KR102139969B1 - 밸브 디스크 트림 장치 - Google Patents

Abstract

밸브 디스크 트림 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 디스크 트림 장치는 밸브 본체 내부에 배치되며, 유로가 각각 형성된 복수개의 디스크들이 적층되어 형성되는 디스크 트림을 포함하며, 상기 디스크 트림은 안쪽에 유체가 유입되는 관통홀이 형성되어, 상기 관통홀로 유입된 유체가 상기 디스크 트림 내 상기 유로를 통하여 상기 디스크 트림 외부로 유출되어 유체의 유속을 저감시키며, 상기 유로는 일측으로 연장 형성되는 슬릿 및 상기 슬릿에 연결되어 원형으로 마련되는 와류홀을 포함한다.

Description

밸브 디스크 트림 장치{APPARATUS FOR VALVE DISK TRIM}

본 발명은 밸브 디스크 트림 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고차압 바이패스 밸브 등에 사용되어지며 밸브 내부에 설치되어 유체의 유속을 떨어뜨려 밸브 후단에 설치되는 펌프, 터빈 등을 유체의 온도, 압력, 유속 등으로부터 보호하는 밸브 디스크 트림 장치에 관한 것이다.

배관 내 유체의 유량, 압력을 조절하기 위한 목적으로 유체의 통로를 열거나 닫도록 하는 장치를 일반적으로 밸브(valve)라 한다. 일반적으로, 원자력 발전소, 화학공장, 제철소 등과 같은 산업체에서 주로 사용되는 고온고압의 유체를 제어하기 위한 밸브 내 유체의 감압 수단이 요구된다. 이와 같은 감압 수단은 내부 누설, 동작 불량, 캐비테이션, 고소음, 고진동 등을 방지하여 설비의 고장, 설비의 가동 중단 및 작업장의 분위기의 악조건 초래를 예방할 수 있어야 한다. 또한, 고차압의 극한 조건에서 압력 또는 유속에 대한 제어 정밀성이 요구되는 분야에서는 유체의 유속과 압력을 적절히 제어하고 긴 수명과 양호한 상태를 유지하기 위해 오리피스형, 라비린스형 또는 굴곡식 미로형, 입체 격자형 유로 등이 있는 유체의 감압 수단이 사용된다.

이러한 감압 수단의 구조에 따라 유체의 마찰 증가 등으로 유체의 유동 단면이 줄어들어 압력 강하가 일어나는 유체의 교축(throttling) 작용을 통하여 이루어지며, 밸브 본체 내에 삽입되어 밸브 전단으로부터 유입되는 유체의 유량, 압력을 조절하여, 밸브 후단에 설치되는 장치들을 유체로부터 보호하기 위한 것으로, 유로가 형성된 복수개의 디스크들을 적층한 디스크 트림(disk trim)을 사용할 수 있다.

종래의 유체 감압 수단은 디스크에 형성된 유로에 유로 방향을 전환시키고, 유로 단면적 변화를 통하여 유체 에너지 분산에 따라 유체의 압력 및 유량을 제어한다. 여기서, 유로 방향을 전환하는 기하학적 구조로 유체에 와류를 형성하도록 하여 유체 에너지 손실을 유도하는 것이다.

유동 저항에 큰 영향을 주는 유로의 기하학적 구조로 유체 유로의 방향을 꼬불꼬불하게 하는 굴곡 유로로 형성방법이 널리 사용되며, 이러한 유체의 방향 전환은 유동 유체가 와류를 형성하도록 하여 에너지 손실을 유도함으로써 유로 저항을 형성하게 한다. 그러나, 위와 같이 감압 수단을 제작하는 경우, 복잡한 유로의 형성으로 제작 난이도가 증가하고, 제작 비용 및 시간이 늘어나고, 하나의 디스크 트림에 2 이상의 패턴이 형성됨에 따라 디스크의 두께 별로 유로 형성시 유체가 지나가지 않는 구역인 데드존(dead zone)이 발생하는 문제점이 있었다. 이에 보다 단순한 구조를 통하여 제작 편의성을 확대하고, 데드존의 발생을 방지할 수 있는 디스크 디자인을 가지는 밸브 트림에 대한 연구가 요구되는 실정이다.

미국 등록특허공보 제5,769,122호 미국 등록특허공보 제5,941,281호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0213464호

본 발명의 실시예들은 고차압 바이패스 밸브 등에 사용되어지며 밸브 내부에 설치되어 유체의 유속을 떨어뜨려 밸브 후단에 설치되는 펌프, 터빈 등을 유체의 온도, 압력, 유속 등으로부터 보호하여 밸브 및 플랜트 전반의 배관 내부의 건전성을 향상시켜줄 수 있는 밸브 디스크 트림 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 디스크 트림 장치는, 밸브 본체 내부에 배치되며, 유로가 각각 형성된 복수개의 디스크들이 적층되어 형성되는 디스크 트림을 포함하며, 상기 디스크 트림은 안쪽에 유체가 유입되는 관통홀이 형성되어, 상기 관통홀로 유입된 유체가 상기 디스크 트림 내 상기 유로를 통하여 상기 디스크 트림 외부로 유출되어 유체의 유속을 저감시키며, 상기 유로는 일측으로 연장 형성되는 슬릿 및 상기 슬릿에 연결되어 원형으로 마련되는 와류홀을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상하로 적층되는 서로 다른 디스크들 중 제1 디스크의 슬릿은 제2 디스크의 슬릿 또는 와류홀과 중첩되어 적층될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 디스크 트림의 와류홀에 유체가 유입되어 슬릿을 거쳐 인접한 디스크의 와류홀로 유체가 유입되는 과정을 복수회 반복하며 상기 디스크 트림의 외부로 유체가 유출되며, 상기 와류홀의 직경보다 상기 슬릿의 직경이 작고 상기 와류홀이 원형으로 마련되어, 와류홀에 유입되는 유체가 와류(vortex)를 일으킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브는 차압 바이패스 밸브일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 디스크에 형성된 유로는 상기 디스크 트림이 배치되는 밸브의 유량 및 압력에 따라 형성되는 유로의 면적 및 개수가 정해질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 고차압 바이패스 밸브 등에 사용되어지며 밸브 내부에 설치되어 유체의 유속을 떨어뜨려 밸브 후단에 설치되는 펌프, 터빈 등을 유체의 온도, 압력, 유속 등으로부터 보호하여 밸브 및 플랜트 전반의 배관 내부의 건전성을 향상시켜줄 수 있다.

또한, 밸브 디스크 트림의 제작이 용이하고, 제작 비용 및 시간이 절감되며, 디스크의 두께와 상관없이 유체가 지나가지 않는 구역인 데드존이 발생하지 않는 설계가 가능하다.

첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배브 디스크 트림의 디스크를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배브 디스크 트림의 디스크를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배브 디스크 트림의 디스크를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 디스크에 형성된 유로의 형상을 설명하기 위한 확대도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 명세서에 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 그리고, 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 '포함' 또는 '함유'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 또는 성분의 부가를 제외시키는 것은 아니다.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배브 디스크 트림의 디스크를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배브 디스크 트림의 디스크를 설명하기 위한 평면도이다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배브 디스크 트림의 디스크를 설명하기 위한 평면도이다. 도 4는 본 발명의 디스크에 형성된 유로의 형상을 설명하기 위한 확대도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 디스크 트림 장치는, 밸브 본체 내부에 배치되며, 유로가 각각 형성된 복수개의 디스크들(100, 200, 300)이 적층되어 형성되는 디스크 트림을 포함한다.

상기 디스크 트림은 안쪽에 유체가 유입되는 관통홀이 형성되어, 상기 관통홀로 유입된 유체가 상기 디스크 트림 내 상기 유로를 통하여 상기 디스크 트림 외부로 유출되어 유체의 유속을 저감시키다.

상기 디스크 트림은, 고차압 바이패스 밸브 등에 사용되어지며 밸브 내부에 설치되어 유체의 유속을 떨어뜨려 밸브 후단에 설치되는 펌프, 터빈 등을 유체의 온도, 압력, 유속 등으로부터 보호하여 밸브 및 플랜트 전반의 배관 내부의 건전성을 향상시켜줄 수 있다.

상기 유로는 일측으로 연장 형성되는 슬릿(10) 및 상기 슬릿(10)에 연결되어 원형으로 마련되는 와류홀(20)을 포함한다.

상기 디스크는 레이저를 이용하여 유로가 형성될 수 있으며, 이에 유로의 형성에 따른 제작 난이도, 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

즉, 상기 유로를 포함하는 디스크(100, 200, 300)는 밸브 디스크 트림의 제작이 용이하고, 제작 비용 및 시간이 절감되며, 디스크의 두께와 상관없이 유체가 지나가지 않는 구역인 데드존이 발생하지 않는 설계가 가능하다. 적층되는 디스크들은 서로 동일한 유로를 가지도록 제작되어 디스크들의 적층 후 디스크 트림의 내부 유로는 데드존이 발생하지 않을 수 있다.

예를 들어, 상하로 적층되는 서로 다른 디스크들 중 제1 디스크(100A)의 슬릿(10)은 제2 디스크(100B)의 슬릿(10) 또는 와류홀(20)과 중첩되어 적층될 수 있다.

2이상의 디스크들이 적층(stacked)되어 디스크 트림이 제작되며, 이들은 고정홀에 삽입된 고정부재를 통하여 고정되거나, 용접 등을 통하여 일체화되어 사용될 수 있다.

디스크들을 적층 시킬 때에 서로 다른 디스크의 슬릿과 와류홀이 중첩되도록 적층시키고, 유체가 슬릿과 와류홀을 교호적으로 통과할 수 있도록 유로들이 서로 중첩되도록 설계한다.

예를 들어, 상기 디스크 트림의 와류홀에 유체가 유입되어 슬릿을 거쳐 인접한 디스크의 와류홀로 유체가 유입되는 과정을 복수회 반복하며 상기 디스크 트림의 외부로 유체가 유출된다.

상기 와류홀의 직경보다 상기 슬릿의 직경이 작고 상기 와류홀이 원형으로 마련되어, 와류홀에 유입되는 유체가 와류(vortex)를 일으킬 수 있다.

예를 들어, 유체는 상기 와류홀로 먼저 유입되고 일측으로 연장되어 형성되는 슬릿을 통과하여 인접하는 와류홀로 유입된다. 즉, 유로의 진행 중에 폭이 넓은 영역(와류홀)과 좁은 영역(슬릿)을 반복적으로 통과하면서, 원형으로 마련되는 와류홀 내에서 유체의 와류가 발생하게 되고, 유속 역시 감소하게 된다. 이와 같은 교축(throttling) 작용을 통하여 셋팅된 디스크 트림의 설치된 밸브의 전단으로부터 후단으로 제공되는 압력을 감소시킬 수 있고, 밸브 전단 및 후단의 차압을 일정하게 유지시켜 줄 수 있다.

예를 들어, 상기 밸브는 고차압 밸브일 수 있고, 고차압 바이패스 밸브일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 밸브 내 유체의 유량, 유속, 유압을 제어하기 위한 경우에 적절히 적용이 가능하다.

예를 들어, 상기 디스크에 형성된 유로는 상기 디스크 트림이 배치되는 밸브의 유량 및 압력에 따라 형성되는 유로의 면적 및 개수가 정해질 수 있다. 상기 디스크에 유로를 형성하는 과정에서 기설계된 유량, 압력 등의 조건에 따라, 유로의 단면적 및 유로의 개수 등이 설정될 수 있으며, 이에 따른 디스크의 제작이 가능하다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100, 200, 300: 디스크
10: 슬릿 20: 와류홀

Claims (5)

1. 차압 바이패스 밸브 본체 내부에 배치되며, 유로가 각각 형성된 복수개의 디스크들이 적층되어 형성되는 디스크 트림을 포함하며,
   상기 디스크 트림은 안쪽에 유체가 유입되는 관통홀이 형성되어, 상기 관통홀로 유입된 유체가 상기 디스크 트림 내 상기 유로를 통하여 상기 디스크 트림 외부로 유출되어 유체의 유속을 저감시키며,
   상기 유로는 일측으로 연장 형성되는 슬릿 및 상기 슬릿에 연결되어 원형으로 마련되는 와류홀을 포함하며,
   적층되는 디스크들은 서로 동일한 유로를 가지도록 제작되며,
   상하로 적층되는 서로 다른 디스크들 중 제1 디스크의 슬릿은 제2 디스크의 슬릿 또는 와류홀과 중첩되어 적층되되, 상기 디스크들을 적층 시킬 때에 서로 다른 디스크의 슬릿과 와류홀이 중첩되도록 적층시키고, 유체가 슬릿과 와류홀을 교호적으로 통과할 수 있도록 유로들이 서로 중첩되도록 설계하여 디스크의 두께와 상관없이 유체가 지나가지 않는 구역인 데드존이 발생하지 않으며,
   상기 디스크 트림의 와류홀에 유체가 유입되어 슬릿을 거쳐 인접한 디스크의 와류홀로 유체가 유입되는 과정을 복수회 반복하며 상기 디스크 트림의 외부로 유체가 유출되며,
   상기 와류홀의 직경보다 상기 슬릿의 직경이 작고 상기 와류홀이 원형으로 마련되어, 와류홀에 유입되는 유체가 와류(vortex)를 일으키며, 교축(throttling) 작용을 통하여 셋팅된 디스크 트림이 설치된 밸브의 전단으로부터 후단으로 제공되는 압력을 감소시킬 수 있고, 밸브 전단 및 후단의 차압을 일정하게 유지시켜 줄 수 있고,
   상기 디스크에 형성된 유로는 상기 디스크 트림이 배치되는 밸브의 유량 및 압력에 따라 형성되는 유로의 면적 및 개수가 정해지는 밸브 디스크 트림 장치.
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