KR102083515B1 - 유연성 호스의 분리가능한 연결부를 위한 형상 및 크기와 폐쇄 속도가 서로 다른 페탈 쌍들을 갖는 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 회전가능한 복수의 페탈(세그먼트 또는 섹터)(6, 6'; 7, 7')을 포함하는 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브(5, 5')가 기슬된다. 상기 복수의 회전가능한 복수의 페탈(6, 6'; 7, 7')은 연결부의 원주 방향을 따라 교대로 배치되어 있는 형상 및 크기가 서로 다른 페탈 쌍들(6, 6'; 7, 7')로 이루어진다. 크기가 더 작은 페탈들(6, 6')은 크기가 더 큰 페탈들(7, 7')보다 각자의 측방향 에지들의 접촉 위치에 도달할 때까지 더 느리게 폐쇄하도록 제어된다. 크기가 더 작은 페탈들(6, 6')의 상류측 표면(57)은 크기가 더 큰 페탈들(7, 7')의 상류측 표면(56) 상에 얹혀지도록 상기 표면으로부터 측방향으로 돌출하여 크기가 더 큰 페탈들(7, 7')이 크기가 더 작은 페탈들(6, 6')에 앞서 폐쇄되게 하는 한 쌍의 핀들(fins; 59)을 구비하는 한편, 크기가 더 큰 페탈들(7, 7')의 상류측 표면(56)은 페탈들(6, 6'; 7, 7')의 폐쇄 이동의 종료 시에 핀들(49)의 대향 면의 대응하는 리세스들(60)에 삽입되어 인접한 페탈들(6, 6';7, 7')을 단단히 폐쇄된 위치에서 정밀하고 안정적으로 결합시키는 한 쌍의 돌기부들(53)을 구비한다.

Description

유연성 호스의 분리가능한 연결부를 위한 형상 및 크기와 폐쇄 속도가 서로 다른 페탈 쌍들을 갖는 제어 밸브{CONTROL VALVE WITH PAIRS OF PETALS WITH DIFFERENT SHAPE AND SIZES AND WITH DIFFERENT CLOSING SPEED FOR SEPARABLE CONNECTION UNITS FOR FLEXIBLE HOSES}

본 발명은 유체 제품(fluid products), 특히 석유 제품(petroleum products)을 이송하기 위한 호스의 분리가능한 연결부를 위한 형상 및 크기와 폐쇄 속도가 서로 다른 페탈(petals) 쌍들로 이루어진 타입의 제어 밸브에 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 호스 연결부들을 통해 실행되는 것이 알려져 있으며, 호스 연결부 각각은 분리 시에 자동으로 폐쇄되어 제품이 바다로 유출되는 것을 제한하는 각자의 제어 밸브를 갖추고 있어, 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 하류 측에 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 상황들 시에 조작자(operator)에 의한 제어 없이, 자동으로 폐쇄되도록 제조되어 있다.

페탈 타입의 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 거의 완벽하게 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).

형상 및 크기가 서로 다른 회전가능한 페탈들(또는 세그먼트들 또는 섹터들)을 포함하는 특별한 페탈 제어 밸브가 2010년 12월 6일자로 출원된 이탈리아 특허원 MI2010A002248에 기술되어 있으며, 이들 회전가능한 페탈들은 연결부의 원주 방향을 따라 쌍들로 교대로 배열되어 있고, 유체 유동 방향으로 상류측(upstream) 제어 밸브에 사용될 경우에는, 더 작은 섹터들이 더 큰 섹터들보다 느리게 폐쇄되도록 제어되어 있다.

이에 의해, 폐쇄 과정 중에 페탈들의 형상 및 크기를 적당히 선택하고 유체 다이나믹 브레이크들을 적당히 조정함으로써 시설물에 대한 수격 작용 및 그에 대응하는 해로운 영향들을 피할 수 있다.

설계 공정 동안 최대한으로 주의를 기울였음에도 불구하고, 석유 제품의 유동에 관련된 각종 이유들 또는 올바르지 않은 유지 보수 또는 기타의 원인으로 인해 크기가 더 작은 페탈들 중 하나 이상이 동일한 제어 밸브의 크기가 더 큰 페탈들보다 더 빠르게 폐쇄될 수가 있다. 이러한 것이 발생하면, 인접한 페탈들의 잘못된 접근(faulty approaching)이 발생하여, 제어 밸브에서 요구되는 견고한(tight) 폐쇄를 보장하지 못한다.

본 발명의 목적은, 크기가 작은 큰 페탈들이 크기가 더 큰 페탈들에 앞서 폐쇄 위치에 도달하는 것을 방지하여 페탈들의 접근이 설계 공정 중에 구상했던 대로 항상 정확한 것을 보장함으로써, 그러한 단점을 피하려는 데 있다.

본 발명에 따르면, 이런 목적은 크기가 더 작은 페탈들의 (제품 유동 방향에 대해) 상류측 표면에 이 표면으로부터 측방향으로 돌출하는 한 쌍의 핀들(fins)을 크기가 더 큰 페탈들의 상류측 표면에 얹혀지도록 제공하여 크기가 더 큰 페탈들이 크기가 더 작은 페탈들에 앞서 폐쇄되게 하도록 함으로써, 또한 크기가 더 큰 페탈들의 상류측 표면에 페탈들의 폐쇄 이동 종료 시에 핀들의 대향 면의 대응하는 리세스들에 삽입되는 한 쌍의 돌기부들을 제공하여 인접한 페탈들을 단단히 폐쇄된 위치에서 정밀하고 안정적인 결합을 행함으로써 달성된다.

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

도 1은 본 발명에 따른 페탈 제어 밸브를 갖는 유연성 호스의 연결부의 측면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 페탈 제어 밸브를 갖는 유연성 호스의 연결부의, 도 1의 선 II-II를 따라 절취한 축방향(axial) 단면도를 도시한 도면.
도 3은 제어 밸브가 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 석유 제품의 유동 방향으로 상류측에 있는 제어 벨브의 크기가 더 작은 페탈들 중 하나에 대한 투시도를 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 도시한 도면.
도 10은 도 9의 동일한 페탈에 대한 평면도를 도시한 도면.
도 11은 도 9의 동일한 페탈에 대한 측면도를 도시한 도면.
도 12는 도 9 내지 도 11의 페탈의 표면 돌기부들 중 하나의 고정 과정에 대한 세부를 확대하여 도시한 도면.
도 13은 도 12의 선 XIII-XIII을 따라 절취한 동일한 세부에 대한 단면도를 도시한 도면.
도 14는 크기가 더 작은 페탈이 크기가 더 큰 페탈과 상기 페탈들이 속하는 제어 밸브의 폐쇄 위치에서 중첩하는 방법을 보여주는 도면.

도 1은 이송되는 유체 제품의 유동 방향으로(도 2에서 우측에서 좌측으로) 각각 상류측(upstream) 및 하류측(downstream)에 있는, 분리가능한 두 밸브부 또는 몸체부(1 및 2)를 포함하는 유연성 호스의 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 밸브(5)의 페탈(6 및 7)의 형상 및 기능을 상세히 도시한 것이다.

도 9 내지 도 13에는 크기가 더 큰 페탈(7)이 도시되어 있으며, 여기서, 페탈(7)은 V-형상 단부(31)를 갖는 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, 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 스텝(35)을 포함한다. 두 개의 경사 돌기부(53)는 밸브가 폐쇄될 때 석유 제품의 유동에 대향하는 몸체부(51)의 상류측 표면(56)에 중첩하여 고정 점(54 및 55)에서 구속된다. 페탈(7)은 또한, 피봇팅 점들(61) 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 섹터(7)의 곡면 단부(34)에 단단히 결합하는, 스텝(37)(도 8)을 갖는 라운딩 단부(rounded end; 36), 및 밸브(5)가 폐쇄될 때 인접한 두 페탈(7)의 측면들(lateral sides; 33)에 단단히 결합하는 일직선 측부들(38)을 구비하며, 일직선 측부들(38) 상에 스텝(37)이 연속된다. 측부들(38)로부터 측방향으로 돌출하며 밸브가 폐쇄될 때 인접한 페탈들(7)의 대응하는 돌기부들(53) (이하에서 더 상세히 나타냄)을 하우징하도록 맞춰진 곡면 리세스들(60)을 갖고 있는 두 개의 핀들(fins; 59)이, 제어 밸브가 폐쇄될 때 석유 제품의 유동 방향에 대향하는 몸체부(52)의 상류측 표면(57)에 중첩하여 고정 점들(58)에서 구속된다. 페탈(6)은 또한, 피봇팅 점들(63) 및 제어 힐(64)을 포함한다.

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

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 페탈(6 및 7)의 유지 작용을 중단시킨다.

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 페탈(7)의 폐쇄 속도는 크기가 더 작은 페탈(6)의 폐쇄 속도보다 더 빠르게 되도록 설정되며, 결과적으로는 크기가 더 작은 페탈(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 돌기부(53)가 그들의 리세스(60)에 하우징될 때, 페탈들이 견고한(tight) 폐쇄 위치에 정확히 위치되는 것을 허용한다.

유체 제품의 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 적당한 스프링에 의해 페탈(6' 및 7')에 작용하여 페탈(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 (2)

1. 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 회전가능한 복수의 페탈(6, 6'; 7, 7')을 포함하는 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브(5, 5')로서, 상기 회전가능한 복수의 페탈(6, 6'; 7, 7')은 연결부의 원주 방향을 따라 교대로 배치되어 있는 크기가 작은 페탈들(6, 6') 및 크기가 큰 페탈들(7, 7')로 이루어지고, 크기가 작은 페탈들(6, 6') 및 크기가 큰 페탈들(7, 7')은 크기가 작은 페탈들(6, 6')이 크기가 큰 페탈들(7, 7')보다 더 느리게 폐쇄 위치에 도달하도록 제어되고, 폐쇄 위치에서 크기가 작은 페탈들의 측방향 에지들이 크기가 큰 페탈들의 측방향 에지들과 접촉되는, 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브(5, 5')에 있어서,
   크기가 작은 페탈들(6, 6')의 상류측 표면(57)은 크기가 큰 페탈들(7, 7')의 상류측 표면(56) 상에 얹혀지도록 상기 상류측 표면(57)으로부터 반대 방향으로 측방향 돌출하여 크기가 큰 페탈들(7, 7')이 크기가 작은 페탈들(6, 6')에 앞서 폐쇄되게 하는 한 쌍의 핀들(fins; 59)을 구비하며, 크기가 큰 페탈들(7, 7')의 상류측 표면(56)은 크기가 작은 페탈들(6, 6')의 폐쇄 이동의 종료 시에 크기가 큰 페탈들(7, 7')의 핀들(59)의 대향 면의 대응하는 리세스들(60)에 삽입되어 크기가 작은 페탈들(6, 6')을 단단히 폐쇄된 위치에서 크기가 큰 페탈들(7, 7')과 정밀하고 안정적으로 결합시키는 한 쌍의 돌기부들(53)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   크기가 큰 페탈들(7, 7')은 V-형상 단부(31)를 가지며, 이 V-형상 단부(31)의 측부들(sides; 32)은 크기가 큰 페탈들(7, 7')의 측부에 유밀하게(fluid-tightly abut) 당접하도록 의도된 것이며, 크기가 큰 페탈들(7, 7')은 곡면 단부(34)를 갖는 측방향 에지들(lateral edges; 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') 중 하나의 측방향 에지가 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 단부들(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 측방향 에지들(33)에 단단히 결합하는 일직선 측부들(38)을 구비하며, 일직선 측부들(38) 상에 스텝(37)이 연속되는 것을 특징을 하는, 유연성 호스의 연결부를 위한 제어 밸브.

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