1. 소음정의 및 종류
프로세스가 대용량, 고압화 추세이기 때문에 공장에서 발생하는 소음이 공해문제가 대두되어 자동밸브 선정시 공해방지 및 작업환경 등을 고려,소 소음 대책을 충분히 고려하지 않으면 안된다.유속은 소음의 직 접적인 원인이 되며 소음 발생원인은 기본적으로 4가지인 유체작용에 의한 소음, 밸브의 기게적 진동에 의한 소음, 플러그의 불안정성에 의한 소음, 고유 진동수에 의한 소음으로 나누며, 이와 같은 원인들이개별적 또는 복합적으로 작용하고, 대책으로는 밸브에서의 대책과 라인상에서의 대책이 있다.
⑴ 소음의 정의
소음이란 통상 원치않는 시끄러운 소리를 말한다. 소리는 진동수와 진폭 에 의하여 변하는데 사람이 감지할 수 있는 진동 범위는 20∼18000Hz이며, 통상적인 대화를 할때 진동수는 3000Hz 정도이다. 따라서 소음은 음압과 진동의 작용에 의한다. 소리의 세기를 나타내는데는 데시벨(Decibel)을 사용하는데 이것은 젊은사람의 정상적인 귀로 감지할 수 있는 가장 약한 소리(1000Hz)를 기준으로 정하고 이것에 10배,100배,1000배의 에너지를 가진 소리를 각각 10, 20, 30dBA 이라 정하였다.
⑵ 소음측정
ISA (Instrument Society of America)에서 발간한 콘트롤밸브 핸드북에 따르면 소음 측정시 밸브의 밸브 출구측의 수평 배관과 밸브 수직방향에 대해 밑으로 45도인 지점에서 0.9m 떨어진 지점에 마이크를 설치한 후에 측정하도록 되어 있으며, KOSO 핸드북에서는 거리를 1m로 규정하고 있다.
⑶ 소음 판단기준
미국 직업안전 건강법에 의하면 밸브 소음은 가장 가까이 있는 작업자의 장소에서 90dBA,SPL(Sound Pressure Level)상태에서 하루 8시간 노출되는 것을 규제하고 있다.
⑷ 소음의 종류
⒜ 기계적인 진동에 의한 소음
유속에 의하여 Port등 움직이는 부분이 진동하는 것으로써 Port Guige 와 Port의 유격이 심하거나 구동부의 힘이 유체압력에 비하여 약할때 일어난다. 기계적인 진동에 의한 소음은 1500Hz 미만으로서 다른 소음과 구별 되고, 딸각 딸각 소리를 내며 계속해서 사용하던 Guide Brushing과 Port 가 마모가 되어 곧 고장이 난다.
⒝ 유체 역학적 소음
유체 역학적 소음은 Non-Cavitation, 캐비테이션 상태, 플라싱 상태일때로 나누어 생각할 수 있다. 이것은 유량에 비하여 밸브 크기가 적을때 유속이 대단히 빨라 일어나는 와류현상,캐비테이션,플라싱 현상에 의한다. Non-Cavitation 유체의 흐름에서는 수축부에서의 와류현상에 의한 소음으로 레이놀즈수 스트레스라 하며, 별로 소음 문제는 없으나 액체 압력이 그 액체의 증기압보다 낮아져 증기상태가 됨으로써 기포가 발생, 붕괴하는 Cavitation 현상이 일어나면 그 기포가 붕괴 될때 많은 에너지가 발생하고 밸브 및 배관에 충돌하여 많은 소음이 일어나는 것은 물론 기계적인 손상을 일으킨다. 기포가 붕괴될때 충격력은 70 ㎏/㎟이 되고, 15∼10000Hz의 광범위한 소음을 발생한다. Flashing 상태일때는 유체의 일부가 증기 상태로 되어서 유량에 영향을 미치나 소음은 크게 일어나지 않는다.
⒞ 기계역학적 소음
가스나 증기에 의하여 발생하는 소음은 기체역학적 소음이라 하며, 자동밸브에서 가장 큰 소음의 원인이 된다. 낮은 휘바람 소리로 부터 심한 진동을 동반한 귀청이 떨어져 나가는 심한 소리가 난다. 비록 느린 유속이라도 난류현상이 일어나는 수축부에선 극심한 소음이 일어날 수 있다.
가장 심한 소음은 캐비테이션이 일어나는 곳인데, 오리피스에서 압축된 유체의 운동에너지가 소음과 진동으로 바뀐 것이다.
2. 소음 대책
소음을 방지하기 위해서 일단 소음이 적은 Low- Noise 밸브를 선택하는 원천적인 대책과 유체의 특성상 원천적 대책으로 할 수 없을때 소음을 줄 일수 있는 여러가지 장치를 하는 경로상에서 줄일수 없는 방법을 택한다.
⑴ 원천적 대책
밸브자체의 소음이 발생할 수 있는 부위는 Seat와 Port가 접촉하는 부분 과 Guide와 Steam이 접촉하는 부위로서 Port수가 많으면 밸브내의 차압이 심하거나 차압비(△P/P1)가 크면 클수록 소음이 크다. △P나 △P/P1에 비례 하여 증가한다. 따라서 차압을 몇단계로 나눠서 감압할 수 있는 특별한 가 공을 Cage 내부에 몇겹씩 설치 한다던가 Cage에 구멍을 뚫어서 단계적으로 압력의 차이를 발생시키면 소음을 줄일 수 있게 된다. 이와같은 방법도 △P/P1이 0.7이내일때 소음을 줄이는데 효과가 있으나 0.7 이상이 되면은 Diffuser를 설치하여야 한다. 또 밸브 종류에 따라서 압력회복이 다르므로 압력회복이 빠른 Ball, Butterfly등은 소음이 Globe 에 비하여 발생하기 쉽다.
⑵ 경로적 대책
밸브자체로서 더이상 소음을 줄일 수 없는 상태로 차압이 클때에는 밸브 후단에 Diffuser, Silencer를 설치 하던가, 두꺼운 파이프를 설치하고, Insulation 을 설치 해야 한다.
⒜ Pipe 두께를 두꺼운것 (Schedule이 큰 것)으로 하면 소음을 줄일 수 있으나 가격은 대단히 높다.
⒝ 보온, 절연(Terminal Isolation)을 하면 평균 3∼5 dBA를 줄일수 있으며, 최고 12 dBA까지 줄일 수 있으나 온도가 문제 될 수도 있다.
⒞ 방음, 절연
1 Inch 두께로 절연을 할때 약 8 dBA로 소음을 줄일 수 있으며, 최고로 24∼27 dBA 까지 감소시킬 수 있다.
이것을 기준으로 하면 일반적으로
① P1 x Cv가 70을 초과하지 않으면 밸브초음은 90 dBA를 넘지 않는다.
② 보온이나 방음시설이 설치되어 있는 곳은 밸브 소음치 보다 10dBA 적어진다.
③ 상류측에 사이렌서가 없거나 소음을 차단하고 있지않는 경우, 하류측에 사이렌서를 설치해도 10∼15 dBA을 저하하기 어렵다.
④ 배관의 두께를 2배로 할 경우 약 5 dBA 적어진다.
⑤ 하류측에 고정식 조리기구를 설치하면 차압이 흡수되어 조건에 따라최고 20 dBA 까지 저하시킬 수 있다