KR100742690B1 - 양방향 버터플라이 밸브 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 시트가 삽입되기 위한 삽입홈을 갖는 밸브바디, 밸브바디 주조시 상기 삽입홈에 유입되어지고 내면이 오목한 형상으로 만곡면을 이루는 스텐레스 재질의 시트와, 상기 시트의 만곡면과 동일 곡률로 형성되며 접하는 밸브 디스크 외주면으로 각각 우레탄코팅층이 형성되어, 관내에서 유체의 흐름을 제어하기 위한 양방향 버터플라이 밸브의 구조에 있어서,

상기 밸브 디스크 외주면과 접하는 시트 내주면으로 요홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 양방향 버터플라이 밸브 구조를 제공하여,

밸브 디스크의 작동시 물이나 기타 이물질 등이 상기 요홈내로 유도되도록 함으로써, 밸브 작동시의 슬립현상을 배제함과 동시에 기밀성 및 수밀성을 확보하고, 밸브시트와 밸브디스크간 접촉과정에서의 마모현상을 최대한 억제하여 사용수명을 현저하게 연장토록 하기 위한 양방향 버터플라이 밸브 구조에 관한 것이다.

양방향 버터플라이 밸브, 밸브 바디, 시트, 만곡면, 요홈, 밸브 디스크, 우레탄 코팅층, 곡률

Description

양방향 버터플라이 밸브 구조{The both direction butterfly valve structure}

도 1 내지 도 2는 종래의 양방향 버터플라이 밸브 구조를 나타낸 개략적 도면이며,

도 3은 본 발명에 의해 적용되는 양방향 버터플라이 밸브를 도시한 개괄적 사시도이고,

도 4 내지 도 5는 본 발명에 의한 양방향 버터플라이 밸브 구조를 도시한 실시예들에 의한 단면도이다.

※ 도면 중 주요부호에 대한 간단한 설명

100; 밸브 바디 110; 삽입홈

111; 이탈방지홈 200; 시트

210; 만곡면 211; 요홈

212; 삽입부 300; 밸브 디스크

310; 우레탄 코팅층

본 발명은, 양방향 밸브의 구조를 개선하기 위한 것으로 상세하게는 밸브 디스크의 외주연측으로 우레탄코팅을 이루고 시트 표면을 상기 밸브 디스크 외주면의 곡률과 같도록 하며 만곡되는 만곡면을 이루되, 상기 시트 표면으로 오목하게 형성되는 요홈을 형성하여, 밸브 디스크의 작동시 물이나 기타 이물질 등이 상기 요홈내로 유도되도록 함으로써, 밸브 작동시의 슬립현상을 배제함과 동시에 기밀성 및 수밀성을 확보하고, 밸브시트와 밸브디스크간 접촉과정에서의 마모현상을 최대한 억제하여 사용수명을 현저하게 연장토록 하기 위한 양방향 버터플라이 밸브 시트 구조에 관한 것이다.

버터플라이밸브는 각종 산업용수, 오일이나 상수도 등의 유체를 이송시키는 관로에 연결되어 유체의 흐름을 제어하기 위해 사용되는 것으로, 일방향 버터플라이밸브와 양방향 버터플라이밸브로 대비될 수 있다.

일방향 버터플라이밸브의 경우, 유체를 이송시키는 관로에 연결되는 밸브 몸체의 내부에 밸브디스크가 회전축으로 인해 회전 가능하게 설치되고, 회전축에 연결된 구동장치의 구동으로 밸브디스크의 회전시 관로를 개폐하여 유체 흐름을 제어할 수 있도록 구성하여, 한쪽 방향의 유체 흐름에 대해서는 효과적인 차단 작용을 수행할 수 있으나, 그 반대방향의 유체흐름에 대해서는 차단효과가 적고 작동불량이 발생되는 문제점이 있으며, 밸브 손상 등 유지 보수작업등을 필요로 할 때에는 밸브 양측 관로를 모두 차단하여야 하는 등 작업상의 번거로움 및 어려움에 따른 문제점이 제기되어 왔다.

따라서, 이러한 일방향 버터플라이 밸브의 문제점 등을 개선하기 위해, 상기한 바와 같은 양방향 버터플라이밸브를 채택하여 사용하고 있는데, 대한민국 특허청에 기출원되어 선등록된 실용신안 등록 제303553호를 인용하여 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 두개의 회전판으로 이루어지는 밸브체(1)를 구비한 더블형 버터플라이밸브는 회전축(2)이 밸브체(1)의 양측 회전판(11,12) 사이에 연결 설치되는 지지블럭(13)에 결합되고, 각 회전판(11,12) 외주면에 고무 시트(13)가 장착되도록 함으로써, 양방향의 이송 유체 압력에 대하여 효과적 차단성을 갖도록 한다.

그러나, 이와같은 종래의 양방향 버터플라이밸브는 상기 밸브체(1)가 지지블럭(13)에 의해 일체로 연결된 두 회전판(11,12)으로 이루어지게 되므로, 그 구조가 복잡하여 제조비용이 상승될 뿐만 아니라, 개방작동시에 유체의 이송방향에 대한 단면적이 크고 단면형상이 복잡하여 유동되는 유체의 흐름을 크게 저해하게 되어 펌핑 동력 손실을 유발시키는 문제와, 특히 10~20 % 개폐를 조정할 경우에는 심각한 캐비테이션 등의 발생으로 인한 관로 설비의 손상이 유발되는 등의 문제점이 지적되고 있다.

이와같은 점을 감안하고 개선하기 위해 상기한 인용실용신안인 실용신안 등록 제303553호의 경우, 밸브 디스크를 기울게 적용하고 밸브 디스크 외주면과 접하도록 경사진 상태의 시트를 제공하여 하나의 회전판만을 구비한 밸브체를 제공하여, 양방향으로 이송되는 유체의 흐름을 제어할 수 있도록 하여 디스크에 전달되는 유체의 항력을 경감시킬 수 있도록 하고, 실링의 교체가 용이한 구조를 제공하고 있다.

그러나, 이러한 밸브 구조의 경우, 통상 상수도 관로를 유동하는 유체는 7 kg/㎠ 의 고압에 해당되는 수압이 제공되는데, 이러한 고압을 디스크 양단면에 돌출되는 형상을 갖는 고무재질 등으로 되는 한쌍의 실링이 시트면과 접한 상태에서 상당한 수압을 지탱하여야 하므로, 사용기간이 경과 할수록 상기 실링의 마모도에 따라 기밀성이 저하되어져, 밸브로서의 역할을 수행할 수 없게 되는 문제점이 제기되고 있으며, 이로 인한 유지보수 작업의 빈번성 및 비용 증가에 따른 문제점 등이 있다.

또한, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 통상의 구조를 갖는 버터플라이 밸브의 수밀 유지를 위한 시트 구조의 경우, 고온의 유체와 높은 압력이나 화학물질에 견딜 수 있는 비교적 단단한 재질의 테프론재 시트가 사용되는 경우도 있다.

이러한 시트 구조는 중간부에 회전축에 의해 축설된 밸브디스크(30)가 형성된 통상적인 밸브몸체(20) 내주면에 별도의 시트고정판(50)에 의해 테프론재의 시트(40)를 고정하여 밸브디스크(30) 외주면이 시트(40)를 압입하여 밀폐하게 되는 구성을 갖게 된다.

그러나 상기 구성의 경우, 밸브 시트는 그 재질이 단단하여 밸브 디스크 개폐시 시트의 신축성이 떨어져 시트의 복원력이 저하되고, 장기간 사용시에 시트의 밸브 디스크 압입부가 밸브 디스크의 접촉에 의해 마모되며 밀폐 성능이 저하되는 문제점이 지적되고 있다.

또한 양방향 사용시 시트의 신축성 저하로 유체의 유동에 따른 시트의 적응력이 저하되어 사용상 적합하지 못하게 되는 문제점 등이 지적된다.

이러한 문제점을 감안하여, 대한민국 특허 등록 제 478294 호에서 시트의 외주면 양측에 돌조를 형성하고, 그 내측으로 링상의 탄력부재가 내입된 압입부를 그 시트 중심으로부터 편심 형성되게 하되, 상기 돌조와 압입부는 보다 얇은 두께의 탄력부에 의해 일체로 연결되게 하고, 상기 탄력부와 압입부의 연결부에는 중공상의 공간부를 형성하는 구성을 제공하고 있다.(대한민국 특허등록 제 478294 호 공보-2005.3.25일자 공고 청구범위 참조)

이러한 구성의 경우 밸브 디스크의 작동에 따라 코일스프링이 내입된 압입부가 탄성적으로 유동되며 밸브 디스크의 외주면과 접한 상태에서 가압되면서 동시에 밀폐 작동되어지는데, 사용빈도수의 증가에 따른 마모 현상으로 틈새가 이격되는 현상이 발생되며, 밸브 디스크의 개폐시 이물질이나 유체 등이 밸브디스크와 압입부 사이에 잔존되어 발생되는 슬립 현상으로 누수현상의 발생 및 완전한 개폐 작동이 어렵게 되는 문제점이 있다.

또한 상기한 종래 기술에 의한 밸브디스크 및 시트는 주로 주철재를 이용하여 개시되어지는바, 장시간 사용시 부식이 진행되어 유체내 불순물을 증가시킴은 물론, 식수로 사용하기 위한 상수도관에 적용될 경우 인체에 유해한 독성물질을 함유하게 되어 식수 오염도를 증가시킬 수 있는 문제점이 항상 내포되어 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점 등을 해결하기 위해 창안한 것으로서,

밸브디스크의 양단면을 에워싸는 우레탄 코팅층을 형성하고, 시트의 재질을 스텐레스 재질로 교체하되, 밸브디스크와 접하게 되는 면을 만곡면으로 오목하게 형성하고 그 면으로 요홈을 형성하여 밸브디스크의 작동시 이물질이나 유체 등이 자연스럽게 요홈측으로 내입됨에 따라, 밸브디스크와 시트간 이물질이 잔존되지 않도록 하여 마모성을 현저하게 저하, 사용수명을 증대시키는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은, 상수도관이나 기타 유체 유동관내에서의 고압을 견딜 수 있도록 밸브디스크의 구조를 개선하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
시트가 삽입되기 위한 삽입홈을 갖는 밸브바디, 밸브바디 주조시 상기 삽입홈에 유입되어지고 내면이 오목한 형상으로 만곡면을 이루는 스텐레스 재질의 시트와, 상기 시트의 만곡면과 동일 곡률로 형성되며 접하는 밸브 디스크 외주면으로 각각 우레탄코팅층이 형성되어, 관내에서 유체의 흐름을 제어하기 위한 양방향 버터플라이 밸브의 구조에 있어서,

상기 밸브 디스크 외주면과 접하는 시트 내주면으로 요홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 양방향 버터플라이 밸브 구조를 제공한다.

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이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 상기한 바와 같이 양방향 버터플라이 밸브 구조를 개선하여, 높은 수압에서도 견딜 수 있으며 유체 유동 제어시 긴밀한 당접 효과에 의한 수밀성 및 기밀성을 확보하기 위해 개시된다.

이와 같은 본 발명의 실시를 위해, 먼저 주철재로 되는 밸브바디(100)를 제작하게 되는데, PEP SET PROCESS 로 주형을 제작하여 합형 시험을 거친 후, 100 kg 의 고주파 용해로를 이용하여 용해, 주조한다.

본 발명에서 채택된 밸브바디(100)의 주요 성분은 FC 200을 기준으로 하여 아래의 표와 같은 성분비로 한다.

성 분	C	Si	Mn	P	S
함 량	3.55	1.94	0.85	0.122	0.111

용해 주입 중량은 100kg으로 1,450℃ 에서 출탕하여 1,400℃ 에서 주입하였는데, 이때 밸브바디(100)에 삽입되어지는 시트(200)의 형상대로 삽입홈(110)이 형성될 수 있도록 중자금형에 먼저 스텐레스로 가공된 시트(200)를 삽입한 다음 모래를 충진하여 일체형 중자를 제조하였다.

이와같이 제작되는 중자는 합형을 위해 주형에 삽입하고 상하형으로 분리된 주형에서 용탕의 주입 작업이 준비되는 시점에 토오치 등으로 시트부를 가열한 다음, 최종 합형한 즉시 용탕이 주형에 주입되도록 하여 중자와 용탕과의 온도편차를 최소화함으로써, 치밀한 접합이 가능하도록 하였다.

도 4 내지 도 5에서 보듯이, 이와같은 과정을 거쳐 주조된 밸브바디(100) 내측으로 시트(200)의 형상대로 삽입되어 함께 주조될 수 있게 되는 삽입홈(110)이 형성된다.

여기서 상기 삽입홈(110)은 시트(200)와의 합형시 시트(200)의 이탈 현상을 방지함은 물론, 밸브디스크(100)의 개도 및 개폐 작동시 상기 시트(200)가 외부로 이탈되는 현상을 방지하기 위해, 삽입홈(110) 하부로 이탈방지홈(111)을 형성한다.

상기 시트(200)는 밸브바디(100) 주조전에 제작 완료하여, 밸브바디(100) 주조시 함께 합형되며 주조되는 것은 상술한 실시예에서의 작업과정과 같다.

이와같은 시트(200)는 상기 삽입홈(110)에 삽입되어 합형되어지되 상기 삽입홈(110)에서 후술하게 되는 합형과정 및 사용과정에서 이탈되는 현상을 방지하기 위해 시트(200)의 하단부가 외측방으로 각각 활개되는 듯한 삽입부(212)를 형성한다 .

이와같은 시트(200)를 제작하기 위해 본 발명자는 링(ring) 타입의 목형을 제작한 상태에서 pep-sep 주형을 제작한 후, 고주파 용해로에서 용해하여 파이프 형상의 시트를 제작하였다.

상기 시트(200)는 링타입으로 형성되되 내주면측으로 밸브디스크(300)의 곡률과 같은 곡률로 되며 라운딩 되도록 만곡면(210)을 형성하게 되고, 상기 만곡면(210)으로 요홈(211)을 형성하여 제조되도록 한다.

여기서 상기 요홈(211)은 밸브디스크(300)의 개폐 동작에 따라 관로를 유동 하는 유체가 상기 밸브디스크(300)와 시트(200) 사이에 잔존할 수 있는 유체 및 이물질 등이 끼여지지 않고, 슬립현상 발생을 억제하며, 밸브디스크(300)와 시트(200)간 긴밀한 접촉에 의한 수밀성 및 기밀성을 확보할 수 있도록 하기 위한 구성이다.

상기와 같이 제조된 시트(200)는 앞서 설명한 바와 같이 밸브 바디(100) 주조시 중자부위에 삽입하여 합형한 후 토오치를 이용하여 시트부위를 가열하게 되는 것이다.

이와같이 시트부위를 가열하는 이유는 차가운 상태에 있는 시트(200)와 고온의 주철용탕이 응고하는 과정에서 수축에 의해 분리되는 것을 방지하기 위해, 시트(200)에 열을 가해줌으로써, 급냉과정에 발생되는 박리 현상을 최대한 방지할 수 있게 하기 위해서이다.

즉, 주철의 냉각속도를 완화하여 서서히 냉각함으로써 스텐레스 재질로 되는 시트(200)와 밸브바디(100)의 접합을 보다 효과적으로 하기 위함이다.

여기서, 상기 토오치를 이용하여 시트(200)를 예열하는 온도는 약 200 ℃ 이상에서 최적의 효과를 얻을 수 있었다.

상기 밸브 디스크(300)는 종래와 달리 하나의 밸브 디스크(300)로 제작하며 두께를 최소화 하면서도 축과의 고정강도 유지 및 회전력에 의한 비틀림강도에 충분히 견딜 수 있어야 하되, 축의 내구성이 있는 범위내에서 최소화 하는 것이 가장 바람직하다.

이와같은 밸브 디스크(300)를 얻기 위해, pep-set 목형을 이용하여 밸브바디(100)의 재질과 같은 FC 200 소재로 하여 주조작업하게 되는데, 이때의 용탕에서의 출탕온도는 1430 ℃ 로 하고 주입당시 온도는 1380℃ 로 하였다.

이와같은 과정을 거쳐 제조되는 밸브 디스크(300)는 도면에서 보는바와 같이 외주면을 일정하게 커버링하게 되는 우레탄수지를 이용하여 코팅처리함으로써, 우레탄코팅층(310)을 얻는다.

상기 밸브 디스크(300)의 외주면은 상술한 바와 같이 시트(200)의 내면과 밀접한 접촉을 위해 일정 곡률을 갖으며 형성하게 된다.

상기 우레탄코팅층(310)을 이루는 우레탄소재는 성형가공 및 조립상 문제점 등을 고려하여 선택된 소재로, 경도 100,90,70 GRADE 로 구별하며 제작하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 우레탄코팅층(310)이라 명명하고 있으나, 이러한 우레탄코팅층(310)은 밸브 디스크(300)를 주조 한 후, 상기 우레탄 경도를 갖는 GRADE로 충진하는 형태로 제작되는데, 먼저 우레탄 금형을 제작하여 금형 내부에 가공된 밸브 디스크(300)를 먼저 인서트 시킨 후, 우레탄 수지를 프레스 사출하고 일정 압력과 온도를 가하여 성형 경화 시켜 얻을 수 있다.

이와같이 제작되는 밸브바디(100)와 시트(200) 및 밸브디스크(300)를 가압에 의한 인서트(INSERT) 방식으로 최종 조립한 후, 펌프를 이용한 압력이 전달되는 가압식 방법에 의한 수압테스트를 실시한 결과 물의 수압은 최대 15 kg/㎠ 까지 견디면서도 누수 현상이 나타나지 않음을 알게 되었다.

아울러, 밸브 디스크(300)와 시트(200)간 접촉 공차를 고려할 필요가 있는데, 밸브 디스크(300)의 가공여유를 작게 하였을 경우에는 밸브 디스크(300)와 시트(200)간 접촉이 밀착되므로 유체의 상당한 고압에도 견딜 수 있으나, 밸브 디스크(300) 회전시 축에 발생되는 회전 토오크의 힘이 증가하여 축 강도에 문제가 될 수 있어, 적당한 공차를 두는 것이 중요하다.

이와같은 공차는 송수관로의 유체 흐름의 특성 즉, 유속과 유량 및 유압 등을 고려하여 적정하게 선택 설계할 수 있음은 물론이다.

이상과 같은 구성을 갖는 밸브를 이용하여, 송수관로에 설치 한 후 유체의 유동 흐름을 제어할 필요가 있을 경우, 공지의 수단을 이용하여 밸브 디스크(300)를 선택된 방향으로 개도하여 유체를 원하는 방향으로 유동시킬 수 있게 되며, 아울러 밸브 디스크(300)의 역동작에 의해 밸브를 닫을 때 밸브 디스크(300) 외주면으로 코팅되며 접합되는 우레탄코팅층(310)이 시트(200)의 만곡면(210)을 따라 이동되어지며 닫혀지게 된다.

이와같이 밸브 디스크(300)의 외주연으로 각각 일정 곡률로 라운딩되어 있으며, 시트(200) 내면 또한 밸브 디스크(300) 단부와 동일하게 일정곡률로 라운딩 처 리되어 있으므로 밸브 디스크(300) 회동시 밀접하게 접하는 상태를 유지하며 회동된다.

이때, 상기 밸브 디스크(300) 외주면을 커버하게 되는 상기 우레탄코팅층(310)이 시트(200) 만곡면(210)을 지날 때 시트(200)와 우레탄코팅층(310) 표면에 부착된 이물질이나 유체 등이 쓸려가면서, 상기 시트(200) 만곡면(210)에 형성된 요홈(211) 측으로 가이딩되며 수용되어진다.

따라서, 밸브 디스크(300)의 개폐 동작시 밸브 디스크(300) 외주면과 시트(200) 사이에 이물질이나 유체 등이 잔존하지 않게 되므로, 항상 수밀성 및 기밀성을 확보할 수 있게 됨은 물론, 이로 인한 슬립 현상을 배제할 수 있어 상당한 수압이 발생되더라도 충분히 견딜 수 있게 되는 것이다.

아울러, 밸브 디스크(300) 외주면을 커버하는 우레탄코팅층(310)과 스텐레스 재질로 되는 시트(200) 간 접촉과정에 의하더라도 우레탄 수지의 특성상 마모도는 현저하게 저하되어, 장시간 사용시에도 수밀성 및 기밀성 확보는 물론, 밸브 디스크(300)의 외주면에서의 내부식성 향상과 고강도 및 실링 효과를 충분히 기대할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의하면, 스텐레스 재질의 시트와 밀접하게 당접되는 밸브 디스크 외주면으로 우레탄 코팅층을 형성하되, 상기 시트로 이물질이나 잔류 수분 등이 유입될 수 있는 요홈 구조를 갖는 양방향 버터플라이 밸브 시트 구조를 제공함으로써, 양방향으로의 개도 및 개폐시 밸브 디스크와 시트간 마모 현상을 최소화하여 기밀성 및 수밀성을 확보할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한 시트의 단면 형상을 오목하게 형성하되 그 내면측으로 이물질이나 수분 등을 유도 유입하기 위한 상기 요홈에 의해, 밸브 디스크의 개도 및 개폐시 이물질이나 수분 등이 밸브 디스크와 시트사이에 개재되는 것을 방지하여 슬립 현상 억제 및 오목한 단면형상을 갖는 시트와 접하게 되는 볼록한 형상을 이루게 되는 밸브 디스크 외주면 우레탄 코팅층간 밀접한 기밀성을 확보할 수 있으면서도 마모현상의 저하에 따라 장시간 사용하더라도 이격되는 틈새 발생을 억제하여 상수관로내 작용되는 유체의 상당한 고압에도 견딜 수 있게 되는 효과와, 사용수명의 현저한 연장 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 시트가 삽입되기 위한 삽입홈을 갖는 밸브바디, 밸브바디 주조시 상기 삽입홈에 유입되어지고 내면이 오목한 형상으로 만곡면을 이루는 스텐레스 재질의 시트와, 상기 시트의 만곡면과 동일 곡률로 형성되며 접하는 밸브 디스크 외주면으로 각각 우레탄코팅층이 형성되어, 관내에서 유체의 흐름을 제어하기 위한 양방향 버터플라이 밸브의 구조에 있어서,

   상기 밸브 디스크 외주면과 접하는 시트 내주면으로 요홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 양방향 버터플라이 밸브 구조.
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