서 ②, ④, ⑤의 조건들이 만족되지 않을 경우에는 밸브의 구경 또는 종류를 변경하고
계산을 다시 수행하여 상기 조건들이 만족되는 밸브의 종류와 구경을 선정한다.
 
구체적인 순서는 다음 <그림 1>에 흐름도로 나타내었다.
< 그림 1 > 제어용 밸브의 선정 흐름도                    
 
 
위의 <그림 1>과 같이 상수도 시설기준을 따라 구경 산정 시, 선행조건 입력과계산과정이 복잡하며, 감압밸브의 특성을 제대로 반영하지 못하는 부분이 생기게 된다.
그래서 ㈜바램에서는 다음과 같이 필수적인 선행조건만으로 간단한 계산과정으로 감압밸브의 구경을 산정한다.
 
a.감압밸브의최대 유량 및 구경 산정 각 밸브의 최대 유량 값 은 다음과 같이 계산된다.
 
 
Kv : Valve의 용량계수 ( 1 kgf/㎠의 차압조건에서의 유량, ㎥/hr )
P1 : 1차측의 압력 ( kgf/㎠ )
P2 : 2차측의 압력 ( kgf/㎠ )
Q : 유량 ( ㎥/hr )
G : 비중 ( Water = 1 )
 
<참고 1> 용량계수 Kv
Kv값은 차압이 1 kgf/㎠에서 밸브가 100% 완전 개방하였을 때 지나가는 최대 유량값으로써 용량계수라고도 한다.이값은 각 회사별 밸브에 대하여 실험값으로 약간의 차이는 있을 수 있다.
Kv값은 밸브 고유의 값이므로 1차측과 2차측의 압력이 바뀌어 차압이 변한다고 해도 Kv값은 변하지 않는다. 그러므로, 밸브 구경산정을 위해서는 Kv값을 계산하는 것이 아닌 각 규격별 밸브의 최대유량과 실제로 사용하는 최대유량을 비교하여, 실제사용하는 최대유량이 각 규격별 밸브의 최대유량보다 작으면 사용이 가능하다. 
 
구경

50

65

80

100

125

150

200

250

300

Kv

48

72

102

178

221

385

672

937

1382

구경

350

400

500

600

700

800

900

1000

 
Kv

1610

1834

2863

3816

5311

7508

9130

13085

 
 <표1. 바램 Y타입 밸브의kv>
 
b.한계 최대 유속
2010년 개정본 상수도 시설기준에 의거하면 배수관로 내의 유속은 0.3 ~ 3 m/s 로 명시되어있으므로 배수관로의 유속이 0.3 ~ 3 m/s 이내인지 확인한다.
 
 
Q : 유량 ( ㎥/hr )
A : 밸브의 단면적 ( ㎡ )
V : 유속 ( m/s )
 
c.캐비테이션 계수 검토
캐비테이션 계수()는 다음과같이 계산된다.
 
 
H1: 밸브 상류측 압력수두(m)
H2: 밸브 하류측 압력수두(m)
 
계산된 캐비테이션 값()이 고유케이테이션 계수(=0.5)보다 크게 되면 케비테이션이 생기지 않는다.
 
<참고 2> 케비테이션(cavitation : 공동현상)
감압비가 클 경우 혹은 유속이 빠를 경우 밸브의 디스크가 거의 닫힌 형태로 운전을 하게 되면 시트부를 통과하는 부분에서 유속의 상승으로 인하여 급격한 압력저하가 발생한다. 이때 압력이 물의 포화 증기압 이하로 내려갈 경우 기포가 생성되는 현상을 말한다. 캐비테이션이 발생하게 되면 소음과 진동이 발생하게 되며, 캐비테이션이 심한 경우에는 기포의 충격파에 의한 침식으로 인한 부식이 발생하게 된다.
 
d.최소, 최대 개도 검토
밸브의 구경이 필요유량에 비하여 너무 클 경우에는 채터링, 맥동 등의 현상이 발생하기 쉬우므로, 입력조건의 최소유량이 선정된 밸브의 개도율 10%이상에서 적합한지 검토한다. 또한 개도율 80% 이상에서는 개도 증가율에 비해 유량 증가가 적고, 제어가 원활하지 않으므로 더 큰 구경을 선정 하도록 한다.
개도율 10% 이하에서 사용하여야 할 시에는V-port를 장착하여 채터링 및 맥동을 방지할 수 있다.
 
상기 계산과정에서 조건들이 만족되지 않을 경우에는 밸브의 구경 또는 종류를 변경하고 계산을 다시 수행하여 상기 조건들이 만족되는 밸브의 종류와 구경을 선정한다.
 
◈ 최대유량 및 최소유량 시 밸브 상,하류의 각종 손실수두 및 최고와 최저압력 산출은 일반적으로 밸브구경 산정 시 특별한 경우가 아니면 고려하지 않는다.
 
  
2.4.구경 산정 방법의 예
밸브 구경의 선택은 일반적으로 주 배관의 구경과 같거나 한 단계 작은 구경으로 계산된다.
그러나, 현재 사용되는 유량이 극도로 작은 경우에는 가끔 두 단계 이상 작은 구경이 계산되기도 한다.
 
a.수리조건 입력 
관로 구경(Dp)

300A

최대 유량(Qmax)

568 /hr

최소 유량(Qmin)

142 /hr

1차측 압력(P1)

4.2 kgf/

2차측 압력(P2)

2 kgf/

 
 
b.감압밸브의 최대 유량 및 구경 산정
 
    에대입하여 계산하면  
구경

50

65

80

100

125

150

200

250

300

Kv

48

72

102

178

221

385

672

937

1382

Q

71.2

106.7

151.2

264.0

327.8

571.0

996.7

1389.8

2049.8

구경

350

400

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