상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유로의 소정 위치에 밸브 시트(110)가 형성된 밸브 몸체(100)와, 회전축(300)에 고정되며 유로 폐쇄 조작 시에 상기 밸브 시트(110)와 밀봉면을 형성하는 밸브 디스크(200)를 포함하여 구성된 버터플라이 밸브로서, 상기 회전축(300)은 유로 방향에 직각으로 설치되되, 그 양단부를 기준으로 한 축심(軸心,A)이 상기 밸브 시트(110)와 밸브 디스크(200) 밀봉면의 중심선(C)으로부터 소정 거리(a1)만큼 1차편심 되고, 상기 유로의 중심선(CL)로부터 소정 거리(a2)만큼 2차편심 되도록 설치되며, 상기 밸브 디스크(200)와 고정 결합되는 상기 회전축(300)의 디스크 고정부(310)는 그 중심축선(B)이 상기 축심(A)으로부터 재편심 되도록 형성된다.
보다 바람직하게, 상기 회전축(300)의 디스크 고정부(310)의 적어도 일측에는 원통형의 외주면을 갖는 회전 지지부(320)가 형성되되, 상기 회전 지지부(320)는 그 원통형의 중심선이 상기 회전축(300)의 축심(A)과 일치하고, 밸브 몸체(100)에 형성된 내설부(120)의 내주면에 밀착되도록 설치되어, 회전축(300)의 회동시 밸브 몸체(100)로부터 슬라이딩 지지된다.
보다 바람직하게, 상기 회전 지지부(320)는, 회전축(300)과 일체로 형성되며 중심축선(B')이 상기 디스크 고정부(310)의 중심축선(B)과 일치하도록 상기 축심(A)으로부터 재편심된 중심 지지부(322)와, 상기 중심 지지부(322)의 외측에 고정 결합되며 원통형의 외주면을 갖는 캠(324)으로 이뤄진다.
보다 바람직하게, 상기 회전축(300)의 디스크 고정부(310)와 중심 지지부(322)의 재편심은 상기 2차편심을 상쇄하도록 이뤄진다.
보다 바람직하게, 상기 회전 지지부(320)는, 회전축(300)과 일체로 형성되며 중심축선(B')이 상기 축심(A)과 일치하도록 형성된 중심 지지부(322)와, 상기 중심 지지부(322)의 외측에 고정 결합되며 원통형의 외주면을 갖는 캠(324)으로 이뤄진다.
보다 바람직하게, 상기 회전축(300)은 그 양단부 중 적어도 일측 단부를 통해 회전 구동력을 전달받는다.
보다 바람직하게, 상기 유로의 외측에 해당하는 회전축(300)의 상하측 외주면에는 오링 카라(140)를 개재하여 오링(142)이 설치된다.
한편, 상기 괄호 내의 도면부호는 발명의 이해를 돕기 위하여 참고로 부기한 것일뿐, 본 발명의 구성이 예시된 형태로 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 버터플라이 밸브의 정단면도, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 의한 버터플라이 밸브의 평단면도, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 의한 버터플라이 밸브의 작동 상태를 나타낸 평단면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 버터플라이 밸브의 일부 절개 사시도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 오링 및 오링 카라의 사시도이다.
버터플라이 밸브의 밸브 몸체(100) 내 유로의 소정 위치에는 밸브 시트(110)가 형성되며, 회전축(300)에 고정되어 유로 폐쇄 조작 시에 밸브 시트(110)와 밀봉면을 형성하는 밸브 디스크(200)가 유로 내에 위치한다.
밸브의 회전축(300)은 유로 방향에 직각으로 설치되며, 그 양단부 중 일측 단부를 통해 회전 구동력을 전달받는다.
예시된 밸브를 보면, 회전축(300)의 상단부에 웜 휠 고정너트(134)를 통해 웜 휠(130)이 동축상으로 고정되며, 웜 휠(130)은 일측에 위치한 웜 샤프트(132)에 나합된다.
작업자가 웜 샤프트(132)에 축결합된 핸들(150)을 회전시키면, 웜 샤프트(132)가 회전되고 그 회전력이 웜 휠(130)을 통해 밸브 회전축(300)으로 전달되어 밸브 디스크(200)의 개폐 조작이 이뤄지게 된다.
웜 휠(130)과 웜 샤프트(132) 등은 밸브 몸체(100)의 상부에 형성된 기어박스(102) 내에 위치하며, 기어박스(102)의 상부면에는 개폐 가능한 형태로 커버(104)가 결합된다.
한편, 보다 바람직하게 상기 웜 휠(130)은 도 5에 예시된 형태로 대략 110~120도 정도의 부채형상으로 형성될 수 있다. 이 상태에서 밸브 오픈 상태와 클로즈 상태를 정확하게 설정하는 양측 스토퍼(184a,184b)를 고정 설치하면, 웜 휠(130)의 회전은 정확하게 밸브 오픈 상태와 클로즈 상태 사이의 범위에서만 이뤄질 수 있게 된다.
밸브의 회전축(300)에 회전 구동력을 전달하기 위한 구동부의 구성은 상기 예시된 형태 외에도 다양한 형태의 공지의 구성이 채용될 수 있으며, 예시된 형태로 한정되는 것은 물론 아니다.
한편, 상기 기어박스(102)와 유로부 사이에는 밸브 몸체(100)의 내설부(120)가 형성되며, 그 상세 설명은 후술한다.
유로를 통과하는 고압의 유체가 누설되는 것을 방지하기 위하여, 유로의 외측에 해당하는 회전축(300)의 상하측 외주면에는 오링 카라(140)를 개재하여 오링(142)이 설치된다.
도 6을 참조하면, 환형으로 형성된 오링 카라(140)의 내주면과 외주면에는 각각 원주 방향을 따라 요입홈이 형성되며, 내외측 요입홈에는 내외측 오링(142)이 각각 삽입된 상태로 회전축(300)에 삽설된다.
오링 카라(140)의 재질로서는 황동이나 스테인레스(예를 들어, SUS316)와 같은 내식성 금속이 사용되며, 오링(142)의 재질로서는 바리톤과 같은 내열성 합성고무가 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 기어박스(102) 부분을 유로 측과 차단하기 위하여, 기어박스(102) 하단부를 통과하는 회전축(300)의 외주면에는 패킹 커버(162)와 패킹 누르개(164)를 개재하여 패킹(160)이 설치된다.
이러한 기어박스(102)의 측면에는 패킹 누르개(164)의 고정용 볼트를 조이거나 푸는 공구를 삽입할 수 있도록 공구 삽입용 관통 홀(102a)이 다수개(예를 들어, 3개) 형성되는 것이 바람직하다.
회전축(300)의 하단부는 엔드커버 조정카라(172)를 개재하여 엔드커버(170)가 설치되어, 밸브 몸체(100)의 유로가 외부와 완전히 차단될 수 있게 된다.
본 실시예의 밸브는, 회전축의 축심(軸心,A)이 밸브 시트(110)와 밸브 디스크(200) 밀봉면의 중심선(C)으로부터 소정 거리(a1)만큼 1차편심 되고, 유로의 중심선(CL)로부터 소정 거리(a2)만큼 2차편심 되도록 설치된다. 이때, 상기 회전축의 축심(A)은 회전축(300)의 양단부를 기준으로 한 축심을 의미한다.
이러한 편심 설치 상태에서, 밸브 디스크(200)의 회전과 동시에 전진 또는 후진 이동이 이뤄질 수 있도록, 밸브 디스크(200)와 고정 결합되는 상기 회전축(300)의 디스크 고정부(310)는 재편심 상태로 형성된다.
이를 위하여, 디스크 고정부(310)의 중심축선(B)은 유로의 중심선(CL) 측으로 오도록 상기 축심(A)으로부터 재편심 형성된다.
여기서, 재편심이라는 표현을 사용하는 이유는 회전축의 축심(軸心,A)이 유로의 중심선(CL)으로부터 소정 거리(a2)만큼 편심(2차편심)된 상태에서 디스크 고정부(310) 부분이 다시 유로 중심선(CL) 측으로 편심된 형태가 되기 때문이다.
이러한 디스크 고정부(310)의 재편심 구조에 의해, 회전축(300)의 회전시 밸브 디스크(200)는 디스크 고정부(310)의 중심축선(B)을 중심으로 자전을 함과 동시에, 회전축(300)의 축심(A)을 중심으로 공전을 하는 것과 같은 움직임을 갖는다.
그 결과, 밸브의 개폐 조작시에 밸브 디스크(200)는 회전과 동시에 밸브 시트(110)측으로 전진 또는 후진 이동이 이뤄질 수 있게 되며, 단순히 회전 운동에 의한 개폐가 아닌 밸브 시트(110)측으로의 전진 이동에 의한 압착 효과까지 얻게 된다.
한편, 회전축(300)의 디스크 고정부(310)의 상하 양측에는 원통형의 외주면을 갖는 회전 지지부(320)가 형성된다.
상기 회전 지지부(320)는 그 원통형의 중심선이 상기 회전축(300)의 축심(A)과 일치하고, 밸브 몸체(100)에 형성된 내설부(120)의 내주면에 밀착되도록 설치되어, 회전축(300)의 회동시 밸브 몸체(100)로부터 슬라이딩 지지된다.
이러한 회전 지지 구조를 통해 밸브 디스크(200)의 개폐 움직임이 견고하게 지지될 수 있게 된다.
특히, 회전 지지부(320)는 가공 및 조립 공정의 편의상 캠 조립체의 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 중심축선(B')이 상기 디스크 고정부(310)의 중심축선(B)과 일치하도록 상기 축심(A)으로부터 재편심된 중심 지지부(322)가 회전축(300)에 일체로서 형성된다.
이 중심 지지부(322)의 외측에 캠(324)이 고정 결합되며, 캠(324)은 원통형의 외주면을 갖도록 형성되어, 조립체 상태로서 상기한 회전 지지부(320)를 형성하도록 한다. 중심 지지부(322)와 캠(324)의 결합은 스플라인 결합이나 키 결합 등에 의해 이뤄진다.
도 3c는 도 3a의 상태에서 회전 지지부(320)의 위치를 함께 표시한 도면으로서, 도 2의 V2-V2 단면에 V1-V1 단면의 회전 지지부를 설명의 편의상 함께 도시한 것이다.
도 3c에는 회전축(300)의 중심 지지부(322)와 캠(324)이 도시되어 있는데, 회전축(300)의 중심 지지부(322)의 중심은 디스크 고정부(310)의 중심축선(도 3a의 P2)과 일치하고, 캠(324)의 중심은 회전축(300)의 축심(도 3a의 P1)과 일치된다.
한편, 상기 회전축(300)의 디스크 고정부(310)와 중심 지지부(322)의 재편심(중심축선 B와 B'의 위치 편심)은 상기 2차편심을 상쇄하도록 이뤄지는 것이 바람직하다. 즉, 회전축(300)의 디스크 고정부(310)의 중심축선(B)과 중심 지지부(322)의 중심축선(B')은 회전축(300)의 축심(A)으로부터 유로의 중심선(CL) 측으로 2차 편심거리(a2)만큼 재편심되어, 결과적으로 유로의 중심선(CL)과 교차하도록 위치된다.
이러한 재편심에 의해 회전축(300)의 디스크 고정부(310)에 결합된 밸브 디스크(200)는 밸브 폐쇄 상태에서 단면적의 중심이 유로의 중심과 정확히 일치되어, 견고한 폐쇄 상태를 이룰 수 있게 된다. 또한, 중심 지지부(322)의 편심에 의해 회전축(300)은 견고한 지지력을 받을 수 있게 된다.
중심 지지부(322)에 고정 결합된 캠(324)이 축 외측으로 빠져 나오지 않도록 고정하기 위하여, 중심 지지부(322) 외측 지점에는 캠 고정용 너트(182)가 결합되며, 이 너트(182)의 원활한 고정 조립을 위하여 밸브 몸체(100)에 형성된 내설부(120)의 내주면은 너트(182) 위치까지 확경 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 회전 지지부(320)의 중심 지지부(322)는 회전축(300)과 일체로 형성되며 그 중심축선(B')이 회전축의 축심(A)과 일치하도록 형성될 수도 있으며, 이 상태에서 상기 실시예와 마찬가지로 원통형의 외주면을 갖는 캠(324)이 중심 지 지부(322)의 외측에 고정 결합된다.
이하에서는 본 실시예의 버터플라이 밸브의 작동예를 설명한다.
도 3a를 보면, 밸브 폐쇄 상태에서는 밸브 디스크(200) 단면적의 중심이 유로의 중심과 정확히 일치되어 견고한 폐쇄 상태를 이루며, 이때 밸브 디스크(200)의 단면적 중심선은 유로의 중심선(CL)과 일치한다.
이 상태에서 밸브 디스크(200)와 고정 결합되는 회전축(300)의 디스크 고정부(310)는 그 중심축선(도 3a의 포인트 P2)이 유로의 중심선(CL)과 수직으로 교차하는 위치에 있으며, 회전축(300)의 축심(도 3a의 포인트 P1)으로부터 거리 a2만큼 편심되도록 형성된다.
밸브 개방을 위하여 조작자가 핸들(150)을 회전시키면, 웜 샤프트(132)와 웜 휠(130)을 통해 회전축(300)이 회전 구동된다.
이러한 회전 구동이 이뤄지면, 회전축(300)의 축심(도 3a의 P1)은 그 위치가 그대로 유지되고 회전축(300)의 양단부는 자전만 하게 되지만, 디스크 고정부(310)는 그 중심축선(도 3a의 P2)을 중심으로 자전을 함과 동시에 회전축(300)의 축심(도 3a의 P1)을 중심으로 회전반경이 a2인 원을 따라 공전을 하게 된다.
그 결과, 밸브 개폐 시에 밸브 디스크(200)의 최외각 지점은 도 3b의 R2와 같은 타원형 궤적을 그리게 된다.
즉, 회전축(300)의 2차편심과 그 디스크 고정부(310)의 재편심이 없다면, 밸 브 디스크(200)의 최외각 지점은 도 3b의 R1과 같은 원형 궤적을 그리게 되지만, 본 실시예의 밸브는 회전축(300)의 2차편심과 그 디스크 고정부(310)의 재편심을 통해 도 3b의 R2와 같은 타원형 궤적을 형성하게 된다.
결과적으로 도 4a의 개방 상태에서 도 4c의 폐쇄 상태로 회전되는 동안, 본 실시예의 밸브 디스크(200)는 회전과 동시에 밸브 시트(110) 측으로 전진 이동을 하게 되고, 밸브 시트(110)와의 접촉 시에 단순히 회전에 의한 압착력이 아닌 전진 이동에 의한 압착력을 받게 되어 누수 차단의 효과가 상당히 높아지게 된다.
또한, 이러한 효과를 얻기 위한 전체적인 구조가 매우 간단하여, 가공 및 조립 공정이 대폭 간소화되고 조립 상태에서의 고장 가능성도 대폭 저감된다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.