KR101224803B1 - 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치 밸브에 관한 것으로,
본 발명에 따른 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)는 유동체 외경 크기를 작게 하여 밸브를 소형화하는 기술로, 3 종류의 유동체로 분류되어 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의해 동심유지 조합되고, 가공방법이 동일한 일자 홈 형상을 가지면서, 저 개도의 오픈, 크로스(Open and Close)시점에서 고 차압으로 인한 고 진동을 방지하여 밸브를 보호하는 유동제어장치 하단부에 위치한 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)와,
유량제어시간이 가장 많은 중 개도 구간에서 격판(22)을 사용치 않고, 일자구조의 하강(14), 상승유로(15)를 지그재그 배열하여 미세유량조절을 실현하는 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24) 및
중 개도의 유량조절구간에서 밸브후단의 공급유량 부족에 대응하기위해, 고 개도 위치에 설치, 사용되어 일시적으로 대유량을 내보내어 계통운전을 유지하는 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)를 갖추고,
유동체 종류별로 공통되는 일자형상의 굴곡유로는 원판 평면상의 좌측에 유동체 출구 하강유로(14)와 우측에 유동체 출구 상승유로(15)를 지그재그로 조합 배열하여 병목유량(정체유량)을 방지함과,
다수의 입, 출구 유로를 형성케 하는 대 유량 기술인 일자형상의 홈을, 플러그(1) 동심원을 기준으로 나선형의 사선방향으로 일자구조의 굴곡유로를 형성하여, 회오리효과(소용돌이)를 일으켜 플러그(1) 외경부를 선회함으로써 유체가 가지고 있는 강한 충격파에너지로부터 플러그(1)의 충돌을 완화하고 차압을 생성하여 대유량 제어를 구현하여,
본 발명은 상기의 유동체 종류별로 유량제어특성을 조합하여 유동제어장치를 구성함으로서, 종래의 기술적 문제점을 해결하고 유동제어장치를 소형화하면서 약간의 차압을 형성하여 유체의 압력을 최소화하여 고온고압 유체가 가지고 충격파에너지를 흡수하여 밸브내의 소음, 진동을 방지하고, 대 유량 제어를 실현하는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치 밸브에 관한 것이다.

Description

일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치 밸브{MultiStage Spiral Round Trim, Peak Flow Control Valve}

본 발명은 원자력발전소 및 화력발전소, 정유화학공장 등에서 사용되는 글로브 제어밸브에 있어서, 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화력발전소의 경우 고온고압을 이송하는 보일러피드워터펌프(Boiler Feed Water Pump)에 의해 보일러 또는 보일러 급수탱크(Boiler Feed Water Tank)에 포화수이상의 고온증기를 공급 또는 제어하는 유량제어밸브( BFP Feed Water Control Valve)에 사용되는 유동제어장치에 관한 것으로서, 유체가 고온고압의 증기를 사용하는 계통에 있어서 유량제어를 목적으로 사용되는 밸브가, 약간의 차압을 형성하여 유체의 압력강하를 최소화함으로서 고온고압 유체가 가지고 충격파에너지를 흡수하여 밸브내의 소음, 진동을 방지하고, 차압 형성에 따른 유동제어장치의 외경을 최소화하여 밸브의 대형화를 방지하면서 대 유량 제어를 구현하는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치 밸브에 관한 것이다.

본 발명의 고차압 계통의 유량제어목적으로 발명되는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)가 적용되는 밸브의 발전소 운전계통을 설명하면,

화력발전소의 경우 석탄, 기름, 가스등의 연료를 절감하기위해 보일러에서 380℃이상으로 가열하면 압력이 220 kg/㎠ 정도 상승되어 과열증기를 생산하여 터빈을 회전시킨다.

그에 따른 보일러에 급수를 공급하기위해서 화학 세정된 물을 순환수탱크(온도 180℃ 로 가열하면 자체 압력이 9.2kg/㎠까지 도달)에서 보일러에 이송시키는 보일러 피드워터 펌프(Boiler Feed Water Pump, 일명 BFP)는 보일러 압력보다 40~50 kg/㎠ 정도 높은 토출압력이 270 kg/㎠ 로, 보일러 전단에 있는 보일러 피드워터 저장탱크((Boiler Main Feed Water Storage Tank)에 공급되며,

BFP 펌프와 저장탱크 사이에 유량조절 목적으로 보일러 피트워터 컨트롤밸브(Boiler Feed Water Flow Control Valve)가 설치되는데, 이때 사용되는 밸브장치가 대유량 조건을 동반하는 본 고안의 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)의 밸브가 적용된다.

500MW이상의 발전소는 BFP 펌프가 인버터가 펌프, 모터를 속도 조절되어 계통운전의 유량조절이 원활하지만, 200MW이하의 발전소는 BFP 펌프가 속도조절이 안되어, 보일러 피트워터 컨트롤밸브(Boiler Feed Water Flow Control Valve)의 과도한 유량을 순환수탱크(온도 180℃에서 포화수가 가지고 있는 자체압력 9.2kg/㎠)로 재순환시키기 위해, 보일러 피트워터 컨트롤밸브 전단에 설치되고 사용되는 밸브가 BFP 재순환밸브(BFP Recirculation Valve)이다.

대유량 조건을 동반하는 보일러 피트워터 컨트롤밸브(Boiler Feed Water Flow Control Valve)에 적용되는, 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)의 경우 유동제어장치(9)에서 과도하게 밸브 후단압력을 떨어트리게 되면 BFP 펌프가 과부하가 걸리게 되어 밸브 전단의 압력이 하강되는 경우가 발생할 때에는, 밸브 후단압력이 높아지는 경우가 발생하며, 이때 생기는 문제점이 백프레셔(Back Pressure)가 발생될 수 있으며, 이상적인 유량조절용 밸브는 계통 전, 후단압력의 15%이하로 차압설계를 하고 밸브를 소형화하기위해 대유량 조건을 만들어간다. 따라서, 종래의 기술의 문제점을 해결하고, 성능을 향상시켜 밸브수명을 연장하여 에너지절약에 일조하고자, 보일러피드워터 컨트롤밸브에 적용되는 유동제어장치가 발명의 배경이 되었다.

도 27의 (A)는 계통운전의 On-OFF 제어용 글로브밸브로, 사용되는 널리 사용되는 가장 오래된 방식의 구조로써, 일명 Open Type Windows 라 칭한다.

또한, 윈도우형 케이지(Window Type Cage)는 개구부 형상이 하부면적은 작게 시작하여 S 자 형상을 하면서 상부면적이 크게 하였는데, S 자 형상은 밸브를 개도운전(Open 및 Close) 시 유량변화가 없는 형상이다.

윈도우형 케이지는 속도(충격)에너지가 작은 물(Water)의 경우, 일시적으로 대 유량을 공급하는 장점이 있으며, 소음, 진동이 발생되지 않으나,

속도(충격)에너지가 매우 큰 음속에 가까운 포화수증기 이상을 갖는 유체는, 넓은 면적의 케이지 개구부를 통하여 밸브 플러그(1)를 오픈 및 크로스(Open or Close) 하는 순간에, 플러그(1)에 충격파에너지가 직접 전달되어 플러그 표면에 스팀커팅(Steam Cutting)이 발생되어 그 이물질(쇠 조각)이 플러그 외 표면과 케이지의 내 표면에 달라붙으면서 밸브 승강이 안 되어 스틱(Stick)된다.

강한 충격파에너지를 일시적으로 상쇄시키기 위해 나온 기술이 하기와 같다.

도 27의 (B)는 상기의 (A)의 윈도우형 케이지(Window Type Cage)의 문제점을 개선한 응용 발명된 기술로, 일명 밸브업계에서 칭하는 멀티 드릴 홀 타입 케이지(Multi Drill Holes Type Cage) 라 칭한다.

도 27의 (B)는 차압을 형성할 목적으로 케이지 입, 출구 홀( Holes )을 작게 하면서 구멍수량을 늘려 유량면적을 충족하였다.

[K]사는 (B)를 개량하여, 드릴 홀(Drill Holes) 사이즈를 미세한 구멍부터 중간구멍, 큰 구멍으로 다변화하여 나선형으로 배열하였다.

[KD]사는 드릴 홀 타입(Drill Holes Type)의 케이지를, 상부에 장착되는 본네트 어댑터를 한 부품으로 묶어서 일체형 케이지로 개량하였으며,

본네트 어댑터 또는 밸런스 실린더(Balance Cylinder)라 부르기도 함)와 케이지는 보편적으로 분리하여 사용되는데, 이는 케이지(또는 트림)의 제작비 고려 및 스팀커팅 파손에 따른 교체를 원활히 하려는 목적이다.

도 27의 (B)형과 같은 다수의 Multi Drill Holes Type은 제작비와 제작시간이 (A)에 비해 많이 소요되며, 압력이 작은 계통의 유량제어 목적으로 널리 사용되는 상용화된 기술이며, 압력이 높은 계통의 유량제어에는 하기의 차압형 트림보다 소음, 진동이 다소 높아, 적용하는 데는 많은 고내와 한계가 있다.

상기의 도 27의 (A)와 (B)는 압력이 낮은 계통에 사용되는 케이지라 칭한다.

하기의 도 27의 (C)부터 (F)는 차압형 트림이라 칭하는데 압력 제어형 트림에 가까운 저 차압에 많이 응용된다.

하기의 도면 27의 (G)부터 (K)는 차압형 트림인데 속도 제어형 트림에 속하며, 밸브 전단압력이 높은 고차압 계통 또는 후단 압력제어 목적으로 사용된다.

그럼, 하기를 설명하기에 앞서 트림의 종류를 언급하면,

트림의 종류는 크게 압력 제어 형과 속도 제어 형으로 구분할 수 있는데,

압력 제어 형 트림은 유체가 오리피스 교 축 부을 통과하면서 압력을 잃고 다시 회복하는 것을 반복하면서 차압이 형성되는 현상을 이용한 것이고,

속도 제어 형 트림은 유체가 유로마찰저항에 의해 구불구불한 미로를 통과하면서 압력을 잃어가는 것을 이용하여 제어하는 트림이다.

도 27의 (C)는 [J]사의 다단 원통실린더 구조의 차압형 트림이며, 외측과 내측 원통체에는 유체가 들어오고 나가는 관통구멍과, 중간 원통체는 유로패턴형상이 ㄴ”자, “ㄷ"자 모양의 굴곡 홈 과 내층 원통체로 나가는 지점에 관통구멍을 조합하여 다단 원통체로 구성한 트림이고, 중차압, 중유량 계통에 적합하다.

도 27의 (C)는 트림을 소형화하는 전제조건으로 (C)의 기술을 논하면, 차압을 형성하기위해 마련된 중간층 원통체의 유로패턴 형상이 넓은 면적을 차지하므로, 제한된 공간 안에서 제약을 받을 수 있으며, 대유량 조건을 만족하기에는 한계가 있다.

도 27의 (D)는 [L]이 발전설비 제어밸브를 설계, 제작, 시운전, A/S하면서, 창작된 차압형 트림이며, 도 27의 (D)의 선행기술(D1) 특징은, 유동제어장치는 3단 원통실린더구조로, 각각의 외면에 다수의 홈 & 관통구멍 배열의 조합에 의한 역 방향 굴 곡유로를 형성한, 저유량 조건의 저차압 계통에 적용되는 Trim 이다.

도 27의 (D)의 선행기술(D1) 단점은, 실린더구조의 역방향유로는 유동체(실린더) 외측 면적을 많이 차지하는 구조이므로, 대유량 조건을 만족하려면 실린더 내경을 키워야하고, 고차압(△=30kg/㎠ 이상)을 형성하려면 최소 원통수가 10개 이상(굴곡턴수 30개 이상) 배열되어야 하므로 계통운전 적용에 제한을 받는다.

도 27의 (E)의 선행기술(D2) 특징은, 유동제어장치는 3단 원통실린더구조로, 각각의 실린더 외면에 동일형상의 다수의 원형 관통구멍을 계단식 배열의 조합에 의한 나선형방향의 굴곡유로를 형성한, 대유량조건의 저차압계통에 적용되는 Trim 이다.

도 27의 (E)의 선행기술(D2) 단점은, 실린더구조의 계단식 굴곡유로는 유동체(실린더) 외측 면적에 다수의 관통구멍을 낼 수 있는 장점을 가지고 있어 , 대 유량 조건을 충족시키며, 고차압(△=30kg/㎠ 이상)을 형성하려면 최소 원통수가 30개 이상(굴곡턴수 30개 이상) 배열해야하므로 고 차압 계통에는 제한을 받는다.

[K]사의 선행기술은, 감압효과를 증진시키기 위해 도 27의 (E)를 개량한 기술로, 원통체 한 개로 설명하면, 원통체 입구 구멍보다 출구구멍을 작게 하여 2단으로 관통구멍을 형성한 게 특징이며, 다단 원통 계단형 구조의 차압형 트림이다.

도 27의 (E)와 차압 형성방식이 유사한 선행기술(D3) 특징은, 유동제어장치는 5단 원통실린더구조로, 각각의 실린더 외면에 사선방향으로 크기가 다른 다수의 직사각형 관통구멍을 지그재그 배열의 조합에 의한 유체의 굴곡유로를 형성한, 대유량 조건의 저차압 계통에 적용되는 Trim 이다. 도 27의 (E)와 차압 형성방식이 유사한 선행기술(D3) 단점은, 실린더구조의 사선방향의 굴곡유로는 유동체(실린더) 외측 면적을 선행기술, 계단식 굴곡유로보다 많이 차지하는 구조이며, 또한, 실린더 내경을 작게 하면서 공급유량을 늘리기 위해 사선방향의 굴곡유로 위에 직사각형 또는 원형관통구멍을 굴곡 시키지 않고 곧바로 관통시켰으나, 그에 따른 문제점이 고압유체의 충격파에너지가 직접 유동체로 통과하므로 진동, 소음이 발생한다.

도 27의 (F)의 선행기술(D4) 특징은, 유동제어장치는 2단 원통실린더구조로, 각각의 외면에 동일형상의 다수의 작은 원형관통구멍을 갖추고, 외측실린더(서브케이지)의 내경 안쪽에 단(홈)을 가진 환상실이 마련되어, 오리피스를 이용한 압력 제어형 Trim 으로, 대유량의 조건 저차압 계통에 적용되는 Trim 이다.

도 27의 (F)의 선행기술(D4) 단점은, 아주 작은 원형관통구멍을 실린더 한 개마다 약 200개 이상을 뚫어야 하므로 가공시간이 길고 불량이 발생될 수 있으며, 가공 불량도 보안하면서 환상실을 두어 통과한 유체가 환상실에서 회복 및 정체하며 2차측 구멍을 통과하는 방식이다.

고차압(△=30kg/㎠ 이상)을 형성하려면 최소 원통수가 5개 이상 배열해야하므로 고 차압 계통에는 제한을 받으며, 제작비가 많이드는 단점이다.

특징으로, 외층 원통체의 내경부 중단에 홈 형태를 가지는 단차부분이 있어, 2차 압력이 회복되는 회복실 또는 환상실 이라 칭하고 있고, 환상실의 기능은 압력 제어형 트림 구조로 유체가 오리피스 교 축 부을 통과하면서 압력을 잃고 다시 회복하는 것을 반복하면서 차압이 형성되는 현상을 이용한 것이다.

도 27의 (F) 구조는 오리피스원리를 이용한 차압을 형성하고, 또한, 다단 원통형구조로는 고차압을 형성하는데 한계가 있으며, 고차압 계통에 적용되기에는 다소 무리가 있다.

또 다른 특징으로, 본네트 어댑터 또는 밸런스 실린더(Balance Cylinder)라 부르기도 함)와 케이지는 보편적으로 분리하여 사용되는데, 이는 케이지(또는 트림)의 제작비 고려 및 스팀커팅 파손에 따른 교체를 원활히 하려는 목적이 있는데,

[KS]사는 내측 원통체에 본네트 어뎁터를 한 부품으로 묶어서 일체형으로 내층 원통체를 구성하였다.

구멍크기가 ￠5mm이하의 다수의 관통구멍을 2단 원통체로 조립할 때, 가공실수로 인한 도 27의 (E)에 비해 제작비상승, 제작기간이 길고, 수치해석인 유동해석이 어렵고, 실증시험 장치를 통하여 유량, 차압을 확인할 수 있다.

도 27의 (G)의 선행기술(D5) 특징은, 유동제어장치는 홈 유로 정면에 다수의 돌출 홈 사이로 유체가 충돌을 반복하면서 유체 속도를 감압시키는 원리며, 다수의 돌출 홈 형상을 갖는 디스크 한 개를 복층으로 조합하여 유로를 형성시킨 홈 구조의 중유량 , 고차압 계통에 적용되는 디스크 스택이다.

도 27의 (G)의 선행기술(D5) 단점은, 디스크(15)에는 다수의 돌출 홈 형상이 매우 복잡하게 형성되어, 다축머신센터로 가공하면 제작비와 제작기간이 많이 들며, 주조(주물)로 하면 제작이 간편하나, 표면이 거칠은 단점이 있다.

속도 제어형 차압장치로는 성능이 매우 좋으나, 우리나라와 같이 소량 다품종 밸브를 최급함에 있어서 제작비와 제작기간을 비추어 어렵지 않나 생각됩니다.

도 27의 (H)의 선행기술(D6) 특징은, 유동제어장치 외측에는 디스크방식으로 십(+)자 형상의 다수의 굴절 홈 형상을 갖는 디스크 한 개를 복층으로 조합하고, 내측에는 원통실린더구조의 케이지(20)에 다수의 원형 관통구멍을 마련하여, 디스크방식과 원통실린더를 조합한 혼합형 유로를 형성한 중 차압 계통에 적용되는 구조이다.

도 27의 (H)의 선행기술(D6) 단점은, 복층으로 조합된 디스크의 유로는, 내면에 원통실린더의 관통구멍에 유로를 조합하기가 매우 어려운 구조이며, 디스크두께를 수정가공 또는 타 종류에 비해 제작시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

외측은 복층디스크구조로서, 도 27의 (K)와 같은 유동패턴형상은 다르나, 유로 흐름이 홈 형상을 가공하는 방법에는 동일하다.

또한, 내측의 원통체 외경부 표면에는 외측 디스크(차압조절부재) 유로와 내측 원통체 관통구멍이 유로가 형성되게 하기 위해 소정의 공간이 마련되었으며, 환상실(회복실)기능을 한다.

도 27의 (H)는 도 27의 (K)에 비해 제작비상승, 제작기간이 길고, 수치해석인 유동해석이 어렵고, 실증시험 장치를 통하여 유량, 차압을 확인할 수 있다.

도 27의 (I)의 선행기술(D7) 특징은, 유동제어장치는 “2 종류의 화살표 형상의 관통구멍으로 된, 한 개의 디스크”를, 다수 제작하여, 상층과 하층에 유로가 형성될 각도로 하층 디스크를 회전하여 한 쌍의 유로가 형성되고, 또 다른 한 쌍의 디스크를 다음 하층에 격판기능을 할 수 있는 각도로 회전하여, 한 개의 디스크가 두 쌍의 디스크 조합(동일 디스크 1종을 4개로 지그재그 조합)하여 4단 2유로의 굴곡유로가 형성함을 특징으로 하는 관통구멍 형상의 디스크 방식이나, 굴곡턴수가 7개 이하로 중차압 조건에 적용되는 기술이다.

상기와 인용 발명된 2건의 선행기술이 있으며, 디스크의 관통구멍이 “T"자 형상만 다르며, 동일형상의 한 개의 디스크를 총 4개로 조합하여 유로가 형성됨은 동일함.

도 27의 (I)의 선행기술(D7) 단점은, 인용 발명된 “T"자형 특허를 포함하여, 관통패턴은 좌측에 3개, 우측에 3개, 그래서 총 굴곡턴(Turn)수는 7개이며, 경험으로 비추어 볼 때, 7개의 턴 수는 차압이 7 kg /㎠ 이하로 걸리므로 디스크구조의 핵심은 고차압 기술인데, 30 kg /㎠ 이상의 고차압계통에 적용될 수 없는 구조이다.

도 27의 (J)는 디스크 2장의 “ㄱ"자 형태의 관통구멍형상과, 격판 디스크를 조합하여 3단 1유로의 굴절유로를 형성하는 고차압용 유동제어장치는 널리 사용되는 기술이다.

도 27의 (K)의 선행기술(D8) 특징은, 유동 제어요소(24)는 굴곡 홈이 다른 3 종류의 디스크를 중간부분(40)의 상층에 저차압용 디스크를 복층으로 배치하고, 중간 중층에 중차압용 디스크를 복층으로 배치하며, 중간 하층에 고차압용 디스크를 복층으로 배치되는, 디스크 1단 1유로의 굴곡 홈으로 굴곡유로를 3종으로 형성한 복층 디스크방식이며, 굴곡턴수가 최대 16개로, 중차압 계통에 적용되는 구조이다.

도 27의 (K)의 선행기술(D8) 단점은, 굴곡턴(Turn)수가 명세서상에 중간 상층에 설치되는 저차압용은 유로 9개, 굴곡턴 수 10개, 중간 중층에 설치되는 중차압용은 유로 8개, 굴곡턴 수 12개, 중간 하부에 설치되는 고차압용은 유로 10개, 굴곡턴 수가 16개로 형성되어, 경험으로 비추어 볼 때, 16개의 턴 수는 차압이 16 kg /㎠ 이하로 걸리므로 디스크구조의 핵심은 고차압 기술인데, 30 kg /㎠ 이상의 고차압 계통에 적용하기에는 다소 무리가 있다.

조립용 볼트 관통구멍(18)이 없는 구조로 보아 유동체 표면에 Tag 용접으로 조립되지 않았나 생각됩니다.

본 고안의 기술과 선행기술을 비교하여 결론적으로 요약하면, 글로브밸브에 사용되는 유동제어장치의 제작비, 제작기간을 고려하고, 유동제어장치의 외경부 사이즈를 작게 하여 밸브를 소형화하는 선행기술을 종합하면,

본 고안의 「일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)」에 포함되어있는, 저유량 일자연속 직교형 유동체(23,24)는 굴곡 턴(Turn)수가 총 11회로, 차압을 형성하면서 대 유량 조건을 수렴하는, 성능과 비교되는, 도 27의 (E)의 선행기술(D2,D3)이 저 차압까지만 형성되면서, 대 유량 조건을 충족할 수 있었으며,

대유량 조건을 충족하려면 유로 입, 출구 경을 크게 해야 한다는 일반적인 상식으로 접근하여 원통실린더방식으로 구멍을 크게 하여 제작하면 되겠구나, 라고 해서 나온 상기의 종래의 기술적 문제점을 해결하고, 밸브를 설계하는 설계자는 원판과 같은 디스크를 사용하면 차압용으로 누구나 쉽게 생각하는데 에서 창안되어,

본 발명기술에서 적용된바와 같이 대유량 조건「대구경(10￠이상) 다수의 입, 출구 유로」을 충족시키기 위해서 두꺼운 원판을 사용하여 본 발명을 실시함으로서 종래 기술의 문제점을 해결하고 밸브를 소형화하는 근원이 되는 유동제어장치를 성능 향상시켜 가능하도록 하는데 있다.

본 발명에 따른 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9) (이하 “유동제어장치”이라 한다)는 발전소 계통운전의 대유량 제어밸브에 적용함에 있어, 「대유량 설계조건을 충족시키기 위해, 3 종류의 두꺼운 유동판(21,23,24,25)에 유로 경이 큰 홈 과 관통구멍을 평면상의 좌측에 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 나선형의 사선방향으로 일자로 연속 배열된 2단 2유로(대유량) 및 2단 4유로(중유량)의 굴곡유로를 형성하여 복층으로 조합된 유동제어장치(9)는 차압을 형성하면서 공급유량을 단계별로 구분 형성하여, 대유량을 공급함과 동시에 유동체 외경과 구동력(최대 허용 Stroke)에 관계된 유동체 높이를 최소화하여, 밸브를 소형화하는 기술」로, 유동제어장치(9)를 구성하는 유동체는 3 종류로 분류됨을 특징으로 하는, 대 유량 제어를 실현하는 유동제어장치(9) 밸브에 관한 것이다.

유동제어장치(9) 외경 사이즈를 최소화하고 밸브를 경량화하기 위한 조건으로,

①차압 조건의 유로의 굴곡 턴(Turn)수의 증가와 ②대유량 조건인 다수의 입, 출구 유로를 배치하면서 고차압 조건과 설계유량 조건을 충족시키고 ③미세 유량조절을 위해 병목현상을 방지하면서 3가지 조건을 충족시키면서 유동제어장치 외경 싸이즈를 최소화하고 운전 Stroke의 제약을 받지 않도록 적정 높이를 유지하면서 밸브를 경량화하려면,

㉮플러그(1) 동심원을 기준으로 다중의 유동패턴을 기준 축을 중심으로 좌, 우측에 피라미드 구조로 배치하여 굴곡 턴(Turn)수를 증가시키고,

㉯유동체 내측의 출구 유로를 일자패턴(33,35,34,36)로 하여 유로 패턴 분할각을 최소화하며 대유량 조건을 충족시키며,

㉰저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)는 최소 분할각인 대칭축을 중심축으로 피라미드 구조로 설계 배치하고, 유동체 좌측에는 유동체 출구 하강유로(14)와 우측에는 상승유로(15)를 지그재그로 배열하여, 병목현상을 방지한다.

따라서, 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)는 평면상의 좌측에 유동체 출구 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 지그재그로 조합, 배치하여 병목유량을 방지하여, 5% 미만의 저 개도 운전에도 미세한 소량의 유량조절 효과가 있었으며,

그리고, 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)의 평면상에 설계 배치된 홈 또는 슬롯 홈(31,33,34,37)과 배면상에 설계 배치된 홈 또는 슬롯 홈(32,35,36,38) 형상을, 하강유로(14)와 상승유로(15)에 배열함을 포함하고,

제한된 공간 안에서 유로 배치의 굴곡 길이를 길게 하고 굴곡 턴(Turn)수를 증가시키기 위해 ”ㄷ“자 형태의 피라미드모양으로 일자연속패턴을 형성하여 차압효과를 증대시켜 음속을 넘는 속도변화에 대처했다.

도 19에 포함된, 도 21와 도 2의 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)는 본 발명의 유동제어장치(9)의 각각의 도 8과 도 13과 도 16의 유동판 종류별(21,23,24,25)로 원판 형상을 유량조절특성에 유추하여보면, 도 8과 도 24의 대유량 유동체(21,22)와 도 13와 도 16의 중유량 유동체(23,24)가 차지하는 유량제어범위가 크거나, 높은 차압을 밸브에서 제어해야할 경우, 밸브의 제어 교축부인 플러그(1)의 디스크 실링 면과 시트링부(2)에서의 유속은 경우에 따라 음속을 뛰어넘은 엄청난 속도로 에너지가 변화된다.

따라서, 저 개도 0~10% 운전구간의 Open 시점과 Close시점에서 소음과 캐비테이션에 적합한 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)를 배치하여, 음속을 뛰어넘은 속도에너지 변화에 대처한다. 또한,

도 21와 도 2의 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)는 도 25에 제시된 개도율에 따른 선형곡선의 전체 유계계수(Cv) 변화량을 확인하고, 유동체 입, 출구의 압력변화 및 속도변화등의 유동해석 결과표와, 도 26에 제시된 유동체 종류별로 유동해석 결과 값을 참고하여 전체유량계수(Cv) 값이 45.4 [gpm(US)]에 대비하여 저유량 유동체(25,12)가 차지하는 유량계수Cv) 값이 3.1 [gpm(US)]로 값이 낮게 제시되어 음속 같은 속도변화에 대처했다.

저유량 유동체(25,12)의 차압형 유로를 형성하는 구성방식과 특징을 알아보면,

유동제어장치(9) 최 하단에 배치되는 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12) (이하 “저유량 유동체”라 한다.)를 세부적으로 분류하면, 저유량 일자연속 직교형 유동판(25) (이하 “저유량 유동판”이라 한다.)과 스택 베이스(12)의 조합에 의해 2단 2유로의 유로가 형성되어 저유량 유동체(25,12)를 구성됨을 특징으로 하고,

상기의 저유량 유동판(25)은 고 차압을 형성시키기 위해 플러그(1) 동심원을 기준으로 유동판의 평면상에 피라미드형상을 갖는 복수개의 일자형상 굴절 홈과 관통구멍(39)을 저유량 유동판(25)의 상층부 평면과 하층부 배면에 마련하여, 평면상에 제한된 공간(면적)안에서 일자 홈과 관통구멍의 조합된 굴곡 턴(Turn)수를 3배로 증가시켜 평면상의 좌측에 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 지그재그로 배치하여, 플러그(1) 동심원을 기준으로 상, 하 일자 홈 및 관통구멍을 피라미드 형상을 갖는 지그재그로 연속 배열된 2단 2유로의 굴곡유로를 형성하여 병목유량(정체유량)을 방지하고, 저 개도의 오픈, 크로스(Open and Close)시점에서 고 차압 운전조건으로 인한 고 진동을 방지하여 밸브를 보호하는 것을 특징으로 하여 저유량 유동판(25)을 형성한다.

도 11에 포함된, 도 13와 도 16의 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24)는, 대유량 유동체(21,22)보다 입, 출구 유로가 배열되는 분할 각을 크게 하여, 격판(22,49)이 없는 구조로 구성되었으며, 병목구간이 없는 정체유량이 발생치 않으므로, 개도율에 따른 미세 유량조절용으로 적합한 구조이다. 또한, 상층부 유동판(23)과 하층부 유동판(24)이 한 쌍이 되어 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의한 상, 하 조합으로 격판작용과 병목유량을 방지하는 효과가 뛰어나다.

중유량 유동체(23,24)의 중유량 유로를 형성하는 구성방식과 특징을 알아보면,

유동제어장치(9)의 중단부에 복층으로 조합되는 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24) (이하 “중유량 유동체”라 한다.)는 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23) (이하 “상층 유동판”이라 한다.)과 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24) (이하 “하층 유동판”이라 한다.)의 상,하 조합에 의해 격판기능을 병행하면서 2단 4유로의 유로가 형성되어 중유량 유동체(23,24)를 구성됨을 특징으로 하고,

상기의 중유량 유동체(23,24)는 유량제어시간이 가장 많은 중 개도의 유량조절구간에서 격판을 사용치 않아 미세유량조절 및 주 유량제어용으로 사용되고, 차압을 형성시키면서 많은 유량을 공급함과 동시에 유동체 외경을 최소화하면서 다수의 입, 출구 유로를 형성케 하는 대 유량 기술인, 일자형상의 홈과 관통구멍(39)을 각각의 유동판 상층부 평면과 하층부 배면에 마련하여, 평면상의 좌측에 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 지그재그로 배치하여, 플러그(1) 동심원을 기준으로 상, 하 일자 홈 및 관통구멍을 나선형의 사선방향으로 일자로 연속 배열된 2단 4유로의 굴곡유로를 형성하여 정체유량을 방지하고,

상층과 하층 유동판에 마련된 일자형상의 홈과 관통구멍을 격판 시키기 위해, 상층 유동판(23)의 하강유로(14)와 상승유로(15) 사이에 하층 유동판(24)의 상승(15) 또는 하강유로(14)를 서로 중첩되지 않도록 지그재그로 배열함을 특징으로 하여 격판작용을 하는 중유량 유동체(23,24)를 형성한다.

대유량 유동체(21,22)의 대유량 유로를 형성하는 구성방식과 특징을 알아보면,

유동제어장치(9)의 상단부에 복층으로 조합되는 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22) (이하 “대유량 유동체”라 한다.)는 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21) (이하 “대유량 유동판”이라 한다.)과 대유량용 유동체 격판(22)의 조합에 의해 2단 2유로의 유로가 형성되어 대유량 유동체(21,22)를 구성됨을 특징으로 하고,

상기의 대유량 유동체(21,22)은 격판(22)을 사용하여 미세한 높이 치수의 병목구간이 존재함에, 상기의 유동체는 유량조절용이 아닌 일시적인 대 유량 공급을 목적으로 사용됨에, 예를 들어, 상기의 중유량 유동체(23,24) 한 쌍이 갖는 높이가 20mm 이고, 유량과 관계되는 유로수가 위(12개), 아래(12개) 합 24개로 형성된 중유량 유동체와 비교하면, 대유량 유동체(21,22)는 격판(22)두께를 포함한 절반에 가까운 12mm에 유로 수는 24개의 대유량 조건을 충족하며, 유동판 높이는 밸브 구동력(최대 Stroke 150mm 이하)에 제한되는 상관관계를 가지고 있으며,

상기의 중유량 유동체(23,24)가 담당하는 중 개도의 미세 유량조절구간에서 밸브후단의 공급유량 부족에 즉시 대응하기위해, 플러그(1)를 상승시켜 일시적으로 대유량을 내보내어 계통운전을 유지함을 특징으로 하며,

차압을 형성시키면서 대 유량을 공급함과 동시에 유동체 외경을 최소화하면서 다수의 입, 출구 유로를 형성케 하는 대 유량 기술로서, 일자형상의 다수의 홈과 관통구멍(39)을 유동판 상층부 평면과 하층부 배면에 마련하여, 평면상의 좌측에 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 지그재그로 배치하여, 플러그(1) 동심원을 기준으로 상, 하 일자 홈 및 관통구멍을 나선형의 사선방향으로 일자로 연속 배열된 2단 2유로의 굴곡유로를 형성함을 특징으로 하는 대유량 유동체(21,22)를 형성한다.

도 6에 포함된, 도 8과 도 24의 대유량 유동체(21,22)와, 유동패턴이 동일한 도 11에 포함된, 도 13와 도 16의 중유량 유동체(23,24)는 일자패턴 홈 형상에, 나선형의 피라미드구조로 배열되어있어, 밸브 유량계수(Cv)값에 비례관계를 가지는 플러그(1) 외경을 기준으로, 분할 유로 각을 최소화 할 수 있어, 다수의 입, 출구 유로를 형성하여 유동체 외경을 최소화 하면서 대유량 조건을 충족시킬 수 있는 효과가 있다.

상기의 3 종류의 유동체를 구성하는 각각의 유동판(21,23,24,25) 및 격판(22)에 마련된 4개의 조립용 볼트 관통구멍(18)에 고정되는 육각렌지머리볼트(13)에 의해 동심유지 조합되고, 유로를 형성하는 각각의 유동판에 가공방법이 동일한 일자 홈 형상을 일자연속유로로 형성함을 특징으로 하며,

도 8, 도 13, 도 16, 도 21의 배면층 가공 후 생성된 원형관통구멍(39)의 자동생성과정은, 상기의 유동체를 구성하는 각각의 유동판(21,23,24,25)은 소정의 두께를 가진 원판의 상면과 배면에 복수의 일자형상 굴절 홈을 마련함에 있어서, 상면 홈과 배면 홈 사이 교차되는 지점에서 수직방향의 관통구멍(39)이 배면 2차 홈 가공 후 자동 생성됨을 특징으로 한다.

상기의 중유량 유동체(23,24)와, 대유량 유동체(21,22)는 다수의 입, 출구 유로를 형성케 하는 대 유량 기술로서, 일자형상의 홈을, 플러그(1) 동심원을 기준으로 상, 하 일자 홈 및 관통구멍을 나선형의 사선방향으로 일자로 연속 배열된 2단 2유로 및 2단 4유로의 굴곡유로를 형성함에, 유체가 유동체 안으로 들어오면서 회오리효과(소용돌이)를 일으켜 플러그(1) 외경부를 선회함으로써 유체가 가지고 있는 강한 충격파에너지로부터 플러그(1)의 충돌을 완화하고 차압을 생성함과 동시에, 밸브내의 시트링(2)으로 유도되어 유량 또는 압력을 제어하며, 진동 및 소음을 상쇄시키는 작용을 하여, 대유량 제어를 구현하는 단계를 포함하여, 복수의 유동체가 조합되어 형성된 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)가 구성된다.

도 8, 도 13, 도 16, 도 21의 상기의 3 종류의 유동체를 구성하는 각각의 유동판(21,23,24,25)은 대유량 조건 충족시키기 위해 소정의 두께를 가진 원판의 상면과 배면에 밀링 또는 CAD와 CAM이 연계되는 3축 가공기인 머신센터에서 가공을 하면 제작시간이 단축됨을 특징으로 한다.

도 24의 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)에 사용되는 유동체 격판(22)은 유동 확산 입구 홈(16)과 유동 확산 출구 홈(17)이 마련되어 있어,

유동 확산 입구 홈(16)은 격판 외경부에 계단모양의 단을 주어 유체가 원활히 진입되도록 하고, 유동 확산 출구 홈(17)은 업 플로우(20)로 유체가 진입될 때는 유체의 진로방향이 유동제어장치 안쪽에서 바깥쪽 방향으로 유체가 흐르게 되며, 격판 내경부에 계단모양의 단을 주어 병목유량을 방지하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1,2,3,4의 상기의 유동제어장치(9)는 최상부에 설치되는 밸런스 부시(8a)가 탈착식으로 분해 및 조립되어, 유동제어장치 상층부 안쪽에 설치되는 U 시일(8)을 장착하여 고차압 계통의 구동력을 작게 하기 위해 플러그의 발란스 구조에 밀봉부재로 형성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치 밸브는 유동체 외경 크기를 작게 하여 밸브를 소형화하는 기술로, 3 종류의 유동체로 분류되어 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의해 동심유지 조합되어 사용되고, 가공방법이 동일한 일자 홈 형상으로 구성하여 가공시간 및 제작비를 절감하는 효과가 있으며,

일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)에 포함된 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)는 복수개의 일자형상의 홈을 제한된 공간 안에서 피라미드형상의 굴곡미로를 3배로 증가시켜 일자연속유로를 형성하여, 저 개도의 오픈, 크로스(Open and Close)시점에서 고 차압으로 인한 고 진동을 방지하여 밸브를 보호하는 효과가 있다.

중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24)는 유량제어시간이 가장 많은 중 개도 구간에서 상층부 유동판(23)에 마련된 일자구조의 하강(14), 상승유로(15)와, 하층부 유동판(24)에 마련된 일자구조의 하강(14)와 상승유로(15)가 서로 중첩되지 않도록 지그재그로 배열하여, 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의한 상, 하 조합으로, 격판이 존재하지 않음을 특징으로 병목유량을 방지하여 미세 유량조절을 실현하는 효과가 있으며,

대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)와, 중유량 일자패턴 나선형 병목방지, 유동체(23,24)는 유동체 외경 크기를 작게 하면서 밸브 소형화를 실현하고, 다수의 입, 출구 유로를 형성케 하는 대 유량 기술인 일자형상의 홈을, 플러그(1) 동심원을 기준으로 나선형의 사선방향으로 일자구조의 굴곡유로를 형성하여, 회오리효과(소용돌이)를 일으켜 플러그(1) 외경부를 선회함으로써 유체가 가지고 있는 강한 충격파에너지로부터 플러그(1)의 충돌을 완화하고 차압을 생성하여 대유량 제어를 구현하는 효과가 있다.

도 1은 구동기 파트를 제외한 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)가 밸브내의 구성품에 장착되어 조립된 전체 단면도이다.
도 2는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)가 분해되어 유동체 종류별로 도시된 등각 사시도이다.
도 3은 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)가 조립되어 유동체 종류별로 절단된 면에 유동경로가 표시된 등각 사시도이다.
도 4는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)가 조립되어 각각의 유동판에 상승유로 입구와 하강유로 입구가 표시된 등각 사시도이다.
도 5는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)의 유동체 종류별로 평면방향의 전단면이 표시된 정면도이다.
도8에 도시된, 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21)은, 상층 평면과 하층 배면에 ,일자형상의 홈 구조로 직각방향으로 교차 배열하여 홈과 홈의 교차지점에서 배면층 가공 후 생성된 원형 관통 구멍(39)가 자동 생성되며, 도 24의 대유량용 유동체 격판(22)과 함께 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의한 상, 하 조합되어 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)를 형성한다.
도 6은 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21)에 대유량용 유동체 격판(22)이 분해되어 도시된 등각 사시도이다.
도 7은 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21)의 배면방향에서 도시한 등각 사시도.
도 8은 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21)의 배면선이 파선으로 표시되고, 배면층 을 2차 가공 후 자동 생성된 원형관통구멍(39)이 도시된 평면도이며,
나선형 하강유로(14)와 나선형 상승유로(15)가 부분단면도로 도시되고, 유로 홈이 부분 등각도로 도시된 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21)의 대표도이다.
도 9는 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21)의 배면선이 표시되지 않은 평면도.
도 10은 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21)의 평면선이 표시되지 않고, 배면층 을 2차 가공 후 자동 생성된 원형관통구멍(39)이 도시되어 표시한 배면도이다.
도 13에 도시된, 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23)과, 도 16에 도시된, 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24)은 상층 평면과 하층 배면에 ,일자형상의 홈 구조로 직각방향으로 교차 배열하여 홈과 홈의 교차지점에서 배면층 가공 후 생성된 원형 관통 구멍(39)가 자동 생성되며, 상층부 유동판(23)과 하층부 유동판(24)가 함께 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의한 상, 하 조합되어, 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24)를 형성하며,
특징은 상층과 하층 유동판이 지그재그 배열되여 격판이 없어도 된다.
도 11은 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23)에 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24)이 분해된 등각 사시도이다.
도 12는 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23)에 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24)이 조립된 배면 등각 사시도이다.
도 13은 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23)의 배면선이 파선으로 도시되고, 배면층 을 2차 가공 후 자동 생성된 원형관통구멍(39)이 도시된 평면도이며, 나선형 하강유로(14)와 나선형 상승유로(15)가 부분단면도로 도시되고, 유로 홈이 부분 등각도로 도시된 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23)의 대표도이다.
도 14는 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23)의 배면선이 표시되지 않은 평면도이다.
도 15은 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23)의 평면선이 표시되지 않고, 배면층 을 2차 가공 후 자동 생성된 원형관통구멍(39)이 도시된 배면도이다.
도 16은 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24)의 배면이 파선으로 도시되고, 배면층 을 2차 가공 후 자동 생성된 원형관통구멍(39)이 도시된 평면도이다. 나선형 하강유로(14)와 나선형 상승유로(15)가 부분단면도로 도시되고, 유로 홈이 부분 등각도로 도시된 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24)의 대표도이다.
도 17은 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24)의 배면선이 도시되지 않은 평면도이다.
도 18은 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24)의 평면선이 도시되지 않고, 배면층 을 2차 가공 후 자동 생성된 원형관통구멍(39)이 도시된 배면도이다.
도 21에 도시된, 저유량 일자연속 직교형 유동판(25)은, 상층 평면과 하층 배면에 ,일자형상의 홈 구조로 직각방향으로 교차 배열하여 홈과 홈의 교차지점에서 배면층 가공 후 생성된 원형 관통 구멍(39)가 자동 생성되며, 도 3에 도시된, 스택 베이스(12)와, 함께 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의한 상, 하 조합되어 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)를 형성한다.
도 19는 저유량 일자연속 직교형 유동판(25)의 유동체 출구 하강유로(14) 흐름이 부분 도시됨을 포함한 등각 사시도이다.
도 20은 저유량 일자연속 직교형 유동판(25)의 배면방향 등각 사시도이다.
도 21은 저유량 일자연속 직교형 유동판(25)의 배면이 파선으로 표시되고, 배면층 을 2차 가공 후 자동 생성된 원형관통구멍(39)이 표시되어 도시한 평면도이다. 유동체 출구 하강유로(14)와 유동체 출구 상승유로(15)가 부분단면도로 도시되고, 유로 홈이 부분 등각도로 도시된 저유량 일자연속 직교형 유동판(25)의 대표도이다.
도 22는 저유량 일자연속 직교형 유동판(25)의 배면선이 표시되지 않은 평면도이다.
도 23은 저유량 일자연속 직교형 유동판(25)의 평면선이 표시되지 않고, 배면층 2차 가공 후 자동 생성된 원형관통구멍(39)이 표시되어 도시한 배면도이다.
도 24은 대유량 유동체 격판(22)의 평면도이다. 또한,
도 24에는 유동체 종류별로 조합된 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)의 밸브 개도율 0~100% 운전조건에 따른 유량계수(Cv)의 변화량을 꺽은 선형 그래프로 나타내었다.
도 25는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)에 포함되어있는 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)에 대한 유체의 유동흐름에 따른 유동체 내부의 압력변화(Static Pressure) 와 속도변화(Velocity Curve), 그리고 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24)의 압력변화(Static Pressure)와 속도변화(Velocity Curve)를,
각각의 유동체 종류별로 유량조절특성을 유동해석을 통하여 유추하여 본 결과 값을 토대로 그래프로 제시되었다.
도 26은 본 고안의 발명이 2건으로 출원된 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)와, 다중패턴 대칭형 복합유동체 초고차압 유동제어장치(10)의 각각의 유동체 종류별로 배관 및 적용밸브 크기 3인치를 기준하여, 설계온도 180℃와 설계유량 시간당 95톤의 조건에 맞는 대유량 조건을 수렴하는 유량조절용 유동제어장치의 유량계수(Cv)와, 배관 전, 후단 차압이 큰 계통에 적용하는 초고차압 제어용 유동제어장치의 차압조건을 부여하여 도출된 밸브 유량계수(Cv)값 및 차압(△P)을 유동해석 결과 값으로 제시되었다.
도 27은 종래의 기술로, ①대유량 조건과 비교되는 선행기술이 (A)부터 (E)까지 도시되었으며, ②고차압 조건과 비교되는 선행기술 (F)부터 (K)까지 도시되었다.

고차압 계통의 대 유량 제어목적으로 사용되는 보일러 피트워터 컨트롤밸브(Boiler Feed Water Flow Control Valve)에 적용되는, 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)는, 도 26의 좌측에 유동체별 유동해석결과에 의해 예시된바와 같이 밸브 전, 후단의 전체 차압을 △P=5.3 kg/㎠로 하여도 설계유량 Q=95 [㎥/hr]를 충족하므로, 저 개도 0~10%구간의 Open, Close시점에서 계통차압이 너무 커서 강력한 진동이 발생되는 구간에, 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)가 최대 차압을 △P=10kg/㎠까지 전단압력을 떨어뜨리므로 밸브 내에 진동, 소음이 발생하지 않는다.

유동해석측면에서, 발전 플랜트에서의 유체 배관설계는 5 m/s 이하로 관경을 결정하고 사용압력 등급에 따라 고압배관은 스케줄(SCH.) 160을, 저압배관은 스케줄번호가 작은 배관을 사용한다.

밸브 전, 후단의 차압이 없는 경우의 속도 제어 형 트림은 50 ft/sec (15.3 m/s) 이하로 설계하도록 권장되어 있지만,

밸브 전, 후단의 차압이 있는 경우, 또는 밸브 소형화 및 밸브를 보호할 목적으로 차압을 형성하려할 때에는 트림 또는 유동제어장치(9,10)의 내부속도는 30% 를 상향조정한 65 ft/sec (20 m/sec)이하까지 허용하여 밸브설계를 한다.

체적평균속도를 기준으로 3가지 유형의 예를 들어 설명하면, 설계 동일 조건으로 ① 밸브 시트링(2) 속도 V=16.7 m/sec 로 동일, ② 밸브시트링(2) 내경 동일, ③ 밸브 전단압력 P1=270 kg/㎠ 동일, ④ 유체 온도 180℃ 동일, ⑤ 밸브유량 Q=95 [㎥/hr] 동일, ⑥적용배관 3인치 기준 등, 총 6가지 조건이 동일 설계조건이라고 가정하면,

도 26의 좌측에 제시된, 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)의 경우는, 유량조절용으로 사용되어 약간의 차압을 주어 밸브를 보호할 목적으로 밸브 전, 후단 차압을 △P= 5.3 kg/㎠ 으로 할 때, 밸브의 최대 유량계수(Cv) 값은 45.4 [gpm(US)] 이 된다.

다른 한 가지 예로, 밸브 전,후단 차압이 △P= 1.0 kg/㎠ 의 차압이 없는 경우는 밸브의 최대 유량계수(Cv) 값은 92.9 [gpm(US)] 로 상승되어, 밸브크기 3 인치에서 필요한 유량이 45.4 [gpm(US)]인데 밸브크기 4인치에 적용되거나, 불필요한 유동체 내경이 커진다는 의미와 같다.

하기의 밸브 유량계수 산출식은 포화수온도조건의 증기를 아래 식으로 적용한다.

도 4의 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)는 도 24의 우측에 제시한 꺽은 선형 그래프의 결과 값에 따르면,

본 고안의 유동제어장치(9)의 특허출원 유량계수(Cv)는 도 26의 좌측에 제시된 저 개도 10% 구간의 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)의 유량계수 값이 Cv = 3.1 [gpm(US)]로 낮게 출발하여, 중 개도 50% 구간의 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24)중반까지 낮은 유량 값 Cv = 22.1(합 25.2) [gpm(US)]으로 운전되다가 중, 후반의 60% 구간부터 고 개도 100% 구간의 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)에서 유량이 Cv = 22.1(합 45.4) [gpm(US)]으로 상승되면서 최대 유량계수 값 Cv = 45.4 [gpm(US)]까지 완만한 일직선을 나타내어 유동체 종류별로 병목현상의 정체유량이 발생되지 않았다.

도 4의 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)는 본 발명에 해당되는 도 26의 좌측에 제시된 유동해석 결과 값을 기준으로 하기에 설명하면,

대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)는 도 25에 제시된 유동해석 결과 된 속도변화 그래프에 따르면, 최대속도는 유동체 입구에서 속도가 43 m/s 로 들어와 40 m/s 를 유지하면서, 유동체 출구에서 50 m/s 로 제시되었지만, 최대속도의 평균값은 도 26의 33 m/s 이다.

실제 적용되는 유동체내에서의 최적평균속도는 유동해석에 소요된 시간(iteration) 대비 유동체 입구에서 17 m/s 로 들어와 완만하게 상승하면서, 유동체 출구에서 19 m/s 로 나타내어, 최적평균속도의 평균값은 도 26의 18 m/s 이하에서 본 발명이 제시한 예의 설계조건인 △P=5 kg/㎠ 의 차압조건을 유지하면서, 유동체 배열수 4개로 유량계수 값 20.2 [gpm(US)]이라는 대유량 설계조건을 만족했다.

중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24)는 도 25에 제시한 유동해석 결과 된 속도변화 그래프에 따르면, 최대속도는 유동체 입구에서 속도가 46 m/s 로 들어와 37 m/s 를 유지하면서, 유동체 출구에서 41 m/s 로 제시되었지만, 최대속도의 평균값은 도 26의 33 m/s 이다.

실제 적용되는 유동체내에서의 최적평균속도는 유동해석에 소요된 시간(iteration) 대비 유동체 입구에서 14 m/s 로 들어와 완만하게 상승하면서, 유동체 출구에서 18 m/s 로 나타내어, 최적평균속도의 평균값은 도 26의 18 m/s 이하에서 본 발명이 제시한 예의 설계조건인 △P=5 kg/㎠ 의 차압을 유지하면서, 최대 장점인 병목유량이 발생되는 격판을 사용하지 않으면서, 유동체 배열수 6개로 유량계수 값 22.1 [gpm(US)]이라는 중유량 설계조건을 만족했다.

저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)의 유동체 내부의 최적평균속도는 16 m/s 로 유지하여 밸브 전, 후단 차압을 △P=10 kg /㎠ 이상으로 높여, 유동체 배열수 1개로 유량계수 값 3.1 [gpm(US)]이라는 저유량 설계조건을 충족하고,

일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)를 구성하는 유동체 종류별 설계조건을 토대로 종합하면, 토탈 유량계수 Cv = 45.4 [gpm(US)]에 설계유량 시간당 95톤을 유지하면서 전체차압 △P=5.3 kg/㎠을 유지하였다.

또한, 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)는, 저 개도 운전 0~10%구간의 강한 충격에너지로부터 소음유발을 방지했으며, 체적평균속도가 대유량 유동체(21,22)의 18 m/s 와 비교하여 저유량 유동체(25,12)가 16 m/s 로, 2 m/s 정도 낮은 이유는 굴곡된 미로(굴곡횟수)를 많이 주어, 속도는 줄고 차압이 높게 나타난다.

도 6에 포함된, 도 8과 도 24의 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)는 도 8의 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21)이, 대유량 조건을 충족시키기 위해, 도 24의 대유량용 유동체 격판(22)과 함께 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의한 상, 하 조합으로 유동체가 형성되며,

도 6에 포함된, 도 8과 도 24의 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)와, 유동패턴이 동일한 도 11에 포함된, 도 13와 도 16의 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24)가 출구에서 나선형 하강유로(14)의 흐름이 형성되는 과정을 설명하면,

유동판(21,23,24)의 상층부 평면 입구 "I"자 홈(31)->원형관통구멍(39)->유동판(21,23,24)의 하층부 배면 중앙부 "I"자 홈(38)->원형관통구멍(39)->유동판(21,23,24)의 상층부 평면 중앙부 "I"자 홈(37)->원형관통구멍(39)->유동판(21,23,24)의 하층부 배면 출구 "I"자 홈(35)으로 나온 유체는 굴곡 턴(Turn)수가 총 6회의 감압(속도제어)형 유로를 통과하면서 유체가 가지고 있는 속도에너지만 저하시켜 일자패턴의 장점인 대유량 조건을 수렴하여, 시트부(2)로 배출될 때에는 회오리효과(나선모양의 소용돌이)에 의해 충돌을 완화하여 밸브내의 소음과 캐비테이션을 방지한다.

도 6에 포함된, 도 8과 도 24의 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)와, 도 11에 포함된, 도 13와 도 16의 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24)가 출구에서 나선형 상승유로(15)의 흐름이 형성되는 과정을 설명하면,

유동판(21,23,24)의 하층부 배면 입구 "I"자 홈(32)->원형관통구멍(39)->유동판(21,23,24)의 상층부 평면 중앙부 "I"자 홈(37)->원형관통구멍(39)->유동판(21,23,24)의 하층부 배면 중앙부 "I"자 홈(38)->원형관통구멍(39)->유동판(21,23,24)의 상층부 평면 출구 "I"자 홈(33)으로 나온 유체는 굴곡 턴(Turn)수가 총 6회의 감압(속도제어)형 유로를 통과하면서 유체가 가지고 있는 속도에너지만 저하시켜 일자패턴의 장점인 대유량 조건을 수렴하여, 시트부(2)로 배출될 때에는 회오리효과(나선모양의 소용돌이)에 의해 충돌을 완화하여 밸브내의 소음과 캐비테이션을 방지한다.

도 19와 도 21의 저유량 일자연속 직교형 유동판(25)는, 도 2의 스택 베이스(12)과 함께 조립용 볼트 관통구멍(18)에 의한 상, 하 조합으로 도 19에 포함된, 도 21와 도 2의 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)가 형성되며,

도 19에 포함된, 도 21와 도 2의 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)가 출구에서 유동체 출구 하강유로(14)의 흐름이 형성되는 과정을 설명하면,

유동판(25)의 상층부 평면 입구 "I"자 홈(31)->원형관통구멍(39)->유동판(25)의 하층부 배면 중앙부 "I"자 홈(38)->원형관통구멍(39)->유동판(25)의 상층부 평면 중앙부 "I"자 홈(37)->원형관통구멍(39)->유동판(25)의 하층부 배면 중앙부 "I"자 홈(38)->원형관통구멍(39)->유동판(25)의 상층부 평면 중앙부 "I"자 홈(37)->원형관통구멍(39)->유동판(25) 하층부 배면 출구 "역 L"자 홈(36)으로 나온 유체는 굴곡 턴(Turn)수가 총 11회의 감압(속도제어)형 유로를 통과하면서 유체가 가지고 있는 속도에너지를 저하시켜 저 개도 0~10% 운전구간의 Open 시점과 Close시점의 차압으로 인한 유체 에너지의 충돌을 완화하여 고진동을 방지하고, 밸브내의 소음과 캐비테이션을 방지한다.

도 19에 포함된, 도 21와 도 2의 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12)가 출구에서 상승유로(15)의 흐름이 형성되는 과정을 설명하면,

유동판(25)의 하층부 배면 입구 "I"자 홈(32)->원형관통구멍(39)->유동판(25)의 상층부 평면 중앙부 "I"자 홈(37)->원형관통구멍(39))->유동판(25)의 하층부 배면 중앙부 "I"자 홈(38)->원형관통구멍(39)->유동판(25)의 상층부 평면 중앙부 "I"자 홈(37)->원형관통구멍(39)->유동판(25)의 하층부 배면 중앙부 "I"자 홈(38->원형관통구멍(39)->유동판(25)의 상층부 평면 출구 "역 L"자 홈(34)으로 나온 유체는 굴곡 턴(Turn)수가 총 11회의 감압(속도제어)형 유로를 통과하면서 유체가 가지고 있는 속도에너지를 저하시켜 저 개도 0~10% 운전구간의 Open 시점과 Close시점의 차압으로 인한 유체 에너지의 충돌을 완화하여 고진동을 방지하고, 밸브내의 소음과 캐비테이션을 방지한다.

본 발명의 유동제어장치는 하기의 밸브 구성품과 조합되어 밸브체가 형성됨에 도 1에 관련된 부호를 설명한다.

글로브 타입 플러그(1)는 구동기 스템(Actuator Stem) 또는 Fail To Close 방식의 경우 구동기 상부에 장착된 Spring의 힘에 의해 구동력을 전달받아 밸브 플러그(1)를 상, 하 방향으로 움직이는 부분으로서, 밸브 운전조건의 Open, Close 및 개도율에 따라 유량 및 압력을 조절하는 부분으로 본내트 어셈블리(Bonnet Assembly)(6)를 스탬(Stem)이 관통하여 설치된다.

밸브 시트링(Valve Seat-ring)(2)은 밸브 바디 내에 플러그가 안착될 때 유체의 누설을 방지하고, 밀봉을 목적으로 설치되는 부품이다.

패킹박스(Packing Box)(3)는 유체가 Valve Stem을 따고 본네트 밖으로 누출되지 않도록 차단시켜주는 부분으로 패킹의 재질로는 크게 분류하여 와이퍼 패킹[Wiper Packing], 테프론(Teflon), 그라파이트 몰드패킹 링[Graphite Mold Packing Rings], 카본부싱[Carbon Sleeves] 등으로 구성되어 있다.

본네트(Bonnet)(6)는 밸브 바디(Body)와 요크(Yoke) 사이에 있으며 패킹(Packing), 패킹박스(Packing Box)로 구성되어 있고, 바디와 함께 공정의 압력과 유체를 밀봉시키는 기능을 가지고 있다.

스택 베이스(Stack base)(12)는 동심도를 유지하면서 밸브 시트링에 안착되는 부품을 말하며, 하부에는 카운터보어(Counter Bore)가 2~4개가 가공되어 있어, 조립용 육각 렌지머리볼트(13)와 함께 상층의 다수의 유동체에 마련된 조립용 볼트 관통구멍(Bolting Holes)(18) 을 따라 조립되는 유동제어장치 최하단층의 베이스부품이다.

밸런스 해드(Balance Head)(11)는 밸런스 해드(11)의 하부 배면방향에 4개의 볼트 체결용 탭(Tap)이 마련되어 있어, 다수의 유동체를 스택 베이스(12)와 함께 조립용 육각 렌지머리볼트(13)로 체결되는 유동제어장치 최상층 부품을 말하며, 밸런스 부시(8a)를 동반하여 플러그(1)의 상,하 개도율에 따라 운전시 밸런스 역할을 함께 병행한다.

유동체 출구 하강 유로(Outlet, Down Flow)(14)는 유동체 상층부 평면 입구 "I"자 홈(31) 또는 상층 유동체 입구 "I"자 관통 구멍(61)으로 유체가 밸브의 유동체 내부로 진입하여, 유동체 하층부 배면 입구 "I"자 홈(32) 또는 하층 유동체 입구 "I"자 관통 구멍(62)을 통하여 유체가 흐르는 유로를 말한다.

유동체 출구 상승 유로(Outlet, Up Flow)(15)는 유동체 하층부 배면 입구 "I"자 홈(32) 또는 하층 유동체 입구 "I"자 관통 구멍(62)으로 유체가 밸브의 유동체 내부로 진입하여, 유동체 상층부 평면 입구 "I"자 홈(31) 또는 상층 유동체 입구 "I"자 관통 구멍(61)을 통하여 유체가 흐르는 유로를 말한다.

다운 플로우형, 플로 투 클로즈(Down Flow, Flow to close)(19)는 배관과 밸브 몸체(Body)(7)의 설치방향이 유체의 1차쪽 압력이 밸브 플러그(디스크)를 닫는 방향으로 밸브 바디가 설치되어 유체가 흐르는 유로로, 본 고안의 출원기술은 다운 플로우(19)로 설명된다.

업 플로우형, 플로우 투 오픈(Up Flow, Flow to open)(20)는 배관과 밸브 몸체(Body)(7)의 설치방향이 유체의 1차쪽 압력이 밸브 플러그(디스크)를 여는 방향으로 밸브 바디가 설치되어 유체가 흐르는 유로를 말한다.

1 : 글로브 타입 플러그(Globe type Balancing Plug)
2 : 밸브 시트링(Valve Seat-ring)
3 : 시트링 가스켓(Seat-ring Gasket)
4 : 본네트 가스켓(Bonnet Gasket)
5 : 패킹박스(Packing Box)
6 : 본내트 어셈블리(Bonnet Assembly)
7 : 밸브 몸체(Body)
8 : U 시일(U Seal)
8a : 밸런스 부시(Balance Bush)
9 : 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치
(MultiStage Spiral Round Trim)
10 : 다중패턴 대칭형 복합유동체 초고차압 유동제어장치
(MultiStage Spiral Disk Stack)
11 : 밸런스 해드(Balance Head)
12 : 스택 베이스(Stack base)
13 : 조립용 육각 렌지머리볼트(Assembly Bolt)
14 : 유동체 출구 하강유로(Outlet, Down Flow)
15 : 유동체 출구 상승유로(Outlet, Up Flow)
16 : 유동 확산 입구 홈(Extension Inlet Groove)
17 : 유동 확산 출구 홈(Extension Outlet Groove)
18 : 조립용 볼트 관통구멍(Bolting Holes)
19 : 다운 플로우, 플로 투 클로즈(Down Flow, Flow to close)
20 : 업 플로우, 플로우 투 오픈(Up Flow, Flow to open)
(21, 22) : 대유량 일자패턴 나선형 유동체(Peak Flow, Spiral Round Trim)
21 : 대유량 일자패턴 나선형 유동판
22 : 대유량용(21,22) 유동체 격판(Separate Disk)
(23, 24) : 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체
(Middle Flow, Spiral Round Trim)
23 : 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판
24 : 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판
(25, 12) : 저유량 일자연속 직교형 유동체(Low Flow, Cross Round Trim)
25 : 저유량 일자연속 직교형 유동판
31 : 유동판(21,23,24,25) 상층부 평면 입구 "I"자 홈(Inlet Up Groove)
32 : 유동판(21,23,24,25) 하층부 배면 입구 "I"자 홈(Inlet Down Groove)
33 : 유동판(21,23,24) 상층부 평면 출구 "I"자 홈(Outlet Up Groove)
34 : 유동판(25) 상층부 평면 출구 "역 L"자 홈(Outlet Up Groove)
35 : 유동판(21,23,24) 하층부 배면 출구 "I"자 홈(Outlet Down Groove)
36 : 유동판(25) 하층부 배면 출구 "역 L"자 홈(Outlet Down Groove)
37 : 유동판(21,23,24,25) 상층부 평면 중앙부 "-"자 또는 "I"자 홈
38 : 유동판(21,23,24,25) 하층부 배면 중앙부 "-"자 또는 "I"자 홈
39 : 배면층 가공 후 생성된 원형 관통 구멍

Claims (4)

1. 본 발명에 따른 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9) (이하 “유동제어장치”이라 한다)는 발전소 계통운전의 대유량 제어밸브에 적용함에 있어, 「대유량 설계조건을 충족시키기 위해, 3 종류의 두꺼운 유동판(21,23,24,25)에 유로 경이 큰 홈 과 관통구멍을 평면상의 좌측에 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 나선형의 사선방향으로 일자로 연속 배열된 2단 2유로(대유량) 및 2단 4유로(중유량)의 굴곡유로를 형성하여 복층으로 조합된 유동제어장치(9)는 차압을 형성하면서 공급유량을 단계별로 구분 형성하여, 대유량을 공급함과 동시에 유동체 외경과 구동력(최대 허용 Stroke)에 관계된 유동체 높이를 최소화하여, 밸브를 소형화하는 기술」로, 유동제어장치(9)를 구성하는 유동체는 3 종류로 분류됨을 특징으로 하며,
   
   유동제어장치(9) 최 하단에 배치되는 저유량 일자연속 직교형 유동체(25,12) (이하 “저유량 유동체”라 한다.)를 세부적으로 분류하면, 저유량 일자연속 직교형 유동판(25) (이하 “저유량 유동판”이라 한다.)과 스택 베이스(12)의 조합에 의해 2단 2유로의 유로가 형성되어 저유량 유동체(25,12)를 구성됨을 특징으로 하고,
   상기의 저유량 유동판(25)은 고 차압을 형성시키기 위해 플러그(1) 동심원을 기준으로 유동판의 평면상에 피라미드형상을 갖는 복수개의 일자형상 굴절 홈과 관통구멍(39)을 저유량 유동판(25)의 상층부 평면과 하층부 배면에 마련하여, 평면상에 제한된 공간(면적)안에서 일자 홈과 관통구멍의 조합된 굴곡 턴(Turn)수를 3배로 증가시켜 평면상의 좌측에 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 지그재그로 배치하여, 플러그(1) 동심원을 기준으로 상, 하 일자 홈 및 관통구멍을 피라미드 형상을 갖는 지그재그로 연속 배열된 2단 2유로의 굴곡유로를 형성하여 병목유량(정체유량)을 방지하고, 저 개도의 오픈, 크로스(Open and Close)시점에서 고 차압 운전조건으로 인한 고 진동을 방지하여 밸브를 보호하는 것을 특징으로 하여 저유량 유동판(25)을 형성하는 단계를 포함하며,
   
   유동제어장치(9)의 중단부에 복층으로 조합되는 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 유동체(23,24) (이하 “중유량 유동체”라 한다.)는 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 상층부 유동판(23) (이하 “상층 유동판”이라 한다.)과 중유량 일자패턴 나선형 병목방지 하층부 유동판(24) (이하 “하층 유동판”이라 한다.)의 상,하 조합에 의해 격판기능을 병행하면서 2단 4유로의 유로가 형성되어 중유량 유동체(23,24)를 구성됨을 특징으로 하고,
   상기의 중유량 유동체(23,24)는 압력(유량)제어구간의 중 개도 범위에서 격판을 사용치 않아 미세유량조절 및 주 유량제어용으로 사용되고, 차압을 형성시키면서 유량을 제어 함과 동시에 유동체 외경을 최소화하면서 다수의 입, 출구 유로를 형성케 하는 대 유량 기술인, 일자형상의 홈과 관통구멍(39)을 각각의 유동판 상층부 평면과 하층부 배면에 마련하여, 평면상의 좌측에 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 지그재그로 배치하여, 플러그(1) 동심원을 기준으로 상, 하 일자 홈 및 관통구멍을 나선형의 사선방향으로 일자로 연속 배열된 2단 4유로의 굴곡유로를 형성하여 정체유량을 방지하고,
   상층과 하층 유동판에 마련된 일자형상의 홈과 관통구멍을 격판 시키기 위해, 상층 유동판(23)의 하강유로(14)와 상승유로(15) 사이에 하층 유동판(24)의 상승(15) 또는 하강유로(14)를 서로 중첩되지 않도록 지그재그로 배열함을 특징으로 하여 격판작용을 하는 중유량 유동체(23,24)를 형성하는 단계를 포함하며,
   
   유동제어장치(9)의 상단부에 복층으로 조합되는 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22) (이하 “대유량 유동체”라 한다.)는 대유량 일자패턴 나선형 유동판(21) (이하 “대유량 유동판”이라 한다.)과 대유량용 유동체 격판(22)의 조합에 의해 2단 2유로의 유로가 형성되어 대유량 유동체(21,22)를 구성됨을 특징으로 하고, 상기의 대유량 유동체(21,22)은 격판(22)을 사용하여 미세한 높이 치수의 병목구간이 존재함에, 상기의 유동체는 일시적인 대 유량 공급 및 제어 목적으로 사용되며 , 상기의 중유량 유동체(23,24) 한 쌍이 갖는 높이가 20mm 이고, 유량과 관계되는 유로수가 위(12개), 아래(12개) 합 24개로 형성된 중유량 유동체와 비교하면, 대유량 유동체(21,22)는 격판(22)두께를 포함한 절반에 가까운 12mm에 유로 수는 24개의 대유량 조건을 충족하며, 유동판 높이는 밸브 구동력(최대 Stroke 150mm 이하)에 제한되는 상관 관계를 가지고 있으며,
   상기의 중유량 유동체(23,24)가 담당하는 중 개도의 미세 유량조절구간에서 밸브 후단의 공급유량 부족에 즉시 대응하기 위해, 플러그(1)를 상승시켜 일시적으로 대유량을 내보내어 계통운전을 유지함을 특징으로 하며,
   차압을 형성시키면서 대 유량을 공급함과 동시에 유동체 외경을 최소화하면서 다수의 입, 출구 유로를 형성케 하는 대 유량 기술로서, 일자형상의 다수의 홈과 관통구멍(39)을 유동판 상층부 평면과 하층부 배면에 마련하여, 평면상의 좌측에 하강유로(14)와 우측에 상승유로(15)를 지그재그로 배치하여, 플러그(1) 동심원을 기준으로 상, 하 일자 홈 및 관통구멍을 나선형의 사선방향으로 일자로 연속 배열된 2단 2유로의 굴곡유로를 형성함을 특징으로 하는 대유량 유동체(21,22)를 형성하는 단계를 포함하여,
   
   상기의 3 종류의 유동체를 구성하는 각각의 유동판(21,23,24,25) 및 격판(22)에 마련된 4개의 조립용 볼트 관통구멍(18)에 고정되는 육각렌지머리볼트(13)에 의해 동심유지 조합되고, 유로를 형성하는 각각의 유동판에 가공방법이 동일한 일자 홈 형상을 일자연속유로로 형성함을 특징으로 하며,
   
   상기의 유동체를 구성하는 각각의 유동판(21,23,24,25)은 소정의 두께를 가진 원판의 상면과 배면에 복수의 일자형상 굴절 홈을 마련함에 있어서, 상면 홈과 배면 홈 사이 교차되는 지점에서 수직방향의 관통구멍(39)이 배면 2차 홈 가공 후 자동 생성됨을 특징으로 하고,
   
   상기의 중유량 유동체(23,24)와, 대유량 유동체(21,22)는 다수의 입, 출구 유로를 형성케 하는 대 유량 기술로서, 일자형상의 홈을, 플러그(1) 동심원을 기준으로 상, 하 일자 홈 및 관통구멍을 나선형의 사선방향으로 일자로 연속 배열된 2단 2유로 및 2단 4유로의 굴곡유로를 형성함에, 유체가 유동체 안으로 들어오면서 회오리효과(소용돌이)를 일으켜 플러그(1) 외경부를 선회함으로써 유체가 가지고 있는 강한 충격파에너지로부터 플러그(1)의 충돌을 완화하고 차압을 생성함과 동시에 대유량 제어를 구현하는 단계를 포함하여, 복수의 유동체가 조합되어 형성된 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)
2. 제 1항에 있어서,
   상기의 대유량 일자패턴 나선형 유동체(21,22)에 사용되는 유동체 격판(22)은 유동 확산 입구 홈(16)과 유동 확산 출구 홈(17)이 마련되어 있어,
   유동 확산 입구 홈(16)은 격판 외경부에 계단모양의 단을 주어 유체가 원활히 진입되도록 하고, 유동 확산 출구 홈(17)은 업 플로우(20)로 유체가 진입될 때는 유체의 진로방향이 유동제어장치 안쪽에서 바깥쪽 방향으로 유체가 흐르게 되며, 격판 내경부에 계단모양의 단을 주어 병목유량을 방지하여 형성되는 것을 특징으로 하는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9).
3. 청구항 1에 있어서 ,
   상기의 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9) 를 구성하는 각각의 유동판(21,23,24,25)은 대유량 조건 충족시키기 위해 소정의 두께를 가진 원판의 상면과 배면에 밀링 또는 CAD와 CAM이 연계되는 3축 가공기인 머신센터에서 가공을 하면 제작시간이 단축됨을 특징으로 하는 유동제어장치(9).
4. 청구항 1에 있어서 ,
   상기의 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9)는 최상부에 설치되는 밸런스 부시(8a)가 탈착식으로 분해 및 조립되어, 유동제어장치 상층부 안쪽에 설치되는 U 시일(8)을 장착하여 고차압 계통의 구동력을 작게 하기 위해 플러그의 발란스 구조에 밀봉부재로 형성됨을 특징으로 하는 일자패턴 나선형 복합유동체 대유량 유동제어장치(9).

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