KR102175407B1 - 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브에 관한 것으로, 락업씰로써, 수용홈에 수용되고 열팽창 계수가 낮고 마모도가 낮은 경질의 링씰, 링씰의 적어도 상측면에 구비된 채 수용홈에 수용되어 플러그 또는 케이지의 미는 힘이 작용시 탄성 변형되며 링씰의 상측의 감싸는 면적을 증가시키는 상부메쉬씰, 및 링씰의 적어도 하측면에 구비된 채 수용홈에 수용되어 플러그 또는 케이지의 미는 힘이 작용시 탄성 변형되며 링씰의 하측의 감싸는 면적을 증가시키는 하부메쉬씰을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 글로브 밸브의 케이지와 플러그 사이에 구비되는 락업씰(lock-up seal)을 경질의 링씰의 상측과 하측에 각각 메쉬씰을 구비하여 메쉬씰로써 링씰의 적어도 상측과 하측을 감싸도록 변형 허용하여 링씰의 마모시에도 기밀을 유지하고, 메쉬씰을 가이드스페이서로 지지함에 따라 메쉬씰로 인한 락업씰의 움직임을 방지하거나 최소화할 수 있다.

Description

다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브{GLOBE VALVE WITH MULTI-SEALING}

본 발명은 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 글로브 밸브의 케이지와 플러그 사이에 구비되는 락업씰(lock-up seal)을 경질의 링씰의 상측과 하측에 각각 메쉬씰을 구비하여 메쉬씰로써 링씰의 적어도 상측과 하측을 감싸도록 변형 허용하여 링씰의 마모시에도 기밀을 유지하고, 메쉬씰을 가이드스페이서로 지지함에 따라 메쉬씰로 인한 락업씰의 움직임을 방지하거나 최소화하고자 하는 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 글로브 밸브(globe valve)는 고압의 유체가 흐르는 배관에 차단용 밸브로 사용되며, 밸브 내부의 입구측과 출구측 사이에 형성되는 밸브 시트와 액츄에이터의 구동에 의해 승강되는 디스크의 상호 접촉 또는 분리로 인해 유체 흐름을 제어하게 된다.

프로세스 제어밸브는 프로세스 유체 유동의 제어 또는 조절을 요구하는 시스템이나 프로세스에서 사용된다. 이러한 제어밸브는 슬라이딩 스템 밸브(sliding stem valve), 로터리 밸브(rotary valve), 글로브 밸브(globe valve) 등으로서 구성될 수 있다.

밸브 플러그는 밸브 바디 내에서 밸브 시트에 대해서 슬라이딩되거나 이동된다. 밸브 플러그가 밸브 바디 내에서 슬라이딩되기 때문에 밸브 플러그와 밸브 바디(또는 케이지) 사이의 유체 유동을 방지하는 것은 중요하다.

종래 기술의 글로브 밸브에서는, 케이지의 내측면이 일자형으로 이루어짐에 따라, 밸브의 닫힘상태 또는 열림상태로 전환될 경우 밸브 플러그와 케이지 사이의 틈새를 기밀시키기 위한 씰링용 오링에 항시 마찰력이 작용하게 된다.

관련기술로는 한국특허등록공보 제10-1344187호(발명의 명칭: 이중 씰링 피스톤 구조를 갖는 글로브 밸브)가 게시되어 있다.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

기존의 밸브 플러그와 케이지 사이의 틈새를 기밀시키기 위해 구비되는 씰링용 오링이 마찰에 의해 마모되며 사용수명이 단축되는 문제점이 있고, 마모로 인해 기밀력이 급격히 저하되어 유체의 누설로 인해 오작동을 초래할 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 글로브 밸브의 케이지와 플러그 사이에 구비되는 락업씰(lock-up seal)을 경질의 링씰의 상측과 하측에 각각 메쉬씰을 구비하여 메쉬씰로써 링씰의 마모시에도 기밀을 유지하고자 하는 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 케이지의 홈에서 메쉬씰을 가이드스페이서로 지지함에 따라 메쉬씰로 인한 락업씰의 움직임을 방지하거나 최소화하고자 하는 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브는: 통로를 통해 연통되는 입구 및 출구가 형성되는 밸브바디; 상기 통로의 내측에 구비되고, 둘레면에 복수 개의 개구홀을 통공하며, 축 방향을 따라 일측을 개방되게 형성하여, 상기 입구로부터 유입되는 유체를 내부로 유입 후 상기 출구 방향으로 유출 허용하는 케이지; 상기 케이지의 내측면에 접한 채 외력에 의해 상기 케이지의 축 방향을 따라 왕복 이동되며 상기 개구홀의 개폐 정도를 제어하면서 상기 유체의 유동량을 설정하는 플러그; 및 상기 플러그의 외주연과 상기 케이지의 내주연 사이의 틈새를 기밀시키도록 상기 플러그의 외주연 또는 상기 케이지의 내주연에 형성되는 수용홈에 수용되는 락업씰을 포함한다.

상기 락업씰은, 상기 수용홈에 수용되고, 열팽창 계수가 낮고 마모도가 낮은 경질의 링씰; 상기 링씰의 적어도 상측면에 구비된 채 상기 수용홈에 수용되어, 상기 플러그 또는 상기 케이지의 미는 힘이 작용시, 탄성 변형되며 상기 링씰의 상측의 감싸는 면적을 증가시키는 상부메쉬씰; 및 상기 링씰의 적어도 하측면에 구비된 채 상기 수용홈에 수용되어, 상기 플러그 또는 상기 케이지의 미는 힘이 작용시, 탄성 변형되며 상기 링씰의 하측의 감싸는 면적을 증가시키는 하부메쉬씰을 포함한다.

상기 케이지는, 상기 밸브바디와 결합되는 원통 형상의 케이지바디; 상기 케이지바디에서 연장되어 원통 형상으로 이루어지고, 둘레면에 상기 개구홀을 복수 개 통공한 유체유동안내부재; 및 상기 유체유동안내부재에서 연장되어 원통 형상으로 이루어지고, 상기 통로에 구비되는 안착턱에 접하여 지지되는 시트를 포함한다.

상기 수용홈은 상기 유체유동안내부재와 연결되는 상기 케이지바디의 하측의 내측면을 따라 함몰 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 케이지는, 상기 수용홈에 수용되는 상기 락업씰의 높이가 상이하더라도, 상기 락업씰을 지지하기 위해 가이드스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드스페이서는 상기 케이지바디의 하측에서 하부 방향으로 개방되게 형성되는 제 1공간과, 상기 유체유동안내부재의 상측에서 상부 방향으로 개방되게 형성되는 제 2공간에 동시에 슬라이드 삽입되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브는 종래 기술과 달리 글로브 밸브의 케이지와 플러그 사이에 구비되는 락업씰(lock-up seal)을 경질의 링씰의 상측과 하측에 각각 메쉬씰을 구비하여 메쉬씰로써 링씰의 적어도 상측과 하측을 감싸도록 변형 허용하여 링씰의 마모시에도 기밀을 유지할 수 있다.

본 발명은 케이지의 홈에서 메쉬씰을 가이드스페이서로 지지함에 따라 메쉬씰로 인한 락업씰의 움직임을 방지하거나 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 닫힘 상태의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 열림 상태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 락업씰의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 락업씰의 사용 상태를 보인 확대 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 닫힘 상태의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 열림 상태의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 확대 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 락업씰의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브의 락업씰의 사용 상태를 보인 확대 단면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브(10)는 밸브바디(20), 케이지(30), 플러그(40) 및 락업씰(100)을 포함한다.

밸브바디(20)는 본 발명에 따른 글로브 밸브(10)의 외형을 형성한다.

특히, 밸브바디(20)는 일측에 입구(21)를 개방되게 형성하고, 타측에 출구(22)를 개방되게 형성하며, 입구(21)와 출구(22)를 연결하도록 내부에 통로(23)를 형성한다.

그래서, 유체가 입구(21)를 통해 밸브바디(20)에 삽입 후 통로(23)를 유동하면서 출구(22)를 통해 밸브바디(20)의 외부로 토출된다.

이때, 입구(21)와 출구(22)에 걸친 통로(23)는 대략 'S'자 궤적으로 형성되어 유체의 유동시 충격을 줄인다.

물론, 밸브바디(20), 입구(21), 출구(22) 및 통로(23)는 다양한 형상으로 변형 가능하다.

케이지(30)는 통로(23)의 내측 특히 유체가 상부 방향으로 이동되는 부위의 통로(23)에 구비되고, 원통 형상으로 이루어진다. 이때, 밸브바디(20)는 통로(23)의 해당 부위의 내측면을 따라 안착턱(24)을 돌출 형성하고, 케이지(30)는 하측이 안착턱(24)에 접하여 지지한다.

특히, 케이지(30)는 하측이 안착턱(24)에 밀착됨으로써, 유체가 케이지(30)의 하측면과 안착턱(24) 사이를 통해 케이지(30)의 외측으로 유출되는 것이 방지된다.

아울러, 케이지(30)는 케이지바디(32), 유체유동안내부재(34) 및 시트(38)를 포함한다.

케이지바디(32)는 케이지(30)의 상측에 위치하고, 원통 형상으로 이루어진다.

이때, 밸브바디(20)는 케이지(30)가 장착되는 통로(23)의 해당 부위가 상부 또는 하부 방향으로 개방되도록 개방구(25)를 형성한다. 그리고, 케이지바디(32)는 개방구(25)를 통해 밸브바디(20)의 내측 또는 외측과 분리 가능하게 결합된다. 특히, 케이지바디(32)는 원통 형상으로 이루어짐에 따라 개방구(25) 방향으로 개방되게 형성된다.

또한, 유체유동안내부재(34)는 케이지바디(32)에서 연장되어, 원통 형상으로 이루어진다. 그리고, 유체유동안내부재(34)는 둘레면에 개구홀(35)을 복수 개 통공 형성한다.

물론, 개구홀(35)은 개수, 크기 및 형상에 한정하지 않는다.

이때, 유체유동안내부재(34)는 제작의 편리성을 위해 케이지바디(32)와 별도로 제작된 후 체결부재(36)에 의해 결합된다.

그리고, 시트(38)는 유체유동안내부재(34)에서 연장되는 원통 형상으로 이루어진다. 그리고, 시트(38)는 통로(23)에 구비되는 안착턱(24)에 직접적으로 접하여 지지 고정된다.

이때, 시트(38)는 제작의 편리성을 위해 유체유동안내부재(34)와 별도로 제작된 후 결합될 수 있다.

유체는 입구(21)를 통해 통로(23)로 유입된 후 시트(38)를 통해 케이지(30) 내부로 유입된다. 이 후, 유체는 개구홀(35)을 통해 케이지(30)를 통과 후 출구(22)를 통해 밸브바디(20)의 외부로 배출된다.

또한, 플러그(40)는 케이지(30)의 내측면에 접한 채 외력에 의해 케이지(30)의 축 방향을 따라 왕복 이동되며 개구홀(35)의 개폐 정도를 제어하면서 유체의 유동량을 설정하는 역할을 한다.

케이지(30) 전체가 플러그(40)와 접촉에 따른 내구성을 증대하기 위해 고강도 및 고내마모성을 갖는 재질로 제작될 수 있으나, 이 경우, 케이지(30)는 너무 고가(高價)가 된다.

그래서, 플러그(40)는 외측 둘레면이 가장 많이 접촉하는 케이지(30)의 유체유동안내부재(34)만이 고강도 및 고내마모성을 갖는 재질로 이루어지고, 케이지바디(32)와 시트(38)는 상대적으로 유체유동안내부재(34)의 재질보다 저가(低價)로 제작될 수 있다.

아울러, 플러그(40)는 밸브바디(20)의 개방구(25)를 통해 구동원(42)과 연결되어 케이지(30) 내부에서 축 방향을 따라 상하 이동 가능하게 된다. 이때, 플러그(40)의 외주연과 케이지(30)의 내주연은 접촉된 상태를 유지한다. 물론, 구동원(42)은 다양하게 적용 가능하다.

그리고, 플러그(40)는 케이지(30)의 평면상 내측면 형상과 동일한 형상으로서, 중공 또는 중실의 기둥(블록)으로 이루어진다.

한편, 락업씰(100)은 링 형상으로 이루어져, 플러그(40)의 외주연과 케이지(30)의 내주연 사이의 틈새를 기밀시키는 역할을 한다.

이를 위해, 락업씰(100)은 플러그(40)의 외주연 또는 케이지(30)의 내주연에 형성되는 수용홈(33)에 수용되는 것으로 한다. 편의상, 수용홈(33)은 케이지(30)의 내주연 특히, 케이지바디(32)의 내주연(내측면)에 함몰 형성되고, 락업씰(100)은 케이지바디(32)의 수용홈(33)에 수용되는 것으로 한다.

또한, 락업씰(100)은 링씰(110), 상부메쉬씰(120) 및 하부메쉬씰(130)을 포함한다.

이때, 플러그(40)의 이동 방향을 따라, 상부메쉬씰(120)과 링씰(110) 및 하부메쉬씰(130)이 상부에서 하부 방향으로 적층되게 구비된다.

특히, 링씰(110)은 수용홈(33)에 수용되고, 열팽창 계수가 낮고 마모도가 낮은 경질의 링 형상으로 이루어진다. 이때, 링씰(110)은 열팽창 계수가 낮고 내마모성이 큰 그라파이트(graphite) 재질 등 다양하게 적용 가능하다.

그리고, 상부메쉬씰(120)은 링씰(110)의 적어도 상측면에 구비된 채 수용홈(33)에 수용되어, 마찰에 의해 플러그(40)가 링씰(110)을 상부 방향으로 미는 힘이 작용시, 탄성 변형되며 링씰(110)의 상측의 감싸는 면적을 증가시키는 역할을 한다.

상세히, 링씰(110)이 플러그(40)와의 장기간의 마찰로 인해 플러그(40)와 접촉되는 전측이 마모된 상태에서, 플러그(40)가 링씰(110)을 상부 방향으로 미는 힘이 작용시, 상부메쉬씰(120)은 탄성 변형되며 링씰(110)의 전측을 감싸게 됨으로써, 링씰(110)과 플러그(40) 간의 틈새가 발생되지 않게 된다.

마찬가지로, 하부메쉬씰(130)은 링씰(110)의 적어도 하측면에 구비된 채 수용홈(33)에 수용되어, 마찰에 의해 플러그(40)가 링씰(110)을 하부 방향으로 미는 힘이 작용시, 탄성 변형되며 링씰(110)의 하측의 감싸는 면적을 증가시키는 역할을 한다.

상세히, 링씰(110)이 플러그(40)와의 장기간의 마찰로 인해 플러그(40)와 접촉되는 전측이 마모된 상태에서, 플러그(40)가 링씰(110)을 하부 방향으로 미는 힘이 작용시, 하부메쉬씰(130)은 탄성 변형되며 링씰(110)의 전측을 감싸게 됨으로써, 링씰(110)과 플러그(40) 간의 틈새가 발생되지 않게 된다.

물론, 상부메쉬씰(120)과 하부메쉬씰(130)은 내마모성이 우수하고, 열팽창계수가 낮은 재질로 이루어진다. 그리고, 상부메쉬씰(120)과 하부메쉬씰(130)은 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 각각 링씰(110)에 구속되거나 링씰(110)에 단순히 접하게 배치될 수 있다.

또한, 케이지(30)의 케이지바디(32)와 유체유동안내부재(34)가 결합됨에 따라, 케이지바디(32)와 유체유동안내부재(34) 사이의 틈새로 유체가 유입 또는 유출될 수 있다.

이를 방지하기 위해, 수용홈(33)은 유체유동안내부재(34)와 연결되는 케이지바디(32)의 하측의 내측면을 따라 함몰 형성되고, 가이드스페이서(200)가 유체유동안내부재(34)와 케이지바디(32)의 연결부위에 구비된다.

특히, 가이드스페이서(200)는 링 형상으로 이루어져, 케이지바디(32)의 하측에서 하부 방향으로 개방되게 형성되는 제 1공간(210)과, 유체유동안내부재(34)의 상측에서 상부 방향으로 개방되게 형성되는 제 2공간(220)에 동시에 슬라이드 삽입된다.

그리고, 수용홈(33)은 하부가 제 1공간(210)과 연통된다. 아울러, 케이지바디(32)와 유체유동안내부재(34)의 체결시, 제 1공간(210)과 제 2공간(220)이 연통된다.

그래서, 락업씰(100)과 가이드스페이서(200)에 의해, 케이지바디(32)와 유체유동안내부재(34) 사이의 틈새가 기밀 처리된다.

아울러, 가이드스페이서(200)는, 수용홈(33)에 수용되는 락업씰(100)의 높이가 상이하더라도, 락업씰(100)을 지지하는 역할을 한다. 이를 위해, 가이드스페이서(200)는 높이가 상이하게 구비될 수도 있다.

물론, 가이드스페이서(200)는 다양한 형상으로 변형 가능하고, 플러그(40)의 둘레면과 접함에 따라 내마모성이 우수하고 열팽창계수가 낮은 재질로 이루어진다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 글로브 밸브 20: 밸브바디
24: 안착턱 30: 케이지
32: 케이지바디 33: 수용홈
34: 유체유동안내부재 35: 개구홀
36: 체결부재 38: 시트
40: 플러그 42: 구동원
100: 락업씰 110: 링씰
120: 상부메쉬씰 130: 하부메쉬씰
200: 가이드스페이서 210: 제 1공간
220: 제 2공간

Claims (5)

1. 통로를 통해 연통되는 입구 및 출구가 형성되는 밸브바디; 상기 통로의 내측에 구비되고, 둘레면에 복수 개의 개구홀을 통공하며, 축 방향을 따라 일측을 개방되게 형성하여, 상기 입구로부터 유입되는 유체를 내부로 유입 후 상기 출구 방향으로 유출 허용하는 케이지; 상기 케이지의 내측면에 접한 채 외력에 의해 상기 케이지의 축 방향을 따라 왕복 이동되며 상기 개구홀의 개폐 정도를 제어하면서 상기 유체의 유동량을 설정하는 플러그; 및 상기 플러그의 외주연과 상기 케이지의 내주연 사이의 틈새를 기밀시키도록 상기 플러그의 외주연 또는 상기 케이지의 내주연에 형성되는 수용홈에 수용되는 락업씰을 포함하고,
   상기 락업씰은, 상기 수용홈에 수용되고, 열팽창 계수가 낮고 마모도가 낮은 경질의 링씰; 상기 링씰의 적어도 상측면에 구비된 채 상기 수용홈에 수용되어, 상기 플러그 또는 상기 케이지의 미는 힘이 작용시, 탄성 변형되며 상기 링씰의 상측의 감싸는 면적을 증가시키는 상부메쉬씰; 및 상기 링씰의 적어도 하측면에 구비된 채 상기 수용홈에 수용되어, 상기 플러그 또는 상기 케이지의 미는 힘이 작용시, 탄성 변형되며 상기 링씰의 하측의 감싸는 면적을 증가시키는 하부메쉬씰을 포함하며,
   상기 케이지는, 상기 수용홈에 수용되는 상기 락업씰의 높이가 상이하더라도, 상기 락업씰을 지지하기 위해 가이드스페이서를 구비하여,
   상기 상부메쉬씰과 상기 하부메쉬씰은, 상기 링씰이 상기 플러그와의 마찰에 의해 내측면이 마모되는 정도에 따라, 상기 가이드스페이서의 가압에 의해 변형되며 상기 링씰의 내측면과 상기 플러그의 외측면 사이를 막는 정도를 달리하며 기밀을 유지하는 것을 특징으로 하는 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 케이지는, 상기 밸브바디와 결합되는 원통 형상의 케이지바디;
   상기 케이지바디에서 연장되어 원통 형상으로 이루어지고, 둘레면에 상기 개구홀을 복수 개 통공한 유체유동안내부재; 및
   상기 유체유동안내부재에서 연장되어 원통 형상으로 이루어지고, 상기 통로에 구비되는 안착턱에 접하여 지지되는 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 수용홈은 상기 유체유동안내부재와 연결되는 상기 케이지바디의 하측의 내측면을 따라 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브.
   
4. 삭제
5. 제 2항에 있어서,
   상기 가이드스페이서는 상기 케이지바디의 하측에서 하부 방향으로 개방되게 형성되는 제 1공간과, 상기 유체유동안내부재의 상측에서 상부 방향으로 개방되게 형성되는 제 2공간에 동시에 슬라이드 삽입되는 것을 특징으로 하는 다중 기밀 기능을 갖는 글로브 밸브.

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