열역학식 트랩은 소형인 크기와 넓은 압력 범위에 대응이 가능하다는 장점이 있습니다. 간단한 구조로 수직과 수평 위치에서도 작동이 됩니다. 이러한 특징들로 열역학식 스팀 트랩은 다양한 트레이싱, 증기 주관, 그리고 비교적 중요도가 적은 공정의 스팀 애플리케이션에서 선호됩니다.

열역학식 스팀 트랩의 기본 종류가 두 가지 있습니다. 열역학적 디스크와 열역학적 충격식. 두 가지 중에서 디스크 트랩이 가장 일반적으로 사용됩니다. 왜냐하면 충격식 트랩은 파일럿 스팀을 누설할 수 있기 때문입니다. 그리고 파일럿 채널이 소량의 이물로 막혀 작동을 하지 않을 수도 있습니다. 이러한 이유로 이 글에서는 디스크 타입의 트랩에 대해서만 다루도록 하겠습니다.

열역학식 디스크 트랩의 경우, 원형 모양의 밸브 헤드(밸브 디스크)가 열리고 닫히는 것에 따라 응축수의 흐름이 제어됩니다. 디스크는 밸브의 가장 상부에 위치하며 다른 부품과는 연결되어 있지 않습니다.

밸브 시트는 두 가지 동심원 링으로 구성되어 있습니다. : 내부 링과 외부 링. 내부 링은 출구 구멍부터 유체 입구 구멍까지 분리하고 스팀이 출구로 단락 되는 것을 방지합니다. 외부 링은 압력 챔버에서 디스크 위쪽 출구로의 증기 누출을 제어합니다.

열역학식 디스크 스팀 트랩은 간헐적, 주기적인 작동 특성을 가지고 있습니다. 밸브 메커니즘이 -디스크와 시트 링으로 구성된- 응축수를 배출하기 위해 몇 초간 열립니다; 그리고 새로운 배출 사이클이 시작될 때까지 일반적으로 더 긴 기간 동안 닫힙니다.

열역학식 디스크 트랩의 열림과 닫힘 동작은 밸브 디스크의 아랫면과 윗면에 작용하는 힘의 차이에 의해 발생됩니다. 이러한 힘은 근본적으로 에어, 응축수 및 스팀과 같은 일반적인 유체의 운동 에너지 및 압력 에너지의 변화에 ​​기초합니다.

초기 가동시 에어가 포함되어 들어오는 유체, 그리고 라인 압력에 응축수(그리고 가끔 증기)가 밸브 디스크의 밑으로 여는 힘(올리는 힘)을 가합니다.;그렇게 함으로써 올라가고 열리게 됩니다. 이 여는 힘은 응축수가 흐를 수 있게 디스크를 올리게 됩니다. 다음 부분에서 디스크 메커니즘이 어떻게 열린 후 닫히는지 설명하겠습니다.

상황 1: 열림위치부터 닫힘위치까지(열역학적 설명)

열린 위치 일 때 디스크 밸브에 작용하는 두 가지 주요 힘이 있습니다. 디스크 위쪽 공간의 증기 압력, 그리고 디스크 밑면에서 흐르는 증기. 밸브를 열고 닫는 작용을 하는 증기는 컨트롤 스팀이라고 알려져 있습니다.

컨트롤 스팀은 습증기 또는 생증기가 될 수 있습니다. 응축수가 트랩에 들어가서 압력 감소로 상변화가 일어난다면 습증기입니다. 응축수 부하가 작거나 설계상 불필요한 증기 손실을 막지 못하는 경우에는 생증기가 될 수 있습니다. 최고의 설계는 생증기의 사용을 최소화하거나 없애고 가능한 습증기를 사용하는 것입니다.

압력실 안에 있는 컨트롤 스팀은 압력×면적의 결과로 밸브 디스크 상부에서 아래쪽으로 힘을 가합니다. 디스크 밑면에 있는 컨트롤 스팀은 높은 속력 때문에 디스크 밑면에 압력 강하를 일으킵니다.

밸브는 축적된 응축수가 배출될 때 응축수가 증기 온도와 가까워지면 닫히도록 설계되었습니다. 닫는 힘이 여는 힘보다 충분히 클 때 밸브는 닫힙니다.

상황 2: 닫힌 위치부터 열린 위치(열역학식 설명)

닫힌 위치일 때 변압실 내의 증기는 밸브 디스크에 닫는 힘을 가하게 되고 디스크 밸브는 닫히게 됩니다..

시간이 지남에 따라 응축수 유입으로 인한 전도 손실, 환경 조건에 의한 방열손실, 외부 링을 통한 다른 손실(마모나 손상으로 인한)로 변압실 내부는 닫는 힘을 잃어버립니다. 닫는 힘이 여는 힘보다 약해질 때 디스크가 올라가서 응축수를 다시 배출하게 됩니다.

닫힌 위치에서 닫는 힘은 디스크 위쪽에 작용하는 증기 압력에 의해서만 결정됩니다. 여는 힘은 디스크 아랫면적의 입구 압력에 의해서 결정됩니다. 여는 힘 영역은 밸브가 닫혔을 때 감소되고 근본적으로 흡입구 지름에 국한됩니다.

단순하게 설명하자면, 밸브 디스크 상부의 표면적이 아래쪽보다 더 크면 큰 힘의 차이를 만들어서 단단하게 닫힙니다. 이러한 표면적의 차이는 양면에 압력이 비슷하게 가해지더라도 밸브가 열리지 못하게 막기 때문에 몇몇 제조업체는 효과적인 실링을 위해 더 넓은 지름의 디스크를 사용합니다. 닫는 힘이 여는 힘보다 약해질 때 밸브가 열리고 새로운 배출 사이클이 시작됩니다.

상황 3 : 스팀 시스템내부의 에어로 열림과 닫힘 (에어 역학적 설명)

초기 가동시에는 적어도 트랩에 유입되는 증기에 상당량의 에어가 포함되어 있습니다. 에어는 증기가 디스크 트랩을 닫는 힘과 유사하게 작용합니다. 그러나 증기와 달리 공기는 환경 조건에서 응축되지 않아 디스크가 열리지 않습니다.;그리고 일반적인 디스크 트랩은 잠그거나 닫을 수 있습니다. 이러한 상태는 에어바인딩이라고 알려져 있습니다. 에어바인딩은 응축수의 체류를 만드는(콜드 트랩) 전형적인 현상을 발생시킵니다. 그리고 이러한 현상을 처리하기 위한 방법이 몇 가지 있습니다. 관련된 정보로 다음을 참고해 주십시오. 에어 바인딩

디스크 트랩 제조업체는 다양한 방식으로 에어바인딩 문제를 처리합니다. 일부는 디스크에 의도적인 에어 누설 경로를 만듭니다. 다른 업체들은 초기 가동시 많은 양의 에어를 배출하기 위해 스트레이너에 독립된 블로우다운 밸브를 만듭니다. 설계의 차이점은 정상 작동 중 나타나는 기능적인 증기 손실 값을 참조하면 분명해질 것입니다. 만약 트랩에 이미 누출 경로가 내장되어 있다면 실링 능력이 처음부터 손상되어 있을 수 있습니다.

에어를 다루는 혁신적인 방법은 초기 가동시 작동하는 내장형 자동 온도 조절 에어 벤트의 조합입니다. 이 첨단 디스크 트랩 디자인은 에어벤트 내장형 디스크라고 불립니다.

초기 가동시 에어가 시스템 밖으로 배출될 때까지 온도 조절 링이 시트를 들어 올립니다. 에어가 배출되고 유체 온도가 올라가게 되면 온도 조절 링은 팽창하고 아래쪽으로 내려가서 위치하게 됩니다. 이 시점부터는 밸브의 열역학적 디스크 작동이 정상적으로 수행되지만 밸브 메커니즘에는 에어를 배출시키기 위해서 만든 배출 경로가 필요하지 않다는 이점이 있습니다.

첨단 열역학식 디스크 트랩의 예

이 설계의 이점은 밸브 메커니즘이 최대한 밀봉되게 만들어진다는 것입니다. 이유는 트랩의 가장 중요한 과제는 증기의 누설을 막는 것 이기 때문입니다.

첨단 열역학식 모델은 라이프 사이클 코스트를 낮추기 위해 다른 특징들을 가지고 있습니다. 개선 사항으로는 신뢰도를 높이기 위한 Y-스트레이너, 초기 가동을 위한 블로우다운 밸브, 수리 시 요구되는 유지 보수 비용과 시간을 줄이기 위한 교체 가능한 내부 부품이 있습니다.