KR101295734B1 - 방풍밸브 - Google Patents

Abstract

단순화된 구조의 다이어프램에 의해 방풍작동이 이루어지는 터보기계용 방풍밸브로서, 일측 면에 방풍구(11)가 마련된 내부 공동의 외통(10); 외통(10) 내부에 이격 배치되며, 일단에 압력공기가 유입되는 입구(21)와 타단에 출구(22)가 마련된 내부 공동의 내통(20); 및 이 내통 출구(22)를 개폐할 수 있도록 마련된 다이어프램(30);을 구비하는 방풍밸브가 소개된다.

Description

방풍밸브{BLOW-OFF VALVE}

본 발명은 터보블로어를 비롯한 터보기계에 사용되는 방풍밸브에 관한 것이다.

통상적으로 터보기계에는 충분한 회전속도에 도달하기 전까지의 압력 공기를 외부로 배출하기 위해 방풍밸브가 사용된다.

상기 방풍밸브는 운전 초기나 정지 시와 같이 터보블로어의 작동이 정상상태(Steady State)에 있지 않은 경우, 토출배관 내에 남아 있는 압력 공기를 외부로 배출함으로써, 터보블로어의 압축부가 써지(surge)로 들어가는 것을 방지하는 기능을 한다.

종래의 방풍밸브가 한국특허 제861248호에 공지되어 있다. 이 방풍밸브는 터보블로어로부터의 압력공기에 의해 방풍작동되도록 구성된다.

위 방풍밸브는 방풍작동을 위해 상하방향 움직이는 스풀밸브를 필요로 한다. 이 스풀밸브는 상하방향의 축(스템)과 하단 측에서 공기통로를 개폐하는 밸브시트(제2 스풀)를 갖는다.

상기 축 상부에는 고무재질의 다이어프램이 마련되며, 방풍작동 과정에 다이어프램은 밸브커버(머리부) 측으로 수축하거나 다시 원상태로 복원되는 과정을 반복한다.

위와 같은 종래 방풍밸브는 구조가 복잡하고 정확한 작동을 위해 정밀한 치수 가공을 요구한다. 이는 결국 불량과 고장, 그리고 조립 및 수리의 어려움을 야기한다.

또한 종래 방풍밸브의 다이어프램은 방풍작동 과정에 밸브커버 측으로 짓 눌려지고 다시 원상태로 펼쳐짐을 반복하는 과정에 내구성 문제가 발생하기 쉽다.

본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점에 대한 인식에 기초하여 제안된 것으로, 구조가 보다 간단하며 정밀한 가공이 필요 없는 방풍밸브를 제공하고자 함을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 간단한 구조로 인해 경제성이 있으면서도 방풍작동 성능이 우수한 방풍밸브를 제공하고자 함을 목적으로 한다.

상기 목적의 달성을 위해 본 발명자는 종래 복잡한 구조의 스풀밸브를 생략하고 대신 단순화된 구조의 다이어프램에 의해 방풍작동이 이루어지는 방풍밸브를 개발하였다.

본 발명에 의하면 방풍밸브는 일측 면에 방풍구가 마련된 내부 공동의 외통; 일단에 외부로부터의 압력공기가 유입되는 입구가 마련되고 타단에 배출을 위한 출구가 마련된 내부 공동의 내통; 및 이 내통 출구를 개폐할 수 있도록 마련된 다이어프램;을 구비한다.
상기 내통은 외통과의 사이공간이 마련되도록 외통 내에 배치되고, 외통 일단으로부터 외통 타단 측으로 연장되는 형상을 갖는다. 외통 타단 측으로 연장된 내통은 그 출구가 외통 타단 측에 설치된 다이어프램과 마주하는 위치에 놓이며, 이러한 내통 출구는 다이어프램과의 접촉/접촉 해제(이격 발생)에 의해 폐쇄/개방될 수 있다.

상기 방풍밸브의 외통 내부공간은, 내통 출구 폐쇄상태에서 다이어프램에 의해, 입구를 갖는 내통 내부의 압력유입공간, 압력유입공간에 대항하는 다이어프램과 외통 사이의 압력대항공간 및 방풍구를 갖는 외통과 내통 사이의 방풍공간으로 구획된다.

상기 다이어프램은 터보기계 정상상태 작동하는 동안 내통 출구를 폐쇄하게 되며 이에 따라 터보기계로부터의 압력공기는 방풍되지 않는다. 다이어프램에 의한 내통 출구의 폐쇄에는 터보기계로부터 발생된 압력공기가 이용된다.

상기 다이어프램은 터보기계가 방풍작동하는 동안 내통 출구를 개방하게 되며 이에 따라 터보기계로부터의 비정상상태 압력공기는 외부로 방풍된다. 압력공기는 터보기계로부터 압력유입공간으로 유입된 후, 내통 출구를 거쳐 방풍공간으로 흐른다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 방풍밸브는 종래 복잡한 구조의 스풀밸브가 생략되고, 특히, 종래의 상하방향 축과 밸브시트가 생략되어 크기가 작고 간단한 구조를 갖는다. 또한 정밀한 가공도 필요로 하지 않는다.

또한 본 발명의 방풍밸브는 제작이 용이하여 불량률이 낮고 잦은 고장도 없으며, 또한 조립, 수선이 용이하다. 또한 본 발명의 방풍밸브는 경제성이 우수하며 소형화가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방풍밸브의 외관을 보인 도면,
도 2는 도 1에 도시된 방풍밸브의 개략 단면도,
도 3은 도 1의 방풍밸브에서 상부커버를 제거한 후 상태를 위에서 바라본 도면,
도 4는 도 3의 방풍밸브에서 다이어프램을 제거한 후의 상태를 보인 도면,
도 5는 도 3의 방풍밸브 상부에 놓인 다이어프램을 분리하여 그 저면 측을 보인 도면,
도 6은 도 5의 다이어프램에서 디스크를 제거한 후의 상태를 보인 도면,
도 7은 도 6의 다이어프램에서 고무판을 탈거한 상태를 보인 도면,
도 8은 도 7의 다이어프램을 뒤집어 상면 측의 플레이트를 탈거한 상태를 보인 도면,
도 9는 도 8의 다이어프램을 보인 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방풍밸브의 실시예를 살펴본다.

도 1 내지 도 9에는 본 발명의 일실시예에 따른 방풍밸브가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 방풍밸브는 중공의 외통(10) 내부에 외통(10)과 간격을 두고(따라서 외통과 내통 사이에 공간이 발생한다) 중공의 내통(20)이 배치된 이중관 형태의 구조를 갖는다. 내통(20)은 외통(10) 하단으로부터 상단 측으로 길게 연장된다.

상기 내통(20)의 상부에는 내통 상단과 접촉 가능하도록 다이어프램(30)이 설치된다. 터보블로어(미도시)로부터의 압력공기는 내통(20) 하단으로부터 유입되고 상단에서 다이어프램(30)을 밀어내고 방풍구(11)를 통해 배출될 수 있다. 다이어프램(30)은 내통(20)으로부터 방풍구(11) 측으로의 흐름을 제어한다.

공간적으로 살펴보자면, 상기 외통(10) 내부공간은, 다이어프램(30)에 의해 내통(20) 내부의 압력유입공간(S1), 압력유입공간(S2)에 대항하는 다이어프램(30)과 외통(10) 사이의 압력대항공간(S2), 그리고 외통(10)과 내통(20) 사이의 방풍공간(S3)으로 구획된다.

상기 외통(10)은, 매우 다양한 형태를 가질 수 있겠지만, 상하방향으로 연장되는 둥근 관 형태로서 측부에 방풍구(11)가 마련된 구조를 갖는다. 외통(10)의 하단 가장자리와 내통(20)의 하단 가장자리는 칸막이(12)에 의해 연결되어, 그 사이 공간이 폐쇄된다.

상기 외통(10)의 상단은 둥근 상부커버(40)에 의해 폐쇄된다. 조립 및 수리의 편의성을 위해서 상부커버(40)는 볼트 등 체결기구를 이용하여 외통(10)에 대해 착탈 가능하게 구성되는 것이 좋다. 외통(10)은 상부커버(40)를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

상기 내통(20)은, 매우 다양한 형태를 가질 수 있겠지만, 상하방향으로 연장(외통보다 높이가 작다)되며 상단과 하단이 개방된 둥근 관 형태를 갖는다. 하단 개방 측은 터보블로어로부터의 압력공기가 유입되는 입구(21)가 되며, 상단 개방 측은 출구(22)가 된다.

상기 다이어프램(30)은 둘레를 따라 플랜지부가 형성된 모자 형상을 갖는다. 이 다이어프램(30)은 외통(10)에 고정되는데, 도 2를 참조하자면, 상부커버(40)와 외통(10) 결합부에 플랜지부가 끼워져 고정된다. 이렇게 고정된 상태에서 다이어프램(30)은 내통(20) 상단에 접촉되는 정도로 설치된다.

계속해서 도 1 및 도 2를 참조하면, 상부커버(40) 측에는 3방향 밸브(50)가 마련된다. 이 3방향 밸브(50)는 이미 잘 알려진 밸브이며 방풍작동을 위해 어떻게 작동하는지에 대해서는 한국특허 제861248호 등에 매우 잘 나타나 있기에 여기에는 상세 설명은 하지 않는다.

상기 3방향 밸브(50)의 제1포트(51)는 상부커버(40)에 연결되며, 제2포트(52)는 연결관(60)의 일단에 연결된다. 이 연결관(60)의 기능에 대해서도 한국특허 제861248호에 잘 나타나 있다.

상기 연결관(60)은 터보블로어로의 임펠로부터의 압력공기를 우회시켜 압력대항공간(S2)에 보내기 위한 구성으로, 그 타단은 압력유입공간(S1)에 연결된다. 조금 더 구체적으로는, 연결관(60)의 타단은 내통(20)을 관통하여 내통(20) 내부와 직접 연결되거나 또는 내통(20)과의 터보블로어 측 연결관 등에 연결될 수 있다.

도 2를 참조하여 위 방풍밸브의 방풍작동을 설명한다.

미도시의 터보블로어가 정상상태에서 작동하는 동안, 내통 출구(22)는 다른 부재에 의하지 않고 다이어프램(30)과의 직접적인 접촉에 의해 폐쇄된다. 이때 3방향 밸브(50)는 압력유입공간(S1)의 압력공기가 연결관(60)을 통해 압력대항공간(S2)로 공급될 수 있도록 한다.

압력대항공간(S2)에서의 다이어프램(30) 접촉면적이 압력유입공간(S1)에서의 다이어프램(30) 접촉면적보다 크기 때문에, 위 상태에서 내통 출구(22)는 다이어프램(30)에 의해 밀폐될 수 있다. 이에 더하여 다이어프램(30)의 자중은 내통 출구(22)를 닫는 힘으로 작용하여, 출구(22) 밀폐력을 돕는다.

터보블로어가 미정상상태에서 작동하는 동안, 상기 다이어프램(30)은 내통 출구(22)와 이격(접촉 해제)되어 내통 출구(22)는 개방된다. 이때 3방향 밸브(50)는 압력유입공간(S1)으로부터의 압력공기를 차단하며, 압력대항공간(S2)을 대기압 상태로 만든다. 압력유입공간(S1)의 압력공기는 다이어프램(30)을 밀어 젖히고 방풍공간(S3)으로 흘러 방풍구(11)를 통해 배출된다.

위와 같은 방풍작동 시 다이어프램(30)의 상하이동 거리가 짧아 신속한 밸브 작동이 이루어져 응답성이 우수하다. 다이어프램(30)의 밸브작동을 유도하기 위해 종래 사용하던 축, 스프링, 밸브시트 등을 생략할 수 있으므로, 구조가 간단하며 치수 정밀도의 요구가 낮고 소형화가 가능하다는 잇점이 있음은 물론이다.

도 1 또는 도 3에서 보듯이, 상기 상부커버(40) 아래에는 다이어프램(30)이 배치된다. 다이어프램(30)은 플랜지부(30a)를 가지며, 움푹 패인 상면에는 둘레를 따라 플랜지 형태의 돌출부(31a)가 형성된 플레이트(31)가 마련된다.

종래 다이어프램(30)은 방풍작동 과정에서 상부커버(40) 측으로 찌그려져 밀려 올라가 상부커버(40)에 들러 붙었다가 제자리로 원상회복되는 과정이 반복되고 이에 의해 찢어지는 결함이 자주 발생될 수 있었다.

상기 플레이트(31)는 방풍작동 과정에 다이어프램(30)이 어느 정도의 원하는 형상을 유지하도록 하여 종래와 같은 내구성 악화 문제를 방지한다.

또한 상기 플레이트(31)의 돌출부는 방풍 상태에서 다이어프램(30)이 상부커버(40)에 거의 들러 붙는 경우가 발생하더라도, 상부커버(40)와 다이어프램(30) 사이에 일정한 공간이 마련되도록 함으로써, 연결관(60)으로부터의 압력공기에 의해 신속하고 원상회복될 수 있도록 한다.

미설명부호 B1은 후술하는 비트(32)의 상단을 고정하는 볼트이다.

도 4에서 보듯이, 내통(20)은 외통(10) 내부에 이격 배치되며, 외통(10)의 둘레면에는 일측에는 방풍구(11)가 마련된다.

도 5 내지 도 7에서 보듯이, 상기 다이어프램(30)의 저면 측에는 유연성 혹은 탄성을 갖는 고무판(33)이 마련된다. 이 고무판(33)은 내통 출구(22)의 밀폐를 위한 것으로 실링성 및 고온에서의 내구성이 우수한 것이 좋다. 일례로서는 실리콘이 사용될 수 있다.

미설명 부호 34는 고무판(33)을 다이어프램(30)에 고정하기 위한 디스크로서, 볼트(32)에 의해 죔 고정된다.

도 5 내지 도 9에서 보듯이, 본 실시예에 의하면 상기 플레이트(31) 및/또는 고무판(33)은 다이어프램(30)에 조립 및 분해 가능하도록 구성된다. 플레이트(31)로부터 디스크(34)를 관통하는 비트(32)의 양단에 볼트(B1,B2)가 체결되며, 이러한 구성에 의해 각각의 부재는 착탈 가능하다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경될 수 있고 또 이것이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다는 것이 이해될 필요가 있다.

하나의 예로서 도 1 내지 도 9에는 플랫한 상부커버를 갖는 방풍밸브가 도시되어 있다. 그러나 이 상부커버는 둥근 형태로 구성되어 압력대항공간의 크기가 플랫한 형태보다 클 수 있다.

또한 방풍밸브는 앞서의 실시예에서와 같이 상하방향으로 연장되는 외통 및 내통을 가질 필요는 없다. 예로서 내통은 좌우방향으로 연장되거나, 좌우방향으로 연장되되 그 입구 측은 상방향으로 개방된 형태일 수 있다.

10: 외통 11: 방풍구
20: 내통 21: 내통 입구
22: 내통 출구 30: 다이어프램
40: 상부커버 50: 삼방향 밸브
60: 연결관 S1: 압력유입공간
S2: 압력대항공간 S3: 방풍공간

Claims (4)

1. 둘레면 일측에 방풍구가 마련된 내부 공동의 외통;
   상기 외통과의 사이공간이 마련되도록 외통 내에 배치되며, 외통 일단으로부터 외통 타단 측으로 연장되며, 외통 일단에 대응하는 일단에 외부로부터의 압력공기가 유입되는 입구가 마련되고 타단에 배출을 위한 출구가 마련된 내부 공동의 내통; 및
   상기 내통 출구의 개폐를 위해 외통 내 외통 타단 측에 마련된 다이어프램;을 포함하고,
   상기 내통은 외통 일단으로부터 다이어프램이 설치된 외통 타단 부위까지 연장되며, 그 출구가 이에 마주하게 위치된 다이어프램의 접촉에 의해 폐쇄되며 다이어프램과의 이격 발생에 의해 개방되도록 구성되며,
   상기 다이어프램과의 접촉에 의한 내통 출구 폐쇄상태에서 다이어프램에 의해 외통 내부공간이, 입구를 갖는 내통 내부의 압력유입공간, 압력유입공간의 압력에 대항하는 다이어프램과 외통 타단 사이의 압력대항공간, 및 방풍구를 갖는 외통과 내통 사이의 방풍공간으로 구분되도록 구성되며,
   상기 다이어프램과의 이격 발생에 의한 내통 출구 개방상태에서, 압력유입공간과 방풍공간이 서로 연통되도록 구성된 것을 특징으로 하는 방풍밸브.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 내통은 상하방향으로 연장되며,
   상기 다이어프램은 이의 자중이 내통 출구를 닫는 힘으로 작용하도록 외통에 설치된 것을 특징으로 하는 방풍밸브.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다이어프램의 내통 출구 접촉면에는 내통 출구의 밀폐를 위한 고무판이 마련된 것을 특징으로 하는 방풍밸브.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다이어프램이 내통 출구에 접촉하는 면의 반대 측 면에는 둘레를 따라 돌출부가 형성된 플레이트가 마련된 것을 특징으로 하는 방풍밸브.

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