KR101630478B1 - 볼 체크 밸브 - Google Patents

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KR101630478B1
KR101630478B1 KR1020117023036A KR20117023036A KR101630478B1 KR 101630478 B1 KR101630478 B1 KR 101630478B1 KR 1020117023036 A KR1020117023036 A KR 1020117023036A KR 20117023036 A KR20117023036 A KR 20117023036A KR 101630478 B1 KR101630478 B1 KR 101630478B1
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세이지 야마시따
다께시 이와모또
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아사히 유키자이 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 유체의 통수시에 발생하는 볼의 진동을 방지하여, 소음의 발생을 억제하고, 유체의 유량이 감소하는 일이 없는 볼 체크 밸브를 제공하는 것이다. 내면 축선 방향으로 돌조부(2)가 형성된 2개의 개구부를 갖는 통 형상의 밸브 본체(1)와, 밸브 본체(1)의 상류측의 개구부에 돌조부(2) 단부면에 접촉하여 보유 지지된 보유 지지 링(9)과, 보유 지지 링(9)에 인접 또는 끼워 맞추어지는 시트 링(11)과, 돌조부(2)의 정지면(8)과 밸브 폐쇄 위치 사이를 진퇴 이동 가능하게 보유 지지되는 구 형상 밸브체(7)를 구비한다. 구 형상 밸브체(7)가 돌조부(2)의 정지면(8)에 접촉되어 있을 때의, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심 위치의 상기 축선에 직교하는 외주선과 밸브 본체(1) 내주면 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S1과, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심과 시트 링(11) 또는 보유 지지 링(9)의 하류측 내주선을 연결하는 선 상에 있어서의 구 형상 밸브체(7)와 보유 지지 링(9) 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S2의 관계를 S2＝0.45S1 내지 0.65S1로 한다.

Description

볼 체크 밸브{BALL CHECK VALVE}
본 발명은, 화학 공장, 상하수도, 농ㆍ수산업, 반도체 제조 분야, 식품 분야 등의 각종 산업의 배관 라인에 사용되는 볼 체크 밸브에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 유체의 통수시에 발생하는 볼의 진동을 방지하여, 소음의 발생을 억제하고, 유체의 유량이 감소하는 일이 없는 볼 체크 밸브에 관한 것이다.
종래, 도 6에 도시하는 바와 같은 역류 방지 밸브가 있었다(특허 문헌 1 참조). 그 구성은, 내부에 밸브체(101)가 이동 가능하게 수납되고, 일단부에 밸브체(101)의 빠져 나감을 방지하기 위한 빠짐 방지부(102)가 형성된 통 형상의 제1 하우징(103)과, 제1 하우징(103)의 타단부에 축선을 서로 일치시켜 장착되고, 밸브체(101)를 수용하는 시트면을 갖는 환 형상의 밸브 시트(104)가 형성된 통 형상의 제2 하우징(105)을 구비하고, 양 하우징(103, 105)의 서로 대향하는 단부면 사이에는, 양 하우징(103, 105) 사이를 밀봉하기 위한 환 형상의 제1 시일 부재(106)가 설치되어 있고, 밸브 시트(104)의 시트면 상에는, 밸브 시트(104)에의 밸브체(101)의 착좌 상태에서 밸브체(101)와 밸브 시트(104) 사이를 밀봉하기 위한 환 형상의 제2 시일 부재(107)가 설치되어 있고, 제1 하우징(103) 또는 제2 하우징(103) 중 어느 한쪽의 하우징에는, 제2 시일 부재(107)를 시트면을 향해 압박하기 위한 압박부(108)가 설치되어 있는 것이었다.
일본 특허 출원 공개 제2007-155118호 공보
그러나 상기 종래의 역류 방지 밸브는, 제1 하우징(103) 내주와 리브(109)에 의해 보유 지지된 밸브체(101) 사이를 유체가 통과할 때에 유체의 흐름이 흐트러지기 쉬워지고, 유체의 유량이 커짐에 따라서 흐름의 흐트러짐이 커져, 밸브체(101)에 진동이 발생될 우려가 있었다. 이것은 역류 방지 밸브를 수직으로 배관하여 하방으로부터 상방으로 유체를 흘리는 것을 순류(順流)로 하였을 때에 가장 발생하기 쉽고, 밸브체(101)는 자중에 의해 하방으로 떨어지려고 하지만 유체의 상방으로의 흐름에 의해 밀어 올려져 밸브체(101)는 부상(浮上)하고, 밸브체(101)가 제2 시일 부재(107)로부터 이격되어 개방되고, 이 개구 면적이 커지면 유체의 흐름은 밸브체(101) 외주면을 따라 제1 하우징(103) 내주와 리브(109)에 의해 보유 지지된 밸브체(101) 사이를 흐르기 때문에, 밸브체(101)를 상방으로 밀어 올리는 유체의 힘의 대부분은 밸브체(101)와 제2 시일 부재(107)의 개구부가 커짐에 따라 방사 형상으로 외측 방향으로 확산되어 버려, 밸브체(101)의 자중에 대해 밸브체(101)를 빠짐 방지부(102)에 접촉시킨 상태를 유지할 정도의 밀어 올리는 힘을 얻을 수 없어 리브(109)의 위치에서 부유한 상태에서 유체의 흐름의 흐트러짐을 받아 밸브체가 진동하는 것이다. 특히 제2 시일 부재(107)로부터 리브(109)의 빠짐 방지부(102)까지의 밸브체(101)의 이동 거리가 크면, 밸브체(101)가 부상한 후에 밸브체(101)를 상방으로 밀어 올리는 유체의 힘의 대부분이 방사 형상으로 외측 방향으로 확산되므로, 밸브체(101)가 안정되지 않아 유체의 흐트러짐에 의해 밸브체(101)가 제1 하우징(103) 내를 움직여 진동이 발생하기 쉬워진다고 하는 문제가 있었다. 역류 방지 밸브 내에서 밸브체(101)의 진동이 발생한 경우, 진동하는 밸브체(101)가 유체의 흐름을 방해해 버려, 역류 방지 밸브를 흐르는 유체의 유량이 저하되는 문제나, 진동에 의해 제1 하우징(103)과 밸브체(101)가 단속적으로 충돌하는 소리가 소음으로 되거나, 최악의 경우에는 진동에 의해 제1 하우징(103) 내부에서 밸브체(101)가 단속적으로 부딪힘으로써 역류 방지 밸브가 파손될 우려가 있는 문제나, 진동에 의해 밸브체(101)와 리브(109)가 부딪힘으로써 마모 변형되어, 밸브체(101)와 밸브 시트(104)의 접촉부의 간극으로부터 유체가 누설될 우려가 있는 등의 문제가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 유체의 통수시에 발생하는 볼의 진동을 방지하여, 소음의 발생을 억제하고, 유체의 유량이 감소하는 일이 없는 볼 체크 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 볼 체크 밸브의 구성을 설명하면, 내면 축선 방향으로 돌조부가 형성된 2개의 개구부를 갖는 통 형상의 밸브 본체와, 상기 밸브 본체의 상류측의 개구부에 상기 돌조부 단부면에 접촉하여 보유 지지된 보유 지지 링과, 상기 보유 지지 링에 인접 또는 끼워 맞추어져 배치되는 시트 링과, 상기 돌조부의 정지면과 상기 시트 링에 접촉하여 정지하는 밸브 폐쇄 위치의 사이를 진퇴 이동 가능하게 보유 지지되는 구 형상 밸브체를 구비하는 볼 체크 밸브에 있어서, 상기 구 형상 밸브체가 상기 돌조부의 정지면에 접촉되어 있을 때의, 상기 구 형상 밸브체의 무게 중심 위치의 상기 축선에 직교하는 외주선과 밸브 본체 내주면 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S1과, 상기 구 형상 밸브체의 무게 중심과 상기 시트 링 또는 보유 지지 링의 하류측 내주선을 연결하는 선 상에 있어서의 상기 구 형상 밸브체와 상기 보유 지지 링 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S2의 관계가, S2＝0.45S1 내지 0.65S1이고, 상기 구 형상 밸브체의 진퇴 이동 가능한 거리 m이, 상기 구 형상 밸브체의 직경 L에 대해 0.2L 내지 0.45L인 것을 제1 특징으로 한다.
삭제
상기 구 형상 밸브체가 상기 시트 링에 대해 정지하는 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 보유 지지 링이 접촉하는 상기 돌조부 단부면이, 상기 구 형상 밸브체의 무게 중심 위치의 상기 축선에 직교하는 외주선보다 상기 밸브 본체의 상류측에 위치하는 것을 제3 특징으로 한다.
상기 밸브 본체의 상류측의 개구부의 내주면에 나사 결합되고, 상기 돌조부 단부면과 상기 보유 지지 링 및 상기 시트 링을 끼움 지지하여 보유 지지하는 압박 링을 구비하는 것을 제4 특징으로 한다.
상기 시트 링 또는 상기 압박 링을 통해 상기 밸브 본체와 밀봉 상태로 유지되는 플랜지가 형성된 단관과, 상기 밸브 본체에 나사 결합함으로써 상기 플랜지가 형성된 단관을 상기 밸브 본체에 고정하는 캡 너트를 구비하는 것을 제5 특징으로 한다.
상기 시트 링 외주연에 형성된 환 형상 끼워 맞춤부가 상기 보유 지지 링 측면에 형성된 환 형상 홈에 끼워 맞추어지고, 상기 압박 링의 일단부면 또는 상기 플랜지가 형성된 단관의 플랜지부 측단부면이 상기 시트 링에 접촉하여 압박되는 것을 제6 특징으로 한다.
상기 보유 지지 링의 내면에, 상기 구 형상 밸브체의 직경보다 직경 축소된 테이퍼부가 형성되어 있는 것을 제7 특징으로 한다.
상기 밸브 본체의 하류측의 개구부 단부면에 형성된 환 형상 홈에 장착된 O링과, 상기 O링을 통해 상기 밸브 본체에 접하는 플랜지가 형성된 단관과, 상기 밸브 본체에 나사 결합함으로써 상기 플랜지가 형성된 단관을 상기 밸브 본체에 고정하는 캡 너트를 더 구비하는 것을 제8 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 도 1에 기초하여 설명한다. 본 발명에 있어서, 진동이라 함은, 구 형상 밸브체(7)가 밸브 본체(1) 내에서 진동하는 것을 말하고, 구 형상 밸브체(7)에 직접 관여하지 않는 유체의 흐름이나 그 밖의 외력 등의 요인에 의해 발생하는 떨림 등은 포함되지 않는다.
본 발명에 있어서, 밸브 본체(1)는 2개의 개구부를 가질 필요가 있다. 또한, 구 형상 밸브체는, 구 형상이고 밸브체로서 기능하는 것이면 타원 형상이나 편심된 형상이라도 좋지만, 진구 형상의 볼 형상인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 유로 개구 면적 S2는, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심과 시트 링(11) 내주선(시일 포인트)을 연결하는 선 상, 또는 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심과 보유 지지 링(9)의 하류측 내주선을 연결하는 선 상에 있어서의 구 형상 밸브체(7)와 보유 지지 링(9) 사이에 형성되는 양 유로 개구의 면적 중, 작은 쪽의 면적을 가리킨다. 도 1의 볼 체크 밸브의 경우, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심과 보유 지지 링(9)의 하류측 내주선을 연결하는 선 상에 있어서의 구 형상 밸브체(7)와 보유 지지 링(9) 사이에 형성되는 유로 개구의 면적의 쪽이 작으므로 유로 개구 면적 S2로 된다.
본 발명에 있어서, 시트 링(11)의 재질은 고무상의 탄성체이면 어느 것이라도 좋고, 에틸렌프로필렌 고무, 이소프렌 고무, 클로로프렌 고무, 클로로술폰화 고무, 니트릴 고무, 스티렌부타디엔 고무, 염소화 폴리에틸렌, 불소 고무 등이 적합한 것으로서 예로 들 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 있어서, 볼 체크 밸브의 밸브 본체(1), 구 형상 밸브체(7), 플랜지가 형성된 단관(17, 24), 캡 너트(20, 25), 보유 지지 링(9), 압박 링(14)의 재질은, 폴리염화비닐(이하, PVC라 기재함), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리스티렌, ABS 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌ㆍ퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등의 합성 수지나 철, 구리, 구리 합금, 황동, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속 등 어느 것이라도 좋다.
본 발명은 이상과 같은 구조를 하고 있고, 이하의 우수한 효과를 얻을 수 있다.
(1) 볼 체크 밸브의 통수시에 있어서의 구 형상 밸브체의 진동의 발생을 방지할 수 있다.
(2) 구 형상 밸브체의 이동 거리가 작아져 볼 체크 밸브를 콤팩트하게 형성할 수 있다.
(3) 구 형상 밸브체의 진동을 방지함으로써 진동에 의한 소음이 없어져, 통수시의 소음을 억제할 수 있다.
(4) 구 형상 밸브체의 진동을 방지함으로써 유량의 저하를 방지할 수 있어, 높은 Cv값을 얻어 대유량에 대응할 수 있다.
(5) 구 형상 밸브체의 진동에 의한 밸브 본체의 파손이 방지되므로, 볼 체크 밸브의 장기 사용이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 볼 체크 밸브의 일 실시 형태를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 1의 주요부 확대 종단면도이다.
도 4는 유로 개구의 면적 S2를 도시하는 주요부 확대 절결 사시도이다.
도 5는 S2/S1-Cv값 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 역류 방지 밸브를 도시하는 종단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면에 기초하여 설명하지만, 본 발명이 본 실시 형태에 한정되지 않는 것은 물론이다.
부호 1은 PVC제의 대략 중공 원통 형상의 밸브 본체로, 그 내측에는 3개의 돌조부(2)가, 축선을 따라 방사 형상으로 등간격으로 돌출되어 밸브 본체(1)와 일체적으로 설치되어 있다(도 2 참조). 밸브 본체(1)의 상류측(도 1에서는 하측)의 입구 개구부(3)의 구경은, 하류측(도 1에서는 상측)의 출구 개구부(4)의 구경보다도 크게 설치되고, 밸브 본체(1) 내부는 중앙부보다 약간 하류측을 향해 완만하게 직경 축소된 만곡면을 가진 구조로 되어 있다.
또한, 돌조부(2)는, 밸브 본체(1)의 입구 개구부(3)의 단부면으로부터 간격을 두고, 입구 개구부(3)의 내주면으로부터 대략 동일한 높이로 설치되어 있지만, 출구 개구부(4)의 부근에서 서서히 높이가 낮아져, 출구 개구부(4)와 대략 동일 직경으로 된다.
밸브 본체(1) 내주면에 대한 돌조부(2)의 높이 h(대략 동일한 높이로 설치된 부분)는, 구 형상 밸브체(7)의 직경 L에 대해 0.2L로 되도록 설치되어 있다. 또한, 돌조부(2)의 높이 h는 구 형상 밸브체(7)의 직경 L에 대해 0.1L 내지 0.3L로 설치하는 것이 적합하고, 0.15L 내지 2.5L로 설치하는 것이 보다 적합하다. 이것은 돌조부(2)를 유체가 충분히 흐르기 위한 개구 면적을 얻기 위해 0.1L 이상일 필요가 있고, 밸브 본체(1)가 지나치게 커지지 않도록 하여 유체의 흐름을 직선적으로 하기 위해 0.3L 이하일 필요가 있다. 또한, 돌조부(2)는 도 2에 도시하는 바와 같이 등간격으로 3개 설치되어 있지만, 그 수는 적어도 3개 이상이면 되고 특별히 한정되는 것은 아니다. 이 중, 돌조부(2)를 3개로 설치한 형상은 돌조부(2)에 치수 오차가 있었다고 해도 3점 보유 지지에 의해 확실하게 후기하는 구 형상 밸브체(7)를 보유 지지할 수 있으므로 보다 적합하다.
또한, 밸브 본체(1)의 출구 개구부(4)의 단부면에는 환 형상 홈(5)이 형성되고, 환 형상 홈(5)에는 O링(6)이 장착되어 있다.
부호 7은 PVC제의 볼인 구 형상 밸브체로, 밸브 본체(1)의 내부에서 돌조부(2)에 의해 축선을 따라 진퇴 이동 가능하게 보유 지지되어 있다. 구 형상 밸브체(7)는 밸브 본체(1)의 출구 개구부(4)의 구경보다도 큰 직경을 갖고, 유체의 흐름에 의해 구 형상 밸브체(7)가 하류측으로 가압되었을 때, 돌조부(2)의 정지면(8)에 접촉한 상태로 보유 지지된다. 이때, 구 형상 밸브체(7)의 진퇴 이동 가능한 거리 m, 즉 구 형상 밸브체(7)가 돌조부(2)의 정지면(8)에 접촉한 완전 개방 위치로부터, 구 형상 밸브체(7)가 후기하는 시트 링(11)에 접촉하여 정지하는 폐쇄 위치까지의 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심의 이동 거리(도 1 참조)가, 구 형상 밸브체(7)의 직경 L에 대해 0.33L로 되도록 형성되어 있다.
또한, 구 형상 밸브체(7)의 진퇴 이동 가능하는 거리 m은, 구 형상 밸브체(7)의 직경 L에 대해 0.2L 내지 0.6L의 범위에서 설치하는 것이 바람직하고, 0.3L 내지 0.45L의 범위에서 설치하는 것이 보다 바람직하다. 이것은, 이동 거리가 지나치게 적어지면 유체를 흐르게 하는 데 충분한 개구 면적을 얻을 수 없게 되므로 일정한 유량을 확보하여 유체를 흐르게 하기 위해 0.2L 이상이면 좋고, 밸브 본체(1)를 필요 이상으로 크게 하지 않고, 유체압에 의해 구 형상 밸브체(7)를 진동시키는 일 없이 돌조부(2)의 정지면(8)에 항상 압박시키기 위해 0.6L 이하이면 좋다. 이 이동 범위이면 구 형상 밸브체(7)의 이동량이 억제되어 밸브의 개폐를 행할 수 있으므로, 밸브의 치수가 억제되어, 밸브를 콤팩트하게 할 수 있다.
부호 9는 PVC제의 원환 형상 부재인 보유 지지 링이며, 외경이 밸브 본체(1)의 입구 개구부(3) 단부의 내경과 대략 동일 직경으로 설치되어 있고, 입구 개구부(3)로부터 삽입되어 일단부면이 상기 돌조부(2)의 입구 개구부(3)측 단부면에 접촉되어 배치되어 있다. 타단부면 내주측에는 후기 시트 링(11)이 끼워 맞추어지는 환 형상 홈(10)이 형성되어 있다. 보유 지지 링의 내경 d2는 구 형상 밸브체(7)의 직경 L에 대해 1.025L로 되도록 설치되어 있다(도 3 참조). 이 보유 지지 링(9)의 내경 d2는 구 형상 밸브체(7)의 직경 L에 대해 1.005L 내지 1.040L로 되도록 설치하는 것이 좋다.
부호 11은 고무제의 시트 링이며, 외주연부에 설치된 밸브 본체(1)의 축선 방향으로 돌출된 환 형상 끼워 맞춤부(13)와 내주 방향으로 돌출된 내측 플랜지부(12)가 일체로 된 단면 L자 형상으로 형성되어 있다. 내측 플랜지부(12)의 내주연은 단면 원호 형상으로 설치되어 있고, 또한 보유 지지 링(9)의 내경보다 축소되어 설치되어 있다. 또한, 외주연부의 통 형상 환 형상 끼워 맞춤부(13)는 보유 지지 링(9)의 환 형상 홈(10)에 끼워 맞추어진다.
부호 14는 원통 형상의 PVC제의 압박 링이며, 외주에는 밸브 본체(1)의 입구 개구부(3) 단부에 설치된 암형 나사부에 나사 결합되는 수형 나사부(15)가 형성되어 있다. 압박 링(14)이 밸브 본체(1)의 입구 개구부(3)에 나사 결합됨으로써, 압박 링(14)의 일단부면과 돌조부(2)의 입구 개구부(3)측 단부면 사이에 시트 링(11)과 끼워 맞추어진 보유 지지 링(9)이 끼움 지지되고, 또한 압박한 상태로 유지된다. 압박 링(14)의 일단부면 내주측에는 단차부(16)가 형성되어 있고, 따라서 압박 링(14)과 시트 링(11)의 내측 플랜지부(12)는 간극을 두고 보유 지지되어 있다. 이 간극은 내측 플랜지부(12)의 두께가 얇을 때에는 동등하거나 그 이하의 치수로 설치되어 있고, 적합하게는 1 내지 5㎜의 범위로 형성되어 있다. 또한, 압박 링(14) 외주는 O링을 개재시켜 밸브 본체(1) 내주면과 시일되어 있고, 압박 링(14)의 타단부면에는 O링(26)이 장착되는 환 형상 홈이 형성되어 있다. 또한, 압박 링(14)의 내경은 구 형상 밸브체(7)의 직경보다 작게 형성되어 있어, 밸브 폐쇄시에 구 형상 밸브체(7)가 압박 링(14)에 의해 빠져나가지 않도록 유지된다.
부호 17은 PVC제의 플랜지가 형성된 단관이며, 파이프 등이 접속되는 단관부(18)의 일단부에는 플랜지부(19)가 형성되어 있다. 또한, 단관부(18)의 타단부에는 플랜지부(도시하지 않음)를 설치해도 된다.
부호 20은 원통 형상의 PVC제의 캡 너트이며, 한쪽의 단부 내주에 밸브 본체(1) 양단부 외주에 설치된 수형 나사부(21)에 나사 장착되는 암형 나사부(22)가 형성되어 있고, 다른 한쪽의 단부에는 내주 방향으로 돌출되는 내측 플랜지부(23)가 형성되어 있다. 캡 너트(20)는, 밸브 본체(1) 상류측에서는 압박 링(14)의 단부면에 O링(26)을 통해 플랜지가 형성된 단관(17)의 플랜지부(19) 단부면에 접촉하고, 밸브 본체(1)의 수형 나사부(21)에 나사 장착하여, 플랜지가 형성된 단관(17)과 밸브 본체(1)를 시일시킨 상태에서 고정한다.
또한, 밸브 본체(1) 하류측에서도 마찬가지로 밸브 본체(1)의 단부면에 O링(6)을 통해 플랜지가 형성된 단관(24)을 접촉하고, 캡 너트(25)에 의해 플랜지가 형성된 단관(24)과 밸브 본체(1)를 시일시킨 상태에서 고정한다.
여기서, 볼 체크 밸브의 치수의 관계에 대해 설명한다. 도 1의 실선으로 나타내는 바와 같이 구 형상 밸브체(7)가 돌조부(2)의 정지면(8)에 접촉되어 있을 때, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심 위치의 축선에 직교하는 외주선(27)과 밸브 본체 내주면(28) 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S1(도 2의 유로로 되는 부분의 면적)과, 구 형상 밸브체의 무게 중심과 시트 링(11) 또는 보유 지지 링(9)의 하류측 내주선을 연결하는 선 상에 있어서의 구 형상 밸브체(7)와 보유 지지 링(9) 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S2(도 4 참조)의 관계는, S2＝0.45S1 내지 0.65S1이 성립하는 범위 내로 할 필요가 있고, 보다 적합하게는 S2＝0.53S1 내지 0.63S1로 되도록 할 필요가 있다. 이것은, 유량이 저하되지 않을 정도로 유로 개구의 면적을 얻기 위해 0.45S1 이상일 필요가 있고, 구 형상 밸브체(7)를 돌조부(2)의 정지면(8)에 항상 압박시키기 위한 가압력을 유지하기 위해 0.65S1 이하일 필요가 있다. 유로 개구의 면적 S1은, 밸브 본체의 내경을 d1로 하고, 구 형상 밸브체의 직경을 L로 하면(도 3 참조), S1＝π/4×(d12-L2)-(돌조부의 단면적)×(돌조부의 수)로 산출되고, 유로 개구의 면적 S2는, 구 형상 밸브체(7)가 돌조부(2)의 정지면(8)에 접촉되어 있을 때의 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심으로부터 보유 지지 링(9)의 하류측 내주선의 거리를 R1, 상기 내주선의 위치로부터 축심까지의 거리를 r1로 하고, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심으로부터 구 형상 밸브체(7) 외주면까지의 거리를 R2, 상기 외주면의 위치로부터 축심까지의 거리를 r2로 하면(도 3 참조), S2＝π×(R1×r1-R2×r2)에 의해 원뿔대 측면의 표면적으로서 산출된다. 또한, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심으로부터 보유 지지 링(9)의 하류측 내주선의 거리보다 시트 링(11)의 시일 포인트까지의 거리의 쪽이 짧을 때에는 거리가 짧은 쪽을 R1로 하여 면적 S2를 산출한다.
구 형상 밸브체(7)가 시트 링(11)에 대해 정지하는 폐쇄 위치에 있을 때, 보유 지지 링(9)이 접촉하는 돌조부(2) 단부면이, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심 위치의 축선에 직교하는 외주선(27)보다 입구 개구부(3)측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 그 이유는, 폐쇄 상태로부터 구 형상 밸브체(7)가 출구 개구부(4)측으로 이동할 때에, 밸브의 개폐에 있어서의 타임래그가 발생하는 일 없이, 유로를 신속하게 개방시키기 위한 응답성을 좋게 하여, 구 형상 밸브체(7)의 적은 이동량으로 개구 면적을 크게 취하여, Cv값을 확보할 수 있기 때문이다.
또한, 본 실시 형태에서는 시트 링(11)을 보유 지지 링(9)에 끼워 맞춤시키고 있지만, 시트 링(11)과 보유 지지 링(9)은 끼워 맞춤시키지 않고 인접시켜도 된다(도시하지 않음. 이 경우, 시트 링의 형상은 다름). 또한, 시트 링(11)의 내측 플랜지부(12)의 두께는 시일성을 유지하는 범위에서 얇게 설치하면 좋고, 구 형상 밸브체(7)의 직경 L에 대해 0.05L 내지 0.1L의 범위의 두께인 것이 바람직하다. 이것은, 시트 링(11)에 구 형상 밸브체(7)가 접촉할 때에, 시트 링(11)이 크게 변형되는 일 없이 시일하기 위해 0.05L 이상이 좋고, 시트 링(11)에 구 형상 밸브체(7)가 파고 들어가는 것을 방지하기 위해 0.1L 이하가 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는 압박 링(14)을 사용하고 있지만, 압박 링(14)을 사용하지 않는 구성으로 해도 좋다(도시하지 않음). 이 경우, 시트 링(11)과 보유 지지 링(9)이 끼워 맞추어진 상태에서 시트 링(11)에 플랜지가 형성된 단관(17)의 플랜지부(19) 단부면을 접촉시키고, 캡 너트(25)에 의해 플랜지가 형성된 단관(24)과 밸브 본체(1)를 시일시킨 상태로 고정한다.
또한, 보유 지지 링(9)의 내주에는 상류측을 향해 점차 직경 축소되는 테이퍼부가 형성되어도 좋다(도시하지 않음). 이 경우, 테이퍼부에 구 형상 밸브체(7)를 접촉시켜 구 형상 밸브체(7)가 시트 링(11)에 깊게 파고들어가지 않아 시일에 가장 적합한 부분에서 보유 지지할 수 있다. 테이퍼부의 각도는 축선에 대해 10°내지 30°가 바람직하고, 볼 체크 밸브의 면 사이의 치수를 크게 하지 않기 위해 10°이상이 좋고, 최소 내경의 선단 부분이 구 형상 밸브체(7)에 닿는 일 없이 테이퍼부의 내주면에서 구 형상 밸브체(7)를 접촉시켜 구 형상 밸브체(7)의 손상을 방지시키기 위해 30°이하가 좋다. 테이퍼부를 형성하였을 때에는 보유 지지 링(9)의 최소 내경(테이퍼부의 최소 내경)은, 구 형상 밸브체(7)의 직경 L에 대해 0.9L 내지 0.97L로 되도록 직경 축소되어 있는 것이 바람직하다. 볼 체크 밸브 내부의 유로를 좁히지 않기 위해 0.9L 이상이 좋고, 보유 지지 링(9)을 구 형상 밸브체(7)에 확실하게 접촉시키기 위해 0.97L 이하가 좋다.
다음에, 본 발명의 볼 체크 밸브를 개폐시켰을 때의 작동에 대해 설명한다. 유체가 상류측으로부터 하류측으로 흐르고 있을(순류, 도 1에서는 하방으로부터 상방) 때, 구 형상 밸브체(7)는 도 1의 실선의 위치로 이동하고, 구 형상 밸브체(7)와 밸브 본체(1)의 돌조부(2) 사이에 형성된 유로를 통과하여 유체가 하류측으로 흐른다. 상류측으로부터의 유체가 정지하면, 구 형상 밸브체(7)는 하류측의 유체의 역류 압력에 의해 상류측으로 이동하고, 시트 링(11)에 압박됨으로써 폐지(閉止) 상태로 되어 유체의 역류를 방지한다(도 1의 파선의 상태). 폐지 상태에서 구 형상 밸브체(7)는 시트 링(11)의 내측 플랜지부(12) 내주연의 원호 형상 단면과 선 접촉에 의해 시일되어 있다. 압박 링(14)의 일단부면 내주측에 단차부(16)가 형성되어 있음으로써, 구 형상 밸브체(7)가 시트 링(11)에 접촉할 때에 시트 링(11)이 단차부(16)와의 간극에 의해 단차부(16)측으로 약간 휨으로써, 구 형상 밸브체(7) 외주면과 동등하게 시트 링(11)이 선 접촉에 의해 시일할 수 있다. 이에 의해 시트 링(11)의 치수 오차에 의한 간극의 발생 등을 방지할 수 있고, 역류 압력이 저압이라도 확실한 시일성을 얻을 수 있어, 유체의 누설이 방지된다. 또한, 접촉 면적이 작으므로 구 형상 밸브체(7)와 시트 링(11)의 마찰 저항이 감소하고, 유체가 순류로 되었을 때에 시트 링(11)으로부터의 구 형상 밸브체(7)의 이격을 좋게 하고, 밸브의 개폐에 있어서의 타임래그의 발생을 방지하여 유체의 흐름에 따른 응답성이 좋은 개폐를 행할 수 있다. 또한, 역류 압력이 높은 경우는 단차부(16)의 부분에서 시트 링(11)의 변형을 억제할 수 있어, 구 형상 밸브체(7)를 보유 지지할 수 있다.
여기서, 유체가 상류측으로부터 하류측으로 흐를(순류, 도 1에서는 하방으로부터 상방) 때, 유체는 구 형상 밸브체(7)를 밀어 올림으로써 유로를 개방하여 흐르고, 유체의 흐름은 구 형상 밸브체(7)와 보유 지지 링(9) 사이에 형성된 유로를 통해, 즉, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심 위치의 축선에 직교하는 외주선(27)과 밸브 본체(1) 내주면(28) 사이에 형성된 유로를 통해 출구 개구부(4)로부터 유출된다. 이때, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심 위치의 축선에 직교하는 외주선(27)과 밸브 본체(1) 내주면(28) 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S1에 대해 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심과 보유 지지 링의 하류측 내주선을 연결하는 선 상에 있어서의 구 형상 밸브체(7)와 보유 지지 링(9) 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S2의 쪽이 개구 면적은 작아지도록 설치되어 있으므로, 유로 개구의 면적 S2를 통과하는 유체는 하류측보다 상류측의 유체압의 쪽이 높아지므로, 이것과 유체의 흐름에 의해 구 형상 밸브체(7)를 밀어 올리는 방향으로의 강한 힘이 가압된다. 유체가 흐르고 있는 동안은 항상 상방으로 가압하는 힘을 유지한 상태로 되므로, 구 형상 밸브체는 항상 돌조부의 정지면에 압박된 상태로 되어 유체의 흐름의 흐트러짐에 의해 움직이는 일은 없어진다. 이에 의해, 구 형상 밸브체(7)가 밸브 본체(1)의 축선에 대해 진동하는 것이 방지된다.
다음에, 본 발명의 볼 체크 밸브에 있어서, 용량 계수, 진동, 소음에 대해 이하에 나타내는 시험 방법으로 평가하였다.
(1) 용량 계수 측정 시험
JIS B 2005-2-3 「공업 프로세스용 조절 밸브-제2부 : 흐름의 용량-제3절 : 시험 수순」에 있어서의 밸브의 용량 계수(Cv값)의 시험 방법에 준거하여, 수직 배관에서 입구 개구부(3)를 하측, 출구 개구부(4)를 상측을 향해 유체를 하방으로부터 상방으로 흐르도록 하고, 볼 체크 밸브의 상류측과 하류측의 압력과 유량을 측정하여, 용량 계수(Cv값)를 산출하였다.
(2) 진동의 유무의 확인
배관 접속된 볼 체크 밸브에 직접 손을 대어, 배관 내에 유체가 흐를 때에 발생하는 떨림을 제외하고 구 형상 밸브체의 진동이 발생하고 있지 않은지 촉진하였다.
(3) 소음의 유무의 확인
배관 접속된 볼 체크 밸브의 개소에서, 배관 내에 유체가 흐를 때에 발생하는 소리 이외에 진동에 의한 소음이 발생하고 있지 않은지 청진기를 사용하여 청음하였다.
또한, 본 시험에서 사용한 볼 체크 밸브는 호칭 직경이 40㎜인 것을 사용하였다. 또한, 호칭 직경 40㎜의 용량 계수 측정 시험에 있어서의 합격값은, 볼 체크 밸브가 사용되는 관로의 조건으로부터 Cv값이 50 이상인 것으로 하고, 55 이상을 보다 적합한 범위로 한다.
제1 실시예
도 1에 도시하는 바와 같은, 구 형상 밸브체(7)가 돌조부(2)의 정지면(8)에 접촉하고 있을 때의, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심 위치의 축선에 직교하는 외주선(27)과 밸브 본체(1) 내주면(28) 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S1과, 구 형상 밸브체(7)의 무게 중심과 보유 지지 링(9)의 하류측 내주선을 연결하는 선 상에 있어서의 구 형상 밸브체(7)와 보유 지지 링(9) 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S2의 관계가, S2＝0.45S1로 되는 본 실시 형태의 볼 체크 밸브를 사용하여, Cv값, 진동, 소음의 계측을 행하였다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
제2 실시예
제1 실시예와 마찬가지로, S2＝0.53S1로 되는 본 실시 형태의 볼 체크 밸브를 사용하여, Cv값, 진동, 소음의 계측을 행하였다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
제3 실시예
제1 실시예와 마찬가지로, S2＝0.59S1로 되는 본 실시 형태의 볼 체크 밸브를 사용하여, Cv값, 진동, 소음의 계측을 행하였다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
제4 실시예
제1 실시예와 마찬가지로, S2＝0.63S1로 되는 본 실시 형태의 볼 체크 밸브를 사용하여, Cv값, 진동, 소음의 계측을 행하였다. 시험 결과를 표 1에 도시한다.
[제1 비교예]
제1 실시예와 마찬가지로, S2＝0.37S1이 되는 본 실시 형태의 볼 체크 밸브를 사용하여, Cv값, 진동, 소음의 계측을 행하였다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
[제2 비교예]
제1 실시예와 마찬가지로, S2＝0.67S1로 되는 본 실시 형태의 볼 체크 밸브를 사용하여, Cv값, 진동, 소음의 계측을 행하였다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
[제3 비교예]
제1 실시예와 마찬가지로, S2＝0.91S1로 되는 본 실시 형태의 볼 체크 밸브를 사용하여, Cv값, 진동, 소음의 계측을 행하였다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112011076602940-pct00001
표 1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 및 제1 비교예에서는 진동이나 소음이 발생하지 않은 것에 대해, 제2, 제3 비교예에서는 진동이나 소음이 발생하였다. 또한 Cv값에서는 실시예는 합격값인 50을 클리어하고 있지만 비교예에서는 합격값에 충촉되지 않았다. 이것은, 제1 비교예에서는 S2의 개구 면적이 지나치게 작아졌기 때문에 유체의 흐름이 나빠져 Cv값이 낮아진 것이다. 제2 비교예 및 제3 비교예에서 유체를 흐르게 하기 위한 개구 면적은 충분히 얻어져 있지만, 구 형상 밸브체(7)의 진동이 발생함으로써 구 형상 밸브체(7)의 진동이 유체의 흐름의 방해로 되어 Cv값이 저하된 것이다.
도 5는 표 1로부터 S2/S1-Cv값 특성을 나타낸 것이지만, 도 5로부터 S2/S1에서 어느 일정값 이상으로 되면 급격한 Cv값의 저하가 보이고, 이곳을 경계로 진동이 발생하고 있다. 그로 인해, Cv값 50 이상이 합격 라인을 만족시키는 S2＝0.45 내지 0.65S1의 범위이면(도 5의 사선의 영역), Cv값이 높아 양호한 유량 특성을 얻을 수 있는 동시에 구 형상 밸브체(7)의 진동 및 소음의 발생을 방지할 수 있다. 나아가서는, S2＝0.53 내지 0.63S1의 범위이면, 보다 높은 Cv값을 얻을 수 있으므로 보다 적합하다. 이와 같이, 구 형상 밸브체(7)의 진동 및 소음이 해소됨으로써 구 형상 밸브체(7)의 마모는 저감되고, 양호한 유량을 얻을 수 있어, 장기적으로 시일성을 유지할 수 있다.
1 : 밸브 본체
2 : 돌조부
3 : 입구 개구부
4 : 출구 개구부
5 : 환 형상 홈
6 : O링
7 : 구 형상 밸브체
8 : 정지면
9 : 보유 지지 링
10 : 환 형상 홈
11 : 시트 링
12 : 내측 플랜지부
13 : 환 형상 끼워 맞춤부
14 : 압박 링
15 : 수형 나사부
16 : 단차부
17 : 플랜지가 형성된 단관
18 : 단관부
19 : 플랜지부
20 : 캡 너트
21 : 수형 나사부
22 : 암형 나사부
23 : 내측 플랜지부
24 : 플랜지가 형성된 단관
25 : 캡 너트
26 : O링
27 : 외주선
28 : 내주면

Claims (8)

  1. 내면 축선 방향으로 돌조부가 형성된 2개의 개구부를 갖는 통 형상의 밸브 본체와, 상기 밸브 본체의 상류측의 개구부에 상기 돌조부의 단부면에 접촉하여 보유 지지된 보유 지지 링과, 상기 보유 지지 링에 인접 또는 끼워 맞추어져 배치되는 시트 링과, 상기 돌조부의 정지면과 상기 시트 링에 접촉하여 정지하는 밸브 폐쇄 위치 사이를 진퇴 이동 가능하게 보유 지지되는 구 형상 밸브체를 구비하는 볼 체크 밸브에 있어서, 상기 구 형상 밸브체가 상기 돌조부의 정지면에 접촉되어 있을 때의, 상기 구 형상 밸브체의 무게 중심 위치의 상기 축선에 직교하는 외주선과 밸브 본체 내주면 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S1과, 상기 구 형상 밸브체의 무게 중심과 상기 시트 링 또는 보유 지지 링의 하류측 내주선을 연결하는 선 상에 있어서의 상기 구 형상 밸브체와 상기 보유 지지 링 사이에 형성되는 유로 개구의 면적 S2의 관계가, S2＝0.45S1 내지 0.65S1이고,
    상기 구 형상 밸브체의 진퇴 이동 가능한 거리 m이, 상기 구 형상 밸브체의 직경 L에 대해 0.2L 내지 0.45L인 것을 특징으로 하는, 볼 체크 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구 형상 밸브체가 상기 시트 링에 대해 정지하는 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 보유 지지 링이 접촉하는 상기 돌조부의 상기 단부면이, 상기 구 형상 밸브체의 무게 중심 위치의 상기 축선에 직교하는 외주선보다 상기 밸브 본체의 상류측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 볼 체크 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밸브 본체의 상류측의 개구부의 내주면에 나사 결합되고, 상기 돌조부의 상기 단부면과 상기 보유 지지 링 및 상기 시트 링을 끼움 지지하여 보유 지지하는 압박 링을 구비하는 것을 특징으로 하는, 볼 체크 밸브.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시트 링 또는 상기 압박 링을 통해 상기 밸브 본체와 밀봉 상태로 유지되는 플랜지가 형성된 단관과, 상기 밸브 본체에 나사 결합함으로써 상기 플랜지가 형성된 단관을 상기 밸브 본체에 고정하는 캡 너트를 구비하는 것을 특징으로 하는, 볼 체크 밸브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 시트 링 외주연에 형성된 환 형상 끼워 맞춤부가 상기 보유 지지 링 측면에 형성된 환 형상 홈에 끼워 맞추어지고, 상기 압박 링의 일단부면 또는 상기 플랜지가 형성된 단관의 플랜지부측 단부면이 상기 시트 링에 접촉하여 압박되는 것을 특징으로 하는, 볼 체크 밸브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보유 지지 링의 내면에, 상기 구 형상 밸브체의 직경보다 직경 축소된 테이퍼부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 볼 체크 밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 밸브 본체의 하류측의 개구부 단부면에 형성된 환 형상 홈에 장착된 O링과, 상기 O링을 통해 상기 밸브 본체에 접하는 플랜지가 형성된 단관과, 상기 밸브 본체에 나사 결합함으로써 상기 플랜지가 형성된 단관을 상기 밸브 본체에 고정하는 캡 너트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 볼 체크 밸브.
  8. 삭제
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