A study on seat structure design for full seal effect of globe valve

Abstract

글로브 밸브는 밸브의 한 종류로, 고압의 배관 내 유로를 개폐하거나 유량을 제어하는 기구이다. 글로브 밸브의 유로 개폐는 바디 내부 구조물인 시트와 디스크의 접촉으로 인해 이루어진다. 다양한 기체 혹은 액체를 운송하기 위해 내부식성이 강한 스테인리스 계 재료로 제작된 밸브는 연신율 또한 뛰어나기 때문에 고압의 작업환경에서 내부 구조물의 뒤틀림으로 인하여 시트의 파손 및 누설이 발생하기 쉽다. 또한 실제 산업 현장에서는 래핑가공 시 디스크와 시트의 접촉면에 남겨진 마이크로 단위의 요철 혹은 조립공차에 따른 축 어긋남과 같은 예기치 못한 누설이 발생하기도 한다. 이러한 문제점을 효율적으로 해결하기 위하여 본 논문에서는 시트 내부에 그루브를 설계하고, 그루브로 인한 시트의 변형에 따라 디스크와 시트가 완전히 접촉함으로써 밸브의 완전 기밀 효과를 유도하였다. 이를 유한요소해석을 통해 그루브의 형상과 치수에 따라 각 시트에 발생하는 응력과 변형량으로 분석하였다. 그 결과, 네모 형상의 그루브를 가진 시트가 디스크로부터 압력을 받을 때 시트와 디스크의 접촉부가 보 형상이 되어 길이 방향의 변형량이 증가하고 내부 방향으로 굽혀지는 자체 보강 효과가 가장 뛰어났다. 이를 통해 시트 자체의 탄성 변형을 이용하여 시트가 유연하게 디스크와의 접촉을 이루며 별도의 장비없이 경제적으로 밸브의 기밀성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한 그루브로 인하여 시트의 강성이 약해지는 것을 고려하여 피로 해석에 대한 연구를 진행하였고, 그루브를 가진 시트가 반복적인 하중에도 충분한 수명을 보장한다는 것을 알 수 있었다.