KR101601716B1 - 유지 관리 및 교체 공정이 용이한 탑엔트리 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 밸브에 관한 것으로, 챔버를 구비하고, 상기 챔버와 연통되는 제1유로, 제2유로가 형성되고, 상측에 개구가 형성된 밸브 몸체와; 제1유로와 제2유로를 개폐하도록 회전 가능하게 상기 챔버 내에 설치된 볼 부재와; 상기 제1유로, 상기 제2유로 중 어느 하나 이상에 설치되어, 상기 볼 부재가 폐쇄 위치에 있는 경우에 상기 구면을 가압하는 시트와; 상기 볼 부재를 향하는 면에 상기 시트를 노출되게 고정한 상태로 보유하고 있는 시트 홀더와; 상기 시트 홀더의 외주면과 상기 밸브 몸체와 함께 밀폐 공간을 형성하여, 상기 시트 홀더와 축선 방향으로 간섭되게 형성되어 상기 밀폐 공간 내의 압력이 높아지면 상기 시트 홀더에 접근하는 축선 방향으로 이동하여 상기 시트 홀더를 상기 볼 부재를 향하여 밀어내고, 외주면에 돌출부가 형성되어 상기 밀폐 공간이 팽창한 상태에서 외주면에는 상기 몸체의 축선 방향의 선단면과 상기 돌출부의 사이에 틈새 공간을 형성하는 스프링 홀더와; 상기 밀폐 공간에 기체를 주입하거나 배출시켜 상기 밀폐 공간의 압력을 조절하는 압력 조절부를; 포함하여 구성되어, 압력 조절부로부터 미리 셋팅된 압력의 질소 가스나 압축 공기를 밀폐 공간 내에 공급하는 것에 의하여, 시트 홀더의 시트가 볼 부재의 표면에 정해진 힘으로 밀착됨으로써, 유지 보수 공정 이후에 시트와 볼 부재의 밀봉 상태로 셋팅하는 공정을 작업자의 숙련도에 무관하게 정확히 할 수 있는 탑엔트리 볼 밸브를 제공한다.

Description

유지 관리 및 교체 공정이 용이한 탑엔트리 볼 밸브{TOP ENTRY BALL VALVE OF CAPABLE OF IMPROVED MAINTANENCE}

본 발명은 탑 엔트리 볼 밸브에 관한 것으로, 볼 밸브의 양측의 연결 배관을 분해하지 않으면서 유동을 개폐하는 볼 부재의 유지 관리 및 교체 공정이 용이한 탑엔트리 볼 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 밸브는 2개 이상의 배관에 연결되어 배관에 연결되는 유로를 선택적으로 개폐하는 것에 의하여 유체의 흐름을 제어하는 수단으로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 밸브는 유로를 개폐하기 위하여 밸브 몸체 내부에 2개 이상의 유로와 연통되는 챔버 내에 볼 부재가 회전하게 설치되어, 볼 부재의 회전에 의하여 유로를 선택적으로 개폐하도록 작동한다.

볼 부재의 형태에 따라, 밸브는, 판형상의 볼 부재로 유로를 개폐하는 버터플라이 밸브와, 구면을 갖는 형상의 볼 부재로 유로를 개폐하는 볼 밸브 또는 세그먼트 볼 밸브 등으로 나뉜다. 종래에는 쉽고 저렴하게 제조할 수 있는 버터플라이 밸브가 널리 사용되었으나, 최근에는 씰링 효과가 높은 볼 밸브 또는 세그먼트 볼 밸브가 널리 사용되는 추세에 있다. 여기서, 볼 밸브는 볼 부재의 형상이 구형으로 형성된 것이고, 세그먼트 볼 밸브는 볼 부재의 형상이 구형의 일부(예를 들어, 반구형)로 형성된 밸브를 말한다.

볼 밸브는 중앙을 관통하는 유로가 형성된 구면을 갖는 볼 부재가 밸브 몸체의 중앙부 챔버 내에 설치되어, 개방 상태에서는 볼 부재에 형성된 관통공을 통해 유로를 서로 연통시키고, 폐쇄 상태에서는 볼 부재가 개방 상태로부터 회전하여 볼의 구면으로 유로를 막아 차단시키도록 구성된다. 이 때, 폐쇄 상태에서 밀봉 성능을 향상시키기 위하여, 볼 부재의 주변에 시트 홀더가 설치되고, 시트 홀더와 볼 부재의 사이에는 나일론 등의 소프트한 재질로 형성되는 시트가 개재된다.

그러나, 밸브는 유로를 선택적으로 개방하거나 차단하도록 설치되어 주기적으로 유지 보수를 위한 점검이 행해지며, 경우에 따라서는 볼 부재의 교체가 필요하다. 그런데, 밸브 몸체에서 볼 부재를 따로 분리하기 위해서는 유로를 연결하는 밸브를 유로로부터 분리하여 일일히 분해해야 하므로, 유지 보수 및 교체 공정에 소요되는 시간이 오래 소요되고 까다로운 작업이 수반되는 문제가 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인이 출원하여 특허등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1363283호에 따르면, 축선 방향으로 돌출된 돌기를 구비한 시트 홀더 리테이너와 상기 돌기와 접촉하는 나선면이 형성된 가이드 리테이너를 구비하여, 시트 홀더 리테이너의 회전에 따라 가이드 리테이너와 시트 홀더 리테이너 사이의 간격이 변동하는 형태로 볼 부재와 시트의 밀봉 상태를 해제하거나 밀봉시키는 구성이 개시되어 있다.

그러나, 상기 탑 엔트리 볼 밸브는 시트 홀더 리테이너에 나선면(공보의 도면부호 : 152s)을 정교하게 가공하는 공정이 매우 까다로워서 가공 불량률이 높아지는 문제가 있을 뿐 아니라, 시트 홀더 리테이너의 나선면의 경사도에 가공 오차가 발생되면 시트 홀더 리테이너의 회전이 부자연스러워 작업자의 유지 관리가 어렵고 오랜 시간이 소요되며, 볼 부재와 시트의 밀봉 및 해제 공정을 작업자가 직접 시트 홀더 리테이너를 적당한 각도만큼 회전시켜 행하므로 작업자의 숙련도에 따라 볼 부재와 시트의 밀봉 상태가 달라져 볼 밸브의 일정한 밀봉 상태로 셋팅하여 신뢰성있는 작동 성능을 보장하는 데 한계가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 볼 밸브의 양측의 연결 배관을 분해하지 않으면서 유동을 개폐하는 볼 부재의 유지 관리 및 교체 공정이 가능해지는 것을 다른 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 볼 부재의 보수 및 교체를 하기 위한 각 부품의 가공이 까다롭지 않아 가공 불량률을 낮추는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 볼 밸브의 부품의 가공 오차가 발생되더라도, 가공 오차에 민감하게 볼 부재의 보수 및 교체 공정을 불편하거나 까다롭게 저해하지 않는 것을 목적으로 한다.

무엇보다도, 본 발명은, 볼 부재의 보수 및 교체 공정에 따른 볼 부재와 시트의 밀봉 상태 및 그 해제 상태가 작업자의 숙련도에 따라 민감하게 변동되지 않고 균일하게 관리됨으로써 볼 밸브의 균일한 작동 상태를 보장하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 짧은 시간 내에 볼 밸브의 볼 부재의 작동 상태를 점검하고 교체가 필요한 경우에도 교체에 소요되는 시간을 단축하고 정확하게 행해지며, 보수 및 교체 공정이 행해진 다음에 볼 밸브의 작동 상태가 항상 일정하게 유지되게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 챔버를 구비하고, 상기 챔버와 연통되는 제1유로, 제2유로가 형성되고, 상측에 개구가 형성된 밸브 몸체와; 상기 제1유로와 상기 제2유로를 연통공을 통해 서로 연통시키는 개방 위치와, 상기 제1유로와 상기 제2유로가 연통되지 않도록 막는 폐쇄 위치에 위치할 수 있도록 회전 가능하게 상기 챔버 내에 설치되고, 상기 폐쇄 위치에서는 상기 제1유로와 상기 제2유로 중 하나 이상의 유로를 구면이 접촉하여 밀폐시키는 것에 의하여 상기 제1유로와 상기 제2유로가 연통되는 것을 막고, 상기 개구보다 작은 단면으로 형성된 볼 부재와; 상기 제1유로, 상기 제2유로 중 어느 하나 이상에 설치되어, 상기 볼 부재가 폐쇄 위치에 있는 경우에 상기 구면을 가압하는 시트와; 상기 볼 부재를 향하는 면에 상기 시트가 노출되게 고정한 상태로 보유하고 있는 시트 홀더와; 상기 시트 홀더의 외주면을 감싸는 형태로 배열되고 상기 시트 홀더의 축선 방향으로 이동 가능하게 형성되고, 상기 시트 홀더의 외주면과 상기 밸브 몸체와 함께 밀폐 공간을 형성하여, 상기 시트 홀더와 축선 방향으로 간섭되게 형성되어 상기 밀폐 공간 내의 압력이 높아지면 상기 시트 홀더에 접근하는 축선 방향으로 이동하여 상기 시트 홀더를 상기 볼 부재를 향하여 밀어내고, 외주면에 돌출부가 형성되어 상기 밀폐 공간이 팽창한 상태에서 외주면에는 상기 몸체의 축선 방향의 선단면과 상기 돌출부의 사이에 틈새 공간을 형성하는 스프링 홀더와; 상기 밀폐 공간에 기체를 주입하거나 배출시켜 상기 밀폐 공간의 압력을 조절하는 압력 조절부를; 포함하여 구성되고, 상기 볼 부재는 상기 개구를 통해 상기 밸브 몸체 내부로 삽입되어 조립되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브를 제공한다.

이와 같이, 압력 조절부로부터 미리 셋팅된 압력으로 압축된 질소가스나 압축 공기를 스프링 홀더와 밸브 몸체의 사이에 형성된 밀폐 공간에 공급하여, 밀폐 공간이 팽창하면서 스프링 홀더가 볼 부재를 향하여 이동하고, 동시에 스프링 홀더와 축선 방향으로 간섭되게 배치되는 시트 홀더도 스프링 홀더와 함께 볼 부재를 향하여 이동함으로써, 시트 홀더의 시트가 밀폐 공간의 압력에 의해 밀려 이동하면서 볼 부재의 표면에 항상 정해진 힘으로 밀착되므로, 볼 부재와 시트의 밀착 상태를 항상 일정하게 관리할 수 있다.

또한, 밀폐 공간 내에 압축 공기를 주입하는 대신에 질소 가스를 주입하므로, 밀폐 공간 내의 압력을 보다 높게 제어할 수 있다. 따라서, 스프링 홀더를 축선 방향으로 밀어 이동시키는 힘을 크게 발휘할 수 있다.

무엇보다도, 작업자의 힘이나 기타 기술을 이용하지 않고 미리 셋팅된 압력으로 질소 가스를 밀폐 공간 내에 공급하는 것에 의하여, 시트가 볼 부재에 밀착된 상태로 되게 하므로, 작업자의 숙련도에 무관하게 시트와 볼 부재의 밀봉 상태를 항상 균일하고 정확하게 셋팅시킬 수 있다. 따라서, 작업자의 관리가 보다 간편하고 일관되게 행해질 수 있게 된다.

그리고, 원주 방향을 따라 일정한 경사도로 형성된 나선면이 없이도 시트 홀더를 축선 방향으로 자유 자재로 이동시킬 수 있게 되고, 스프링 홀더 등의 부품들이 모두 절삭 장치나 연삭 장치의 가공면에 수직한 방향이나 평행한 방향을 기준면으로 기계 가공될 수 있는 형태이므로, 시트 홀더나 스프링 홀더 등의 부품 가공이 용이해지고 저렴하면서 가공 불량률도 낮출 수 있게 된다.

여기서, 상기 밀폐 공간 내의 압력이 높아져 시트가 볼 부재에 밀착된 상태를 반 영구적으로 고정하기 위하여, 스프링 홀더와 밸브 몸체 사이의 틈새 공간에 끼워지는 끼움 부재를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이를 통해, 밀폐 공간 내의 압력이 완전히 제거된 상태가 되거나 낮아지더라도 시트와 볼 부재의 밀착 상태를 신뢰성있게 유지할 수 있다.

그리고, 상기 스프링 홀더와 상기 시트 홀더의 사이에는 스프링이 개재되어, 상기 밀폐 공간 내의 압력이 낮아지거나 완전히 제거된 상태에서, 상기 끼움 부재가 끼워지면, 상기 스프링 홀더로부터 상기 시트 홀더를 상기 볼 부재를 향하여 미는 힘이 작용하여, 시트와 볼 부재 사이의 밀착 상태를 장시간 동안 안정적으로 지속할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 스프링 홀더가 시트 홀더의 플랜지와 간섭되면서 볼 부재를 향하여 함께 축선 방향으로 이동 가능하게 배치되고, 스프링 홀더와 밸브 몸체의 사이에 밀폐 공간을 형성하며, 압력 조절부로부터 미리 셋팅된 압력의 질소 가스나 압축 공기를 스프링 홀더와 밸브 몸체의 사이에 형성된 밀폐 공간 내에 공급하는 것에 의하여, 밀폐 공간이 팽창하면서 스프링 홀더를 밀어 볼 부재를 향하여 이동하게 하고, 스프링 홀더와의 축선 방향으로 간섭되게 배치된 시트 홀더도 스프링 홀더에 밀려 볼 부재를 향하여 밀려 이동하게 되어, 시트 홀더의 시트가 볼 부재의 표면에 정해진 힘으로 밀착됨으로써, 작업자의 숙련도에 무관하게 시트와 볼 부재의 밀봉 상태를 일정하게 유지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 본 발명은 압력 조절부에 의하여 정해진 셋팅 압력으로 링 형태로 형성된 밀폐 공간 내에 정해진 압력의 질소 가스나 압축 공기를 공급하는 것에 의하여, 스프링 홀더에 의하여 시트 홀더의 시트를 볼 부재의 표면에 정확하게 밀착시킬 수 있으며, 이 때 스프링 홀더와 밸브 몸체의 사이에 벌어진 틈새 공간에 끼움 부재로 밀착 상태를 물리적으로 고정시킴으로써, 밀폐 공간 내에 공급된 압력을 제거한 상태로 시트 홀더의 시트와 볼 부재의 밀착 상태를 그 다음의 유지 보수를 할 때까지 장시간 동안 안정되게 유지할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 압력 조절부에 의하여 밀폐 공간에 정해진 압력의 질소 가스나 압축 공기를 공급하는 것에 의하여 시트 홀더의 시트와 볼 부재의 밀착 상태를 구현하므로, 볼 부재를 교체하거나 유지 보수한 이후에 볼 부재와 시트의 밀착 상태를 작업자의 숙련도에 무관하게 일정한 상태로 셋팅할 수 있으며, 압력 조절부로부터 밀폐 공간에 정해진 압력의 질소 가스나 압축 공기를 주입하거나 빼는 것을 조작하는 것에 의해서도 볼 부재와 시트의 밀착 상태를 정확히 제어할 수 있으므로, 작업자의 관리가 보다 간편하고 일관되게 행해질 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

부수적으로, 본 발명은 볼 밸브의 주요 구성인 시트 홀더, 스프링 홀더 등의 부품이 모두 가공 장치의 가공축에 평행하거나 수직한 형태의 면으로만 형성되므로, 종래의 나선면과 같이 까다로운 기계 가공 공정을 필요로 하는 부분이 배제되므로, 부품의 기계 가공이 용이하고 가공 불량률도 낮출 수 있는 잇점도 얻어진다.

또한, 본 발명은 밸브 몸체에 볼 밸브를 꺼낼 수 있는 크기의 개구가 밸브 몸체의 상측에 형성됨으로써, 시트 홀더가 볼 부재를 향하여 가압되는 상태로부터 해제된 자유 상태로 쉽게 조작한 후, 개구로 볼 부재만을 상방으로 꺼내는 탑엔트리(top entry) 방식으로 구성됨에 따라, 볼 밸브의 양측에 배열된 배관으로부터 볼 밸브를 분리시키지 않으면서, 동시에 볼 밸브의 밸브 몸체 등의 부품을 분해하지 않고서, 볼 부재만을 꺼내어 유지보수 또는 교체 작업을 간단히 행할 수 있어서, 볼 밸브의 유지 보수 및 교체 공정에 소요되는 시간과 인력을 최소화할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해, 시트 홀더가 볼 부재의 구면을 가압하는 상태를 해제함으로써, 탑 엔트리 방식으로 볼 밸브를 구성하면서도, 볼 부재의 유지 보수를 위해 시트와 볼 부재의 밀착 상태 및 해제 상태로 쉽고 일정하게 조작할 수 있으므로, 볼 밸브의 유지 관리가 간편해지고 볼 밸브의 작동 품질도 일정하게 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 밸브의 외관을 도시한 사시도,
도2는 도1의 볼 밸브의 분해 사시도,
도3은 도1의 볼 밸브의 종단면 사시도,
도4는 도1의 종단면도,
도5는 시트가 볼 부재에 밀착하게 이동하는 상태로서 도3의 'A'부분의 확대도,
도6은 시트 홀더가 볼 부재로부터 멀어진 상태로서 도3의 'B'부분의 확대도,
도7은 본 발명의 도4의 'C'부분의 확대도,
도8은 도6에 적용 가능한 끼움 부재의 정면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 밸브(100)에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 밸브의 외관을 도시한 사시도, 도2는 도1의 볼 밸브의 분해 사시도, 도3은 도1의 볼 밸브의 종단면 사시도, 도4는 도1의 종단면도, 도5는 시트가 볼 부재에 밀착하게 이동하는 상태로서 도3의 'A'부분의 확대도, 도6은 시트 홀더가 볼 부재로부터 멀어진 상태로서 도3의 'B'부분의 확대도, 도7은 본 발명의 도4의 'C'부분의 확대도, 도8은 도6에 적용 가능한 끼움 부재의 정면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 밸브(100)는, 밸브의 외형을 형성하고 제1유로(88)와 제2유로(99)를 형성하고 인접한 배관(미도시)과 연결되는 플랜지(88a, 99a)가 구비된 밸브 몸체(110)와, 밸브 몸체(110)의 중앙부 챔버에서 회전 가능하게 설치되는 볼 부재(120)와, 볼 부재(120)의 회전에도 불구하고 기밀성을 유지하기 위하여 밸브 몸체(110) 내에서 볼 부재(120)의 구면(120s)을 가압하는 시트(134)와, 볼 부재(120)를 향하는 면에 시트(134)가 향하도록 시트(134)를 노출시킨 상태로 고정하여 보유하고 있는 시트 홀더(130)와; 시트 홀더(130)의 외주면을 감싸는 형태로 배열되어 밸브 몸체(110)와의 사이에 링 형태로 위치한 밀폐 공간(Vc)의 압력에 따라 시트 홀더(130)의 걸림 플랜지(135)에 간섭되어 볼 부재(120)를 향하거나 멀어지는 축선 방향으로 시트 홀더(130)와 함께 이동하는 스프링 홀더(140)와, 시트 홀더(130)에 대하여 스프링 홀더(140)를 볼 부재(120)로부터 멀어지는 방향으로 미는 탄성 복원력이 작용하는 스프링(150)과, 밀폐 공간(Vc)의 압력에 의하여 스프링 홀더(140)가 볼 부재(120)를 향하여 이동하여 스프링 홀더(140)와 밸브 몸체(110)의 사이에 생긴 링 형태의 틈새 공간(Cv)을 메워 시트 홀더(130)의 위치를 고정하는 끼움 부재(160)와, 스프링 홀더(140)의 일측에 마련된 밀폐 공간(Vc)에 정압이나 부압을 공급하는 압력 조절부(180)를 포함하여 구성된다.

상기 밸브 몸체(110)는 금속 소재로 형성되고 중앙부에 볼 부재(120)가 위치하는 챔버가 형성된다. 그리고 볼 부재(120)의 상측에는 덮개(115)에 의해 개폐되는 개구(115a)가 형성된다. 개구(115a)는 볼 부재(120)를 넣고 뺄 수 있을 정도로 볼 부재(120)의 단면보다 크게 형성된다. 밸브 몸체(110)의 저면에는 볼 부재(120)의 회전 중심을 자리잡아주는 받침대가 볼 부재(120)의 중심부(120y)를 수용하여, 볼 부재(120)가 정해진 하나의 위치에서 회전하도록 안내한다.

상기 볼 부재(120)는 밸브 몸체(110)의 챔버에 위치하며 조작부(170)에 의하여 회전 가능하게 위치한다. 볼 부재(120)는 중앙부에 연통공(120a)이 형성되어, 제1유로(88)와 제2유로(99)에 대해 연통공(120a)이 평행으로 배열되면 유동을 허용하고, 제1유로(88)와 제2유로(99)에 대해 연통공(120a)이 수직으로 배열되면 유동을 차단한다.

상기 시트(134)는 볼 부재(120)의 구면(120s)을 가압하여 볼 부재(120)와 시트 홀더(130) 사이의 틈새로 유체가 새는 것을 방지한다. 제1유로(88)와 제2유로(99)와 연통되는 볼 부재(120)의 양측에 시트(134)가 위치하며, 시트(134)는 시트 홀더(130)가 볼 부재(120)를 대향하는 면의 홈(130a)에서 위치 고정된 상태로 볼 부재(120)를 향하도록 위치한다.

상기 시트 홀더(130)는 볼 부재(120)의 양측에 각각 배열되며, 볼 부재(120)와 맞닿는 면에는 원주 방향으로 홈(130a)이 형성되고, 이 홈에 나일론 등의 소프트한 소재로 형성된 시트(134)가 끼워져, 시트(134)에 의해 시트 홀더(130)는 볼 부재(120)의 구면(120s)에 접촉한다. 이에 의하여, 시트(134)가 마모에 의해 닳더라도 지속적으로 장기간 동안 안정되게 볼 부재(120)를 가압하여 기밀성을 유지할 수 있다.

상기 스프링 홀더(140)는 시트 홀더(130)의 외주를 감싸는 형태로 형성되며, 시트 홀더(130)에 대하여 상대적으로 축선 방향(제1유로와 제2유로를 연결하는 방향)으로 이동 가능하게 설치된다. 스프링 홀더(140)의 끝단은 시트 홀더(130)의 걸림 플랜지(135)와 스프링(150)을 매개로 간섭되는 간섭 플랜지(145)가 볼 부재(120)를 향하는 일면에 형성되어, 스프링 홀더(140)가 볼 부재(120)로 근접 이동하면, 스프링 홀더(140)의 간섭 플랜지(145)와 시트 홀더(130)의 돌출 플랜지(135)가 스프링(150)을 사이에 두고 간섭되어, 시트 홀더(130)도 스프링 홀더(140)와 함께 볼 부재(120)를 향해 이동한다.

동시에 스프링 홀더(140)의 간섭 플랜지(145)의 축선 바깥(볼 부재로부터 멀어지는 쪽)에는 밸브 몸체(110)와 링 형태의 틈새 공간(Cv)이 형성된다. 도5 및 도6에 도시된 바와 같이 스프링 홀더(140)가 볼 부재(120)를 향하여 이동하면 틈새 공간(Cv)이 벌어지고, 스프링 홀더(140)가 볼 부재(120)로부터 멀어지는 바깥 방향으로 이동하면 틈새 공간(Cv)이 좁아진다.

그리고, 스프링 홀더(140)와 접하는 밸브 몸체(110)의 내측에는 스프링 홀더(140)의 바깥측 일부 둘레를 감싸는 연장부(117)가 형성되어, 스프링 홀더(140)의 간섭 플랜지(145)와 밸브 몸체(110)의 연장부(117)의 사이에 링 형태의 밀폐 공간(Vc)이 마련된다. 즉, 밀폐 공간(Vc)은 시트 홀더(130)의 외주면과, 스프링 홀더(140)의 간섭 플랜지(145)의 바깥면과, 밸브 몸체(110)의 연장부(117)의 끝단 및 내주면으로 둘러싼 공간으로 형성된다.

외기가 밀폐 공간(Vc) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 스프링 홀더(140)의 내주면과 외주면에 오링(78)이 설치되고, 동시에 밸브 몸체(110)의 내주면과 시트 홀더(130)의 외주면의 사이에도 오링(79)이 설치된다. 그리고, 밸브 몸체(110)에는 밀폐 공간(Vc)과 연통하는 가스 플러그(116)가 설치되여, 외부의 압력 조절부(180)로부터 정해진 압력의 질소 가스나 압축 공기를 가스 플러그(116)를 통해 밀폐 공간(Vc) 내에 원활히 공급할 수 있게 된다.

이와 같이, 스프링 홀더(140)의 일측에 밀폐 공간(Vc)을 형성하고, 밀폐 공간(Vc) 내에 정해진 압력의 질소 가스를 공급하여 밀폐 공간(Vc)을 팽창시키는 것에 의하여, 스프링 홀더(140)를 축선 방향으로 이동시켜 시트 홀더(130)와 간섭되면서 시트 홀더(130)의 시트(134)와 볼 부재(120)의 밀착 상태를 구현하므로, 볼 부재(120)를 교체하는 등의 유지 보수 공정 이후에 볼 부재(120)에 시트(134)를 밀착시키는 셋팅하는 공정이 작업자의 숙련도에 무관하게 균일하게 행해질 수 있다.

상기 스프링(150)은 스프링 홀더(140)의 플랜지(145)에 형성된 다수의 홈(145a)에 단부가 안착되어, 시트 홀더(130)와 스프링 홀더(140) 사이에 개재되어 압축된 상태로 설치된다. 이에 따라, 시트 홀더(130)와 스프링 홀더(140) 사이의 간격이 서로 멀어지게 하는 탄성 복원력이 작용한다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 스프링(150)의 위치 고정을 위한 홈(145a)은 스프링 홀더(140)와 시트 홀더(130)에 모두 형성될 수도 있고, 시트 홀더(130)에만 형성될 수도 있다.

이와 같이 스프링(150)이 설치됨에 따라, 시트(134)와 볼 부재(120)가 밀착되게 설치된 정상 작동 중인 상태에서는, 스프링 홀더(140)가 끼움 부재(160)에 의해 밸브 몸체(110)에 대하여 위치 고정된 상태이므로, 시트 홀더(130)와 스프링 홀더(140)의 사이에 압축된 상태인 스프링(150)이 스프링 홀더(140)에 일단이 지지된 상태로 볼 부재(120)를 향하여 시트 홀더(130)를 밀어내는 탄성 복원력을 작용한다. 이에 따라, 볼 밸브(100)의 정상 작동 중의 스프링(150)은 탄성 복원력에 의해 시트 홀더(130)와 볼 부재(120)의 밀착 상태를 보다 확실하게 유지하는 역할을 한다.

반대로, 시트 홀더(130)와 볼 부재(120)가 밀착되지 않은 유지 보수 중인 상태에서는, 스프링 홀더(140)가 시트 홀더(130)를 볼 부재(120)에 근접해지도록 미는 힘(Fc)이 제거되므로, 스프링(150)의 탄성 복원력(Fk)에 의하여 스프링 홀더(140)가 볼 부재(120)에 멀어지는 바깥 방향으로 밀려 이동하게 된다. 따라서, 스프링(150)은 시트 홀더(130)의 시트(134)와 볼 부재(120)의 구면(120s)의 밀착 상태를 해제하데 보조하는 역할도 한다.

상기 끼움 부재(160)는 스프링 홀더(140)와 밸브 몸체(110) 사이의 거리(z)가 최대인 때에, 다시 말하면, 시트 홀더(130)의 시트(134)와 볼 부재(120)가 밀착된 상태가 된 상태에서, 스프링 홀더(140)와 밸브 몸체(110)의 연장부(117) 선단면 사이에 링 형태의 틈새 공간(Cv) 내에 삽입되어 끼워지는 것에 의하여, 스프링 홀더(140)의 위치를 밸브 몸체(110)에 대하여 고정시킨다.

이와 같이, 끼움 부재(160)가 틈새 공간(Cv) 내에 삽입되어 위치함으로써, 스프링 홀더(140)를 미는 밀폐 공간(Vc) 내의 압력이 제거되더라도, 스프링 홀더(140) 및 시트 홀더(130)를 위치 고정하여, 시트 홀더(130)의 시트(134)와 볼 부재(120)의 밀착 상태를 유지시킬 수 있다. 이 때, 스프링(150)은 일단이 위치 고정된 스프링 홀더(140)에 지지된 상태로 볼 부재(120)를 향하여 시트 홀더(130)를 밀어내는 탄성 복원력을 작용시키므로, 시트 홀더(130)의 시트(134)와 볼 부재(120) 사이의 밀착 상태가 보다 견고히 유지된다.

끼움 부재(160)는 반드시 링 형태로 형성되지 않으며, 스프링 홀더(140)와 밸브 몸체(110) 사이의 틈새 공간(Cv)을 채워 스프링 홀더(140)를 밸브 몸체(110)에 대하여 위치 고정시키면 충분하다. 다만, 도8에 도시된 바와 같이, 끼움 부재(160)는 틈새 공간(Cv)에 삽입되는 두께로 형성되면서 개구(161a)가 형성된 링(161)으로 형성되고, 개구(161a) 사이의 간격(160d)을 조정 볼트(162)로 조정할 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통해, 볼 밸브(100)의 셋팅을 위해 끼움 부재(160)를 틈새 공간(Cv)에 끼우거나, 볼 부재(120)의 유지 관리를 위해 끼움 부재(160)를 틈새 공간(Cv)으로부터 분리하고자 하는 경우에, 조정 볼트(162)를 풀거나 조여 링(161)을 벌리거나 오무리는 것(160r)에 의해 틈새 공간(Cv) 내에 삽입하거나 빼 내는 것을 보다 용이하게 할 수 있다.

상기 조작부(170)는 작업자에 의해 회전하는 핸들(171)과, 핸들(171)의 회전 방향을 90도만큼 변경시키는 감속기(172)와, 감속기(172)의 종동축과 연동되어 회전하는 스템(174)으로 이루어진다. 스템(174)은 볼 부재(120)와 일체로 형성되거나 결합되어 볼 부재(120)와 함께 회전(174d)하며, 밸브 몸체(110)의 개구(115a)를 개폐하는 덮개(115)의 중앙공을 관통하여 감속기(172)까지 연장된다. 도면중 미설명 부호인 173은 덮개(115)와 스템(174)의 틈새 공간에 밀폐용 오링을 사이에 두고 개폐하는 부재이다.

상기와 같이 구성된 볼 밸브(100)의 유지 관리 공정을 마치고 시트 홀더(130)의 시트(134)를 볼 부재(120)에 밀착시켜 유로(88, 99)를 외기로부터 차단하는 정상 작동 상태로 셋팅하는 방법을 상술한다.

먼저, 도5에 도시된 바와 같이, 밸브 몸체(110)와 스프링 홀더(140)의 사이에 형성된 밀폐 공간(Vc) 내에 압력 조절부(180)로부터 미리 정해진 셋팅값의 압력(P1)의 질소 가스를 공급하여, 밀폐 공간(Vc)을 팽창시킨다. 밀폐 공간(Vc)의 팽창에 따라, 스프링 홀더(140)를 볼 부재(120)가 위치한 방향으로 밀어내는 힘(Fc)이 작용한다. 이 때, 스프링 홀더(140)는 축선 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있으므로, 밀폐 공간(Vc)의 팽창에 따른 힘(Fc)에 의해 스프링 홀더(140)는 볼 부재(120)가 위치한 방향으로 이동한다.

스프링 홀더(140)와 시트 홀더(130)의 사이에는 스프링(150)이 배치되지만, 밀폐 공간(Vc)의 팽창에 의한 힘(Fc)이 스프링(150)의 탄성 복원력(Fc)보다 더 크게 작용하므로, 밀폐 공간(Vc)은 축선 길이(x)가 길어지면서 팽창하고, 이에 따라 스프링 홀더(140)가 내측 축선 방향(140d1)으로 이동하면서 스프링(150)을 매개로 시트 홀더(130)의 걸림 플랜지(135)와 간섭되어, 스프링 홀더(140)와 간섭된 시트 홀더(130)도 내측 축선 방향(130d1)으로 밀려 이동된다. 이를 통해, 시트 홀더(130)의 시트(134)는 볼 부재(120)의 구면(120s)에 밀착된 상태가 된다.

이와 같이, 스프링 홀더(140)의 이동에 의해 틈새 공간(Cv)의 간격(z)이 끼움 부재(160)의 두께와 동일하거나 더 큰 상태가 되면, 틈새 공간(Cv)에 끼움 부재(160)를 끼우고 조정 볼트(162)와 고정 너트(163)로 조정하여 끼움 부재(160)가 틈새 공간(Cv)의 바깥으로 이탈되지 않게 조정한다.

그리고 나서, 압력 조절부(180)로부터 밀폐 공간(Vc) 내의 압력을 배출시켜 밀폐 공간(Vc) 내의 압력을 대기압과 동등한 수준으로 조정한다. 이를 통해, 시트 홀더(130)는 밀폐 공간(Vc)의 압력에 의해 위치 고정되지 않고, 끼움 부재(160)의 물리적 간섭에 의해 위치 고정되어, 과도한 힘으로 시트 홀더(130)를 볼 부재(120)에 밀착시키는 경우에 발생될 수 있는 틀어짐을 방지한다.

한편, 시트 홀더(130)의 시트(134)와 볼 부재(120)가 밀착된 정상 작동 상태로부터 볼 부재(120)의 유지 관리 공정을 위해 시트(134)와 볼 부재의 밀착 상태를 해제하고자 하는 경우의 작동 방법을 상술한다.

먼저, 밸브 몸체(110)와 스프링 홀더(140)의 사이에 형성된 밀폐 공간(Vc) 내에 압력 조절부(180)로부터 정압(P2)을 인가하여, 밀폐 공간(Vc)을 팽창시킨다. 밀폐 공간(Vc)의 팽창에 의하여 스프링 홀더(140)를 미는 힘(Fc)이 스프링(150)의 탄성 복원력(Fk)을 이기면, 스프링 홀더(140)는 볼 부재(120)를 향하여 밀려 이동하게 된다. 이 때, 틈새 공간(Cv)과 끼움 부재(160) 사이에 약간의 틈새가 발생되므로, 틈새 공간(Cv)으로부터 끼움 부재(160)를 빼낸다.

그리고 나서, 압력 조절부(180)로부터 인가되던 정압(P2)을 제거하면, 밀폐 공간(Vc)은 스프링(150)의 탄성 복원력(Fk)에 의해 밀려 수축하면서, 스프링 홀더(140)를 외측 축선 방향(140d2)으로 이동된다. 이에 따라, 시트 홀더(130)의 시트(134)가 볼 부재(120)의 구면(120s)에 밀착되기 위한 힘이 모두 제거된다.

따라서, 작업자는 볼 부재(120)로부터 시트 홀더(130)를 작은 힘으로 밀어내고, 볼 부재(120)를 밸브 몸체(110)의 상측에 위치한 개구(115a)를 통해 조작부(170)와 함께 분해하여 점검하거나 유지 보수 및 교체할 수 있다.

이렇듯, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 밸브(100)는, 스프링 홀더(140)가 시트 홀더(130)의 플랜지(135)와 간섭되면서 볼 부재(120)를 향하여 함께 축선 방향으로 이동 가능하게 배치되고, 스프링 홀더(140)와 밸브 몸체(110)의 사이에 밀폐 공간(Vc)을 형성하며, 압력 조절부(180)로부터 미리 셋팅된 압력(P1)의 질소가스나 압축 공기를 밀폐 공간(Vc) 내에 공급하는 것에 의하여, 밀폐 공간(Vc)의 팽창에 따른 힘(Fc)으로 스프링 홀더(140)를 통해 시트 홀더(130)의 시트(134)가 볼 부재(120)에 밀착시킴으로써, 작업자의 숙련도에 무관하게 정해진 셋팅 압력으로 시트(134)와 볼 부재(120)의 밀봉 상태를 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 시트(134)와 볼 부재(120)의 밀착 상태를 끼움 부재(160)를 틈새 공간(Cv)에 끼워 물리적으로 위치 고정시킴에 따라, 밀폐 공간(Vc)으로부터 압력을 제거하여도 반 영구적으로 시트 홀더(130)와 볼 부재(120)의 밀착 상태를 안정되고 신뢰성있게 유지할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100, 100': 볼 밸브 110: 밸브 몸체
120: 볼 부재 130: 시트 홀더
134: 시트 135: 걸림턱
140: 스프링 홀더 150: 스프링
160: 끼움 부재 170: 조작부
180: 압력 조절부 Vc: 밀폐 공간
Cv: 틈새 공간

Claims (5)

1. 챔버를 구비하고, 상기 챔버와 연통되는 제1유로, 제2유로가 형성되고, 상측에 개구가 형성된 밸브 몸체와;
   상기 제1유로와 상기 제2유로를 연통공을 통해 서로 연통시키는 개방 위치와, 상기 제1유로와 상기 제2유로가 연통되지 않도록 막는 폐쇄 위치에 위치할 있도록 회전 가능하게 상기 챔버 내에 설치되고, 상기 폐쇄 위치에서는 상기 제1유로와 상기 제2유로 중 하나 이상의 유로를 구면이 접촉하여 밀폐시키는 것에 의하여 상기 제1유로와 상기 제2유로가 연통되는 것을 막고, 상기 개구보다 작은 단면으로 형성된 볼 부재와;
   상기 제1유로, 상기 제2유로 중 어느 하나 이상에 설치되어, 상기 볼 부재가 폐쇄 위치에 있는 경우에 상기 구면을 가압하는 시트와;
   상기 볼 부재를 향하는 면에 상기 시트를 보유하고 있는 시트 홀더와;
   상기 시트 홀더의 외주면을 감싸는 형태로 배열되고 상기 시트 홀더의 축선 방향으로 이동 가능하게 형성되고, 상기 시트 홀더의 외주면과 상기 밸브 몸체와 함께 밀폐 공간을 형성하여, 상기 시트 홀더와 축선 방향으로 간섭되게 형성되어 상기 밀폐 공간 내의 압력이 높아지면 상기 시트 홀더에 접근하는 축선 방향으로 이동하여 상기 시트 홀더를 상기 볼 부재를 향하여 밀어내고, 외주면에 플랜지가 형성되어 상기 밀폐 공간이 팽창한 상태에서 외주면에는 상기 밸브 몸체의 축선 방향의 선단면과 상기 플랜지의 사이에 틈새 공간을 형성하는 스프링 홀더와;
   상기 밀폐 공간에 기체를 주입하거나 배출시켜 상기 밀폐 공간의 압력을 조절하는 압력 조절부와;
   상기 밀폐 공간 내의 압력이 높아진 상태에서 상기 틈새 공간에 끼워지는 끼움 부재를;
   포함하여 구성되어, 상기 밀폐 공간 내의 압력이 낮아지거나 완전히 제거되더라도 상기 끼움 부재에 의하여 상기 시트 홀더의 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 밀폐 공간 내에는 질소 가스나 압축 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
   
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 스프링 홀더와 상기 시트 홀더의 사이에는 스프링이 개재되어, 상기 밀폐 공간 내의 압력이 낮아지고, 상기 끼움 부재가 끼워지면, 상기 스프링 홀더로부터 상기 시트 홀더를 상기 볼 부재를 향하여 미는 힘이 작용하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 압력 조절부는 상기 시트 홀더가 상기 볼 밸브에 밀착할 때에 미리 정해진 압력을 상기 밀폐 공간으로 공급하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
   
   
   
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