압력 제어 밸브

압력제어 밸브는 유압 시스템 전체 혹은 시스템의 일부 압력을 제어하거나 조절하는 역할을 하며 압력을 제어함으로써 작동기의 힘을 변화시키는 밸브이다.

1. 압력 릴리프 밸브(Pressure relief valve)

유압시스템 전체의 공급되는 최대 압력을 제한하거나 설정하는 밸브로서 밸브 입구 측의 압력을 설정된 압력으로 일정하게 제어한다.

1.1 직동식 릴리프 밸브

직동식 릴리프 밸브는 구조가 간단하고 작동유 오염의 영향을 적게 받으며 가격이 저렴하여 소형 유압장치의 압력제어나 안전벨브로 사용된다.

밸브의 동작은 압축스프링이 포핏에 힘을 가하고 반대 면에 압력P가 포핏의 단면적 A 에 작용한다. 이때 압력이 포핏을 미는 힘 F는 다음과 같습니다.
F = P x A
P : 포핏에 작용하는 유체의 압력[kgf/cm²]
A : 압력을 받는 단면적[cm²]
압력에 의한 힘 F가 조절된 스프링의 힘보다 커지게 되면 포핏은 열리기 시작하여 유량이 도출된다.
결국 입구압력 P는 스프링의 힘에 의해 조절할 수 있게 된다.

크래킹 압력 (Cracking pressure)

밸브가 열리기 시작하여 어느 일정한 유량으로 안정될 때의 압력.
직동식 릴리프 밸브인 경우 시스템 설정 압력의 약 60%에서 이루어진다.

전유량 압력(Full flow pressure)

밸브가 완전히 열려서 시스템의 모든 유량이 통과할 때의 압력.
외부요인으로 압력이 다시 낮아지면, 스프링의 힘에 의해 밸브가 닫히며 스프링의 힘을 조절함으로써 압력을 조절할 수 있게 된다.
(참고) Poppet : 버섯 모양의 밸브

1.2 간접 작동식 릴리프 밸브

직동식 릴리프 밸브로 많은 유량을 통과시키려면 포핏 및 스프링의 크기가 커지므로 조작력 및 정밀도에 문제가 생긴다.
따라서 밸브 내부에 밸런스 피스톤을 내장한 간접 작동식 릴리프 밸브가 사용된다.

압력이 낮을 때 밸런스 피스톤은 스프링에 의해 닫혀 있다.
입구압력 P1이 상승하면 좁은 교축 통로 a 를 통과하고 밸브 내부압력 P2 를 상승하게 하여 포핏에 힘을 가한다.
포핏에 가해진 힘이 조절된 스프링의 힘보다 커지면 포핏이 열리게 되고 P2의 압력이 낮아지므로 P1과의 압력차이에 의해 밸런스 피스톤이 올려져 입구 P1의 유량이 저장 탱크로 토출되어 입구압력 P1이 조절된다.
포핏을 빠져 나온 기름은 내부통로 b 를 지나 저장탱크로 돌아가게 된다.
시스템의 압력이 저하하면 스프링에 의해 포핏이 닫히며 P1 과 P2 의 압력차가 없어져 밸런스 피스톤이 스프링에 의해 닫히게 된다.
조절된 압력은 입구 포트(Port) 에서 감지되며, 스프링의 힘을 조절함으로써 압력을 조절할 수 있다.

1.3 압력릴리프 밸브 비교

직동식 릴리프 밸브간접 작동식 릴리프 밸브 소용량형이다
구조가 간단하다
큰 조작력이 필요하다
응답이 빠르다
원격제어가 안 된다
큰 스프링을 사용하여 압력조절범위가 좁다
사전 누설특성이 나쁘다
(크래킹 압력=설정압력 x 0.6) 대용량이다
밸런스 피스톤이 내장되어있다
가벼운 조작력으로 동작된다
응답이 늦어서 서지 압력 조절범위가 넓다
원격제어가 가능하다
정밀한 스프링에 의해 압력조절범위가 넓다
누설특성이 우수하다
(크래킹 압력=설정압력 x 0.85~0.9)

1.4 압력 릴리프 밸브의 기능

유압 시스템에서 압력 릴리프 밸브는 다양한 기능으로 사용되며 회로에서의 역할에 따라 명칭을 달리하게 된다.

(1) 안전 밸브(Safety valve)
압력 릴리프 밸브를 안전 밸브라고도 하는데, 예를 들어 펌프에 설치되어 과부하로부터 펌프를 보호한다.
밸브의 설정치는 최대 펌프 압력으로 고정된다.

(2) 카운터 밸런스 밸브(Counter balance valve)
배압밸브라고도 하며 실린더에 인장하중이 걸리거나 부하의 관성에 의한 인장하중효과가 발생되면 실린더의 속도조절 기능이 방해 받는데 이를 방지하기 위하여 인장하중이 걸리는 측 배관에 압력 릴리프 밸브를 달아 저항을 주게 된다.
이러한 목적으로 사용되는 압력 릴리프 밸브를 카운터 밸런스 밸브라고 한다.

(3) 시퀀스 밸브(Sequence valve)
설정된 압력에 도달 되면 다른 유압부품으로 유로를 연결시켜 작동기의 동작 순서를 순차적으로 제어하는 밸브를 압력 시퀀스 밸브라고 한다. 이 밸브는 내부 신호를 이용하는 것과 외부신호를 이용하는 것이 있다.

(4) 언로딩 밸브(Unloading valve)
무부하 밸브라고도 하며 이 밸브에서 설정한 압력에 도달하게 되면 펌프의 유량이 저항을 받지 않고 탱크로 귀환된다.
이 밸브가 전형적으로 사용되는 곳이 Two-펌프시스템이다. 즉 저압 펌프와 고압 펌프가 작업을 같이 한다.
가고압 펌프에 고압이 걸리면 저압 펌프 측의 언로딩 밸브를 개방시켜 저압 펌프에서 토출된 유량을 저항 없이 탱크로 보냄으로 에너지를 절약할 수 있고, 열의 발생을 예방할 수 있습니다

(5) 브레이크 밸브(Brake valve)
방향제어 밸브의 급격한 전환이나 관성 모멘트의 결과로 발생되는 피크압을 방지하기 위하여 사용된다.
브레이크 밸브는 주로 유압모터에 설치되어 관성에 의한 유압모터의 손상을 방지하고자 설치된다.

2. 감압밸브(Reducing valve)

유압시스템에서 국부적으로 압력을 낮출 필요가 있을 때 2 차 압력 일정형인 감압밸브를 사용한다.
동작원리는 출구측 A port의 압력이 낮을 때는 스프링에 의해 통로가 열려있고 출구압력이 높아지면 스프링을 밀어 붙여 유로를 차단함으로써 압력이 상승하지 않게 된다.

2차측 A의 압력이 설정값 보다 높아지거나 스프링 힘을 더욱 낮게 조절하면 스풀을 스프링 쪽으로 밀어붙여 2차 측 A의 유량의 일부를 탱크 포트 T로 도출시킨다.
따라서 2차 측의 서지 압력이 제거되므로 압력을 언제나 일정하게 유지할 수 있고, 압력상승 및 하강 조절이 가능한다.