KR101674531B1 - 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크 및 이를 구비한 버터플라이밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스크가 저개도로 변화될 때 디스크의 중심부에 형성된 흡수재를 통해 물이 흡수되어 흡수재가 팽창하면서 디스크를 통과하는 유체의 유속을 저하시킴으로써 캐비테이션 현상을 방지할 수 있는 밸브 디스크 및 이를 구비한 버터플라이 밸브에 관한 것으로, 본 발명의 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크는, 유체가 유동하는 관로의 내측에 회전축을 중심으로 회전 운동하면서 관로를 개폐하는 원반형의 디스크바디와; 상기 디스크바디의 전방면에 결합되며, 중앙부에 개구부가 형성되어 있는 고정플레이트와; 상기 고정플레이트의 개구부를 폐쇄하도록 설치되며, 유체가 통과하는 다수의 미세 구멍이 형성된 투수성 재질로 이루어져, 상기 관로 내의 유체의 유속이 일정 크기 이상이 되면 유체가 투과하여 고정플레이트와 디스크바디 사이로 유입되면서 팽창하게 되는 흡수재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크 및 이를 구비한 버터플라이밸브{Anti-cavitation Valve Disk and Butterfly Valve Having the Same}

본 발명은 밸브의 유로를 개폐하는 디스크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스크의 전방면에 캐비테이션을 방지하기 위한 구조체를 구성하여 디스크가 유로를 개방하기 위하여 저개도로 변화될 때 유체의 유속을 저감시켜 캐비테이션 현상을 억제할 수 있도록 한 버터플라이 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 버터플라이 밸브는 원반형의 디스크를 회전시켜 유로를 개폐하는 구조로 이루어지는데, 주로 상수도, 하수도, 건물 등에 많이 사용된다. 이러한 버터플라이 밸브는 디스크가 닫힌 상태에서 열리기 시작할 경우에나 또는 비교적 적은 각도로 개방되어 유체의 흐름을 조절할 경우에 디스크 부분에서 유속이 급속히 증가하여 디스크 후면의 압력이 포화증기압 이하로 급격히 저하되고, 이에 따라 유체(물)내의 공기가 기포로 변하게 되는 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생하게 된다.

이러한 캐비테이션 현상은 소음 및 진동을 발생시키고, 디스크 및 관로를 침식시키는 문제점을 발생시키게 된다. 이러한 캐비테이션 현상을 저감시키기 위해서는 밸브의 디스크가 저개도(底開度)로 변화될 때 디스크 면과 면접되는 유체의 유속 흐름이 분산되도록 유도하여 유속을 저하시키는 기술이 개발이 요구된다.

대한민국 등록실용신안 제0256367호(2001년 11월 22일 등록)에는 디스크의 정면 상측부에 다수개의 통공을 갖는 원호형 다공 압력감쇄판을 설치하고, 디스크의 배면 하측부에 다수개의 유로 유도판이 고정됨과 아울러 다수개의 통공을 가지는 활형 다공 압력감쇠판을 부착하여, 유체가 상기 압력감쇄판과 유로유도판을 통과하면서 확산(diffuse)되도록 하여 유체의 유속을 떨어뜨리고, 이로써 밸브 내의 수압이 포화증기압 이하로 떨어지지 않도록 조절하여 캐비테이션 현상을 방지할 수 있도록 한 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치가 개시되어 있다.

이와 같이 기존에는 밸브의 내부 형상이나 디스크의 형상 변경을 통해 캐비테이션 현상을 억제하고 있으나, 이러한 형상 변경을 통한 캐비테이션 방지는 한계가 있다.

등록실용신안 제20-0256367호(2001년 11월 22일 등록) 등록실용신안 제20-0257281호(2001년 11월 30일 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 단순한 구성으로 이루어지며, 디스크가 저개도로 변화될 때 디스크의 중심부에 형성된 흡수재를 통해 물이 흡수되어 흡수재가 팽창하면서 디스크를 통과하는 유체의 유속을 저하시킴으로써 캐비테이션 현상을 방지할 수 있는 밸브 디스크 및 이를 구비한 버터플라이 밸브를 제공함에 있다.

상기와 같은 달성하기 위한 본 발명의 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크는, 유체가 유동하는 관로의 내측에 회전축을 중심으로 회전 운동하면서 관로를 개폐하는 원반형의 디스크바디와; 상기 디스크바디의 전방면에 결합되며, 중앙부에 개구부가 형성되어 있는 고정플레이트와; 상기 고정플레이트의 개구부를 폐쇄하도록 설치되며, 유체가 통과하는 다수의 미세 구멍이 형성된 투수성 재질로 이루어져, 상기 관로 내의 유체의 유속이 일정 크기 이상이 되면 유체가 투과하여 고정플레이트와 디스크바디 사이로 유입되면서 팽창하게 되는 흡수재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 밸브 디스크의 저개도 개방시 유체의 유속이 증가하게 되면 흡수재 내측으로 다량의 유체가 유입되면서 흡수재가 팽창하게 되고, 이에 따라 흡수재가 밸브 디스크의 전방면을 따라 유동하는 유체의 저항체로 작용하여 유체의 유속이 저감된다. 따라서 유체의 유속에 따라 흡수재의 형태가 자동으로 변형되어 유체의 유속을 조절할 수 있고, 캐비테이션 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 밸브 디스크는 디스크 바디에 고정플레이트와 흡수재가 설치된 간단한 구성으로 이루어지므로 간단한 구성으로 캐비테이션을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 밸브 디스크가 적용된 버터플라이 밸브의 일 실시예를 나타낸 단면도로, 밸브 디스크가 관로를 폐쇄한 상태이다.
도 2는 본 발명의 밸브 디스크가 관로를 저개도로 개방한 상태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 디스크의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 밸브 디스크의 단면도이다.
도 5는 도 3의 밸브 디스크의 흡수재가 유체를 흡수하기 이전의 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 3의 밸브 디스크의 흡수재가 유체를 흡수한 이후의 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 밸브 디스크의 셔터의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 셔터가 개구부를 폐쇄한 상태를 나타낸 정면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 밸브 디스크 및 이를 구비한 버터플라이밸브의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 밸브 디스크가 적용된 버터플라이 밸브의 일 실시예를 나타낸 것으로, 버터플라이 밸브는 전방면과 후방면이 개방된 원통 관 형태로 되어 유체가 흐르는 관로 상에 연결되는 밸브 바디(10)와, 상기 밸브 바디(10) 내측에 회전 가능하게 설치된 본 발명의 밸브 디스크(100)와, 상기 밸브 바디(10)의 외측에서 회전축(20)을 매개로 상기 밸브 디스크(100)의 디스크바디(110)에 연결되어 밸브 디스크(100)에 회전력을 전달하는 구동부를 포함한다.

여기서, 상기 구동부는 사람이 손으로 잡고 회전시키는 핸들일 수도 있으나, 전동기와 상기 전동기의 동력을 회전축(20)에 전달하는 기어나 벨트 등의 동력전달장치로 구성될 수 있다.

상기 밸브 디스크(100)는 상기 밸브 바디(10)의 내경과 대응하는 크기를 갖는 원반형으로 이루어져, 상기 구동부에 의해 밸브 바디(10) 내측에서 회전하면서 밸브 바디(10)의 통로를 개폐한다.

상기 밸브 디스크(100)는 관로 내를 유동하는 유체의 유속이 일정 속도를 초과하게 되면 팽창하면서 유속을 저감하여 캐비테이션 방지 기능을 갖도록 구성된다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 밸브 디스크(100)는 유체가 유동하는 관로의 내측에 회전축(20)을 중심으로 회전 운동하면서 관로를 개폐하는 원반형의 디스크바디(110)와, 상기 디스크바디(110)의 전방면에 결합되며 중앙부에 원형의 개구부(121)가 형성되어 있는 고정플레이트(120)와, 상기 고정플레이트(120)의 개구부(121)를 폐쇄하도록 설치되는 흡수재(130)와, 상기 디스크바디(110)의 전방면 가장자리와 상기 고정플레이트(120)의 후방면 가장자리 사이에 설치되는 링(ring) 형태의 실링재(140)를 포함한다.

상기 디스크바디(110)는 상기 밸브 바디(10)의 통로의 내경과 대응하는 직경을 갖는 원반형으로 이루어지며, 후방면에는 상기 회전축(20)이 삽입되면서 연결되는 축연결부(115)가 형성되어 있다. 상기 디스크바디(110)의 전방면 가장자리 부분에는 링 형태의 결합부(112)가 돌출되게 형성되고, 상기 결합부(112)에는 상기 고정플레이트(120)와의 결합을 위한 핀홀(113)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성되어 있다.

상기 디스크바디(110)의 전방면 중앙부는 후방으로 오목한 돔 형태로 이루어져 상기 흡수재(130)를 통해 유체가 고정플레이트(120)와 디스크바디(110) 사이로 흡수될 수 있게 되어 있다.

상기 고정플레이트(120)는 상기 디스크바디(110)의 직경과 대체로 일치하는 직경을 갖는 원반형으로 이루어지며, 중앙부에는 상기 흡수재(130)가 설치되는 원형의 개구부(121)가 개방되게 형성되어 있다. 상기 고정플레이트(120)의 후방면 가장자리에는 상기 디스크바디(110)의 핀홀(113)에 꼭 맞게 삽입되는 복수개의 고정핀(122)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성된다. 따라서 나사 등을 사용하지 않고 상기 고정플레이트(120)를 디스크바디(110)에 쉽고 견고하게 조립할 수 있다.

상기 실링재(140)는 고무 또는 실리콘과 같은 탄력성이 있는 수지 재질로 되어, 상기 결합부(112)의 외측에 끼워져 디스크바디(110)의 전방면 가장자리와 상기 고정플레이트(120)의 후방면 가장자리 사이를 밀폐시킴으로써 디스크바디(110)와 고정플레이트(120)사이로 유체가 유입되는 것을 방지하는 기능을 한다.

상기 흡수재(130)는 유체가 통과할 수 있는 다수의 미세 구멍이 형성된 투수성 재질로 이루어져, 상기 관로 내의 유체의 유속이 일정 크기 이상이 되면 유체가 투과하여 고정플레이트(120)와 디스크바디(110) 사이로 유입되면서 팽창하게 된다.

상기 흡수재(130)는 유체가 유입될 경우 팽창하고 유체가 유출되면 수축될 수 있는 신축이 가능한 탄성섬유로 만들어진 직물 재질로 이루어질 수 있으나, 이와 다르게 마이크로 스케일 또는 나노 스케일의 다수의 미세 구멍이 형성되어 있는 탄성 재질의 수지로 만들어질 수도 있다.

상기 흡수재(130)는 상기 디스크바디(110)의 전방면과 고정플레이트(120)의 후방면 사이에 배치되며, 흡수재(130)의 가장자리 부분은 고정플레이트(120)의 후방면 또는 디스크바디(110)의 전방면에 접착제 등으로 고정된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 밸브 디스크(100)는 다음과 같이 작동한다.

밸브 디스크(100)가 관로를 폐쇄한 상태에서 관로 내를 유동하는 유체의 유속이 느릴 경우에는 상기 흡수재(130)를 통해 유체가 거의 유입되지 않거나 유입되더라도 적은 양이 유입되어 흡수재(130)가 거의 팽창하거나 팽창 정도가 매우 작다(도 5 참조).

이 상태에서 관로를 개방하기 위하여 밸브 디스크(100)를 회전시켜 저개도로 개방하면, 관로 내의 유체가 밸브 바디(10)와 밸브 디스크(100)의 가장자리 사이의 공간으로 빠져 나가면서 유체의 유속이 급격히 증가하게 된다.

이에 따라 상기 흡수재(130) 내측으로 유체가 유입되면서 흡수재(130)가 돔 형태로 팽창하게 된다(도 6 참조). 이와 같이 흡수재(130)가 돔 형태로 팽창하게 되면 흡수재(130)가 저항체로 작용하여 밸브 디스크(100)의 전방면에 부딪히는 유체가 속도가 저감된다. 따라서 밸브 디스크(100)의 저개도 개방시 캐비테이션 현상이 방지될 수 있게 된다.

한편 상기 흡수재(130)를 통과하여 유체가 디스크바디(110) 내측으로 유입되어 흡수재(130)가 팽창할 때 과도한 유체 유입으로 인해 흡수재(130)가 찢어지거나 파손될 경우 고정플레이트(120)의 개구부(121)를 막는 것이 바람직하다. 이를 위해 도 7 및 도 8에 도시한 것과 같이 고정플레이트(120)에 개구부(121)를 개폐하는 셔터(150)가 설치될 수 있다. 상기 셔터(150)는 카메라의 조리개와 유사한 방식으로 작동될 수 있는데, 도 7 및 도 8에 도시한 것과 같이 고정플레이트(120)의 전방면 또는 후방면에 고정되며 중앙에 원형의 개구부가 형성된 셔터프레임(151)과, 상기 셔터프레임(151)의 내측에 회전 가능하게 설치되어 셔터프레임(151)의 개구부를 폐쇄하는 복수개의 셔터플레이트(152)를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

10 : 밸브 바디 20 : 회전축
100 : 밸브 디스크 110 : 디스크바디
112 : 결합부 113 : 핀홀
120 : 고정플레이트 121 : 개구부
122 : 고정핀 130 : 흡수재
140 : 실링재 150 : 셔터

Claims (8)

1. 유체가 유동하는 관로의 내측에 회전축을 중심으로 회전 운동하면서 관로를 개폐하는 원반형의 디스크바디(110)와;
   상기 디스크바디(110)의 전방면에 결합되며, 중앙부에 개구부(121)가 형성되어 있는 고정플레이트(120)와;
   상기 고정플레이트(120)의 개구부(121)를 폐쇄하도록 설치되며, 유체가 통과하는 다수의 미세 구멍이 형성된 투수성 재질로 이루어져, 상기 관로 내의 유체의 유속이 일정 크기 이상이 되면 유체가 투과하여 고정플레이트(120)와 디스크바디(110) 사이로 유입되면서 팽창하게 되는 흡수재(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 디스크바디(110)의 전방면 가장자리에 원주방향을 따라 일정 간격으로 핀홀(113)이 형성된 링 형태의 결합부(112)가 돌출되게 형성되고, 상기 고정플레이트(120)의 후방면 가장자리에 상기 핀홀(113)에 삽입되는 복수개의 고정핀(122)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 디스크바디(110)의 전방면 가장자리와 상기 고정플레이트(120)의 후방면 가장자리 사이에 디스크바디(110)와 고정플레이트(120)의 내측으로 유체가 유입되는 것을 방지하기 위한 링(ring) 형태의 실링재(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 디스크바디(110)의 중앙부는 후방으로 오목한 돔 형태로 된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크.
5. 제1항에 있어서, 상기 흡수재(130)는 신축이 가능한 탄성섬유로 만들어진 직물 재질로 된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크.
6. 제1항에 있어서, 상기 흡수재(130)는 다수의 미세 구멍이 형성되어 있는 신축이 가능한 탄성 재질의 수지로 된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크.
7. 제1항에 있어서, 상기 고정플레이트(120)에는 상기 개구부(121)를 개폐하는 셔터(150)가 설치된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 방지 기능을 갖는 밸브 디스크.
8. 전방면과 후방면이 개방되게 형성되어 유체가 흐르는 관로 상에 연결되는 밸브 바디(10)와;
   상기 밸브 바디(10) 내측에 회전 가능하게 설치된 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 밸브 디스크(100)와;
   상기 밸브 바디(10)의 외측에서 회전축(20)을 매개로 상기 밸브 디스크(100)의 디스크바디(110)에 연결되어 밸브 디스크(100)에 회전력을 전달하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브.
   

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