KR101991242B1 - 샤프트 노 충전 설비용 밀봉 밸브 장치 - Google Patents

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패트릭 후트마허
폴 토커트
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풀 부르스 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 밸브 시트 (10)와 연동되는 셔터 (12) 및 밸브 시트 (10)와 밀봉 접촉하는 폐쇄 위치와 밸브 시트 (10)로부터 멀리 떨어진 개방 위치 사이에서 셔터(12)를 이동시키는 셔터-작동 장치를 포함하는 샤프트 노 충전 설비 용 밀봉 밸브 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 셔터-작동 장치는 셔터 (12)에 연결된 틸팅 샤프트 (24), 틸팅 샤프트 (24)에 연결된 출력 샤프트를 갖는 전기 모터 (26), 및 전기 모터 (26)와 연계된 브레이크 장치 (30)를 포함한다. 상기 브레이크 장치 (30)는 결합된 경우, 전기 모터 (26)의 출력 샤프트가 회전하지 않게 하도록 구성된다. 상기 셔터-작동 장치는 전기 모터 (26)의 출력샤프트와 틸팅 샤프트 (24) 사이에 배치되는 전달 수단 (28)을 추가적으로 포함하고, 상기 전달 수단 (28)은 전기 모터 (26)의 출력 샤프트의 회전 움직임을 틸팅 샤프트 (24)에 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 전달 수단 (28)은 전기 모터 (26)의 출력 샤프트와 틸팅 샤프트 (24) 사이에서 기설정된 양만큼 허용된 회전을 갖도록 구성된 백래시를 포함한다.

Description

샤프트 노 충전 설비용 밀봉 밸브 장치
본 발명은 일반적으로 샤프트 노 충전 설비용 밀봉 밸브 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 고로 충전 설비에서 용광로 가스 손실을 방지하기 위한 상부 또는 하부 밀봉 밸브 장치에 관한 것이다.
벨리스 톱 (BELL LESS TOP®)유형의 샤프트 노 충전 설비는 수십 년 동안 업계에서 널리 사용되었다. 이러한 설비의 초창기 예시가 예를 들어 미국 특허 제 US 4,071,166호문헌에 개시되어있다. 본 설비는 한 개 이상의 중간장입 물질 저장 호퍼를 수문 또는 에어록 방식으로 구동시켜 로구(furnace throat)로부터 용광로 가스가 빠져나가는 것을 최소화한다. 이러한 효과를 위해, 각각의 호퍼는 호퍼 유입구 및 유출구를 각각 밀봉 폐쇄하기 위한 상부 밀봉 밸브 및 하부 밀봉 밸브를 갖는다. 호퍼의 채워지는 동안에, 상부 밀봉 밸브는 개방되고 하부 밀봉 밸브가 폐쇄된다. 재료가 호퍼로부터 노 내로 채워질 때, 하부 밀봉 밸브는 폐쇄되고 상부 밀봉 밸브가 개방된다. 미국 특허 제 4,071,166 호는 셔터가 단일 샤프트에 대해 기울어 질 수 있는 플랩형 (flap-type) 밸브를 갖는 일반적으로 사용되는 밀봉 밸브 장치를 개시한다. 본 샤프트의 축은 대략적으로 밸브 시트의 평면에 배치된다. 개방 위치에서 셔터가 물질 유동 경로로부터 완전히 제거되어야 하기 때문에, 미국 특허 제 US 4,071,166호에 따른 장치는 수직 방향으로 상당한 공간을 필요로 한다.
보다 콤팩트한 구조의 밀봉 밸브 장치가 유럽 특허 제 EP 2 000 547호에 제시되는데, 연결 구동 매커니즘은 밸브 시트와 밀봉 접촉하는 폐쇄 위치와 밸브로부터 멀리 떨어진 개방 위치 사이에서 셔터를 이동시키는데 사용된다. 셔터가 움직이는데 더 작은 공간을 필요로 하도록 연결 구동 메커니즘은 셔터의 선형 및 회전 운동을 허용한다.
미국 특허 제 US　4,071,166호는 셔터를 이동시키기 위해 사용되는 액추에이터에 대해 침묵하고 있지만, 유럽 특허 제 EP 2 000 547호는 액추에이터가 선형 유압 피스톤을 포함하여, 셔터가 연결된 틸팅 샤프트에 회전 운동을 가하는 것을 제시한다.
또 다른 밀봉 밸브 장치는 유럽 특허 제 EP 2 449 327호에 개시되며, 듀얼-모션 셔터-작동 장치는 밸브 시트와 밀봉 접촉하는 폐쇄 위치와 밸브 시트로부터 멀리 떨어진 개방 위치 사이에서 셔터를 이동시키는데 사용된다. 유럽 특허 제 EP 2 449 327호는 또한 액추에이터가 선형 유압 피스톤을 포함하는것을 제시한다.
이러한 선형 유압 피스톤의 장점은 영구적으로 작용하는 유압에 기인하여 밀봉이 항상 보장된다는 것이다. 또한, 추가적 밀봉 압력이 예를 들어 샤프트 노 압력와 같은 다른 압력원으로부터 셔터에 가해지는 경우, 셔터의 추가적 이동은 유압 피스톤의 사용 가능한 유압 버퍼에 쉽게 흡수된다. 그러나, 이러한 유압 피스톤의 단점은 일반적으로 비싼 것으로 간주되는 수력 발전소와 유압 배관을 필요로 하므로 안전 리스크를 초래할 수 있으며 정기적 유지 보수가 필요하다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 샤프트 노 충전 설비 용 밀봉 밸브 장치를 제공하는 것이며, 상기 단점들을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다. 상기 목적은 청구항 1 항에 따른 밀봉 밸브 장치에 의해 달성된다.
본 발명은 밸브 시트와 연동되는 셔터 및 밸브 시트와 밀봉 접촉하는 폐쇄 위치와 밸브 시트로부터 멀리 떨어진 개방 위치 사이에서 셔터를 이동시키는 셔터-작동 장치를 포함하는 샤프트 노 충전 설비 용 밀봉 밸브 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 셔터-작동 장치는 셔터에 연결된 틸팅 샤프트, 틸팅 샤프트에 연결된 출력 샤프트를 갖는 전기 모터, 및 전기 모터와 연계된 브레이크 장치를 포함한다. 상기 브레이크 장치는 결합된 경우, 전기 모터의 출력 샤프트가 회전하지 않도록 구성된다. 상기 셔터-작동 장치는 전기 모터의 출력 샤프트와 틸팅 샤프트 사이에 배치되는 전달 수단을 추가적으로 포함하고, 상기 전달 수단은 전기 모터의 출력 샤프트의 회전 움직임을 틸팅 샤프트에 전달하도록 구성된다. 전달 수단은 전기 모터의 출력 샤프트와 틸팅 샤프트 사이에서 기설정된 양만큼 허용된 회전을 갖도록 구성된 백래시를 포함한다.
호퍼 중 하나가 샤프트 노 내로 벌크 재료를 공급한 후, 샤프트 노 압력으로부터 호퍼를 밀봉하도록 호퍼의 하부 개구에서 재료 게이트가 닫히고 하부 밀봉 밸브를 이의 밸브 시트 위로 이동시킨다. 이어서, 호퍼가 감압되어 상부 밀봉 밸브를 개방함으로써 신선한 벌크 재료가 호퍼 내로 공급 될 수 있도록 한다. 일단 호퍼가 감압되면, 샤프트 노와 호퍼 사이의 압력 차는 1 내지 3 bar, 바람직하게는 1.5 내지 2.5 bar의 범위에 있다. 샤프트 노에서의 이러한 더 높은 압력은 셔터를 이의 밸브 시트 상으로 밀어내는 추가의 압력으로서 작용하고 셔터를 밸브 시트에 대해 보다 밀착하여 쉽게 움직일 수있다. 이러한 셔터의 추가적인 이동은 셔터의 틸팅 샤프트 상으로 전달되어서 셔터-작동 장치로 전달된다. 셔터-작동 장치가 유압 피스톤을 포함하는 선행 기술의 해결책에서, 이러한 추가적인 이동은 유압 피스톤에서 이용 가능한 유압 버퍼에 의해 흡수된다.
샤프트 노와 호퍼 사이의 압력차로 인한 셔터의 추가적인 이동은 거의 방지될 수 없다. 따라서, 셔터-작동 장치가 일단 셔터가 그 밀봉 위치로 이동하게 되면, 셔터-작동 장치의 이동을 차단하기 위한 잠금 수단을 포함하는 것은 도출되지 못할 수 있다.
그러나, 이는 정확히 본 발명이 제시하는 바이다. 물론, 본 발명의 셔터-작동 장치는 셔터가 일단 밀봉 위치에 있게 되면 전기 모터의 출력 샤프트가 회전하는 것을 정지시키기 위해 브레이크 장치가 결합된 전기 모터를 포함한다. 브레이크 장치가 결합되면, 전기 모터를 끄고 전력 소비를 절약할 수 있다. 나아가, 전기 모터가 꺼지면 과열되어 손상될 위험이 없어진다.
수력 대신에 전력을 사용하여 전력이 일반적으로 보다 용이하게 이용가능하다는 이점을 갖는다. 값 비싼 수력 발전소 또는 유압 배관을 제공할 필요가 없다. 또한, 안전 상의 리스크 및 유지 관리 비용이 감소된다.
본 발명에 따라, 샤프트 노와 호퍼 사이의 압력 차로 인한 셔터의 추가적인 이동은 전기 모터의 출력 샤프트와 틸팅 샤프트 사이에 배치된 전달 수단에 의해 흡수된다. 전달 수단은 전기 모터의 출력 샤프트에 상기 회전이 전달되지 않고, 틸팅 샤프트가 기설정된 양만큼 회전할 수 있도록 하기에 충분한 백래시를 갖는다. 따라서, 샤프트 노와 호퍼 사이의 압력 차에 의해 유발된 셔터의 여분의 움직임에 의해 전기 모터 및 브레이크 장치가 손상되지 않을 수 있다.
바람직하게는, 기설정된 양의 허용된 회전은 0.1 ° 및 0.5 ° 사이, 바람직하게는 0.25 ° 및 0.35 ° 사이이다. 이러한 회전은 샤프트 노 압력의 적용 하에서 셔터의 충분한 움직임을 허용 할 것이다.
전달 수단은 요구되는 백래쉬를 제공하기 위한 기어 매커니즘을 포함한다. 전달 수단은 예를 들어 유성 기어, 헬리컬 기어, 베벨 기어 또는 이와 유사한 것일 수 있다.
바람직하게는, 브레이크 장치는 전기 모터 브레이크이다.
바람직하게는, 연질 밀봉 수단, 예를 들어 실리콘 밀봉 링, 스터핑 박스, O-링 등이 셔터와 밸브 시트 사이에 배치되고, 상기 연질 밀봉 수단은 고압 하에서 압축 가능하다. 연질 밀봉 수단은 최대 약 3mm까지 셔터 이동을 허용하도록 구성 될 수 있다.
본 발명은 또한 샤프트 노 장입 설비를 위한 하부 밀봉 밸브 하우징을 제공하며, 상기 하우징은 전술된 바와 같은 밀봉 밸브 장치 및 하우징에 의해 지지되고 밀봉 밸브 장치의 셔터와 연동되는 밸브 시트를 포함한다.
또한, 본 발명은 샤프트 노 충전 설비의 밀봉 밸브를 작동시키는 방법으로서, 상기 밀봉 밸브는 상기 기술된 바와 같은 밀봉 밸브 장치를 포함하는 것을 특징으로 하고, 본 방법은: 셔터를 밸브 시트에 대한 밀봉 접촉 상태로 만들도록 틸팅 샤프트에 연결된 전기 모터를 작동시키는 단계; 전기 모터의 출력 샤프트가 회전하는 것을 정지시키도록 전기 모터를 정지시키고 브레이크 장치를 결합시키는 단계; 및 밸브 시트에 대해 상기 셔터를 추가적으로 가압하도록 셔터의 하부 측에 외부 압력을 가하는 단계이되, 여기서 상기 틸팅 샤프트는 이로 인해 추가적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 전달 수단은 전기 모터의 출력 샤프트에 이러한 추가 회전을 전달하지 않고 틸팅 샤프트의 추가 회전을 흡수하도록 구성된다.
따라서, 일단 셔터가 밸브 시트에 대향하여 위치되면, 전기 모터는 꺼질 수있어서, 불필요한 에너지 소비 및 전기 모터의 과열을 방지할 수 있다. 전달 수단에 의한 백래시 또는 플레이로 인해, 샤프트 노와 호퍼 사이의 압력 차로 인한 셔터의 임의의 부가적인 움직임은 전달 수단에 의해 흡수되어 전기 모터 또는 브레이크 장치로 전달되지 않는다.
샤프트 노 충전 설비 용 밀봉 밸브 장치는 상기 단점들을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 예시로서 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 밀봉 밸브 장치를 구비한 하부 밀봉 밸브 조립체의 사시도이다; 및
도 2는 도 1의 하부 밀봉 밸브 조립체의 단면도이다.
일반적으로, 샤프트 노 설비는 샤프트 노 내로 장입 재료를 공급하기 위해 이의 상부에 배치된 샤프트 노 충전 설비를 갖는 샤프트 노를 포함한다.
샤프트 노 충전 설비는 단일 호퍼를 포함 할 수 있다. 그러나, 일반적으로 두 개 이상의 호퍼가 구비되어, 하나의 호퍼가 장입 재료로 채워지는 동안, 타 호퍼의 장입 재료는 샤프트 노에 공급된다. 당업계에 공지되어있는 바와 같이, 각각의 호퍼는 호퍼 내에서 장입 재료를 유지하거나 장입 재료를 샤프트 노 내로 방출시키도록 호퍼 배출구에 재료 게이트를 포함한다. 각각의 호퍼는 또한 호퍼 유입구에 상부 밀봉 밸브 및 호퍼 유출구에 하부 밀봉 밸브를 구비한다. 상기 상부 및 하부 밀봉 밸브들은 각각 대기압과 노 압력으로부터 호퍼 압력을 차단하는데 사용된다.
도 1 및 도 2는 샤프트 노 충전 설비의 하부 밀봉 밸브 조립체 (2)를 개략적으로 나타낸다.
이러한 하부 밀봉 밸브 조립체 (2)는 호퍼 유출구와 연통하는 유입구 (6) 및 샤프트 노 내로 충전 재료를 공급하기위한 분배 장치 (도시되지 않음)와 연통하는 유출구 (8)를 갖는 밸브 하우징 (4)을 포함한다. 충전 물질은 호퍼 유출구를 통해 호퍼로부터 수용되고, 밸브 하우징 (4)의 유입구 (6)를 통과한 후, 유출구 (8)를 통과하여 분배 장치에 도달한다.
하부 밀봉 밸브 조립체 (2)는 밸브 하우징 (4) 내부에 위치하는 환형 밸브 시트 (10), 및 유입구 (6)를 밀봉하기 위해 밸브 시트 (10) 와 연동되도록 구성된 밸브 폐쇄 요소 또는 셔터 (12)를 갖는 밀봉 밸브 장치 (14)를 포함한다. 셔터 (12)를 밸브 시트 (10)와 접촉 및 비접촉 상태로 이동시키기 위해 셔터 (12)는 지지 아암 (22)에 의해 틸팅 샤프트 (24)에 작동 가능하게 연결된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 밀봉 밸브 장치 (14)는 개방 위치 (도시되지 않음) 및 폐쇄 위치 사이에서 셔터 (12)를 움직이도록 구성된다. 셔터 (12)는 도시된 실시예에서 셔터 (12)와 결합된 환형 연질 밀봉 수단 (16)을 더 구비한다.
밀봉 수단 (16)은 기밀성을 제공하기 위해 밸브 시트 (10)상의 밀봉 표면에 대해 가압되어야한다. 선택적으로, 밀봉 수단 (16)은 밸브 시트 (10) 상에 구비될 수있다.
밀봉 밸브 장치 (14)는 전기 모터 (26), 전달 수단 (28) 및 브레이크 장치 (30)를 더 포함한다. 전기 모터 (26)는 전달 수단 (28)을 통해 틸팅 샤프트 (24)와 극적으로 결합된 출력 샤프트 (도시되지 않음)를 포함한다.
전기 모터 (26)는 틸팅 샤프트 (24)를 회전시켜 셔터 (12)를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동 시키도록 작동된다. 개방 위치에서 폐쇄 위치로의 회전은 0 °와 100 ° 사이의 각도로 이루어진다.
셔터 (12)가 폐쇄 위치에있을 때, 브레이크 장치 (30)는 결합되고 전기 모터 (26)는 꺼지게 되어서, 셔터 (12)를 기본적으로 폐쇄 위치로 유지시킨다. 전기 모터 브레이크일 수 있는 브레이크 장치 (30)는 바람직하게는 전기 모터 (26)가 꺼짐과 동시에 트리거된다. 전기 모터 (26)를 끄는 동안에 짧은 지연이 용인될 수 있는 것을 이해할 것이다. 그러나, 이러한 지연은 전기 모터 (26)의 과열을 피하기 위해 수 초를 초과하지 않아야하고, 바람직하게는 2 초를 초과하지 않아야한다. 마찬가지로, 셔터 (12)가 개방 위치에있을때, 브레이크 장치 (30)는 결합 될 수 있고 전기 모터 (26) 를 끌 수 있다.
셔터 (12)가 개방 또는 폐쇄 위치로 유지되는 동안 전기 모터 (26)에 전압이 인가되지 않기 때문에, 전기 모터 (26)의 전력 소비가 감소 될 수 있다. 또한, 전기 모터 (26)의 가열은 감소 될 수있어서, 전기 모터 (26)의 추가적인 냉각의 필요성을 없앨 수 있다. 기본적으로, 전력은 셔터 (12)가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동되는 동안 및 그 반대 경우에만 필요하다.
전기 모터 (26)의 출력축과 틸팅 샤프트 (24) 사이에 배치된 전달 수단 (28)은 전동 모터 (26)의 출력 샤프트와 틸팅 샤프트 사이에서 기설정된 양만큼 허용된 회전을 갖도록 구성된 백래시 또는 플레이를 포함한다. 따라서, 셔터 (12)가 폐쇄 위치에있을 때 결합된 브레이크 장치 (30)로도, 셔터 (12)의 소정의 이동이 가능하다. 전달 수단 (28)은 기어링 매커니즘, 바람직하게는 유성 기어를 포함 할 수 있다.
호퍼 내의 압력이 감소함에 따라, 샤프트 노와 호퍼 사이의 압력 차가 증가한다. 이러한 증가하는 압력 차는 셔터 (12)의 하부면 (32)에 작용하고, 셔터 (12)를 밸브 시트 (10)에 대해 보다 밀착되도록 밀어서 틸팅 샤프트 (24)의 회전 운동을 일으킨다.
그러나, 전달 수단 (28)에 의해 제공되는 백래시로 인해, 상기 언급된 압력차에 의해 유발된 틸팅 샤프트 (24)의 회전 운동은 전달 수단 (28)에 의해 흡수되어 전동 모터 (26)의 출력축 또는 브레이크 장치 (30)로 전달되지 않는다. 따라서, 틸팅 샤프트 (24)의 회전 운동은 브레이크 장치 (30)에 의해 고정되는 전기 모터 (26)의 출력 샤프트를 손상시킬 수 없다.
2 하부 밀봉 밸브 조립체 (lower seal valve assembly)
4 밸브 하우징 (valve housing)
6 유입구 (inlet)
8 유출구 (outlet)
10 환형 밸브 시트 (annular valve seat)
12 셔터 (shutter)
14 밀봉 밸브 장치 (sealing valve arrangement)
16 밀봉 수단 (sealing means)
22 지지 아암(support arm)
24 틸팅 샤프트 (tilting shaft)
26 전기 모터 (electric motor)
28 전달 수단 (transmission means)
30 브레이크 장치 (braking device)
32 셔터의 하부 측 (underneath side of shutter)

Claims (9)

  1. 샤프트 노 충전 설비 용 밀봉 밸브 장치에 있어서:
    밸브 시트와 연동되는 셔터;
    상기 밸브 시트와 밀봉 접촉하는 폐쇄 위치와 상기 밸브 시트로부터 멀리 떨어진 개방 위치 사이에서 상기 셔터를 이동시키는 셔터-작동 장치;를 포함하는 장치이되,
    상기 셔터-작동 장치는:
    상기 셔터에 연결된 틸팅 샤프트;
    상기 틸팅 샤프트에 연결된 출력 샤프트를 갖는 전기 모터;
    상기 전기 모터의 상기 출력 샤프트가 회전하는 것을 정지시키도록 구성된 상기 전기 모터와 연계된 브레이크 장치; 및
    상기 전기 모터의 출력 샤프트와 상기 틸팅 샤프트 사이에 배치되는 전달 수단이되, 상기 전달 수단은 상기 전기 모터의 출력 샤프트와 상기 틸팅 샤프트 사이에서 기설정된 허용 회전량을 갖도록 구성된 백래쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 밸브 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기설정된 허용 회전량은 0.1 ° 및 0.5 ° 사이인 것을 특징으로 하는 밀봉 밸브 장치.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전달 수단은 기어 매커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 밸브 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전달 수단은 유성 기어, 헬리컬 기어, 또는 베벨 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 밸브 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 브레이크 장치는 전기 모터-브레이크인 것을 특징으로 하는 밀봉 밸브 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 셔터와 상기 밸브 시트 사이에 연질 밀봉 수단이 배치되며, 상기 연질 밀봉 수단은 고압 하에서 압축가능한 것을 특징으로 하는 밀봉 밸브 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연질 밀봉 수단은 실리콘 밀봉 링인 것을 특징으로 하는 밀봉 밸브 장치.
  8. 샤프트 노 장입 설비를 위한 하부 밀봉 밸브 하우징이되, 상기 하우징은:
    제1항에 따른 밀봉 밸브 장치, 및;
    상기 하우징에 의해 지지되고 상기 밀봉 밸브 장치의 상기 셔터와 연동되는 밸브 시트를 포함하는 하부 밀봉 밸브 하우징.
  9. 샤프트 노 충전 설비의 밀봉 밸브를 작동시키는 방법으로서, 상기 밀봉 밸브는 제1항에 따른 밀봉 밸브 장치를 포함하며, 상기 방법은:
    상기 셔터를 상기 밸브 시트에 대한 밀봉 접촉 상태로 만들도록 상기 틸팅 샤프트에 연결된 상기 전기 모터를 작동시키는 단계;
    상기 전기 모터의 상기 출력 샤프트가 회전하는 것을 정지시키도록 상기 전기 모터를 정지시키고 상기 브레이크 장치를 결합시키는 단계;
    상기 밸브 시트에 대해 상기 셔터를 추가적으로 가압하도록 상기 셔터의 하부 측에 외부 압력을 가하는 단계이되, 여기서 상기 틸팅 샤프트는 이로 인해 추가적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 단계;를 포함하고,
    상기 전달 수단은 상기 전기 모터의 출력 샤프트에 상기 추가적인 회전을 전달하지 않고 상기 틸팅 샤프트의 추가적인 회전을 흡수하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    샤프트 노 충전 설비의 밀봉 밸브를 작동시키는 방법.
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