KR102304467B1

KR102304467B1 - 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치

Info

Publication number: KR102304467B1
Application number: KR1020200045490A
Authority: KR
Inventors: 황태호
Original assignee: 주식회사 브이티엘
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-09-24

Abstract

본 발명은 내부에 유로가 형성되는 밸브바디와, 상기 밸브바디를 관통하여 회전 가능하게 장착되는 회전축과, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 유로를 개폐하는 개폐부재를 포함하는 밸브를, 비상시 상기 유로가 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄되도록 상기 회전축을 회전 구동시키는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에 관한 것으로, 내부에 공간이 형성되는 케이스, 상기 케이스를 상하로 관통하여 설치되고, 상기 케이스 상측으로 돌출 연장되는 상단부는 복동형 작동기와 연결되어, 상기 케이스 하측으로 돌출 연장되는 하단부는 상기 밸브의 회전축과 연결되는 중심축, 압축공기의 공압, 작동유의 유압, 전기모터의 회전력 중 적어도 하나의 구동원을 공급하는 구동원 공급유닛, 통 형상의 단동실린더와, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 단동실린더 내부에서 직선으로 왕복 이동 가능하게 배치되는 단동피스톤과, 상기 단동실린더 내면과 상기 단동피스톤 사이에 개재되어, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 단동피스톤에 의해 가압되어 수축되거나, 탄성복원력에 의해 신장되면서 상기 단동피스톤을 직선으로 왕복 이동시키는 단동탄성부재와, 일단은 상기 단동피스톤에 결합되고, 타단은 상기 케이스와 연결되는 상기 단동실린더의 선단부로부터 상기 케이스 내부 공간으로 돌출되어 상기 단동피스톤과 연동되어 직선으로 왕복 이동 가능하게 장착되며, 외면에 직선 왕복 이동되는 길이 방향을 따라 다수의 래크톱니가 형성되는 래크기어부가 형성되는 단동피스톤로드를 포함하는 단동형 실린더유닛 및 상기 단동피스톤로드와 상기 중심축 사이에 구비되어, 상기 래크기어부와 연동되어 상기 단동피스톤로드의 직선운동을 회전운동으로 전환시켜 상기 중심축으로 전달하되, 상기 단동피스톤로드의 직선왕복운동 중 일방향 직선운동만을 상기 중심축으로 전달하도록 상기 단동피스톤로드와 상기 중심축을 연결하는 래칫유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치{Valve driving apparatus having fail safe function}

본 발명은 밸브작동장치에 관한 것으로, 구동원 공급이 중단되는 경우 자동으로 밸브의 유로를 완전히 개방시키거나 완전히 폐쇄시킬 수 있도록 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에 관한 것이다.

일반적으로 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 작동시키기 위한 밸브작동장치의 경우, 압축공기의 공압, 작동유의 유압, 전기모터의 회전력 중 적어도 하나를 구동원으로 하여 구동력인 회전력을 발생시켜 밸브로 전달함으로써, 밸브 내부에 장착되는 개폐부재를 회전시켜 밸브 내부 유로를 개폐하여 유체 흐름을 제어할 수 있게 된다.

특히, 선박이나 플랜트 등에 장착되는 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브는 밸브작동장치로의 구동원 공급이 중단되는 경우에 밸브 개폐 구동이 중지되어 유체의 누출 등으로 인한 안전사고가 발생될 수 있으므로, 구동원 공급이 중단되는 등의 비상상황에 밸브의 유로가 완전히 개방(fail-opened)되거나 유로가 완전히 폐쇄(fail-closed)되도록 하는 비상안전구동 기능이 구비되어야 한다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 종래의 밸브작동장치는 밸브의 유로를 완전히 개방시키거나 유로가 완전히 폐쇄시킬 수 있도록 수동으로 밸브를 조작 가능하도록 하는 수동구동수단을 더 구비되나, 밸브가 사람이 직접 수동 조작하기 어려운 위치에 밸브가 설치되는 경우에는 밸브 조작이 용이하지 않아 밸브 조작이 어려운 단점이 있다.

또는, 상기와 같은 문제 해결을 위해, 구동원 공급이 중단되는 경우 자동으로 유로를 완전히 개방시키거나 유로가 완전히 폐쇄시킬 수 있도록 단동형(spring loaded single acting) 밸브작동기를 포함하는 밸브작동장치가 사용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 단동형 밸브작동기를 포함하는 밸브작동장치가 적용되어 밸브의 유로가 완전히 개방된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래기술에 따른 단동형 밸브작동기를 포함하는 밸브작동장치가 적용되어 밸브의 유로가 완전히 폐쇄된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 한국등록특허 제10-1991500호와 같이, 단동형 밸브작동기는 실린더로 구동원 공급수단으로부터 구동원이 공급되는 경우 실린더 내부에 구비되는 피스톤과 스프링을 가압하는 힘이 작용되어, 그로 인해 피스톤이 직선운동하게 되고, 그로 인해 피스톤의 직선운동과 연동되어 회전력을 제공하는 회전운동 변환부를 통해 회전력을 발생시켜, 연결된 밸브축으로 회전력을 제공하게 됨으로써 개폐부재를 회전시켜 밸브를 완전히 개방시키거나 완전히 폐쇄시키는 초기 구동이 이루어지게 된다.

이때, 종래의 단동형 밸브작동기를 포함하는 밸브작동장치의 경우에는, 정상 작동시 유로를 개방시키는 경우에 구동원 공급수단은, 단동형 밸브작동기의 스프링을 압축시키기 위한 힘(Ps)과 밸브의 개폐부재를 회전시키기 위한 힘(Pv)를 동시에 공급할 수 있는 크기의 구동원을 공급해야 하므로,

상기와 같은 이유로 단동형 밸브작동기를 포함하는 밸브작동장치는, 비상시 밸브 유로를 완전히 폐쇄 혹은 완전히 개방시킬 필요가 없는 경우에 주로 장착되는 복동형 밸브작동기에서, 밸브의 개폐부재를 회전시키기 위한 힘(Pv)만을 공급할 수 있는 크기의 구동원을 공급하면 될 때와 비교하여, 구동원 공급수단의 용량이 거의 2배 가량 증가되어야 한다.

그에 따라 밸브작동기의 제조비용이 상당히 많이 소요되며, 또한 선박이나 플랜트에 장착되는 대형밸브의 경우, 대형밸브를 구동시킬 수 있는 밸브작동장치는 많은 감속을 필요로 하여 상당한 시간을 필요로 하게 되는 문제가 있다.

도 3은 종래의 단동형 밸브작동기 및 비상시 사람이 수동으로 밸브를 개폐 작동시키기 위한 수동구동수단을 포함하는 밸브작동장치가 장착된 예시를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 앞서 말한 바와 같이 단동형 밸브작동기는 구동원이 차단되었을 때, 스프링의 힘(Ps)에 의해 밸브가 닫혀 있게 되고, 이를 수동구동수단을 이용하여 열리게 하기 위해서는 스프링을 압축시키기 위한 힘(Ps)과 밸브의 개폐부재를 회전시키기 위한 힘(Pv)를 동시에 공급할 수 있는 크기의 수동구동수단을 구비하여야 한다.

참고로, 앞서 말한 바와 같이 복동형 밸브 구동기가 장착되어 있을 때는 밸브의 개폐 부재를 회전시키기 위한 힘(Pv)만을 공급할 수 있는 크기의 수동구동수단을 구비하기만 하면 된다.

그에 따라 수동구동수단을 더 포함하는 밸브작동장치는 복동형에 비해 단동형 구동기에는 제조비용이 상당히 많이 소요되며, 또한 선박이나 플랜트에 장착되는 대형밸브의 경우, 대형밸브를 구동시킬 수 있는 밸브작동장치는 기계적으로 아예 제작하기 어려운 경우도 발생되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이, 구동원 공급이 중단되는 경우 자동으로 밸브의 유로를 완전히 개방시키거나 유로가 완전히 폐쇄시킬 수 있도록 비상안전구동 기능을 구비하고, 제작비용 또한 절감시킬 수 있도록 하는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 내부에 유로가 형성되는 밸브바디와, 상기 밸브바디를 관통하여 회전 가능하게 장착되는 회전축과, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 유로를 개폐하는 개폐부재를 포함하는 밸브를, 비상시 상기 유로가 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄되도록 상기 회전축을 회전 구동시키는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치로, 내부에 공간이 형성되는 케이스, 상기 케이스를 상하로 관통하여 설치되고, 상기 케이스 상측으로 돌출 연장되는 상단부는 복동형 작동기와 연결되어, 상기 케이스 하측으로 돌출 연장되는 하단부는 상기 밸브의 회전축과 연결되는 중심축, 압축공기의 공압, 작동유의 유압, 전기모터의 회전력 중 적어도 하나의 구동원을 공급하는 구동원 공급유닛, 통 형상의 단동실린더와, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 단동실린더 내부에서 직선으로 왕복 이동 가능하게 배치되는 단동피스톤과, 상기 단동실린더 내면과 상기 단동피스톤 사이에 개재되어, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 단동피스톤에 의해 가압되어 수축되거나, 탄성복원력에 의해 신장되면서 상기 단동피스톤을 직선으로 왕복 이동시키는 단동탄성부재와, 일단은 상기 단동피스톤에 결합되고, 타단은 상기 케이스와 연결되는 상기 단동실린더의 선단부로부터 상기 케이스 내부 공간으로 돌출되어 상기 단동피스톤과 연동되어 직선으로 왕복 이동 가능하게 장착되며, 외면에 직선 왕복 이동되는 길이 방향을 따라 다수의 래크톱니가 형성되는 래크기어부가 형성되는 단동피스톤로드를 포함하는 단동형 실린더유닛 및 상기 단동피스톤로드와 상기 중심축 사이에 구비되어, 상기 래크기어부와 연동되어 상기 단동피스톤로드의 직선운동을 회전운동으로 전환시켜 상기 중심축으로 전달하되, 상기 단동피스톤로드의 직선왕복운동 중 일방향 직선운동만을 상기 중심축으로 전달하도록 상기 단동피스톤로드와 상기 중심축을 연결하는 래칫유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 래칫유닛은, 상기 래크기어부와 맞물리도록 외주면을 따라 형성되는 피니언톱니와, 상기 중심축이 관통 삽입되도록 중앙부에 관통 형성되는 통공과, 상기 통공 내주면을 따라 형성되는 래칫톱니를 포함하는 래칫기어와, 상기 중심축의 외주면에 결합되는 연결몸체와, 상기 래칫기어가 일방향으로 회전시에는 상기 연결몸체가 비연동되도록 상기 래칫기어의 래칫톱니가 형성된 내주면을 따라 미끌어지도록 회동되고, 상기 래칫기어가 타방향으로 회전시에는 상기 연결몸체가 연동되어 회전되도록 상기 래칫톱니와 맞물리도록, 상기 연결몸체에 설치되는 래칫폴부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 래크기어부는 상기 단동피스톤로드가 일방향으로 최대한 이송되거나, 타방향으로 최대한 이송된 상태에서 상기 래칫기어의 피니언톱니와 맞물리지 않는 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 상기 단동피스톤로드가 상기 케이스 내부 공간 측 방향으로 최대한 이송된 상태에서 상기 단동피스톤로드의 위치를 고정시키는 고정유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정유닛은 통 형상의 고정실린더와, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 고정실린더 내부에서 직선으로 왕복 이동 가능하게 배치되는 고정피스톤과, 상기 고정실린더 내면과 상기 고정피스톤 사이에 개재되어, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 고정피스톤에 의해 가압되어 수축되거나, 탄성복원력에 의해 신장되면서 상기 고정피스톤을 직선으로 왕복 이동시키는 고정탄성부재와, 일단은 상기 고정피스톤에 결합되고, 타단은 상기 케이스와 연결되는 상기 고정실린더의 선단부로부터 상기 케이스 내부 공간으로 돌출되어 상기 고정피스톤과 연동되어 직선으로 왕복 이동 가능하게 장착되는 고정피스톤로드를 포함하고, 상기 단동피스톤로드는 상기 케이스 내부 공간으로 노출되는 상기 고정피스톤로드의 선단부가 삽입되도록 외면에 고정홈이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 단동형 실린더유닛과 래칫유닛을 포함함으로써, 이와 같은 경우 단동형 밸브작동기만을 단독으로 사용하여 밸브의 개폐부재를 초기 위치로 복원 가능하게 하고 비상시 작동을 위한 별도의 수동구동수단으로 구성되는 종래의 밸브작동장치와 비교하여, 밸브작동장치의 구동을 위하여 제공되는 구동원과 밸브작동장치의 힘 및 크기를 감소시킬 수 있게 되며, 그로 인해 제조가격은 종래와 비교하여 약 3~4배를 절감시킬 수 있게 되어, 제조비용이 현저히 감소되게 되어 경제적인 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 잠금유닛을 더 포함함으로써, 밸브작동장치의 구동을 위한 구동원 소요량을 줄일 수 있으며, 또한, 단동형 실린더유닛의 단동피스톤로드가 이동된 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 단동형 밸브작동기를 포함하는 밸브작동장치가 적용되어 밸브의 유로가 완전히 개방된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 단동형 밸브작동기를 포함하는 밸브작동장치가 적용되어 밸브의 유로가 완전히 폐쇄된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 단동형 밸브작동기 및 수동구동수단을 포함하는 밸브작동장치가 적용된 밸브의 단면도이다.
도 4은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치의 설치상태를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 구동원이 공급되기 전 초기상태를 상측뷰로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 구동원이 공급되어 구동되어 밸브가 완전히 개방된 상태를 상측뷰로 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 중심축, 래크기어부 및 래칫유닛을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 본 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 중심축, 래크기어부 및 래칫유닛을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 구동원이 공급되기 전 초기상태를 상측뷰로 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 구동원이 공급되어 구동되어 밸브가 완전히 개방된 상태를 상측뷰로 나타낸 단면도이다.

이상과 같은 본 발명에 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 또는 “구비”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미하며, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 설명의 편의상 좌, 우, 상, 하, 전, 후 및 이와 유사한 명칭으로, 각 방향을 지칭하는 단어는 설명의 편의상 도면을 기준으로 한 것이며, 바라보는 방향 또는 구성요소의 배치에 따라 달라질 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

우선, 본 발명에 따는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 내부에 유로가 형성되는 밸브바디와, 밸브바디를 관통하여 회전 가능하게 장착되는 회전축과, 회전축의 회전에 의해 유로를 개폐하는 개폐부재를 포함하는 밸브(V)를, 비상시 유로가 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄되도록 회전축을 회전 구동시키는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치의 설치상태를 나타낸 정면도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 구동원이 공급되기 전 초기상태를 상측뷰로 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 구동원이 공급되어 구동되어 밸브(V)가 완전히 개방된 상태를 상측뷰로 나타낸 단면도이다.

도 4 내지 도 6를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 크게 케이스(100), 중심축(200), 구동원 공급유닛(300), 단동형 실린더유닛(400), 래칫유닛(500)을 포함한다.

우선, 케이스(100)는, 본 발명의 밸브작동장치의 기초몸체를 이루는 것으로, 내부에는 중심축(200)과 래칫유닛(500) 등의 구성이 장착 가능하도록 공간이 형성되며, 중심축(200)이 케이스(100)를 상하로 관통하여 설치된다.

이때, 중심축(200)은, 케이스(100) 상측으로 돌출 연장되는 상단부는 복동형 밸브작동기(700)와 연결되고, 케이스(100) 하측으로 돌출 연장되는 하단부는 밸브(V)의 회전축과 연결되며, 복동형 밸브작동기(700)는 종래의 복동형 공압식 액추에이터, 복동형 유압식 액추에이터, 복동형 전기식 액추에이터가 다양하게 변형 적용될 수 있다.

다음으로, 구동원 공급유닛(300)은, 단동형 실린더유닛(400)과, 중심축(200) 상단부에 결합되는 복동형 밸브작동기(700)와, 후술할 고정유닛(600) 등이 구동될 수 있도록 하는 구동원을 공급하기 위한 것으로, 본 발명에서 구동원은 압축공기의 공압, 작동유의 유압 전기모터의 회전력 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 구동원 공급유닛(300)은 후술할 단동형 실린더유닛(400), 복동형 밸브작동기(700), 잠금유닛 등 구동원을 필요로 하는 각 구성으로 구동원을 별도로 공급하는 복수개의 구동원 공급수단을 포함하거나, 하나의 구동원 공급수단에 의해 단동형 실린더유닛(400), 복동형 밸브작동기(700), 잠금유닛 등 구동원을 필요로 하는 각 구성으로 모두 구동원을 공급 가능하도록 구성될 수 있다.

다음으로, 단동형 실린더유닛(400)은, 통 형상의 단동실린더(410)와, 구동원 공급유닛(300)의 구동원 공급 여부에 따라 단동실린더(410) 내부에서 직선으로 왕복 이동 가능하게 배치되는 단동피스톤(420)과, 단동실린더(410) 내면과 단동피스톤(420) 사이에 개재되어, 구동원 공급유닛(300)의 구동원 공급 여부에 따라 단동피스톤(420)에 의해 가압되어 수축되거나 케이스(100)와 연결되는 단동실린더(410)의 선단부로부터 단동실린더(410) 내측 방향으로 미는 힘인 탄성복원력에 의해 신장되면서 단동피스톤(420)을 직선으로 왕복 이동시키는 단동탄성부재(430)와, 일단은 단동피스톤(420)에 결합되고, 타단은 케이스(100)와 연결되는 단동실린더(410)의 선단부로부터 케이스(100) 내부 공간으로 돌출되어 단동피스톤(420)과 연동되어 직선으로 왕복 이동 가능하게 장착되며, 외면에 직선 왕복 운동되는 길이 방향을 따라 다수의 톱니가 형성되는 래크기어부(441)가 형성되는 단동피스톤로드(440)를 포함한다.

다음으로, 래칫유닛(500)은, 단동형 실린더유닛(400)과 중심축(200) 사이 구비되어, 단동형 실린더유닛(400)의 단동피스톤로드(440)의 직선운동을 회전운동으로 전환시켜 중심축(200)으로 전달하되, 단동피스톤로드(440)의 직선왕복운동 중 일방향 직선운동만을 중심축(200)으로 전달하도록 단동피스톤로드(440)와 중심축(200)을 연결하도록 한다.

이때, 참고로, 제1 실시예 및 후술할 제2 실시예에서 단동피스톤로드(440)의 직선왕복운동 중 단동실린더(410)와 케이스(100)가 연결되는 부분을 기준으로 단동실린더(410) 내측 방향을 일방향, 케이스(100) 내측 방향을 타방향으로 지칭함을 주지하는 바이다.

한편, 도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 중심축(200), 래크기어부(441) 및 래칫유닛(500)을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 8은 도 6에 도시된 본 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 중심축(200), 래크기어부(441) 및 래칫유닛(500)을 확대하여 나타낸 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하여, 래칫유닛(500)을 보다 상세히 살펴보면, 래칫유닛(500)은 래칫기어(510)와, 연결몸체(520)와, 래칫폴부재(530)를 포함하며,

래칫기어(510)는 단동피스톤로드(440)의 래크기어부(441)와 맞물리도록 외주면을 따라 형성되는 피니언톱니와, 중심축(200)이 관통 삽입되도록 중앙부에 관통 형성되는 통공과, 통공 내부면을 따라 형성되는 래칫톱니를 포함하고,

연결몸체(520)는 중심축(200)의 외주면에 중심축(200)과 일체로 형성되거나, 중심축(200)과 결합되어 구비되며,

래칫폴부재(530)는 래칫기어(510)가 일방향으로 회전시에는 연결몸체(520)가 비연동되어 회전되지 않도록 래칫기어(510)의 래칫톱니가 형성된 내주면을 따라 미끌어지도록 회동되고, 래칫기어(510)가 타방향으로 회전시에는 연결몸체(520)가 연동되어 회전되도록 래칫톱니와 맞물리도록, 연결몸체(520)의 상부 또는 하부에 설치된다.

한편, 도 5 내지 도 8을 참조하면, 단동형 실린더유닛(400)에서, 단동피스톤로드(440)에 형성되는 래크기어부(441)는, 단동피스톤로드(440)가 일방향으로 최대한 이송되거나, 타방향으로 최대한 이송된 상태에서 래칫기어(510)의 피니언톱니와 맞물리지 않는 범위 내에서 형성되도록 한다.

상기와 같이 구성되는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치의 작동과정을 살펴보면 아래와 같으며, 이때, 참고로, 본 발명의 제1 실시예에서는, 정상 작동시 밸브(V)는 개방되도록 작동되고, 이때 중심축(200)의 회전방향은 시계반대방향이고, 비상 작동시 밸브(V)는 완전히 폐쇄되도록 작동되고, 이때 중심축(200)의 회전방향은 시계방향인 것을 예시로 하였다.

우선, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치의 초기 작동과정을 살펴보면,

도 4와 같이 밸브(V)가 구동되기 전 초기상태에서, 구동원 공급유닛(300)으로부터 단동형 실린더유닛(400)의 단동실린더(410)로 구동원인 압축공기의 기체압력이 공급됨에 따라 단동실린더(410) 내부에 배치된 단동피스톤(420)에 가압력이 발생되어, 그로 인해 단동탄성부재(430)는 압축되게 되고, 단동피스톤(420)과 단동피스톤로드(440)가 동시에, 단동실린더(410)와 케이스(100)가 연결되는 부분을 기준으로 케이스(100) 내측 방향인 우측 방향으로 직선 운동하게 된다.

이와 같은 과정에서는, 단동피스톤로드(440)에 형성되는 래크톱니는 래칫기어(510)의 외주면에 형성되는 피니언톱니와 맞물려 래칫기어(510)는 시계반대방향으로 회전된다.

그러나, 이때 중심축(200)과 결합된 연결몸체(520)에 장착된 래칫폴부재(530)는 래칫기어(510)의 래칫톱니와 맞물리지 않게 되어 연결몸체(520)와 중심축(200)으로는 시계반대방향으로 회전 가능하도록 하는 회전력이 전달되지 않게 된다.

이로 인해, 밸브(V)가 초기 구동되는 과정에서, 단동형 실린더유닛(400)으로 단동탄성부재(430)만을 가압하는 크기의 구동원만 공급되더라도 단동형 실린더유닛(400)의 단동피스톤로드(440)의 직선운동이 가능하게 된다.

도 5를 참조하면, 상기와 같이 초기 구동된 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는 지속적으로 구동원 공급유닛(300)으로부터 구동원이 공급되어 정상적으로 작동이 이루어질 때에는 단동탄성부재(430)로 가압력이 지속적으로 가해짐에 따라 압축된 상태가 지속적으로 유지되게 되고, 이때 중심축(200)의 상단부에 연결된 복동형 밸브작동기(700)에서 구동원 공급유닛(300)으로부터 구동원을 공급받아 중심축(200)으로 회전력을 전달함으로써 밸브(V)의 유로가 개폐 작동되게 된다.

한편, 상기와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치가 정상적으로 구동이 이루어지다가, 비상상황 등으로 인해 구동원 공급유닛(300)으로부터 구동원이 더 이상 공급되지 않는 경우에는, 중심축(200)의 상단부와 연결된 복동형 밸브작동기(700)는 구동을 멈추게 되고 중심축(200)은 구동되던 상태에서 그대로 멈추게 된다.

이때, 단동형 실린더유닛(400)은, 단동실린더(410)로의 구동원 공급이 중단됨에 따라 단동피스톤(420)으로 가해지던 압력이 해제되게 되고, 그로 인해 단동탄성부재(430)의 탄성복원력에 의해 단동피스톤(420)이 단동실린더(410)와 케이스(100)가 연결되는 부분을 기준으로 단동실린더(410) 내측 방향인 좌측 방향으로 직선 운동하게 되고, 단동피스톤(420)과 연결된 단동피스톤로드(440) 또한 좌측 방향으로 직선 운동하게 된다.

이와 같은 과정에서는, 단동피스톤로드(440)에 형성되는 래크톱니는 래칫기어(510)의 외주면에 형성되는 피니언톱니와 맞물려 래칫기어(510)는 시계방향으로 회전된다.

또한, 이때 중심축(200)과 결합된 연결몸체(520)에 장착된 래칫폴부재(530)는 래칫기어(510)의 래칫톱니와 맞물리게 됨에 따라, 연결몸체(520)와 중심축(200)을 시계방향으로 회전 가능하도록 하는 회전력이 전달되게 되며, 그로 인해 중심축(200)의 하단부에 연결되는 밸브(V)의 회전축 또한 연동되어 시계방향으로 회전됨으로써 개폐부재가 유로를 폐쇄하게 된다.

이로 인해, 구동원 공급이 중단되는 경우에, 단동형 실린더유닛(400)의 단동탄성부재(430)의 탄성복원력에 의해 자동으로 단동피스톤(420)과 단동피스톤로드(440)가 좌측 방향으로 직선 운동하게 되어, 밸브(V)의 유로가 완전히 폐쇄된 초기상태로 자동복귀되는 비상안전구동이 가능하게 된다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 구동원이 공급되기 전 초기상태를 상측뷰로 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서 구동원이 공급되어 구동되어 밸브(V)가 완전히 개방된 상태를 상측뷰로 나타낸 단면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치에서, 고정유닛(600)을 더 포함한 경우를 나타낸 것이다.

이때, 고정유닛(600)은, 단동피스톤로드(440)가 케이스(100) 내부 공간 측 방향인 우측 방향으로 최대한 이동된 상태에서 단동피스톤로드(440)의 위치를 고정시키기 위한 것으로, 이는 구동원 공급유닛(300)에서 공급하는 구동원의 종류에 따라 단동형 실린더유닛(400)에서 초기 작동을 통해 단동피스톤(420)이 단동실린더(410)와 케이스(100)가 연결되는 부분을 기준으로 케이스(100) 내측 방향인 우측 방향으로 최대한 이동된 상태가 지속적으로 유지되기 어려운 상황이 발생 가능함에 따라 단동피스톤로드(440)가 우측 방향으로 최대한 이동된 상태를 고정시킬 수 있도록 부가된 구성이다.

또한, 고정유닛(600)은, 통 형상의 고정실린더(610)와, 구동원 공급유닛(300)의 구동원 공급 여부에 따라 단동실린더(410) 내부에서 직선으로 왕복 이동 가능하게 배치되는 고정피스톤(620)과, 고정실린더(610) 내면과 고정피스톤(620) 사이에 개재되어, 구동원 공급유닛(300)의 구동원 공급 여부에 따라 고정스톤에 의해 가압되어 수축되거나 탄성복원력에 의해 신장되면서 고정피스톤(620)을 직선으로 왕복 이동시키는 고정탄성부재(630)와, 일단은 고정피스톤(620)에 결합되고, 타단은 케이스(100)와 연결되는 고정실린더(610)의 선단부로부터 케이스(100) 내부 공간으로 돌출 가능하도록 고정피스톤(620)과 연동되어 직선으로 왕복 이동 가능하게 장착되는 고정피스톤로드(640)를 포함한다.

이때, 단동형 실린더유닛(400)의 단동피스톤로드(440)는 케이스(100) 내부 공간으로 노출되는 고정피스톤로드(640)의 선단부가 삽입되도록 외면에 고정홈(442)이 더 형성되게 된다.

이로 인해, 고정피스톤로드(640)가 우측 방향으로 최대한 이동된 상태에서 고정피스톤로드(640)의 외면에 형성된 고정홈(442)에, 고정피스톤(620)이 삽입됨으로써, 고정피스톤로드(640)의 위치를 고정시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치의 작동과정을 살펴보면 아래와 같으며, 이때 본 발명의 제2 실시예에서는, 제1 실시예와 동일하게 정상 작동시 밸브(V)는 개방되도록 작동되고, 이때 중심축(200)의 회전방향은 시계반대방향이고, 비상 작동시 밸브(V)는 완전히 폐쇄되도록 작동되고, 이때 중심축(200)의 회전방향은 시계방향인 것을 예시로 하였다.

우선, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치의 초기 작동과정을 살펴보면,

도 9와 같이 밸브(V)가 구동되기 전 초기상태에서, 구동원 공급유닛(300)으로부터 단동형 실린더유닛(400)의 단동실린더(410)로 구동원인 압축공기의 기체압력이 공급됨에 따라 단동실린더(410) 내부에 배치된 단동피스톤(420)에 가압력이 발생되어, 그로 인해 단동탄성부재(430)는 압축되게 되고, 단동피스톤(420)과 단동피스톤로드(440)가 동시에 단동실린더(410)와 케이스(100)가 연결되는 부분을 기준으로 케이스(100) 내측 방향인 우측 방향으로 직선 운동하게 된다.

한편, 구동원 공급유닛(300)으로부터 고정유닛(600)의 고정실린더(610)로 구동원인 압축공기의 기체압력이 공급됨에 따라 고정실린더(610) 내부에 배치된 고정피스톤(620)에 가압력이 발생되어, 그로 인해 고정탄성부재(630)는 압축되게 되고, 고정피스톤(620)과 고정피스톤로드(640)가 동시에 고정실린더(610)와 케이스(100)가 연결되는 부분을 기준으로 케이스(100) 내측 방향인 후측 방향으로 직선 운동하게 된다.

이로 인해, 상기와 같이 단동형 실린더유닛(400)의 단동피스톤로드(440)가 우측 방향으로 최대한 이동된 상태에서, 단동피스톤로드(440)의 외면에 형성된 고정홈(442)에 후측 방향으로 이동된 고정피스톤로드(640)의 단부가 삽입됨으로써 단동피스톤로드(440)의 위치를 고정시킬 수 있게 된다.

도 10을 참조하면, 상기와 같이 초기 구동된 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는 고정유닛(600)에 의해 단동탄성부재(430)가 압축된 상태에서 단동피스톤로드(440)의 위치가 지속적으로 유지되게 되고, 이때 중심축(200)의 상단부에 연결된 복동형 밸브작동기(700)에서 구동원 공급유닛(300)으로부터 구동원을 공급받아 중심축(200)으로 회전력을 전달함으로써 밸브(V)의 유로가 개폐 작동되게 된다.

한편, 상기와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치가 정상적으로 구동이 이루어지다가, 비상상황 등으로 인해 구동원 공급유닛(300)으로부터 구동원이 더 이상 공급되지 않는 경우에는, 중심축(200)의 상단부와 연결된 복동형 밸브작동기(700)는 구동을 멈추게 되고 중심축(200)은 구동되던 상태에서 그대로 멈추게 된다.

이때, 고정유닛(600)은, 고정실린더(610)로의 구동원 공급이 중단됨에 따라 고정피스톤(620)으로 가해지던 압력이 해제되게 되고, 그로 인해 고정탄성부재(630)의 탄성복원력에 의해 고정피스톤(620)과 연결된 고정피스톤로드(640) 또한 고정실린더(610)와 케이스(100)가 연결되는 부분을 기준으로 고정실린더(610) 내측 방향인 전측 방향으로 직선 운동하게 되어, 고정홈(442)으로부터 인출되게 된다.

그로 인해, 단동형 실린더유닛(400)은, 고정홈(442)에 삽입되었던 고정피스톤로드(640)의 단부가 인출됨에 따라, 단동탄성부재(430)의 탄성복원력에 의해 단동피스톤(420)이 단동실린더(410) 내측 방향인 좌측 방향으로 직선 운동하게 되고, 단동피스톤(420)과 연결된 단동피스톤로드(440) 또한 좌측 방향으로 직선 운동하게 된다.

이와 같은 과정에서, 단동피스톤로드(440)에 형성되는 래크톱니는 래칫기어(510)의 외주면에 형성되는 피니언톱니와 맞물려 래칫기어(510)는 시계방향으로 회전된다.

이로 인해, 구동원 공급이 중단되는 경우에, 고정유닛(600)의 고정탄성부재(630)의 탄성복원력에 의해 고정피스톤(620)과 고정피스톤로드(640)가 전측 방향으로 직선 운동하게 되고, 또한 단동형 실린더유닛(400)의 단동탄성부재(430)의 탄성복원력에 의해 자동으로 단동피스톤(420)과 단동피스톤로드(440)가 좌측 방향으로 직선 운동하게 되어, 밸브(V)의 유로가 완전히 폐쇄된 초기상태로 자동복귀되는 비상안전구동이 가능하게 된다.

한편, 상기에서는 단동피스톤(420)로의 측면에 고정홈(442)이 형성되고, 고정유닛(600)을 전측방향과 후측방향으로 직선운동 하는 것으로 도시하였으나, 단동피스톤로드(440)의 하면 또는 상면에 고정홈(442)이 형성되고, 고정유닛(600)이 상측방향과 하측방향으로 직선운동 하도록 구성되는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 도 4 내지 도6, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 수동구동유닛(800)을 더 포함할 수 있으며,

수동구동유닛(800)은 케이스(100) 외부에 배치되는 수동핸들(810)과, 케이스(100)를 관통하여 장착되고, 케이스(100)를 관통하여 외부로 노출되는 일단은 수동핸들(810)과 결합되고, 케이스(100) 내부 공간에 위치한 부분에는 외주면을 따라 웜휠톱니(821)가 형성되는 핸들축(820)과, 핸들축(820)을 후술할 래칫기어(510)의 연결몸체(520) 외주부에 형성되는 톱니와 접촉시키거나 이격시키도록 하는 디클러치수단을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 래칫유닛(500)의 래칫기어(510)는 연결몸체(520)의 외주부를 따라 수동구동유닛(800)의 웜휠과 맞물리도록 톱니가 형성되어, 수동구동유닛(800)의 웜휠톱니(821)와 연동되도록 구성될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 인해, 본 발명에 따른 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치는, 밸브(V)의 회전축이 복동형 밸브작동기(700)에 의해 회전되어 유로를 개폐하도록 구동되는 정상작동모드와, 밸브(V)의 회전축이 단동형 실린더유닛(400)과 래칫유닛(500)에 의해 구동원 공급이 중단된 경우 자동으로 유로를 완전히 개방시키거나 완전히 폐쇄하도록 구동되는 비상작동모드와, 수동구동유닛(800)에 의해 수동핸들(810)을 직접 회전시켜 밸브(V)의 유로를 개폐하도록 구동되는 수동작동모드로 각각 구동될 수 있게 된다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 케이스
200 : 중심축
300 : 구동원 공급유닛
400 : 단동형 실린더유닛
410 : 단동실린더
420 : 단동피스톤
430 : 단동탄성부재
440 : 단동피스톤로드
441 : 래크기어부
442 : 고정홈
500 : 래칫유닛
510 : 래칫기어
520 : 연결몸체
530 : 래칫폴부재
600 : 고정유닛
610 : 고정실린더
620 : 고정피스톤
630 : 고정탄성부재
640 : 고정피스톤로드
700 : 복동형 밸브작동기
800 : 수동구동유닛
810 : 수동핸들
820 : 핸들축
821 : 웜휠톱니
V : 밸브

Claims

내부에 유로가 형성되는 밸브바디와, 상기 밸브바디를 관통하여 회전 가능하게 장착되는 회전축과, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 유로를 개폐하는 개폐부재를 포함하는 밸브를, 비상시 상기 유로가 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄되도록 상기 회전축을 회전 구동시키는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치로,
내부에 공간이 형성되는 케이스;
상기 케이스를 상하로 관통하여 설치되고, 상기 케이스 상측으로 돌출 연장되는 상단부는 복동형 작동기와 연결되어, 상기 케이스 하측으로 돌출 연장되는 하단부는 상기 밸브의 회전축과 연결되는 중심축;
압축공기의 공압, 작동유의 유압, 전기모터의 회전력 중 적어도 하나의 구동원을 공급하는 구동원 공급유닛;
통 형상의 단동실린더와, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 단동실린더 내부에서 직선으로 왕복 이동 가능하게 배치되는 단동피스톤과, 상기 단동실린더 내면과 상기 단동피스톤 사이에 개재되어, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 단동피스톤에 의해 가압되어 수축되거나, 탄성복원력에 의해 신장되면서 상기 단동피스톤을 직선으로 왕복 이동시키는 단동탄성부재와, 일단은 상기 단동피스톤에 결합되고, 타단은 상기 케이스와 연결되는 상기 단동실린더의 선단부로부터 상기 케이스 내부 공간으로 돌출되어 상기 단동피스톤과 연동되어 직선으로 왕복 이동 가능하게 장착되며, 외면에 직선 왕복 이동되는 길이 방향을 따라 다수의 래크톱니가 형성되는 래크기어부가 형성되는 단동피스톤로드를 포함하는 단동형 실린더유닛; 및
상기 단동피스톤로드와 상기 중심축 사이에 구비되어, 상기 래크기어부와 연동되어 상기 단동피스톤로드의 직선운동을 회전운동으로 전환시켜 상기 중심축으로 전달하되, 상기 단동피스톤로드의 직선왕복운동 중 일방향 직선운동만을 상기 중심축으로 전달하도록 상기 단동피스톤로드와 상기 중심축을 연결하는 래칫유닛;을 포함하되,
상기 래칫유닛은, 상기 래크기어부와 맞물리도록 외주면을 따라 형성되는 피니언톱니와, 상기 중심축이 관통 삽입되도록 중앙부에 관통 형성되는 통공과, 상기 통공 내주면을 따라 형성되는 래칫톱니를 포함하는 래칫기어와, 상기 중심축의 외주면에 결합되는 연결몸체와, 상기 래칫기어가 일방향으로 회전시에는 상기 연결몸체가 비연동되도록 상기 래칫기어의 래칫톱니가 형성된 내주면을 따라 미끌어지도록 회동되고, 상기 래칫기어가 타방향으로 회전시에는 상기 연결몸체가 연동되어 회전되도록 상기 래칫톱니와 맞물리도록, 상기 연결몸체에 설치되는 래칫폴부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 래크기어부는
상기 단동피스톤로드가 일방향으로 최대한 이송되거나, 타방향으로 최대한 이송된 상태에서 상기 래칫기어의 피니언톱니와 맞물리지 않는 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치.
제1항에 있어서,
상기 단동피스톤로드가 상기 케이스 내부 공간 측 방향으로 최대한 이송된 상태에서 상기 단동피스톤로드의 위치를 고정시키는 고정유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치.
제4항에 있어서,
상기 고정유닛은
통 형상의 고정실린더와,
상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 고정실린더 내부에서 직선으로 왕복 이동 가능하게 배치되는 고정피스톤과,
상기 고정실린더 내면과 상기 고정피스톤 사이에 개재되어, 상기 구동원 공급유닛의 구동원 공급 여부에 따라 상기 고정피스톤에 의해 가압되어 수축되거나, 탄성복원력에 의해 신장되면서 상기 고정피스톤을 직선으로 왕복 이동시키는 고정탄성부재와,
일단은 상기 고정피스톤에 결합되고, 타단은 상기 케이스와 연결되는 상기 고정실린더의 선단부로부터 상기 케이스 내부 공간으로 돌출되어 상기 고정피스톤과 연동되어 직선으로 왕복 이동 가능하게 장착되는 고정피스톤로드를 포함하고,
상기 단동피스톤로드는
상기 케이스 내부 공간으로 노출되는 상기 고정피스톤로드의 선단부가 삽입되도록 외면에 고정홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 비상안전구동 기능을 구비한 밸브작동장치.