게이트 밸브는 차단용 밸브로써 여러 산업분야에 매우 다양한 형태로 널리 사용되는 밸브이다. 게이트라는 디스크가 시트면과 마찰하면서 열리거나 닫힘으로써 유체 흐름을 제어하는데, 제어의 주 목적은 유로의 차단 개방이다.게이트밸브의 종류는 게이트의 씰링 메카니즘에 따라 구분되는데 다음과 같다. (1)웨지게이트, (2)후렉시블게이트, (3)페러럴 슬라이드 게이트, (4)페러럴 더블 디스크 게이트, (5)스플릿 웨지 게이트, (6)드러우 콘디트 게이트, (7)나이프 게이트, (8)슬루이스게이트, (9)레실리언트 게이트등이 게이트의 씰링메카니즘과 형태에 따라 구분되었다. 이외에 라인 브라인드밸브라든가 펜스록밸브도 게이트밸브 범주로 분류된다. 이들에 대하여는 다음의 각항으로 구체적으로 설명한다. 게이트밸브의 몸체 구성방식은 본네트의 구조에 따라 볼티트 본네트, 프레셔 씰 본네트, 클램프 본네트, 용접형이 있다. 미국 밸브 기준 규격인 ANSI B16.34에 의한 압력 온도기준으로 볼 때 게이트 밸브는 4500#Special까지 이상도 제작가능하고 900#이하의 게이트 밸브는 대부분 볼티드 본네트형이고 1500#급 이상은 용접형 또는 프레셜씰(압력 밀봉기)형식이 많이 쓰인다. 게이트배르의 압력-온도 기준은 Ansi B 16.34기준에 따라125#~4500#까지 모든 밸브 재질에 가능하고, 밸브 크기로는 3/8"(10A)부터 200"(5000A)의 대형 콘디트 또는 펜스톡 밸브 까지 제작이 가능하다. 단지 압력-온도 기준이 300#이상인 경우에는 밸브크기에 제한을 키게 받는다. 300#급 게이트 백브로는 현재까지 36"(900)까지 제작된 기록이 있다. 일반적으로 압력-온도기준이 600#(최고 허용사용압력 104.2 bar)이상인 게이트밸브를 고압 밸브로 구분할 수 있고 300#급 이하는 저압용으로 구분한다. 고온고압의 시스템용으로 게이트밸브를 사용할 시에는 내압에 의한 밸브 구조의 건전성(밸브의 살두께가 커져야 함.)과 고온에 따른 밸브 내부의 구조적 불연속 및 공동부(케비티, Cavity)에서의 이상승압등을 고려한, 열에 의한 밸브구조의 문제점등이 서로 상반된 역학구조를 갖고 있기 때문에 20"~40"(500A~600A)가 최대 제작가능한 크기이다.
온도변화에 의한 이상 승압(pressure locking)
게이트 밸브는 유로의 차단기능을 수행하기 때문에 디스크의 한쪽면만 시트와 완전 밀착하면 된다. 즉, 정상운전시에는 싱글시팅(single seating)만으로도 유로 차단기능이 충분하나 중대형의 게이트밸브중 더블시팅(double seating)을 하는 후렉시블왯지게이트 밸브나 더블 디스크 게이트밸브의 경우 간혹 운전중 착좌(seating)또는 분리(unseating)에 과도한 힘이 걸리는 경우가 있다. 정도가 심할 경우에는 운전불능 상태에 이르고, 나아가 전체 계통의 불시정지를 야기한다. 더블시팅에 의한 밸브조작력의 급격한 증가는 본래의 구동력 산정에 고려된 마진보다 휠씬 크게 나타날 수 있는데, 이 급격한 증가는 다음 그림76과 같이 닫힘 상태에서 배르를 열고자 할 때 생긴다. 이것은 밸브가 닫혀 있을 때 계통압력이나 온도의 천이가 있을 경우 발생하기 쉽다. 일반적으로 더블시팅에 있어서 마찰력(시팅)만을 고려한 게이트 밸브의 조작력은 다음과 같이 계산된다. F=(P1-P2)A1μ+(P2-P3)A2μ 여기서 P1=입구압력, P2=출구압력, A1=입구측 시트경 단면적, A2=출구측 시트경 단면적, μ=시트면 마찰계수밸브가 닫혀있을 때 밸브몸통 공동부는 고립(트랩핑)되어 있게되고, 이때P1 이나P3 (밸브입구 또는 출구의 압력)가 저하 되거나 대기압 상태로 될대 위식에서 보다시피 밸브의 마찰 구동력은 치대 두배가 된다. 이는 게이트 밸브의 전체 구동력에 큰 영향을 줄 수 있다. 더구나 게이트 밸브가 닫혀 있는 상태에서 계통의 압력 스파크나 서지가 일어날 경우, 계통유체의 일부가 밸브몸통의 공동부에 고립될수 있게 되는데. 이 트랩핑된 유체가 계통의 운전에 따라 가열되는 경우 P2의 압력은 유체의 체적 탄성계수에 비례하여 큰 폭으로 증가하여 밸브를 도저히 열수 어슨 상태로 하는 현상을 이상승압 이라고 한다. 일정량의 유체가 온도변화에 따라 팽창함에 따른 압력상승은 이론적으로 다음과 같이 구할수 있다. ΔP=K(Vf-Vi)/ Vi여기서 K=유체의 최적탄성계수,Vf=가열시의 유체의 비체적, Vi=냉각 또는 초기시의 유체의 비체적예로써 밸브몸통의 공동부에 물이 꽉차있는 경우200℉만큼 가열될때의 압력상승은 24,540psi가 되는데 이는 다음과 같이 계산된다. K=300,000psi, Vi=0.01613ft3/16at 100℉, Vf=0.01745ft3/16at, ΔP=300,000(0.01745-0.01613)/0.01613=24,540(psi) 이와같이 ΔP가 증가하게 되면 밸브를 도저히 열 수 없게 되는데, 설사 앞의 걔산에서와 같지 않은 상태(물의 잔존량 10~20%)라도 ΔP는 역시 크다. 그림77은 가열 온도에 따르는 밸브공동부내의 응축수량 대비 압력상승의 값을 보여주고 있다. 게이트밸브에서 이러한 문제는 밸브의 구동장치를 크게 하여야 할 뿐 아니라 경우에 다라서는 운전불능의 심각한 문제를 야기한다. 이러한 문제를 사전에 방지하기 위해서는 그 근본원인인 게이트 밸브 몸통에서의 트랩핑 압력을 완화시키는 바업은 찾아야 한다. 다음은 이에 대한 해결 아이디어 들이다. 밸브 몸통 공동부와 밸브의 입구 또는 출구측과 바이패스배관9통상3/4"~1"크기)를 설치하고 이 바이패스배관에 수도형의 소형 그로브 밸브를 달아 밸브 또는 시스템 테스트시 이 바이패스밸브로써 이상승압 현상을 사전에 예방한다. 디스크, 밸브 입구측에 위치한 디스크를 사용하지 않는다. 즉 입구측 디스크에 V 노치등을 만들면 이 디스크9한쪽0 는 시트로서의 역할을 하지 않는 대신 밸브공동부에서의 이상승압을 자동적으로 배출(릴-이프)시킴으로써 이상승압이 발생할 수 없다. 밸브 입구측 디스크면에 드릴구멍을 낸다. 밸브몸통공동부에 릴-이프 밸브를 장착한다. 예)공동부내에 물함유량이 30%이상 상온 (20℃)에서 510℃까지 가열하였을 때 배르 공동부내의 압력은 약590bar 가 된다.