KR101991869B1 - 캐비테이션 방지 및 미세 유량조절이 가능한 버터플라이 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐비테이션 방지 및 미세 유량조절이 가능한 버터플라이 밸브에 관한 것으로, 타원형 단면의 유선형으로 이루어지고 미세 유량조절을 위해 유체의 유통면적을 가변시킬 수 있는 유량조절창을 구비한 디스크에 의해 캐비테이션 방지 및 미세 유량조절이 가능하도록 한 것이다.
이러한 본 발명은, 유체의 유입구와 유출구를 구비하는 밸브 본체; 상기 밸브 본체의 내부에서 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 상기 밸브 본체의 유로를 개폐하는 디스크;를 포함하되, 상기 디스크는 타원형 단면을 가지면서 양측면이 볼록한 유선형의 곡면으로 형성되고, 내부 공간을 갖는 디스크 커버와 상기 디스크 커버 내부에서 회전하는 내부 디스크가 유량조절창에 의해 미세 유량조절을 할 수 있도록 한 것으로 특징으로 한다.

Description

캐비테이션 방지 및 미세 유량조절이 가능한 버터플라이 밸브{BUTTERFLY VALVE WITH CAVITATION PREVENTION AND FINE FLOW CONTROL FUNCTION}

본 발명은 버터플라이 밸브에 관한 것으로, 특히 타원형 단면의 유선형으로 이루어지고 미세 유량조절을 위해 유체의 유통면적을 가변시킬 수 있는 유량조절창을 구비한 디스크에 의해 캐비테이션 방지 및 미세 유량조절이 가능하도록 한 버터플라이 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 버터플라이 밸브는 원통형의 유체통로인 바디 내에서 회전하는 원반형의 디스크를 이용하여 유체의 개폐 및 유량을 조절하는 밸브로서 다른 형식의 밸브에 비하여 구조가 비교적 간단하다는 장점 때문에 각종 배관 설비에 널리 사용되고 있다.

이러한 버터플라이밸브는 컨센트릭(concentric) 타입과, 싱글옵셋(Single offset) 타입과, 더블옵셋(Double offset)타입과, 트리플옵셋(Triple offset)타입으로 분류된다.

컨센트릭 타입 버터플라이밸브는 도 1a에 도시한 바와 같이, 밸브의 실링면과 바디(10), 디스크(20) 및 샤프트(30)의 중심이 동일선상에 위치하도록 구성된 것으로서, 샤프트(30) 중심축을 중심으로 좌우 대칭이고 바디(10) 중심축을 중심으로 상, 하 대칭인 구조이다. 상기와 같은 컨센트릭타입 버터플라이밸브는 버터플라이 밸브 중 저온, 저압의 용도에 가장 널리 사용되고 저압에서 지수율이 좋은 장점이 있으나, 디스크(20)가 지수를 위한 러버시트(11)를 직접 누르면서 실링이 되므로 러버시트(11)의 손상율이 높고, 디스크(20)와 러버시트(11) 간의 마찰이 심해 빈번한 작동시 지수율이 급격히 저하되는 단점이 있다.

싱글옵셋 버터플라이밸브는 도 1b에 도시한 바와 같이 밸브의 바디(10) 및 샤프트(30)의 중심은 동일 선상에 위치하지만 디스크(20)의 실링면이 밸브의 중심을 기준으로 "a"만큼 한쪽으로 편심되어 있는 구조로서, 컨센트릭 밸브에 비해 대형크기의 밸브로 제작 사용이 가능하고, 컨센트릭 밸브에 비해 작동 토크가 적게 작용하며, 컨센트릭 밸브에 비해 시트(40)의 손상율이 적고, 교체가 비교적 수월한 장점이 있으나, 밸브의 개폐시 디스크(20)와 시트(40)가 마찰 작동하기 때문에 저 토크 실현에 한계가 있다.

더블옵셋 버터플라이밸브는 도 1c에서 싱글옵셋 버터플라이와 같이 디스크(20)의 실링면이 밸브의 중심을 기준으로 한 쪽으로 "a"만큼 편심되는 동시에, 밸브의 바디(10) 및 디스크(20)의 외경에 대하여 샤프트(30)의 중심이 한쪽 방향으로 "b"만큼 이동 편심된 구조로서, 컨센트릭 타입 버터플라이밸브에 비해 작동 토크가 현저히 작고, 유지 보수가 용이한 반면에, 밸브의 개폐시 싱글옵셋 타입에 비해 실링 접촉면이 감소하지만, 이로 인해 시트(40)의 떨림 현상이 발생되므로 시트 재질 선택 시 테프론 계열의 재질 또는 고탄성의 재질을 사용하여야 하는 제약이 있고, 반드시 밸브 내부에 스토퍼가 구성되어야 하는 단점이 있다.

트리플옵셋 버터플라이밸브는 더블 옵셋 버터플라이밸브 구조에 더하여, 도 1d에 도시한 바와 같이 샤프트(30)축을 중심으로 일측 실링면의 "a"만큼의 각도를 주어 실링면이 타원 단면을 이루도록 구성한 것으로서, 컨센트릭 밸브 및 더블옵셋 버터플라이밸브에 비해 낮은 작동 토크를 실현할 수 있고, 실링접촉면의 대폭 감소로 인해 밸브수명이 연장되며, 밸브가 개폐될 때 시트(40)의 실링면에서 떨림 현상이 없는 반면에, 타원 형상을 가지는 디스크(20)를 가공하기가 어렵고 매우 고가인 단점이 있다.

전술된 다양한 타입의 버터플라이 밸브는 디스크의 회전으로 유로를 개폐하는 단순한 구조를 갖는다는 공통된 장점을 갖지만, 그 장점이 오히려 유체의 완전 차단을 실현하는데 곤란함을 야기하는 원인이 되기도 하였다.

또한, 이같은 버터플라이 밸브에서 가장 큰 문제는 미세한 유량 조절이 어려우며, 디스크를 회전시켜 개폐할 때 순간 변화되는 유체 속도에 의해 캐비테이션이 발생하여 관로에 손상을 야기하는 문제점이 있었다.

한국공개번호 제2012-0088817호(2012.08.08)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 타원형 단면의 유선형으로 이루어지고 미세 유량조절을 위해 유체의 유통면적을 가변시킬 수 있는 유량조절창을 구비한 디스크에 의해 캐비테이션 방지 및 미세 유량조절이 가능하도록 한 버터플라이 밸브를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 버터플라이 밸브는, 유체의 유입구와 유출구를 구비하는 밸브 본체; 상기 밸브 본체의 내부에서 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 상기 밸브 본체의 유로를 개폐하는 디스크;를 포함하되, 상기 디스크는 타원형 단면을 가지면서 양측면이 볼록한 유선형의 곡면으로 형성된 유선형의 디스크인 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 디스크는, 수평축을 중심으로 회전하는 내부 디스크와, 상기 내부 디스크를 양측에서 감싸면서 상기 수직축을 중심으로 회전하는 한 쌍의 디스크 커버로 이루어지며, 상기 내부 디스크와 디스크 커버에는 서로 대응하여 연통되는 제1유량조절창과 제2유량조절창이 형성되어, 상기 내부 디스크의 회전에 따라 제1유량조절창과 제2유량조절창이 겹치면서 연통하는 면적이 변화되면서 미세 유량조절이 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 내부 디스크는 타원형 단면을 가지며 양측면이 볼록한 유선형의 곡면으로 형성되고, 상기 디스크 커버는 한 쌍이 마주하여 접하면서 상기 내부 디스크가 회전 가능하게 수용되는 공간을 형성하며 상기 내부 디스크의 외표면 형상에 대응하여 감쌀 수 있도록 볼록한 유선형의 벽체로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2유량조절창은 상기 디스크 커버 한 쌍 모두의 상부에서 원호 형상으로 형성되어 마주하도록 하되 180도 영역을 넘지 않는 상부범위 내에서 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 디스크 커버 중 어느 하나의 외측면에는 상기 내부 디스크가 회전하도록 회전력을 제공하는 모터가 설치되고, 상기 모터의 샤프트는 해당 디스크 커버를 관통하여 상기 내부 디스크 중심에 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 밸브 본체의 좌편과 우편에서 각각 서로 대향하여 진퇴하면서 전진시 상기 디스크 커버의 둘레부를 감싸주어 상기 디스크가 밸브 본체 유로를 치밀하게 차단할 수 있도록 하는 한 쌍의 커버 링; 상기 밸브 본체의 좌편과 우편에 각각 설치되어 상기 커버 링을 진퇴시켜주는 한 쌍의 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 버터플라이 밸브는 타원형 단면의 유선형으로 이루어지고 미세 유량조절을 위해 유체의 유통면적을 가변시킬 수 있는 유량조절창을 구비한 디스크에 의해 캐비테이션 방지 및 미세 유량조절이 가능하다.

도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 의한 버터플라이 밸브를 설명하기 위한 참조 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에서 디스크의 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에서 디스크의 분해사시도
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에서 미세 유량조절을 위한 디스크의 유량조절창 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에서 커버 링의 작동 및 작용을 설명하기 위한 일련의 참조도
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브의 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 버터플라이 밸브에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브의 종단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에서 디스크의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에서 디스크의 분해사시도이다. 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에서 미세 유량조절을 위한 디스크의 유량조절창 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에서 커버 링의 작동 및 작용을 설명하기 위한 일련의 참조도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브는 밸브 본체(110), 디스크(120), 한 쌍의 커버 링(130a,130b), 한 쌍의 액추에이터(140a,140b)를 포함하며, 상기 디스크(120)가 타원형 단면의 유선형으로 이루어진 동시에 유로의 개폐 기능을 담당하면서 유체의 유통면적을 가변시킬 수 있는 유량조절창을 구비하는 독특한 구성으로 이루어져 캐비테이션 방지 및 미세 유량조절이 가능하게 된다.

이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 버터플라이 밸브에 대해 보다 상세히 설명한다.

상기 밸브 본체(110)는 유체의 유입구(111a)와 유출구(111b)를 구비하며 내부를 관통하는 유로를 갖는다. 상기 밸브 본체(110)는 좌편과 우편에 각각 디스크(120)의 둘레부를 감싸기 위한 커버 링(130a,130b)을 수용하는 챔버(112) 한 쌍이 구비된다.

상기 디스크(120)는 수직축(124)을 중심으로 회전하면서 밸브 본체(110)의 유로를 개폐하는 기능을 수행한다. 여기서 상기 디스크(120)는 타원형 단면을 가지면서 양측면이 볼록한 유선형의 곡면으로 형성된 유선형의 형상으로 이루어져 수직축(124)을 중심으로 회전하여 유체의 흐름속도가 갑자기 변하더라도 이로 인한 캐비테이션을 상당 부분 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기 디스크(120)는 수직축(124)을 중심으로 회전하면서 밸브 본체(110)의 유로를 개폐하는 기능과 더불어 자체 구비된 유량조절창에 의해 미세 유량조절을 수행하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 디스크(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 수평축을 중심으로 회전하는 내부 디스크(121)와, 상기 내부 디스크(121)를 양측에서 감싸면서 수직축(124)을 중심으로 회전하는 한 쌍의 디스크 커버(122)로 이루어진다. 주목할 점으로는 상기 내부 디스크(121)와 디스크 커버(122)에는 각각 서로 대응하여 연통되는 제1유량조절창(121a)과 제2유량조절창(122a)이 형성되어, 상기 내부 디스크(121)의 회전에 따라 제1유량조절창(121a)과 제2유량조절창(122a)이 겹치면서 연통하는 면적이 변화되며 이때 미세 유량조절이 이루어진다. 상기 내부 디스크(121)는 타원형 단면을 가지며 양측면이 볼록한 유선형의 곡면으로 형성되고, 상기 디스크 커버(122)는 한 쌍이 마주하여 접하면서 상기 내부 디스크(121)가 회전 가능하게 수용되는 공간을 형성하며 상기 내부 디스크(121)의 외표면 형상에 대응하여 감쌀 수 있도록 볼록한 유선형의 벽체로 형성된다.

이같은 구성을 갖는 상기 디스크(120)가 수직축(124)을 중심으로 회전하여 밸브 본체(110)의 유로를 가로막아 차단한 상태에서 모터(123)를 작동시켜주면 수평축이 되는 샤프트(123a)에 관통공(121c)을 통해 연결된 내부 디스크(121)가 회전하게 되는데 그 회전각도에 따라 제1유량조절창(121a)과 제2유량조절창(122a)이 겹치면서 연통하는 면적 즉, 유체가 유통하는 유통면적이 가변하게 된다. 본 발명은 이처럼 유량조절창에 의해 유체의 유통면적을 가변시키는 방법으로 미세 유량조절을 할 수 있는 것이다. 이같은 미세 유량조절 동작은 도 5a 내지 도 5c에 예시되어 있는데, 도 5a의 경우 제1유량조절창(121a)과 제2유량조절창(122a)이 완전히 겹치도록 하여 유량조절창의 유통면적을 극대화한 것이며, 이 상태에서 내부 디스크(121)를 점차 회전시켜 도 5b같이 점진적으로 유량조절창의 유통면적을 줄여주면 도 5c와 같이 유량조절창이 완전히 차단된 상태가 된다.

여기서 상기 디스크 커버(122)에 형성된 제2유량조절창(122a)은 각 디스크 커버(122)의 상부에서 원호 형상으로 형성되어 서로 마주하도록 하되 180도 영역을 넘지 않는 상부범위 내에만 형성된다. 상기 내부 디스크(121)에 형성된 제1유량조절창(121a)의 경우에도 제2유량조절창에 대응하도록 형성된다. 이처럼 제1유량조절창(121a)과 제2유량조절창(122a)이 원호 형상으로 형성되면 상기 내부 디스크(121)가 회전하더라도 제1유량조절창(121a)과 제2유량조절창(122a) 간에 갑작스럽게 단턱진 상태가 되지 않으므로 여기를 통과하는 유체의 흐름이 갑작스레 불규칙적으로 변화하는 현상을 최소화할 수 있다.

상기 커버 링(130a,130b)은 2개 한 쌍으로 구비되어 상기 밸브 본체(110)의 좌편과 우편에서 각각 서로 대향하여 진퇴한다. 이로써 전진시에는 상기 디스크 커버(122)의 둘레부를 감싸준다. 이처럼 상기 커버 링(130a,130b)이 디스크 커버(122)의 둘레부를 감싸게 되면 밸브 본체(110)의 유로와 디스크 커버(122) 간 둘레 틈새를 치밀하게 차단할 수 있게 되어 보다 완전한 유로 차단이 가능해진다.

이같은 커버 링(130a,130b) 한 쌍의 동작은 도 6 및 도 7, 도 8a 내지 도 8c에 도시되어 있다. 도 6과 도 8a의 경우 커버 링(130a,130b)이 전진하여 디스크 커버(122)의 둘레부를 감싸고 있는 모습을 정면과 상면에서 바라본 것이며, 도 8b의 경우 커버 링(130a,130b)이 후퇴하고 상태이다. 도 7과 도 8c의 경우 커버 링(130a,130b)이 완전히 후퇴한 모습을 보이고 있다. 상기 디스크(120)가 도 6 및 도 8a와 같이 밸브 본체(110)의 유로를 차단하도록 회전한 상태에서는 상기 커버 링(130a,130b)이 전진하여 디스크 커버(122)의 둘레부를 감싸는 것이 가능해진다. 이때 디스크(120)가 회전하지 않도록 안정되게 지지되는 동시에 유로와 디스크(120) 간 틈새를 더욱 치밀하게 차단하는 것이 가능해진다. 한편, 도 7 및 도 8c와 같이 디스크 커버(122)가 후퇴한 상태에서는 도 8d와 같이 디스크(120)가 수직축(124)을 중심으로 회전 가능하게 되어 밸브 본체(110) 유로에 대한 개폐동작을 실시할 수 있다. 여기서 디스크 커버(122)의 진퇴 동작은 상기 밸브 본체(110)의 좌편과 우편에 각각 설치된 액추에이터(140a,140b)의 아암(141a,141b)이 진퇴하면서 이루어진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

110 : 밸브 본체 120 : 디스크
121 : 내부 디스크 121a : 제1유로조절창
122 : 디스크 커버 122a : 제2유로조절창
123 : 모터 130a, 130b : 커버 링

Claims (7)

1. 유체의 유입구와 유출구를 구비하는 밸브 본체;
   상기 밸브 본체의 내부에서 수직축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 상기 밸브 본체의 유로를 개폐하되 타원형 단면을 가지면서 양측면이 볼록한 유선형의 곡면으로 형성된 유선형의 디스크;를 포함하며,
   상기 디스크는, 수평축을 중심으로 회전하는 내부 디스크와, 상기 내부 디스크를 양측에서 감싸면서 상기 수직축을 중심으로 회전하는 한 쌍의 디스크 커버로 이루어지며, 상기 내부 디스크와 디스크 커버에는 서로 대응하여 연통되는 제1유량조절창과 제2유량조절창이 형성되어, 상기 내부 디스크의 회전에 따라 제1유량조절창과 제2유량조절창이 겹치면서 연통하는 면적이 변화되면서 미세 유량조절이 이루어질 수 있도록 하며,
   상기 내부 디스크는 타원형 단면을 가지며 양측면이 볼록한 유선형의 곡면으로 형성되고, 상기 디스크 커버는 한 쌍이 마주하여 접하면서 상기 내부 디스크가 회전 가능하게 수용되는 공간을 형성하며 상기 내부 디스크의 외표면 형상에 대응하여 감쌀 수 있도록 볼록한 유선형의 벽체로 형성되며,
   상기 제2유량조절창은 상기 디스크 커버 한 쌍 모두의 상부에서 원호 형상으로 형성되어 마주하도록 하되 180도 영역을 넘지 않는 상부범위 내에서 형성되며,
   상기 한 쌍의 디스크 커버 중 어느 하나의 외측면에는 상기 내부 디스크가 회전하도록 회전력을 제공하는 모터가 설치되고, 상기 모터의 샤프트는 해당 디스크 커버를 관통하여 상기 내부 디스크 중심에 연결되며,
   상기 밸브 본체의 좌편과 우편에서 각각 서로 대향하여 진퇴하면서 전진시 상기 디스크 커버의 둘레부를 감싸주어 상기 디스크가 밸브 본체 유로를 치밀하게 차단할 수 있도록 하는 한 쌍의 커버 링과, 상기 밸브 본체의 좌편과 우편에 각각 설치되어 상기 커버 링을 진퇴시켜주는 한 쌍의 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images