KR100564656B1 - 극저온 압력 밸런싱 시트 방식의 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과학 연구/탐사용 로켓 및 위성 발사용 발사체에서 극저온 추진제로 사용하고 있는 액체 산소를 로켓엔진으로 주입하기 위한 극저온 압력 밸런싱 시트 방식의 볼 밸브에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 몸체(4)의 내부에 위치한 볼(3)의 일측으로 스프링(8)에 지지되는 디스크(10)를 설치하고 이 디스크(10)가 그라파이트(7)를 지지하며 그라파이트(7)의 일측으로 PCTFE(6)를 누르는 시트 가이드(9)를 설치하여 볼(3)과 PCTFE(6) 사이의 기밀을 유지하고,

상기 볼(3)의 일측으로 스탬(2, 2')의 연결부분에서 그라파이트(7')상측에 디스크(10')가 너트(12)에 의하여 고정되도록 설치함을 특징으로 하는 것이다.

극저온, 시트, 앵글 볼 밸브, 발사체

Description

극저온 압력 밸런싱 시트 방식의 볼 밸브{Ball Valve with Pressure Balancing Seat Type for Cryogenics}

도 1 은 본 발명의 일실시예를 나타낸 단면도

도 2 는 본 발명의 일실시예를 나타낸 측면 단면도

도 3 은 본 발명의 피스톤에 대한 결합상태 정면도

도 4 는 본 발명의 피스톤에 대한 분리상태 정면도

도 5 는 본 발명의 초기 기밀 유지 상태에 대한 단면도

도 6 은 본 발명의 내압이 걸린 상태의 요부 확대 단면도

도 7 은 본 발명의 일정 기밀 하중 조절 방식의 설치상태도

도 8 은 본 발명이 설치된 상태의 위치도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 엑추에이터 1' : 피스톤

2, 2' : 스탬 3 : 볼

4 : 몸체 5 : 압력 밸런싱 시트

6 : 시트 가이드 7, 7' : 그라파이트

8 : 스프링 9 : 시트 가이드

10, 10' : 디스크 11 : 판스프링

12 : 너트 15 : 유로

20 : 내접기어 21 : 평기어

본 발명은 과학 연구/탐사용 로켓 및 위성 발사용 발사체에서 극저온 추진제로 사용하고 있는 액체 산소를 로켓엔진으로 주입하기 위한 극저온 압력 밸런싱 시트 방식의 볼 밸브에 관한 것이다.

과학 탐사 및 위성 발사체는 극저온 추진제인 액체 산소를 사용한다. 극저온 추진제 이용시 사용되는 밸브는 극저온과 상온에서 모두 기밀을 유지하며 정상 작동하여야 한다.

밸브를 로켓에 사용하기 위해서는 밸브 크기가 최소화되어야 하며 중량을 최소한으로 줄이고 작동 신뢰성은 100%, 밸브 구동 반복성 또한 100%를 유지하면서 기밀을 유지해야 한다.

그리고 로켓의 형상에 맞추어 개발되어야 하며, 내압이 많이 걸릴 경우에 대해 완전한 기밀이 보장되어야 한다.

일반 산업용의 경우는 작은 누설이 있을 경우 수리가 간편히 이루어지고 기밀을 위해 엑추에이터의 크기가 문제가 되지 않기 때문에 볼 밸브의 시트가 큰 힘으로 기밀을 유지하도록 구성한다.

그러나 로켓의 경우 작은 토크로 볼 밸브를 구동하며 기밀이 확실하게 유지 되어야 하기 때문에 산업용을 사용할 수 없는 것이다.

또한 밸브의 시트는 기본적인 PCTFE 재질의 시트 하나만을 사용하여 기밀을 유지하게 된다.

단, 이 경우는 기밀을 유지하기 위한 힘이 로켓용에 비해 2배 이상 작용하게 되는 결점이 있다.

본 발명은 이러한 종래의 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 일반적으로 사용하는 볼 밸브를 극저온 상태에서의 작동을 100% 보장하며, 협소한 공간에 설치 가능하도록 90도 앵글 형식의 볼을 사용하는 것이다.

본 발명은 엑추에이터의 구성은 볼 밸브의 크기 때문에 양방 피스톤 구동 방식을 사용하였고, 엑추에이터와 밸브 사이 스탬에서의 열전달로 인한 저온누설을 판스프링 형식의 기밀 구조를 이용하여 저온 누설을 방지하는 것이다.

본 발명은 볼 밸브의 시트는 내압에 따라 기밀 정도를 조절할 수 있는 압력 밸런싱 구조의 시트로 완전 기밀을 보장하도록 하는 것이다.

본 발명은 로켓에 적용하기 위해서 밸브와 스탬 사이의 저온누설 현상을 없애기 위해 회전부의 기밀을 유지하는 것과, 밸브 작동에 큰 힘을 주지 않고 유체의 누설을 내압 조건에 따라 비례적으로 작동할 수 있는 시트 구조를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 과 도 2 는 초기 밸브가 닫힌 상태를 나타내고 있는 것으로, 상측에 엑추에이터(1)가 설치되고, 이 엑추에이터(1)의 내부에는 피스톤(1')이 연결되어 있고, 피스톤(1')의 중앙에서 스탬(2)이 연결된다.

상기 피스톤(1')은 도 3 과 도 4 에 도시한 바와 같이 엑추에이터(1)의 내부 양측으로 설치되어 있으며, 피스톤(1')의 안쪽으로 평기어(21)가 형성되어 중앙의 내접기어(20)에 연결되어 스탬(2)에 회전동력을 전달할 수 있도록 하는 것이다.

상기 스탬(2)의 하측에는 크기가 작은 스탬(2')을 새롭게 연결하여 볼(3)을 회전시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 볼(3)의 일측에는 내압이 안 걸린 경우 스프링(8)의 힘에 의해 디스크(10)가 그라파이트(7)를 누르고 있도록 하고, 그 안쪽과 외측에 위치하는 시트 가이드(9)와 PCTFE(6)를 들어 올려 볼(3)과 PCTFE(6)사이의 기밀을 유지시키게 된다.

상기 시트 가이드(9)에는 유로(15)가 형성되어 있어서 디스크(10)를 이동시킬 수 있도록 하는 것이다.

디스크(10)와 외부사이의 기밀은 그라파이트(7)로서 기밀을 유지하는 것이다.

볼(3)을 회전시키는 스탬(2)사이의 기밀은 상온인 경우에는 문제가 없으나 극저온인 경우는 극저온에 의해 기밀을 유지하는 실(seal)이 열변형되어 초기 형상을 잃어버리게 된다.

이와 같은 문제를 없애기 위해 도 7 과 같이 극저온에 형상변화가 가장 적은 그라파이트(7')를 실로 사용하였고, 스탬(2)과 연결되는 스탬(2')은 그라파이프(7')의 상측으로 기밀을 유지하는 디스크(10')와 판스프링(11)이 너트(12)에 의하여 고정되면서 기밀을 유지하는 구조를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 엑추에이터(1)의 구성은 볼 밸브의 크기 때문에 양방 피스톤(1') 구동 방식을 사용하였고, 엑추에이터(1)와 밸브 사이 스탬(2, 2')에서의 열전달로 인한 저온누설을 판스프링(11) 형식의 기밀 구조를 이용하여 저온 누설을 방지하는 것이다.

또한 볼 밸브의 압력 밸런싱 시트(5)는 내압에 따라 기밀 정도를 조절할 수 있는 압력 밸런싱 구조의 시트로 완전 기밀을 보장하도록 하는 것이다.

그리고 로켓에 적용하기 위해서 볼(3)과 스탬(2, 2') 사이의 저온누설 현상을 없애기 위해 회전부의 기밀을 유지하는 것과, 밸브 작동에 큰 힘을 주지 않고 유체의 누설을 내압 조건에 따라 비례적으로 작동할 수 있는 시트 구조를 제공하는 것이다.

또한 협소한 위치에 알맞도록 볼(3)의 일측으로 설치되는 그라파이트(7, 7')가 극저온 유체의 주입으로 압력 밸런싱 누설 방지구조를 가진 90도 앵글 형식의 볼 밸브형태로 설치한다.

이러한 본 발명의 도 1 은 초기 밸브가 닫힌 상태를 나타내고 있는 것으로 밸브의 초기 기밀은 도 5 에 도시한 바와 같이 내압이 안 걸린 경우 스프링(8)의 힘에 의해 디스크(10) 부분이 기밀용 그라파이트(7)를 누르게 된다.

스프링(8)의 힘이 디스크(10)를 통하여 그라파이트(7)를 누르면 시트 가이드(9)와 PCTFE(6)를 들어 올려 볼(3)과 PCTFE(6) 사이의 기밀을 유지시키게 된다.

내압을 걸면 시트 가이드(9)의 유로(15)를 통하여 내압 유체가 도 6 과 같이 공급되어 스프링(8)이 있는 공간으로 공급된다.

그러면 스프링(8)과 함께 디스크(10)와 시트 가이드(9) 및 PCTFE(6)를 볼(3) 방향으로 밀게 된다.

이때 내압이 많이 걸리면 걸리수록 PCTFE(6)와 볼(3) 사이의 기밀은 더욱 잘 유지되는 것이다.

디스크(10)와 외부사이의 기밀은 그라파이프(7)로서 유지하는 것이며, 이것 또한 내압이 걸리면 걸릴수록 디스크(10)가 볼(3)이 있는 방향으로 힘의 방향이 작용되므로 더욱 확실한 기밀을 유지할 수 있게 된다.

상기 엑추에이터(1)의 피스톤(1')은 양방향 구동 방식을 제공하여 평기어(21)가 내접기어(20)의 양방향에서 회전동력을 전달하여 스탬(2, 2')을 통하여 볼(3)의 회전을 용이하게 제어할 수 있도록 하는 것이다.

볼 밸브를 회전시키는 스탬(2, 2')의 연결부분에서의 기밀은 상온인 경우에는 문제가 없으나, 극저온인 경우에는 기밀을 유지하는 실이 열변형되어 초기 형상을 잃어버리게 된다.

그러나 도 7 과 같이 극저온에 형상변화가 가장 적은 그라파이트(7')를 사용하고, 스탬(2')의 회전시 그라파이프(7')의 변형에 의한 혹은 극저온에 의한 실 형상 변화에 대해 기밀을 유지하도록 판스프링(11)과 디스크(10') 및 너트(12)의 고 정에 의하여 행해지는 압력으로 기밀이 유지되도록 한다.

만약, 극저온에 의해 그라파이트(7')가 형상 변화가 일어날 경우 디스크(10') 일측에 설치된 판스프링(11)을 너트(12)로 조여서 판스프링(11)의 힘에 의해 디스크(10')를 밀어 그라파이트(7') 형상 변화량 만큼 밀어 주게 되면 기밀을 유지 할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 발사체의 극저온 추진제용으로 고압에서 100% 작동 신뢰도를 가지고 극저온 누설을 내압 기준 및 온도 변화에 맞추어 최소화 할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 엑추에이터의 구성은 볼 밸브의 크기 때문에 양방 피스톤 구동 방식을 사용하였고, 엑추에이터와 밸브 사이 스탬에서의 열전달로 인한 저온누설을 판스프링 형식의 기밀 구조를 이용하여 저온 누설을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명은 볼 밸브의 시트는 내압에 따라 기밀 정도를 조절할 수 있는 압력 밸런싱 구조의 시트로 완전 기밀을 보장하도록 할 수 있는 것이다.

본 발명은 로켓에 적용하기 위해서 밸브와 스탬 사이의 저온누설 현상을 없애기 위해 회전부의 기밀을 유지하는 것과, 밸브 작동에 큰 힘을 주지 않고 유체의 누설을 내압 조건에 따라 비례적으로 작동할 수 있는 시트 구조를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 몸체(4)의 내부에 위치한 볼(3)의 일측으로 스프링(8)에 지지되는 디스크(10)를 설치하고 이 디스크(10)가 그라파이트(7)를 지지하며 그라파이트(7)의 일측으로 PCTFE(6)를 누르는 시트 가이드(9)를 설치하여 볼(3)과 PCTFE(6) 사이의 기밀을 유지하고,

   상기 볼(3)의 일측으로 스탬(2, 2')의 연결부분에서 그라파이트(7')상측에 디스크(10')가 너트(12)에 의하여 고정되도록 설치하고,

   상기 시트 가이드(9)에는 스프링(8) 공간에 내압 유체를 공급하는 유로(15)가 설치되고,

   상기 디스크(10')가 극저온 유체 접촉으로 실의 열변형에 의한 누설을 방지하도록 상기 디스크(10')의 일측에 판스프링(11)이 설치됨을 특징으로 하는 극저온 압력 밸런싱 시트 방식의 볼 밸브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 스탬(2)을 회전시키는 엑추에이터(1)의 내부에는 평기어(21)를 구비하며 양측으로 설치된 피스톤(1')과 상기 평기어(21)와 맞물리며 스탬(2)이 연결된 내접기어(20)가 설치됨을 특징으로 하는 극저온 압력 밸런싱 시트 방식의 볼 밸브.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 볼(3)의 일측으로 설치되는 그라파이트(7, 7')가 극저온 유체의 주입으로 압력 밸런싱 누설 방지구조를 가진 90도 앵글 극저온용으로 설치됨을 특징으로 하는 극저온용 압력 밸런싱 시트 방식의 볼 밸브.

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