KR101546574B1 - 볼 밸브의 구조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 밸브의 단계별 유출량이 조절되어 지도록 기능성 구조를 갖는, 원형의 볼 베이스 관통구 전면 외측 단부에, 유형별 유출구 모형으로 형성되어 있는 경면 플레이트를 구성하여 볼 베이스 전면부에 조립 장치되도록 한 것과, 또한 볼 베이스 내부에 관통되어 있는 내주연부 공간에 일정 수의 관통형 미니홀로 구성되어 있는 원형상의 디스크판을 삽입 구성하고, 이후 적층 조립된 상태의 구조로 이루어진 디스크 더미를 구축되게 하여, 고차압에 따라 주입 압력을 받는 유체 유동 속도를 제어시켜 주기 위한 수단으로 이용될 수 있는 볼 밸브 발명에 관한 것이다.

Description

볼 밸브의 구조 장치{Structor divice of ball valve}

본 발명은 공급되는 유량 조절을 위해 일정 회전력 구동기능을 갖는 밸브용 볼(ball)의 구조 장치에 관한 것으로, 유체가 통과되는 볼의 관통구 내부에 다수개의 디스크판으로 적층 구성되어 있는 디스크 조립체 구조와, 유동체가 차압을 받아 토출되는 유출구 주변에 출구 형태가 별도 구비되어 있는 경면 플레이트 등을 일체형으로 조립하여, 밸브 내부에 통과되는 유속 및 유량을 제어시킬 수 있게 작용되는 볼 밸브 구조 장치에 관한 것이다.

볼 밸브는 유체통과 구멍이 원형 상태로 관통되어 지고 유량 공급이 제한적으로 공급될 수 있게 구성되어 있으며, 그러한 관통구 구조 형태는 몇가지 종류 별로 본체부에 각인 제작되어 사용되어 온 바 있었으며, 그러한 계획된 형상으로 이루어진 볼 밸브에 대하여 각각 기능성이 주어진 볼 밸브에 대한, 작용 범위를 살펴 보면, 첫번째 당 업계에서 가장많이 이용되어 지고 있는 온 오프 타입(Quick opening type)으로서 밸브 운전시 토크(Torque) 운전 작용에 의해 개방행정(Opening Stroke)이 진행되어져 적정 유량이 통과될 수 있도록 구성된 볼 밸브와, 선형타입(linear type)으로서 밸브 내부에 공급되어지는 유체 압력에 대하여 압력을 상쇄시켜 줄 수 있는 삼각형상의 유출구 구조로 형성된, 볼 밸브 및 등비율 타입(Equal percentage type)으로서, 선형 타입과 유사한 구조로 유체량 제어 기능을 갖는 볼 밸브 등이 출시되어 사용되 왔었으며, 그와 같은 볼 밸브의 특징은 스템 지지축이 상단부쪽 위치에 장치되어 있거나, 또는 상,하부 위치에서 스템 고정축으로서 장치되어 있다.

또한, 상기 스템 고정축은 일정 각도로 운전되는 회전(torque) 작용과 유입되는 유체 압력 작용에 의해, 볼 베이스는 시트(Seat)부와 밀착 상태에서 밀폐력을 증강시켜 줄 수 있는 구조로 형성되어 있다.

또한, 상기된 바와 같이 구성된 볼 밸브는 90°회전력 갖고 유량조절이 가능하도록 구성되어 있으며 저압 환경에서 상온 유체를 차단시키켜 주는 등의 특징으로 구성되어져 있다.

그러한 볼 밸브 특성과 연관하여 관련된 기술로는 대한민국 특허공보 등록번호 제10-1165366호 “유량 조절용 이중 볼 밸브” 및 등록 신안공보 등록 제20-041825호 “유량 조절용 볼 밸브”에 그 구조와 기능효과가 등제되어 있다.

그러나, 상기와 같은 볼 밸브에 대하여 그 구조와 기능을 살펴보면, 밸브내에 유입되는 유체가 최대 수용면적 범위내에서 집합적 유속공급 압력에 따라, 유체의 진입 속도가 순간적으로 최고조에 이르게 되고, 그러한 원인으로 인해 밸브 유로구 표면부와 마찰에 의한 마모현상이 발생되어 지는 것과, 아울러 기포생성에 의해 발생되는 소음과 진동을 해소시킬수 있는 방법을 제시하지 못하고 있으며, 무엇보다도 그러한 문제점들이 먼저 선결되 있어야 할 것이다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 원형의 유체 관통구로 형성되어 있는 볼(ball)의 유체 통로구 내부에 원형의 금속판재로 구비되어 있고, 작은 관통 구멍으로 천공 형성되어 있는 디스크판을 수개 적층 상태로 고정 장치하여, 고압상태에서 진입되는 유동체에 대한 속도 제어나, 유체 압력을 분산시키거나, 상쇄시킬 수 있는 밸브 구조장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 적층 디스크 조립체로 이루어진 볼 밸브에 대한 작용 특성은 밸브 운전 중, 유체가 일정한 압력 차동하에서 유출 개방을 위한 스트로크(stroke) 행정 각도에 따라 유체 통과량이 변화된 유체압력 상태로 부터 유출되려는 작용을 하게 되며, 이는 동일 면적과 동일수의 미니홀 관통로를 갖는 디스크 구조장치에 의해 작용되어 지며, 상기의 디스크 구성은 무엇 보다도 유체 수용능력에 관련하여 최대 범위를 유체량이 초과되더라도 유동성 유체가 정확하게 공급되어 질 수 있게 밸브 구조가 마련되어져야 한다.

특히 밸브 내부에 통과되는 유동체 압력 마찰에 의해 발생되는 내부표면 마모 현상과, 각형 또는 곡부 형상으로 구성된 시트부 주변을 파손시키는 원인으로서, 고차압에 의해 고속유동 반복 작용을 받아 진행되는 유속과의 마찰압력 때문에 일어나게 된 결과이며, 또한 밸브관로 내부에 공급되는 유체 체적압력이 증기압 체적이하로 감소되어 질 때 발생되는, 즉 케비티(cavity) 공간부의 순간온도가 상승하여 질 때 기포현상이 일어나게 되는 문제점과, 그러한 원인으로 인해 진동과 소음이 발생하게 되므로서 결과적으로 밸브 작동 제어에 많은 어려움과 문제점을 낳기도 하였다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 먼저 볼 밸브의 단계별 유출량이 조절되도록 기능성 구조를 갖는, 원형의 관통구 전면 외측단부에, 유형별 유출구 모형으로 형성되어 있는 경면 플레이트(convex plate)를 구비하여 볼 베이스 전면부에 조립 장치되게 하고, 또한 볼 베이스 내부에 관통되어 있는 내주연부 공간에 일정 수의 소형 미니홀이 구비되어 있는 원형상의 디스크(disk)판을 구성 삽입하고, 이후 적층 조립된 상태의 구조로 이루어진 디스크 더미를 구축하여 고차압에 따라 주입 압력을 받는 유체 이동 속도를 제어시켜 주기 위한 수단으로서 이용되어 지게 하고, 아울러 공급되는 유체량 체적 팽창을 보다 손쉽게 제어시켜 줄 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 볼 밸브는 입, 출구 관통로가 수평으로 천공되어 있는 볼 베이스와, 상기 볼 베이스 관통구 전면 내주연부에 돌출 격벽(突出 隔壁)으로 형성된 고정내턱 및 삽입관을 구성하고, 상기 삽입관에 조립 형성되어 질 수 있는 유동체 유출구가 조성되어 있으며, 체결 볼트 구멍이 형성된 경면 플레이트와; 또한 볼 베이스 후면 관통구 내측 빈 공간부에 방사 형상의 작은 미니 홀(mini hole)들로 천공되어 있는 디스크판과; 상기 다수개의 디스크판을 직립 상태로 고정시켜 줄 수 있게 작용되는 격간(隔間)링과; 또한, 상기 디스크판 및 격간링이 적층 장치되어 있는 볼 베이스 후면에, 외 주면이 나사산으로 형성되어 있는 체결링과; 상기 체결링과 경면 플레이트 구조물들이 각각 요구된 위치에서 조립 체결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 적용된 구조 장치에 의해 공급되어 지는 유동체는 최초 진입 과정에서 부터 분산 유출되는 과정을 거쳐 유동체 투입이 진행되고, 일정한 차동적 압력 상태에서 유속량이 공급되어지게 되므로 밸브 유로구 내부로 부터 유체와의 표면마찰 극소화 및 분화된 압력소멸 작용에 의해 강압적 마모 현상이나 기포 발생에 의한 와류 현상이 일어나지 않게 되고, 따라서 소음과 진동이 발생하지 않게 될 뿐만 아니라, 볼 베이스에 장치되어 있는 지정된 부속품들을 손쉽게 교체하여 조립 완성시킬 수 있는 특징도 주어지게 된다.

도 1은 본 발명 볼 밸브에 대한 볼 베이스 부분 분리 사시도.
도 2는 본 발명 볼 밸브에 대한 볼 베이스 조립 상태도.
도 3은 본 발명 볼 밸브에 대한 볼 베이스의 후방에 장치된 디스크 더미의 분리 사시도.
도 4는 본 발명 볼 베이스의 정면도.
도 5는 본 발명 A-A'선 측면부 단면도.
도 6은 본 발명이 종래의 볼 밸브 유출구에 장치된 상태를 표현한 것으로서 (A)는 정면도, (B)는 배면도.
도 7은 도 6에 표시된 B-B'선 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 첨부된 도면에 의하여 구성과 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 1내지 도 5는 본 발명에 의한 볼 밸브의 구성 장치를 도시한 도면이다.

상기된 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 볼 밸브의 구조 장치 구성은 구형의 볼 베이스(ball base)(10) 중심에 보링(boring)된 상태의 관통구(11)와, 상기 관통구(11) 전면 선단부 위치에 환형상으로 형성된 고정내턱(12)과, 상기 고정내턱(12) 외주연부에 별도 보링 작업된 삽입관(13)을 구성하고, 또한 상기 삽입관(13)에 체결 장치되도록 구성된 경면 플레이트(convex plate)(20)와 씰링(sealing)(25)을 구비하고, 또한 볼 베이스(10) 후면, 관통구(11) 선단 내면부 위치에 암나사부(15)를 형성하여 두고, 상기 암나사부(15)가 형성되어 있는 후방 관통구(11)에 다수개의 디스크판(40)을 끼운 후, 고정될 수 있게 체결링(30)을 구비하여 장치되도록 한다.

한편, 볼 베이스(10) 후면 관통구(11) 공간 내부에, 내입 장치되어 유체량을 자동 제어시킬 수 있게 작용되는 원형의 디스 디스크(disk)(40)판과, 상기 디스크(40)판이 관통구(11) 내에 적층 조립되어 질 때 요구된 공간부가 형성되어 있도록 장치되는 격간링(42)을 별도 구비하여 관통구(11) 내부 빈 공간부에 설치 하고 또한, 상기 원형의 금속재로 이루어진 디스크(40)판 표면부에 방사형상의 작은 관통구로 형성되어 있는 적정 수치의 미니홀(mini hole)(41)을 구성하되, 상기 미니홀(41) 관통구 직경은 일률적인 미세구경 형태로 구성되게 하거나, 특화된 유동체 입자 성분에 맞추어 제작된 미니홀(41)을 각각 별도 구성하여 사용되어 질 수 있게 한다.

이상과 같은 구성체로 이루어진 볼 밸브에 대하여, 먼저 볼 베이스(10) 전면 삽입관(13)부에 조립 구성되는 경면 플레이트(20) 작용력에 대하여 간단히 설명하고자 한다.

통상적으로 사용되고 있는 볼 밸브의 유동체 관로는 유량이 통과될 수 있는 관통구가 형성되어 있고, 구형의 볼 형태로서 밸브 본체부 내에 스템과 연결 장치되어져 유출 배관과 함께 연계 형성되어 있는 시트부와 더불어, 조립된 상태에서 스트로크(stroke) 회전력 운동에 따라 유체 흐름을 차단시켜 주거나, 유체량을 조절하여 통과시켜 주는 등, 지극히 단순한 제어 수단으로서 사용되어 왔었다.

그러나 통상적인 방법만으로 구성되어 있는 볼 밸브는 볼 베이스 전면에 형성된 유체 토출구 주변 부위가, 지속적인 유체 압력 작용을 받게 되어, 가해지는 표면충돌 현상에 의해 마모되거나 파손되는 사례가 빈번히 일어나게 되었으며, 종래에는 볼 베이스를 자주 교체해 주어야 하는 번거로움이 많았었다.

본 발명은 상기와 같은 현상을 방지하기 위한 수단으로서 먼저, 착탈식 교환체 구조물로 형성된 경면 플레이트(20)에 있어서, 상기 경면 플레이트(20) 중심부에 유량 조절을 도모하기 위하여 유출구(21) 모형을 계획된 용도에 알맞게 구성하고, 상기 유출구(21)가 구성된 원형의 경면 플레이트(20) 테두리 주변에, 고정내턱(12) 중앙에 형성되어 있는 나조구멍(14)과 함께 체결되어 질 수 있는 볼트 구멍(22)을 구비하고, 볼트(23)를 이용하여 삽입관(13)부에 조립 체결되게 한다.

또한, 상기와 같은 방법으로 조립 구성된 경면 플레이트(20)에 있어서, 밸브 가동 중, 경면 플레트(20) 유출구(21) 주변 내벽 부위가 지속적인 유체 마찰에 의해 파손이 발생되었을 경우, 상기 경면 플레이트(20)를 손쉽게 교체하여 밸브 재 가동이 신속하게 이루어 질 수 있는 장점이 더불어 주어지게 된다.

또한, 볼 베이스(10) 후면 관통구(11) 공간 내부에 장치되는 디스크(40)판의 구조와 작용 효과를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

유체 통과 구멍이 방사형상 구조로 천공되어 있는 디스크(40)판에 있어서, 상기 디스크(40)판을 유속 압력제어 수단으로서 알맞게 작용되어 질 수 있는 다수개의 격벽(partition)형 구조로 이루어진 디스크 더미(disk pile)(43)를 구성하되, 볼 베이스(10)의 삽입관(13) 내주연부 위치에 형성되어 있는 고정내턱(12) 안쪽 측단면에 먼저 제1의 디스크(40)판을 내착하고, 또한 격차 공간부로서 순간 유동체 수용 공간부가 형성되어 질 수 있게 기능하는 격간링(42)을 끼워 관삽 설치하고, 상기와 같은 조립 순서대로 반복하여 조립될 수 있게 격차 판 형식으로 구성되어지는 디스크 더미(disk pile)(43),즉 디스크(40)판과 격간링(42)을 후방 관통구(11)내에 삽입 장치하고, 이후 나사부(31)가 형성되어 있는 체결링(30)을 나조하여 조립 완성되도록 한다.

이와 같이 적층 조립되어 있는 디스크 더미(43)에 대한 작용력에 관하여 좀더 설명하면, 유체 통과구멍 미니 홀(41)로 구성되어 있는 수 개의 디스크(40)판과 상기 디스크(40)판과 일체형으로 조립될 격간링(42)들에 의해, 요구된 공간부가 형성되어 있고 각기 다른 각도에서 유체 관통 미니 홀(41)이 수평 방향으로 장치되어 있는 디스크 더미(43)에 있어서, 볼 베이스(10) 관통구(11)에 각각 조립 구성되어 있으며, 밸브 가동 시스템에 의하여 유체가 압력을 받아 고속진입 상태에서 유체량이 유입되기 시작하면, 최종적 위치로부터 조립 완성된 디스크(40)판으로 부터 제한적 압력 속도 조절이 진행되어 지게 되며, 그와 같은 반복된 유량 속도 조절은 인입 장치되어 있는 디스크 수량에 따라 제어 시스템에 관련된 공급 활성화가 다양하게 이루어질 수 있게 될 뿐만 아니라, 유체량이 적당한 속도를 유지한 가운데 유로구를 자연스럽게 통과하게 되고, 무엇보다도 가장 특징적인 현상으로서 와류 현상이 발생되지 않게 되어 밸브 수명 연장에 좋은 환경이 제공되어질 수 있게 된다.

한편, 일반적으로 사용되고 있는 관통형 볼 밸브 관로에 흐르는 유체는, 밸브내의 집합적 압력하향 흐름에 따라 순간적으로 관통되는 유속 환경에 의해, 유량이 저항을 받지 않은 상태에서 최고 속도를 유지하며 흐르게 되고, 그러한 유체의 고속 흐름은 밸브 내벽을 마멸시키는 원인이 제공 되기도 하며, 유체와의 표면마찰에 의한 마모현상 뿐만 아니라 기포 발생에 따른 소음과 진동 여파에 의해 밸브 기능이 심하게 저해되는 현상이 자주 발생하는 사례가 많았었다.

그러한 이상 현상은 밸브 가동 중, 스트로크 최대 개방 행정에 의해 진행되는 유동 압력을 효과적으로 제어시킬 수 있는 시스템이 구축되어 있지 못한 결과 때문이기도 하며, 이는 본 발명에서 제시된 바와 같은, 디스크(40)판 구조 및 지정된 수량에 따라 적층되어 지는 디스크 더미(43)를 이용하여 유동체가 최초 진입 과정에서부터 분산 유출 작용이 신속하게 일어날 수 있게 되는 것과, 그와 같은 유체량 유출 이동이 차동적 압력 상태에서 작동되는 스트로크(stroke) 행정 개방에 따라 유체량이 유체 압력에 비례되어 다량으로 유출되려는 작용을 하게 되고, 이는 동일면적과 동일 수의 미니 홀(41)을 갖는 디스크 더미(43)에 의해서, 계산된 간격으로 형성되어 있는 격간 링(42)과 디스크(40)판 사이의 공간부 격차 구성에 의해, 유체 압력 작용이 간섭되어져 유속에 대한 변화를 유도하기 때문이기도 하다.

상기에서 언급된 바와 같이 유체 속도는, 개별적 디스크 더미에 구성된 유로구 미니 홀(41)의 수와 볼 베이스(10) 관통구(11) 내부에 장치되어 있는 디스크(40)판 수량에 의하여 민감한 흐름 제어를 받게되며, 추가적인 속도 제어 수단이 필요할 경우 각 통로의 단면적 공간부 구조에 변화를 주어, 그러한 변화에 의하여 제어 수단이 성취될 수 있도록 하고, 이는 유속 마찰에 의한 손상을 최대한 방지할 수 있는 효과와 더불어, 낮은 유동비 분산력 배분에 따라 많은 흐름 통로로 나누어 지는 유체 유동에 의해 압력저하 단계로 근접되어 지게 하며, 차후 이러한 유로구의 방향 전환 시스템 구조를 통하여 가상 유입되어 지는 유속 차압 작용력에 까지, 상기 적층 디스크 구조 장치들에 의해 구속되어 지게 하여 조용한 환경 가운데 가동력이 뛰어난 볼 밸브가 제공되어 지게 된다.

10; 볼 베이스
11; 관통구
12; 고정내턱
13; 삽입관
14; 나조구멍
20; 경면 플레이트
22; 볼트구멍
30; 체결링
40; 디스크
42; 격간링

Claims (1)

1. 유체 입,출구 관통구(11)가 보링되어 있는 볼 베이스(10)와,
   상기 볼 베이스(10) 관통구(11) 전면 내주연부에 돌출 격벽으로 형성된 고정내턱(12)과;
   상기 고정내턱(12) 외주연부에 삽입관(13)을 구성하고;
   상기 삽입관(13)에 조립되어 지는 유출구(21) 및 볼트구멍(22)이 형성되어 있는 경면 플레이트(20)를 구비하고;
   다수개의 미니홀(41)로 구성된 디스크(40)판과;
   상기 디스크(40)판과 더불어 관통구(11) 내에 장치되는 격간링(42)과;
   상기 관통구(11) 내에 디스크(40)판 및 격간링(42)으로 구비된 디스크 더미(43)가 체결링(30)에 의해 조립 완성되도록 한 것을 특징으로 한 볼 밸브의 구조 장치.

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