KR101804249B1 - 삼중 편심형 버터플라이밸브 - Google Patents

Abstract

삼중 편심형 버터플라이밸브가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 삼중 편심형 버터플라이밸브는 유로를 형성하는 중공의 밸브바디; 상기 유로에 회전 가능하게 설치된 디스크; 상기 디스크의 회전중심을 이루도록 상기 밸브바디에 결합된 샤프트; 및 상기 디스크와 접촉하거나 이격되면서 상기 유로를 개폐하기 위해 상기 유로의 일측 내주면에 마련되되, 상기 유로 중심선에 직교하는 기준선에 대해 경사진 밸브시트;를 포함할 수 있다.

Description

삼중 편심형 버터플라이밸브{triple offset butterfly valve}

본 발명은 삼중 편심형 버터플라이밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제작이 편리하면서도 삼중 편심에 따른 동작성능이 보장된 삼중 편심형 버터플라이밸브에 관한 것이다.

버터플라이밸브는 밸브바디 내부의 유로가 샤프트에 의해 회전하는 디스크를 통해 개폐되는 밸브를 가리킨다.

이러한 버터플라이밸브는 회전 중심이 밸브 중심에 일치된 중심형과, 밸브 중심에 회전 중심이 편심되어 있는 편심형으로 구분될 수 있다.

중심형의 경우 구조가 간단하여 제작이 용이하나, 디스크와 밸브시트의 마찰에 의한 마모가 심하고 디스크의 토크 저감이 불리하기 때문에, 최근에는 편심형 버터플라이밸브가 주로 이용되고 있다.

편심형 버터플라이밸브 중에는 디스크가 밸브바디의 중심에 대해 편심되고, 샤프트가 유로중심에 대해 편심된 이중 편심형과, 이중 편심형에 더해 디스크와 밸브시트의 시트면이 중심이 유로중심에 대해 기울어진 가상의 원추면 상에 형성되도록 한 삼중 편심형이 있다.

삼중 편심형 버터플라이밸브는 밸브작동시 중간 개도에서는 디스크와 밸브시트가 서로 접촉하지 않고 구동하다가 마지막 지수시에만 접촉되도록 마련됨에 따라 디스크와 밸브시트가 중간 개도에서 접촉되는 이중 편심형에 비해 개폐동작이 더욱 원활하고 기밀효과가 보다 우수한 특성을 갖는다.

그러나 종래 일반적인 삼중 편심형 버터플라이밸브는 축선이 틀어진 원추면 상에 형성되는 디스크와 밸브시트의 시트면이 원주방향을 따라 기울기가 계속 달라지는 형태를 갖기 때문에, 밸브시트와 디스크의 가공작업이 어려운 문제점이 있었다.

즉 시트면의 기울기가 원주방향을 따라 계속적으로 달라지는 밸브시트 및 디스크는 가공툴로 시트면을 절단 및 연마 가공함에 있어서, 가공물을 지지하는 가공지그와 가공툴을 동시에 연속적으로 기울기를 변화시키면서 회전시켜야 하기 때문에, 가공작업이 어려울 뿐만 아니라, 과도한 가공오차로 인해 제품 불량률을 줄이는데 한계가 있었다.

대한민국 공개특허문헌 제10-2011-0098129호

본 발명의 실시 예는 디스크와 밸브시트의 제작이 용이하면서도 삼중 편심에 따른 동작성능이 보장된 삼중 편심형 버터플라이밸브를 제공하고자 한다.

또한, 삼중 편심의 구현이 용이한 새로운 타입의 삼중 편심형 버터플라이밸브를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유로를 형성하는 중공의 밸브바디; 상기 유로에 회전 가능하게 설치된 디스크; 상기 디스크의 회전중심을 이루도록 상기 밸브바디에 결합된 샤프트; 및 상기 디스크와 접촉하거나 이격되면서 상기 유로를 개폐하기 위해 상기 유로의 일측 내주면에 마련되되, 상기 유로 중심선에 직교하는 기준선에 대해 경사진 밸브시트;를 포함하는 삼중 편심형 버터플라이밸브가 제공될 수 있다.

상기 삼중 편심형 버터플라이밸브는 상기 유로 중심과 상기 디스크의 중심이 상기 유로의 폭방향으로 이격되어 1차편심되고, 상기 샤프트의 중심과 상기 밸브시트의 중심이 상기 유로의 길이방향으로 이격되어 2차편심되고, 상기 디스크와 상기 밸브시트 사이의 접촉점을 통과하는 통과선이 상기 유로 중심선과 상기 샤프트 중심선이 교차되는 상기 밸브중심을 중심으로 하는 구면을 따라 상기 기준선에 대해 회전된 위치에 마련되어 3차폄심될 수 있다.

상기 디스크는 둘레의 시트면이 횡단면 형상이 정원을 이루는 가상의 원추면 상에 위치하도록 마련될 수 있다.

상기 밸브시트는 상기 디스크의 시트면과 선접촉 하도록 탄력을 갖는 메탈시트를 포함할 수 있다.

상기 유로중심선을 기준으로 상기 샤프트 중심 쪽 상기 밸브바디 내주에는 닫힘상태에 있는 상기 디스크의 배면을 지지하기 위한 스토퍼가 마련될 수 있다.

상기 삼중 편심형 버터플라이밸브는 상기 밸브시트의 고정을 위해 상기 밸브바디 내주에 결합되는 리테이너를 더 포함하되, 상기 밸브시트는 상기 시트면을 형성하는 접촉부와, 상기 밸브바디와 상기 리테이너 사이에 결합되는 고정부를 포함하며, 상기 고정부를 고정시키는 상기 밸브바디와 상기 리테이너의 결합면은 상기 밸브시트의 경사에 대응하여 경사지게 마련될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 삼중 편심형 버터플라이밸브는 밸브시트의 경사진 설치구조에 의존하여 중간개도에서 디스크와 밸브시트가 서로 접촉되는 것을 억제하게 되므로, 디스크와 밸브 시트의 제작성이 향상되어 제조가 용이해지면서 삼중 편심에 따른 동작성능이 보장될 수 있다.

또 밸브시트의 설치구조를 개선하여 삼중 편심이 구현되도록 한 삼중 편심형 버터플라이밸브는 새로운 방식으로서, 밸브시트 및 디스크 시트면의 비대칭 구조를 활용한 것들에 비해 삼중 편심의 구현이 용이한 이점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 편심형 버터플라이밸브의 단면도이다.
도 2는 도 1에서 디스크를 발취 도시한 것이다.
도 3은 도 1에서 밸브시트 쪽 구조를 확대 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 삼중 편심형 버터플라이밸브의 닫힘 전 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 도 1의 삼중 편심형 버터플라이밸브의 닫힘 전 상태를 나타낸 것으로, 도 4의 상태에서 디스크가 닫힘 방향으로 더 회전한 구조를 도시한 것이다.
도 6은 도 5에서 디스크가 닫혀진 상태를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼중 편심형 버터플라이밸브는 유로를 형성하는 중공 형상의 밸브바디(10)와, 밸브바디(10)의 유로에 샤프트(20)를 중심으로 회전 가능하게 설치된 디스크(30)를 구비한다.

밸브바디(10) 내부의 유로는 유체가 흐르는 통로를 형성하며, 유로의 일측 내주에는 디스크(30)와 접촉되거나 이격되면서 유로가 개폐되도록 하는 밸브시트(40)가 마련된다.

디스크(30) 배면에는 샤프트(20)의 결합을 위한 샤프트결합부(30a)가 마련되고, 샤프트(20)는 밸브바디(10)와 샤프트결합부(30a)를 관통하여 밸브바디(10)에 회전 가능하게 결합된다. 밸브바디(10) 외측으로 연장된 샤프트(20)의 일단에는 샤프트(20)의 회전 구동을 위한 구동장치(미도시)가 연결될 수 있다.

따라서 디스크(30)는 구동장치의 구동에 의해 샤프트(20)를 중심으로 정역방향으로 회전하여 밸브시트(40)와 접촉 또는 이격되면서 유로를 개폐함으로써, 유로 상의 유체의 흐름 및 유량을 조절 또는 차단하게 된다.

한편, 본 실시 예에 따른 버터플라이밸브는 밸브작동시 실링포인트(sealing point) 부근이 되는 중간 개도에서는 디스크(30)와 밸브시트(40)가 서로 접촉하지 않고 구동하다가 마지막 지수시에만 상호 접촉되는 삼중 편심형으로써, 시트 마찰에 의한 마모를 억제하고 부드러운 동작성능을 구현하도록 마련된다.

이와 같은 삼중 편심 특성을 구현하면서도 디스크(30)와 밸브시트(40)를 용이하게 가공할 수 있도록 삼중 편심형 버터플라이밸브는 밸브시트(40)가 유로 중심선(a-a)에 직교하는 기준선(c-c)에 대해 경사지도록 마련되며, 이에 따라 새로운 방식의 삼중 편심구조를 갖게 된다.

즉, 본 실시 예에 따른 삼중 편심형 버터플라이밸브는 먼저 유로 중심과 상기 디스크(30)의 중심이 유로의 폭방향을 따라 이격되어 1차편심(X)되고, 샤프트(20)의 중심(O2)과 밸브시트(40)의 중심이 유로의 길이방향을 따라 이격되어 2차편심(Y)된다.

또한 디스크(30)와 밸브시트(40) 사이의 접촉점을 통과하는 통과선(d-d)이 유로 중심선(a-a)과 샤프트 중심선(b-b)이 교차되는 밸브중심(O1)을 중심으로 하는 구면(R1)을 따라 기준선(c-c)에 대해 소정 각도 회전한 위치에 마련되어 3차편심(Z) 된다.

이와 같은 삼중 편심 구조에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 디스크(30) 둘레의 시트면(31)을 횡단면 형상이 정원을 이루는 가상의 원추면(C1) 상에 위치하도록 하여 시트면(31)의 경사가 원주방향을 따라 동일한 기울기를 갖게 구성한 상태에서도 밸브시트(40)의 미세한 경사변화를 통해 디스크(30)와 밸브시트(40)의 슬라이딩 범위를 줄일 수 있어 밸브시트(40)의 마모와 디스크(30)의 작동 토크를 저감시키는 삼중 편심 특성을 효과적으로 구현할 수 있게 된다.

도 4 내지 도 6에는 디스크(30)에 의해 유로가 닫히는 과정이 순차적으로 도시된다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 닫힘 과정에서 디스크(30)는 샤프트 중심(O2)을 중심으로 회전하면서 시트면(31)이 밸브중심(O1)을 중심으로 하는 구면(R1)의 내측으로부터 외측으로 이동하면서 밸브시트(40)와 접촉되어 유로를 폐쇄하게 된다.

이러한 삼중 편중구조에서 둘레의 시트면(31)이 원주방향을 따라 동일한 기울기를 갖도록 마련된 디스크(30)는 가공물 둘레에 시트면(31)의 경사에 맞게 가공툴이 위치되도록 한 상태에서 가공물을 지지하는 가공지그와 가공툴을 기울기 변화 없이 그대로 회전시키는 간단한 방식을 통해 허용 오차 범이 내에서 용이하게 가공될 수 있다.

또 상기 밸브시트(40)는 디스크(30)의 시트면(31)과 선접촉 하도록 탄력을 갖는 메탈시트로 마련되어 정방향은 물론 역방향으로 가해지는 유체의 압력에 대해서도 디스크(30)가 안정적인 기밀작용을 수행할 수 있도록 한다.

탄력을 갖기 용이하도록 밸브시트(40)는 금속재질을 통해 두께가 얇은 링 형태로 마련될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브시트(40)에 있어서 외주 쪽은 밸브바디(10)에 고정되는 고정부(41)를 형성하고, 밸브시트(40)의 내주 쪽은 시트면(42a)을 구비하는 접촉부(42)를 형성할 수 있다.

고정부(41)는 일자로 마련되고, 접촉부(42)는 탄력변형이 유도되기 용이하도록 고정부(41)의 끝단으로부터 디스크(30)의 닫힘방향 쪽으로 소정의 곡률을 갖도록 밴딩된 형태로 마련될 수 있다.

밸브바디(10) 내주에는 밸브시트(40)의 고정을 위한 리테이너(50)가 결합되며, 리테이너(50)는 볼트(60)를 통해 밸브바디(10)에 결합될 수 있다.

밸브바디(10)와 레테이너(50) 사이에는 밸브시트(40)의 고정부(41) 양면을 가압하여 고정시키는 결합면(11,51)이 각각 마련되며, 양쪽의 결합면(11,51)은 밸브시트(40)의 경사에 대응하는 경사를 갖도록 마련된다.

따라서 밸브시트(40)는 자체적인 형상의 변형 없이 결합면(11,51)의 경사에 의존하여 기준선(c-c)에 대해 경사지도록 설치될 수 있다. 경사를 갖는 결합면(11,51)은 면의 방향성만을 고려한 상태에서 간단한 절삭가공을 통해 간단히 가공이 가능하다.

결합면(11,51) 사이의 안쪽으로 밸브바디(10)와 리테이너(50) 사이에는 밸브시트(40)의 접촉부(42) 수용을 위한 수용홈(70)이 마련될 수 있다. 접촉부(42)는 밴딩된 끝단이 수용홈(70) 외부로 약간 돌출되도록 수용홈(70)에 수용될 수 있으며, 수용홈(70)은 닫힘방향과 열림방향 양쪽으로 접촉부(42)의 탄성변형을 허용할 수 있는 폭을 갖도록 마련될 수 있다.

이와 같은 접촉부(42)의 설치구조에서는 디스크(30)와 접촉하는 접촉부(42)의 끝단이 디스크(30)의 닫힘방향과 열림방향으로는 물론 반경방향으로도 미세하게 탄력적으로 위치이동이 가능하게 되므로, 닫힘 상태에서 디스크(30)의 중심과 밸브시트(40)의 중심의 일치를 유도하기 용이해지고, 디스크(30)가 닫힘 상태를 안전하게 유지한 상태에서 디스크(30) 양방향으로 가해지는 유체 압력에 유연하게 대처할 수 있도록 하는데 기여할 수 있게 된다.

또한 닫힌 상태에서 디스크(30)가 한 쪽으로 기울어지는 3차편심 구조에서는 디스크(30)로부터 밸브시트(40)의 기울어진 쪽으로 가해지는 토크가 커지게 되는데, 이에 따라 밸브시트(40)가 기울어진 쪽으로 편마모 되는 것을 방지하기 위해 유로중심선(a-a)을 기준으로 샤프트 중심(O2) 쪽으로 밸브바디(10)의 내주에는 닫힘상태에 있는 디스크(30)의 배면을 지지하기 위한 스토퍼(12)가 마련될 수 있다.

이러한 스토퍼(12)가 마련된 구조에서는 닫힘상태에서 밸브시트(40)의 스토퍼(12) 쪽으로 가해지는 하중이 스토퍼(12)의 지지력에 의해 경감되면서 디스크(30) 전체적으로 고르게 분산됨에 따라 스토퍼(12) 쪽 밸브시트(40)가 편마모 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

10: 밸브바디 20: 샤프트
30: 디스크 40: 밸브시트
50: 리테이너

Claims (6)

1. 유로를 형성하는 중공의 밸브바디;
   상기 유로에 회전 가능하게 설치된 디스크;
   상기 디스크의 회전중심을 이루도록 상기 밸브바디에 결합된 샤프트; 및
   상기 디스크와 접촉하거나 이격되면서 상기 유로를 개폐하기 위해 상기 유로의 일측 내주면에 마련되되, 유로 중심선에 직교하는 기준선에 대해 경사진 밸브시트;를 포함하며,
   상기 유로 중심과 상기 디스크의 중심이 상기 유로의 폭방향으로 이격되어 1차편심되고,
   상기 샤프트의 중심과 상기 밸브시트의 중심이 상기 유로의 길이방향으로 이격되어 2차편심되고,
   상기 디스크와 상기 밸브시트 사이의 접촉점을 통과하는 통과선이 상기 유로 중심선과 상기 샤프트 중심선이 교차되는 교차점을 중심으로 하는 구면을 따라 상기 기준선에 대해 회전된 위치에 마련되어 3차편심되고,
   상기 디스크는 둘레의 시트면이 상기 교차점을 중심으로 하는 원주 방향을 따라 동일한 기울기를 갖게 구성되는 삼중 편심형 버터플라이밸브.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 밸브시트는 상기 디스크의 시트면과 선접촉 하도록 탄력을 갖는 메탈시트를 포함하는 삼중 편심형 버터플라이밸브.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 유로 중심선을 기준으로 상기 샤프트 중심 쪽 상기 밸브바디 내주에는 닫힘상태에 있는 상기 디스크의 배면을 지지하기 위한 스토퍼가 마련된 삼중 편심형 버터플라이밸브.
6. 제 1항, 제 4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 밸브시트의 고정을 위해 상기 밸브바디 내주에 결합되는 리테이너를 더 포함하되,
   상기 밸브시트는 상기 디스크와 접촉하는 접촉부와, 상기 밸브바디와 상기 리테이너 사이에 결합되는 고정부를 포함하며,
   상기 고정부를 고정시키는 상기 밸브바디와 상기 리테이너의 결합면은 상기 밸브시트의 경사에 대응하여 경사지게 마련된 삼중 편심형 버터플라이밸브.
   

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