KR101930392B1 - 초고압밸브용 비회전 밸브스템 - Google Patents

초고압밸브용 비회전 밸브스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 작동샤프트의 회전을 따라 회전하지 않으면서 상승 또는 하강하여 밸스스템이 밸브시트와 접속 및 이탈하기 때문에 회전으로 야기되는 밸브스템과 밸브시트의 이상마모와 손상을 방지하고, 백업링과 패킹 및 패킹그랜드의 미상마모와 손상 및 변형을 방지하여 원활한 작동성을 보장할 수 있도록 한 것으로서;
일측면에 유입구와, 상기 유입구와 다른 위치에 형성하는 배출구와 이들 사이에 밸브시트를 개재한 제어홀을 형성한 밸브바디와; 제어홀의 상방으로 형성되는 스템홀에 위치하여 밸브시트와 접속 및 이탈하면서 유체의 흐름을 제어하는 밸브스템과, 상기 밸브스템의 외부와 스템홀 사이에 기밀을 유지할 수 있도록 개재하는 백업링과 패킹 및 패킹그랜드와, 밸브바디에 결합되는 그랜드에 유지되어 밸브스템을 움직이는 작동샤프트과, 작동샤프트 제어를 위한 작동수단를 포함하는 제어수단으로 구성되는 초고압밸브에 있어서;
상기 제어수단을 구성하는 밸브스템이 작동샤프트와 함께 회전하지 않으면서 작동샤프트에 의하여 상,하방향으로 움직여 밸브시트와 접속 및 이탈할 수 있게 구성하여 밸브스템과 밸브시트의 비정상적인 마모와 손상 또는 변형을 방지하고 백업링과 패킹 및 패킹그랜드에도 악영향을 미치지 않게 한 것이다.

Description

초고압밸브용 비회전 밸브스템{NON ROTARY VALVE STEM FOR ULTRA HIGH PRESSURE VALVE}
본 발명은 초고압밸브용 비회전 밸브스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유체를 제어하기 위하여 밸브스템을 밸브시트와 접속 및 이탈시키는 과정에서 밸브스템이 회전하지 않으면서 상승 및 하강하도록 함으로서 밸브스템과 밸브시트의 손상과 마모를 방지하면서 원활한 작동 및 제어성을 가지도록 개선한 밸브스템의 제공에 관한 것이다.
일반적으로 밸브는 공기, 가스, 액체 등과 같은 유체의 공급과 같은 흐름을 제어하기 위하여 사용하는 것으로서, 일반적으로 산업용으로 사용되는 밸브는 100바(Bar)이하의 압력이 발생하는 것이 통례이다.
그러나, 수소를 발생시켜 저장탱크로 공급하기 위한 라인, 수조 저장탱크에서 수소를 사용하기 위한 사용처 예를 들어 수소자동차로 수소를 충진하기 위한 충진시설, 충진 건, 충진라인 등에는 1000바 이상의 초고압이 발생하게 되며, 이러한 초고압의 유체를 용이하게 제어할 수 있도록 하기 위한 초고압밸브가 사용된다.
종래에도 다수의 초고압밸브가 개발되어 사용되고 있으며, 이러한 초고압밸브를 유체의 흐름을 단속 및 해제하는 개폐타입의 밸브와, 유체를 사용용도나 목적에 대응하여 그 량을 자유롭게 제어할 수 있도록 하는 유량제어밸브로 구분된다.
이러한 초고압밸브는 밸브바디의 일측에는 유입구가 형성되고 다른 측에는 배출구가 형성되며, 유입구와 배출구의 중간 위치에는 제어홀이 형성되고, 상기 제어홀의 상방에 설치되는 개폐수단과 연결되는 밸브스템이 제어홀에 개재된 밸브스템과 접속 및 이탈을 통하여 개폐함으로서 유체의 흐름을 선택할 수 있도록 구성한다.
상기와 같은 초고압밸브의 기술적인 구성을 도 5를 통하여 간력적으로 살펴보면 다음과 같다.
종래 기술이 적용되는 일반적인 초고압용밸브(1)는, 금속재질로 구성되는 육면체 형상의 밸브바디(2) 일측에 형성되어 유체를 공급받는 유입구(3)와, 상기 유입구(3)와는 반대위치 또는 다른 위치에 형성하여 유입된 유체를 배출하는 배출구(4)가 형성된다.
상기 유입구(3)와 배출구(4) 사이에는 유체가 유입구에서 배출구로 이동할 수 있도록 밸브시트(5)를 가지는 제어홀(6)이 형성되고, 상기 제어홀(6)의 상방으로는 스템홀(7)이 형성되어 밸브바디(2) 상방에 설치되는 핸들, 레버 또는 액츄에이터와 같은 개폐수단(8)과 연결되어 제어홀(6) 방향으로 상,하 운동하는 밸브스템(10)이 구비된다.
상기 밸브스템(10)은 스템홀(7)에 백업링(11)과 패킹(12), 오링(13)과 오링하우징(14), 그랜드부시(15)과 그랜드(16)로 유지되며, 밸브스템(10)의 상단부는 개폐수단(8)으로부터 도출되는 작동샤프트(17)와 볼트와 너트 구조로 연결된다.
상기 작동샤프트(17)는 그랜드(16) 내부에 형성된 나사와 나사결합되어 개폐수단(8)의 작동에 의하여 회전하면서 그랜드(16)의 상,하방향으로 상승 및 하강하게 되고, 작동샤프트(17)와 연결된 밸브스템(10) 또한 회전하면서 상승 및 하강하여 밸브시트(5)와 접속 및 이탈하는 동작을 취하도록 한 구성이다.
(문헌 1) 특허출원 제 10 - 2012 - 0043231 호 (문헌 2) 특허 제 10 - 1267328 - 0000 호 (문헌 3) 특허 제 10 - 1667593 - 0000 호
상기와 같은 종래 기술에서는 개폐수단과 작동샤프트 및 밸브스템이 연결되어 개폐수단에 의하여 정,역방향으로 회전하면서 밸브스템이 상승 또는 하강을 수행하고 밸브스템의 하단부가 밸브시트와 접속 및 이탈을 수행하여 유체의 흐름을 제어하거나 유체의 량을 제어하도록 하고 있다.
이러한 이유에 의하여 밸브스템의 하단부(스템헤드)와 더불어 이와 접속하는 밸브시트가 마찰을 일으켜 마모되는 현상이 발생하고, 접속부위는 비 접속부위에 비하여 상대적으로 빠른 마모현상이 일으나게 되므로 기간이 경과함에 따라 밸브스템과 밸브시트가 접속위치에 도달 하였음에도 불구하고 정상적인 간격을 유지하는 것이 힘들게 된다.
즉, 정상적인 밸브스템과 밸브시트에 비하여 접속위치만 이상마모 또는 편마모 현상을 일으키게 되므로 밸브스템과 밸브시트가 접속하더라도 마모된 부위가 긴밀하게 밀착되지 않거나 목적한 간격을 유지하지 못하고 더 큰 간격이 발생하게 되므로 폐쇄시킨 작동에서도 유체가 유통하게 되는 원인이 되고, 목적하는 유량으로 제어가 불가능하게 되는 원인이 되고 있다.
상기와 같이 밸브스템이 회전하면서 상,하 방향으로 움직일 경우 밸브스템의 하단부와 밸브시트의 마모를 초래하는 것 뿐만 아니라, 밸브스템의 중간부위를 잡아주고 있는 패킹과 백업링, 패킹그랜드의 내경부와 밸브스템의 마찰과 비틀림이 전도되어 나선형의 스크래치가 발생하거나 변형을 일으키는 원인이 되므로 기밀성을 유지하는 것이 힘들고, 밸브스템의 유동을 방지하지 못하여 원활한 작동성을 보장할 수 없고 이로 인한 밸브의 품질과 내구성이 취약하게 되는 등 여러 문제점이 발생하고 있는 실정이다.
이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 일측면에 유입구와, 상기 유입구와 다른 위치에 형성하는 배출구와 이들 사이에 밸브시트를 개재한 제어홀을 형성한 밸브바디와; 제어홀의 상방으로 형성되는 스템홀에 위치하여 밸브시트와 접속 및 이탈하면서 유체의 흐름을 제어하는 밸브스템과, 상기 밸브스템의 외부와 스템홀 사이에 기밀을 유지할 수 있도록 개재하는 백업링과 패킹 및 패킹그랜드와, 밸브바디에 결합되는 그랜드에 유지되어 밸브스템을 움직이는 작동샤프트과, 작동샤프트 제어를 위한 작동수단를 포함하는 제어수단으로 구성되는 초고압밸브에 있어서;
상기 제어수단을 구성하는 밸브스템이 작동샤프트와 함께 회전하지 않으면서 작동샤프트에 의하여 상,하방향으로 움직여 밸브시트와 접속 및 이탈할 수 있게 구성하여 밸브스템과 밸브시트의 비정상적인 마모와 손상 또는 변형을 방지하고 백업링과 패킹 및 패킹그랜드에도 악영향을 미치지 않게 구성하여;
작동샤프트의 회전을 따라 회전하지는 않으면서 작동샤프트에 의하여 상승 또는 하강하여 밸스스템이 밸브시트와 접속 및 이탈하기 때문에 회전으로 야기되는 밸브스템과 밸브시트의 이상마모와 손상을 방지하고, 백업링과 패킹 및 패킹그랜드의 미상마모와 손상 및 변형을 방지하여 원활한 작동성을 보장할 수 있는 목적 달성이 가능하다.
본 발명은 개폐수단과 연결된 작동샤프트에 대하여 밸브스템을 회전하지 않는 형태로 결합시켜 밸브스템이 직선으로 상,하방향으로 움직여 밸브시트와 접속 및 이탈하도록 구성함으로서 밸브스템과 밸브시트의 이상마모 현상과 변형의 우려를 배제하여 기간이 경과하여도 정상적인 유체의 개폐작동과 유량의 제어력을 담보할 수 있는 효과를 가진다.
밸브스템을 회전하지 않으면서 수직으로 움직이도록 함으로서 작동과정에서 백업링과 패킹 및 패킹그랜드에 영향을 미치지 않으면서 밸브스템의 유동성을 배제하여 원활한 작동성을 보장할 수 있도록 함으로서 밸브의 품질과 내구성을 향상시킬 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.
도 1은 본 발명의 기술인 비회전 밸브스템이 적용된 초고압밸브를 도시한 단면 구성도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 초고압밸브용 비회전 밸브스템을 도시한 파절상태의 사시도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 초고압밸브용 비회전 밸브스템을 도시한 하강 상태의 단면 구성도.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 초고압밸브용 비회전 밸브스템을 도시한 상승 상태의 단면 구성도.
도 5는 종래 기술이 적용된 초고압밸브를 도시한 구성도.
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 바람직한 구성과 작용에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 기술인 비회전 밸브스템이 적용된 초고압밸브를 도시한 단면 구성도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 초고압밸브용 비회전 밸브스템을 도시한 파절상태의 사시도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 초고압밸브용 비회전 밸브스템을 도시한 하강 상태의 단면 구성도, 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 초고압밸브용 비회전 밸브스템을 도시한 상승 상태의 단면 구성도로서 함께 설명한다.
통상적인 초고압밸브(100)는, 고정공(101)을 가지는 육면체 형상의 밸브바디(102)가 구비되고, 상기 밸브바디(102)의 일측면에는 유체를 공급받기 위한 배관을 연결할 수 있는 유입구(103)를 형성하고, 상기 유입구(103)의 대향 위치 또는 유입구(103)와 다른 위치의 밸브바디(102) 측면에는 유입된 유체가 배출되어 사용처로 공급될 수 있는 배출구(104)를 형성한다.
상기 유입구(103)와 배출구(104) 사이에는 유체가 서로 연통할 수 있도록 밸브시트(105)를 개재한 제어홀(106)이 형성되고, 상기 제어홀(106)의 상방으로는 제어홀(106)을 개폐하여 유체의 흐름을 선택하기 위한 제어수단(110)이 설치된다.
상기 제어수단(110)은, 제어홀(106)의 상방으로 형성되는 스템홀(111)에 위치하여 밸브시트(105)와 접속 및 이탈하면서 제어홀(106)을 개폐하여 유체의 흐름을 제어하는 밸브스템(112)과, 상기 밸브스템(112)의 외경부와 스템홀(111) 사이에 는 기밀을 유지할 수 있도록 백업링(113)과 패킹(114) 및 패킹그랜드(115)를 개재한다.
상기 밸브스템(112)은, 밸브바디(102)에 단속너트(116)로 고장되는 브라켓(116-1)과 밸브바디(102)에 나사결합되는 그랜드(117)에 의하여 밸브바디(102)에 유지되어 정,역회전하면서 상,하방향으로 움직이는 작동샤프트(118)에 내장하고, 상기 작동샤프트(118)의 상단에는 작동샤프트(118)를 정,역방향으로 움직이기 위한 손잡이, 레버 또는 액튜에이터와 같은 작동수단(119)을 고정하여 구성한다.
본 발명에서는 상기 밸브스템(112)이 작동샤프트(118)와 함께 회전하지 않으면서 작동샤프트(118)에 의하여 상,하방향으로 움직여 밸브시트(105)와 접속 및 이탈할 수 있게하여 밸브스템(112)과 밸브시트(105)의 비정상적인 마모와 손상 또는 변형을 방지하고 백업링(113)과 패킹(114) 및 패킹그랜드(115)에도 악영향을 미치지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여 스템홀(111)의 상부에 형성되는 암나사(120)에 관체형상으로 구비되는 그랜드(117)의 외경에 형성되는 숫나사(121)와 결합하여 고정하고, 상기 그랜드(117)의 내경에는 암나사(122)를 형성하고 상부에 작동수단(119)을 연결한 작동샤프트(118)의 외경에 형성한 숫나사(123)와 나사 결합하여 작동수단(119)에 의하여 작동샤프트(118)가 회전하면서 그랜드(117)의 상,하 방향으로 움직일 수 있도록 한다.
상기 작동샤프트(118)의 중심부 종방향으로는 관통공(124)을 형성하여 밸브스템(112)을 결합하는 데, 상기 밸브스템(112)의 하측에 형성되는 스템헤드(125)는 작동샤프트(118)의 아래로 노출되도록 하고, 밸브스템(112)을 구성하는 스템몸체(126)는 관통공(124)에 위치하도록 한다.
상기 관통공(124)의 직경(D)은 스템몸체(126)의 직경(D1) 보다 크게 형성하여 작동샤프트(118)가 회전하더라도 밸브스템(112)은 작동샤프트(118)를 따라서 함께 회전하지 않는 맴돌이 형태가 이루어지도록 한다.
물론, 상기 작동샤프트(118)가 회전하더라도 스템몸체(126)는 작동샤프트(118)를 따라서 회전하지 않도록 스템몸체(126)의 상부에 부싱이나 베어링과 같은 회전수단을 개재하여 스템몸체(126)가 더욱 더 작동샤프트(118)의 회전에 영향을 받지 않도록 하여도 무방할 것이다.
상기 스템몸체(126)의 상측에는 볼트부(127)를 일체로 형성하여 작동샤프트(118) 상단으로 노출시킨 후 단속너트(128)로 결합하여 작동샤프트(118) 하강시 밸브스템(112)을 하강시킬 수 있도록 한다.
상기 스템헤드(125)와 스템몸체(126)의 경계 위치에는 스토퍼(130)를 일체로 형성하여 작동샤프트(118) 하단에 위치시켜 작동샤프트(118)가 상승할 때 밸브스템(112)이 함께 상승할 수 있도록 구성함으로서 작동샤프트(118)와 함께 밸브스템(112)이 회전하지 않고 상,하방향으로 움직일 수 있도록 구성한다.
상기와 같은 본 발명의 기술이 적용된 초고압밸브(100)는 유체가 유입구(103)를 통하여 제어홀(106)을 경유한 후 배출구(104)를 통하여 사용처로 공급되고, 제어홀(106)의 상부에 설치되는 제어수단(110)의 작동에 의하여 밸브스템(112)이 상,하로 이동하여 밸브시트(105)과 접속 및 이탈하면서 유체의 흐름을 선택하거나 유체의 량을 조절하는 것은 주지된 사실이다.
본 발명에서는 상기와 같이 유체를 제어하기 위하여 작동수단(119)에 의하여 작동샤프트(118)가 회전하면서 상승 또는 하강하는 경우에도 작동샤프트(118)와 연결된 밸브스템(112)이 작동샤프트(118)와 함께 회전하지 않으면서 작동샤프트(118)에 의하여 상,하방향으로 움직여 밸브시트(105)와 접속 및 이탈하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
작동수단(119)이 정,역회전하면 이와 연결된 작동샤프트(118)도 정,역회전하게 되는 데, 이때 작동샤프트(118)는 스템홀(111)의 상부에 나사 결합된 그랜드(117)의 내경과 나사결합된 상태에 있으므로 그랜드(117)의 상,하방향으로 회전하면서 움직이게 된다.
그러면, 작동샤프트(118)의 축 중심에 형성된 관통공(124)에 결합된 밸브스템(112)은 작동샤프트(118)와 함께 회전하지 않고 비회전(무회전 또는 작동샤프트에 대하여 맴돌이 형태) 상태에서 상,하방향으로만 움직이게 되고, 밸브스템(112)의 하측에 형성된 스템헤드(125)가 밸브시트(105)와 접속 및 이탈할 수 있게 되는 것이다.
이를 구체적으로 살펴보면, 작동샤프트(118)의 관통공(124)의 직경(D)이 밸브스템(112)의 스템몸체(126)의 직경(D1) 보다 크게 형성되어 있고, 관통공(124)의 상,하측에 작동샤프트(118)와 견고하게 단속되어 있지 않고 하측 방향 또는 상측 방향으로 걸림되는 형태만 취하고 있기 때문에 작동샤프트(118)가 회전하더라도 밸브스템(112)은 회전하지 작동샤프트(118)를 따라서 회전하지 않게 되는 것이다.
즉, 스템몸체(126)가 관통공(124)에 삽입된 상태에서 스템몸체(126)의 상단부는 볼트부(127)와 단속너트(128)에 의하여 작동샤프트(118)의 상측에 걸림되어 있으므로 작동샤프트(118)가 하강할 때 같이 하강할 수 있게 되고, 스템몸체(126)과 스템헤드(125)의 경계위치에 형성된 스토퍼(130)는 작동샤프트(118)의 하단에 걸림되어 있으므로 작동샤프트(118)가 상승할 때 밸브스템(112)이 따라서 상승할 수 있게 되는 것이다.
이러한 본 발명은 작동샤프트의 회전을 따라 함께 회전하지 않으면서 작동샤프트에 의하여 상승 또는 하강하여 밸스스템이 밸브시트와 접속 및 이탈하기 때문에 회전으로 야기되는 밸브스템과 밸브시트의 이상마모와 손상을 방지하고, 백업링과 패킹 및 패킹그랜드의 이상마모와 손상 및 변형을 방지하여 원활한 작동성을 보장할 수 있는 장점을 가진다.
100; 초고압밸브 102; 밸브바디
103; 유입구 104; 배출구
105; 밸브시트 110; 제어수단
112; 밸브스템 117; 그랜드
118; 작동샤프트 124; 관통공
125; 스템헤드 126; 스템몸체
127; 볼트부 130; 스토퍼

Claims (3)

  1. 일측면에 유입구(103)와, 상기 유입구(103)와 다른 위치에 배출구(104)를 형성하고, 유입구(103)와 배출구(104) 사이에 밸브시트(105)를 개재한 제어홀(106)을 형성한 밸브바디(102)와;
    제어홀(106)의 상방으로 형성되는 스템홀(111)에 위치하여 밸브시트(105)와 연접 및 이탈하면서 제어홀(106)을 개폐하여 유체의 흐름을 제어하는 밸브스템(112)과, 상기 밸브스템(112)의 외부와 스템홀(111) 사이에 기밀을 유지할 수 있도록 개재하는 백업링(113)과 패킹(114) 및 패킹그랜드(115)와, 밸브바디(102)에 결합되는 그랜드(117)에 유지되어 밸브스템(112)을 밸브시트(105)와 접속 및 이탈시키는 작동샤프트(118)과, 작동샤프트(118) 제어를 위한 작동수단(119)를 포함하는 제어수단(110)으로 구성되는 초고압밸브에 있어서;
    상기 스템홀(111)의 상부에 형성되는 암나사(120)에 그랜드(117)의 외경에 형성되는 숫나사(121)와 결합하고;
    상기 그랜드(117)의 내경에 형성한 암나사(122)에는 상부에 작동수단(119)을 연결한 작동샤프트(118)의 외경에 형성한 숫나사(123)와 나사 결합하여 작동수단(119)에 의하여 작동샤프트(118)가 회전하면서 그랜드(117)의 상,하 방향으로 움직이도록 하고;
    상기 작동샤프트(118)의 중심부 종방향으로 형성한 관통공(124)에는 작동샤프트(118) 아래로 스템헤드(125)가 노출되도록 한 스템몸체(126)를 결합하고;
    상기 스템몸체(126)의 상측에 일체로 형성되는 볼트부(127)는 작동샤프트(118) 상단으로 노출시켜 단속너트(128)로 결합하여 작동샤프트(118) 하강시 밸브스템(112)을 하강시키도록 하고;
    상기 스템헤드(125)와 스템몸체(126)의 경계 위치에는 스토퍼(130)를 일체로 형성하여 작동샤프트(118) 하단에 위치시켜 작동샤프트(118)가 상승할 때 밸브스템(112)이 함께 상승할 수 있게하여;
    상기 밸브스템(112)이 작동샤프트(118)와 함께 회전하지 않으면서 작동샤프트(118)에 의하여 상,하방향으로 움직여 밸브시트(105)와 접속 및 이탈할 수 있게 구성하는 것을 특징으로 하는 초고압밸브용 비회전 밸브스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서;
    상기 관통공(124)의 직경(D)은 스템몸체(126)의 직경(D1) 보다 크게 형성하여 작동샤프트(118)가 회전하더라도 밸브스템(112)은 회전하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 초고압밸브용 비회전 밸브스템.
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