KR100782900B1 - 볼밸브 및 이를 이용한 밸브 개폐시스템 - Google Patents

볼밸브 및 이를 이용한 밸브 개폐시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 볼밸브에 관한 것으로, 양측에 관체가 연결되어 유체가 관통하는 유로가 형성되는 밸브본체; 상기 밸브본체의 내측에 회전가능하게 지지되는 개폐구; 공급되는 공압에 의해 상기 개폐구를 회전시키는 공압액추에이터; 및 상기 밸브본체의 내측에 마련되어 상기 개폐구가 회전될 때 상기 개폐구의 표면에서 이탈되고, 상기 개폐구에 의해 유로가 폐쇄될 때 개폐구의 표면에 밀착되는 시트부재;를 구비하여 볼밸브의 개폐구와 항상 접촉된 상태를 유지하는 시트링을 개폐구가 회전될 때는 개폐구의 표면에서 이격 되도록 하고, 개폐구가 유체의 유로를 폐쇄할 때에만 개폐구의 표면에 접하도록 함으로써, 개폐구의 회전시 개폐구의 표면과 시트링의 마찰에 의한 시트링의 마모를 방지할 수 있어, 시트링 및 시트링을 사용하는 볼밸브의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

볼밸브 및 이를 이용한 밸브 개폐시스템{BALL VALVE AND VALVE OPEN-CLOSE SYSTEM WITH IT}
도 1은 종래 기술에 따른 볼밸브의 내부구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 볼밸브의 내부구조를 나타낸 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밸브 개폐시스템을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 볼밸브의 개방 상태를 나타낸 요부확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 볼밸브의 폐쇄 상태를 나타낸 요부확대 단면도이다.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
100 : 볼밸브 102 : 공압액추에이터
103 : 개폐구 104 : 레귤레이터
105 : 솔레노이드 밸브 106 : 터치밸브
107 : 배출밸브 108 : 스피드 컨트롤러
110 : 입구측바디 120 : 중간바디
130 : 출구측바디 140 : 시트부재
142 : 시트링 143 : 시트링 가이드
본 발명은 볼밸브에 관한 것으로 보다 상세하게는 밸브의 유로를 개폐하는 볼과 유동적으로 접촉하여 개폐구와의 밀폐상태를 유지할 수 있는 시트를 구비하는 볼밸브 및 이를 이용한 밸브 개폐시스템에 관한 것이다.
볼밸브는 각종의 유체나 기체의 흐름을 단속하기 위한 제어밸브의 일종으로서 플러그밸브, 버터플라이밸브 등이 개발되어 사용되고 있는 실정이며 볼밸브의 경우에는 그 구성의 신뢰성 및 작동의 간편성으로 널리 사용되고 있다.
상기와 같은 볼밸브의 경우 선형 유체흐름상에서 수직방향으로의 회동조작에 의하여 회동하는 유체제어개폐용의 개폐구(開閉毬)의 회동으로 유체의 흐름을 차단 또는 개방함으로서 유체제어를 수행하는 역할을 한다.
따라서 상기의 유체개폐용의 개폐구는 반복적인 회동을 지속적으로 수행하게 되고 구면상의 회동면을 가지게 되므로 회동면에서의 유체누출 방지가 중요한 관리변수가 되고 있다.
이하 종래 기술에 따른 볼밸브의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 볼밸브의 내부구조를 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이 종래 기술에 따른 볼밸브(10)는 양측에 관로를 형성하는 관체(미도시)가 연결되는 밸브바디(12)와, 밸브바디(12)의 내부에 회동가능하게 마 련되고, 유체 또는 기체가 유동할 수 있는 관통공이 형성된 구체 또는 반구체형상의 개폐구(13)와, 개폐구(13)의 회전축 상에서 연장되어 개폐구(13)를 회전시키기 위한 스템(14)이 마련된다.
여기서, 밸브바디(12)의 내부 양측에는 개폐구(13)와 밸브바디(12) 내측면의 기밀을 유지하기 위한 링 형상의 시트링(15)이 개재되어 마련되며, 시트링(15)은 별도의 탄성부재(16)에 의해 탄성 지지되어 항상 개폐구(13)의 표면에 접하도록 구성된다.
이러한 볼밸브(10)는 스템이 회동됨에 따라 스템(14)의 말단부에 설치된 개폐구(13)가 함께 회전하면서 밸브바디(12)의 내측의 유로를 개폐하게 되며, 유로상의 개폐구(13) 양측에 시트링(15)이 밀착되어 유로상의 유체가 누설되는 것을 막을 수 있도록 되어 있다.
그러나 상술한 시트링(15)은 항상 개폐구(13)의 표면에 밀착되도록 형성되어 있으며, 통상적으로 개폐구(13)의 표면보다 연질의 재질로 형성되어 있다. 따라서 장시간 볼밸브(10)를 사용할 시에는 개폐구(13)와 시트링(15)의 마찰에 의해 시트링(15)에 마모가 발생하고, 시트링(15)의 마모가 발생할 경우 볼밸브(10)에 의해 제어되는 유체가 누설되는 문제점이 있었다.
이에 시트링(15)의 마모가 발생하였을 경우에는 볼밸브(10)를 분해하여 별도로 시트링(15)만 교체하여 사용할 수도 있으나, 이는 볼밸브(10)에 의해 제어되는 유체의 흐름을 정지시켜야 되는 문제점이 있으며, 시트링(15)의 교환자체도 매우 번거로운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 볼밸브의 개폐구와 항상 접촉된 상태를 유지하는 시트링이 개폐구가 회전될 때에는 개폐구의 표면에서 이격 되도록 하여 시트링의 마모를 방지할 수 있는 볼밸브 및 이를 이용한 밸브 개폐시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 양측에 관체가 연결되어 유체가 관통하는 유로가 형성되는 밸브본체, 상기 밸브 본체의 유로를 개폐하는 개폐구, 상기 개폐구를 작동시키는 공압액추에이터, 상기 개폐구에 밀착되어 기밀을 유지하는 시트부재, 상기 시트부재가 상기 개폐구에 밀착되도록 압력기체를 공급하는 제 1공압라인 및 상기 시트부재가 상기 개폐구에서 이격되도록 압력기체를 공급하는 제 2공압라인을 구비하는 볼밸브가 마련되며, 별도의 압력기체공급장치에서 공급되는 압력기체를 제어하여 상기 공압액추에이터를 작동을 제어하고, 상기 개폐구가 회전될 때는 상기 제 2공압라인으로 압력기체를 공급하고, 상기 개폐구에 의해 상기 볼밸브의 유로가 폐쇄되었을 경우에는 상기 제 1공압라인에 압력기체를 공급하는 솔레노이드 밸브를 더 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 볼밸브 및 이를 이용한 밸브 개폐시스템을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 볼밸브의 내부구조를 나타낸 부분단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 볼밸브 개폐시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 볼밸브(100)는, 양측에 관체가 연결되어 유체가 관통하는 유로가 형성되는 밸브본체(101)와, 밸브본체(101)의 내측에 회전가능하게 지지되는 개폐구(103)와, 공급되는 공압에 의해 개폐구(103)를 회전시키는 공압액추에이터(102)와, 밸브본체(101)의 내측에 마련되어 개폐구(103)가 회전될 때 개폐구(103)의 표면에서 이탈되고, 개폐구(103)에 의해 유로가 폐쇄될 때 개폐구(103)의 표면에 밀착되는 시트부재(140)를 구비한다.
밸브본체(101)는 유체가 공급되는 관체가 연결되는 입구측바디(110)와, 유체가 배출되는 관체가 연결되는 출구측바디(130)와, 입구측바디(110)와 출구측바디(130) 사이에 마련되어 시트부재(140) 및 이너스크레이퍼(inner scraper)(150)가 지지되는 중간바디(120)를 구비한다.
입구측바디(110)에는 관체가 연결되는 플렌지(112)와, 입구측바디(110)의 내측 하부에 마련되어 개폐구(103)를 회전가능하게 지지하는 하부스템(bottom stem)(113)과, 입구측바디(110)의 내측 상부에서 외측으로 연장 관통되어 그 하단이 개폐구(103)의 상부에 결합되고, 그 상단은 공압액추에이터(102)에 결합되는 상부스템(top stem)(114)을 구비한다.
또한 상·하부스템(113)에는 각 스템(113, 114)과 입구측바디(110)의 기밀을 유지하기 위한 다수의 오링(O-ring)(115)이 구비되고, 입구측바디(110)의 외측상부에는 공압액추에이터(102)가 고정되는 마운팅 브래킷(mounting bracket)(111)이 구비된다.
개폐구(103)는 입구측바디(110)의 내부에 회동가능하게 마련되고, 유체 또는 기체가 유동할 수 있는 관통공이 형성된 구체 또는 반구체 형상으로 형성된다.
입구측바디(110)와 중간바디(120)의 사이에는 개폐구(103)의 표면에 잔존하는 이물질을 제거하는 이너스크레이퍼(150)가 마련된다. 이너스크레이퍼(150)는 개폐구(103)의 구면에 그 내주면이 밀착되는 중공이 형성된 링 형상으로 중간바디(120)에 의해 입구측바디(110)에 압착되어 고정된다. 이러한 이너스크레이퍼(150)는 개폐구(103)의 표면에 부착되는 고점성 또는 응고유체에 대하여 확실한 스크래이핑을 실시할 수 있다.
출구측바디(130)에는 밸브를 통과한 유체가 배출되는 관체가 연결되는 플렌지(131)가 형성되며, 출구측바디(130)와 중간바디(120) 사이에는 시트부재(140)가 이송가능하도록 출구측바디(130)와 중간바디(120)의 내측으로 함입되는 슬라이드부(132)가 형성된다.
슬라이드부(132)를 형성하는 출구측바디(130) 및 중간바디(120)에는 외부의 압력기체가 유입되는 제 1, 2공압라인(122, 133)이 각각 대향되는 방향으로 마련되며, 제 1, 2공압라인(122, 133)에서 공급되는 압력기체에 의해 시트부재(140)가 왕복이송된다.
시트부재(140)는 개폐구(103)의 구면에 밀착되어 기밀을 유지하는 시트링(seat ring)(142)과 시트링(142)을 지지함과 동시에 제 1, 2공압라인(122, 133)에서 공급되는 공압에 의해 시트링(142)을 개폐구(103)의 구면에 밀착 또는 이격시키는 시트링가이드(seat ring guide)(143)를 구비한다.
여기서 시트링 가이드(143)는 출구측바디(130)의 내주면에 밀착되어 기밀을 유지한 상태로 결합되는 관형상으로 형성되며, 그 외주면에는 출구측바디(130)와 중간바디(120)의 사이에 형성된 슬라이드부(132)의 내주면에 기밀을 유지한 상태로 삽입되어 제 1, 2공압라인(122, 133)에 의해 공급되는 압력기체에 의해 이동되는 이송리브(145)가 연장 돌출되어 형성된다.
또한, 시트링 가이드(143)에 의해 이송되는 시트링(142)의 외측에는 시트링(142)을 고정하기 위한 별도의 시트링 고정링(146)이 더 마련될 수 있으며, 볼밸브(100)에 의해 제어되는 유체의 화학적 조성 또는 유체에 포함된 스러리의 밀도가 바뀔 경우 시트링 고정링(146)을 분리하여 유체의 화학적 조성 또는 슬러리에 대응되는 시트링(142)으로 교체함으로써 제어되는 유체에 대하여 능동적으로 대응할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 볼밸브(100)는 제 1, 2공압라인(122, 133)으로 공급되는 압력기체에 의해 시트링 가이드(143)가 이송되면서 시트링 가이드(143)에 고정된 시트링(142)이 개폐구(103)에 형성된 구면에 선택적으로 밀착되도록 할 수 있다.
따라서 개폐구(103)가 회전될 때만 개폐구(103)의 표면에서 시트링(142)을 이격시킴으로써 개폐구의 표면에 접하는 시트링(142)의 마모를 방지할 수 있으며, 개폐구에 잔존하는 슬러리 등의 이물질에 의한 스트링의 마모를 방지할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 볼밸브를 이용한 개폐시스템에 대하여 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이 별도의 압력기체공급장치(미도시)에서 공급되는 압력기체를 일정한 압력으로 공급하는 레귤레이터(104)와, 레귤레이터(104)에서 공급되는 압력기체를 제어하여 공압액추에이터(102)의 개폐동작을 제어하는 5/2-웨이 솔레노이드 밸브(105)를 구비하며, 이때, 솔레노이드 밸브(105)는 외부의 전기적인 신호에 대응하여 내측에 설치된 스풀(Spool)의 위치가 변경되고 이에 따라 다수의 유로를 선택적으로 연결시킬 수 있도록 다수의 포트(Port)가 구비되어 유로를 변환시키기 위해 일반적으로 사용되는 밸브로서, 공압엑추에이터(102)가 개폐구(103)를 개방시키는 유로와 제2공압라인(122) 연결 유로 및 공압엑추에이터(102)가 개폐구(103)를 폐쇄시키는 유로와 제1공압라인(133) 연결 유로를 전기적 신호에 의해 선택적으로 변환시키게 된다.
그리고 5/2-웨이 솔레노이드 밸브(105)에 의해 공압액추에이터(102)가 볼밸브(100)를 폐쇄하는 동작을 진행함에 따라 공압액추에이터(102)의 작동에 연동되어 레귤레이터(104)에서 공급되는 압력기체를 제 1공압라인(133)으로 공급하는 터치밸브(106)를 구비한다.
또한, 제 1공압라인(133)에는 공압액추에이터(102)가 볼밸브(100)를 개방하는 동작을 진행할 때 제 1공압라인(133)에 충전된 압력을 배출하는 배출밸브(107)가 더 마련된다.
그리고 5/2-웨이 솔레노이드 밸브(105)에 의해 공압액추에이터(102)가 볼밸브(100)를 개방하는 동작을 진행함에 따라 5/2-웨이 솔레노이드 밸브(105)에서 공급되는 압력기체는 제 2공압라인(122)과 공압액추에이터(102)로 공급되며, 공압액추에이터(102)에는 공압액추에이터(102)의 작동을 늦추는 스피드 컨트롤러(108)가 더 구비된다.
본 발명에 따른 볼밸브 개폐시스템의 작동을 첨부한 도면을 통하여 상세히 설명한다. 여기서 설명되는 구성들은 상술한 설명과 도2 및 도3을 참조하여 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 볼밸브의 개방 상태를 나타낸 요부확대 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 볼밸브의 폐쇄 상태를 나타낸 요부 확대 단면도이다.
이하 본 발명에 따른 볼밸브의 개방상태에서 폐쇄상태로 전환되는 동작을 설명한다. 여기서 볼밸브(100)가 개방상태일 경우에는 볼밸브(100)의 제 2공압라인(122)으로 압력기체가 공급되는 상태이다.
여기서 볼밸브를 폐쇄할 경우에는 5/2-웨이 솔레노이드 밸브(105)의 유로가 변경되면서 5/2-웨이 솔레노이드 밸브(105)에서 그 경로가 전환되어 공급되는 압력기체에 의해 공압액추에이터(102)가 작동되며, 공압액추에이터(102)의 작동에 따라 볼밸브(100)의 개폐구(103)가 폐쇄되는 방향으로 회전된다.
이후 공압액추에이터(102)의 작동이 완료되면, 공압액추에이터(102)에 의해 터치밸브(106)가 개방된다. 터치밸브(106)가 개방됨에 따라 공급되는 압력기체는 배출밸브(107)를 통과하여 볼밸브(100)의 제 1공압라인(133)으로 공급된다.
제 1공압라인(133)으로 공급되는 압력기체에 의해 볼밸브(100)의 시트링 가이드(143)의 이송리브(145)가 개폐구(103) 측으로 압력을 받게 되며, 압력을 받는 시트링 가이드(143)는 그 압력에 의해 개폐구(103) 측으로 이동되어 시트링 가이드(143)에 고정된 시트링(142)이 개폐구(103)의 표면에 밀착된다.
따라서 볼밸브(100)의 개폐구(103)가 회전될 때에는 시트링(142)이 이격되어 있는 상태를 유지하며, 볼밸브(100)의 개폐구(103)가 완전히 회전된 후(즉, 개폐구(103)에 의해 유로가 완전히 폐쇄된 후)에는 시트링(142)이 개폐구(103)의 표면에 밀착되어 기밀을 유지한다.
이하 본 발명에 따른 볼밸브의 폐쇄상태에서 개방상태로 전환되는 동작을 설 명한다. 여기서 볼밸브(100)가 폐쇄상태일 경우에는 상술한 바와 같이 볼밸브(100)의 제 1공압라인(133)으로 압력기체가 공급되는 상태이다.
여기서 볼밸브(100)를 개방할 경우에는 5/2-웨이 솔레노이드 밸브(105)의 유로가 변경되면서 레귤레이터(104)에서 공급되는 압력기체가 제 2공압라인(122)과 공압액추에이터(102) 측으로 동시에 공급된다.
따라서 제 2공압라인(122)으로 공급되는 압력기체에 의해 볼밸브(100)의 시트링 가이드(143)의 이송리브(145)가 개폐구(103)에서 이격되는 방향으로 압력을 받게 되며, 압력을 받는 시트링 가이드(143)는 그 압력에 의해 개폐구(103)에서 이격되는 방향으로 이동되어 시트링 가이드(143)에 고정된 시트링(142)이 개폐구(103)의 표면에서 이격된다.
이때 제 2공압라인(122)으로 공급되는 압력기체에 의해 배출밸브(107)의 경로가 전환되어 시트링 가이드(143)가 개폐구(103) 측으로 이동되도록 압력을 가하던 제 1공압라인(133)의 압력이 배출된다.
그리고 공압액추에이터(102)로 공급되는 압력기체는 5/2-웨이 솔레노이드 밸브(105)와 공압액추에이터(102) 사이에 마련된 스피드 컨트롤러(108)에 의해 그 작동속도가 감쇠되어 작동된다. 즉, 볼밸브(100)의 개폐구(103)가 개방 동작을 할 때에는 개폐구(103)의 회전보다 개폐구(103)의 표면에 밀착된 시트링(142)이 먼저 이격되고, 그 후 공압액추에이터(102)에 의해 개폐구(103)가 회전된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 볼밸브 및 이를 이용한 밸브 개폐시스템에 따르면, 볼밸브의 개폐구와 항상 접촉된 상태를 유지하는 시트링을 개폐구가 회전될 때는 개폐구의 표면에서 이격 되도록 하고, 개폐구가 유체의 유로를 폐쇄할 때에만 개폐구의 표면에 접하도록 함으로써, 개폐구의 회전시 개폐구의 표면과 시트링의 마찰에 의한 시트링의 마모를 방지할 수 있어, 시트링 및 시트링을 사용하는 볼밸브의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

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  8. 공압액추에이터에 의해 개폐동작이 이루어져 유로를 개폐하는 개폐구와, 상기 개폐구에 밀착되어 기밀을 유지하는 시트부재와, 상기 시트부재가 상기 개폐구에 밀착되도록 압력기체를 공급하는 제 1공압라인 및 상기 시트부재가 상기 개폐구에서 이격되도록 압력기체를 공급하는 제 2공압라인을 구비하는 볼밸브;
    상기 공압액추에이터 및 상기 제 1, 2공압라인에 압력기체를 공급하는 압력기체공급장치; 및
    상기 압력기체를 제어하여 상기 공압액추에이터를 작동을 제어하고, 상기 개폐구가 회전될 때는 상기 제 2공압라인으로 압력기체를 공급하고, 외부의 전기적 신호에 의하여 내부에 형성된 유로가 변환되어 공압엑추에이터에 의해 상기 개폐구가 폐쇄되는 경우에는 변환된 유로가 제1공압라인과 연결되어 상기 제 1공압라인으로 압력기체를 공급하는 솔레노이드 밸브가 구비된 볼밸브 개폐시스템에 있어서,
    상기 압력기체공급장치의 후단에 상기 압력기체공급장치에서 공급되는 압력기체를 정압하여 공급하는 레귤레이터와,
    상기 공압액추에이터에 의한 상기 볼밸브의 폐쇄동작에 의해 제 1공압라인으로 압력기체를 공급하는 터치밸브와,
    상기 공압액추에이터에 의해 상기 볼밸브를 개방하는 동작을 진행할 때 상기 공압액추에이터의 작동을 늦추는 스피드 컨트롤러, 및
    상기 제 1공압라인에 상기 공압액추에이터가 볼밸브를 개방하는 동작을 진행할 때 상기 제 1공압라인에 충전된 압력기체를 배출하는 배출밸브가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 볼밸브 개폐시스템.
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