KR100740665B1 - 압력 저감 구조를 갖는 유체용 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체의 흐름을 단속하고 제어하는 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브를 통과하는 유체에 캐비테이션(CAVITATION)현상 및 플래싱(FLASHING)현상이 최소화 되도록 한 압력 저감 구조를 갖는 유체용 밸브에 관한 것으로, 일측으로 유입공이 형성되고 타측으로 배출공이 형성되며 상기 유입공 및 배출공을 연결하는 유로가 형성된 밸브몸체의 내부에 상하로 승강되면서 밸브의 유로를 개폐하는 밸브트림이 구비되고, 상기 유로에 연결되고 유체가 통과하는 다수의 감압공이 형성되어 상기 밸브몸체에 맞닿는 유체의 압력을 저감시키는 감압부가 형성된 유체용 밸브에 있어서, 상기 감압공은 유체가 흐르는 내측면이 유체의 흐름 방향을 따라 계단 형상으로 형성된다.

이에 따라, 캐비테이션현상 및 플래싱현상에 의한 밸브 내측의 손상이 최소화되고, 밸브가 개방된 상태에서도 유체가 순간적으로 흐르지 않거나, 간헐적으로 큰 진동 또는 소음을 발생시키는 초크현상을 방지하여 유체의 흐름이 더욱 안정적으로 이루어지는 효과를 가지게 된다.

유체, 밸브, 압력 저감, 감압공

Description

압력 저감 구조를 갖는 유체용 밸브{a valve for fluid with pressure reduction structure}

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 일부 절개 사시도.

도 2는 본 발명의 요부의 분해사시도.

도 3은 도 2의 결합상태를 보인 사시도.

도 4는 본 발명의 작동상태를 보인 횡단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 밸브몸체

11 : 유입공 12 : 배출공

13 : 유로

20 : 밸브트림 21 : 스템

30 : 감압부

31 : 감압공 32a, 32b, 32c : 결합관

33 : 관통공

본 발명은 유체의 흐름을 단속하고 제어하는 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온, 고압의 유체를 제어하는 밸브의 밸브몸체를 제외한 유체와 접촉하는 밸브체에 관한 것이다.

일반적으로 밸브는 유체의 유량, 압력, 속도를 조절하고, 유체의 방향전환, 유체 유송 및 차단 역할을 담당하는 것으로, 내측에 유로가 형성되고 유입구 및 배출구가 형성된 밸브몸체와, 밸브몸체의 내부에서 유로를 개폐하는 밸브트림으로 구성되어 유로를 통과하는 유체의 흐름이 밸브트림에 의해 조절되도록 하고 있다.

그러나, 이러한 밸브는 운전압력과 온도가 높고, 특히 차압이 큰 경우에는 임계흐름이 될 가능성이 매우 높기 때문에 캐비테이션(CAVITATION) 또는 플래싱(FLASHING)의 발생 가능성이 높다. 실제로 높은 차압환경에서 운전되는 모든 밸브는 캐비테이션 또는 플래싱의 발생으로 특수 설계된 밸브트림이 요구된다.

상기한 캐비테이션 또는 플래싱은 밸브에 있어서 유체역학적인 불안정으로 유체의 수송 및 제어과정 중에서 발생하는데 밸브의 구조와 직접적인 관련이 있다.

압력차를 조정하여 유량을 제어하고자 할 때 과도한 유량의 제어는 압력차를 크게 하여 밸브에서의 유체흐름에 불안정을 초래하는데, 가장 빈번하게 발생되는 손상구조는 압력제어시 밸브에서의 압력 손실량이 매우 커서, 밸브교축부의 압력이 유체의 포화 증기압보다 내려갔다가 밸브 후단에서 다시 회복되는 과정에서 생기는 캐비테이션(Cavitation)이다.

이 캐비테이션은 순간적으로 기포를 생성하고 다시 압력 회복 시 붕괴되는 과정에서 매우 큰 충격 압을 밸브 트림에 가하게 됨으로써 트림의 손상을 일으키고 아울러 정도의 차이는 있지만 경우에 따라서 심한 소음과 진동을 유발시켜 밸브의 구동부까지 손상시키는 경우가 있으므로 매우 유의하여야 한다.

또한 일례로 발전소에서 복수기로 방출되는 히터 배수 계통의 제어밸브는 상대적 진공인 복수기로 유체가 방출됨으로써 밸브 후단에서 유체의 압력이 회복되지 않고 기포상태로 밸브를 운전하게 되는 경우도 있는데 이는 플래싱(Flashing)으로 표현된다.

이 경우에도 캐비테이션과 마찬가지로 트림구조를 침식 손상시키는데 캐비테이션에 의한 트림의 침식손상이 곰보형태인 것에 비해 아주 매끄러운 침식 손상 면을 갖고 있다.

플래싱은 압력이 유체의 증기압 이하로 계속 유지되면서 유속은 크게 증가되어 있는 현상이다. 플래싱이 생기는 원인은 밸브 입구의 유체상태가 과냉 상태이거나 포화상태로서 교축점을 지나면서 더욱 기포가 생성되고, 유속이 증가되어 압력 또한 포화 압력이하로 유지됨으로 인한다.

플래싱은 유체입자를 고속으로 관로 면에 충돌시킴으로써 꼭 Sand Blasting을 한 것처럼 매끄러운 표면을 만드나 계속적으로 진행되면 관로 두께가 얇아지고 결국 손상을 입게 된다.

이러한 캐비테이션과 플래싱 현상은 밸브가 열려 있는데도 유체가 순간적으로 흐르지 않고 간헐적으로 큰 진동 또는 소음을 발생하면서 흐르게 되는 초크현상을 일으키기도 하는데, 이러한 현상은 이론적으로 명확히 규명되어 있지는 않다. 제어 밸브에 있어서 캐비테이션은 밸브 트림을 마멸시키고 큰 소음을 일으킨다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 밸브를 통과하는 유체에 캐비테이션(CAVITATION)현상 및 플래싱(FLASHING)현상이 최소화되도록 함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 유체의 압력 저감 효과가 극대화되면서 유체에 선회 현상이 더욱 크게 발생되도록 함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 적용별로 감압부의 제작이 간편하면서 다수의 관통공의 배열에 의해 감압공이 형성되도록 함에 있다.

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또한, 본 발명의 목적은 밸브를 통과하는 유체, 보다 상세하게는 밸브 내부의 출구측으로 토출되는 유체의 선회현상을 유도함으로서 원활하고도 균등하게 흐름을 유도함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일측으로 유입공이 형성되고 타측으로 배출공이 형성되며 상기 유입공 및 배출공을 연결하는 유로가 형성된 밸브몸체의 내부에 상하로 승강되면서 밸브의 유로를 개폐하는 밸브트림이 구비되고, 상기 유로에 연결되고 유체가 통과하는 다수의 감압공이 형성되어 상기 밸브몸체에 맞닿는 유체의 압력을 저감시키는 감압부가 형성된 유체용 밸브에 있어서, 상기 감압공은 유체가 흐르는 내측면이 유체의 흐름 방향을 따라 계단 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감압공은 상기 감압부의 외측면을 따라 나선형 배열을 이루며 다수개가 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 일측으로 유입공이 형성되고 타측으로 배출공이 형성되며 상기 유입공 및 배출공을 연결하는 유로가 형성된 밸브몸체의 내부에 상하로 승강되면서 밸브의 유로를 개폐하는 밸브트림이 구비되고, 상기 유로에 연결되고 유체가 통과하는 다수의 감압공이 형성되어 상기 밸브몸체에 맞닿는 유체의 압력을 저감시키는 감압부가 형성된 유체용 밸브에 있어서, 상기 감압부는 각각 직경을 달리하면서 다단으로 결합되는 다수의 결합관으로 구성되고, 상기 결합관의 외측면에 서로 대응되게 관통되어 형성되는 다수의 관통공이 형성되며, 상기 관통공이 서로 중심을 달리하여 어긋나게 배열되면서 상기 감압공을 형성하는 것을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 일부 절개 사시도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 밸브몸체(10)의 내부에 상,하로 승강되면서 밸브의 유로(13)를 개폐하는 밸브트림(20)이 구비된 유체용 밸브에 있어서, 내측에 상기 밸브트림(20)이 삽탈되면서 압력을 저감시키는 공간부가 형성되어 상기 유로(13)에 고정되는 원통형의 감압부(30)가 구비되고, 상기 감압부(30)에는 유체가 흐르는 다수의 감압공(31)이 형성되되 감압공(31)의 내측면은 유체의 흐름 방향을 따라 계단 형상으로 다단을 이루며, 밸브를 통과하는 유체가 계단 형상의 감압공(31)을 통해 유속은 점차적으로 단계별로 증가되면서 유압이 저하된 상태로 공간부로 이동되며, 감압공(31)을 통해 유체는 선회하도록 유도되어 밸브 내면과 직접적인 충돌을 하지 않고 배출공(12) 측으로 원활히 흘러나가도록 한 것이다.

상기 밸브몸체(10)는 일측으로 유체가 밸브의 내부로 유입되도록 하는 유입공(11)이 형성되고, 타측으로는 밸브를 통과한 유체가 배출되는 배출공(12)이 형성되며, 밸브몸체(10)의 내측에 유입공(11) 및 배출공(12)을 연결하는 유로(13)를 형성하여 유입공(11)과 배출공(12)에 유체가 흐르는 배관이 연결된 상태에서 유체가 원활하게 흐르도록 한다.

또한, 상기 밸브몸체(10)의 내측에는 밸브를 작동시키는 액츄에이터와 손잡이 등과 연결되는 스템(21)과 결합되어 스템(21)의 승강에 따라 승강되면서 유로(13)를 개폐시키는 밸브트림(20)을 구비하여 스템(21)의 상,하 직선운동을 조절하여 밸브를 통과하는 유체의 양 및 유속이 조절되거나, 유체의 흐름을 단속할 수 있도록 한다.

상기 감압부(30)는 상기 밸브트림(20) 및 유로(13)에 가해지는 유체의 압력이 저감되도록 하는 것으로서, 상기 밸브트림(20)의 전,후방 유로(13)상에 고정되고 다수의 감압공(31)을 형성하여 유입공(11)을 통해 유입된 유체가 감압공(31)을 통과하면서 유속은 점진적으로 증가하면서 유압이 저하되어 밸브트림(20) 및 유로(13)에 가해지는 압력이 줄어들도록 하여, 밸브트림(20)을 통과하는 유체가 일시적으로 급격하게 속도가 증가하였다가 유속을 회복하면서 배출구 측으로 배출되지 않도록 함으로써, 유체에 의한 캐비테이션(CAVITATION) 현상 및 플래싱(FLASHING)현상의 발생이 최소화되도록 한다.

또한, 상기 감압부(30)의 중앙에는 상기 밸브트림(20)이 삽입되는 공간부를 형성하여 밸브트림(20)의 원활한 승강 및 개폐 작동이 이루어지도록 할 뿐만 아니 라, 유입공(11) 측에 위치한 감압공(31)을 통해 감압되어 흘러들어온 유체가 공간부 내에서 선회하여 배출공(12)으로 빠져나가도록 하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 요부의 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 결합상태를 보인 사시도이며, 도 4는 본 발명의 작동상태를 보인 횡단면도로서, 상술한 감압부(30)는 도시된 것과 같이 외측면에 다수의 감압공(31)이 형성된 원통형으로 형성한다.

상기 감압부(30)는 직경을 달리하여 각각 서로 내측에 삽입되어 다단으로 결합되는 다수의 결합관(32a)(32b)(32c)으로 구성되고, 상기 결합관(32a)(32b)(32c)의 외측면에 서로 대응되게 관통되어 형성되는 다수의 관통공(33)이 형성되도록 하여, 다수의 관통공(33)이 서로 중심을 달리하면서 겹쳐지도록 한 감압공(31)이 형성되도록 한다.

또한, 상기 관통공(33)은 서로 중심을 달리하여 소정 거리만큼 서로 어긋나게 배치되도록 상기 결합관(32a)(32b)(32c)을 일정 각도만큼 비틀어지게 결합하여 감압공(31)의 내측면이 계단 형상을 이루도록 함으로써, 감압공(31)을 통과하는 유체의 압력 저감 효과가 극대화 될 뿐만 아니라, 유체의 선회운동을 증대시켜, 유체가 감압부(30)를 통과하는 것이 더욱 원활해지도록 하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 유입공(11) 측의 밸브몸체(10)의 하부 공간에 형성된 유로(13)를 통과한 유체는 감압공(31)을 통해 유로가 분산되면서 밸브 상부측의 내측 공간부로 선회하며 흘러들게 되어 밸브에 가해지는 충격을 최소화하고, 압력이 분산된 상태에서 다시 배출공(12) 측으로 빠져나가게 되어 원활한 흐름이 이루어지게 되는 것이다.

더불어, 상기 감압공(31)은 상기 감압부(30)의 외측면에 나선형으로 다수개 가 형성되도록 함으로써, 유체의 선회운동 효과가 증대되도록 하여 유체의 흐름이 더욱 원활해지도록 하는 것도 무방하며, 적용 조건에 따라 밸브의 입구와 출구가 반대로 적용되는 것도 무방하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 밸브의 유로에 계단 형상의 감압공이 형성된 감압부를 구비하여 밸브를 통과하는 유체에 캐비테이션(CAVITATION)현상 및 플래싱(FLASHING)현상이 최소화되도록 함으로써, 캐비테이션현상 및 플래싱현상에 의한 밸브 내측의 손상이 최소화되고, 밸브가 개방된 상태에서도 유체가 순간적으로 흐르지 않거나, 간헐적으로 큰 진동 또는 소음을 발생시키는 초크현상을 방지하여 유체의 흐름이 더욱 안정적으로 이루어지는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 감압공의 내측면이 계단 형상으로 형성되어 유체의 압력이 단계별로 저감되는 효과가 극대화되면서 유체에 선회 현상이 더욱 크게 발생되도록 함으로써, 유체에 의한 밸브의 손상을 더욱 효과적으로 방지할 뿐만 아니라, 감압부에 의해 단계별로 저하된 유체 압력이 출구측 압력과 거의 동등하게 되며, 유체의 흐름이 원활해지는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 감압부가 다수의 결합관이 결합되어 형성되도록 하여 다수의 관통공의 배열에 의해 감압공이 형성되도록 함으로서, 적용 범위별로 감압공의 가공 및 제작이 더욱 간편해질 뿐만 아니라, 감압부의 효용이 극대화되어 높은 압력 차이를 갖는 유체가 통과할 때, 마모, 침식 및 파손이 최소화되는 효과를 가지게 된다.

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또한, 본 발명은 감압공을 나선형으로 다수개 형성하여 밸브를 통과하는 유체에 선회 현상이 증대되도록 함으로써, 유체의 흐름이 더욱 원활해지는 효과를 가지게 된다.

Claims (5)

1. 일측으로 유입공(11)이 형성되고 타측으로 배출공(12)이 형성되며 상기 유입공(11) 및 배출공(12)을 연결하는 유로(13)가 형성된 밸브몸체(10)의 내부에 상하로 승강되면서 밸브의 유로(13)를 개폐하는 밸브트림(20)이 구비되고, 상기 유로(13)에 연결되고 유체가 통과하는 다수의 감압공(31)이 형성되어 상기 밸브몸체(10)에 맞닿는 유체의 압력을 저감시키는 감압부(30)가 형성된 유체용 밸브에 있어서,

   상기 감압공(31)은 유체가 흐르는 내측면이 유체의 흐름 방향을 따라 계단 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 압력 저감 구조를 갖는 유체용 밸브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 감압공(31)은 상기 감압부(30)의 외측면을 따라 나선형 배열을 이루며 다수개가 형성된 것을 특징으로 하는 압력 저감 구조를 갖는 유체용 밸브.
3. 삭제
4. 일측으로 유입공(11)이 형성되고 타측으로 배출공(12)이 형성되며 상기 유입공(11) 및 배출공(12)을 연결하는 유로(13)가 형성된 밸브몸체(10)의 내부에 상하로 승강되면서 밸브의 유로(13)를 개폐하는 밸브트림(20)이 구비되고, 상기 유로(13)에 연결되고 유체가 통과하는 다수의 감압공(31)이 형성되어 상기 밸브몸체(10)에 맞닿는 유체의 압력을 저감시키는 감압부(30)가 형성된 유체용 밸브에 있어서,

   상기 감압부(30)는 각각 직경을 달리하면서 다단으로 결합되는 다수의 결합관(32a)(32b)(32c)으로 구성되고, 상기 결합관(32a)(32b)(32c)의 외측면에 서로 대응되게 관통되어 형성되는 다수의 관통공(33)이 형성되며, 상기 관통공(33)이 서로 중심을 달리하여 어긋나게 배열되면서 상기 감압공(31)을 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 저감 구조를 갖는 유체용 밸브.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 감압공(31)은 상기 감압부(30)의 외측면을 따라 나선형 배열을 이루며 다수개가 형성된 것을 특징으로 하는 압력 저감 구조를 갖는 유체용 밸브.

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