KR101118554B1 - 조절 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

유체용 볼 밸브는 유입구(12) 및 유출구(13)와, 그 내부를 관통하는 주통로(17)를 가지면서 회전 가능하도록 수용된 볼 요소(15)를 가진 몸체(11)로 이루어져있다. 상기 볼 요소는 상기 주통로가 유입구와 유출구를 실질적으로 가로 지르도록 하여 밸브가 완전히 닫혀진 상태로 되는 각위치와 상기 유입구 및 유출구와 함께 주통로(17)가 일직선으로 되어 밸브가 완전히 열린 상태로 되는 각위치 사이에서 회전 가능하다. 상기 볼요소(15)는 상기 주통로의 측면에 설치된 감소된 단면적의 두번째 소통로(19)를 포함한다. 상기 두번째 소통로는 볼 밸브가 상기 완전히 열린 각위치와 완전히 닫힌 각위치 사이의 중간 각위치의 범위 내에 있는 경우에 밸브 유입구와 유출구가 서로 소통되도록 한다.

볼 밸브, 볼 요소, 각위치, 유입구, 유출구, 주통로,두번째 소통로

Description

조절 볼 밸브{A Regulation Valve}

도 1은 본 발명에 따른 볼 밸브의 개략적인 단면을 도시한 것이다.

도 2는 도 1의 볼 밸브의 볼 요소의 정면도를 도시한 것이다.

본 발명은 볼 형태의 밸브와 관련된다. 당해 업계에 공지된 것은, 무엇보다도 가스 형태의 유체(gaseous fluids)가 사용될 때, 개폐 상태 및 흐름 조절(flow regulation)시에 볼의 중간적인 위치시와 관련된 볼 밸브에 대한 여러가지 문제들이다.

상기와 같은 밸브의 실행을 개선하려는 시도에서, 여러 가지 서로 다른 해결 방법이 당해 업계에서 제안되어 왔다. 예를 들어, 볼 요소를 통과하는 도관(duct) 내부에 적당한 구멍을 가진 조절 장치(baffles)를 삽입하여 도관의 일부가 부분적으로 닫혀 지도록 하는 방안이 제안되었다. 이렇게 부분적으로 닫혀져 있고 그리고 구멍이 형성되어 있는 조절장치는 볼의 중간 회전 위치에서 향상된 조절능력을 제공할 수 있어야 했다. 그런데 불행하게도, 상기 해결방법은 완전히 열린 밸브의 가능성을 배제하는 것인데, 즉 구멍이 형성된 조절 장치(baffle)가 부분적으로 도관(duct)을 방해할 수 있다. 나아가, 구멍이 형성된 조절장치에 형성된 부착가장자리의 특별한 형태로 인하여 그리고 그 결과로서의 통로 때문에, 어떤 작동 조건 아래에서는 허용할 수 없는 진동 및 소음이 발생되고, 무엇보다도 유체의 속도가 높은 경우에 필연적으로 진동 및 소음이 발생하였다.

본 발명의 목적은 위와 같은 공지의 볼 밸브의 단점을 제거하고자 하는 것으로, 볼 밸브가 온/오프(ON/OFF)로 작동되도록 허용할 뿐만 아니라, 높은 차이의 압력(high differential pressures) 또는 낮은 차이의 압력을 가지게 할 수 있는 흐름의 조절가능성을 제공하면서도 고도의 유용한 조절 각으로 흐름을 조절할 가능성을 제공하며, 강하고 간단한 구조의 동작으로 심지어 높은 유체 흐름에서도 만족스러울 만큼 소리 없이 작동하는 볼 밸브를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적의 관점에서 본 발명은, 다양한 유체(fluids)를 위한 볼 밸브가 유입구와 유출구 및 내부 챔버(inner chamber)가 설치된 몸체를 포함하고, 내부 챔버는 볼요소(ball element)를 통과하는 주통로(main communication passageway)를 가진 볼요소가 회전 가능하게 수용되어 있고, 상기 볼요소는 상기 주통로가 유입구와 유출구를 실질적으로 가로지르면서 밸브가 완전히 닫혀진 상태로 되는 각위치(an angular position)와 상기 주통로가 소통이 이루어지도록 밸브 유입구와 유출구와 함께 일직선이 되어 밸브가 완전히 열린 상태로 되는 각위치 사이에서 회전하도록 된 볼 밸브에서, 특히 상기 볼요소(ball element)는 상기 주통로에 대하여 바깥쪽에 설치되는 감소된 단면적을 가지는 두 번째 소통로를 포함하고 있으며, 상기 볼요소가 상기 충분히 열려지고 충분히 닫혀진 위치 사이의 중간 각위치에 있을 경우 상기 두 번째 소통로를 통해 밸브 유입구와 밸브 유출구가 서로 소통이 되도록 설계된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 개혁적인 기술 사상과 당업계에 공지된 발명과 비교할 때 제공하는 이점을 보다 잘 설명하기 위하여 상기 원칙을 적용시키는 가능한 예시적인 실시 형태가 아래에서 기술될 것이며, 상기 실시 예는 첨부되는 도면을 참조하여 설명된다.

도면과 관련하여, 유체용 볼 밸브, 특히 기체용 볼 밸브가 도 1에 도시되어 있는데 볼 밸브 전체가 도면부호 10으로 표시되어 있다. 상기 볼 밸브(10)는 유입구(12) 및 유출구(13)가 설치된 몸체(11)를 포함하는데, 상기 유입구(12)와 유출구(13)는 내부 챔버(14)의 반대편 끝에 동축으로(coaxial)으로 구비되어 있으며, 상기 챔버(14) 내에는 볼요소(15)가 회전 가능하도록 수용되어 있다. 상기 볼요소는 축(16) 주위로 도시되지 않았지만 공지된 수단을 이용하여 회전 가능하며, 볼요소(15)에는 이를 관통하는 주통로(17)가 형성되어 있다. 공지된 유압 실링 요소(18)가 볼요소와 챔버 사이에 제공된다.

상기와 같은 방법으로, 상기 볼요소(15)의 상기 주통로(17)는 공통의 유입구 및 유출구 축을 실질적으로 가로지르도록 설치된 축을 가지면서 상기 밸브가 충분히 닫힌 상태에 있는 각위치와 충분히 열려진 위치에 있는 각위치 사이에서 회전 가능한데, 상기 충분히 열려진 상태에서는 상기 주통로(17)는 그들 사이에 소통(communication)이 형성되도록 하기 위하여 밸브 입구 및 밸브 출구와 함께 일직선으로 정렬된다.

유리한 형태로서 주통로(17)는 실질적으로 챔버 내에 있는 유입구(12) 및 유출구(13)의 입구 직경(opening diameter)에 거의 근접한 직경을 가진다.

주통로(17)에 추가하여, 볼요소(15)는 분리된 두 번째 소통로(19)를 포함하고, 상기 두번째 소통로(19)는 주통로에 평행하도록 그 바깥쪽에 설치되고 주통로와 비교하여 감소된 단면적을 가진다.

도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 볼 밸브는 전술한 바 대로, 상기 볼요소(15)가 충분히 열린 위치와 충분히 닫힌 상태 사이의 중간적인 각위치에 있는 경우 두 번째 소통로(19)를 통해 밸브 유입구와 밸브 유출구가 서로 소통이 되도록 설계되어 있다.

유리한 형태로서, 두 번째 소통로(19)는 적절하게 구불어진 형태의 유체를 위한 복수 개의 통로를 포함하고, 상기 구불어진 형태의 통로는 볼 요소가 상기와 같은 중간적인 위치에 있는 경우 높은 양의 유체 에너지를 분산시키고 결과적으로 밸브 유입구와 밸브 유출구 사이의 압력 차이를 발생하도록 한다. 필요에 따라, 상기 압력 차는 통로들을 적당한 크기로 조절하여 상당히 높은 값이 되도록 할 수 있다.

도 2에 명백히 도시된 것처럼, 두 번째 소통로는 상기 주통로 주위에서 일정각으로 연장되는 횡단면을 가진다. 상기 연장되는 각도 α는 0도 내지 360 도의 값이 될 수 있으며, 적절하게는 45도 내지 180도이며, 바람직하게는 대략 주통로 주위 약 90도의 값이 된다.

두 번째 소통로의 작은 구멍의 연장 각은 압축성의 유체가 두번째 소통로를 따라 팽창되도록 각의 부분에서 달라 질 수 있다. 그러므로, 구멍이 있는 영역은 기능(service)의 형태에 따라 서로 다른 형태와 각으로 연장되어야 하고 그리고 상기 구멍이 난 영역은 0도 내지 90도의 각 사이에 포함되어야 하는데 이는 상기 연장은 시트(seat)보다 더 크지 않는 것이 필요하기 때문이며 기타 나머지 부분(sectors)이 전체 원주를 덮을 수 있는 각으로 연장되어야 하기 때문이다.
예를 들어, 선택된 각은 측면 통로 부분이 챔버 내의 소통 도관의 유입구를 통한 유체의 통로를 위하여 전체 클리어런스(clearance) 20(도 2에서 점선 형태로 개략적으로 도시가 되어 있는 것처럼)이 되는 그런 크기로 연장될 수 있다.

삭제

도 2에 도시된 것처럼, 두 번째 소통로(19)는 회전 축(16)을 가로지르는 볼 요소의 중간 평면(21)과 관련하여 아크-형태의 구조로 대칭적으로 연장되는 단면적을 가진다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 볼 밸브의 유리한 실시 형태로서, 상기 밸브는 볼 요소(15) 내에 있는 시트(23) 내에 삽입되는 토로이드 장치(22)를 포함하고, 상기 토로이드 장치(22)는 그 자체로서 주통로를 둘러싸기 위하여 주통로(17)의 축과 일치하는 축을 가진다. 적절한 실시 형태로서, 상기 토로이드 장치는 유리한 형태로서 시트(23) 내에 삽입되어 밀집된 다수 개의 관통된 디스크 또는 와셔(22)가 차례로 배치된 형태로 만들어진다.

상기와 같은 방식으로, 주통로(17)가 중앙에 정렬된 구멍(24)으로 형성된다. 상기 디스크에는 상기 두 번째 소통로의 부분(segments)을 형성하기 위하여 중앙의 구멍 주위로 미리 만들어진 경사진 연장 부분(angular extension)에 복수 개의 구멍(25)이 형성된다. 구멍이 정렬되거나 정렬 상태를 벗어나도록 적당하게 조절함으로서, 두 번째 소통로로 통하는 유체에 대해 보다 크거나 보다 작은 장애가 만들어질 수 있다.

밸브 작동을 위하여 특별히 유리한 형태는 도 1에 명백히 도시되어 있는 것처럼 각각의 디스크의 구멍(25)이 첫 번째 길이에 걸쳐서 첫 번째 직경을 가지고 그리고 두 번째 길이에 대하여 첫 번째 직경과는 다른 두 번째 직경을 가지도록 형성되어, 모든 도관이 첫 번째 직경과 두 번째 직경을 가지는 교차적인 부분으로 형성되도록 하는 것임이 밝혀졌다. 내부에 상기 주 통로를 형성하는 파이프(26)는 유리한 형태로서 밀집된 디스크의 중앙에 형성된 구멍 내부(24)에 삽입된다. 도 1에서 실선으로 도시된 것처럼, 파이프(26)는 유출구 방향으로 디스크의 바깥쪽으로 연장되는 부분을 가지며, 이는 상기 입구 부분이 중앙 통로의 끝에서 볼 요소에 의하여 확인되는 가상적인 구형의 표면에 가까이 설치되도록 하기 위함이다. 밸브가 중간 정도의 열리진 상태에 있는 경우 상기와 같은 구성은 흐름이 적절하게 유도되도록 한다. 또한, 파이프의 단지 일부분만이 유출구 방향으로 연장되도록 함으로서 특별한 통로들이 만들어 지도록 할 수 있으며 밸브 내에서 불필요한 과도한 압력 또는 부정적인 영향을 미치는 압력 영역이 발생하는 것이 방지될 수 있다.

유리한 형태로서 상기 디스크 시트 내에 적당하게 형성된 플러그(27)가 삽입될 수 있고, 상기 플러그(27)는 두 번째 소통로(19)를 에 맞도록 구멍이 형성되어 있고 그리고 볼 요소의 둥근 외벽을 연결한다. 상기 플러그는 실링 장치(18)의 가장 자리를 따라서 밀봉된 상태로 미끄러지도록 하기 위하여 설계된 볼 요소의 표면과 연결된 외부 표면을 가진다. 위와 같은 설명에 의하여 본 발명의 의도된 목적이 이루어진다는 것은 명백하다. 본 발명에 따라 만들어진 밸브는 충분히 열려진 상태 및 충분히 닫혀진 상태 양쪽이 만족스러운 조절 범위가 되도록 할 뿐만 아니라 단일한 밸브 내에 존재하는 것을 허용한다. 또한, 공지된 밸브에서 존재하는 일시적으로 열려지고 닫혀짐으로서 발생하는 문제들을 제거한다. 추가적으로, 두 번째 소통로의 변형 형태를 적절하게 선택하는 것에 의하여, 밸브가 완전히 열린 위치에 도달하기 전에 높은 차이를 나타내는 압력 또는 보다 낮은 차이를 나타내는 압력을 가지지만 충분히 유용한 조절 각도를 이용하는 조절 특성을 가지는 조절 범위를 얻을 수 있다. 만약 필요하다면, 주통로 주위로 보다 큰 통로의 연장 부분을 공급하는 것에 의하여 가스의 팽창이 허용된다.

물론, 본 발명의 창작적인 사상을 적용하는 실시 형태에 대한 상기와 같은 기술이 단지 실시 예에 의하여 주어진 것이므로 청구된 본 발명의 권리를 제한하는 것으로 간주되어서는 아니 된다. 예를 들어, 두번째소통로(19)는 구멍(holes), 채널(channels) 또는 다소 복잡한 미로 형태가 될 수 있으며, 상기 형태는 실질적인 사용과 제조 요구 사항에 따라 달라진다.

필요하다면, 다른 통로 또는 채널이 두 번째 소통로 및 주 통로 사이의 연결을 위하여 설치될 수 있으며(예를 들어, 채널 축을 따라서 분리된 위치에 설치될 수 있다), 이는 추가적인 액체의 팽창을 허용하기 위함이다.

본 발명은 공지의 볼 밸브의 단점을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 볼 밸브가 온/오프(ON/OFF)로 작동되도록 허용하고, 높은 차이를 나타내는 압력(high differential pressures) 또는 낮은 차이를 나타내는 압력을 발생시키면서도 높은 유용한 조절 각으로 흐름을 조절할 가능성을 제공하여 높은 유체 흐름에서도 만족스러울 만큼 소리 없이 작동할 수 있도록 한다.

Claims (13)

1. 유입구(12) 및 유출구(13)가 설치되고, 내부를 관통하는 주통로(17)를 가지는 볼 요소(15)가 회전 가능하도록 수용된 내부 챔버를 가지며, 상기 볼 요소는 상기 주통로가 밸브 유입구와 유출구를 실질적으로 가로지르도록 설치되어, 상기 볼요소(15)가 상기 주통로가 충분히 닫혀진 상태로 되는 각위치(angular position)와 상기 주통로가 밸브 유입구와 유출구와 일직선으로 정렬되어 밸브가 충분히 열려진 상태로 되는 각위치 사이에서 회전 가능한 유체용 볼 밸브에 있어서,

   상기 볼 요소는 상기 주통로(17)와 관련하여 그 주위로 감소된 단면의 두 번째 소통로(19)를 포함하고 있으며, 상기 볼 요소(15)가 충분히 열려진 상태와 충분히 닫혀진 상태 사이의 중간 각위치의 범위에 있는 경우에 상기 두 번째 소통로(19)를 통해 밸브 유입구(12)와 밸브 유출구(13)가 서로 소통이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 번째 소통로(19)는 볼 요소(15)가 상기 중간 각위치의 범위에 있는 경우 밸브 유입구(12)와 밸브 유출구(13) 사이에 압력 차이를 발생시키는 다수 개의 통로(paths)를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 번째 소통로(19)는 상기 주통로(17) 주위로 일정각도로 연장되는 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 연장은 주통로(17) 통로 주위로 45도 내지 180도의 각을 갖는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 두 번째 소통로(19)는 볼 요소(15)의 회전축을 가로지르는 중간 평면과 관련하여 대칭적으로 연장되는 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
6. 청구항 1에 있어서,

   볼 요소(15) 내에 있는 시트(seat)(23) 내에 수용되고, 상기 주통로를 둘러싸기 위하여 주통로의 축과 일치하는 축을 가지며, 그리고 상기 두 번째 소통로(19)를 형성하기 위하여 미리 결정된 연장 부분에 삽입된 다수 개의 구멍(holes)이 형성된 토로이드 장치를 포함하는 볼 밸브.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 토로이드 장치는 볼 요소(15) 내에 있는 시트(23) 내에 중심에 구멍이 형성된 다수의 디스크가 삽입되어 형성된 것이며 상기 두 번째 소통로의 부분(segments)을 형성하기 위하여 중심 구멍 주위로 미리 결정된 각도 상으로 연장된 부분에 걸쳐서 다수 개의 구멍을 형성시킨 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 디스크 각각에 형성된 구멍은 첫 번째 길이의 구멍이 있고 그 나머지 길이의 구멍은 상기 첫 번째 길이의 직경과는 다른 직경을 가지도록 형성한 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
9. 청구항 7에 있어서,

   주통로(17)를 형성하는 상기 디스크의 중심에 형성된 구멍에 파이프(26)가 삽입된 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 파이프(26)의 유출구(13) 방향의 단부가 상기 디스크보다도 유출구 쪽으로 더 연장된 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
11. 청구항 3에 있어서,

    플러그(27)가 상기 볼요소의 상기 두번째 소통로(19)내 형성된 시트(23)에 삽입되어 있으며, 상기 플러그는 두 번째 소통로(19)를 형성하는 구멍이 형성되어 있으며(bored), 볼 요소(15)의 둥근 외벽을 연결하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 플러그(27)는 볼 요소(15)의 표면과 연결된 외부 표면을 가지고, 챔버 내의 대응되는 유입구 또는 유출구의 입구를 둘러싸고 있는 실링 장치(18)의 가장 자리를 따라 미끄러지도록 형성된 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
13. 삭제

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