KR101233592B1 - 조절가능한 씰링장치 - Google Patents

Abstract

밸브(valve)는 밸브 몸체(valve body) 내에서 회전가능하게 맞추어진 밸브요소(valving element)를 가진다. 상기 밸브의 밸브요소는 액츄에이터와 상호작동하고 밸브요소에 토크(torque)를 전달하도록 밸브 몸체로부터 벗어나게 연장구성된 스템(stem) 또는 샤프트 부위에 의해서 결합되어진다. 플러그 밸브(plug valve)에서, 압력은 적절한 덮개(closure)를 보장하도록 밸브 요소에 제공되어지는 것이 필요하다. 본 발명은 용이한 접근을 위하여 밸브 커버의 전면(front) 상에서 위치되어진 단지 하나의 스크류(screw)를 사용하여 스템/몸체 인터페이스(interface)를 조절가능하게 씰링하는 메커니즘에 관한 것이다. 스크류(screw)에 의해 생성된 힘(force)은 캠(cam)에 의해서 수직력과 수평력으로 전환되어진다. 캠의 다중면(multiple face)은 힘을 수직하게 그리고 수평하게 전달하는데 사용되어지고, 메커니즘을 직선위치(straight position)로 유지하게 된다.

Description

조절가능한 씰링장치{ADJUSTABLE SEALING MEANS}

로타리 밸브(rotary valve)의 상부부위(top portion)를 씰링(sealing)하는데 있어서, 밸브 몸체(valve body)에 대한 밸브요소(valving element)의 회전 운동을 수용하면서 동시에 매체누설(media leakage)에 대해서 씰링하는 탑씰(top seal)을 사용하는 것은 공통적이고 일반적인 실무이다. 로타리 밸브의 밸브요소(valving element)는 밸브 몸체 내에 회전가능하게 맞추어진 덮개부위(closure portion)를 가진다. 상기 밸브의 덮개부위는 액츄에이터(actuator)와 상호작용하며 덮개부위로 토크(torque)를 전달하도록 밸브 몸체로부터 벗어나게 연장구성되는 스템(stem) 또는 샤프트(shaft) 부위에 의해서 결합되어진다. 상기 토크(torque)는 밸브 몸체 내에서 덮개부위를 회전하는데 사용되어지고 밸브 내에서 통로(passageway)를 개방하거나 닫는데 사용되어진다.

플러그 밸브(plug valve)에 있어서는, 탑씰(top seal)의 중앙 구멍(central aperture)을 통해서 연장되는 밸브의 샤프트 부위를 가진 중앙에서 구멍이 있는 다이아프램(diaphragm)으로써 밸브의 상부(top)를 씰링하는 것이 일반적인 실무이다. 플러그 밸브의 조절(adjustment)을 위한 메커니즘(mechanism)은, 누설을 방지하도록 두개의 씰링부품의 압축부 둘레를 일반적으로 회전한다. 상기 메커니즘은 다수의 타이트닝(tightening) 볼트 또는 스크류(일반적으로 세 개, 때때로는 두개)를 일반적으로 포함한다.

이러한 밸브들의 실례는 미국특허 제3,235,272호(Smith), 제5,159,818 및 제4,475,713호(Reed 등)에서 개시되어진다.

비록 상기 언급된 모든 씰링장치가 매우 만족스러울지라도, 이들은 수반되는 단점들을 가지고 있다. 예를 들어, 타이트닝(tightening) 볼트 또는 스크류들은 종종 시스템 상에서 원치않는 측하중(side loading)을 방지하도록 동시에 스크류되어질 필요가 있다. 나아가, 상기 볼트 도는 스크류들은 특히 독성누설(toxic leakage)의 경우에 있어서 공구의 접근을 어렵게 한다. 결과적으로, 상기 스크류들은 거의 조정되어질 수 없고 이는 밸브의 유효수명을 감소시킨다.

따라서 본 발명의 목적은 용이한 접근을 위하여 커버(cover)의 전면 상에 위치되어진 단일의 스크류(screw)를 사용하며, 밸브 상에서 설치되어지는 차후의 자동장치(automation device)와의 어떠한 방해도 제거하는 조절가능한(adjustable) 스템 씰링 장치(stem sealing means)를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 밸브가 특별한 공구가 필요하지 않는 분야에서 제공되어질 때 용이한 조절(adjustment)을 위하여 제공되는 탑밸브 조절가능한 씰(seal)을 제공하는 것이다

본 발명의 또 다른 목적은 캠(cam)을 포함하는 플러그밸브(plug valve) 조절수단(adjustment means)을 제공하는 것이다.

본 발명의 메커니즘은 용이한 접근을 위하여 커버(cover)의 전면 상에 위치된 단지 하나의 조절 스크류(adjustment screw)만을 사용한다. 스크류에 의해서 발생된 힘(force)은 캠(cam)에 의해서 수직력(vertical force)과 수평력(horizontal force)으로 바꾸어진다. 캠의 다중 면(multiple face)들은 힘(force)을 수직으로 그리고 수평으로 전달하는데 사용되어지고, 메커니즘을 곧은위치(straight position)로 유지하게 된다.

선호적으로, 캠(cam)의 상부(top)는 그 위치를 표시하는데 사용되어진다. 캠이 회전되어질 때, 화살표는 커버 상의 눈금(graduation)에 대해서 그 위치를 지시하게 된다. 또한 캠(cam)이 회전되어질 때, 아랫방향으로의 수직 운동은 커버의 외부에 있는 캠의 부분에 의해서 측정된 조절(adjustment)의 표시로서 사용되어질 수 있고, (캠의 상부면이 커버의 꼭대기와 만날 때의) 최대 압축에 도달되기 전에 남아있는 압축의 양을 나타낸다.

캠(cam)의 바닥부(base)는 모든 타입의 씰 또는 목적에 맞추어지도록 형상화되어질 수 있는데, 예를 들어 O-링 또는 P-씰(seal)이 될 수 있다. 압축 플레이트 또는 이와 유사한 것의 각도(angle)는, 씰(seal) 상에서 방사방향 및 축방향으로 압축을 재분배하는 것이 필요할 때 변화되어질 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조할 때 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1A는 본 발명에 따라서 만들어진 플러그 밸브(plug valve)의 사시도

도 1B는 마운팅 브라켓(mounting bracket)이 부착되어진 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 사시도

도 2A는 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 부분 사시도

도 2B는 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 또 다른 사시도

도 3은 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 평면도

도 4는 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 측면도

도 5는 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 단부도

도 6A는 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 부분 평면도

도 6B는 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 부분 사시도

도 7은 도 6A에서 도시된 플러그 밸브의 단면도

도 8은 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 (조립되지 않은) 커버(cover) 및 조절캠(adjustment cam)의 사시도

도 9는 도 8에서 도시된 커버와 조절캠의 평면도

도 10은 도 8에서 도시된 커버와 조절캠의 저면도

도 11은 도 8에서 도시된 커버와 조절캠의 바닥 사시도

도 12A는 (조립된 제 1 위치에 있는) 도 8에서 도시된 커버와 조절캠의 바닥 사시도

도 12B는 (조립된 제 2 위치에 있는) 도 8에서 도시된 커버와 조절캠의 바닥 사시도

도 12C는 (조립된 제 3 위치에 있는) 도 8에서 도시된 커버와 조절캠의 바닥 사시도

도 13은 도 1A에서 도시된 플러그 밸브의 커버 및 탑씰(top seal)의 부분 단면도

도 14는 본 발명에 따른 조절가능한 씰링장치(sealing device)의 분해 사시도

도 15는 최소 압축위치(A), 중간 압축위치(B) 그리고 최대 압축위치(C)에 있는 도 14에서 도시된 조절가능한 씰링장치의 평면도

도 16은 최소 압축위치(A), 중간 압축위치(B) 그리고 최대 압축위치(C)에 있 는 도 15에서 도시된 조절가능한 씰링장치(sealing device)의 단면도

도 17은 최소 압축위치(A), 중간 압축위치(B) 그리고 최대 압축위치(C)에 있는 도 15에서 도시된 조절가능한 씰링장치(sealing device)의 부분 사시 단면도

도 18은 최소 압축위치(A), 중간 압축위치(B) 그리고 최대 압축위치(C)에 있는 도 14에서 도시된 조절가능한 캠/스크류의 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 플러그 밸브(plug valve) 16 : 유입구(inlet)

18 : 배출구(outlet) 14 : 밸브 몸체(valve body)

비록 본 발명은 선호적인 실시예와 관련하여 기술되어지고 있지만, 상기 실시예에 본 발명에 제한되어지는 것은 아니다. 오히려, 본 발명은 모든 대안, 수정 및 등가물들은 첨부된 특허청구범위에 의해서 한정된 본 발명의 사상과 범위 내에 포함되어질 수 있다. 특히, 본 발명은 비록 플러그 밸브(plug valve)와 관련하여 대부분 기술되어지고 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 조절가능한 씰(seal)을 필요로 하는 몸체로부터 연장구성되는 스템(stem) 또는 샤프트(shaft)를 가지는 모든 밸브 또는 다른 모든 장치에도 적용가능하다.

첨부된 도면, 특히 도 1A 및 도 2B와 관련하여, 본 발명에 따라서 구성된 플러그 밸브(plug valve, 10)가 도시되어진다. 플러그 밸브(10)는 유입구(inlet, 16)와 배출구(outlet, 18)를 가지며, 그 사이에는 연장구성된 내부 흐름 통로(passage, 20)를 가지는 밸브 몸체(valve body, 14)를 포함한다. 회전가능한 밸브 부재(valving member, 22)는 내부 흐름 통로(20)를 가로질러 연장구성되어서, 이를 통한 유체의 흐름을 선택적으로 차단한다. 상기 밸브 부재(22)는 도시된 실시예의 밸브 몸체(14) 내에서 회전가능하게 배치되어지고, 흐름 통로(20)를 가로질러 연장되는 플러그 부위(plug portion, 24)를 가진다. 회전가능한 밸브부재(22)의 스템부위(stem portion, 26)는 플러그 부위(24)에 부착되어져서, 밸브 몸체(14)로부터 벗어나게 연장된다. 정상적인 상황하에서, 스템부위(26)는 (도시되지 않은, 수동적이거나 또는 자동적인) 액츄에이터(actuator)와 상호연결되어지며, 상기 액츄에이터는 회전축(rotational axis, 28)을 따라서 밸브 몸체(14)에 대하여 밸브 부재(22)의 상대적 회전을 유효하게 하도록 밸브 부재(22)에 토크(torque)를 전달한다. 밸브부재(22)의 플러그 부위(24)는 그 속에 관통 개구부 또는 통로(passageway, 30)를 가지며, 일반적으로 축(axis, 28) 둘레에서 밸브부재(22)의 부분적인 회전이 일어나는 내부 흐름통로(20)와의 레지스트리(registry) 내에 그리고 벗어나게 위치되어진다. 도 2B의 도시에서, 밸브 부재(22)는 개방된 위치로 도시되어진다. 상기 개방위치에서, 플러그 부위(24)를 통한 통로(30)는 내부 흐름통로(20)와 레지스터(register)한다. 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 그 관통 통로(30)를 밸브 하우징(14)의 내부 흐름통로(20)와의 레지스터에서 벗어나게 위치시키고 상기 내부 흐름통로(20)를 통한 흐름을 완벽하게 차단하도록, 밸브 부재(22)는 상기 축(28) 둘레에서 회전되어지도록 구성되어진다.

TEFLON 이라는 상표명으로 판매되는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene)과 같은 탄화수소불화물 폴리머 재료(fluorinated hydrocarbon polymeric material) 또는 등가의 재료의 형태로 된 슬리브(sleeve) 또는 라이너(liner)의 형태의 제 1 또는 주된 씰링부재(sealing member)는 밸브부재(22)의 플러그 부위(24)의 둘레부 주위에서 선호적으로 맞추어지고, 밸브부재(22)가 도 2B에 도시된 개방위치 내에 있을 때마다 내부 흐름통로(20)를 가진 통로(30)를 통하여 플러그 부위(24)의 레지스트리(registry)를 허용하도록 상기 플러그 부위(24)에 일치하도록 천공되어진다. 씰링부재(sealing member)는 내부 흐름통로(20)의 반대편 측면 상에 꼭 맞추어지고, 밸브부재(22)의 플러그 부위(24)와 밸브 몸체(14) 사이의 씰링(seal)을 제공한다.

상기에서 언급된 바와 같이, 밸브 부재(22)의 스템(stem) 또는 샤프트 부위(shaft portion, 26)는 몸체(14)로부터 외부로 연장구성된다. 도 2B에 도시된 바와 같이, 상기 연장(extension)은 밸브 몸체(14)의 상부(top) 내의 개구부(opening)를 통하며, 본 기재내용에 있어서, (비록 밸브는 다르게 방향화되어지는 것이 명백하다 할지라도) 상기 개구부(opening)는 상부 개구부(top opening)로서 언급되어진다. 상기 상부 개구부(top opening)는 다이아프램(diaphragm, 38)의 형태로 된 탑씰(top seal)로써 덮혀지며, 상기 다이아프램은 탑씰/다이아프램(38)을 통해서 지나가는 밸브 부재(22)의 스템부위(stem portion)를 수용하도록 천공되어진다. 탑씰/다이아프램(38)은 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene)과 같은 탄화수소불화물 폴리머 재료(fluorinated hydrocarbon polymeric material) 또는 등가의 재료의 형태 되어지는 것으로 처음에는 기술되어진다. 그러나, 아래에서 설명되어지는 바와 같이, 탑씰(top seal, 38)의 설계는 넓은 범위의 적용예에 대응하여 맞추어지도록 넓은 범위의 형상과 재료의 사용을 허용하도록 된다.

탑씰(top seal, 38)과 이와 상호작용하는 밸브(10)의 대응되는 구성요소는 밸브 몸체(14)와 플러그(22) 사이의 운동이 탑씰(38)에 의해서 제공된 씰링기능(sealing function)을 방해함이 없이 발생하도록 한다. 플러그 부위(plug portion, 22)는 (스템(26)에 인접한) 플러그의 상부(top)로부터 (스템(26)에서 먼부위의) 플러그의 하부부위까지의 테이퍼(taper)형상으로 이루어진다. 상기 플러그(26)가 테이퍼 형상(taper)으로 이루어짐에 따라, 캠(cam, 65)에 순차적으로 압력을 제공하는 작동수단(75)의 압력을 증가시킴으로써, 플러그가 아랫방향으로 조절될 수 있도록 한다. 몸체(14)에 대한 플러그(22)의 아랫방향 조절성은 밸브(10)의 서비스 압력을 증가시키며, 내용물이 누설없이 더 크게 가압된 내용물을 사용할 수 있도록 한다. 밸브의 표면압력의 증가는 역시 몸체(14)에 대하여 플러그(22)를 회전시키는데 요구되는 토크(torque)를 증가시킨다.
도 6A 및 도 7은 작동수단이 캠(65)에 연결되는 것을 도시한다.
도 7 및 도 12A-12C에 도시된 바와 같이, 상기 캠(65)은 이것과 캠결합(caming engagement)되는 커버에 장착된다. 이에따라 상기 캠(65)은 커버의 내부에 배치되는 상응하는 캐밍 표면과 협동하도록 채용된 캐밍 표면(본 실시예에서는 3개)을 포함한다. 작동수단(75)이 작동할 때, 상기 작동수단(75)은 캠(65)과 연결되고 캠(65)이 (축(28)에 따라)회전하게 되고 스템(26)을 따라 축방향으로 움직이게된다. 캠(65)이 회전하고 축을 따라 운동함으로써, 상기 캠(65)은 탑씰(38)을 더 가압하게 된다. 상기 실시예에서, 스러스트 칼라는 통상 캠(65)과 탑씰(38) 사이에 위치한다.

도 13에서 도시된 바와 같이, 씰링 캠(65)을 조으는 것은 스러스트 칼라(thrust collar, 50) 상에 아랫방향 힘을 제공한다. 상기 아랫방향 힘(downward force)은 경사를 이루는 베어링 표면(54)에 주로 적용되며, 순차적으로 베어링 표면(54)의 방향에 실질적으로 수직한 방향으로 있는 회전가능한 밸브부재(22)에 힘을 제공한다. 회전하는 밸브부재(22)에 제공된 힘의 결과는 두개의 구성성분, 즉 제 1 아랫방향 성분과 제 2 수평성분을 가진다. 이러한 힘의 두 개의 결과적인 성분은 탑씰(top seal, 38)이 회전가능한 밸브부재의 쇼울더(80)와 스텝부위(26) 모두와 씰링 결속하도록 한다.

도 14 내지 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 상기 실시예에 있어서, 스템 씰링장치(stem sealing device, 100)는 베이스(base, 180), 씰(seal, 138), 스러스트 칼라(thrust collar, 150), 캠(cam, 165), 커버(cover, 182) 그리고 볼트 또는 스크류(175)를 포함한다.

베이스(base, 180)는 씰링되어지는 목적물의 몸체의 유사하게 형성된 부위에 의해서 교체되어질 수도 있다. 볼트(bolt, 188)들은 커버(cover, 182), 캠(165), 스러스트 칼라(150) 그리고 씰(seal, 138)을 베이스(180) 또는/및 몸체(body)에 대해서 안전하게 가압하는데 사용된다.

스템(stem, 126)은 스템 씰링 장치(100) 내에서 중앙 개구부 내에 도입되어 진다. 다음으로 볼트/스크류(175)는 필요하게 될 때 조여진다.

도 13 내지 도 16은 최소 압력위치(A), 중간 압력위치(B) 그리고 최대 압력위치(C)에 있는 스템 씰링 장치(100)를 도시한다.

따라서, 본 발명에 따라 상기에서 기술한 목적, 의도 그리고 장점들을 완전히 만족시키는 탑씰(top seal)이 제공되는 것은 명백하다. 비록 본 발명은 특별한 실시예와 관련하여 기술되어지고 있지만, 상기한 기재내용의 관점에서 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 다양한 변형, 수정 그리고 대안이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 대안, 수정 그리고 변형들은 첨부된 청구항의 범위 및 사상 내에서 이루어진다.

Claims (19)

1. 외부로 연장되는 스템(26)을 가지는 밸브(10)로부터 물질(substance)의 누설을 방지하기 위한 조절가능한 씰링장치에 있어서,

   상기 밸브(10)에 장착되는 커버, 상기 스템(26)주위에 장착되는 탑씰(38) 및 상기 커버와 캐밍 연결 및 상기 탑씰(38)에 가압연결을 위해 커버와 탑씰(38)사이에 장착되는 캠(65), 그리고, 회전시 선형으로 운동하고 상기 커버에 연결되는 작동수단(75)을 포함하여 구성되고,

   상기 캠(65)은 회전축(28)에 대한 회전 운동을 회전축(28)을 따른 축방향 운동으로 변환하도록 구성되고,

   상기 작동수단(75)이 상기 캠(65)과 연결될 때, 상기 작동수단의 선형운동이 축방향 운동으로 변환되는 상기 캠(65)의 회전운동을 유도하고, 상기 축방향 운동은 상기 캠(65)이 상기 탑씰(38)을 상기 스템(26)에 대해 가압되도록 하는 것을 특징으로 하는 조절가능한 씰링장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 작동수단(75)이 볼트(bolt) 또는 스크류(screw)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조절가능한 씰링장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 작동수단(75)은 단일의 볼트(bolt) 또는 스크류(screw)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조절가능한 씰링장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 탑씰(38)이 스러스트 칼라를 더 포함하는 것을 특지으로 하는 조절가능한 씰링장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 씰링 장치가 캠 위치 표시기(cam position indicator)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조절가능한 씰링장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 밸브 조립체(10)에 있어서,

   a. 축(28)주위 회전을 위해 장착된 밸브 부재(22)를 가지는 밸브 몸체(14), 상기 밸브 부재(22)는 그로부터 연장된 스템(26)을 가지고;

   b. 상기 밸브 몸체(14)에 장착되고 상기 스템(26)이 연장될 수 있는 구멍을 가지는 커버;

   c. 누설을 방지하기 위해 밸브 부재(22) 근처에서 상기 스템(26)에 주위에 장착되는 탑씰(38);

   d. 상기 커버와 캐밍 연결 및 상기 탑씰(38)에 가압연결을 위해 커버와 탑씰(38)사이에서 상기 스템(26)주위에 장착되는 캠(65), 상기 캠(65)은 회전축(28)에 대한 회전 운동을 회전축(28)을 따른 축방향 운동으로 변환하도록 구성되고,

   e. 상기 캠과 연결하기 위해 상기 커버에 나사로 연결되는 작동수단(75)을 포함하여 구성되고,

   상기 작동수단은 회전시 선형으로 운동하고, 상기 작동수단(75)이 상기 캠(65)과 나사로 연결될 때, 상기 작동수단의 선형운동이 축방향 운동으로 변환되는 상기 캠(65)의 회전운동을 유도하고, 상기 축방향 운동에 따라, 상기 캠(65)이 탑씰(38)을 상기 밸브 부재(22)에 대해 가압하는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 작동수단(75)이 볼트(bolt) 또는 스크류(screw)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 작동수단(75)이 단일의 볼트(bolt) 또는 스크류(screw)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 탑씰(38)이 스러스트 칼라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
12. 제 8항에 있어서, 상기 밸브 조립체(10)가 캠 위치 표시기(cam position indicator)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
13. 제 8 항에 있어서, 상기 밸브가 로타리 밸브인 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 밸브가 플러그 밸브인 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
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