압력 제어 밸브의 기능과 종류 및 릴리프 밸브와 감압 밸브

공압 제어 밸브

공압 제어 시스템은 크게 분류하여 작업 요소, 제어 요소, 신호검출 요소 등으로 구성되어 있습니다. 즉, 공기 압축기에 의해 발생된 공압은 각종 공기 정화 기기에 의해 질이 조정되어 관로를 통해 공압 액추에이터에 전달되어 소정의 목적이나 조건에 맞는 기계적 일을 합니다. 이때 액추에이터가 목적이나 조건에 맞는 일을 하기 위해서는 공기의 압력을 제어하고 유량을 제어하며 흐름의 방향을 변화시키거나 정지시키는 기능의 조작을 실시해야 합니다. 이러한 목적을 위해 사용되는 기기를 통틀어 공압 제어 밸브라고 합니다.

공압 제어 밸브는 그 작용 목적에 따라 압력 제어 밸브, 유량 제어 밸브 및 방향 제어 밸브로 분류되고, 어느 것이나 공압 시스템의 구성에 없어서는 안되는 요소입니다. 이들 밸브는 여러 가지 특성과 조합되어 다양한 기능을 만들어 내며 그 종류도 매우 많고 보통의 공압 시스템에서는 한 개의 액추에이터에 대해 2~4개 정도의 공압 제어 밸브가 사용될 정도로 그 종류나 수량이 다른 공압 기기에 비해 가장 많습니다.

 

압력 제어 밸브의 기능과 종류

컴프레서에서 공기 탱크를 경유하여 시스템으로 보내지는 압축 공기는 시스템의 사용 압력보다 조금 높게 설정되는 것이 보통입니다. 그 이유는 시스템에 사용되는 공압을 안정화시키기 위한 것으로 시스템 전단에서 감압시킨 후 사용합니다. 만일 컴프레서의 압력을 감압하지 않고 그대로 액추에이터에 이용한다면 작동이 고르지 않고 충격이 발생되기도 하며, 필요 이상의 힘이 출력되어 여러 가지 트러블이 발생되거나 기기의 수명을 단축시키게 됩니다.

또한 액추에이터의 사용 빈도가 지나치게 고 다하면 공압이 저하되거나 또는 이상한 상승이 일어나기도 하는데 어떠한 경우든 공압의 변동은 파워(액추에이터의 출력)의 변동으로 나타나므로 사용 공압을 평균화시킬 필요가 있고, 이와 같은 용도에 사용되는 밸브를 총칭하여 압력 제어 밸브라고 합니다. 이 압력 제어 밸브의 종류에는 압력 조절 밸브(감압 밸브), 릴리프 밸브 및 시퀀스 밸브 등이 있습니다.

 

릴리프 밸브

릴리프 밸브의 기능은 회로 내의 공기 압력이 설정치를 초과할 때 유체를 배기시켜 회로 내의 공기 압력을 설정치 내로 일정하게 유지시키는 역할을 합니다. 장치나 작업자를 보호하는 안전밸브와 기능은 같으나 사용 용도에 따라 호칭과 구조가 다를 뿐입니다. 릴리프 밸브의 구조는 직동형 릴리프 밸브와 파일럿형 릴리프 밸브로 구분되며 직동형 릴리프 밸브는 릴리프 압을 조정 스프링으로 설정하는 것입니다.

공기 압력이 다이어 프램에 작용하면 조정 스프링이 작용되고 밸브가 열려 공기는 외부로 배출됩니다.

파일럿형 릴리프 밸브는 외부의 파일럿 신호로 릴리프 압을 설정하는 것으로 파이프 직경이 큰 경우나 원격 조작시에 공압 탱크 회로 등의 최고 압력을 제한하는 안전밸브와 기능은 같으나 구조는 볼 포핏형으로 되어 있어, 1차 측 압력이 상승하여 설정된 조정 스프링 압력보다 초과하면 급격히 대기로 방출시키므로 릴리프 특성이 매우 좋습니다.

 

감압 밸브

감압 밸브는 압력 제어 밸브 중에서 가장 중요한 기능을 가진 밸브이며, 공압 동력원에서 오는 압축 공기를 감압하여 2차측 공기 압력을 일정한 공기 압력으로 설정, 조절함과 동시에 1차 측 공기 압력이 변화하거나 2차 측의 공기 유량 등의 사용 조건이 변동되어도 설정 공급 압력의 변동을 가장 낮게 줄여 안정된 공기 압력을 공급합니다.

감압 밸브를 구조와 기능에 따라 분류하면 직동형과 파일럿형으로 분류되며 이것은 다시 설정 공기 압력 이상으로 될 대 공기 압력을 대기로 방출시키는 기능을 가진 릴리프형과 1차측의 유입 공기를 차단하여 조절하는 논 릴리프형으로 구별되며 저 유량용의 유량 특성을 개선할 목적으로 2차 측 공기를 항상 대기에 방출하는 블리드 방식이 있습니다.

 

직동형 감압 밸브

직동형 감압 밸브는 핸들에 의해 조정 스프링을 조정하면 밸브가 열려 1차측에서 공기가 들어가 조정 스프링력에 대응하는 공기 압력이 다이어프램에 작동되고 2차 측 공기 압력과 조정 스프링력이 평형을 유지하도록 유체의 통로 단면적을 제어합니다. 2차 측 공기 압력이 설정 공기 압력 이상으로 될 대에는 공압과 스프링력의 평형 상태가 무너져 다이어프램이 위로 올라가 스템과의 틈새가 생기고 2차 측의 공기는 릴리프 구멍을 통해 대기로 방출되어 압력이 제어됩니다. 이와 같은 밸브를 릴리프붙이 감압 밸브라고 하며 릴리프 구멍이 없는 것을 논 블리드 감압 밸브라고 부릅니다.

 

내부 파일럿형 감압 밸브

내부 파일럿형 감압 밸브는 내부에 파일럿 기구를 조립한 것으로 2차측 공기 압력의 변화에 민감하게 대응하여 고정도의 압력 제어를 하기 위하여 사용됩니다. 정밀식 내부 파일럿형 감압 밸브는 핸들을 회전하여 조정 스프링을 압축하면 1차 측의 교축부를 통과한 압축 공기는 파일럿 밸브가 닫힘에 따라 노즐 배압이 상승하여 다이어프램을 밑으로 눌러 주밸브가 열리고 1차 측 압축 공기가 2차 측으로 유입합니다.

2차측 공기 압력은 다이어프램의 밑면에 작용하고 파일럿 압에 의해서 발생된 다이어프램의 힘에 대항하며 조정 스프링에 의해 발생된 설정력으로도 2차 측 공기 압력이 피드백 구멍을 통하여 다이어프램의 밑면에 적용되어 평형을 이룹니다. 2차 측 공기 압력이 상승하면 다이어프램이 올라감에 따라 파일럿 밸브가 열리고 노즐 배압이 떨어지며 다이어프램이 위로 눌려져 주밸브가 닫힘과 동시에 배기 밸브가 열려 2차 측의 설정 공기 압력 이상으로 상승한 압축 공기는 대기로 방출됩니다.

 

외부 파일럿형 감압 밸브

외부 파일럿형은 직동형 감압 밸브의 조정 스프링 대신에 외부의 파일럿압으로 압력을 설정합니다.