Цифровизация и искусственный интеллект:

올바른 유압 밸브를 선택하면 유체 동력 시스템을 만들거나 망칠 수 있습니다. 밸브 카탈로그 앞에 서서 2방향 밸브가 필요한지 3방향 밸브가 필요한지 고민해 본 적이 있다면 혼자가 아닙니다. 이 두 가지 밸브 유형은 유압 회로에서 근본적으로 다른 용도로 사용되며, 차이점을 이해하면 시간, 비용 및 잠재적인 시스템 오류를 절약할 수 있습니다.

기본적인 대답은 간단합니다. 2방향 밸브에는 2개의 포트가 있어 유체 흐름 또는 중지 여부를 제어(켜기/끄기 기능)하는 반면, 3방향 밸브에는 3개의 포트가 있고 유체 흐름을 제어(방향 기능)합니다. 그러나 이러한 단순한 구별은 귀하의 응용 분야에 어떤 밸브가 속하는지 결정하는 중요한 엔지니어링 세부 사항을 숨깁니다.

유압 시스템의 방향 제어 밸브 이해

방향 제어 밸브는 유압 시스템의 논리 컨트롤러 역할을 합니다. 유압 오일이 언제 움직이기 시작하는지, 언제 멈추는지, 회로를 통과하는 경로를 결정합니다. 엔지니어는 유체 흐름 경로의 상태를 변경하기 때문에 이러한 구성 요소를 스위칭 밸브라고 부르는 경우가 많습니다.

유압 산업에서는 ISO 표준을 기반으로 한 표준화된 명명 시스템을 사용합니다. X/Y 형식으로 표시된 밸브가 표시됩니다. 여기서 X는 작동 포트 수를 나타내고 Y는 위치 수를 나타냅니다. 예를 들어, 4/3 밸브에는 4개의 작동 포트와 3개의 위치가 있습니다. 이 표기 시스템은 파일럿 신호 연결과 같은 제어 포트를 제외하고 주요 유체 흐름을 처리하는 포트만 계산합니다.

위치 카운트(Y)는 밸브가 제공할 수 있는 안정적인 흐름 연결 패턴의 수를 정의합니다. 간단한 2/2 밸브는 기본적인 켜기/끄기 제어 기능을 제공합니다. 3/2 밸브는 유체 전환 기능을 도입합니다. 널리 사용되는 4/3 밸브는 전용 중앙 위치로 복동 실린더를 관리합니다. 2/2에서 3/2, 4/3으로 이동하면 점점 더 정교해지는 시스템 요구 사항에 맞는 제어 복잡성 계층이 추가됩니다.

2방향 유압 밸브: 격리 및 선형 흐름 제어

2방향 밸브는 단순한 유체 게이트로 작동합니다. 단일 통로를 통한 흐름을 허용하거나 차단하기 위해 열리거나 닫히는 문을 상상해보세요. 이 밸브에는 하나의 입구 연결부와 하나의 출구 연결부가 있어 열릴 때 직선 흐름 경로가 생성되고 닫힐 때 완전히 막힙니다.

대부분의 2방향 밸브는 전기기계식 제어를 위해 솔레노이드 작동을 사용합니다. 움직이는 요소(일반적으로 포핏 또는 스풀)는 완전 열림 또는 완전 닫힘의 두 위치 사이에서 이동합니다. 기본 2방향 밸브 작동에는 중간 지점이 없습니다.

2방향 밸브의 기본 상태는 시스템 안전에 매우 중요합니다. NC(상시 닫힘) 밸브는 전원이 차단되면 흐름을 차단하므로 열려면 전원이 필요합니다. 이 구성은 안전이 중요한 절연 애플리케이션을 지배합니다. 전력 공급이 중단되면 NC 밸브가 자동으로 닫혀 유체 흐름이 제어되지 않거나 예상치 못한 액추에이터 움직임이 방지됩니다. 이러한 오류 방지 특성으로 인해 NC 밸브는 격리 지점에 대한 기본 선택이 됩니다.

평상시 열림(NO) 밸브는 반대로 작동하여 전원이 차단되면 흐름을 허용하고 닫으려면 전원이 필요합니다. 엔지니어는 일반적으로 전력 손실 중에 흐름을 유지하는 것이 더 안전한 조건인 응용 분야에서 NO 밸브를 덜 자주 선택합니다.

2방향 밸브의 주요 응용 분야에는 격리, 덤핑, 계량 및 혼합 기능이 포함됩니다. 특별한 경우는 기본적으로 라인 압력에 의해 수동적으로 구동되는 2/2 밸브인 체크 밸브입니다. 체크 밸브는 한 방향으로의 자유로운 흐름을 허용하는 동시에 역류를 차단하여 펌프를 보호하고 특정 회로 분기의 압력을 유지합니다.

2방향 밸브를 선택할 때 엔지니어는 최대 유량(분당 갤런 또는 분당 리터로 측정)과 최대 작동 압력(PSI 또는 bar로 측정)에 중점을 둡니다. 이러한 밸브는 높은 유량에서 격리를 처리하는 경우가 많기 때문에 열린 밸브 전체에서 압력 강하를 최소화하는 것이 중요합니다. 이러한 요구 사항으로 인해 많은 2방향 설계에서는 최소한의 제한으로 가장 큰 내부 흐름 영역을 제공하는 포핏 구성을 지향하게 되었습니다.

그러나 2방향 밸브에는 본질적인 한계가 있습니다. 즉, 외부 도움 없이는 유체가 탱크로 복귀하는 것을 관리할 수 없습니다. 단동실린더를 제어하기 위해 2-way 밸브를 사용하는 경우, 배기유체에 별도의 릴리프 또는 드레인 밸브를 추가해야 합니다. 이러한 제한으로 인해 3방향 밸브는 액추에이터 제어를 위한 보다 통합된 솔루션이 되었습니다.

액추에이터에 따라 다름(A→T 경로는 일반적으로 스프링 재설정 기본값)

세 번째 포트를 추가하면 밸브가 단순한 게이트에서 트래픽 컨트롤러로 변환됩니다. 3방향 밸브에는 압력(P), 작업(A) 및 탱크(T)의 세 가지 특수 포트가 있습니다. ISO 명명 규칙은 이러한 밸브를 3/2(포트 3개, 위치 2개)로 식별합니다. 이는 밸브가 두 가지 고유한 흐름 연결 패턴을 제공한다는 의미입니다.

3-way 밸브의 근본적인 장점은 유체의 목적지를 관리하는데 있습니다. 이러한 밸브는 전환(단일 입력을 두 대상 중 하나로 라우팅), 선택(단일 다운스트림 시스템에 공급하기 위해 두 개의 가압 입력 중에서 선택) 및 혼합(두 개의 유체 입력을 하나의 결합된 출력 스트림으로 결합)의 세 가지 중요한 기능을 수행합니다.

3/2 방향 제어 밸브의 가장 일반적인 응용 분야는 단동식 유압 실린더를 관리하는 것입니다. 이러한 실린더는 유압에 의존하여 한 방향으로 확장되고 내부 스프링 또는 외부 하중을 사용하여 수축됩니다. 3방향 밸브는 두 위치를 통해 두 가지 동작을 모두 조정합니다.

확장 위치에서 밸브 스풀은 T를 격리하는 동안 P를 A에 연결하도록 이동합니다. 실린더 챔버에 압력이 형성되어 스프링 또는 부하 힘을 극복하여 피스톤을 바깥쪽으로 움직입니다. 밸브가 재설정 위치(일반적으로 스프링 복귀)로 돌아가면 P를 격리하면서 A를 T에 연결합니다. 실린더 챔버 압력은 T 포트를 통해 탱크로 배출되어 스프링 또는 부하 위치 에너지가 유체를 탱크로 옮기는 동안 피스톤을 뒤로 밀어낼 수 있습니다.

이 통합된 공급 및 배기 제어는 3방향 밸브를 직렬로 연결된 두 개의 별도 2방향 밸브에서 분리하는 것입니다. 밸브의 재설정 위치에서 A-T 경로의 안정적인 활성화는 결정적인 기능 요구 사항입니다. 이 배기 경로가 없으면 스프링 장력에 관계없이 후퇴 메커니즘이 작동할 수 없습니다. 3방향 밸브는 액추에이터가 모든 조건에서 안전하고 신속하게 초기 위치로 돌아갈 수 있도록 보장합니다.

고압 방향 제어 밸브는 일반적으로 스풀 구조를 사용하지만 L 포트 또는 T 포트 로터리 설계를 통해 3방향 기능을 구현할 수도 있습니다. 이러한 구조는 유체 경로의 혼합 및 전환 동작을 관리하는 데 특히 적합합니다.

시스템 관점에서 볼 때 3방향 밸브는 두 개의 개별 2/2 차단 밸브 기능을 하나의 구성 요소로 결합하여 단일 제어 신호를 통해 유체 공급과 복귀를 모두 관리합니다. 이러한 구조적 통합은 전환 또는 단동 제어를 위해 여러 개의 2방향 밸브를 사용하는 것에 비해 비용 효율성을 향상시키고 배관을 단순화합니다.

직접 비교: 2방향 밸브와 3방향 밸브의 주요 차이점

이러한 밸브 유형 간의 구별은 포트 수를 넘어 제어 토폴로지 및 유체 관리 기능의 근본적인 차이점까지 확장됩니다.

3방향 밸브의 전용 탱크(T) 포트는 필요한 유체 감압에 필수적입니다. 이 복귀 경로가 없으면 스프링 리턴 실린더가 작동할 수 없습니다. 한편, 2방향 밸브는 압력 손실을 최소화하고 밀봉 무결성을 최대화하면서 흐름 경로를 생성하거나 제거하는 단순한 역할에 탁월합니다.

바이패스 회로 또는 액추에이터 제어와 같은 유체 방향 전환이 필요한 응용 분야의 경우 단일 3방향 밸브는 일반적으로 2개 이상의 2방향 차단 밸브를 사용하는 것에 비해 뛰어난 경제성과 공간 효율성을 제공합니다. 일부 다목적 3방향 밸브는 사용하지 않는 세 번째 포트를 연결하여 일시적으로 2방향 밸브로 기능할 수도 있으며, 이는 예비 부품 재고 및 유지 관리 물류를 단순화합니다.

ISO 1219-1 표준은 유체 동력 시스템에 대한 범용 기호를 제공합니다. 그래픽 기호는 기능적 차이를 즉시 전달합니다. 2/2 기호는 직선(열림) 또는 막힌 선(닫힘)을 나타냅니다. 3/2 기호는 2개의 위치 상자 내에 2개의 완전한 내부 흐름 경로 다이어그램을 표시해야 하며, P→A 및 A→T와 같은 경로가 보이는 방향 전환 기능을 확인해야 합니다.

2/2 또는 3/2인지 여부에 관계없이 액추에이터 기호(스프링 리턴, 솔레노이드 제어, 레버 작동)가 위치 상자 측면에 부착되어 활성화 방법을 나타냅니다. 3방향 밸브의 경우 유체 동력 엔지니어링에서 P, A 및 T 포트의 특정 지정이 필수입니다. P와 T 연결을 반대로 하면 펌프가 손상되거나 탱크에 과도한 압력이 가해질 수 있으며, 이는 3방향 설계의 중요한 방향 특수성을 강조합니다. 이와 대조적으로 2방향 밸브는 격리를 수행하기 때문에 P₁ 및 P₂ 포트는 일반적으로 범용이며 흐름 역전은 일반적으로 허용되거나 차단 기능과 관련이 없습니다.

밸브 내부 구조: 포핏 대 스풀 설계

밸브(포핏 또는 스풀)의 물리적 구조에 따라 누출, 속도 및 압력 유지 기능을 포함한 성능 특성이 결정됩니다. 다양한 구조는 2방향 또는 3방향 기능에 더 적합합니다.

포핏 밸브는 거의 완벽한 장벽을 형성하기 위해 밸브 시트를 단단히 누르는 밀봉 요소(디스크 또는 콘)에 의존합니다. 이러한 구조는 뛰어난 밀봉 무결성을 제공하므로 포핏 밸브는 압력 유지 또는 절대적인 격리가 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 포핏 밸브의 내부 누출율은 매우 낮습니다. 짧은 스트로크와 최소한의 유체 방해로 인해 포핏 밸브는 빠른 응답 시간과 높은 유량을 처리할 수 있는 능력을 제공합니다.

포핏 설계는 일반적으로 폐쇄형 크로스오버를 제공합니다. 즉, 전환 중에 유체 경로 사이에 순간적인 상호 작용이나 동시 개방이 없음을 의미합니다. 이 특성은 정밀한 제어가 필요한 애플리케이션에 매우 중요합니다. 그러나 포핏 밸브는 일반적으로 균형이 맞지 않습니다. 입구 압력은 씰을 보조하지만 공급 압력이 제거되면 하류 압력으로 인해 밸브가 열릴 수 있습니다. 이로 인해 포핏 밸브는 하류 압력을 장기간 유지해야 하는 응용 분야에 적합하지 않습니다. 또한 스프링 장력과 유체 압력을 극복해야 하기 때문에 포핏 밸브는 일반적으로 움직임을 시작하기 위해 더 높은 작동 힘이 필요합니다.

스풀 밸브는 밸브 본체 내에서 축 방향으로 움직이는 여러 개의 밀봉 랜드(피스톤)가 있는 샤프트로 구성됩니다. 씰링은 정밀한 제조 공차와 O-링과 같은 동적 씰에 의존합니다. 스풀 구성은 본질적으로 여러 연결을 동시에 관리하도록 설계되어 3방향(P, A, T) 및 보다 복잡한 4/3 또는 5/2 시스템 기능을 구현하기 위한 구조적 요구 사항입니다.

스풀 밸브는 일관된 응답 시간을 제공하며 하류 압력을 유지하는 데 포핏 밸브보다 더 적합합니다. 그러나 여러 포트 간의 연결 및 격리를 동시에 관리해야 하기 때문에 스풀 밸브에는 스풀 랜드에 고유한 내부 누출이 있습니다(스풀 플런저와 본체 보어 사이를 통과하는 소량의 유체). 포핏 밸브의 확실한 밀봉과 비교하여 스풀 밸브는 일반적으로 내부 누출률이 더 높습니다.

스풀 밸브의 내부 누출률이 높다는 것은 펌프가 압력을 유지하기 위해 지속적으로 작동해야 하고, 에너지를 낭비하며 탱크에서 과도한 열을 발생시켜야 함을 의미합니다. 장기간 격리(양방향 기능)가 필요한 간단한 응용 분야의 경우 포핏 밸브의 뛰어난 누출 없는 폐쇄는 에너지 효율성에 큰 이점이 됩니다. 포핏 밸브는 밀봉을 돕는 압력 차이를 극복하기 위해 더 높은 작동력이 필요한 반면, 3방향 및 4/3 시스템에 사용되는 스풀 설계에는 일반적으로 필요한 전환력을 최소화하는 압력 균형 기능이 통합되어 시스템 압력 변동에 관계없이 일관된 성능을 보장합니다.

2방향 밸브의 격리 역할에는 낮은 누출이 중요합니다. 포핏 밸브는 갑작스럽고 중요한 차단 기능에 더 적합합니다. 3방향 시스템에는 스풀 설계가 자연스럽게 수용할 수 있는 포트 간 유체 전달을 관리하기 위한 간단한 전환 상태가 필요합니다. 높은 작동력은 전용 양방향 격리에 적합하지만 복잡한 방향 제어에는 적합하지 않습니다. 스풀 설계를 통해 단일 요소 내에서 두 가지 상태로 세 개의 독립 포트(P, A, T)를 정렬할 수 있습니다.

단동 실린더(스프링 리턴)

최적의 밸브를 선택하려면 포트 및 위치 수 이상의 요소를 평가해야 합니다. 엔지니어는 최대 유량, 최대 작동 압력, 유체 경로 요구 사항 및 작동 방법을 평가해야 합니다.

포트마다 다른 경우가 많은 압력 제한에 주의하십시오. 예를 들어, 리턴(T) 포트 압력 등급은 일반적으로 작업(A/B) 또는 압력(P) 포트보다 훨씬 낮습니다. 한 제조업체의 사양에 따르면 P 포트 최대 작동 압력은 3,625PSI이고 T 포트 최대 작동 압력은 725PSI입니다. 이러한 차이점을 무시하면 시스템 오류가 발생하거나 위험한 상황이 발생할 수 있습니다.

적절한 시스템 통합은 SAE O-링 포트와 같은 표준화된 포트 연결을 통해 견고하고 누출 없는 밀봉을 보장하고 막힘을 방지합니다. 표준 포트 명명법을 일관되게 사용하십시오. 압력 공급은 P, 탱크 리턴은 T, 액추에이터에 연결되는 작업 포트는 A/B입니다.

중요한 격리 지점, 안전 차단 기능 또는 극도로 낮은 내부 누출과 빠른 응답 시간이 타협할 수 없는 요구 사항인 경우 2방향 밸브(포핏 구조 선호)를 선택하십시오. 2방향 밸브는 단순성, 신뢰성 및 강력한 밀봉이 장점인 기본 선형 유량 제어 요소입니다.

단동식 유압 액츄에이터, 유체 경로 전환 또는 입력 흐름의 선택/혼합이 필요한 시스템을 제어하려면 3방향 밸브(스풀 구성 권장)를 선택하십시오. 통합 P-A-T 제어 기능은 액추에이터 관리를 위한 핵심 요구 사항으로, 컴팩트하고 경제적이며 기능적으로 완전한 솔루션을 제공합니다.

유압 시스템에서 2/2 및 3/2 밸브의 역할은 뚜렷하며 서로 바꿔 사용할 수 없습니다. 둘 사이의 차이점은 단지 하나의 추가 포트가 아니라 처리하는 시스템 로직과 유동적 관리 복잡성입니다. 이러한 근본적인 차이점을 이해하면 귀하의 응용 분야에 적합한 밸브를 지정하고 비용이 많이 드는 재설계 및 시스템 성능 문제를 피할 수 있습니다.