KR100956225B1 - 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들 - Google Patents

선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들은, 헤드 저면(15) 쪽이 넓고 그 반대쪽이 좁은 테이퍼 형상으로 암나사부(12)가 형성되며 헤드부(10)는 헤드 저면 쪽으로 암나사부(12)의 단부에 용접자리부(13)가 형성되고 나이모닉 80A 재질의 초내열합금으로 형성되어 선박용 엔진의 배기 밸브에서 배기포트를 개폐시키는 헤드부(10), 암나사부(12)에 체결되게 테이퍼 형상으로 수나사부(21)가 형성되고 SNCrW, S17MoS, Tarkall-C, 16CrMo44 중 어느 하나의 일반 내열강으로 형성되어 선박용 엔진의 배기 밸브에서 상술한 헤드부(10)를 직선운동을 안내하도록 된 스템부(20) 및 스템부(20)에는 설치되어 배기가스에 의해 회전되도록 하는 날개부(30)를 포함하고, 헤드부(10)와 스템부(20)는 헤드 저면 쪽에서 인코넬 용접(w)되어 일체로 형성된다.
선박, 밸브, 배기, 가스, 고온, 고압, 헤드, 스템, 나사결합, 날개부

Description

선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들{Exhaust Valve Spindle of engine for ship}
본 발명은 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 헤드(head)와 스템(stem)을 이종재질로 구성하도록 하는 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들에 관한 것이다.
일반적으로 선박용 엔진의 실린더 헤드에는 배기가스를 배출할 수 있도록 배기 포트가 설치되고, 상술한 배기 포트에는 그 배기 포트를 개폐하도록 배기밸브가 설치된다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 배기 밸브에 구성되는 배기 밸브 스핀들을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 이를 참조하면, 배기 밸브 스핀들은 배기 포트를 개폐시키는 헤드부(1), 헤드부(1)의 직선 왕복이동을 가이드하기 위한 스템부(2) 및 헤드부(1)가 배기 포트의 시트 면에 균일하게 접촉될 수 있도록 상기 헤드부(1)를 회전시키는 날개부(3)를 포함한다.
상술한 날개부(3)는 엔진 구동 중에 배출되는 배기가스가 부딪혀 일정 각도 씩 회전하고, 이로써 상술한 헤드부(1)는 날개부(3)에 의해 함께 회전하며, 이에 의해 상술한 헤드부(1)는 배기 포트의 시트 면에 균일하게 접촉될 수 있어 편마모를 방지할 수 있게 된다.
상술한 배기 밸브 스핀들은 배기 포트에 배치되기 때문에 고온 고압의 가스에 노출되므로 배기 밸브 스핀들은 고온 고압에서도 기계적 특성을 유지할 수 있는 나이모닉(Nimonic) 80A와 같은 고가의 초내열합금으로 제작되어야 한다.
그러나 상술한 배기 밸브 스핀들에서 스템부(2)는 고온 고압에 직접 노출되지 않으므로 스템부(2)는 고가의 초내열합금으로 제작될 필요가 없으나, 헤드부(1)와 스템부(2)는 일체로 형성되기 때문에 상기 스템부(2)도 나이모닉 80A와 같은 초내열 합금으로 제작된다.
상술한 나이모닉 80A와 같은 초내열합금은 일반 내열강에 비해 10배 이상 재료비가 비싸고, 결국 헤드부(1)와 스템부(2)가 모두 초내열합금으로 제작될 경우, 고가의 초내열합금이 사용되어 배기밸브의 제조 원가의 상승을 초래하는 문제점이 있다.
다른 한편으로 상술한 종래의 문제점으로 해소하기 위해 제안된 기술로는 특허출원 제10-1999-0027240호 "내연기관용 밸브"와 특허 출원 제10-2004-0112951호 "플라이 휠 방식 마찰용접을 이용한 대형엔진용 경제형 배기 밸브 스핀들의 제조방법"이 알려져 있다.
상술한 문헌의 기술에 의하면 플라이휠 방식 마찰용접을 이용한 제조방법으로서, 니켈기초내열합금 헤드부와 니켈크롬 내열강의 스템부로 구성되는 이종 금속 재료를 서로 접촉시킨 채로 가압하면서 서로 상대 운동을 시켜 접촉면에서 발생하는 마찰열로 압접하는 것이다.
그러나 상술한 문헌의 기술은 제조과정 중에 단조공정에서 대형 장치가 필요한 문제점이 있고, 절삭 공정에서 재료의 이용률이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
또한, 배기 밸브 스핀들을 헤드부와 스템부를 각기 다른 이종금속재료로 제조하여 접합할 경우에는 배기 밸브 스핀들이 고온고압의 운전조건하에서 구동되기 때문에 접합부(용접부)의 피로파괴 및 손상 발생의 우려가 높고, 만약 손상이 발생될 경우에는 대형사고로 이어질 가능성이 무척 높은 문제점이 있다.
또한, 제조공정에서 헤드부와 스템부의 접합 부위가 헤드부의 상부로서 단면적이 좁은 곳으로 한정되기 때문에 접합 방식 및 용접기술에 대해 고도의 기술력이 요구되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 헤드부와 스템부가 별개로 제작된 후에 헤드부와 스템부를 정밀하게 조립될 수 있도록 하고, 헤드부와 스템부는 이종재질로 구성될 수 있도록 하여 배기밸브의 제조원가를 낮출 수 있도록 함과 아울러 배기밸브의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들은 헤드 저면 쪽이 넓고 그 반대쪽이 좁은 테이퍼 형상으로 암나사부가 형성되어 선박용 엔진의 배기 밸브에서 배기포트를 개폐시키는 헤드부;와 상기 암나사부에 체결되게 테이퍼 형상으로 수나사부가 형성되고 상기 헤드부와 다른 재질로 되어 선박용 엔진의 배기 밸브에서 상술한 헤드부를 직선운동을 안내하도록 된 스템부;를 포함하고, 상기 헤드부와 상기 스템부는 헤드 저면 쪽에서 인코넬 용접되어 일체로 형성되는 것일 수 있다.
또한, 상기 헤드부는 헤드 저면 쪽으로 암나사부의 단부에 용접자리부가 더 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 스템부에는 배기가스에 의해 회전되도록 날개부가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 헤드부는 초내열합금으로 형성되고, 상기 스템부는 일반 내열강으로 형성되는 것일 수 있다.
또한, 상기 헤드부는 나이모닉 80A로 형성되고, 상기 스템부는 SNCrW, SUH3, S17MoS, Tarkall-C, 16CrMo44 중 어느 하나로 형성되는 것일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들은 헤드부와 스템부가 나사결합에 의해 체결되도록 함으로써 쉽게 조립할 수 있고, 조립된 후에는 인코널 용접에 의해 헤드부와 스템부가 일체로 용접됨으로써 임의로 분리되지 않아 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 헤드부와 스템부를 이종재질로 구성할 수 있고 특히 헤드부는 고온고압에 견딜 수 있는 초내열합금으로 제작되며 스템부는 고가의 초내열합금이 아닌 다른 저가의 재료를 이용할 수 있는 것으로 배기밸브의 제조원가를 낮출 수 있게 된다.
또한, 밸브시트부의 결합발생 및 헤드부의 고온부식이 발생하였을 때에는 수리가 쉽게 이루어질 수 있고, 배기밸브 스핀들의 일부 또는 전체를 재사용할 수 있는 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들을 설명하기 위해 분해하여 보인 예시도면 및 결합하여 보인 정면예시도이고, 첨부도면 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 2 내지 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 배기 밸브 스핀들은 헤드부(10)와 스템부(20)가 나사 결합되고 스템부(20)에는 날개부(30)가 결합된다.
상술한 배기 밸브 스핀들은 선박엔진에서 배기 밸브를 구성하는 것으로 상술한 헤드부(10)가 배기 포트를 개폐시키도록 하고, 상술한 스템부(20)는 상술한 헤드부(10)가 직선 이동되도록 안내하는 것이다.
상술한 헤드부(10)는 헤드 저면(15) 쪽이 넓고 그 반대쪽이 좁은 테이퍼 형상으로 홀(11)이 형성되고, 그 홀(11)에는 암나사부(12)가 형성된다.
또한, 상술한 상기 헤드부(10)는 헤드 저면(15) 쪽으로 암나사부(12)의 단부에 용접자리부(13)가 더 형성될 수 있다.
상술한 스템부(20)는 상술한 암나사부(12)에 체결되게 테이퍼 형상으로 수나사부(21)가 형성되고 특히 상술한 헤드부(10)와 다른 재질로 구성될 수 있다.
상술한 헤드부(10)와 상술한 스템부(20)는 암나사부(12)와 수나사부(21)가 체결된 후에 헤드 저면(15) 쪽에서 인코넬 용접(w)되어 일체로 형성될 수 있다.
여기서, 상술한 암나사부(12)와 수나사부(21)는 테이퍼 형상으로 형성됨으로써 내구성이 향상되는 것인바, 이를 설명하면 다음과 같다.
선박엔진의 실린더 내에서 가해지는 고온고압이 배기밸브에 가해지는데 이때 배기밸브 스핀들의 헤드부(10) 헤드 저면(15)에 직접적인 영향을 가하고 이때 스템부(20)의 중심에 고압력이 가해질 수 있지만, 헤드 저면(15)쪽이 넓고 그 반대쪽이 좁은 향상으로 암나사부(12)와 수나사부(21)가 형성되어 체결됨으로써 스템부(20)가 외측방향으로 밀려나는 쪽으로 힘을 받더라도 밀려나지 않고 견딜 수 있는 것이고 더욱 큰 압력에도 견딜 수 있는 것이다.
또한, 상술한 용접자리부(13)는 인코넬 용접(w)될 때에 헤드부(10)의 일부와 스템부(20)의 일부 및 용재가 용융되어 굳을 수 있는 자리가 될 수 있고, 이로써 헤드부(10)와 스템부(20)는 더욱 긴밀하고 접합되어 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 상술한 스템부(20)에는 배기가스에 의해 회전되도록 날개부(30)가 장착될 수 있고 이로써 선박엔진이 가동되는 도중에 배기밸브 스핀들이 배기가스와 상호작용에 의해 조금씩 회전하게 된다.
상술한 날개부(30)의 구성은 알려진 기술을 이용하는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다른 한편으로 상술한 헤드부(10)는 그 재질이 초내열합금으로 형성될 수 있고, 상술한 스템부(20)는 그 재질이 일반 내열강으로 형성될 수 있다.
더욱 상세하게는 상술한 헤드부(10)는 나이모닉 80A과 같은 초내열합금으로 형성될 수 있고, 상기 스템부(20)는 SNCrW, SUH3, S17MoS, Tarkall-C, 16CrMo44 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
따라서 헤드부(10)를 제외한 스템부(20)는 고가의 초내열합금을 사용하지 않을 수 있으므로 배기밸브 스핀들의 제조원가를 낮출 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포 함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 밸브 스핀들은 선박용 엔진에서 배기밸브에 장착되어 사용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들을 설명하기 위한 측면예시도 및 결합사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들을 설명하기 위해 분해하여 보인 예시도면 및 결합하여 보인 정면예시도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10: 헤드부 11: 홀
12: 암나사부 13: 자리부
20: 스템부 21: 수나사부
30: 날개부 31: 날개
32: 중공부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 헤드 저면(15) 쪽이 넓고 그 반대쪽이 좁은 테이퍼 형상으로 암나사부(12)가 형성되며 헤드 저면(15) 쪽으로 암나사부(12)의 단부에 용접자리부(13)가 형성되고 나이모닉 80A 재질의 초내열합금으로 형성되어 선박용 엔진의 배기 밸브에서 배기포트를 개폐시키는 헤드부(10);
    상기 암나사부(12)에 체결되게 테이퍼 형상으로 수나사부(21)가 형성되고 SNCrW, S17MoS, Tarkall-C, 16CrMo44 중 어느 하나의 일반 내열강으로 형성되어 선박용 엔진의 배기 밸브에서 상술한 헤드부(10)를 직선운동을 안내하도록 된 스템부(20); 및
    상기 스템부(20)에는 설치되어 배기가스에 의해 회전되도록 하는 날개부(30);를 포함하고,
    상기 헤드부(10)와 상기 스템부(20)는 헤드 저면 쪽에서 인코넬 용접(w)되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 배기 밸브 스핀들.
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