KR100341174B1

KR100341174B1 - 밸브

Info

Publication number: KR100341174B1
Application number: KR1019950005208A
Authority: KR
Inventors: 스틴보 닐슨
Original assignee: 엠에이엔 비앤드떠블유 디젤 에이/에스
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 2002-11-23
Also published as: FI951188A; DK30194A; DK173289B1; FI110447B; JP3145891B2; KR950033119A; JPH07293733A; FI951188A0

Abstract

본 발명에 따른 밸브(1)는, 폐쇄위치에 있을 때에 유체입구채널(6)내의 압력에 의해 관련된 밸브시트(7)에 대하여 가압되는 가동 밸브 디스크(21)를 구비하며, 유체입구채널과는 반대측에서 밸브 디스크에 연결되며, 압력챔버(16)내에 위치한 액튜에이터 피스톤(13)을 장착한 밸브 샤프트(12)을 구비한다. 상기 압력챔버가 가압된 때에, 밸브가 개방되어, 유체입구채널(6)내의 유체가 밸브시트(7)를 통하여 출구채널(9)로 유출할 수 있다. 밸브 샤프트는, 밸브가이드(11)내에 시일 상태로 위치한 샤프트 피스톤(10)을 지닌다. 그 샤프트 피스톤은 밸브시트의 최소 직경(D_S)보다 더 큰 직경(D_P)을 지닌다. 따라서, 출구채널(9)의 압력은 밸브 폐쇄방향의 힘으로 밸브 샤프트에 작용한다.

Description

밸브

본 발명은, 폐쇄 위치에 있을 때에 유체입구채널내의 압력에 의해 관련된 밸브시트에 가압되는 가동(可動)밸브 디스크를 구비하며, 유체입구채널과는 반대측에서 밸브 디스크에 접속되며, 압력실내에 위치한 액튜에이터 피스톤을 장착한 밸브 샤프트를 구비하며, 압력실이 가압된 때에 밸브의 개방 위치를 향하여 작용하는 힘을 액튜에이터 피스톤에 작용시키고, 밸브 디스크를 밸브시트로부터 이탈시켜 개방위치로 이동시키며, 유체입구채널내의 유체를 밸브시트를 통하여 출구 채널로 유출시키는 것이 가능하도록 하며, 밸브 샤프트가 밸브 가이드내에 시일 상태로 위치한 출구채널내의 유체압력에 의해 밸브의 폐쇄 방향으로 구동되는 샤프트 피스톤을 지니는 밸브에 관한 것이다.

이러한 밸브는 예를 들면, 유럽특허출원 제0395 574호 명세서에 기재된 바와같이 공지되어 있으며, 그 밸브에 있어서, 샤프트 피스톤은 밸브 디스크의 대면하는 부분의 면적과 동일한 면적을 지니며, 밸브의 출구측의 유체압력이 가동 밸브 디스크에 힘을 미치지 않도록 되어 있다. 밸브 디스크상에 돔 형상(dome-shaped)의 재킷을 배치하고, 고정된 밸브 하우징내에서 그 재킷을 지지함으로써, 입구채널내의 유입 유체에 의한 밸브 디스크에 대한 작용을 가능한 한 회피하고 있다. 따라서, 공지의 밸브는 액튜에이터 피스톤에 작용하는 힘에 의해서만 조정될 수 있다. 압축스프링이 밸브의 폐쇄 위치를 향하여 상향으로 액튜에이터 피스톤을 가압하며, 제어밸브를 개방시킴으로써, 밸브의 입구채널내의 유체에 의해 액튜에이터 피스톤 상방의 압력실을 가압할 수 있다. 압력실이 액튜에이터 피스톤의 스로틀 통로를 통하여(밸브의 개방 위치에서 압력실로부터 압력 유체를 배출하는)드레인 포트(drain port; 배수구)에 연결되어 있으므로, 밸브는 통상 폐쇄위치에 보지되도록 되어 있다. 상기 공지의 밸브에 있어서는, 압축스프링이 고장난 경우에, 밸브를 폐쇄하는 것이 불가능하다.

본 발명의 목적은, 밸브의 신속한 폐쇄능력에 영향을 미치지 않고, 장기간에 걸쳐 밸브의 개방상태를 유지하는 것이 가능한 밸브를 제공하는 것이다. 상기 밸브의 폐쇄기능은 매우 신뢰성이 있도록 의도되어 진다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 밸브가 특징으로 하는 것은, 샤프트 피스톤이 밸브 샤프트에 장착된 별개의 부재로 이루어지며, 상기 샤프트 피스톤은 그 샤프트 피스톤측의 밸브시트의 최소직경보다 큰 직경을 지니며, 입구채널 내의 압력과는 별개로 액튜에이터를 작동시키는 것이 가능하도록 한 것이다.

그 밸브는, 밸브를 삽입한 유체채널의 신뢰있는 차단을 보장하는 실질적인 안전기능을 지니는 장치에 사용하기에 적합하다. 밸브가 개방될 때, 출구채널에서의 유체압력은 밸브 샤프트와 샤프트 피스톤의 전체 횡단면적에 의해 결정되는 가동 밸브의 면적에 작용하며, 따라서, 밸브 샤프트는 유체 출구채널에서의 압력의 밸브 폐쇄방향의 힘의 영향을 받는다.

밸브가 폐쇄될 때, 밸브 샤프트와 샤프트 피스톤의 전체 면적은, 유체의 영향을 받는 밸브 디스크의 샤프트측의 밸브시트에 의해 결정되는 대향 표면의 면적보다 크게 되며, 밸브의 유체 출구채널내의 압력이 급격히 상승한 경우에, 밸브의 부적절한 개방을 저지한다. 따라서, 입구채널 및 출구채널내의 유체압력의 레벨에 관계없이, 밸브는 폐쇄된 상태로 유지될 것이다.

출구채널에서의 가동 밸브의 부분에 작용하는 유체력이 항상 밸브의 폐쇄방향으로 작용하므로, 그 밸브의 폐쇄기능은, 압축스프링의 밸브폐쇄기능에 의존하는 밸브에서의 밸브폐쇄기능보다 실질적으로 더 안전하다. 입구채널내의 특정의 압력을 필요로 하지 않고 밸브를 작동시키는 것이 가능하므로, 밸브의 신뢰성이 더 증대된다.

밸브의 폐쇄 시, 밸브시트를 가로지르는 가스 유동은 스로틀링 상태로 되며, 출구채널에서의 압력이 강하한다. 밸브의 폐쇄시에 밸브 본체가 밸브의 폐쇄위치로 급격히 가속되는 종래의 밸브에서의 압력상태와는 다르게, 입구채널내의 압력이 일정한 경우, 밸브가 폐쇄된 때에, 큰 직경의 샤프트 피스톤이 밸브 폐쇄방향의 힘을(증대시키지 않고, 오히려)감소시킨다.

샤프트 피스톤을 별개의 부재로서 설계하고 있으므로, 샤프트 피스톤을 밸브 샤프트로부터 해제할 수 있으며, 밸브 디스크 및 샤프트를 밸브의 각각의 측부로부터 제거하는 것이 가능하므로, 밸브의 해체 및 조립이 간단하게 된다.

바람직한 실시예에 있어서, 샤프트 피스톤은 액튜에이터 피스톤과, 밸브시트로부터 이격되는 방향으로 향한 밸브 샤프트상의 칼라의 사이에 클램프되며, 밸브 샤프트를 탄성적으로 신장된 상태로 유지한다. 샤프트 피스톤과 밸브 샤프트 사이에 시일 수단이 정렬된다. 샤프트의 탄성적인 신장은, 밸브의 폐쇄시 및 밸브의 개방시에, 샤프트 피스톤과 밸브 샤프트 사이의 상대운동을 대폭 저지한다. 이에따라, 샤프트 피스톤, 밸브 샤프트 및 밸브 샤프트와 샤프트 피스톤 사이로부터의 가스의 누설을 저지하는 시일 수단의 마모를 감소시킨다. 장력이 부여된 밸브 샤프트는 가동 밸브 부분을 일제히 클램프 보지하며, 장기간의 작동 후에도, 밸브를 정확히 작동시킨다.

높은 신뢰성으로 인하여, 밸브는 고압의 가스 공급원과 가스 엔진의 분사 밸브 사이의 유동통로내에 위치하는 차단밸브(정상적인 엔진작동 중에는 개방되어 있지만, 이상작동 시에 액튜에이터 피스톤의 압력실내의 밸브 개방압력이 소실된 때에는, 밸브의 출구측의 가스 압력에 의해 강제적으로 폐쇄되어, 분사밸브로의 가스공급을 중단한다)로서 특히 적용될 수 있다.

고압 가스엔진의 분사밸브로의 가스공급에 대하여 신뢰성 높게 기능하는 차단 밸브를 사용함으로써, 엔진의 안전성이 실질적으로 증대된다. 분사밸브가 정상적으로 작동하고 있는 한, 엔진 사이클의 정확한 시기에 연소실로의 가스유동을 허용 또는 중단한다.

정상작동 시에, 차단밸브는 개방되어 있다. 분사밸브가 고장난 경우, 그것의 고장은 센서에 의해 즉시 검출되며, 액튜에이터 피스톤의 압력실내의 압력을 해제함으로써, 차단밸브를 폐쇄위치로 구동한다. 고장의 원인이 분사밸브를 폐쇄하지 않는 고장인 경우에는, 배압(back pressure)이 발생하며, 고압 연소가스가 분사밸브를 통하여 차단밸브의 유체출구채널로 침입한다. 상기의 면적비로 인하여, 출구채널의 압력이 급격히 상승한 때에, 본 발명에 따른 차단밸브는 그 밸브시트에 대하여 더 견고히 폐쇄되며, 따라서, 연소 생성물이 고압 가스공급원으로 역류 침입하는 위험성을 배제한다.

본 발명의 실시예가 첨부도면을 참조로 상세히 설명될 것이다.

밸브(1)는, 밸브 하우징(4)이 엔진부분(3)의 보어(5)내로 돌출한 상태로, 볼트(2)에 의해 엔진부분(3)에 클램프된다.

유체입구채널(6)은 고압가스 공급원(도시되지 않았슴)으로부터 밸브 하우징(4)의 단부에서 보어의 저부에 위치한 밸브시트로 연장하는데, 가스의 압력은, 예를 들면, 250 - 300바아(bar)로 될 수 있다. 밸브시트의 배출측에 있어서,챔버(8)가 밸브 하우징(4)에 형성되며, 상기 챔버는 출구채널(9)과 연통한다. 그 출구채널은 분사밸브의 가스 입구로 통할 수 있다.

샤프트 피스톤(10)은 밸브 하우징의 상부 영역에 설치된 관통보어(11) 형태의 밸브가이드 내에서 종방향으로 변위가능하게 배치되어 있다. 그 샤프트 피스톤은 밸브 샤프트(12)에 착탈가능하게 장착된 파이프로서 설계되어 있다. 액튜에이터 피스톤(13)에는 밸브 샤프트(12)의 자유단부가 관통하여 장착되며, 너트(14)를 밸브 샤프트의 수나사(external thread)부분에 나사결합시켜 조여져 있다. 액튜에이터 피스톤(13)은 샤프트 피스톤(10)의 일단부에 접하는데, 샤프트 피스톤(10)의 타단부는 챔버(8)내에서 밸브 샤프트 부분에 설치된 칼라(15)에 접한다. 샤프트 피스톤(10)은 장력부여 부재로서 작용하며, 너트(14)를 적절한 조인 후, 샤프트 피스톤(10)은 밸브 샤프트(12)를 그것의 길이의 대부분에 걸쳐 탄성적으로 신장시킨 상태로 보지한다.

압력챔버(16)는 커버(17), 밸브 하우징의 직립칼라(18) 및 액튜에이터 피스톤(13)에 의해 경계 정하여진다. 이 압력챔버는, 유동통로(19)를 통하여, 가압된 공기 또는 유압오일과 같은 압력유체의 공급원에 연결된 연결부재(20)와 연통한다. 압력유체의 공급은 제어밸브(도시되지 않았음)에 의해 조절된다.

너트(14) 와는 반대측의 단부에서, 밸브 샤프트(12)는 밸브 디스크(21)를 지니며, 그 밸브 디스크는, 밸브시트(7)에 관하여, 밸브의 입구측에 위치하여 있다. 밸브 디스크(21)는 밸브시트(7)에 평행하게 연장하는 환형의 시트영역(22)을 지닌다. 밸브의 완전개방 위치에서, 밸브 디스크는 밸브시트(7)로부터 하향으로 변위하여, 점선으로 도시된 위치에 위치한다.

샤프트 피스톤(10)의 직경(D_P)은, 샤프트 피스톤측에 있는 밸브의 유동통로의 경계를 정하는 밸브시트(7)의 최소직경(D_S)보다 더 크게 된다. 도시된 밸브의 폐쇄위치에 있어서, 챔버(8)내의 압력은 커버(17)를 향하는 방향(즉, 밸브의 폐쇄방향)의 힘으로 밸브 샤프트에 항상 작용한다. 샤프트 피스톤(10)은 밸브 샤프트(12)측과 보어(11)의 외벽측에 시일수단(23; 예를들면, 0 - 형링)을 구비하여, 챔버(8)로부터의 가압가스의 누설을 가능한 한 최소로 되도록 억제한다.

시일수단(23)에 관하여 챔버(8)와 반대측에는, 드레인 챔버(27)가 설치되며, 누설된 가스가 그 드레인 챔버로부터 통로(28)를 통하여 유출된다. 그 통로(28)는 엔진부분(3)을 통하여 엔진부분(3)의 외측에 배치된 가스 검출기(도시되지 않음)까지 연장한다. 상기 가스 검출기는 밸브의 견고성(밀봉성: tightness)을 감시한다. 부당한 양의 누설 가스를 검출한 경우, 압력챔버(16) 내의 압력을 해제하여, 밸브에 의한 가스공급을 중단시킬 수 있다.

밸브 샤프트(12)의 외측 단부에 인디케이터(25)를 설치하여 밸브가 개방되어 있는지 또는 폐쇄되어 있는지를 표시할 수 있다.

밸브가 폐쇄되어 있을 때, 시트영역(22)은 입구채널(6) 내의 압력에 의해 밸브시트(7)에 밀착 가압된다. 밸브가 개방되면, 샤프트 피스톤(10)이 챔버(8)내의 압력을 밸브 폐쇄방향의 힘으로 밸브 샤프트에 작용시킨다. 따라서, 밸브 개방 상태를 유지시키기 위해서는, 압력챔버(16) 내에 밸브 개방압력을 확보할 필요가 있다. 그러므로, 엔진의 가스 작동중에 밸브가 개방위치에 있는 때에는, 챔버(16) 내의 압력을 해제함으로써, 밸브를 폐쇄할 수 있다.

엔진의 가스작동이 행하여 지지 않는 때에 밸브를 밸브 폐쇄위치에 보지하기 위하여, 및 입구채널에 고압가스를 공급하지 않고 밸브의 정확한 기능을 점검하기 위하여, 밸브는 압축스프링(26)을 구비하며, 그 압축스프링은 액튜에이터 피스톤(13)에 접하여 밸브 폐쇄방향의 힘을 밸브 샤프트(12)에 작용시킨다. 따라서, 가스장치가 가압되지 않는 때에는, 압축스프링(26)이 밸브를 폐쇄상태로 유지한다.

엔진 전체에 대한 가스입구에 차단밸브를 설치하여, 밸브(1)가 밸브 폐쇄위치로 이동한 때에, 가스공급을 완전히 중단시킬 수 있다. 선박 추진용 엔진 또는 고정식(stationary)발전 엔진으로서의 대형 2 -행정 엔진에 있어서는, 각 실린더당 1개 이상의 분사밸브를 통상 사용한다. 이러한 경우, 주 밸브 대신에 또는 주 밸브에 추가하여, 각각의 분사기 또는 각각의 실린더에 대하여 차단밸브를 사용할 수 있다.

작동상의 문제를 검출한 경우에, 엔진의 사이클 중에도 가스공급을 중단할 수 있도록 하기 위해, 엔진 사이클보다 더 짧은 기간에 밸브 폐쇄를 행하도록 밸브를 설계할 수 있다. 엔진을 위한 주 정지밸브, 즉 휴지(shut - down)밸브(다시 말하면, 전체의 엔진으로의 가스의 공급을 완전히 중단하는 밸브)로서 차단밸브를 이용한 경우, 바람직하게는, 밸브 폐쇄가 당해 엔진 사이클내에서 가능한 한 신속하게 행하여져, 밸브 폐쇄전에 점화순서에 따라 실린더에 가스를 공급하는 시간이 전혀 또는 거의 걸리지 않도록 한다.

이러한 신속한 밸브 폐쇄는, 압력유체를 제거하기 위한 유동통로의 단면적을 적당히 크게 하고, 그것과 동시에 액튜에이터 피스톤의 질량을 작게 하며, 그것의 직경(Dp)을 밸브시트의 최소직경(Ds)보다 적당히 크게 함으로써, 이루어질 수 있다.

압력챔버내에 배치된 액튜에이터 피스톤 대신에, 예를들면, 전동 액튜에이터에 의해 본 발명에 따른 밸브를 개방위치로 작동시킬 수 있다.

도면은 본 발명에 따른 밸브의 종단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 밸브 2 : 볼트

3 : 엔진부분 4 : 밸브 하우징

6 : 입구채널 7 : 밸브시트

9 : 출구채널 12 : 밸브 샤프트

13 : 액튜에이터 피스톤 16: 압력챔버

21 : 밸브 디스크

Claims

폐쇄 위치에 있을 때에 유체입구채널(6) 내의 압력에 의해 관련된 밸브시트(7)에 가압되는 가동(可動)밸브 디스크(21)를 구비하며, 유체입구채널과는 반대측에서 밸브 디스크에 접속되며, 압력실(16)내에 위치한 액튜에이터를 구비한 밸브 샤프트(12)를 지니며, 상기 압력실이 가압된 때에 밸브의 개방 위치를 향하여 작용하는 힘을 액튜에이터에 작용시키고, 상기 밸브 디스크를 밸브시트로부터 이탈시켜 개방 위치로 이동시키며, 상기 유체입구채널내의 유체를 상기 밸브시트를 통하여 출구 채널(9)로 유출시키는 것이 가능하도록 하며, 상기 밸브 샤프트가 밸브가이드(11)내에 시일 상태로 위치한 출구채널(9)내의 유체압력에 의해 밸브의 폐쇄 방향으로 구동되는 샤프트 피스톤(10)을 지니는 밸브에 있어서,

상기 샤프트 피스톤(10)이 밸브 샤프트(12)에 장착된 별개의 부재로 이루어지며, 상기 샤프트 피스톤(10)은 그 샤프트 피스톤측의 밸브시트의 최소직경(D_S)보다 큰 직경(D_P)을 지니며, 상기 입구채널(6)내의 압력과는 별개로 액튜에이터를 작동시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 액튜에이터는 액튜에이터 피스톤(13)을 포함하며, 상기 샤프트 피스톤(10)은 액튜에이터 피스톤(13)과, 상기 밸브시트로부터 이격되는 방향으로 향한 밸브 샤프트상의 칼라(15)의 사이에 클램프되어, 상기 밸브 샤프트를 탄성적으로 신장된 상태로 유지하며, 상기 샤프트 피스톤과 밸브 샤프트 사이에 시일 수단(23)이 정렬되는 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브(1)는 고압의 가스 공급원과 가스 엔진의 분사 밸브 사이의 유동통로내에 위치하는 차단밸브이며, 상기 밸브는 상기 가스 엔진의 정상적인 작동 중에는 개방되어 있지만, 상기 가스 엔진의 이상작동 시에 상기 액튜에이터 피스톤에 관련된 상기 압력실내의 밸브 개방압력이 소실된 때에는, 상기 밸브의 출구측의 가스 압력에 의해 강제적으로 상기 밸브가 폐쇄되어, 상기 분사 밸브로의 가스공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 밸브.