KR101216633B1 - 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크 및 라이닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 버터플라이 밸브용 디스크에 내부식성 및 내마모성이 우수한 폴리우레탄을 금형을 이용하여 일정 두께 이상으로 라이닝한 디스크와 폴리우레탄의 밀도를 증가시키기 위해서 가압 수단을 이용한 라이닝 방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서 해결해야 하는 과제는, 첫째, 금형과 디스크 사이 공간을 따라 흘러들어가는 폴리우레탄이 최소한의 경로를 따라 빈 공간 없이 채워질 수 있도록 디스크판 표면의 형상을 단순화시켜야 한다는 것이다. 둘째, 라이닝 된 폴리우레탄이 시트의 역할을 수행하도록 지수력을 확보하기 위한 탄성력을 갖추면서도 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서 디스크 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄이 찢기지 않도록 하는 특별한 수단이 요구된다. 셋째, 라이닝 된 폴리우레탄이 위치에 따라 균일한 밀도를 가질 수 있도록 하는 성형 방법이 요구된다.
상기 과제의 해결 수단으로써 본 발명은, 디스크판의 표면 형상을 단순화시키기 위해서 디스크판을 좌우로 분리하여 제작하되 구조적 보강을 위한 리브는 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)이 맞닿는 면에 형성하고 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)을 볼트(12)로 체결하는 수단을 사용한다. 또한, 디스크판 외주면에 성형 된 폴리우레탄이 찢어지는 것을 방지하기 위해서 디스크판의 외주면을 따라 요홈을 형성하고 디스크판 전면 중 외주면 방향에 밀림방지턱(103, 104)을 형성한다. 마지막으로 라이닝 된 폴리우레탄(20)이 균일한 밀도를 가지도록 하기 위해서 폴리우레탄(20)을 주입하는 주입 라인에 '가압장치'가 장착되며, 가압 상태를 유지하면서 폴리우레탄(20)을 경화시킴으로써 라이닝 된 폴리우레탄(20)의 위치에 따른 균질성을 향상시키는 방법이 제시된다.
본 발명에 의하면, 구조적 강성을 충분히 확보하면서도 외부면의 형상이 단순한 디스크판을 제작할 수 있으며, 디스크 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서 밀림 현상에 의하여 디스크판 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄(20)의 찢어짐 현상을 방지한다는 효과가 있다. 또한, 라이닝 된 폴리우레탄(20)의 위치에 따른 밀도의 균일성이 향상되고, 밀도가 높아짐으로써 라이닝 된 폴리우레탄(20)의 내구성이 향상된다는 효과가 있다.

Description

버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크 및 라이닝 방법{Polyurethane lining disc for butterfly valve and lining method}

본 발명은 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크 및 가압수단을 이용한 라이닝 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 버터플라이 밸브용 디스크에 내부식성 및 내마모성이 우수한 폴리우레탄을 금형을 이용하여 일정 두께 이상으로 라이닝한 디스크와 폴리우레탄의 밀도를 증가시키기 위해서 가압 수단을 이용한 라이닝 방법에 관한 것이다.

버터플라이 밸브에 있어서 내부식성 및 내마모성을 향상시키기 위해서 여러 코팅 방법이 사용되고 있다. 이러한 방법은 유체가 직접 닿는 부분인 밸브 몸체 내부와 디스크에 적용된다. 밸브 몸체 내부는 도료, 고무를 포함한 합성수지 라이닝 등의 여러 가지 코팅 방법을 사용할 수 있는데, 이는 몸체 내부가 비교적 단순한 원통형 구조이기 때문이다. 반면에 디스크는 기하학적인 복잡성으로 인해서 라이닝에 상당한 제약을 받는다. 따라서 소구경이면서도 좌우동형의 단순한 구조의 디스크에 한해서 고무와 같은 합성수지 소재로 라이닝이 가능하다. 소구경 디스크에서 고무의 라이닝은 고무판을 디스크와 프레스 금형 사이에 넣고 가열, 가압함으로써 디스크 외면에 라이닝이 가능하다.

폴리우레탄은 산업 전반에서 널리 사용되는 소재이며, 내마모성과 내부식성 등이 좋기 때문에 밸브의 내면에 라이닝을 하면 밸브의 수명을 연장할 수 있다. 밸브의 내면에 라이닝 하는 폴리우레탄 소재는 열경화성 소재로써 통상 주제와 경화제로 구분되는 2종류의 액체를 혼합하면 경화되어 고형화된다. 고형화된 폴리우레탄은 다시 녹여서 사용할 수 없다. 밸브의 내면이나 디스크의 외면에 폴리우레탄을 라이닝 하기 위해서는 액상의 폴리우레탄이 서서히 고형화될 때까지 그 형태를 유지해줄 금형이 필요하다.

버터플라이 밸브용 디스크에 폴리우레탄을 라이닝 하기 위해서는 금형을 이용해야 한다. 금형을 조립하기 전에 금형 내부에는 이형제(부착 방지제)를 칠하고, 디스크의 외면에는 접착제를 칠한다. 액상의 폴리우레탄 원료를 금형과 디스크 사이의 공간에 채운 다음, 일정 온도로 가열하는 상태에서 일정 시간이 지나면 액상의 폴리우레탄이 경화되어 고체 상태로 성형이 된다. 금형을 제거하면 디스크의 표면에 폴리우레탄이 강하게 접착된 상태로 라이닝 되는 것이다.

디스크에 폴리우레탄을 라이닝 하는 목적은 내부식성과 내마모성을 향상시키는 것 이외에 또 하나의 중요한 것이 있는데, 바로 "시트" 기능의 수행이다. 버터플라이 밸브에 있어서 "시트"는 유체를 차단하는 실링 기능을 수행하는 수단으로써, 주로 환형의 고무 소재를 디스크의 외주면이나 밸브 몸체의 내주면에 "림"을 이용하여 장착하는 것이 일반적이다. 디스크에 폴리우레탄을 라이닝 하면 디스크 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄이 바로 "시트"의 기능을 수행한다. 이는 폴리우레탄이 고무와 같은 탄성력을 갖기 때문이다.

버터플라이 밸브에 있어서, 대구경 디스크에 폴리우레탄을 포함하는 합성수지를 라이닝 할 때에 발생하는 문제점은 다음과 같다.

첫째, 디스크의 표면 형상이 복잡하여 금형의 제작이 어렵고, 제작 비용이 많이 든다는 점이다. 대구경 디스크는 구조적 보강을 위하여 외면에 다수 개의 리브가 축 방향에 대해 수직으로 형성되기 때문에 표면 형상이 상당히 복잡하다. 대구경 디스크에 있어서, 표면 형상의 복잡성은 비단 금형 제작의 어려움뿐만 아니라 액상의 폴리우레탄 원료를 주입할 때에 공기빼기가 수월하지 않다는 문제점을 수반한다. 디스크 표면과 금형 사이 공간에 공기가 남아있으면, 그 부분은 폴리우레탄이 채워지지 못한 상태로 성형 된다. 따라서, 디스크 표면과 금형 사이의 공간을 따라 폴리우레탄 원료가 빈틈없이 채워지기 위해서는 공기빼기가 수월하게 이루어져야 한다.

통상적으로 디스크 표면과 금형 사이 공간의 폭은 5 ~ 10mm으로, 폴리우레탄 원료를 빈 공간 없이 채우는 것은 사실상 어려운 일이다. 왜냐하면, 액상의 폴리우레탄 원료는 두 종류의 액체를 섞어서 주입기를 이용하여 주입을 하는데, 두 액체를 섞는 순간부터 경화(고체화)가 이루어지기 때문이다. 따라서 최대한 짧은 시간에 주입을 완료해야 하며, 금형과 디스크 사이 공간을 따라 흘러들어가는 폴리우레탄이 최소한의 경로를 따라 빈 공간 없이 채워지기 위해서는 디스크 표면의 형상이 단순할수록 유리하다.

두 번째 문제는, 폴리우레탄이 라이닝 된 디스크가 버터플라이 밸브 몸체에 장착되어 사용될 때에 발생한다. 디스크에 라이닝 된 폴리우레탄은 디스크 전면 및 외주면 전체를 감싸는데, 외주면을 따라 라이닝 된 폴리우레탄은 "시트"의 역할을 수행한다. 폴리우레탄이 "시트"의 역할을 수행하기 위해서는 적당한 탄성력을 갖추어야 하며, 경도로는 쇼어(Shore) 경도 기준으로 80 ~ 90 사이가 적당하다. 버터플라이 밸브에서 별도의 "시트" 구조를 포함하지 않은 상태에서 디스크 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄이 "시트"의 역할을 수행하기 위해서는 전폐(완전 닫음)시 디스크 외주면이 밸브 몸체의 내면에 강하게 밀착되어야 한다.

버터플라이 밸브에서 동심형 구조의 디스크의 경우에는 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서 디스크의 외주면이 밸브 몸체의 내면을 압착하면서 밀고 들어간다. 이때에 디스크 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄이 찢기는 현상이 발생한다. 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서 디스크 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄이 찢겨나가지 않도록 하기 위해서는 폴리우레탄의 경도를 높이면 해결되나, 폴리우레탄의 경도가 높으면 탄성력이 저하되어 지수력을 확보하는 것이 불가능해진다. 결국, 지수력을 확보할 수 있는 탄성력을 가지면서도 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서 디스크 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄이 찢기지 않도록 하는 특별한 수단이 요구된다.

동심형 구조가 아닌 편심형 구조의 디스크에서는 상기와 같은 문제점이 덜 발생한다. 왜냐하면, 편심형 구조에서는 지수를 위한 시트의 압착이 주로 '관로 방향'으로 이루어지므로 시트는 단순히 눌리는 힘만 받기 때문이다. 편심형 구조의 디스크에서 시트의 압착은 '관로 방향'과 '방사상 방향'으로 분산되는데, '관로 방향'으로의 압착에 의해서 시트가 눌리게 되고, '방사상 방향'으로의 압착은 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서의 시트의 밀림 현상이 반드시 수반된다. 즉, 편심형 구조의 디스크의 경우라도 구조적으로 '방사상 방향'으로의 압착이 많은 경우에는 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서의 시트의 밀림에 의한 폴리우레탄의 찢어짐 현상이 발생할 수 있는 것이다. 본 발명에서는 디스크의 구조를 동심형이나 편심형으로 제한하지 않기 때문에 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서 밀림에 의하여 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄이 찢어지는 것을 방지하는 수단을 제공하고자 한다.

세 번째 문제는, 대구경으로 갈수록 라이닝 된 폴리우레탄의 균질성을 확보하기가 어렵다는 점이다. 폴리우레탄의 성형은 액체 상태로 출발하여 고형화되면서 마무리된다. 액체 상태의 폴리우레탄 원료를 빈틈없이 채워 넣는 것도 어려운 일이며, 위치에 따라 균일한 밀도를 유지시키는 것도 어려운 일이다. 그 이유는, 대구경 디스크에서 폴리우레탄 라이닝 두께가 위치에 따라 약 5 ~ 10mm 정도이어서 금형과 디스크 사이의 폭이 5 ~ 10mm로 상당히 좁기 때문이다.

폴리우레탄 원료를 주입할 때에 디스크를 세운 형상으로 금형을 세워서 윗부분에 있는 원료 주입구를 통해 폴리우레탄을 주입한다. 디스크를 눕힌 상태가 아닌 세운 상태에서 원료를 주입하는 이유는, 중력의 도움을 받기 위해서이다. 디스크를 눕힌 상태로 원료를 주입하면 주입구와 하단부의 높이 차가 작아서 폴리우레탄 원료가 빈 틈 없이 채워지는 것이 어려워진다. 반면, 디스크를 세운 상태에서 원료를 주입하면 주입구와 하단부의 높이 차가 커지므로 폴리우레탄 원료를 빈 틈 없이 채우는데 유리하다. 따라서, 디스크를 세운 상태로 폴리우레탄 원료를 주입하는 것이 바람직하다. 하지만, 이 경우에 윗부분과 아랫부분의 높이 차이에 의한 압력의 차이로 인해서 라이닝 된 폴리우레탄의 밀도가 위치에 따라 균일하지 못하다는 문제가 발생한다.

상기에서 언급한 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 해결 수단을 제시한다.

첫 번째 문제는, 폴리우레탄을 디스크에 라이닝 하기 위해서는 디스크 표면 형상이 단순해야 하는데, 구조적 보강을 위한 리브로 인해 표면 형상이 복잡하다는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 디스크판을 좌우로 분리하여 제작하되 구조적 보강을 위한 리브는 좌우 판이 맞닿는 면에 형성하고 좌우 판을 볼트 체결하는 수단을 제시함으로써 디스크 표면 형상을 단순화하는 것이 가능하다. 즉, 복잡한 형상의 원인이 되는 리브를 디스크 내부에 형성함으로써 디스크의 외부를 가장 단순한 형상으로 제작하는 것이 가능해진다.

두 번째 문제는, 대구경 디스크의 경우에 디스크 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서 밀림 현상에 의하여 디스크 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄이 찢어지는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 디스크판의 외주면을 따라 요홈을 형성하고 디스크판 전면 중 외주면 방향에 밀림방지턱을 형성함으로써 밀림 현상에 의한 폴리우레탄의 찢어짐 현상을 방지할 수 있다.

세 번째 문제는, 디스크에 라이닝 된 폴리우레탄의 위치에 따른 균질성 확보가 어렵다는 점이다. 이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 폴리우레탄을 주입하는 주입 라인에 '가압장치'가 장착되며, 가압 상태를 유지하면서 폴리우레탄을 경화시킴으로써 라이닝 된 폴리우레탄의 위치에 따른 균질성을 향상시키는 방법이 제시된다.

본 발명에 의하면, 구조적 강성을 충분히 확보하면서도 외부면의 형상이 단순한 디스크판을 제작할 수 있으며, 디스크 전폐 전 0 ~ 3° 범위에서 밀림 현상에 의하여 디스크판 외주면에 라이닝 된 폴리우레탄의 찢어짐 현상을 방지한다는 효과가 있다. 또한, 라이닝 된 폴리우레탄의 위치에 따른 밀도의 균일성이 향상되고, 밀도가 높아짐으로써 라이닝 된 폴리우레탄의 내구성이 향상된다는 효과가 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 모든 구경의 버터플라이 밸브에 있어서 내부식성과 내마모성 그리고 내구성이 우수한 폴리우레탄이 라이닝 된 디스크를 제공할 수 있다.

도 1. 본 발명의 디스크판 분해도.
도 2. 본 발명의 디스크판 사시도 및 부분 확대도.
도 3. 본 발명의 디스크판 정면도 및 부분 확대도.
도 4. 본 발명의 디스크판 절개도 및 부분 확대도.
도 5. 금형 장착 전 상태도.
도 6. 금형 장착 후 상태도.
도 7. 금형 장착 후 (a) 정면도, (b) 절개도.
도 8. 본 발명 디스크의 (a) 사시도, (b) 정면도.
도 9. 본 발명 디스크의 절개도 및 부분 확대도.
도 10. 본 발명 디스크의 축 방향 절개도 및 부분 확대도.
도 11. 폴리우레탄 주입 블록다이어그램.
도 12. 폴리우레탄 라이닝 방법에 대한 순서도.

본 발명을 실시하는데 있어서 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 통상적으로 버터플라이 밸브는 크게 몸체와 디스크로 구성되는데, 본 발명은 폴리우레탄을 라이닝한 디스크에 관한 것이므로 용어의 혼란을 방지하기 위해서 라이닝 하기 전의 디스크를 "디스크판"으로 정의하고자 한다. 따라서, 본 명세서에서 "디스크"는 "폴리우레탄을 라이닝한 디스크"를 의미하며, "디스크판"은 "폴리우레탄을 라이닝 하기 전의 디스크"를 의미한다.

도 1은 본 발명의 디스크판 분해도를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 디스크판(10)은 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)으로 구성되고 볼트(12)에 의해서 결착된다. 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)은 좌우대칭의 동일한 형태를 가지며, 각각은 일면이 볼록한 원형의 판 형태이다. 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)이 맞닿는 부분인 내측면에는 각기 다수 개의 리브(106)가 형성된다. 상기 다수 개의 리브(106)는 디스크좌판(101) 및 디스크우판(102)의 구조적 강성을 증가시키기 위함이며, 디스크좌판(101) 및 디스크우판(102)의 축방향에 대해서 수직 방향과 수평 방향으로 다수 개 형성된다.

디스크좌판(101)의 가장자리를 따라 다수 개의 홈(도면부호 미도시)이 형성되고, 여기에 대응하는 위치에 디스크우판(102)의 가장자리를 따라 다수 개의 암나사(도면부호 미도시)가 형성된다. 또한, 디스크좌판(101) 및 디스크우판(102)에는 리브(106)를 따라 다수 개의 홈(107, 108)이 형성되는데, 디스크좌판(101)의 홈(107)에는 관통공(도면부호 미도시)이 형성되고, 디스크우판(102)의 홈(108)에는 내측면에 암나사(도면부호 미도시)가 형성된다. 상기 가장자리를 따라 형성된 다수 개의 홈(도면부호 미도시)과 리브(106)를 따라 형성된 다수 개의 홈(107)을 통해 볼트(12)를 이용함으로써 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)의 결착이 가능하다.

도 2는 본 발명의 디스크판 사시도 및 부분 확대도를 나타낸 도면이다. 도시한 바는, 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)을 볼트(12)를 이용하여 결착한 상태를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 디스크판(10)은 좌우가 볼록한 원판 형태이며, 좌우동형의 형상을 갖는다. 도 2의 확대도에 도시한 바에서, 축이 삽입되는 부분의 내측면에는 축 방향으로 키홈(13)이 형성된다. 상기 키홈(13)은 축(미도시)과 디스크를 고정하기 위하여 필요한 수단으로써 통상적인 수준에서 이해할 수 있는 부분이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2의 확대도에 도시한 바와 같이, 디스크좌판(101) 및 디스크우판(102)에서 축(미도시)이 삽입되는 부분의 외측면을 따라 요홈(14)이 형성된다. 폴리우레탄(20)은 축(미도시)이 삽입되는 부분의 외측면 일부까지 상기 요홈(14)을 포함하여 성형 되는데, 상기 요홈(14)에 폴리우레탄(20)이 채워짐으로써 폴리우레탄(20)과 디스크판(10)과의 결합력이 증대된다. 이에 대해서는 하기에서 상세히 다룰 것이다.

도시한 바에서, 디스크판(10)의 외부면에 형성된 다수 개의 홈(107, 108)은 두 가지의 기능을 수행한다. 첫째는 볼트(12) 결합시 볼트(12)의 머리가 외부로 노출 되지 않도록 하기 위함이고, 둘째는 폴리우레탄(20) 성형시 폴리우레탄(20)이 채워짐으로써 폴리우레탄(20)과 디스크판(10) 사이의 결합력을 증대시키기 위함이다.

도 3은 본 발명의 디스크판 정면도 및 부분 확대도를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 디스크판(10)은 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)이 다수 개의 볼트(12)에 의해서 결합 되며, 좌우동형의 형태를 갖는다. 본 발명의 디스크판(10)이 좌우동형인 이유는 여러 가지가 있다. 첫 번째 이유는 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)을 하나의 금형으로 제작 가능하게 함으로써 제작원가를 줄이기 위함이고, 두 번째 이유는 본 발명의 디스크가 장착된 버터플라이 밸브를 양방향으로 사용할 수 있도록 하기 위함이다. 양방향으로 사용할 수 있는 버터플라이 밸브는 유체의 흐름 방향에 상관없이 사용할 수 있는 밸브를 의미하는데, 별도의 시트 구조를 갖지 않고 디스크판(10)에 라이닝 된 폴리우레탄(20) 자체가 시트의 기능을 수행하는 경우에만 가능한 기능이다.

도 3의 확대도에 도시한 바에서, 디스크판(10)의 외주면을 따라 요홈(11)이 형성된다. 이 부분은 나중에 폴리우레탄(20)이 채워지게 되며, 전폐 전 0 ~ 3° 부분에서 발생할 수 있는 폴리우레탄(20)의 찢어지는 현상을 방지하게 된다. 상기 요홈(11)의 기능에 대한 설명은 하기에서 상세히 다루기로 한다.

도 4는 본 발명의 디스크판 절개도 및 부분 확대도를 나타낸 도면이다. 디스크판(10)의 절개도는 축에 수직이면서 디스크판(10)의 중심을 지나는 단면을 따라 절개한 상태를 나타낸다. 도시한 바에서, 디스크판(10)의 내부가 채워진 것처럼 보이는데, 이것은 리브(106)를 따라 절개했기 때문이다. 확대도에 도시한 바에서, 밀림방지턱(103, 104)은 디스크판(10)의 좌우측면에 외주면에 가까운 위치에 외주면과 일정한 간격을 두고 환형으로 형성된다. 상기 밀림방지턱(103, 104)은 전폐 전 0 ~ 3° 부분에서 발생할 수 있는 폴리우레탄(20)의 밀림 현상을 방지한다. 상기 밀림방지턱(103, 104)의 기능에 대한 설명은 하기에서 상세히 다루기로 한다.

도 4의 확대도에 도시한 바와 같이, 디스크좌판(101)에 형성된 홈(107)에는 볼트(12)를 삽입할 수 있는 통공(도면부호 미도시)이 형성되고, 디스크우판(102)에 형성된 홈(108)과 대향 되는 위치에는 암나사(탭, 도면부호 미도시)가 형성된다. 상기 홈(107, 108)의 깊이는 그 위치에 따라 달라지며, 디스크판(10)의 구조적 강성을 고려하여 홈(107, 108)의 깊이를 적절하게 설정한다. 상기 홈(107, 108)에는 폴리우레탄(20)이 자연스럽게 흘러들어가서 성형 됨으로써 폴리우레탄(20)과 디스크판(10) 사이의 결합력이 증대된다.

도 5는 금형 장착 전 상태도, 도 6은 금형 장착 후 상태도 그리고 도 7의 (a)는 금형 장착 후의 정면도이고 (b)는 절개도를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 좌금형(31)과 우금형(32) 내부의 음각 형상은 디스크판(10)의 외형과 비슷하다. 금형(31, 32)의 조립에 앞서 금형(31, 32)의 내부 면에는 이형제를 바르고, 디스크판(10)의 외부 면에는 접착제를 바른다. 이형제는 폴리우레탄(20)을 성형한 후에 금형(31, 32)을 떼어내기 쉽도록 하기 위함이다. 이는 폴리우레탄 자체가 접착제의 성질을 갖기 때문이기도 하다. 디스크판(10)의 외부 면에는 접착제를 바름으로써 성형된 폴리우레탄(20)과 디스크판(10) 사이의 접착력을 증대시킨다. 이형제와 접착제를 각각 금형(31, 32)과 디스크판(10)에 바른 다음 금형의 조립을 하게 된다.

금형의 조립은 먼저 디스크판(10)의 축구멍(도면부호 미도시)에 디스크판 지지대(33)를 양쪽에서 끼운 다음 좌금형(31)에 디스크판(10)을 안착시킨다. 그런 다음 우금형(32)을 좌금형(31)과 볼트(도면부호 미도시)와 너트(도면부호 미도시)로 결합한다. 디스크판 지지대(33)를 볼트(도면부호 미도시)로 좌금형(31)과 우금형(32)에 결합함으로써 금형의 조립이 완성된다.

디스크판(10)의 축구멍에 형성된 키홈(13)으로 디스크판 지지대(33)에 형성된 돌출부(도면부호 미도시)가 삽입됨으로써 디스크판(10)의 외측면과 금형(31, 32)의 내측면 사이가 5 ~ 10mm 정도의 일정한 간격을 유지할 수 있다. 이상 금형 조립에 관련한 내용은 공지의 기술과 통상적인 기술을것이므로 일부 도면부호를 생략했으며, 상세한 설명을 부가적으로 하지 않아도 충분히 이해할 수 있는 것이므로 더 이상의 설명을 생략한다. 또한, 좌금형(31)과 우금형(32)의 외측면에 형성된 다수 개의 손잡이(도면부호 미도시)도 본 발명의 사상과는 무관한 것이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 금형(31, 32)에는 최소한 두 개의 관이 필요한데, 하나는 폴리우레탄(20)을 주입할 주입관(34)이고, 나머지 하나는 공기를 빼기 위한 공기빼기관(35)이다. 액체 상태의 폴리우레탄 원료는 주입관(34)을 통해서 공급되는데, 금형(31, 32)과 디스크판(10) 사이에 남아있는 공기가 공기빼기관(35)을 통해서 자연스럽게 배출된다. 주입관(34)과 공기빼기관(35)에는 각각 조절밸브(36)가 장착되어 폴리우레탄의 주입과 공기 빼기를 조절하게 된다. 주입관(34)에 연결된 가압장치(37)는 폴리우레탄 원료에 압력을 가해주는 장치로써 폴리우레탄(20)의 밀도를 균일하게 하고 또한 폴리우레탄(20)을 고밀도로 성형하도록 하는 역할을 수행한다. 이 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 두 개의 조절밸브(36)를 모두 열고 주입관(34)을 통해서 폴리우레탄 원료를 주입하면, 공기빼기관(35)을 통해서 공기가 빠져나온다. 폴리우레탄 원료를 계속 주입하면 공기빼기관(35)을 통해서 폴리우레탄 원료가 나오게 되는데, 이는 금형(31, 32) 내부와 디스크판(10) 외부 공간에 폴리우레탄이 모두 채워졌다는 것을 의미한다. 이때에 공기빼기관(35)에 장착된 조절밸브(36)를 잠그고 가압장치(37)를 가동시켜서 내부에 채워진 폴리우레탄 원료에 압력을 가한다. 가압장치(37)를 통해 압력이 충분히 가해지면 주입관(34)에 장착된 조절밸브(36)를 닫는다. 그런 다음 금형(31, 32) 전체를 경화로에 넣고 80 ~ 100℃로 가열하면서 폴리우레탄을 경화(고형화)시킨다.

상기 가압장치(37)는 폴리우레탄을 주입하는 주입기에 포함된 가압 수단과는 별개의 장치이다. 주입기는 상기 가압장치(37)의 전단부에 연결된다. 주입기에 포함된 가압 수단은 단지 폴리우레탄을 흘려 보내주는 정도의 압력을 가할 뿐이고, 상기 가압장치(37)는 채워진 상태의 폴리우레탄 원료에 추가로 강한 압력(3 ~ 5 MPa)을 가하는 수단으로 사용된다. 통상 금형(31, 32)을 경화로에 넣을 때에는 금형(31, 32)에 연결된 주입기를 떼어내고 금형(31, 32)만을 넣는다. 하지만, 본 발명에 포함된 가압장치(37)는 상황에 따라 경화로에 같이 들어갈 수도 있다.

도 7의 (b)는 주입관(34)을 통해 폴리우레탄 원료를 채워넣은 상태에서의 절개도를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 폴리우레탄 원료는 금형(31, 32)의 내부면과 디스크판(10)의 외부면 사이의 공간과 디스크판(10) 외부에 형성된 다수 개의 홈(107, 108)에 채워진다. 금형(31, 32)의 내부면과 디스크판(10)의 외부면 사이의 간격은 통상 5 ~ 10mm이다.

도 8의 (a)는 본 발명 디스크의 사시도이고 (b)는 정면도를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 디스크는 외부면 전체를 폴리우레탄(20)으로 감싼 형태이다. 즉, 디스크판(10)의 좌우측면과 외주면 모두 폴리우레탄(20)으로 라이닝이 된 형태이다. 폴리우레탄(20)이 라이닝 된 본 발명의 디스크는 외부면 전체가 매끄러운 형태이어서 유체의 흐름에 대한 마찰 저항을 감소시킨다. 물론, 라이닝 된 폴리우레탄(20)에 의해서 내부식성과 내마모성이 향상된다.

도 9는 본 발명 디스크의 절개도 및 부분 확대도를 나타낸 도면으로 디스크 축과 수직인 방향으로 절개한 상태를 나타내었다. 확대도에 도시한 바와 같이, 디스크판(10)의 외주면에 성형 된 폴리우레탄(20)은 디스크판(10)의 외주면을 따라 형성된 요홈(11)에도 채워진다. 상기 요홈(11)에 채워진 폴리우레탄(20)은 외주면 부분에 성형 된 폴리우레탄(20)의 탄성력을 증가시키는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 전폐시 0 ~ 3° 부근에서 발생하는 밀림 현상에 의해 외주면의 모서리 부분에 성형 된 폴리우레탄(20)이 찢어지는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 이에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.

디스크의 전폐시 0 ~ 3° 부근에서 디스크 외주면의 모서리 부분은 밸브 몸체(미도시)와 닿게 되고, 강한 압력을 받으면서 외주면 모서리 부분의 폴리우레탄(20)이 밀리게 된다. 이때에 폴리우레탄(20)이 당겨지는 힘을 받는데, 이에 저항하는 힘은 폴리우레탄(20) 사이의 분자간 결합력과 폴리우레탄(20)과 디스크판(10) 사이의 접착력이다. 이러한 저항하는 힘이 클수록 폴리우레탄(20)은 찢어지지 않고 견딜 수 있다. 하지만, 폴리우레탄(20) 분자간 결합력과 폴리우레탄(20)과 디스크판(10) 사이의 접착력에는 한계가 있다. 따라서, 부가적으로 저항하는 힘을 증대시킬 필요가 있는 것이다. 상기 요홈(11)의 좌우면은 외주면의 모서리 부분에 성형 된 폴리우레탄(20)이 밀릴 때에 이를 받쳐줌으로써 모서리 부분의 폴리우레탄(20)이 더 이상 밀리지 않도록 하는 역할을 수행한다. 따라서 전폐시 외주면에 성형 된 폴리우레탄(20)이 찢어지지 않고 제 기능을 수행하는 것이다.

확대도에 도시된 밀림방지턱(103, 104)도 전폐시 외주면에 성형 된 폴리우레탄(20)이 찢어지는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 밀림방지턱(103, 104)은 전폐시 0 ~ 3° 부근에서 외주면 모서리에 성형 된 폴리우레탄(20)이 밀리지 않도록 잡아주는 역할을 수행한다. 결국, 밀림방지턱(103, 104)은 폴리우레탄(20)의 밀림을 방지함으로써 전폐시 0 ~ 3° 부근에서의 폴리우레탄의 찢어짐을 방지하는 역할을 부가적으로 수행한다.

확대도에 도시한 바와 같이, 외주면을 따라 성형 된 폴리우레탄(20)은 외측 방향으로 돌출된 압착돌기(21)가 형성된다. 상기 압착돌기(21)는 디스크와 밸브 몸체 사이의 압착력을 증가시킴으로써 밸브의 지수력을 증가시키는 역할을 한다.

도 10은 본 발명 디스크의 축방향 절개도 및 부분 확대도를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 폴리우레탄(20)은 밸브의 축이 삽입되는 부분(도면부호 미도시)의 외측면까지 연장 성형 되는데, 이는 이 부분에 부식이 발생하는 것을 방지하기 위해서이다. 확대도에 도시한 바와 같이, 폴리우레탄(20)은 밸브의 축이 삽입되는 부분의 외측면에 형성된 요홈(14)에도 채워짐으로써 폴리우레탄(20)과 디스크판(10) 사이의 결합력을 증대시킨다.

도 11은 폴리우레탄 주입 블록다이어그램을 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 폴리우레탄 원료는 주입기를 통해서 금형(31, 32)에 주입된다. 또한, 주입기를 거친 폴리우레탄 원료는 가압장치(37)를 거친 후에 금형(31, 32)에 주입된다. 도 12는 폴리우레탄 라이닝 방법에 대한 순서도를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 디스크에서 폴리우레탄을 라이닝 하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 금형 조립 단계(51)에서는, 금형(31, 32)의 내부 면에 이형제를 바르고, 디스크판(10)의 외측면에 접착제를 바른 다음 디스크판 지지대(33)를 이용하여 디스크판(10)을 좌금형(31)에 안착시킨 후, 우금형(32)을 좌금형(31)에 볼트와 너트를 이용하여 결합한다. 상기 금형 조립 단계(51)를 거친 금형(31, 32)은 로에 넣고 60 ~ 80℃의 온도로 가열하는 금형 예열 단계(52)를 거친다. 그런 다음, 폴리우레탄 원료를 주입하는 폴리우레탄 주입 단계(53)를 거친 다음 폴리우레탄 원료가 금형(31, 32) 내부에 채워지면 공기빼기관(35)의 조절밸브(36)를 잠금으로써 공기빼기관(35)을 잠그는 공기빼기관 차단 단계(54)를 거친다.

가압 단계(55)에서는 가압장치(37)를 이용하여 금형(31, 32) 내부에 채워진 폴리우레탄 원료에 압력을 가한 후 주입관(34)에 연결된 조절밸브(36)를 잠근다. 그런 다음 1차 숙성 단계(56)에서는 주입기(도면부호 미도시)를 떼어내고 금형(31, 32)을 경화로(미도시)에 넣고 80 ~ 100℃의 온도로 가열한다. 금형 탈형 단계(57)에서는 폴리우레탄이 경화할 수 있는 충분한 시간이 지난 다음에 금형(31, 32)을 분해한다. 마지막으로 2차 숙성 단계(58)에서는 폴리우레탄(20)이 성형 된 디스크를 경화로에 다시 넣고 80 ~ 100℃ 온도로 소정의 시간 동안 숙성시킨다.

10...디스크판 11, 14...요홈
12...볼트 13...키홈
20...폴리우레탄 21...압착돌기
31...좌금형 32...우금형
33...디스크판 지지대 34...주입관
35...공기빼기관 36...조절밸브
37...가압장치 101...디스크좌판
102...디스크우판 103, 104...밀림방지턱
105, 106...리브 107, 108...홈

Claims (9)

1. 유체를 이송시키는 관로에 설치되며 원통형 몸체와 원판형 디스크로 구성되어 디스크의 회전에 의해서 유체의 흐름을 제어하는 버터플라이밸브에 있어서,
   외측면의 외주면 방향에 밀림방지턱(103, 104)을 포함하고, 외측면에 다수 개의 홈(107, 108)이 형성되며, 외주면을 따라 요홈(11)이 형성되고, 축이 삽입되는 축공의 외부 일면을 따라 환형의 요홈(14)이 형성된 디스크판(10);
   상기 디스크판(10)의 외측면 및 외주면을 감싸는 폴리우레탄(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 디스크판(10)은, 일면이 볼록하고 타측면에 다수 개의 리브가 형성된 접시 형태의 디스크좌판(101), 상기 디스크좌판(101)과 동일한 형태의 디스크우판(102), 상기 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)의 볼록한 일면이 외측면을 향하도록 다수 개의 볼트(12)로 결합되어 형성된 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크.
6. 유체를 이송시키는 관로에 설치되며 원통형 몸체와 원판형 디스크로 구성되어 디스크의 회전에 의해서 유체의 흐름을 제어하는 버터플라이밸브에 있어서;
   외주면을 따라 요홈(11)이 형성되고, 외측면의 외주면 방향에 밀림방지턱(103, 104)이 형성되며, 외측면에 다수 개의 홈(107, 108)이 형성된 디스크판(10);
   상기 디스크판(10)의 외측면 및 외주면을 감싸는 폴리우레탄(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크.
7. 유체를 이송시키는 관로에 설치되며 원통형 몸체와 원판형 디스크로 구성되어 디스크의 회전에 의해서 유체의 흐름을 제어하는 버터플라이밸브에 있어서;
   일면이 볼록하고 타측면에 다수 개의 리브가 형성되며 외측면의 외주면 방향에 밀림방지턱(103)이 형성된 접시 형태의 디스크좌판(101), 상기 디스크좌판(101)과 동일한 형태이며 볼록한 일면이 외측면을 향하도록 상기 디스크좌판(101)에 다수 개의 볼트(12)로 결합되는 디스크우판(102)으로 구성되는 디스크판(10);
   상기 디스크판(10)의 외측면 및 외주면을 감싸는 폴리우레탄(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 디스크판(10)은, 외주면을 따라 요홈(11)이 형성되도록 디스크좌판(101)과 디스크우판(102)의 외주면에 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크.
9. 유체를 이송시키는 관로에 설치되며 원통형 몸체와 원판형 디스크로 구성되어 디스크의 회전에 의해서 유체의 흐름을 제어하는 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크의 라이닝 방법에 있어서,
   금형(31, 32)의 내부면에 이형제를 바르고, 디스크판(10)의 외측면에 접착제를 바른 다음 디스크판 지지대(33)를 이용하여 디스크판(10)을 좌금형(31)에 안착시킨 후, 우금형(32)을 좌금형(31)에 볼트와 너트를 이용하여 결합하는 금형 조립 단계(51);
   조립된 금형(31, 32)을 로에 넣고 60 ~ 80℃의 온도로 가열하는 금형 예열 단계(52);
   주입기를 이용하여 폴리우레탄 원료를 주입하는 폴리우레탄 주입 단계(53);
   폴리우레탄 원료가 금형(31, 32) 내부에 채워지면 공기빼기관(35)의 조절밸브(36)를 잠그는 공기빼기관 차단 단계(54);
   가압장치(37)를 이용하여 금형(31, 32) 내부에 채워진 폴리우레탄 원료에 압력을 가한 후 주입관(34)에 연결된 조절밸브(36)를 잠그는 가압 단계(55);
   주입기를 떼어내고 금형(31, 32)을 로에 넣고 80 ~ 100℃의 온도로 가열하는 1차 숙성 단계(56);
   폴리우레탄이 경화할 수 있는 충분한 시간이 지난 다음에 금형(31, 32)을 분해하는 금형 탈형 단계(57); 및
   폴리우레탄(20)이 성형 된 디스크를 로에 넣고 80 ~ 100℃ 온도로 숙성시키는 2차 숙성 단계(58); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브용 폴리우레탄 라이닝 디스크의 라이닝 방법.

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