KR101718627B1 - 단조방식 원유시추용 게이트 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원유시추에 사용되어 점성이 높은 유체의 흐름을 개폐하는 게이트 밸브에 관한 것으로, 압력과 응력을 강하게 받는 부품인 상부몸체와 하부몸체 그리고 게이트 및 분할커버를 각각 봉재를 원소재로 하여 단조 가공으로 단조완성품을 만든 후 마무리 절삭가공으로 최종 완성품을 만들어 조립하도록 함을 특징으로 하는 것이며, 아울러, 전체적인 구조의 개선으로 견고하고 성능이 우수하도록 개선한 게이트 밸브에 관한 것이다.

Description

단조방식 원유시추용 게이트 밸브{Forging type Gate Valve for oil drilling}

본 발명은 원유시추에 사용되어 점성이 높은 유체의 흐름을 개폐하는 게이트 밸브에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 몸체와 게이트 등 주요 부분을 단조방식으로 제조하여 고압에 잘 견디도록 함과 아울러, 전체적인 구조의 개선으로 견고하고 성능이 우수하도록 개선한 게이트 밸브에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 게이트 밸브(gate valve)는 각종 산업설비 또는 해양플랜트 등에서 원유나 펄프, 슬러리(slurry) 및 폐기물 계통의 점성이 높은 유체의 흐름을 개폐하는 밸브이다.

이러한 게이트 밸브는 특히 원유시추 과정에서 필수적이고 매우 중요하게 사용되는 장비인데, 심해에서 상당한 고압을 견딜 수 있어야 하므로 그 견고성과 밀폐성은 매우 중요한 요구조건이라 할 수 있다.

이와 같은 시추용 게이트 밸브는 미국의 KEMPER社, FMC社와 영국의 SMP Flow Control Inc社 등이 시장의 대부분을 차지하며, 고압 및 내산성의 핵심기술을 바탕으로 선진국이 독점하고 있는 현실이며, 이러한 해외사 제품의 경우 제품성능이 우수하긴 하지만 제품 단가가 상당히 고가이고, 납기가 상당히 긴 것이 단점이다.

현재 국내에서는 5,000psi 이상의 초고압용 pup joint기술에 대한 학계, 연구소 등의 LAB SCALE의 기초연구가 진행되었으나, 상용화되어진 제품은 없는 실정이며, 현재 국내에서도 추가적인 원유 자원 확보를 위해 극심해 지역과 북극지방 개발움직임이 활발하게 진행 중에 있으므로, 이로 인해 시추선 및 부유식 생산설비(FPSO)의 수요증대로 이어질 전망으로 예측된다.

원유 시추용 게이트 밸브는 높은 압력과 복잡한 구조 및 극한환경에서의 안정적인 기능을 유지하여야 하는데, 종래 모든 원유 시추용 게이트 밸브는 절삭가공에 의해 제조되었으므로 5000psi 이상의 고압에 취약하였다.

또한 구조적으로 부품간의 결합력이 부족하여 수명에 문제점을 드러내고 있으며, 구조가 복잡하면서도 견고성이 부족하고 밀폐력도 강화되어야 하는 과제를 안고 있는 현실로서, 이에 대한 개선이 절실히 필요한 현실이라 할 수 있다.

특허공개공보 10-2014-0100867(2014.8.18) 특허공개공보 10-2014-0014426(2014.2.6) 특허공개공보 10-2013-0032794(2013.4.2)

상기 제시된 문제점과 필요성에 의해 안출된 본 발명은 원유 시추용 게이트 밸브를 구성함에 있어서, 단조 방식을 채택하여 제조함으로써 제조과정의 생산성을 향상시키고 재질의 밀도 증대에 의한 고압에 견딜 수 있도록 품질을 향상시키며, 더불어 구성의 간단화와 강한 밀폐력, 견고성 및 작동의 안정성을 추구하는 것이 발명의 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 게이트 밸브를 구성하는 부품 중에서 압력과 응력을 강하게 받는 부품인 상부몸체와 하부몸체 그리고 게이트 및 분할커버를 각각 봉재를 원소재로 하여 단조 가공으로 단조완성품을 만든 후 마무리 절삭가공으로 최종 완성품을 만들어 조립하도록 함을 특징으로 한다.

아울러 핸들은 주물방식으로 제조하고, 기타의 부품은 절삭가공으로 제조하여 조립하였다.

구조적으로는 상부몸체와 하부몸체는 각 반원형상의 결합요부가 형성되어 서로 결합되면 원형의 결합구멍이 완성되도록 하고, 상하방향으로 4개의 스터드볼트와 스터드너트를 이용하여 체결하며, 분할커버 역시 반원형으로 분할하여 형성한 후 중앙부 양측을 관통하도록 커버볼트를 체결하여 결합토록 하였다.

그리고 게이트는 핸들에 의해 승하강하면서 하단의 개폐부가 게이트 패킹의 내부에서 개폐가 이루어지도록 결합하형ㅆ으며, 지지너트는 상단부가 핸들에 결합되어 핸들을 회전시키면 지지너트가 회전하여 게이트를 승강시키도록 구성함을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 강한 압력과 응력을 받게 되는 주요 부품인 상부몸체와 하부몸체 그리고 게이트와 분할커버를 단조방식으로 제조하게 된 것으로, 이와 더불어 견고한 결합력으로 조립되어 강한 압력과 가혹한 조건하에서 사용되더라도 강력한 차단력을 유지할 수 있고 오랜 수명과 명확한 작동을 기대할 수 있다.

또한 전체적으로 제조 공정이 간단해지면서 조립과 분해가 편리한 장점이 있고, 제품의 품질과 신뢰성을 향상시키게 된다.

아울러 본 발명에 의하면, 게이트가 회전하지 않고 안정적인 승하강 작용을 하면서 원활하고 강력한 개폐작용을 하게 수 있게 되고, 분할커버의 지지력으로 전체적으로 견고한 결합력을 가지면서 게이트의 안정적인 승하강을 가이드하게 되며, 게이트 패킹의 구성과 작용으로 원활한 개폐작동과 강한 밀폐력을 얻을 수 있게 되는 등 매우 유용한 발명이라 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 게이트 밸브의 사시도
도 2는 본 발명에 의한 게이트 밸브의 단면도
도 3은 도 2의 A-A선 단면도
도 4는 본 발명의 분해 사시도
도 5는 도 4의 요부 상세도
도 6은 본 발명에 의한 단조방식의 제조과정 순서도

이하 본 발명의 바람직한 구성실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 게이트 밸브를 구성하는 부품 중에서 압력과 응력을 강하게 받는 부품인 상부몸체(10)와 하부몸체(20) 그리고 게이트(30) 및 분할커버(40)는 단조를 이용하여 대부분의 형상을 완성한 후 최종 마무리 절삭가공으로 통하여 최종적으로 필요한 형상과 치수를 완성한다.

즉, 도 5에서 볼 수 있듯이 봉재를 원소재로 하여 3차례의 단조 가공으로 단조완성품(10', 20', 30', 40')을 만든 후 마무리 절삭가공으로 최종 완성품(상부몸체: 10, 하부몸체: 20, 게이트: 30, 분할커버: 40)을 만들어 조립하도록 하였다.

그리고 핸들(1)은 주물방식으로 제조한 후 조립하며, 연결관(6)과 받침판(5), 지지너트(2) 등은 절삭 가공하여 제조한다.

본 발명의 조립상태를 살펴보면, 상부몸체(10)와 하부몸체(20)는 각 반원형상의 결합요부(10-1)(20-1)가 형성되어 서로 결합되면 원형의 결합구멍이 완성되도록 하였으며, 결합요부(10-1)(20-1)의 양단에는 각 나사부(10-2, 20-2)를 형성하였다. 상기 결합요부(10-1, 20-1)가 이루는 결합구멍 내부에 게이트패킹(4)과 받침판(5)이 결합된 후, 나사부(10-2, 20-2)에 연결관(6)을 나사결합하여 구성된 것이다.

상기 상부몸체(10)와 하부몸체(20)는 분리하여 형성한 후 상하방향으로 4개의 스터드볼트(9)와 스터드너트(9')를 이용하여 체결함으로써 조립의 간편성과 강력한 체결력을 얻을 수 있다.

분할커버(40) 역시 반원형으로 분할하여 형성한 후 중앙부 양측을 관통하도록 커버볼트(8)를 체결하여 결합함으로써 제조와 조립의 편리성을 추구하였으며, 상부몸체(10)의 상단부를 감싸는 형태로 결합되면서 지지너트(2)를 고정하도록 결합되므로 강력한 결합력을 얻을 수 있게 되면서 분해 조립도 편리한 장점을 갖는다.

즉 상부몸체(10)의 상단부에는 걸림홈(10-3)과 걸림돌부(10-4)를 마련하였고, 분할커버(40)의 내면 하부에는 상기 걸림홈(10-3)과 걸림돌부(10-4)를 감싸면서 결합하도록 조립돌부(40-1)와 조립요부(40-2)를 형성하여 결합한 것이다.

게이트(30)는 하단의 개폐부(30-2)가 게이트 패킹(4)의 내부를 하강 및 상승하면서 개폐가 이루어지도록 결합되며, 중앙의 나사부(30-1)는 지지너트(2)에 결합되어, 지지너트(2)의 회전으로 제이트(30)가 승하강하게 된다.

지지너트(2)는 상단부가 핸들(1)에 결합되어 핸들(1)을 회전시키면 지지너트(2)가 회전하여 게이트(30)를 승강시킨다.

게이트 패킹(4)은 원형으로 구성되면서 상부 중앙에 게이트(30)가 출입하는 출입구(4-1)가 형성되어 있어서 게이트(30)가 완전히 하강함으로써 밀폐가 이루어지고, 출입구(4-1)의 주변에는 가이드 돌부(4-2)를 형성하여 게이트(30)의 개폐부(30-2)가 최초 조립시 잘못 삽입되는 불량을 예방하며, 개폐부(30-2)의 출입이 안정적으로 이루어지면 밀폐 또한 강화되는 것이다.

게이트 패킹(4)의 양옆에는 받침판(5)이 밀착되어 게이트 패킹(4)의 과도한 이완이나 밀림을 방지하면서 정확한 개폐작용이 유지되도록 도와준다.

이와 같은 본 발명의 작용을 살펴보면 핸들(1)을 회전시킴에 의해 게이트(30)가 승강하게 되는데, 핸들(1)에 지지너트(2)가 결합되어 핸들(1)에 의해 지지너트(2)가 회전하는 것이고, 지지너트(2)에 나사부(30-1)가 결합된 게이트(30)는 승하강을 하게 되는 것이다.

게이트(30) 하단의 개폐부(30-2)는 차단을 위해 하강하면서 게이트 패킹(4)의 출입구(4-1)로 유입되고, 개방시에는 출입구(4-1)로부터 상승하게 되는데, 이 과정에서 출입구(4-1) 주변에 형성된 가이드돌부(4-2)에 의해 정확한 위치로 출입이 가이드되면서, 차단시에는 가이드돌부(4-2)에 의해 밀폐력이 강화되는 것이다.

게이트(30)가 완전히 하강하면 개폐부(30-2)가 게이트 패킹(4)의 내면에 압착되면서 밀폐가 이루어진다. 개방시에는 핸들(1)을 반대방향으로 회전시켜 게이트(30)를 상승시킨다.

상기 게이트(30)의 승하강을 이룩하는 과정에서 지지너트(2)를 고정하는 분할커버(40)의 기능이 중요한데, 분할커버(40)의 하단부는 상부몸체(10)의 상단부의 걸림홈(10-3)과 걸림돌부(10-4)에 조립돌부(40-1)와 조립요부(40-2)가 결합되면서 지지너트(2)를 강력하게 지지하면서 안정적인 게이트(30)의 승하강을 뒷받침하게 된다.

1: 핸들
2: 지지너트
3: 지지패킹
4: 게이트 패킹
4-1: 출입구
4-2: 가이드돌부
5: 받침판
6: 연결관
7: 오링
8: 커버볼트
9: 스터트볼트
9': 스터트 너트
10: 상부몸체
10-1: 결합요부
10-2: 나사부
10-3: 걸림홈
10-4: 걸림돌부
20: 하부몸체
20-1: 결합요부
20-2: 나사부
30: 게이트
30-1: 나사부
30-2: 개폐부
40: 분할커버
40-1: 조립돌부
40-2: 조립요부

Claims (1)

1. 게이트 밸브를 구성하는 부품 중에서 압력과 응력을 강하게 받는 부품인 상부몸체(10)와 하부몸체(20) 그리고 게이트(30) 및 분할커버(40)는 각각 봉재를 원소재로 하여 3차례의 단조 가공으로 단조완성품(10', 20', 30', 40')을 만든 후 마무리 절삭가공으로 최종 완성품(상부몸체: 10, 하부몸체: 20, 게이트: 30, 분할커버: 40)을 만들어 조립하도록 하며,
   핸들(1)은 주물방식으로 제조하고, 연결관(6)과 받침판(5), 지지너트(2)는 절삭가공으로 제조하여 조립하고,
   상부몸체(10)와 하부몸체(20)는 각 반원형상의 결합요부(10-1)(20-1)가 형성되어 서로 결합되면 원형의 결합구멍이 완성되도록 하고, 결합요부(10-1)(20-1)의 양단에는 각 나사부(10-2, 20-2)를 형성한 후, 상기 결합요부(10-1, 20-1)가 이루는 결합구멍 내부에 게이트패킹(4)과 받침판(5)이 결합된 후, 나사부(10-2, 20-2)에 연결관(6)을 나사결합하여 구성되며, 상하방향으로 4개의 스터드볼트(9)와 스터드너트(9')를 이용하여 체결하며,
   분할커버(40) 역시 반원형으로 분할하여 형성한 후 중앙부 양측을 관통하도록 커버볼트(8)를 체결하여 결합토록 하며,
   게이트(30)는 하단의 개폐부(30-2)가 게이트 패킹(4)의 내부를 하강 및 상승하면서 개폐가 이루어지도록 결합하고 중앙의 나사부(30-1)는 지지너트(2)에 결합되어, 지지너트(2)의 회전으로 게이트(30)가 승하강하며,
   지지너트(2)는 상단부가 핸들(1)에 결합되어 핸들(1)을 회전시키면 지지너트(2)가 회전하여 게이트(30)를 승강시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 단조방식 원유시추용 게이트 밸브,

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