유압제어밸브(Hydraulic Control Valve) (2024)

본문 기타 기능

유압제어밸브의 개요

밸브(Valve)란 유체를 통과시키거나 막거나, 제어하기 위하여 통로를 개폐할 수 있는 가동 기구를 가지는 기기의 총칭이다. 밸브의 종류를 밸브의 형태 및 기능상의 제어방법에서 구분하여 보면 대략 800~1000 여 종이 될 것으로 예상된다.

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이 중 유압제어밸브란 유압계통에 사용하여 압력의 조정, 방향의 전환, 흐름의 정지, 유량의 제어 등의 기능을 하는 제어기기를 말한다. 밸브를 선택할 때는 형식, 구동장치, 크기, 제어능력 등을 고려하여야 한다. 제어밸브는 방향제어밸브, 압력제어밸브 및 유량제어밸브로 크게 나누어진다.

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유압제어밸브(Hydraulic Control Valve)의 기능에 따른 분류 - [096-2-02]

- 방향제어밸브 (Direction Control Valve : 일의 방향을 제어)

- 압력제어밸브 (Pressure Control Valve : 일의 크기를 제어)

- 유량제어밸브 (Flow Control Valve : 일의 속도(=유량)를 제어)

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유압제어밸브의 특성

- 포핏밸브 (Poppet Valve)

- 스풀밸브 (Spool Valve)

- 관로 내 유체의 개폐작용 및 역류를 저지하는 밸브

- 작동기의 시동 정지 및 운동방향 등을 변환

- 유압의 흐름 방향을 제어하기 위하여 사용하는 밸브

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1. 방향전환 밸브의 형식

전환밸브에 사용되는 밸브의 기본 구조는 포핏 밸브식(Poppet Valve Type), 로터리 밸브식(Rotary Valve Type), 스풀 밸브식(Spool Valve Type)으로 구별할 수 있다.

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1) 포핏형

이 형식은 밸브의 추력을 평형시키는 방법이 곤란하고 조작의 자동화가 어려우므로 고압용 유압 방향전환밸브로서는 널리 사용되지 않으나, 내부 누설이 적고 조작이 확실해 공압용 전환밸브로 많이 사용된다.

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2) 로터리형

밸브 본체가 비교적 대형이고 고압 대용량은 불리하나 구조가 간단하고 조작이 쉬우면서 확실하므로 유량이 적고 압력이 낮은 원격제어용 파일럿 밸브로 사용되는 경우가 많다.

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3) 스풀형

가장 널리 사용되고 있는 것으로 스풀 축 방향의 정적 추력 평형이 얻어지며, 스풀의 원주에 가느다란 홈을 파 놓으면서 측압 평형도 쉽게 얻을 수 있고, 각종 유압 흐름의 형식을 쉽게 설계할 수 있으며 각종 조작 방식을 쉽게 적용시킬 수 있는 특징이 있다. 그러나 밸브 안을 스풀이 미끄러지며 운동하여야 하므로 약간의 간격을 필요로 하기 때문에 누유가 따르게 되는 점이 결점이 있어 로크(Lock) 회로에는 이 형식을 이용하지 않고 포핏 형식을 사용하여 장시간 확실한 로크를 하도록 한다.

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2. 방향전환 밸브의 위치수, 포트수, 방향수

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1) 위치수(Number of Positions)

방향조절 밸브 내에서 다양한 유로를 형성하기 위하여 밸브 기구가 작동되어야 할 위치를 밸브위치라 말한다. 양측 스프링 부착 3위치 밸브에서 밸브의 조작입력이 가해지지 않을 때의 위치를 중립위치라 말하며, 조작입력을 가해서 위치를 변화시킨 후 입력을 제거하면 스스로 원위치(중립위치)로 되돌아오는 현상을 스프링 복원력 (Spring Offset Type) 현상이라 한다. 3위치 전환밸브는 중앙위치가 중립위치이고 좌우의 양위치를 양단위치(Extreme Position)라 하고, 양단위치는 정, 역의 유로를 만드는 것이 보통이다

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2) 포트수와 방향수(Number of Ports and Way)

전환밸브에 있어서 밸브와 주관로(파일럿과 드레인 포트는 제외)와의 접속구수를 포트수 혹은 접속수라 하고, 이 포트의 조합에 따라 조작 상의 운동을 정, 역 혹은 정지 등의 전환을 행할 수 있다.

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3. 전환조작 방법

조작방식은 수동조작(인력조작), 기계적 조작, 솔레노이드 조작, 파일럿 조작, 솔레노이드 제어 파일럿 조작 방식이 사용되고 있다.

4. 체크 밸브(Check Valve)

방향제어 밸브로 가장 간단한 것은 1방향 밸브로 한 방향으로만 허용되고, 반대 방향으로는 흐르지 못한다. 밸브 본체, 포핏 또는 볼, 시트, 스프링 등의 부품으로 구성되어 있고 포핏을 스프링이 밀고 있기 때문에 스프링 쪽에서 유체가 흘러오면 포핏을 밀게 되어 밸브가 계속 닫힌 상태를 유지하게 되므로 유체가 반대로 흐르면 그 유압이 스프링을 밀고 밸브를 열어 유체가 흐르게 된다. 형식에 따라 흡입형, 스피링 부하형, 유량제한형, 파일럿 조작형으로 나눈다.

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5. 감속밸브(Deceleration Valve)

적당한 캠기구로 스풀을 이동시켜 유량의 증감 또는 개폐 작용을 하는 밸브로서 상시 개방형과 상시 폐쇄형이 있다. 또, 귀환 유동을 자유로이 하기 위하여 체크 밸브를 내장시킨 역류 측로형이 있다. 이들 감속밸브의 스풀 끝에는 로러 또는 캠이 붙어 있어 이것에 의하여 스풀을 작동시킨다.

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6. 셔틀밸트(Shuttle Valve)

이 밸브의 구조는 출구측 포트는 2개의 입구측 포트 관로 중 고압측과 자동적으로 접속되고 동시에 저압측 포트를 막아 항상 고압측의 압유만을 통과시키는 전환밸브이다.

- 유압회로 내 압력을 설정치 이내로 유지

- 회로 내 압력이 설정치에 도달하면 회로를 전환하여 환류시키는 밸브

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1. 릴리프 밸브 (Pressure Relief Valve)

이 밸브는 정상적인 압력에서는 닫혀 있으나 어느 제한압력에 도달하면 열려서 펌프에서 곧바로 탱크로 흘러서 회로 내의 압력 상승을 제한한다. 펌프의 유량이 전부 흘러나오려면 밸브가 충분히 열려야 하며, 이때 밸브 내의 압력은 밸브가 열리는 순간의 압력보다는 약간 높다. 펌프의 최대유량에서 최대압력이 릴리프밸브의 지시압력이 되므로 이 밸브의 가장 중요한 기능인 실린더 내의 힘이나 토크를 제한하여 부품의 과부하(Over Load)를 방지하고 최대 부하상태로 최대의 유량이 탱크로 방출되기 때문에 작동 시 최대의 동력이 소요된다.

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2. 감압 밸브(Pressure Reducing Valve)

이 밸브는 유압회로에서 어떤 부분회로의 압력을 주회로의 압력보다 저압으로 해서 사용하고자 할 때 적용한다. 상부의 덮개 속에 내장되어 있는 파일럿 밸브는 포핏, 파일럿 스프링 및 조절나사로 구성되어 있다. 조절나사로 포핏을 누르고 있는 파일럿 스프링의 힘을 조절함으로써 설정압을 결정할 수 있다. 밸브 본체 안에는 스풀과 이것을 아래로 누르고 있는 스풀이 있다. 2차 압력은 스풀의 위치에 따라 감압 출구로 통하는 포트의 크기에 의하여 제어된다. 감압 출구로부터 고압 입구측으로의 압유는 감압 출구의 압력이 설정압 이하일 경우에만 가능하다.

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감압단(Pressure Reducing Station)이 설치되는 배관은 차단밸브를 설치하고, 감압밸브를 우회하는 By-Pass 배관을 설치한다. 감압밸브(Pressure Reducing Valve)와 By-Pass 배관은 안전밸브(Safety Valve)에 의해 보호되어야 한다. 또한, 차단밸브와 By-Pass 배관은 감압밸브의 입구 압력에 맞추어 선택하며, 안전밸브 방출관은 인체에 위험을 주거나 장비나 기기에 손상을 주지 않는 방향으로 향하도록 설치되어야 한다.

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* 릴리프 밸브와의 차이점

릴리프 밸브는 여분의 오일을 탱크에 돌려보내어 주회로의 압력을 설정치 이하로 억제하지만, 감압 밸브는 주회로압력(1차측)보다 낮게 2차 압력을 제어하기 위하여 여분의 오일을 2차 쪽으로 통과시키지 않는 밸브이다.

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3. 시퀀스 밸브(Pressure Sequence Valve)

이 밸브는 주회로의 압력을 일정하게 유지하면서 유압회로에 순서적으로도 유체를 흐르게 하는 역할을 하여 2개 이상의 실린더를 차례대로 동작시켜 한 동작이 끝나면 다른 동작을 하도록 하는 것으로 밸브가 닫혀 있을 때에는 오일이 1차 회로에만 흐르게 하고 열리면 2차 회로에 흐르게 한다.

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4. 카운터 밸런스 밸브(Counter Balance Valve : 배압유지밸브)

이 밸브는 회로의 일부에 배압을 발생시키고자 할 때 사용하는 밸브로, 조작 중 부하가 급속하게 제거되어 연직 방향으로 작동하는 램이 중력에 의하여 낙하하는 것을 방지하고자 할 경우에 사용한다.

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5. 무부하 밸브(Unloading Valve)

이 밸브는 펌프의 송출 압력을 지시된 압력으로 조정되도록 한다. 따라서 원격 조정되는 파일럿 압력이 작용하는 동안 펌프는 오일을 그대로 탱크로 방출하게 되어 펌프에 부하가 걸리지 않게 되므로 동력을 절약할 수 있다.

유압실린더나 유압모터 등 작동기의 운동속도를 제어하기 위하여 유량을 조정하는 밸브이다. 유압 시스템에서 유량을 조절하는 방법은 가변 토출 펌프의 토출유량 변화에 의한 방식과 정량 토출 펌프를 사용하여 유량제어 밸브로 유량을 조절하는 방식이 있다. 이 중 가변 토출 펌프는 효율은 좋으나 복수의 구동기기로 구성된 시스템에서는 개별 속도제어가 어렵고 고가인 결점이 있다.

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1. 교축밸브(니들밸브 : Needle Valve)

유량 조정 밸브 중 구조가 가장 간단한 밸브로 바늘모양의 니들 밸브에 의해 조절되며 작은 파이프 내의 유량 조절에 적합하다. (회로의 유로던면적을 조절하여 통과유량을 제어한다)

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2. 압력보상 유량제어밸브

이 밸브는 압력 보상 기구를 내장하고 있으므로 압력의 변동에 의하여 유량이 변동되지 않도록 회로에 흐르는 유량을 항상 일정하게 자동적으로 유지시켜 주면서 유압 모터의 회전이나 유압실린더의 이동속도 등을 제어한다.

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3. 바이패스식 유량제어밸브

이 밸브는 펌프의 전 유량을 한 가지 기능에 사용하는 경우, 다른 기능을 위해 보내야 하는 경우 등에 사용된다. 이 밸브는 오리피스와 스프링을 사용하여 유량을 제어하며, 유동량이 증가하면 바이패스로 오일을 방출하여 압력의 상승을 막고, 바이패스된 오일은 다른 작동에 사용되거나 탱크로 돌아가게 된다.

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4. 압력온도보상 유량제어밸브

압력 보상형 밸브는 온도가 변화하면 오일의 점도가 변화하여 유량이 변하므로 유량 변화를 막기 위하여 열팽창률이 다른 금속봉을 이용하여 오리피스 개구 넓이를 작게 함으로써 유량 변화를 보정하는 것이 압력 온도 보상 유량조정 밸브이다.

• Globe Valve

• Gate Valve

• Butterfly Valve

• Check Valve

• Ball Valve

• Safety Valve

인터넷에서 밸브 기호를 찾아보았는데, 썩 마음에 드는 것이 없어 미국의 밸브 기호이긴 한데, 잘 정리가 된 것 같아 아래에 본문 내용과 밸브 기호를 소개합니다.

Piping and instrumentation diagrams (P&IDs) are conceptualized during the development and design stages of chemical, physical, electrical and mechanical processes. Everything from ball valve symbols to communication lines are included in a P&ID in order to lay out the proper direction for a process control installation.

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In this article, we highlight some of the most common P&ID valve symbols, process lines, end connections and other vital components.

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What is a Piping & Instrumentation Diagram (P&ID)?

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A P&ID is a detailed, visual representation of a process system. P&IDs include standard symbols that explain :

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- Component identification

- How instruments are connected

- Where instruments are located

- The instruments’ function within a process

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The symbols for these components aren’t drawn to scale and aren’t intended to be dimensionally accurate. Symbols can also be marked with words, letters and numbers for more detail.

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Below is an example of a P&ID for a heat exchange process :

How Are P&IDs Used?

The purpose of a P&ID is to illustrate a system’s process. P&IDs are used for the design and maintenance of the manufacturing processes they represent, and are imperative for troubleshooting and process monitoring. Since they aren’t drawn to scale, P&IDs should not be used as a map or floor plan of the system.

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P&IDs vs. PFDs

P&IDs are often confused with process flow diagrams (PFD). However, a PFD is more of a high-level depiction of a process and doesn’t include as much detail as a P&ID.

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Standardization

The International Society of Automation (ISA) created the ANSI/ISA-5.1-2009 standard that defines the proper ways to use symbols in a P&ID. Although these standards are in place, there may be variations of certain symbols used across industries or companies. But, since all components in a P&ID use text or numbers for further identification, having a basic understanding of the symbols should not be an issue.

Symbol Categories

P&IDs use basic symbols to define the function of each component in the process.

These include the following categories :

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• Valves

• Actuators

• Failsafe Positions

• End Connections

• Process Lines

• Signal Lines

• Vessels

• Pumps, Fans & Compressors

• Sensors, Transmitters & Meters

• Tag Numbers

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Valve Symbols

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2-Way Valves

A 2-way, on/off valve is symbolized by two equilateral triangles that point toward each other. These valves use varying types of lines to represent different types of valves. The direction of the flow is shown by an arrowhead at the end of the line.

The most commonly depicted 2-way valves include :

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• Ball Valve

• Butterfly Valve

• Plug Valve

• Gate Valve

• Globe Valve

• Pinch Valve

• Needle Valve

• Diaphragm Valve

3-Way & 4-Way

ValvesFor multi-port valves, additional triangles are added to the symbol. L-port and T-port valves are depicted by lines within the ball symbol. The flow path is depicted by small arrows by the symbol.

Other Types of Valves

Additional valves are depicted as :

Actuators

The type of actuation is depicted with lines protruding from the center of the valve. A small symbol appears on top of the line for further identification. Electric and hydraulic actuation are shown with letters.

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Failsafe Positions

Actuators with failsafe options are depicted by a line and arrow either pointing toward the ball (failsafe closed) or away from the ball (failsafe open). These can also be defined with the letters “FO” or FC.”

End Connections

The type of connection for a valve (flanged, threaded, welded or socket weld) is displayed using perpendicular lines, circles and squares. For example, the perpendicular lines in a flanged connection show that the valve can be removed without affecting the pipe. Unfilled circles represent temporary threaded connections while permanent welded connections are depicted by filled-in squares. Socket welded connections are displayed using unfilled squares.

Process Lines

Pipes, tubes and hoses are shown by using different styles of lines. Each line is then labeled with a number, which includes defining information about the component’s class, size, insulation and other factors. If pipes cross but aren’t connected, you can keep them separate in the drawing by breaking one of the lines or adding a curve as depicted below :

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Signal Lines

To communicate information between components, P&IDs include symbols for each type of signal.

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Vessels

Storage tanks, drums and process vessels are depicted using the following standard symbols.

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Pumps, Fans & Compressors

Blowers, fume exhausters, air compressors, pressure fans and the like are shown using/variations of the following symbols.

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Sensors, Transmitters & Meters

Instrumentation devices — like sensors, transmitters and meters — measure, record and control different parts of the flow process. In a P&ID, these components are shown using various shapes to represent each instrument and explain how they are connected.

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Horizontal lines are also used to define where an instrument is located and if it is accessible.

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Tag Numbers

Letters and numbers can be included inside the shapes to further dictate information, such as the property being measured and the function associated with that measurement.

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There can be up to 5 letters in a tag :

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- The first letter is for the measured value (current, power, pressure, etc.)

- The second letter is a modifier (gas, ratio, difference, etc.)

- The third letter defines the readout/passive function (sensor, indicate, light, etc.)

- The fourth letter is the output/active function (control station, switch, etc.)

- The fifth letter is a function modifier (run, stop, etc.)

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The letters are followed by a loop number, which indicates the location and function of the instrument. In the example below, FT is a flow transmitter and the 028 sequence number indicates the location of the device. A sequence number is assigned to all devices within the same function.

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