KR101642069B1 - 게이트 밸브 - Google Patents

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KR101642069B1 KR1020147032953A KR20147032953A KR101642069B1 KR 101642069 B1 KR101642069 B1 KR 101642069B1 KR 1020147032953 A KR1020147032953 A KR 1020147032953A KR 20147032953 A KR20147032953 A KR 20147032953A KR 101642069 B1 KR101642069 B1 KR 101642069B1
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하르트무트 쿠보트
라인하르트 클림프케
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케이에스비 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 하우징(1)을 구비한 게이트 밸브에 관한 것으로서, 상기 하우징(1) 안에는 두 개의 시트 링(20)들이 배치되고, 상기 시트 링(20)들 사이에는 두 개의 슬라이드 플레이트(12)들이 배치되며, 상기 슬라이드 플레이트들은 작동 장치(7)에 의하여 상기 두 개의 시트 링(20)들과 접촉될 수 있다. 본 발명에 따르면, 각각의 슬라이드 플레이트(12)는 각기 다른 슬라이드 플레이트(12)를 대면하는 측부에 오목부(28)를 구비하고, 상기 오목부 안에는 개별의 압력 패드(22a, 22b)가 배치되며, 각각의 압력 패드(22a, 22b)는 각각의 다른 압력 패드를 대면하는 측부에 요부(34, 37)를 구비하고, 상기 요부들(34, 37)은 함께 내부에 스프링 조립체(23)가 수용되는 챔버(40)를 형성하며, 또한 각각 제1 스프링 힘과 제1 스프링 편위(first spring deflection)를 가진 복수의 원형 판 스프링(41)들과 각각 제2 스프링 힘과 제2 스프링 편위를 가진 복수의 원형 판 스프링(42)들을 포함하되, 상기 제1 스프링 힘은 제2 스프링 힘보다 크고, 제1 스프링 편위는 제2 스프링 편위보다 작다.

Description

게이트 밸브{Gate valve}
본 발명은 하우징을 구비한 게이트 밸브에 관한 것인데, 상기 하우징 안에는 두 개의 시트 링들이 배치되고, 상기 시트 링들 사이에는 두 개의 밸브 플레이트들이 배치되며, 상기 밸브 플레이트들은 작동 장치를 통해서 상기 두 개의 시트 링들과 지탱 접촉(bearing contact)될 수 있고, 상기 밸브 플레이트들은 쐐기 형상을 형성하도록 플레이트 홀더에 배치된다.
이와 같은 유형의 게이트 밸브는 일반적으로 알려져 있으며, 많은 기술분야에서 채택된다.
DE 1 230 279 B 에는 쐐기 형상의 방식으로 배치되고 서로에 대해 기울임(tilting) 가능하게 연결되는 밸브 플레이트들을 구비한 게이트 밸브가 개시되어 는데, 여기에서는 하우징 안에 있는 시트들과 함께 작동하는 밸브 플레이트들이 복수의 스프링들을 거쳐서 밸브에 지지되고, 상기 스프링들은 밸브 플레이트들의 원주에 걸쳐서 분포되고 또한 스프링들을 통하여 연장된 육각 스크류(hexagon screw)들에 의해 사전응력(prestress)을 받도록 되어 있어서, 밸브 플레이트들이 자신의 끝 위치(end position)에 도달하기 전에 짧은 동안에만 시트들에 대해 지탱된다. 상기 육각 스크류들에 의하여 특정 힘과 특정 이동(specific travel)이 미리 결정된다.
그러나 그 결과, 상기 밸브 플레이트들이 시트 링들로부터 들어올려진 후에는 제 위치를 벗어나서 덜그럭거릴 수 있다. 이와 같은 밸브 플레이트들의 바람직하지 못한 벗어남의 결과로서, 밸브가 다시 닫히는 때에 밸브 플레이트들의 밀봉면(sealing face)들 또는 시트 링들의 밀봉면들이 손상될 수 있다. 또한, 밸브 플레이트들의 원주에 걸쳐서 많은 수의 스프링들을 배치하는 것이 매우 복접하고 높은 비용소모를 필요로 하게 된다. 스프링들이 많기 때문으로 인한 공차로 인하여, 밸브 플레이트들의 방위가 이상적인 설치 상태로 되지 않는다.
본 발명은, 게이트 밸브가 밸브 플레이트들이 서로 쐐기 형태로 되는 위치로 움지이지 않으면서, 높은 차압(differential pressure)과 낮은 차압 모두에서 밀봉할 수 있으며, 비용면에서 효과적이고 신뢰성있게 작동하는 게이트 밸브를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 각각의 밸브 플레이트가 다른 밸브 플레이트를 대면하는 측부에 오목부(depression)를 구비하고, 각각의 오목부 안에는 압력 부재(pressure piece)가 배치되며, 각각의 압력 부재는 다른 압력 부재를 대면하는 측부에 요부(recess)를 구비하고, 상기 두 개의 요부들은 함께 원형 판 스프링 조립체(cup spring assembly)를 수용하는 공간을 형성하며, 상기 원형 판 스프링 조립체는: 각각이 제1 스프링 힘과 제1 스프링 편위(first spring deflection)를 갖는 복수의 원형 판 스프링들; 및 각각이 제2 스프링 힘과 제2 스프링 편위를 갖는 복수의 원형 판 스프링들;을 포함하고, 상기 제1 스프링 힘은 제2 스프링 힘보다 크고, 상기 제1 스프링 편위는 제2 스프링 편위보다 짧게 함으로써 달성된다.
의 원형 판 스프링의 상수들이 조합됨으로써, 즉 하나의 원형 판 스프링은 더 큰 힘과 짧은 편위를 가지고 다른 하나의 원형 판 스프링은 더 낮은 힘과 긴 편위를 가져서, 밸브 플레이트들의 안내가 시트 링들로부터 플레이트 홀더 및 안내 장치(예를 들어, 상기 하우징 안의 홈 또는 측방향 스트립)로 변화되는 전환 지점에서, 유체 유입유동 측과 유체 유출유동 측 간의 차압이 낮은 때에 밸브 플레이트들을 밀봉시키기위한 높은 스프링 힘을 얻는 것이 추가적으로 가능하다. 높은 힘은 폐쇄 작동의 가장 마지믹 순간에만 작용한다. 그 전에는, 원형 판 스프링들이 상대적으로 낮은 힘을 가지고 상대적으로 긴 편위만을 발생시킨다. 상기 낮은 힘은, 상기 시트 링들과 밸브 플레이트들 상의 마찰이 훨씬 낮다는 것을 의미하기도 한다. 나아가, 낮은 힘은 밸브 플레이트들이 플레이트 홀더 안에 수동적으로 잠겨짐(locked)을 가능하게 한다.
추가적인 실시예에서, 상기 압력 부재들은 각각 전체적으로 구체(sphere)의 세그먼트(segment)의 형태인 형상을 갖는 것으로서, 곡면(curved face) 및 상기 곡면의 반대측에 배치된 평탄면(plane face)을 구비한다.
본 발명에 따르면, 상기 밸브 플레이트들 각각에 형성된 오목부는 개별 압력 부재의 구체의 세그먼트의 형태인 형상에 대해 상보적인 형상을 갖는다.
상기 압력 부재들의 형상이 전체적으로 구체의 세그먼트의 형태를 가지고, 개별의 압력 부재가 삽입되는 오목부의 형상이 그에 대해 상보적이기 때문에, 상기 압력 부재들은 언제나 상기 밸브 플레이트들의 오목부들 안에 안착되어서 서로에 대해 최적인 방위를 갖게 된다.
상기 압력 부재들 중 하나의 평탄면에 제공된 상기 요부의 저부(bottom)로부터 상기 압력 부재의 곡면까지는 보어(bore)가 연장되고, 다른 압력 부재의 평탄면에 제공된 요부의 저부로부터 전술된 압력 부재의 보어 안으로는 핀(pin)이 연장되기 때문에, 상기 원형 판 스프링 조립체로부터 상기 압력 부재들로의 최적의 힘 전달이 가능하게 된다.
쐐기 유형 밸브의 작동상 신뢰성있는 거동을 위하여, 더 낮은 스프링 힘과 더 긴 스프링 편위를 갖는 원형 판 스프링들의 치수들은, 상기 원형 판 스프링들이 어떠한 정착 거동(setting behavior)없이 함께 가압되어 블록(block)을 형성할 수 있도록 설계된다.
이상적으로는, 높은 스프링 힘을 가진 원형 판 스프링들의 높은 스프링 힘의 크기가, 상기 게이트 밸브가 완전히 또는 거의 완전히 폐쇄 위치에 있는 때에만 시트 링들의 단부면들에 작용하도록 정해져서, 상기 밸브 플레이트들과 시트 링들 상에서의 마찰이 훨씬 적게 된다.
유리하게는, 상기 원형 판 스프링들의 스프링 힘들이, 차압(differential pressures)이 낮은 때에 상기 시트에 대한 필요한 표면 압력이 원형 판 스프링 힘들에 의하여 가해지도록 설계되어서, 게이트 밸브가 신뢰성있게 차단(shut off)함이 보장된다.
본 발명의 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있는바, 이에 관하여는 아래에서 보다 상세히 설명하기로 한다. 도면들에서:
도 1 에는 본 발명에 따른 게이트 밸브가 도시되어 있고;
도 2 에는 도 1 의 게이트 밸브의 일부분이 도시되어 있되, 밸브 플레이트들이 통과유동(throughflow)이 방지되는 위치에 있는 상태에서 하우징을 절개한 모습이 도시되어 있으며;
도 3 에는 도 2 의 게이트 밸브의 상세도가 도시되어 있고;
도 4 에는 밸브 플레이트들이 통과유동이 가능하게 되는 위치에 있는 상태에서 게이트 밸브의 상세도가 도시되어 있다.
도 1 에는 유체 운반 시스템(fluid-carrying system)용 게이트 밸브가 도시되어 있는바, 상기 게이트 밸브는 실질적으로 모난(angular) 형태의 하우징 부분(2)과 실질적으로 원통형인 하우징 부분(3)을 구비한 하우징(1)을 갖는다. 상기 하우징 부분(2)과 하우징 부분(3)은 서로 일체로 연결된다. 상기 하우징 부분(2)에는 (도시되지 않은) 파이프 또는 라인 요소들에의 연결을 위한 두 개의 파이프 연결 부재(pipe connection piece; 4)들이 형성된다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 하우징 부분(3)은 하우징 부분(2)으로부터 실질적으로 90°의 각도로 상방향으로 연장된다. 하우징(1)은, 하우징 부분(3)의 자유 단부에서 커버(5)에 의하여 폐쇄된다. 커버(5)에는 새클(shackle; 6)이 체결되어 있는바, 상기 새클은 더 상방향으로 연장되며, 새클 상에는 작동 장치(7)가 장착된다.
전기 모터(8) 및 핸드휠(hand wheel; 9) 둘 다에 의하여 작동가능한 작동 장치(7)가 스핀들(spindle; 10)을 회전축(A) 주위로 회전가능하게 구동하며, 도 2 에는 하우징(1)의 내부 안으로 들어와 았는 상기 스핀들의 단부가 도시되어 있다. 상기 하우징(1) 내부에 배치된 스핀들(10)의 상기 단부는 플레이트 홀더(11)에 나사결합된다. 상기 플레이트 홀더(11)는 실질적으로 링과 유사한 구조를 갖는바, 도면에 도시된 바와 같이 스핀들(10)에 연결된 플레이트 홀더(11)의 상측 영역은 스핀들(10)로부터 멀리 향하는 하측 영역보다 넓은 폭을 갖도록 설계되어서, 상기 플레이트 홀더(11)의 두 개의 단부면(end face)들이 서로에 대해서 그리고 회전축(A)에 대해서 기울어지게 연장된다. 두 개의 밸브 플레이트(12)들은 플레이트 홀더(11)에서 쐐기 형상을 형성하도록 배치된다. 본 실시예에서, 밸브 플레이트(12)들은, 플레이트 홀더(11) 안에서 일 단부면으로부터 다른 단부면까지 연장된 요부(13) 안에 삽입되되, 베이오넷(bayonet) 체결과 유사한 방식으로 여기에서 바람직하게는 90°인 특정 각도로 회전되어서, 밸브 플레이트(12)들에 형성된 돌출부들(14, 15)이 하측 경계벽(17) 안에 있는 간극(clearance; 16)과 요부(13)의 상측 경계벽(19) 안에 있는 간극(18) 안으로 각각 들어간다. 작동 구동부(actuating drive; 7)가 작동되면, 스핀들(10)이 밸브 플레이트(12)들을 상방향으로 움직이게 하여 개방 위치로 되게 하거나, 또는 밸브 플레이트(12)들을 상기 하우징 부분(2) 안에 배치된 시트 링(20)들의 자유 단부면들에 대해 지탱 접촉(bearing contact)하게끔 움직여서 폐쇄 위치로 되게 한다. 도 1 에 도시되고 새클(6) 안에 제공된 유지 부재(retaining piece; 21)를 조정함으로써, 밸브에서의 잼(jam) 발생이 방지된다. 유지 부재(21)는 스핀들이 하우징(1) 안으로 들어가는 움직임을 제한하는 정지 수단으로서의 역할을 한다. 도시된 게이트 밸브의 실시예에서, 시트 링(20)들은 하우징 부분(2) 안에서 끝나는 파이프 연결 부재(4)들의 영역(미도시)에 용접된다.
상기 플레이트 홀더(11) 안에 움직일 수 있게 설치된 두 개의 밸브 플레이트(12)들은 두 개의 교환가능한 압력 부재들(22a, 22b)에 대해 지지된다. 상기 두 개의 압력 부재들(22a, 22b)은 원형 판 스프링 조립체(23)에 의하여 서로로부터 멀리 밀려지고, 그 결과로 상기 쐐기 유형의 밸브가 도 2 에 도시된 바와 같은 폐쇄 위치에 있는 때에는 밸브 플레이트(12)들이 밸브 플레이트(12)들을 대면하는 시트 링(20)들의 단부면들에 대해 가압된다. 개방 위치에서는, 상기 돌출부들(14, 15)이 간극들(16, 18)을 형성하는 벽들(24, 25, 26, 27)에 대하여 가압된다. 따라서, 시트 링(20)들과의 접촉이 더 이상 없게 되는 때의 밸브 플레이트(12)들의 덜그럭거림이 방지된다. 압력 부재들(22a, 22b)은 전체적으로 구체의 세그먼트 형태인 형상을 가지며, 밸브 플레이트들(12) 안의 홈통(trough)과 유사하고 상보적으로 형성된 오목부(28)들 안에 배치되는바, 특히 서로를 대면하는 밸브 플레이트(12)들의 그 측부들 상에 배치된다.
밸브 플레이트(12)들의 플레이트 홀더(11) 안에서의 비틀림은 플레이트 홀딩 링(plate holding ring; 29)에 의하여 방지된다. 차단 부품(shut-off part)들의 비틀림을 방지하기 위하여, 플레이트 홀더(11)는 안내 장치들에 의하여 안내됨이 바람직한데, 상기 안내 장치가 여기에 도시되지는 않았으나 예를 들면 하우징(1) 안에 있는 적어도 하나의 홈 또는 측방향 스트립(lateral strip)들이 이에 해당될 수 있다.
도 3 에는 압력 부재들(22a, 22b)들과 원형 판 스프링 조립체(23)가 상세히 도시되어 있는바, 도 2 의 밸브 플레이트(12)들은 상기 원형 판 스프링 조립체(23)의 도움을 받아서 시트 링(20)들에 대해 가압된다. 상기 압력 부재들(22a, 22b)의 배치는 밸브를 통한 유체의 통과유동이 방지되는, 도 2 에 도시된 상기 밸브 플레이트(12)들의 위치에 대응된다.
압력 부재들(22a, 22b)은 전체적으로 구체의 세그먼트 형태인 형상을 가지는바, 압력 부재(22a)의 경우에는 곡면(30) 및 곡면(30) 반대측에 놓인 평탄면(31)을 구비하고, 압력 부재(22b)의 경우에는 곡면(32) 및 곡면(32) 반대측에 놓인 평탄면(33)을 구비한다. 도 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 게이트 밸브가 폐쇄된 경우에도 압력 부재들(22a, 22b)은 서로 막힘 위치(blocked-together position)에 있지 않게 되는바, 즉 압력 부재들(22a, 22b)의 평탄면들(31, 33)이 서로 접촉하지 않는다. 이로 인하여 밸브 플레이트(12)들이 서로에 대해 걸림이 방지되는바, 이는 밸브 플레이트(12)들이 서로에 대하여 항상 탄성적으로 배치되기 때문이다. 상기 압력 부재(22b)의 평탄면(33)에는 요부(34)가 형성되는데, 그 요부의 저부(35)로부터 곡면(32)까지 감소되는 직경의 보어(36)가 연장된다. 상기 압력 부재(22a)의 평탄면(31)에는 요부(37)가 형성되는데, 그 요부의 저부(38)로부터 핀(39)이 형성되어 압력 부재(22b)의 보어(36) 안으로 연장된다. 상기 서로 대향되게 배치된 요부들(34, 37)과 핀(39)은 공간(40), 특히 고리형인 공간을 형성하는바, 이 안에는 원형 판 스프링 조립체(23)가 수용된다. 핀(39)은 원형 판 스프링 조립체(23)를 지지함과 동시에 압력 부재들(22a, 22b)이 서로에 대하여 변위가능하도록 안내하는 역할을 한다. 원형 판 스프링 조립체(23)는, 각각이 제1 스프링 힘(first spring force)과 제1 스프링 편위(first spring deflection)를 갖는 복수의 원형 판 스프링(41)들과 각각이 제2 스프링 힘과 제2 스프링 편위를 갖는 복수의 원형 판 스프링(42)들을 포함한다. 상기 제1 스프링 힘은 제2 스프링 힘보다 크고, 제1 스프링 편위는 제2 스프링 편위보다 짧다. 따라서, 파이프 연결 부재(4)들을 대면하는 밸브 플레이트(12)들의 측부들에서의 차압이 낮은 때에 시트 상에서, 즉 시트 링(20)들의 단부면들에서 필요한 표면 압력은 상기 원형 판 스프링들의 힘에 의해서 가해진다고 할 수 있다. 또한, 더 낮은 스프링 힘과 더 긴 스프링 편위를 가진 원형 판 스프링(42)들의 치수들은, 어떠한 정착 거동없이 서로 가압되어 블록을 형성할 수 있도록 설계된다.
도 4 에는 밸브 플레이트(12)들이 시트 링(20)들로부터 들려진 때의 상태에 있는 압력 부재들(22a, 22b)의 모습이 도시되어 있다. 도 4 를 도 3 과 비교하면, 주로 원형 판 스프링(42)들이 기여하고 약간은 원형 판 스프링(41)들이 기여하여 구현되는 거리(s)가 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 원형 판 스프링(41)들의 스프링 힘은, 게이트 밸브가 완전히 또는 거의 완전히 폐쇄 위치에 있는 때에만 시트 링(20)들의 단부면들에 작용한다.
1: 하우징 28: 오목부
2: 하우징 부분 29: 플레이트 홀딩 링
3: 하우징 부분 30: 곡면
4: 파이프 연결 부재 31: 평탄면
5: 커버 32: 곡면
6: 새클 33: 평탄면
7: 작동 장치 34: 요부
8: 전기 모터 35: 저부
9: 핸드휠 36: 보어
10: 스핀들 37: 요부
11: 플레이트 홀더 38: 저부
12: 밸브 플레이트 39: 핀
13: 요부 40: 공간
14: 돌출부 41: 원형 판 스프링
15: 돌출부 42: 원형 판 스프링
16: 간극 17: 경계벽
A: 회전축 18: 간극
s: 거리 19: 경계벽
20: 시트 링 21: 유지 부재
22a: 압력 부재 22b: 압력 부재
23: 원형 판 스프링 조립체 24, 25, 26, 27: 벽

Claims (7)

  1. 하우징(housing)을 구비한 게이트 밸브로서, 상기 하우징 안에는 두 개의 시트 링(seat ring)들이 배치되고, 상기 시트 링들 사이에 배치된 두 개의 밸브 플레이트(valve plate)들은 작동 장치(actuating device)에 의하여 상기 두 개의 시트 링들과 지탱 접촉(bearing contact)될 수 있으며, 상기 밸브 플레이트(12)들은 쐐기(wedge) 형상을 형성하도록 플레이트 홀더(plate holder; 11)에 배치되고,
    각각의 밸브 플레이트(12)는 다른 밸브 플레이트(12)를 대면하는 측부에 오목부(depression; 28)를 구비하고, 각각의 오목부 안에는 압력 부재(pressure piece; 22a, 22b)가 배치되며, 각각의 압력 부재(22a, 22b)는 다른 압력 부재를 대면하는 측부에 요부(recess; 34, 37)를 구비하고, 상기 두 개의 요부들(34, 37)은 함께 원형 판 스프링 조립체(cup spring assembly; 23)를 수용하는 공간(40)을 형성하며,
    상기 원형 판 스프링 조립체는: 각각이 제1 스프링 힘과 제1 스프링 편위(first spring deflection)를 갖는 복수의 원형 판 스프링(41)들; 및 각각이 제2 스프링 힘과 제2 스프링 편위를 갖는 복수의 원형 판 스프링(42)들;을 포함하고, 상기 제1 스프링 힘은 제2 스프링 힘보다 크고, 상기 제1 스프링 편위는 제2 스프링 편위보다 짧은 것을 특징으로 하는, 게이트 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 부재들(22a, 22b)은 각각 전체적으로 구체(sphere)의 세그먼트(segment)의 형태인 형상을 갖는 것으로서, 곡면(curved face; 30, 32) 및 상기 곡면의 반대측에 배치된 평탄면(plane face; 31, 33)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 게이트 밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밸브 플레이트(12)들 각각에 형성된 오목부(28)는 개별 압력 부재(22a, 22b)의 구체의 세그먼트의 형태인 형상에 대해 상보적인 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 게이트 밸브.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압력 부재들 중 하나(22b)의 평탄면(33)에 제공된 상기 요부(34)의 저부(bottom; 35)로부터 상기 압력 부재(22b)의 곡면(32)까지는 보어(bore; 36)가 연장되고,
    다른 압력 부재(22a)의 평탄면(31)에 제공된 요부(37)의 저부(38)로부터 상기 압력 부재(22b)의 보어(36) 안으로는 핀(pin; 39)이 연장되는 것을 특징으로 하는, 게이트 밸브.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    더 낮은 스프링 힘과 더 긴 스프링 편위를 가진 상기 원형 판 스프링(42)들의 치수들은, 상기 원형 판 스프링(42)들이 어떠한 정착 거동(setting behavior) 없이 함께 가압되어 블록(block)을 형성할 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 게이트 밸브.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    높은 스프링 힘을 가진 원형 판 스프링(41)들의 높은 스프링 힘의 크기는, 상기 게이트 밸브가 폐쇄 위치에 있는 때에만 시트 링(20)들의 단부면들에 작용하도록 정해지는 것을 특징으로 하는, 게이트 밸브.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    파이프 연결 부재(4)를 대면하는 밸브 플레이트(12)들의 측부들에서의 차압(differential pressures)이 낮은 때에 상기 시트 링(20)들의 단부면들에서 필요한 표면 압력은 상기 원형 판 스프링들(41, 42)의 스프링 힘들에 의하여 가해지도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 게이트 밸브.
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