KR102034775B1 - 밸브 - Google Patents
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Abstract
외측 하우징(outer housing)을 포함하는 동작가능 밸브(actuatable valve)가 제공되는바, 상기 동작가능 밸브는:
유입 개구를 한정하는, 상기 외측 하우징의 상류측 요소(upstream element);
유출 개구를 한정하는, 상기 외측 하우징의 하류측 요소(downstream element); 및
상기 동작가능 밸브를 통하는 유체 유동 경로를 따르는 유체 유동을 제한하는 동작가능 제한기(actuatable restrictor)를 수용하기 위한, 상기 외측 하우징 내부의 내측 하우징 요소(inner housing element);를 포함하고,
상기 내측 하우징 요소는 상기 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나와 비일체(非一體)이다.
유입 개구를 한정하는, 상기 외측 하우징의 상류측 요소(upstream element);
유출 개구를 한정하는, 상기 외측 하우징의 하류측 요소(downstream element); 및
상기 동작가능 밸브를 통하는 유체 유동 경로를 따르는 유체 유동을 제한하는 동작가능 제한기(actuatable restrictor)를 수용하기 위한, 상기 외측 하우징 내부의 내측 하우징 요소(inner housing element);를 포함하고,
상기 내측 하우징 요소는 상기 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나와 비일체(非一體)이다.
Description
본 발명은 밸브, 특히 동작가능 밸브에 관한 것이다. 밸브는 밸브를 통하는 유체 유동에 대해 개방 또는 폐쇄되도록 동작할 수 있다. 밸브는, 밸브에 걸친 압력 차이에 의한 충만 유동(full flow)과 무 유동(no flow) 사이의 변화(즉, 밸브를 통하는 유량의 변화), 예를 들어 충만 유동 저항과 최소 유동 저항 사이의 유동 저항이 실질적으로 연속적인 변화를 허용하는 동작가능 제어 밸브인 것이 바람직하다.
낮은 작동력(operating force)에 의하여 모든 압력 조건과 모든 압력 차이에서 작동될 수 있는 동작가능 제어 밸브가 예를 들어 CA 872,106에 공지되어 있다. 그러한 밸브는 유입 개구 및 유출 개구를 한정하는 외측 하우징과, 상기 밸브를 통하는 유체 유동 경로를 따른 유체 유동을 제한하는 제한기를 수용하는 내측 하우징을 포함한다. 상기 제한기는 밸브 외부로부터의 액츄에이션 로드 또는 다른 수단, 예를 들어 전기 액츄에이터(예를 들어, US 2013/0068976에 개시되어 있는 것)에 의하여 동작될 수 있다. 모든 경우에서, 상기 외측 하우징 및 내측 하우징은 일체로 되어 있는바, 즉 단일의 주조품으로 만들어진다. 일단 주조품(casting)이 만들어지면, 상기 동작가능 제한기가 상기 유입 개구 및/또는 유출 개구를 통해서 삽입되어 내측 하우징 내부에 고정될 수 있다. 상기 액츄에이터는 통상적으로 유체 유동 경로를 한정하는 표면과 맞물려서 유체 유동 경로를 차폐할 수 있는 피스톤을 포함한다. 상기 피스톤은 상기 유입 개구와 유출 개구 중의 하나를 통하여 삽입되어야 하기 때문에, 상기 외측 하우징에 형성되는 유출 개구의 내측 직경을 감소시켜서 피스톤이 상기 유출 개구를 통하여 외측 하우징 안으로 삽입될 수 있게 하기 위한 부쉬(bush)를 제공하는 것이 종종 필요하다. 부쉬는 종종 유출 하우징 안에 나사 체결된다. 이와 같은 구성은 US 2006/0202428 에 개시되어 있는바, 여기에 개시된 발명에서는 부쉬가 쓰로틀 케이지에 연결되고, 상기 쓰로틀 케이지로 인하여 상기 밸브는 상기 유체 유동 경로를 따른 유체 유동에 대한 제한을 실질적으로 연속적인 방식으로 변화시킬 수 있다.
본 발명은 종래 기술에 비하여 개선된 밸브, 특히 동작가능 밸브를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에 의하여 제공되는, 외측 하우징(outer housing)을 포함하는 동작가능 밸브(actuatable valve)는: 유입 개구를 한정하는, 상기 외측 하우징의 상류측 요소(upstream element); 유출 개구를 한정하는, 상기 외측 하우징의 하류측 요소(downstream element); 및 상기 동작가능 밸브를 통하는 유체 유동 경로를 따르는 유체 유동을 제한하는 동작가능 제한기(actuatable restrictor)를 수용하기 위한, 상기 외측 하우징 내부의 내측 하우징 요소(inner housing element);를 포함하고, 상기 내측 하우징 요소는 상기 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나와 비일체(非一體)이다.
따라서, 본 발명에서는 상기 내측 하우징 요소가 외측 하우징과 일체가 아니다. 상기 내측 하우징 요소가 외측 하우징과 별도라는 점은, 상기 밸브의 조립 동안에 내측 하우징이 외측 하우징의 상류측 요소와 하류측 요소에 장착되어야 함을 의미한다. 그러나 이와 같은 구성은, 내측 하우징을 외측 하우징 안에 배치시키기 위하여 추가적인 조립 단계를 필요로 함에도 불구하고, 내측 하우징 요소가 별도라는 점으로 인한 몇가지 장점들을 갖는다. 첫 번째 장점은, 상기 내측 하우징의 완전성(또는 무결성)(integrity)이 보다 쉽게 판별되고, 또한 상기 내측 하우징에 대해서 표면 연삭, 연마, 코팅 작업 등과 같은 제조 단계가 보다 쉽게 수행될 수 있다는 점이다. 이것은, 상기 내측 하우징에 대한 접근이 외측 하우징의 유입 개구 또는 유출 개구를 통하지 않기 때문에 가능하다. 외측 하우징의 완전성을 판별하거나 또는 결함의 존재 여부 등을 판별하기 위한 외측 하우징의 검사도 보다 쉽게 수행될 수 있는바, 예를 들면 염료 통과 기술(dye penetration technique), (검사되는 대상물 주위에 공간이 있어야 하는) 방사선 촬영술, 및 (자성 재료가 사용되는 경우에) 자성 입자 검사와 같은 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 이와 같은 비파괴적 검사 기술들은 검사되는 표면에 대한 적절한 접근성을 필요로 한다. 상기 내측 하우징이 외측 하우징 밖에 있다면, 위와 같은 검사가 더욱 쉽게 수행될 수 있다. 추가적인 장점은, 내측 하우징이 외측 하우징 안에 삽입되기 이전에 제한기가 내측 하우징에 조립될 수 있다는 점인데, 이것은 훨씬 더 편리하다. 일부 실시예의 경우에서는, 예를 들어 US 2006/0202428 의 밸브에서 필요하였던 과 같이 유입 개구 또는 유출 개구의 직경을 감소시키는 부쉬를 제공할 필요가 없게 된다. 부쉬를 사용하면 (밸브가 파이프 구조물에 대해 밀봉되는) 밀봉 표면이 불균일하게 될 수 있고, 이로 인하여 짝맞는 파이프 구조물에 대해 가스켓 또는 금속 밀봉재에 의해 밀봉되어야 하는 밸브 면이 대기를 향하는 잠재적인 누설 경로가 될 수 있기 때문에, 위와 같이 부쉬가 필요없게 되는 것은 유리한 것이다.
본 발명의 추가적인 장점은, 상기 외측 하우징과 내측 하우징이 주조가 아닌 다른 공정에 의하여 제작될 수 있다는 점이다. 예를 들어, 상기 내측 하우징 또는 외측 하우징 중 적어도 일부의 요소가 예를 들어 밀폐형 단조(closed die forging)와 같은 단조 기술에 의하여 만들어질 수 있다. 또한, 본 발명의 밸브 설계는, 작동 압력, 최대 유량, 등과 같은 필요한 밸브의 성능에 따라서 다양한 조합의 외측 하우징 요소 및 내측 하우징 요소가 선택될 수 있다는 점에서 어느 정도의 모듈성(modularity)을 허용한다는 장점을 갖는다.
이전에 해왔던 것처럼 내측 하우징과 외측 하우징을 단일의 일체 주조물로 주조하는 것이 가능하지만, 이것은 작업자가 주조물 안에 주조물을 만들고자 애써야 하기 때문에 어려운 것일 수 있다. 이 경우에는 흔히, 용융 금속이 내측 하우징 요소로 향하는 공급 경로에 결함이 발생하곤 하며, 따라서 체적 결함(volumetric defect)에 취약하게 된다. 그러므로, 그 주조틀의 설게가 더 복잡하게 된다. 단일 부재 형태의 설계로 인하여, 작은 보어(bore)(예를 들어 50mm 이하)에 의하여 밸브의 표면을 검사하기에는 적절한 접근성이 얻어질 수 없으며, 상대적으로 더 큰 보어(예를 들어 300mm 이상)의 경우에도 외측 하우징의 내측 벽과 내측 하우징의 외측 벽 사이의 영역에 대한 접근성이 매우 제한되기 때문에 검사 및 수리가 극히 곤란하고 이에 많은 시간이 소요된다. 만일 시험 중에 내측 하우징(또는 외측 하우징의 내측 표면)에 어떤 결함이 발견되면, 모든 수리가 상기 외측 하우징의 유입 개구 또는 유출 개구를 통해서 (예를 들어 용접에 의해) 수행되어야 하기 때문에, 그 결함의 수리가 상대적으로 더 어렵게 될 수 있다.
별도의 분리된 내측 하우징 및 외측 하우징을 가진 밸브를 재설계함으로써, 상기 밸브가 모듈형 구조를 갖도록 제작될 수 있다. 더 많은 구성 부품들을 갖도록 설계함으로써, 현저한 제조 비용 절감이 얻어질 수 있다. 왜냐하면, 구성 부분들이 개별 부품들로 제작됨으로 인하여, 상기 부품들이 단조 또는 주조 방법에 의해 제작될 수 있고, 주조물 안에 주조물을 만들려고 애쓰지 않음으로 인하여 기계가공 단계가 적게 될 뿐만 아니라 작업 대상물을 검사 및 수리하는 후속의 어려움이 적어지기 때문이다. 이는, 주조물의 높은 완성성으로 인해서 첫 번째에서 발생하는 수리 필요성의 원인을 실제로 제거하기 때문에, 단위 유닛당 비용을 훨씬 더 낮추는 결과를 낳는다. 또한, 위와 같은 제작 방법으로 인하여 더 짧은 시간 내에 높은 품질의 부품들이 제작될 수 있다. 현존하는 패턴을 가진 현존하는 설계안에 대해서는 통상적인 주조물 제작 리드 타임(casting manufacturing lead time)이 24 내지 40 주에 해당된다. 이와 대조적으로, 현존하는 설계안에서의 제조특성 문제를 제거함으로써, 주조물 또는 단조물이 8 내지 12 주 안에 얻어질 수 있으며, 이는 제조상 리드 타임에서의 현저한 경쟁력을 제공한다는 점에서 유리하고, 이 점에 있어서 본 발명의 진보성이 존재한다.
일 실시예에서, 상기 내측 하우징 요소는 상류측 요소 및 하류측 요소와 비일체이다. 이로 인하여, 상기 외측 하우징의 상류측 요소 및 하류측 요소 모두가 내측 하우징 요소와 별도로 되어서, 상기 내측 하우징 요소가 상류측 요소 및 하류측 요소와 완전히 별도로 마련될 수 있다는 장점이 얻어진다. 상기 세 가지 요소들이 조립될 준비가 된 때에, 상기 내측 하우징 요소 및 이에 부착된 제한기는 상류측 요소 및 하류측 요소에 형성된 유입 개구 또는 유출 개구를 통과할 필요가 없다. 그러므로, 상기 상류측 요소 및 하류측 요소에 의하여 한정되는 유입 개구 및 유출 개구는 제조 동안에 용도에 정확히 맞는 크기로 만들어져 기계가공될 수 있으므로, 상기 유입 개구 및 유출 개구를 한정하는 표면이 (예를 들어 상기 밸브를 파이프 구조물에 연결시키는 플랜지와 같은) 상기 상류측 요소 및 하류측 요소의 다른 부분들과 일체로 될 수 있다. 따라서, 상기 유입 개구 또는 유출 개구에 부쉬가 존재할 필요가 없으며, 상류측 요소 및/또는 하류측 요소에 편평한 (또는 균일한) 밀봉 표면이 쉽게 형성될 수 있다.
일 실시예에서는, 상기 밸브가 상기 상류측 요소와 하류측 요소 사이에 외측 하우징의 중앙 요소를 더 포함한다. 일 실시예에서는, 상기 내측 하우징 요소가 외측 하우징의 중앙 요소에 장착된다. 이로 인하여, 상류측 요소 및/또는 하류측 요소가 존재하지 않는 상태에서 상기 중앙 요소에만 국한되는 내측 하우징 요소의 부착이 (유입 개구 또는 유출 개구를 통하여 작업할 필요가 없으므로) 간편하게 되기 때문에, 더 용이한 조립이 가능하게 된다. 일 실시예에서는 상기 내측 하우징 요소가 외측 하우징의 중앙 요소와 일체이다. 예를 들어, 상기 내측 하우징 요소 및 상기 외측 하우징의 중앙 요소는 단일의 일체 요소로서 (외측 하우징의 상류측 요소 및 하류측 요소와는 별도로) 주조 또는 단조될 수 있다. 이로 인하여 상기 내측 하우징 요소를 외측 하우징에 장착시키기 위한 예를 들어 나사 고정 수단을 사용할 필요가 없기 때문에, 조립 단계의 개수가 감소된다. 상기 외측 하우징을 조립하는 일 방안은, 상기 외측 하우징의 상류측 요소, 하류측 요소, 및 중앙 요소 중 적어도 두 개에 플랜지를 제공하는 것인데, 상기 플랜지들은 해당 요소들을 함께 결합시키기 위하여 볼트로 관통되어 체결되며, 이로써 외측 하우징이 형성된다.
일 실시예에서는 상기 외측 하우징의 중앙 요소가 상기 외측 하우징의 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나와 일체이다. 이것은, 상기 밸브가 상대적으로 적은 개수의 부품들을 갖는다는 점에서 유리할 수 있다. 상기 내측 하우징의 상류측 부분 및 하류측 부분 중 하나의 부분에만 진정으로 양호한 접근성이 필요할 수 있으며, 상기 내측 하우징의 상류측 부분 및 하류측 부분 중 다른 하나에 대해서는 임의의 필요한 기계가공, 조립, 결함 검사, 및 수리를 수행하기에 유입 개구 및 유출 개구 중 하나를 통한 접근으로도 충분할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 내측 하우징은 외측 하우징의 요소들과 비일체이다. 이것은, 기계가공, 연마, 결함 분석, 수리, 및 조립을 위하여 상기 내측 하우징에 대한 전면적인 접근을 허용한다는 점에서 유리하다.
일 실시예에서는, 상기 내측 하우징 요소와 외측 하우징 사이에 적어도 하나의 웹이 연장되며, 상기 내측 하우징 요소는 상기 적어도 하나의 웹을 통해서 외측 하우징에 고정된다. 상기 웹은 상기 내측 하우징 요소 및 외측 하우징 중 하나 또는 모두와 일체일 수 있으며, 상기 내측 하우징 요소를 외측 하우징 안에 지지한다.
일 실시예에서는 상기 밸브의 유체 유동 경로가 상기 유입 개구와 유출 개구 사이에서 실질적으로 축방향으로 연장되되, 상기 내측 하우징 주위에서는 실질적으로 고리형 형태를 갖는다.
일 실시예에서 상기 동작가능 제한기는, 상기 유체 유동 경로를 한정하는 외측 하우징의 내측 표면의 일부분과 맞물려서 상기 유체 유동 경로를 차폐할 수 있는 피스톤을 포함한다. 이로써, 상기 동작가능 제한기는 상기 밸브의 개폐를 위하여 동작될 수 있다. 바람직하게는, 상기 외측 하우징의 내측 표면의 일부분이, 상기 밸브를 파이프 구조물에 연결하기 위한 상류측 요소의 플랜지와 일체인 재료로 형성된다. 이것은 부쉬에 대한 필요성을 제거하며, 또한 특히 상기 밸브가 연결되는 파이프 구조물과 짝맞춤되는 외측 하우징의 짝맞춤 표면과 상기 외측 하우징의 내측 표면의 정밀한 치수의 면에서 문제시될 수 있는 어려움을 제거한다.
일 실시예에서는 상기 밸브가 튜브 형태를 갖는 쓰로틀 케이지를 더 포함하는데, 상기 튜브의 벽에는 축방향으로 이격된 복수의 관통 구멍이 구비되고, 상기 피스톤이 상기 튜브 안에서 축방향으로 병진운동함으로써 유체가 유동함에 있어 통과할 수 있는 관통 구멍의 개수를 변화시켜서, 유체 유동 경로를 따른 유체 유동에 대한 제한을 변화시킬 수 있다. 이로 인하여, 상기 밸브의 유체의 유동에 대한 제한이 온(on)과 오프(off)의 사이에서도 (예를 들어 실질적으로 연속적으로, 그리고 바람직하게는 실질적으로 선형적인 방식으로) 변화될 수 있다는 점에서, 상기 밸브가 유동 제어 밸브가 될 수 있게 된다.
일 실시예에서는 상기 동작가능 제한기가 피스톤 하우징 안에 적어도 부분적으로 수용된 피스톤 로드를 포함한다 (상기 피스톤 하우징은 상기 내측 하우징의 일부이거나 내측 하우징과 일체일 수 있다). 바람직하게는 상기 피스톤 하우징이 피스톤 로드에 대한 밀봉을 위한 밀봉재를 홈 안에 포함한다. 이와 같은 구성은, 상기 밀봉재가 피스톤 로드에 끼워지는 경우에 비하여 유리하며, 완전히 동작한 상태에서 밀봉재가 지탱될 수 있는 피스톤 로드에서의 표면이 필요하기 때문에 피스톤 로드가 약간 더 길어져야 함에도 불구하고 밀봉 성능(완전성 및 수명)의 면에서 더 우수한 결과를 낳는다. 이것은, 상기 피스톤 로드의 표면들이 상기 피스톤 하우징의 홈 안에 있는 밀봉재들과 피스톤 로드가 접촉하는 지탱 표면으로서 작용하기 위하여 특별히 (예를 들어, 레이저 응용 경화 면 처리와 같은 표면 경화 처리 이후에 연마를 수행하는 등) 준비되어야 하는 경우에 특히 그러하다.
일 실시예에서, 상기 피스톤 하우징은 내측 하우징과 일체이다. 이것은, 상기 밸브의 부품의 개수를 감소시킨다는 점에서 유리하다. 이것은 특히, 상기 내측 하우징이 외측 하우징의 요소들과 비일체인 경우에 적합하다.
본 발명의 밸브는 축방향 밸브일 수 있다. 본 발명의 밸브는 압력 균형 밸브일 수 있다.
본 발명에 의하여 제공되는 동작가능 밸브의 제작 방법은: 유입 개구를 한정하는 상류측 요소와 유출 개구를 한정하는 하류측 요소를 적어도 포함하는 외측 하우징을 제공하는 단계; 상기 상류측 요소 및/또는 하류측 요소와 별도의 내측 하우징 요소를 제공하는 단계; 상기 동작가능 밸브를 통하는 유체 유동 경로를 따르는 유체 유동을 제한하는 동작가능 제한기를 상기 내측 하우징에 설치하는 단계; 및 상기 설치된 동작가능 제한기를 구비한 내측 하우징 요소를 상기 외측 하우징 안에 설치하는 단계;를 포함한다.
그러므로, 상기 내측 하우징은 상기 외측 하우징의 상류측 요소 및 하류측 요소를 제작하는 단계와 별도인 단계에서 제작된다. 그 결과, 상기 내측 하우징의 기계가공, 연마, 결함 검출, 수리, 및 상기 내측 하우징에 대한 동작가능 제한기의 조립이 쉽게 되는데, 이는 상기 내측 하우징이 상기 상류측 요소 및 하류측 요소와 별개라는 성질로 인한 것이며, 특히 상기 내측 하우징의 다양한 표면들에 대한 접근이 용이하다는 점에서 유리하다.
아래에서는 하기의 첨부 도면들을 참조로 하여 본 발명을 예시적으로 설명한다.
도 1 은 제1 실시예에 따른 밸브의 분해 사시도이고;
도 2 는 도 1 의 밸브가 조립된 상태의 절개 사시도이고;
도 3 은 도 1 의 밸브의 단면도이고;
도 4 는 쓰로틀 케이지의 사시도이고;
도 5 는 제2 실시예에 따른 밸브의 분해 사시도이고;
도 6 은 도 5 의 밸브가 조립된 상태의 절개 사시도이고;
도 7 은 도 5 의 밸브의 축방향을 횡단하는 면에서 취한 단면도이고;
도 8 은 도 5 의 밸브의 축방향에 있는 수직 평면에서 본 단면도이고;
도 9 는 도 5 의 밸브의 축방향에 있는 수평 평면에서 본 단면도이다.
도 1 은 제1 실시예에 따른 밸브의 분해 사시도이고;
도 2 는 도 1 의 밸브가 조립된 상태의 절개 사시도이고;
도 3 은 도 1 의 밸브의 단면도이고;
도 4 는 쓰로틀 케이지의 사시도이고;
도 5 는 제2 실시예에 따른 밸브의 분해 사시도이고;
도 6 은 도 5 의 밸브가 조립된 상태의 절개 사시도이고;
도 7 은 도 5 의 밸브의 축방향을 횡단하는 면에서 취한 단면도이고;
도 8 은 도 5 의 밸브의 축방향에 있는 수직 평면에서 본 단면도이고;
도 9 는 도 5 의 밸브의 축방향에 있는 수평 평면에서 본 단면도이다.
아래에서는 도 1 내지 도 3 을 참조로 하여 본 발명의 제1 실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 밸브(1)는 CA 872,106, US 2006/0202428, 및 US 2013/0068976 에 개시된 밸브들과 실질적으로 동일한 방식으로 작동한다. 이 문헌들은 그 전체가 참조로서 여기에 포함된다. 상기 밸브들과 본 발명의 밸브(1)는, 밸브(1)를 통하는 유체 유동 경로를 따른 유체 유동을 제한하기 위한 동작가능 제한기(300)의 움직이는 부품들의 (축방향에 대해 평행하지 않은 표면들인) 선두 표면(leading surface) 및 추종 표면(trailing surface) 모두가 상류측에서 액체와 유체 소통(fluid communication)되도록 설계된다. 따라서, 상기 움직이는 부품들의 양 측에서의 압력들은 같으며, 상기 제한기를 작동시키기 위하여 필요한 동작력은 낮다. 상기 밸브들은 예를 들어, 오일 또는 화학 산업 분야에서 사용된다.
아래에서는 도 1 내지 도 3 을 참조로 하여 제1 실시예에 대해 상세히 설명한다. 상기 동작가능 밸브(1)는 도시된 바와 같은 온/오프(on/off) 밸브의 형태를 가질 수 있다. 대안적으로는, 특히 여기에 참조로서 전체가 포함되는 GB 2,054,103 에 설명되어 있고 또한 도 4 를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명되는 쓰로틀 케이지(400)가 추가됨으로써 유동 제어 밸브의 형태를 가질 수 있는데, 이 경우에는 밸브를 통하는 유량 유체(flow rate fluid) 또는 밸브에 걸친 압력 강하가 실질적으로 연속적으로 달라질 수 있다. 이를 달성하는 것은 이론적으로 쓰로틀 케이지(400) 없이도 가능하지만, 쓰로틀 케이지(400)로 인하여, 상기 동작가능 제한기(300)의 축방향 움직임에 의한 압력 강하 및/또는 피스톤 위치에 따른 유동 변화의 선택이 가능하게 된다.
상기 밸브는 외측 하우징(100), 내측 하우징(200), 및 제한기(300)를 포함한다.
상기 외측 하우징(100)은 상류측 플랜지(114) 및 하류측 플랜지(112)를 포함한다. 상기 상류측 플랜지(114) 및 하류측 플랜지(112)에는 볼트(115)의 관통을 위한 (예를 들어 상기 플랜지(114, 112) 주위로 원주상으로 이격된 네 개 이상의) 관통 구멍(113)들이 구비되어 있다. 상기 볼트(115)들은, 밸브(1)가 연결되는 파이프 구조물(pipework)의 플랜지에 있는 관통 구멍들을 통과한다. 상기 밸브(1)의 축방향 단부들에 있는 짝맞춤 표면(mating surface; 116)들은, 밸브(1)가 연결되는 파이프 구조물의 대응되는 짝맞춤 표면과 짝맞춤된다. 상기 짝맞춤 표면(116)들은 내부에 밀봉재(미도시)를 제공하기 위한 홈(117)을 포함할 수 있다. 상기 짝맞춤 표면(116)들은, 맞닿는 짝맞춤 파이프 구조물("용접 준비 단부(weld prep end)"(미도시))에의 용접을 위하여 제공되는 홈(117)을 포함할 수 있다.
상기 하우징(100)은 상기 밸브 안과 밖을 향하는 유체 유동을 위한 유입 개구(104) 및 유출 개구(102)를 한정한다 (단, 유동의 방향은 역전될 수 있다 - 밸브(1)는 2방향 밸브임).
외측 하우징(100)은 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120)로 이루어진다. 상기 외측 하우징(100)의 상류측 요소(140)와 하류측 요소(120)는 개별적으로 유입 개구(104)와 유출 개구(102)를 한정한다. 또한, 상기 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120) 각각은 밸브(1)를 파이프 구조물에 연결하기 위한, 연관된 플랜지(114, 112)를 포함한다.
내측 하우징 요소(200)는 상기 외측 하우징(100)의 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120)와는 별도의 부품이다. 이 세 가지 요소들(120, 140, 200)는, 일체적으로 형성된 것이 아니라는 (즉 비일체(非一體)라는) 점에서 별도의 것이며, 서로 장착(그리고 탈착)(또는 부착/분리)될 수 있는 분리식 부품들로서 형성된다.
상기 내측 하우징(200)이 상기 외측 하우징(100)의 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120)와 별도의 것이라는 사실로 인하여, 상기 내측 하우징(200)이 보다 쉽게 기계가공, 결함 검사, 및 수리될 수 있다. 이것은, 상기 내측 하우징(200)에 대한 접근이 유입 개구(104) 또는 유출 개구(102)를 반드시 통할 필요가 없기 때문이다. 또한, 상기 동작가능 제한기(300)의 조립, 또는 상기 동작가능 제한기(300)의 내측 하우징(200) 내부로의 삽입은, 상기 유입 개구(104) 및 유출 개구(102) 중 어느 하나 또는 둘 다를 통해서 수행될 필요가 없게 된다. 이로 인하여 조립이 용이하게 된다.
또한 외측 하우징(130)은 중앙 요소(134)를 구비한다. 상기 외측 하우징(100)이 조립된 때에, 상기 중앙 요소(134)는 외측 하우징(100)의 중앙 부분을 형성하며, 상류측 요소(140)와 하류측 요소(120) 사이에 위치한다. 상기 하류측 요소(120), 상류측 요소(140), 및 중앙 요소(130)는 각각, 관통 구멍을 구비한 플랜지(122, 142, 132)를 갖는데, 상기 관통 구멍들은 조립된 상태에서 정렬되고, (예를 들어 원주상으로 이격된 적어도 6개의 볼트들인) 볼트(150)들과 함께 외측 하우징(100)을 유지시킨다. 상기 중앙 요소(130)의 플랜지(132)의 관통 구멍과, 상기 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120)의 플랜지(142, 122)에 있는 요부들에는 맞춤못(dowel; 151)이 위치한다. 상기 맞춤못(151)은 상기 세 개의 요소들(120, 130, 140)의 정렬을 위하여 사용된다. 상기 볼트(150)들이 조여짐으로써 외측 하우징이 형성된다.
상기 중앙 요소(130)와 상류측 요소(140) 사이와, 상기 중앙 요소(130)와 하류측 요소(120) 사이에는 링 밀봉재(152, 153)가 배치될 수 있다. 보완 밀봉재(154)도 제공될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 상기 외측 하우징(100)은 유입 개구(140)로부터 유출 개구(120)까지 밸브(1)를 통하는 유체의 유동 경로를 한정한다. 상기 밸브(1)에서는 유체 유동이 양 방향으로 이루어질 수 있으므로, 여기에서 사용되는 유입 개구라는 용어는 경우에 따라서 유출 개구로 이해될 수도 있으며, 그 역도 마찬가지라는 점에 유의해야 한다. 보통의 유동 방향은 유입 개구(140)로부터 유출 개구(120)로 향하는 방향인데, 유동 방향이 바뀌어도 밸브는 작동할 것이며, 역방향 유동의 경우에는 상기 밸브를 통하는 유동 경로에서의 밀봉이 상대적으로 덜 바람직할 뿐이다.
도 1 내지 도 3 에 도시된 실시예에서, 내측 하우징(200)은 외측 하우징(100)의 중앙 요소(130)와 일체로 형성된다. 상기 중앙 요소(130)와 내측 하우징(200)은 주조 또는 단조 또는 임의의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다. 주조 또는 단조 이후에는, 부품의 기계가공 및/또는 연마가 수행될 수 있다. 기계가공 및/또는 연마되는 표면들은 통상적으로, 상기 밸브(1)의 다른 부품들에 맞닿는 표면들이다. 예를 들면, 상기 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120)의 플랜지들(142, 122)와 맞닿는 플랜지(132)의 면들이, 표면 편평도 및 우수한 짝맞춤 성능을 위하여 기계가공될 것이다.
내측 하우징(200)은 적어도 두 개의 웹들(220, 230)을 거쳐서 중앙 요소(130)에 부착된다. 단 하나의 웹이 있을 수도 있고, 둘 이상의 웹이 있을 수도 있다. 밸브(1)를 통하는 유체 유동 경로는, 상기 내측 하우징(200)과 외측 하우징(100) 사이에서 연장된 웹들(220, 230)의 위치가 아닌 모든 위치들에서 외측 하우징(100)의 내측 표면과 내측 하우징(200) 사이의 유체 유동을 허용한다. 그러므로, 상기 밸브를 통하는 유체 유동 경로는 유출 개구(102)와 유입 개구(104) 사이에서 실질적으로 축방향(도 3 의 A-G)으로 형성되어 있으며, 또한 내측 하우징(200) 주위에 실질적으로 고리형인 단면을 갖는다.
도 1 내지 도 3 의 실시예에서는 외측 하우징이 세 개의 요소들(120, 130, 140)로 형성되고 내측 하우징(200)이 중앙 요소(130)와 일체로 형성된 것으로 도시되어 있으나, 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 상기 외측 하우징(100)이 두 개의 요소들(상류측 요소 및 하류측 요소)로만 형성될 수 있는데, 이 경우에는 내측 하우징(200)이 상류측 요소 및 하류측 요소 중 하나에만 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 내측 하우징(200)의 상류측 부분의 상류측 외측 표면은 통상적으로 주조 또는 단주 이후의 기계가공을 크게 필요로 하지 않는다. 그러므로, 내측 하우징(200)은 중앙 요소(130)를 구비하거나 구비하지 않은 상류측 요소(140)와 일체로 만들어질 수 있다. 그 다음에는, 임의의 기계가공, 연마, 결함 검출, 또는 수리에 뒤이어, 동작가능 제한기(300)가 (하류측 부분으로부터) 내측 하우징(200) 안으로 쉽게 삽입될 수 있다. 이와 같은 단계들은 상기 내측 하우징(200)의 하류측 부분이 완전히 접근가능하기때문에, 이 부분에 대해 상대적으로 쉽게 수행될 수 있다. 상기 내측 하우징(200)의 상류측 부분에 대한 임의의 결함 조사 또는 수리 또는 기계가공은 유입 개구(104)를 통하여 수행될 것이다. 일단 상기 동작가능 제한기(300)가 조립되고 내측 하우징(200) 안에 부착된 다음에는, 하류측 요소(120)(그리고 상류측 요소(140)와 하류측 요소(120) 사이에 위치한 임의의 다른 중간 요소들)는 상류측 요소(140)에 부착될 수 있다. 상기 내측 하우징(200)이 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120) 중 적어도 하나와 별도의 것인 한, 다른 구성도 가능하다. 이와 같은 방식으로, 내측 하우징(200) 및 외측 하우징(100)이 종래 기술에서 처럼 단일의 일체 유닛으로 주조되는 경우에 비하여, 내측 하우징(200)에 대한 접근용이성이 향상될 수 있다.
상기 밸브(1)의 제작에 있어서, 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120)는 개별적으로 주조 및/또는 단조될 수 있다. 그 다음, 주조 또는 단조 이후의 임의의 기계가공, 연마, 결함 검출, 및 수리가 수행된다. 상기 내측 하우징 요소(200)는 예를 들어 주조 또는 단조에 의하여 개별적으로 제작된다. 도 1 내지 도 3 의 실시예에서, 내측 하우징 요소(200)는 외측 하우징(100)의 중앙 요소(130)와 일체로 주조 또는 단조된다. 상기 내측 하우징 요소(200)의 주조 또는 단조에 뒤이어, 임의의 기계가공, 연마, 결함 검출, 및 수리가 내측 하우징 요소(200)(그리고 외측 하우징(100)의 중앙 요소(130))에 대해서 수행될 수 있다. 상기 내측 하우징 요소(200)는 외측 하우징(100)의 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120)와 별개이기 때문에, 내측 하우징 요소(200), 특히 내측 하우징 요소(200)의 상류측 단부 및 하류측 단부에 대한 접근이 용이하다. 그 다음에, 상기 동작가능 제한기(300)가 상기 내측 하우징(200) 안으로 삽입되어 내측 하우징(200)에 고정되게 부착될 수 있다. 재차 설명하건데, 이 단계는 상기 내측 하우징 요소(200)의 상류측 부분에 대한 접근이 제한받지 않기 때문에 쉽게 수행된다. 마지막 단계는 상기 외측 하우징 요소들(120, 130, 140)을 함께 클램핑(clamping)하고, 이로써 상기 내측 하우징 요소(200)를 외측 하우징(100) 안으로 삽입되게 하는 것이다. 이와 같은 최종 작업은, (맞춤못(151)에 의하여 정렬된) 플랜지들(122, 132, 142)을 통하여 관통 볼트(150)들을 통과시키고 조임으로써 수행된다. 상기 볼트(150)들이 삽입되기 이전에, 상기 외측 하우징(100)의 요소들(120, 130, 140) 사이에 링 밀봉재들(152, 153) 및 보완 밀봉재(154)들이 배치된다.
아래에서는 제한기(300)에 대해 설명한다. 제한기(300)는 두 개의 주요 움직임가능한 부품들, 즉 피스톤(330) 및 피스톤 로드(320)를 포함한다. 상기 피스톤(330)은 외측 하우징(100)과 맞물림(즉, 접촉)되지 않는 위치로부터 (도 2 에 도시된 바와 같이) 외측 하우징과 맞물리는 위치로 움직일 수 있다. 상기 피스톤(330)은 외측 하우징(100)의 내측 표면의 일부분(126)과 맞물린다. 상기 외측 하우징(100)의 내측 표면은 유체 유동 경로를 한정한다. 상기 표면의 일부분(126)과 맞물림으로써, 피스톤(330)은 유체 유동 경로를 차폐하고, 이로써 밸브(1)를 폐쇄시킨다. 상기 외측 하우징의 내측 표면의 일부분(126)은 상류측 요소(140)에 대해 일체인 재료로 형성된다. 특히, 그 재료는 상류측 요소(140)를 파이프 구조물에 연결하기 위한 플랜지(112)의 재료와 일체를 이룬다. 이것은, 상기 내측 하우징(200)이 상기 외측 하우징(100)의 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120) 중 적어도 하나와 별개인 (일체가 아닌) 성질 덕분에 가능하다. 다시 말하면, 상기 피스톤의 부품들은 조립 동안에 유입 개구(104) 또는 유출 개구(102)를 통해 삽입될 필요가 없으며, 따라서 유입 개구(104) 및 유출 개구(102)가 상류측 요소(140) 및 하류측 요소(120)의 표면들에 의해 형성될 수 있다. 종래 기술에서는 이것이 불가능하였는데, 외측 하우징 주조물에 의하여 한정되는 유입 개구는 피스톤이 끼워지기에 충분히 크도록 되어야 했고, 피스톤이 맞물리도록 하기 위해서는 유입 개구(104)를 한정하는 표면에 부쉬를 사용해야 했다. 이것은 외측 하우징(100)의 상류측 요소(140)와 부쉬가 완전히 편평한 지탱 표면9116)를 형성하지 못할 수도 있다는 문제를 발생시킬 수 있다.
상기 동작가능 제한기(300)는 피스톤 로드(320)도 포함한다. 상기 피스톤 로드(320)의 단부들 중 하나는 피스톤(330)에 부착된다. 상기 피스톤 로드(320)는, 내측 하우징 요소(200)에 부착되는 피스톤 하우징(310) 안에 유지된다. 도 1 내지 도 3 의 실시예에서는 상기 피스톤 하우징(310)이 내측 하우징(200)과 일체가 아닌 것으로 도시되어 있다. 그러나, 반드시 그럴 필요는 없으며, 도 5 내지 도 9 에 도시된 바와 같이 피스톤 하우징(310)이 내측 하우징 요소(200)와 일체로 형성될 수 있다.
상기 동작가능 제한기(300)는 임의의 방식으로 기계적으로 동작될 수 있는바, 예를 들면 액츄에이션 로드(340)의 이용에 의하여 피스톤 로드(320)가 밸브(1)의 축방향으로 (즉, 병진운동으로) 움직여질 수 있다. 상기 액츄에이션 로드(340)는 (도면에서는 보이지 않지만) 톱니 표면(toothed surface)을 구비하며, 상기 톱니 표면은 피스톤 로드의 톱니 표면(322)와 상호작용한다. 상기 액츄에이션 로드(340)가 (도면에서) 위아래로 움직여지는 때에, 상기 액츄에이션 로드(340)의 톱니 표면과 피스톤 로드(320)의 톱니 표면(322)의 상호작용으로 인하여 피스톤 로드(320)이 병진운동을 수행할 수 있으며, 이로써 피스톤(330)이 축방향으로 움직여 밸브(1)를 동작시킬 수 있다.
높은 유체 압력과 낮은 동작력에 의하여 동작가능 제한기(300)가 작동할 수 있도록 하기 위해서는, 상기 피스톤 로드(320) 및 피스톤(330)(즉, 주요 움직임가능한 부품들) 모두의 축방향 단부 면들이 피스톤(330)의 모든 위치들에서 밸브(1)의 동일한 측에서 유체와 유체 소통되어야 한다 (도시된 실시예들에서는 상류측 부분이 그러하지만, 하류측 부분에서도 동등하게 가능하다). 이를 위하여, 상기 피스톤(330)의 하류측 전방 축방향 면에는 적어도 하나의 관통 구멍이 제공되며, 이로써 액체가 피스톤(330)의 전방 면을 통과하게 된다. 내측 하우징(200)에 있는 적어도 하나의 통로(미도시)는, (피스톤(330)이 완전히 위축된 상태에 놓이는) 상류측 공동(250)과, 내측 하우징(200)의 하류측 부분에 있으며 피스톤 로드(320)의 상류측 축방향 단부가 위치되는 하류측 공동(240) 간을 소통시킨다. 상기 상류측 내부 공동(250)과 하류측 내부 공동(240)은 주조/단조 동안의 작업을 포함하여 임의의 방식으로 형성되고 그리고/또는 주조/단조 이후의 기계가공에 의하여 형성될 수 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 하나의 통로가 추가적으로 또는 대안적으로 피스톤 로드(320)를 통과할 수 있다.
상기 피스톤(330)은 피스톤 스커트(332)을 포함한다. 상기 피스톤 스커트(332)는 튜브 형태이며, 내측 하우징(200)의 하류측 공동(240)의 내측 표면에 대해 밀봉을 형성한다. 밀봉재(333)는 피스톤 스커트(332)와 상류측 공동(250) 사이에 밀봉을 형성한다. 상기 피스톤(330)의 하류측 밀봉재(335)는 피스톤 캡(piston cap; 337)과 피스톤 스커트(332)의 선두 고리형 단부 사이에 형성된 동적인 밀봉재이다. 상기 피스톤 캡(337) 및 피스톤 스커트(332)는 예를 들어 볼트에 의하여 함께 유지된다. 상기 피스톤 캡(335)은 액체가 피스톤 캡을 통하여 유동할 수 있는 관통 구멍들을 갖는다. 상기 동적인 밀봉재(335)가 하류측 요소(120)의 일부분(126)에 대해 맞닿는 때에 밀봉이 형성된다. 이 위치에서는 유체가 (밀봉재(333) 때문에) 피스톤 스커트(332)와 내측 하우징 사이 또는 하류측 요소(120)의 내측 표면 사이로 통과할 수 없고, (상류측 공동(250)까지 뻗을 수는 있으나) 다른 방식으로도 내측 하우징(200)을 통과할 수 없다. 그러므로, 밸브(1)를 통하는 유체 유동이 차폐된다.
피스톤 하우징(310)은 관통 구멍들을 가진 플랜지(312)를 구비한다. 볼트(314)들은, 플랜지(312)를 거쳐서 피스톤 하우징(312)을 내측 하우징(200)의 부분에 부착시키는데에 사용된다. 선택적으로, 밀봉재(315)가 상기 피스톤 하우징(310)과 내측 하우징(200) 사이를 밀봉시킨다. 상기 피스톤 하우징(310)의 내측 표면에는 축방향으로 이격된 홈들이 구비되는데, 이들은 피스톤 로드(320)에 대한 밀봉을 위한 밀봉재(317, 318)를 유지시킨다. 이로써, 상기 피스톤 로드(320)의 외측 표면이 피스톤 하우징(310)의 내측 표면에 대해 밀봉된다. 이것은 유체가 상기 피스톤 로드(320)와 피스톤 하우징(310) 사이로 진입하여 액츄에이션 로드(340)가 위치하고 있고 중앙 요소(130)에 형성된 구멍(134)을 통하여 밸브(1)로부터 이탈함을 방지한다. 상기 피스톤 로드(320)의 외부 표면이 아니라 피스톤 하우징(310)의 내측 표면에 홈과 밀봉재(317, 318)를 배치시킴으로 인한 장점은, 밀봉재의 내구성 및 수명 향상의 관점에서 밀봉재의 우수한 성능이 얻어지기 때문이다. 일 실시예에서는, 상기 피스톤 로드(320)가 레이저 응용 경화 면 처리(laser applied hard facing treatment)에 의해 코팅된 다음에, 사용 동안에 밀봉재들(317, 318)과 접촉하게 되는 표면들에 다이아몬드 연마(diamond grinding)가 수행될 수 있다. 이것은 밀봉재(317, 318)의 수명과 완전성을 더 증진시킨다.
액츄에이션 로드(340)의 지탱과 유체 밀봉의 완전성 보장을 위하여, 액츄에이터 랙 유지판(actuator rack retaining plate; 138)과 밀봉재들이 더 제공될 수 있다.
상기 제한기(300)의 동작을 위하여, 액츄에이션 로드(340)는 밸브(1) 안으로 밀리거나 밸브(1) 밖으로 당겨진다. 이것은 전술된 바와 같이 피스톤 로드(320)의 축방향 움직임을 초래한다. 상기 피스톤(330)의 하류측 밀봉재(335)가 지탱되는 하류측 요소(120)의 일부분(126)에 상기 피스톤(330)이 접근함에 따라서, 상기 밸브를 통하는 유체 유동에 대한 제한이 증가한다. 상기 피스톤(330)의 하류측 밀봉재(335)가 하류측 요소(120)의 일부분(126)에 대해 밀봉을 이룸에 따라서 밸브가 폐쇄된다. 폐쇄 위치에서도, 피스톤 캡(335)에 있는 관통 구멍들로 인하여, 하류측 부분으로부터의 유체가 피스톤 스커트(332)를 통해 통과하고 내측 하우징(200) 안에 형성된 제한기 내부 공동(240) 안으로 진입한다. 이와 같은 방식으로, 상기 피스톤(330)의 모든 부품들의 상류측 부분과 하류측 부분에서의 유체 압력이 동일하게 된다. 상기 상류측 공동(250)이 하류측 공동(240)과 유체 소통되기 때문에, 피스톤 로드(320)의 양 측에서의 압력도 동일하다. 그 결과, 유입 유체 압력이 매우 높은 경우에도 피스톤 로드(320) 및 피스톤(330)을 이동시키는데에 필요한 임의의 동작력이 상대적으로 작게 된다.
도 4 에는 쓰로틀 케이지(400)가 도시되어 있다. 쓰로틀 케이지(400)는, 피스톤(330)이 쓰로틀 케이지(400) 내부에서 축방향으로 움직이도록, 밸브(1) 안에 위치될 수 있다. 쓰로틀 케이지(400)는 유동 경로 내에서 유출 개구(102)의 상류와 내측 하우징(200)의 하류에 유지된다. 쓰로틀 케이지(400)는 튜브의 형태를 갖는다. 상기 튜브(400)의 벽에는 축방향으로 이격된 복수의 관통 구멍(410)들이 존재한다. 유체 유동 경로는 상기 쓰로틀 케이지(400)에 있는 관통 구멍(410)들을 통과한다. 피스톤이 튜브(400) 안에서 축방향으로 병진운동함에 따라서, 더 많거나 적은 관통 구멍(410)들이 피스톤 스커트(332)에 의해 덮이게 된다. 상기 피스톤 스커트(332)에 의하여 덮이는 관통 구멍(410)들의 개수가 달라짐에 따라서, 쓰로틀 케이지(400)를 통하는 유동 경로의 단면적도 달라져서, 밸브(1)를 통하는 유체의 압력 또는 유량 강하가 변화한다. 이와 같은 방식으로, 밸브(1)는 실질적으로 연속적인 (심지어는 선형적인) 방식으로 유량을 변화시킬 수 있으며, 단순한 온/오프 밸브에 그치지 않게 된다. 이와 같은 밸브는 제어 밸브라고 호칭된다. 상기 밸브는 축방향 유동 제어 밸브이다.
아래에서는 제2 실시예에 대해 설명한다. 제2 실시예는 아래에서 설명되는 바를 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 일 실시예의 특징들은 다른 실시예에서 사용될 수 있으며, 그 역도 가능하다.
도 5 내지 도 9 에 도시된 실시예에서, 외측 하우징(100)은 단일 부재로 만들어져 있다. 예를 들어, 외측 하우징(100)은 도 1 내지 도 3 에 도시된 실시예의 상류측 요소, 하류측 요소, 및 중앙 요소를 포함하는 일체적으로 주조된 요소일 수 있다. 도 5 내지 도 9 의 실시예에서, 외측 하우징은 하나 초과의 요소를 포함할 수 있는데, 예를 들면 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 상류측 요소, 하류측 요소, 및 중앙 요소를 포함할 수 있다. 도 5 내지 도 9 에 도시된 실시예에서, 내측 하우징(200)은 제1 실시예에서와 같이 외측 하우징의 상류측 요소 및 하류측 요소와 별개이고, 또한 제1 실시예의 중앙 요소와 별도이다. 즉, 내측 하우징 요소(200)는 외측 하우징(100)과 별도의 것으로서 일체를 이루지 않는다.
상기 내측 하우징(200)은 외측 하우징(100) 내에 부착 또는 장착될 수 있다. 웹들이 상기 내측 하우징(200)으로부터 외측 하우징(100)의 대향된 내측 표면으로 연장되거나, 그 역도 가능하다. 이 웹들은 대향된 표면과 접촉할 수 있으며, 선택적으로는 예를 들어 볼트를 사용함으로써 상기 대향된 표면에 고정될 수 있다. 도 5 에 도시된 실시예에서는, 도 6 에서 보다 명확히 도시된 바와 같이, 웹들이 내측 하우징(200)의 상류측 단부에만 존재한다. 도 8 및 도 9 에서는 그러한 웹들(220, 230)이 상류측 단부 뿐만 아니라 내측 하우징(200)의 중앙 부분에도 존재하는 것으로 도시되어 있다.
도 5 내지 도 9 의 실시예에서, 내측 하우징(200)의 상류측 단부에는 커넥터 부재(260)가 형성된다. 커넥터 부재(260)를 외측 하우징(100)에 고정시키기 위하여 체결 수단이 사용됨으로써, 내측 하우징(200)이 외측 하우징(100)에 고정된다. 상기 커넥터 부재(260)는, 외측 하우징(100)에 대한 상기 내측 하우징(200)의 축방향 움직임을 방지하기 위하여 제공되고, 또한 내측 하우징(200)을 올바른 반경방향 위치에 유지하기 위하여 제공된다. 상기 커넥터 부재(260)는 상기 내측 하우징(200)으로부터 외측 링(265)까지 축방향 및 반경방향으로 연장된 복수의 웹들로 이루어진다. 외측 링(265)은 상기 내측 하우징(200)의 유입 개구(104) 안에 끼워지는 크기를 갖는다. 복수의 잠금 키이(locking key; 267)들이 상기 외측 링(265) 안에 있는 관통 구멍(266)들과 외측 하우징(100)의 유입 개구(104)의 내측 표면에 형성된 홈들 안에 배치된다(미도시). 잠금 볼트(269)들은 상기 잠금 키이(267)들을 제 위치에 유지시킨다.
상기 내측 하우징(200)은 제1 실시예에서와 유사하게 동작가능 제한기(300)를 수용한다. 상기 동작가능 제한기(300)는 제1 실시예에서와 유사하게 피스톤(330) 및 피스톤 로드(320)를 포함한다. 도 5 내지 도 9 에 도시된 실시예에서, 피스톤 하우징은 상기 내측 하우징(200)의 일부분으로(즉, 일체로) 형성된다. 다시 말하면, 상기 피스톤 로드(320)는 내측 하우징(200) 안의 공동 안에 수용되며, 따라서 별도의 피스톤 하우징은 없다. 피스톤 하우징이 없기 때문에 상기 동작가능 제한기(300)가 보일 수 있다.
제2 실시예의 밸브(1)는 다음과 같이 제작된다. 외측 하우징(100)이 예를 들어 주조에 의하여 형성된다. 상기 외측 하우징(100)은 일체로서 형성되거나, 예를 들어 볼트체결에 의해서 함께 결합되는 수 개의 요소들에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 요소들은 주조가 아니라 단조에 의해 제작될 수 있다. 상기 내측 하우징(200)은 외측 하우징(100)과는 별도로 형성된다. 상기 내측 하우징(200)은 주조 또는 단조될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 커넥터 부재(260)는 내측 하우징(200)과 일체로 형성된다. 그러나, 반드시 그러한 것은 아니며, 커넥터 부재(260)가 내측 하우징과 별도로 형성된 다음에 예를 들어 나사 체결에 의하여 내측 하우징(200)에 연결될 수도 있다. 상기 커넥터 부재(260)는 예를 들어 주조 또는 단조에 의하여 단일의 유닛으로 형성되거나, 또는 개별의 분리된 부품들이 조립됨으로써 형성될 수 있다.
상기 내측 하우징(200)은, 동작가능 제한기(300)가 내측 하우징(200)에 설치되기 전에, 기계가공, 연마, 결함 검사, 및/또는 수리될 수 있다. 상기 동작가능 제한기(300)의 설치 이후, 상기 동작가능 제한기(300) 및 내측 하우징(200)은 외측 하우징(100)의 유입 개구(104)를 통하여 외측 하우징(100) 안으로 삽입될 수 있다. 그 다음, 위에서 설명된 커넥터 부재(260)를 이용하여 상기 내측 하우징(200)이 외측 하우징(100)에 연결될 수 있다.
따라서, 제2 실시예에서는, 상기 내측 하우징(200)과 외측 하우징(100) 간의 연결이 외측 하우징(100) 안에서 이루어진다. 이와 대조적으로 제1 실시예에서는, 밸브의 비일체적 요소들 간의 연결이 내측 하우징(200)의 외부에서 (즉, 플랜지들(122, 132, 142)을 거쳐서) 이루어진다. 그러나, 두 가지 실시예들 모두, 밸브(1)의 조립 이전에 기계가공, 연마, 결함 검출, 수리, 및 동작가능 제한기(300)의 설치를 위하여 내측 하우징(200)에 접근할 수 있다는 장점이 있다.
제2 실시예의 동작가능 제한기(300)는, 피스톤 스커트(332)가 내측 하우징(200)의 외부에 놓이고 내측 하우징(200)을 둘러싼다는 점에서 제1 실시예의 동작가능 제한기와 상이하다. 하류측 밀봉재(3321)는 피스톤 스커트(332)와 내측 하우징(200) 사이를 밀봉시킨다. 상기 피스톤 스커트(332)의 내측 표면에는 하류측 밀봉재(3321)들의 배치를 위한 홈들이 형성된다. 이와 같은 방식으로, 밸브(1)의 하류측 부분으로부터 출발하여 피스톤(330)의 축방향 단부 표면에 있는 관통 구멍(3323)들을 통과하는 유체가, 내측 하우징(200)과 피스톤 스커트(332) 사이를 통과함이 방지된다. 상기 피스톤 로드(320)의 압력 균형을 위하여, 상기 내측 하우징(200)을 통과하여 피스톤 로드(320)의 상류측 단부까지 연장된 통로(미도시)가 제공되고, 그리고/또는 도시된 바와 같이 피스톤 로드(320)의 하나의 축방향 단부로부터 다른 축방향 단부까지 연장되는 통로가 피스톤 로드(320)를 통하도록 제공될 수 있다. 밀봉재(3321)들이 지탱되는 내측 하우징(200)의 외측 표면은, 우수한 밀봉 표면을 보장하기 위하여, 레이저 코팅 텅스텐 카바이드 금속 매트릭스(laser coated Tungsten carbide metal matrix)로 코팅된 다음에, 다이아몬드 연마될 수 있다.
제1 실시예에서와 유사하게, 상기 외측 하우징(100)의 내측 표면의 일부분(126)에 대한 밀봉을 위한 하류측 밀봉재(3325)가 제공된다.
제2 실시예에서는 상기 피스톤(330) 및 피스톤 로드(320)가 일체의 유닛인 것으로 도시되어 예시되어 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다. 상기 피스톤(330) 및 피스톤 로드(320)(그리고 피스톤 하우징(310))은 제1 실시예에서와 같이 구성될 수 있다.
도 5 내지 도 9 의 실시예에서는, 액츄에이션 로드(340)가 병진운동할 수 있는 것이 아니라 회전가능한 것이다. 액츄에이터 랙 하우징(361)은 내측 하우징(200)의 요부 안에 제공된다. 상기 액츄에이션 로드 상의 플랜지(342)와 유지판 밀봉재(362)에 의하여 조립이 완료된다. 액츄에이션 로드 상에 유지되는 피니언 랙(346)은 피스톤 로드(320) 측에서 랙(도 9 에 도시)과 맞물린다. 선택에 따라서, 유사한 메카니즘이 제1 실시예에서 사용되거나, 또는 제1 실시예의 메카니즘이 제2 실시예에서 사용될 수 있다.
그러므로 상기 밸브는 압력 균형이 잡혀 있고 밀봉하는 피스톤에 의하여 유체의 유동을 정지 또는 제한(또는 변경)하는 압력 균형 밸브이다. 상기 밸브는, 외측 하우징(100)의 외부에 유체 경로가 없다는 점에서, 전술된 바와 같이 내부적으로 압력이 균형이 잡혀 있는 것이다. 상기 압력 균형은, 상기 제한기의 움직이는 부품들의 두 개의 대향된 동등한 면적에서 작용하는 유출 유체 압력(또는 유입 유체 압력)에 의해 얻어진다. 이와 같은 압력 균형으로 인하여, 높은 유입 압력이 존재하는 경우에도 작동력이 적게 필요하게 된다.
본 명세서에서 일 요소가 다른 요소와 일체라고 함은, 일 요소가 다른 요소와 일체적으로 형성된 것이라는 것으로 해석될 수 있다.
전술된 밸브들의 개별 부품들은 볼트(150, 269)와 같은 나사 체결 수단을 이용하여 함께 고정되는 것으로 설명되어 있다. 그러나 반드시 그러할 필요는 없으며, 상기 부품들은 (적어도 부분적으로) 용접에 의하여 함께 유지될 수 있다. 이와 같은 용접은 예를 들면 TIG 용접, 레이저 용접, 또는 다른 종류의 용접에 의하여 수행될 수 있다. 제1 실시예에서는 플랜지들(122, 132, 142)이 함께 용접될 수 있다. 제2 실시예에서는 외측 링(265)이 외측 하우징(200)의 유입 개구(104)의 내측에 용접될 수 있다.
Claims (50)
- 외측 하우징(outer housing)을 포함하는 동작가능 밸브(actuatable valve)로서,
유입 개구를 한정하는, 상기 외측 하우징의 상류측 요소(upstream element);
유출 개구를 한정하는, 상기 외측 하우징의 하류측 요소(downstream element); 및
상기 동작가능 밸브를 통하는 유체 유동 경로를 따르는 유체 유동을 제한하는 동작가능 제한기(actuatable restrictor)를 수용하기 위한, 상기 외측 하우징 내부의 내측 하우징 요소(inner housing element);를 포함하고,
상기 내측 하우징 요소는 상기 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나와 비일체(非一體)이고,
상기 밸브는 압력 균형 밸브이며,
상기 동작가능 제한기의 움직이는 부품들의 동등한 면적을 갖는 선두 표면과 추종 표면이 모든 위치들에서 상기 동작가능 밸브의 동일한 측의 유체와 유체 소통되어서, 상기 움직이는 부품들의 양 측에서의 압력이 동등하게 되는, 동작가능 밸브. - 제1항에 있어서,
상기 내측 하우징 요소가 상기 상류측 요소 및 하류측 요소와 비일체인, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동작가능 밸브는 상기 상류측 요소 및 하류측 요소 사이에 외측 하우징의 중앙 요소(central element)를 더 포함하는, 동작가능 밸브. - 제3항에 있어서,
상기 내측 하우징 요소는 상기 외측 하우징의 중앙 요소에 장착되는, 동작가능 밸브. - 제4항에 있어서,
상기 내측 하우징 요소는 상기 외측 하우징의 중앙 요소와 일체인, 동작가능 밸브. - 제3항에 있어서,
상기 외측 하우징의 중앙 요소는 상기 외측 하우징의 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나 또는 모두와 일체인, 동작가능 밸브. - 제3항에 있어서,
상기 상류측 요소, 하류측 요소, 및 중앙 요소 중 적어도 두 개는 플랜지(flange)를 구비하고, 상기 플랜지들이 관통되어 볼트체결됨으로써 상기 요소들이 함께 결합되어 상기 외측 하우징을 형성하는, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내측 하우징 요소는 상기 외측 하우징의 요소들과 비일체인, 동작가능 밸브. - 제8항에 있어서,
상기 동작가능 밸브는 상기 내측 하우징 요소의 상류측 단부에 형성된 커넥터 부재(connector member)와, 상기 커넥터 부재를 외측 하우징에 고정시키는 체결 수단(fastening means)을 더 포함하는, 동작가능 밸브. - 제9항에 있어서,
상기 커넥터 부재는 상기 내측 하우징 요소로부터 외측 링(outer ring)까지 축방향 및 반경방향으로 연장된 복수의 웹(web)으로 이루어진, 동작가능 밸브. - 제10항에 있어서,
상기 외측 링은 상기 유입 개구 안에 끼워지는, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내측 하우징 요소와 외측 하우징 사이에 적어도 하나의 웹이 연장되고, 상기 내측 하우징 요소는 상기 적어도 하나의 웹을 거쳐서 상기 외측 하우징에 고정되는, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유체 유동 경로는 상기 유입 개구와 유출 개구 사이에서 실질적으로 축방향을 따라 존재하며, 상기 내측 하우징 주위에서 실질적으로 고리형인 단면을 갖는, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동작가능 제한기는, 상기 유체 유동 경로를 한정하는 외측 하우징의 내측 표면의 일부분과 맞물려서 상기 유체 유동 경로를 차폐할 수 있는 피스톤을 포함하는, 동작가능 밸브. - 제14항에 있어서,
상기 외측 하우징의 내측 표면의 일부분은, 상기 동작가능 밸브를 파이프 구조물에 연결시키는 상류측 요소의 플랜지와 일체인 재료로 형성되는, 동작가능 밸브. - 제14항에 있어서,
상기 동작가능 밸브는 튜브(tube) 형태의 쓰로틀 케이지(throttle cage)를 더 포함하고, 상기 튜브의 벽에는 축방향으로 이격된 복수의 관통 구멍(through hole)이 구비되며,
상기 피스톤은 상기 튜브 안에서 축방향으로 병진운동하여 유체가 유동함에 있어 통과하는 상기 복수의 관통 구멍의 개수를 변화시켜서, 상기 유체 유동 경로를 따른 유체 유동에 대한 제한을 변화시키는, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동작가능 제한기는 피스톤 하우징 안에 적어도 부분적으로 수용된 피스톤 로드(piston rod)를 포함하는, 동작가능 밸브. - 제17항에 있어서,
상기 피스톤 하우징은 상기 피스톤 로드에 대한 밀봉을 위하여 홈(groove) 안에 있는 밀봉재(seal)를 포함하는, 동작가능 밸브. - 제17항에 있어서,
상기 피스톤 하우징은 상기 내측 하우징과 일체인, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동작가능 밸브는 축방향 밸브인, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동작가능 제한기는, 유체 유동 경로를 한정하는 외측 하우징의 내측 표면의 일부분과 맞물려서 상기 유체 유동 경로를 차폐할 수 있는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤의 하류측 전방 축방향 면(front downstream axial face)에 적어도 하나의 관통 구멍이 제공되어 액체가 상기 피스톤의 전방 면을 통과하게 되어 있는, 동작가능 밸브. - 제21항에 있어서,
상기 동작가능 제한기는 피스톤 하우징 안에 적어도 부분적으로 수용된 피스톤 로드를 포함하고, 상기 내측 하우징 안에 적어도 하나의 통로가 제공되어서, 피스톤이 완전히 위축된 상태에 놓이는 상류측 공동(upstream cavity)과 상기 피스톤 로드의 상류측 축방향 단부가 위치하는 내측 하우징의 하류측 부분에 있는 하류측 공동 간에 소통이 제공되는, 동작가능 밸브. - 제21항에 있어서,
상기 동작가능 제한기는 피스톤 하우징 안에 적어도 부분적으로 수용된 피스톤 로드와, 피스톤이 완전히 위축된 상태에 놓이는 상류측 공동(upstream cavity)과 상기 피스톤 로드의 상류측 축방향 단부가 위치하는 내측 하우징의 하류측 부분에 있는 하류측 공동 간에 피스톤 로드를 통하는 통로를 포함하는, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동작가능 밸브는 내부적으로 압력의 균형이 잡히는 밸브인, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 밸브는 기계적으로 동작하는 밸브인, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제한기는 상기 동작가능 밸브의 외부로부터의 액츄에이션 로드(actuation rod)에 의하여 동작하게 될 수 있는, 동작가능 밸브. - 제26항에 있어서,
상기 동작가능 제한기는 피스톤 하우징 안에 적어도 부분적으로 수용되는 피스톤 로드를 포함하고, 상기 피스톤 로드는 상기 액츄에이션 로드를 이용하여 상기 동작가능 밸브의 축방향으로 움직여질 수 있는, 동작가능 밸브. - 제27항에 있어서,
상기 액츄에이션 로드는, 상기 피스톤 로드의 톱니 표면과 상호작용하는 톱니 표면을 구비한, 동작가능 밸브. - 제26항에 있어서,
상기 액츄에이션 로드는 회전가능한 것인, 동작가능 밸브. - 제29항에 있어서,
상기 동작가능 밸브는 상기 외측 하우징의 요부 안에 액츄에이터 랙 하우징(actuator rack housing)을 더 포함하는, 동작가능 밸브. - 제27항에 있어서,
상기 액츄에이션 로드는 회전가능하며,
상기 액츄에이션 로드에 유지되고 상기 피스톤 로드 측에 있는 랙과 맞물리는 피니언 랙(pinion rack)을 더 포함하는, 동작가능 밸브. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나는 용접에 의하여 상기 내측 하우징 요소에 적어도 부분적으로 고정되는, 동작가능 밸브. - 동작가능 제한기를 포함하는, 동작가능한 압력 균형 밸브의 제작 방법으로서,
상기 동작가능 제한기의 움직이는 부품들의 동등한 면적을 갖는 선두 표면과 추종 표면이 모든 위치들에서 상기 동작가능 밸브의 동일한 측의 유체와 유체 소통되어서, 상기 움직이는 부품들의 양 측에서의 압력이 동등하게 되고,
상기 동작가능 밸브의 제작 방법은:
유입 개구를 한정하는 상류측 요소와 유출 개구를 한정하는 하류측 요소를 적어도 포함하는 외측 하우징을 제공하는 단계;
상기 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나와 별도의 내측 하우징 요소를 제공하는 단계;
상기 동작가능 밸브를 통하는 유체 유동 경로를 따르는 유체 유동을 제한하는 동작가능 제한기를 상기 내측 하우징 요소에 설치하는 단계; 및
상기 설치된 동작가능 제한기를 구비한 내측 하우징 요소를 상기 외측 하우징 안에 설치하는 단계;를 포함하는, 동작가능 밸브의 제작 방법. - 제33항에 있어서,
상기 내측 하우징 요소는 상기 외측 하우징의 중앙 요소에 장착되는, 동작가능 밸브의 제작 방법. - 제33항 또는 제34항에 있어서,
상기 내측 하우징 요소를 외측 하우징 안에 설치하는 단계는 상기 외측 하우징의 요소들을 함께 볼트로 체결함을 포함하는, 동작가능 밸브의 제작 방법. - 제33항 또는 제34항에 있어서,
상기 내측 하우징 요소를 외측 하우징 안에 설치하는 단계는, 상기 유입 개구 및 유출 개구 중 하나를 통하여 상기 내측 하우징 요소와 동작가능 제한기를 삽입함과, 상기 내측 하우징 요소를 외측 하우징 안에 고정시키기 위하여 체결 수단을 이용함을 포함하는, 동작가능 밸브의 제작 방법. - 제33항 또는 제34항에 있어서,
상기 외측 하우징을 제공하는 단계는 상기 상류측 요소를 주조 또는 단조함과 상기 하류측 요소를 주조 또는 단조함을 포함하고, 상기 내측 하우징 요소를 제공하는 단계는 상기 상류측 요소 또는 하류측 요소를 주조 또는 단조함과는 별도의 단계에서 상기 내측 하우징 요소를 주조 또는 단조함을 포함하는, 동작가능 밸브의 제작 방법. - 제33항 또는 제34항에 있어서,
상기 상류측 요소 및 하류측 요소 중 적어도 하나를 용접에 의하여 상기 내측 하우징 요소에 적어도 부분적으로 고정시킴을 더 포함하는, 동작가능 밸브의 제작 방법. - 삭제
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