KR101860462B1

KR101860462B1 - 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치와 구동방법

Info

Publication number: KR101860462B1
Application number: KR1020160071049A
Authority: KR
Inventors: 이중엽
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2018-05-23
Also published as: WO2017213299A1; US20190128431A1; KR20170138783A; US10746308B2

Abstract

본 발명은 작동에 필요한 구동토크를 줄일 수 있고, 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치는, 파이프에 구비되는 장치로, 상기 파이프에 병렬로 연결되는 바이패스관; 상기 파이프의 유입부에서 상기 파이프의 유출부로 흐르는 유량을 조절하는 제1 밸브; 및 상기 바이패스관에서 상기 유출부로 흐르는 유량을 조절하는 제2 밸브를 포함한다.

Description

볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치와 구동방법{Apparatus of being coupled pintle regulator to ball valve and driving method thereof}

본 발명은 발사체, 댐, 액화가스 선박 또는 플랜트 등에서 유량 조절을 위해 사용되는 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 밸브는, 유량 조절을 위해 사용되는 것으로, 볼 밸브 등이 알려져 있다.

기존의 볼 밸브는, 파이프에 연통되는 볼 하우징과, 상기 볼 하우징에 회동 가능하게 구비되며 그 내부에 중심을 관통하는 직선 유로가 형성되는 볼과, 그리고 상기 볼을 회전시키는 액추에이터를 포함한다. 따라서, 액추에이터에 의해 볼이 회전되어 볼의 직선 유로가 파이프의 방향으로 놓이면 압력이 큰 쪽에서 압력이 작은 쪽으로 파이프의 내부 유체가 유동하게 된다.

하지만, 기존의 볼 밸브는, 파이프의 내경과 거의 동일한 크기로 직선 유로가 열리므로 유량계수가 크긴 하나, 볼 밸브의 특성상 밸브 작동시 마찰력이 커서 큰 구동토크를 필요로 하므로 액추에이터의 크기가 상당히 커지는 문제가 있고, 볼 밸브의 고유유량계수 커브(Curve)가 퀵 오픈(Quick Open)인 관계로 유량제어가 불가능한 문제가 있다.

본 발명의 기술적 과제는, 작동에 필요한 구동토크를 줄일 수 있고, 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치와 이의 구동방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치는, 파이프에 구비되는 장치로, 상기 파이프에 병렬로 연결되는 바이패스관; 상기 파이프의 유입부에서 상기 파이프의 유출부로 흐르는 유량을 조절하는 제1 밸브; 및 상기 바이패스관에서 상기 유출부로 흐르는 유량을 조절하는 제2 밸브를 포함한다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 밸브 장치는, 상기 유입부와 상기 유출부 사이에 연통되게 구비되는 밸브 하우징을 더 포함할 수 있고, 상기 바이패스관은, 상기 밸브 하우징에 그 일단이 연통되고, 상기 유입부에 그 타단이 연통될 수 있다.

상기 제1 밸브는, 상기 밸브 하우징에 회동 가능하게 구비되며 상기 유입부에서 상기 유출부로 흐르는 유체를 차단시키는 구 형상의 볼 밸브체; 및 상기 볼 밸브체에 제1 방향으로 관통되어 상기 볼 밸브체가 제1 각도 회전되면 상기 유입부와 상기 유출부를 연통시키는 제1 유로를 포함할 수 있다.

상기 제2 밸브는, 상기 볼 밸브체에 제2 방향으로 뚫려 상기 바이패스관과 상기 제1 유로를 연통시키는 제2 유로; 및 상기 볼 밸브체에 제3 방향으로 뚫려 상기 제1 유로와 상기 유출부를 연통시키는 제3 유로; 및 상기 바이패스관에 그 길이 방향으로 전후 이동 가능하게 구비되어 상기 제2 유로의 개도량을 조절하는 핀틀 밸브체를 포함할 수 있다.

상기 제1, 제2 및 제3 방향은 서로 직교할 수 있다.

상기 제1 유로는 상기 제2 및 제3 유로보다 크게 형성될 수 있다.

상기 제2 유로는 상기 볼 밸브체의 내측으로 갈수록 점점 직경이 작아지는 형상을 가질 수 있고, 상기 핀틀 밸브체 중 상기 제2 유로에 대응되는 단부는 상기 제2 유로의 상기 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.

상기 제2 유로는 상기 볼 밸브체의 회전 중심에 형성될 수 있다.

상기 제1 밸브는, 상기 볼 밸브체를 회동시키는 제1 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 구동부는, 상기 볼 밸브체의 회전 중심에 고정되는 제1 피니언; 상기 제1 피니언에 맞물려 상기 제1 피니언을 회동시키는 제1 랙; 및 상기 제1 랙을 왕복 운동시키는 제1 구동원을 포함할 수 있다.

상기 제1 구동원은 공압 실린더일 수 있고, 상기 제1 랙은 상기 공압 실린더의 피스톤에 구비될 수 있다.

상기 제2 밸브는, 상기 핀틀 밸브체를 전후 이동시키는 제2 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 구동부는, 상기 핀틀 밸브체의 일면을 이루는 제2 랙; 상기 제2 랙에 맞물려 상기 제2 랙을 전후 왕복 운동시키는 제2 피니언; 및 상기 제2 피니언을 회동시키는 제2 구동원을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법은, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치를 제어하는 방법으로, 상기 제1 및 제2 밸브가 닫힌 초기 상태에서, 상기 바이패스관에서 상기 유출부로 흐르는 유량이 증가되도록 상기 제2 밸브의 개도량을 서서히 증가시키는 단계; 및 상기 제2 밸브가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 상기 유입부에서 상기 유출부로 흐르는 유량이 증가되도록 상기 제1 밸브의 개도량을 서서히 증가시키는 단계를 포함한다.

상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법은, 상기 제1 밸브의 개도량을 서서히 증가시키는 단계에서, 상기 제1 밸브가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 상기 제2 밸브를 닫는 단계를 더 포함할 수 있다.

다른 한편, 한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법은, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치를 제어하는 방법으로, 상기 볼 밸브체를 이용하여 상기 제1 유로를 닫음과 함께 상기 핀틀 밸브체를 이용하여 상기 제2 유로를 닫은 초기 상태에서, 상기 바이패스관에서 상기 유출부로 흐르는 유량이 증가되도록 상기 핀틀 밸브체를 상기 제2 유로가 열리는 방향으로 서서히 후진시키는 단계; 및 상기 제2 유로가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 상기 유입부에서 상기 유출부로 흐르는 유량이 증가되도록 상기 볼 밸브체를 회동시켜 상기 제1 유로를 여는 단계를 포함한다.

상술한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법은, 상기 제1 유로를 여는 단계에서, 상기 제1 유로가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 상기 제2 유로가 닫히도록 상기 핀틀 밸브체를 전진시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치와 이의 구동방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 바이패스관과, 제1 밸브와, 그리고 제2 밸브를 포함하는 기술구성을 제공하므로, 바이패스관과 제2 밸브를 통해 파이프의 유입부와 유출부의 압력차를 줄일 수 있어 제1 밸브의 작동에 필요한 구동 토크를 줄일 수 있고, 제1 및 제2 밸브 이렇게 두 개의 밸브를 통해 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 특히, 제1 밸브가 볼 밸브이고 제2 밸브가 핀틀 밸브일 경우 이러한 효과는 더욱 커질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치가 파이프에 구비된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치 중 볼 밸브체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 볼 밸브체를 III-III 선으로 잘라 본 단면도이다.
도 4는 도 1의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치 중 제1 및 제2 밸브가 닫힌 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치에서 제2 밸브의 개도량이 대략 50%인 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치에서 제2 밸브의 개도량이 100%인 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치에서 제1 밸브의 개도량이 100%인 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치에서 제2 밸브가 완전히 닫힌 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 제2 밸브의 핀들 밸브체와 제1 밸브의 볼 밸브체를 통해 유량이 정밀 제어되고 있음을 보인 유량계수 커브 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치가 파이프에 구비된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치 중 볼 밸브체를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 그리고 도 3은 도 2의 볼 밸브체를 III-III 선으로 잘라 본 단면도이다.

도 4는 도 1의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치 중 제1 및 제2 밸브가 닫힌 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치에서 제2 밸브의 개도량이 대략 50%인 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치에서 제2 밸브의 개도량이 100%인 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치에서 제1 밸브의 개도량이 100%인 상태를 개략적으로 나타낸 도면이며, 그리고 도 8은 도 7의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치에서 제2 밸브가 완전히 닫힌 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 9는 제2 밸브의 핀들 밸브체와 제1 밸브의 볼 밸브체를 통해 유량이 정밀 제어되고 있음을 보인 유량계수 커브 그래프이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치(100)는, 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 파이프(10)에 구비되는 장치로, 바이패스관(110)과, 제1 밸브(130)와, 그리고 제2 밸브(140)를 포함한다. 이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치(100)는, 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 밸브 하우징(120)을 더 포함할 수 있다. 이하, 도 1 내지 도 9를 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

바이패스관(110)은, 파이프(10)의 유체를 바이패스 시키는 구성요소로, 도 1에 도시된 바와 같이 파이프(10)에 병렬로 연결된다. 구체적으로, 바이패스관(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브 하우징(120)에 그 일단이 연통되고, 파이프(10)의 유입부(11)에 그 타단이 연통될 수 있다.

밸브 하우징(120)은, 후술할 볼 밸브체(131)가 이에 회동 가능하게 구비되는 구성요소로, 파이프(10)의 유입부(11)와 파이프(10)의 유출부(12) 사이에 구비될 수 있다. 특히, 밸브 하우징(120)의 일단은 유입부(11)와 연통될 수 있고, 밸브 하우징(120)의 타단은 유출부(12)와 연통될 수 있다.

제1 밸브(130)는, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 파이프(10)의 유입부(11)에서 파이프(10)의 유출부(12)로 흐르는 유량을 조절하는 구성요소이다. 예를 들어, 제1 밸브(130)는, 도 1 내지 도 3, 그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 볼 밸브체(131)와 제1 유로(132)를 포함할 수 있다. 볼 밸브체(131)는, 구 형상을 가지고, 밸브 하우징(120)에 회동 가능하게 구비되며 유입부(11)에서 유출부(12)로 흐르는 유체를 차단시키는 역할을 한다. 제1 유로(132)는, 볼 밸브체(131)에 제1 방향으로 관통되며, 도 7에 도시된 바와 같이 볼 밸브체(131)가 제1 각도(일 예로, 90도) 회전되면 제1 유로(132)에 의해 유입부(11)와 유출부(12)가 연통된다.

제2 밸브(140)는, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 바이패스관(110)에서 파이프(10)의 유출부(12)로 흐르는 유량을 조절하는 구성요소이다. 예를 들어, 제2 밸브(140)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 유로(141), 제3 유로(142), 그리고 핀틀 밸브체(143)를 포함할 수 있다. 제2 유로(141)는 볼 밸브체(131)에 제2 방향으로 뚫려 바이패스관(110)과 제1 유로(132)를 연통시키고, 제3 유로(142)는 볼 밸브체(131)에 제3 방향으로 뚫려 제1 유로(132)와 파이프(10)의 유출부(12)를 연통시키며, 그리고 핀틀 밸브체(143)는 바이패스관(110)에 그 길이 방향으로 전후 이동 가능하게 구비되어 제2 유로(141)의 개도량을 조절한다.

특히, 볼 밸브체(131)에 제1, 제2 및 제3 유로(132)(141)(142)가 각각 뚫리는 제1, 제2 및 제3 방향은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 서로 직교할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 초기 상태에서 볼 밸브체(131)에 의해 파이프(10)의 유입부(11)와 유출부(12) 사이의 유동을 차단시킬 수 있음과 동시에 제2 및 제3 유로(141)(142)를 통해 바이패스관(110)과 파이프(10)의 유출부(12)를 연통시킬 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 볼 밸브체(131)를 대략 90도 회전시켜 제1 유로(132)를 통해 파이프(10)의 유입부(11)와 유출부(12)를 연통시킴과 동시에 제1 및 제2 유로(132)(141)를 통해 바이패스관(110)과 파이프(10)의 유출부(12)를 연통시킬 수 있으며, 그리고 도 8에 도시된 바와 같이 제1 유로(132)를 통해 파이프(10)의 유입부(11)와 유출부(12)를 연통시킴과 동시에 핀틀 밸브체(143)로 제2 유로(141)를 닫아 바이패스관(110)과 유출부(12) 사이의 유동을 차단시킬 수 있다.

나아가, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 유로(132)는 제2 및 제3 유로(141)(142)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 볼 밸브체(131)가 대략 90도 회전되어 제1 유로(132)가 열리면 유입부(11)의 유량의 대략 80%를 유출부(12)로 보낼 수 있음과 함께, 제2 유로(141)를 통해서는 대략 20%를 유출부로 보낼 수 있다.

또한, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 유로(141)는 볼 밸브체(131)의 내측으로 갈수록 점점 직경이 작아지는 형상을 가질 수 있고, 핀틀 밸브체(143) 중 제2 유로(141)에 대응되는 단부는 제2 유로(141)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 특히, 핀틀 밸브체(143)의 단부 및 제2 유로(141)의 단부가 대략 원뿔대 형상을 가질 경우, 서로에 대한 접촉 면적의 증가로 제2 유로(141)의 개도량을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 유로(141)는 볼 밸브체(131)의 회전 중심에 형성될 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 볼 밸브체(131)가 회전을 하더라도 제2 유로(141)는 항상 그 자리에 놓일 수 있다.

이와 더불어, 상술한 제1 밸브(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 볼 밸브체(131)를 회동시키는 제1 구동부(133)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동부(133)는, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 피니언(133a), 제1 랙(133b), 그리고 제1 구동원(133c)을 포함할 수 있다. 제1 피니언(133a)은 볼 밸브체(131)의 회전 중심에 고정되고, 제1 랙(133b)은 제1 피니언(133a)에 맞물려 제1 피니언(133a)을 회동시키며, 그리고 제1 구동원(133c)은 제1 랙(133b)을 왕복 운동시키는 역할을 한다. 특히, 볼 밸브체(131)를 밸브 하우징(120) 내에서 회전시키기 위해서는 서로의 마찰로 인해 큰 토크가 요구되므로, 제1 구동원(133c)으로 모터보다는 공압 실린더(AC)가 채용될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 구동원(133c)은 공압 실린더(AC)일 수 있고, 제1 랙(133b)은 공압 실린더(AC)의 피스톤(P)에 구비될 수 있다. 물론, 바이패스관(110)과 제2 밸브(140)를 통해 파이프(10)의 유입부(11)와 유출부(12) 사이의 압력차를 줄일 경우에는 볼 밸브체(131)와 밸브 하우징(120) 사이의 마찰력 또한 줄일 수 있어, 모터나 상대적으로 작은 사이즈의 공압 실린더가 채용될 수도 있다.

이와 더불어, 상술한 제2 밸브(140)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 핀틀 밸브체(143)를 전후 이동시키는 제2 구동부(144)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 구동부(144)는, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 랙(144a), 제2 피니언(144b), 그리고 제2 구동원(144c)을 포함할 수 있다. 제2 랙(144a)은 핀틀 밸브체(143)의 일면을 이루고, 제2 피니언(144b)은 제2 랙(144a)에 맞물려 제2 랙(144a)을 전후 왕복 운동시키며, 그리고 제2 구동원(144c)은 제2 피니언(144b)을 회동시키는 역할을 한다. 특히, 핀틀 밸브체(143)는 작은 힘으로도 전후 이동되므로, 제2 구동원(144c)으로는 공압 실린더보다는 모터가 채용될 수 있다. 나아가, 핀틀 밸브체(143)에 작용하는 힘을 고려하여 모터인 제2 구동원(144c)과 제2 피니언(144b) 사이에는 감속기어(144d)가 더 구비될 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법에 대해 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법은, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 밸브(130)(140)가 닫힌 초기 상태에서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 바이패스관(110)에서 파이프(10)의 유출부(12)로 흐르는 유량이 증가되도록 제2 밸브(140)의 개도량을 서서히 증가시킨다. 다시 말해, 도 4에 도시된 바와 같이, 볼 밸브체(131)를 이용하여 제1 유로(132)를 닫음과 함께 핀틀 밸브체(143)를 이용하여 제2 유로(141)를 닫은 초기 상태에서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 바이패스관(110)에서 파이프(10)의 유출부(12)로 흐르는 유량이 증가되도록 핀틀 밸브체(143)를 제2 유로(141)가 열리는 방향으로 서서히 후진시킨다.

그리고 나서, 도 6에 도시된 바와 같이 제2 밸브(140)가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 도 7에 도시된 바와 같이 파이프(10)의 유입부(11)에서 파이프(10)의 유출부(12)로 흐르는 유량이 증가되도록 제1 밸브(130)의 개도량을 서서히 증가시킨다. 다시 말해, 도 6에 도시된 바와 같이 제2 유로(141)가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 도 7에 도시된 바와 같이 파이프(10)의 유입부(11)에서 파이프(10)의 유출부(12)로 흐르는 유량이 증가되도록 볼 밸브체(131)를 회동시켜 제1 유로(132)를 연다.

따라서, 바이패스관(110) 및 제2 밸브(140)를 통해 총 유량의 20%의 유동이 형성되며, 총 유량의 20% 내에서 유량 및 압력에 대해 정밀 제어가 가능할 수 있다. 또한, 볼 밸브체(131)가 회전되기 전에, 미리 바이패스관(110)과 제2 밸브(140)를 통해 파이프(10)의 유입부(11)와 유출부(12) 사이의 압력차를 줄일 수 있어, 궁극적으로 볼 밸브체(131)와 밸브 하우징(120) 사이의 마찰력이 현저히 줄어 들게 되어, 적은 구동 토크로도 볼 밸브체(131)를 회동시킬 수 있으므로 제1 구동부(133)의 사이즈를 줄일 수 있다.

이와 더불어, 상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법은, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 밸브(130)가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 제2 밸브(140)를 닫을 수 있다. 다시 말해, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 유로(132)가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 제2 유로(141)가 닫히도록 핀틀 밸브체(143)를 전진시킨다.

따라서, 오직 제1 유로(132)로만 유동이 형성되므로 안정적 유동 형성이 가능할 수 있다.

이하, 도 9를 참조하여, 제1 및 제2 밸브(130)(140)의 특성에 대해 부연 설명한다.

유량계수 커브에서 초기 구간에는 핀틀 밸브체(143)를 가진 제2 밸브(140)의 유량계수 커브인 이큐퍼센트(EQ%) 커브를 이용하여 정밀 압력/유량제어를 수행할 수 있다. 여기서, 핀틀 밸브인 제2 밸브(140)를 통한 유량은 총 유량에서 약 20%일 수 있다.

그리고, 전체 유량에서 약 20% 초과하는 유량은 더 이상 핀틀 밸브체(143)를 가진 제2 밸브(140)로 제어가 불가능하므로, 볼 밸브체(131)를 가진 제1 밸브(130)의 퀵-오픈(Quick-Open)의 유량계수 커브로 유동을 발생시킨다. 여기서, 제1 밸브(130)를 통한 유량은 나머지 유량인 80%일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치(100)와 이의 구동방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 바이패스관(110)과, 제1 밸브(130)와, 그리고 제2 밸브(140)를 포함하는 기술구성을 제공하므로, 바이패스관(110)과 제2 밸브(140)를 통해 파이프(10)의 유입부(11)와 유출부(12)의 압력차를 줄일 수 있어 제1 밸브(130)의 작동에 필요한 구동 토크를 줄일 수 있고, 제1 및 제2 밸브(130)(140) 이렇게 두 개의 밸브를 통해 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 특히, 제1 밸브(130)가 볼 밸브이고 제2 밸브(140)가 핀틀 밸브일 경우 이러한 효과는 더욱 커질 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 파이프 11: 유입부
12: 유출부
100: 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치
110: 바이패스관 120: 밸브 하우징
130: 제1 밸브 131: 볼 밸브체
132: 제1 유로 133: 제1 구동부
133a: 제1 피니언 133b: 제1 랙
133c: 제1 구동원 AC: 공압 실린더
P: 피스톤 140: 제2 밸브
141: 제2 유로 142: 제3 유로
143: 핀틀 밸브체 144: 제2 구동부
144a: 제2 랙 144b: 제2 피니언
144c: 제2 구동원

Claims

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파이프에 구비되는 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치로,
상기 파이프에 병렬로 연결되는 바이패스관;
상기 파이프의 유입부에서 상기 파이프의 유출부로 흐르는 유량을 조절하는 제1 밸브; 및
상기 바이패스관에서 상기 유출부로 흐르는 유량을 조절하는 제2 밸브
를 포함하고,
상기 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치는,
상기 유입부와 상기 유출부 사이에 연통되게 구비되는 밸브 하우징을 더 포함하고,
상기 바이패스관은,
상기 밸브 하우징에 그 일단이 연통되고, 상기 유입부에 그 타단이 연통되고,
상기 제1 밸브는,
상기 밸브 하우징에 회동 가능하게 구비되며 상기 유입부에서 상기 유출부로 흐르는 유체를 차단시키는 구 형상의 볼 밸브체; 및
상기 볼 밸브체에 제1 방향으로 관통되어 상기 볼 밸브체가 제1 각도 회전되면 상기 유입부와 상기 유출부를 연통시키는 제1 유로
를 포함하고,
상기 제2 밸브는,
상기 볼 밸브체에 제2 방향으로 뚫려 상기 바이패스관과 상기 제1 유로를 연통시키는 제2 유로; 및
상기 볼 밸브체에 제3 방향으로 뚫려 상기 제1 유로와 상기 유출부를 연통시키는 제3 유로; 및
상기 바이패스관에 그 길이 방향으로 전후 이동 가능하게 구비되어 상기 제2 유로의 개도량을 조절하는 핀틀 밸브체
를 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제4항에서,
상기 제1, 제2 및 제3 방향은 서로 직교하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제4항에서,
상기 제1 유로는 상기 제2 및 제3 유로보다 크게 형성되는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제4항에서,
상기 제2 유로는 상기 볼 밸브체의 내측으로 갈수록 점점 직경이 작아지는 형상을 가지고,
상기 핀틀 밸브체 중 상기 제2 유로에 대응되는 단부는 상기 제2 유로의 상기 형상에 대응되는 형상을 가지는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제4항에서,
상기 제2 유로는 상기 볼 밸브체의 회전 중심에 형성되는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제4항에서,
상기 제1 밸브는,
상기 볼 밸브체를 회동시키는 제1 구동부
를 더 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제9항에서,
상기 제1 구동부는,
상기 볼 밸브체의 회전 중심에 고정되는 제1 피니언;
상기 제1 피니언에 맞물려 상기 제1 피니언을 회동시키는 제1 랙; 및
상기 제1 랙을 왕복 운동시키는 제1 구동원
을 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제10항에서,
상기 제1 구동원은 공압 실린더고,
상기 제1 랙은 상기 공압 실린더의 피스톤에 구비되는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제4항에서,
상기 제2 밸브는,
상기 핀틀 밸브체를 전후 이동시키는 제2 구동부
를 더 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제12항에서,
상기 제2 구동부는,
상기 핀틀 밸브체의 일면을 이루는 제2 랙;
상기 제2 랙에 맞물려 상기 제2 랙을 전후 왕복 운동시키는 제2 피니언; 및
상기 제2 피니언을 회동시키는 제2 구동원
을 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치.
제4항 내지 제13항 중 어느 한 항의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치를 구동하는 방법으로,
상기 제1 및 제2 밸브가 닫힌 초기 상태에서, 상기 바이패스관에서 상기 유출부로 흐르는 유량이 증가되도록 상기 제2 밸브의 개도량을 서서히 증가시키는 단계; 및
상기 제2 밸브가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 상기 유입부에서 상기 유출부로 흐르는 유량이 증가되도록 상기 제1 밸브의 개도량을 서서히 증가시키는 단계
를 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법.
제14항에서,
상기 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법은,
상기 제1 밸브의 개도량을 서서히 증가시키는 단계에서, 상기 제1 밸브가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 상기 제2 밸브를 닫는 단계
를 더 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항의 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치를 구동하는 방법으로,
상기 볼 밸브체에 의해 상기 제1 유로를 닫음과 함께 상기 핀틀 밸브체에 의해 상기 제2 유로를 닫은 초기 상태에서, 상기 바이패스관에서 상기 유출부로 흐르는 유량이 증가되도록 상기 핀틀 밸브체를 상기 제2 유로가 열리는 방향으로 서서히 후진시키는 단계; 및
상기 제2 유로가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 상기 유입부에서 상기 유출부로 흐르는 유량이 증가되도록 상기 볼 밸브체를 회동시켜 상기 제1 유로를 여는 단계
를 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법
제16항에서,
상기 볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법은,
상기 제1 유로를 여는 단계에서, 상기 제1 유로가 완전히 열리면 그 상태를 유지한 채, 상기 제2 유로가 닫히도록 상기 핀틀 밸브체를 전진시키는 단계
를 더 포함하는
볼밸브에 핀틀조절기구를 결합한 장치의 구동방법.