KR102083487B1 - 유연성 호스의 분리가능한 연결부를 위한 페탈 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브(5, 5')는 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 회전가능한 복수의 페탈(세그먼트 또는 섹터)(6, 7; 6', 7')을 포함한다. 상기 페탈들(6, 7; 6', 7')은 측방향으로 인접한 페탈들 사이에 개재되며 연결부의 몸체부(1 및 2)의 각자의 방사상 구멍(72)에 삽입되어 끼워지는 스레디드 포지셔닝 네크(71)를 갖는 구형 핀들(70)에 의해 규정되는 피봇팅 축들을 중심으로 회전가능하다. 인접한 두 페탈들(6, 7; 6', 7') 간에서의 정확하고 정밀한 피봇팅을 가능하게 하기 위해 로킹 캡(73)을 상기 방사상 구멍(72)에 삽입하여 구형 핀(70)의 상기 네크(71)에 단단히 당접시켜 상기 구형 핀(70)을 적당한 위치에 유지시킨다.

Description

유연성 호스의 분리가능한 연결부를 위한 페탈 제어 밸브{PETAL CONTROL VALVE FOR SEPARABLE CONNECTION UNITS FOR FLEXIBLE HOSES}

본 발명은 유체 제품(fluid products), 특히 석유 제품(petroleum products)을 이송하는 호스의 분리가능한 연결부를 위한 페탈 제어 밸브(petal control valve)에 관한 것이다.

석유 시설물로부터, 플랫폼으로부터, 유조선(tanker) 간, 유조선으로부터 육상(land) 시설물로 또한 그 반대로의 석유 제품의 해상 이송은 유연성 호스들(flexible hoses) 및 두 개의 분리가능 부분으로 이루어지는 연결부들을 통해 실행되는 것이 알려져 있으며, 연결부 각각은 분리 시에 자동으로 폐쇄되어 제품이 바다로 유출되는 것을 제한하는 각자의 제어 밸브를 갖추고 있음으로써 결과적으로 바다를 덜 오염시킨다. 이들 연결부는 바다에 위치되어 있는 유연성 호스 측에 위치되며, 유연성 호스에 과도한 끌어당김을 일으키거나 제어 라인에 과도한 압력을 일으키는 이상(abnormal) 상황들의 경우에, 유연성 호스 및 보다 일반적으로는 제어 라인을 보호하는 것이 주된 목적이다. 그러한 이상 상황들은: 유조선들 또는 보다 일반적으로는 석유 시설물 (FPSO)의 이탈(breaking away) 또는 표류(drifting off)로 인해 유연성 호스가 당겨져 늘어지거나, 거친 바다(rough sea)로 인해 유연성 호스에 허용치를 넘어서는 견인(traction)이 발생하거나, 배가 유연성 호스에 부딪혀 그것을 끌고 가버림으로써 그 호스에 과도한 하중이 발생하거나, 유동 방향(flow)의 하류측(downstream)에 있는 제어 밸브가 빠르게 폐쇄되거나, 또는 과도한 축방향 하중(axial load) 및/또는 압력 증가를 유발시키는 임의의 다른 이유일 수 있다.

현재 이용가능한 연결부들은 제어 밸브들이 연결부의 두 부분의 분리 후에는, 즉 상술한 상황들에서 조작자(operator)에 의한 제어 없이, 자동으로 폐쇄되도록 제조되어 있다.

페탈 타입(petal type)의 유체 제어 밸브들이 또한 알려져 있는데, 즉, 이들 페탈 타입의 유체 제어 밸브는 페탈들이 석유 제품의 유동 방향과 거의 평행한 개방 위치와 석유 제품의 유동을 차단하도록 페탈들이 연결부의 축을 가로질러 모여드는(converge) 폐쇄 위치 사이에서 회전되는 복수의 회전가능한 세그먼트 또는 섹터로 이루어져 있다. 개방 위치에서 폐쇄 위치로의 이동은, 예를 들어, 축방향으로 제거가능한 내부 슬리브(inner sleeve)에 의해 발휘되는 유지 작용(rataining action)이 연결부에 가해지는 축방향 견인 응력(axial traction stress)으로 인해 중지될 때 탄성 수단의 편향(bias) 하에 발생한다. 유체 다이나믹 브레이크들(fluid dynamic brakes)은, 탄성 수단과 가압된(pressurized) 유체의 결합 작용에 의해 결정되며 제어 밸브 및 연결부 그 자체에 파괴적인 영향을 미칠 수 있는 수격 작용(water hammer)이라 불리는 과도한 압력을 피하기 위해 상류측(upstream) 밸브의 폐쇄 속도를 적당히 늦춘다(slow down). 페탈 제어 밸브는, 예를 들어, 2010년 12월 6일자로 출원된 특허원 MI2010A002247 및 MI2010A002248에 기술되어 있다.

상술한 타입의 제어 밸브들에는 페탈들이 피봇팅(pivoting)하는 문제점이 존재하는데, 그 이유는 피봇팅 이동이 정밀하고, 신뢰성 있어야 하며, 또한 사용되는 핀들을 조정하고 어쩌면 교체하기 위해 외부적으로 접근가능해야 하기 때문이다.

그러므로, 본 발명의 목적은 회전 페탈들의 효과적인 피봇팅 시스템을 갖는, 유체 제품을 이송하는 호스의 분리가능한 연결부들을 위한 페탈 제어 벨브를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, 이런 목적은 측방향으로 인접한 페탈들 사이에 개재되어 있으며 연결부의 몸체부(body)의 각자의 방사상 구멍(radial hole) 내에 삽입되어 끼워지는 스레디드 포지셔닝 네크(threaded positioning neck)를 갖는 구형 핀들(spherical pins)을 사용함으로써 달성된다.

이어서, 인접한 두 페탈 간에서의 정확하고 정밀한 피봇팅을 가능케 하며 핀이 회전하고 설정 위치로부터 변위되는 것을 방지하기 위해, 로킹 캡(locking cap)을 상기 방사상 구멍에 끼워 구형 핀의 상기 네크에 단단히 당접시킴으로써 구형 핀을 적당한 위치에 유지시킨다.

본 발명의 특징들은 첨부된 도면에서 비제한적인 예를 들어 도시한, 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명백해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 페탈 제어 밸브들을 갖는 유연성 호스들의 연결부의 측면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 페탈 제어 밸브들을 갖는 유연성 호스들의 연결부의, 도 1의 선 II-II를 따라 절취한 축방향(axial) 단면도를 도시한 도면.
도 3은 제어 밸브들이 이미 폐쇄된 때 두 부분들의 분리 과정 중에 동일한 연결부의 축방향 단면도를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 선 IV-IV를 따라 절취한 연결부의 단면도를 도시한 도면.
도 5는 유체 제품의 유동 방향으로 상류측(upstream)에 있는 제어 벨브의 크기가 더 작은 페탈들 중 하나에 대한 투시도를 일례로 도시한 도면.
도 6은 동일한 페탈에 대한 평면도를 도시한 도면.
도 7은 도 6의 선 VII-VII을 따라 절취한 동일한 페탈의 단면도를 도시한 도면.
도 8은 동일한 페탈의 측면도를 도시한 도면.
도 9는 석유 제품의 유동 방향으로 상류측에 있는 제어 벨브의 크기가 더 큰 페탈들 중 하나에 대한 투시도를 일례로 도시한 도면.
도 10은 도 9의 동일한 페탈에 대한 평면도를 도시한 도면.
도 11은 도 9의 동일한 페탈에 대한 측면도를 도시한 도면.
도 12 및 도 13은 도 5 내지 도 8 및 도 9 내지 도 11의 페탈들이 구비하고 있는 구형 핀들의 하우징 시트들(housing seats)에 대한 부분적인 단면도를 도시한 도면.
도 14는 크기가 더 작은 페탈이 크기가 더 큰 페탈과 상기 페탈들이 속하는 제어 밸브의 폐쇄 위치에서 중첩하는 방법을 도시한 도면.
도 15는 도 1의 선 XV-XV을 따르는 페탈들의 피봇팅 점들을 통과하는 연결부의 횡단면도를 도시한 도면.
도 16은 도 15에서 도시된 피봇팅 점들 중 하나를 확대하여 상세히 도시한 도면.

도 1은 이송되는 유체 제품의 유동 방향으로(도 2의 우측에서 좌측으로) 각각 상류측 및 하류측에 있는, 분리가능한 두 밸브부 또는 몸체부(1 및 2)를 포함하는 유연성 호스들의 연결부를 도시한다.

두 부분(1 및 2)은 파열 나사들(burst screws; 3)에 의해 연결되어 있으며, 이들 나사는 강한 견인 응력(traction stress) (설정 하중 이상)의 경우에 부서짐으로써, 두 부분의 분리를 허용한다.

연결부 내에 원주형 슬라이딩 슬리브(4; 도 2)가 배치되며, 이 슬리브는 연결부의 두 부분이 분리될 때 연결부로부터 자동으로 그리고 축방향으로 제거가능하다.

원주형 슬라이딩 슬리브(4)는 석유 제품의 유동 방향으로 상류측 및 하류측 각각에 있는 두 개의 회전가능한 섹터 밸브(5-5')의 평상시 개방 위치(normally open position)를 유지시킨다.

원주형 슬라이딩 슬리브(4)의 기능 및 작동 방식은, 예를 들어, 본 출원인에 의해 2009년 12월 4일자로 출원된 이탈리아 특허원 MI2009A002146에 기술되어 있다.

각각의 밸브(5-5')는 원주 방향으로 교대로 배치되어 있으며 도 2의 개방 위치와 도 3 및 도 4의 폐쇄 위치 사이에서 각자의 축을 중심으로 회전가능한, 형상 및 크기가 서로 다른 일련의 두 페탈 또는 세그먼트(6-7 및 6'-7')로 이루어진다.

도 5 내지 도 14는 본 발명에 따라 만들어진, 상류측 제어 밸브들(5)의 페탈(6 및 7)의 형상 및 기능을 상세히 도시한 것이다. 하류측 제어 밸브(5')의 페탈들(6' 및 7')의 형상도 동일하다.

도 9 내지 도 13에는 크기가 더 큰 페탈(7)이 도시되어 있으며, 여기서, 페탈(7)은 V-형상 단부(31)를 구비한 거의 삼각형 몸체부(51)로 이루어져 있는 것을 알 수 있고, 이 V-형상 단부(31)의 측부들(sides; 32)은 인접한 다른 페탈들(7)의 대응하는 측부들에 유밀하게 당접(fluid tightly abut)하도록 의도된 것이다. 페탈(7)은 곡면 단부(34)를 갖는 측면들(lateral sides; 33)을 가지며, 이 곡면 단부(34)는 밸브가 폐쇄될 때 크기가 더 큰 두 개의 페탈(7) 사이에 개재되어 있는 크기가 더 작은 페탈(6)의 측부가 얹혀지는 곡면 스텝(curved step; 35)을 포함한다. 두 개의 경사 돌기부(53)는 밸브가 폐쇄될 때, 석유 제품의 유동에 대향하는 몸체부(51)의 상류측 표면(56)에 중첩되어 일체화된다(또는 고정 점(54 및 55)에서 구속된다). 페탈(7)은 또한, 부분적으로 구형인 피봇팅 점들(61) (도 13에서 더 상세히 도시됨) 및 제어 힐(control heel; 62)을 포함한다.

이어서, 도 5 내지 도 8에서 크기가 더 작은 페탈(6)이 도시되어 있으며, 여기서, 페탈(6)은 거의 삼각형 몸체부(52)로 이루어져 있으며, 페탈(6)은 제어 밸브(5)가 폐쇄될 때 인접한 두 페탈들(7)의 곡면 단부들(34)에 단단히 결합하는, 스텝(37; 도 8)을 갖는 라운딩 단부(rounded end; 36), 및 제어 밸브(5)가 폐쇄될 때 인접한 두 페탈(7)의 측면들(33)에 단단히 결합하는 일직선 측부들(38)을 가지며, 일직선 측부들(38) 상에 스텝(37)이 계속 이어진다. 측부들(38)로부터 측방향으로 돌출하며, 제어 밸브가 폐쇄될 때 인접한 페탈들(7)의 대응하는 돌기부들(53) (이하에서 더 상세히 나타냄)을 하우징하도록 맞춰진 곡면 리세스들(60)을 갖는 두 개의 핀들(fins; 59)이 몸체부(52)의 상류측 표면(57)에 중첩하여 고정 점들(58)에서 구속된다. 페탈(6)은 또한, 부분적으로 구형인 피봇팅 점들(63) (도 12에서 더 상세히 도시됨) 및 제어 힐(64)을 포함한다.

페탈들(7 및 6)은 상기 페탈들의 부분적으로 구형인 시트(seats; 61 및 63)에 순환적으로 하우징되는, 도 14, 도 15 및 도 16에 도시된, 구형 핀들(70)에 의해 서로에 대해 각자의 축들을 중심으로 하여 피봇 회전가능하다. 각각의 구형 핀(70)은 연결부의 몸체부의 각자의 방사상 구멍(72) 내에 삽입되어 끼워지는 스레디드 포지셔닝 네크(71; 도 16)를 갖는다. 로킹 캡(73)이 동일한 구멍(72) 내에 끼워져 네크(71)에 대해 구형 핀을 올바른 위치에 유지시키도록 작용한다. 로킹 캡(73)의 측표면들과 방사상 구멍(72) 사이에 실링 가스켓(sealing gasket; 75)을 개재시켜 피봇팅 점들을 통한 유체의 누설을 방지한다.

도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이, 마찬가지로 제어 밸브(5')에도 네크(71)를 갖는 구형 핀들(70) 및 로킹 캡(73)이 제공된다.

도 4 및 도 14는 제어 밸브(5)의 페탈들(7 및 6)의 폐쇄 구성을 도시한다. 제어 밸브(5')의 페탈들(7' 및 6')의 구성도 완전히 동일하다.

개방 위치에서 폐쇄 위치로의 싱글 페탈(7 및 6)의 이동은 2010년 12월 6일자로 출원된 이탈리아 특허원 MI2010A002248에 기술된 타입의 자동 폐쇄 장치(9)에 의해 제어되며, 이 자동 폐쇄 장치(9)는 이탈리아 특허 MI2009A002146에서 설명된 방식에 따른 슬리브(4)를 제어 밸브(5)의 내부로부터 축방향으로 떼어낼 때(pull out) 나선형 스프링(17)의 편향(bias) 하에 힐(62 및 64)에 대해 작용함으로써, 제어 밸브 자체의 회전가능한 페탈들(6 및 7)의 유지 작용을 중단시킨다.

제어 밸브(5)의 페탈(7 및 6)의 폐쇄 이동은 나선형 외부 홈(groove)을 갖는 유속 조절 카트리지(21)가 삽입되는 누설 파이프들(19)을 통한 유체 자체의 하우징 챔버들(18)로부터 스프링(17)의 하우징 챔버들(14)로의 점성 타입(viscous type)의 브레이킹 유체(braking fluid)의 제어된 누설에 의해 제동된다.

브레이킹 유체의 누설 속도는 서로 다르게 홈이 형성되어 있는 카트리지(21)에 의해 조절되어, 제어 밸브(5)의 싱글 페탈의 상이한 회전 및 이로써 폐쇄 속도를 결정한다. 보다 구체적으로 기술하자면, 크기가 더 큰 페탈들(7)의 폐쇄 속도는 크기가 더 작은 페탈들(6)의 폐쇄 속도보다 더 빠르게 되도록 설정되며, 결과적으로는 크기가 더 작은 페탈들(6)은 인접한 페탈들(7)의 에지들과 중첩하여 부분적으로 에지들 상에 얹혀짐으로써, 도 4의 폐쇄 구성이 달성된다. 이는, 제어 밸브(5)가 폐쇄될 때 제품의 방출(release)을 최대한으로 제한시키는 폐쇄(closure)를 얻는 것이 허용됨으로써, 석유 제품의 수력 작용(water hammer)에 의해 발생되는 압력 피크가 허용가능한 수준으로 제한된다.

크기가 더 작은 페탈들(6)의 핀들(59)은 크기가 더 큰 페탈들(7)의 임의의 조기(early) 폐쇄를 방지하며, 도 14에 도시된 바와 같이, 페탈들(7)의 돌기부들(53)이 그들의 리세스(60)에 하우징될 때, 페탈들이 견고한(tight) 폐쇄 위치에 정확히 위치되는 것을 허용한다.

유체의 유동 방향으로 하류측 제어 밸브(5')의 페탈들(6'-7')은 마찬가지로 페탈들(6-7)의 핀들(59) 및 돌기부들(53)과 동일한 핀들 및 돌기부들을 구비하며, 이어서 특허원 MI2010A002248에 기술된 자동 폐쇄 장치들을 구비하며, 이들 자동 폐쇄 장치는 슬리브(4)가 떼어질 때(도 3) 적당한 스프링에 의해 페탈들(6' 및 7')의 힐들(heels)에 작용하여 페탈들(6' 및 7')의 회전 및 이에 따라 자동 폐쇄를 결정한다. 제동 효과는 여기서는 결합부(2) 내측의 가압된 유체에 의해 결정된다.

일 방향 유동을 갖는 유닛들의 경우, 하류측 밸브는 이로써 제동 시스템을 구비하지 않고 단지 스프링에 의해 편향된 자동 폐쇄 장치만을 구비할 수 있다.

Claims (5)

1. 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 회전가능한 복수의 페탈(6, 7; 6', 7')을 포함하는 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브(5, 5')에 있어서,
   상기 페탈들(6, 7; 6', 7')은 측방향으로 페탈들 사이에 개재되며 연결부의 몸체부(1 및 2)의 각자의 방사상 구멍(72)에 삽입되어 끼워지는 스레디드 포지셔닝 네크(71)를 갖는 구형 핀들(70)에 의해 규정되는 피봇팅 축들을 중심으로 회전가능하고,
   상기 페탈들(6, 7; 6', 7')은 크기가 작은 페탈들(6, 6') 및 크기가 큰 페탈들(7, 7')을 포함하며, 크기가 큰 페탈들(7, 7')은 V-형상 단부(31)를 구비하고, V-형상 단부(31)의 측부들(sides; 32)은 크기가 큰 페탈들(7, 7')의 측부들에 유밀하게 당접(fluid tightly abut)하도록 의도된 것이며, 크기가 큰 페탈들(7, 7')은 또한 곡면 단부(34)를 갖는 측면들(lateral sides; 33)을 가지며, 이 곡면 단부(34)는 제어 밸브(5, 5')가 폐쇄될 때 크기가 큰 페탈들(7, 7') 사이에 개재되어 있는 크기가 작은 페탈들(6, 6')의 측부가 얹혀지는 스텝(35)을 포함하며; 크기가 작은 페탈들(6, 6')은 제어 밸브(5, 5')가 폐쇄될 때 크기가 큰 페탈들(7, 7')의 곡면 단부(34)에 단단히 결합하는, 스텝(37)을 갖는 곡면 단부(36), 및 제어 밸브(5, 5')가 폐쇄될 때 크기가 큰 페탈들(7, 7')의 측면들(33)에 단단히 결합하는 일직선 측부들(38)을 가지며, 일직선 측부들(38) 상에 스텝(37)이 계속 이어지는 것을 특징으로 하는, 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 페탈들(6, 7; 6', 7') 간에서의 정확하고 정밀한 피봇팅을 가능하게 하기 위해, 로킹 캡(73)을 상기 방사상 구멍(72)에 삽입하고 구형 핀(70)의 상기 네크(71)에 단단히 당접시켜 상기 구형 핀(70)을 적당한 위치에 유지시키는 것을 특징으로 하는, 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브.
3. 제2항에 있어서,
   상기 로킹 캡(73)과 상기 방사상 구멍(72) 사이에 삽입된 실링 가스켓(75)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브.
4. 제2항에 있어서,
   상기 페탈들(6, 7; 6', 7')은 상기 구형 핀들(70)을 하우징하기 위한 부분적으로 구형인 시트들(seats; 61, 63)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브.
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