KR102387388B1 - 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브에 관한 것으로, 디스크의 승하강 동작에 따라 밸브본체 내부의 중앙유로가 개폐되면서 유체가 제어되는 컨트롤 밸브에 있어서, 상기 중앙유로에 장착되는 링 형상의 고정 시트링과, 상기 중앙유로의 내주연과 고정 시트링의 외주연 사이에 장착되는 하나 이상의 실링부재와, 상기 고정 시트링의 내주연 중앙부에 내주연을 따라 함몰 형성되는 삽입홈과, 상기 삽입홈 내부 상단측에 장착되어 상기 고정 시트링과 가변 시트링 사이 공간을 실링하는 제2 실링부재와, 상기 고정 시트링의 내주연에 장착되며, 상단이 상기 디스크에 의해 가압되어 하강되고, 유체의 압력에 의해 승강되는 링 형상의 가변 시트링과, 상기 가변 시트링의 외주연에 외측 방향으로 돌출 형성되는 날개부와, 상기 날개부의 저면에 장착되며, 상기 가변 시트링이 승하강됨에 따라 선택적으로 상기 고정 시트링의 상면과 접촉 및 해제되는 제1 실링부재와, 상기 가변 시트링의 외주연에 방사형으로 형성되며, 상기 가변 시트링이 승하강됨에 따라 선택적으로 개폐되어 유체가 유출구측으로 유동하도록 하는 유로 구멍과, 상기 가변 시트링의 외주연에 장착되되, 상기 삽입홈에 내입되어 가변 시트링의 승강 정도를 제한하는 위치결정용 링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브 {A control valve with double sealing structure for prevents cavitation and chattering}

본 발명은 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저개도 구간에서 밸브가 개폐될 때 발생하는 캐비테이션(cavitation) 및 채터링(chattering) 현상을 방지하기 위한 이중 시트링 구조를 가지는 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 기존의 관로에서 컨트롤 밸브의 구경을 선정할 때는 현재 사용유량이 아닌 미래의 사용유량을 토대로 컨트롤 밸브의 구경을 선정한다. 그래서 미래의 사용유량을 토대로 선정하기 때문에 현재 사용유량에 비해 큰 구경의 컨트롤 밸브가 보통으로 설치된다.

현재 사용유량과 미래의 예측 유량이 크게 차이가 없을 경우 밸브를 사용하는데 큰 문제가 없지만, 유량이 크게 차이나는 경우 밸브가 저개도 구간에서만 작동하므로 캐비테이션 및 채터링 현상이 발생할 가능성이 매우 높다.

또한, 시간대 또는 계절에 따라 물을 많이 사용하는 시기와 적게 사용하는 시기의 물 사용량이 크게 차이가 나는 경우에도 물을 적게 쓰는 시기에 캐비테이션 및 채터링 현상이 발생할 가능성이 있다.

이를 방지하기 위해서는 선정된 컨트롤 밸브의 구경보다 작은 구경의 컨트롤 밸브를 사용하거나 디스크에 기타장치를 설치하여 유로 면적을 제한하여 사용하면 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하고 맥동현상이 일어나지 않도록 할 수도 있다.

그러나 밸브의 유로 면적을 제한하여 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하게 되면, 사용 유량 증가 시 밸브의 성능이 저하되어 원하는 유량을 보낼 수 없게 되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허공보, 등록번호 제10-1092527호

본 발명은 이를 해결하고자 안출된 것으로, 이중 시트링 구조를 포함하여 밸브의 저개도 구간에서 밸브 디스크는 차단되고 가변 시트링만 개방된 상태로 유체를 공급함으로써 저개도 구간에서 발생하는 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브에 관한 것으로, 디스크의 승하강 동작에 따라 밸브본체 내부의 중앙유로가 개폐되면서 유체가 제어되는 컨트롤 밸브에 있어서, 상기 중앙유로에 장착되는 링 형상의 고정 시트링; 상기 중앙유로의 내주연과 고정 시트링의 외주연 사이에 장착되는 하나 이상의 실링부재; 상기 고정 시트링의 내주연 중앙부에 내주연을 따라 함몰 형성되는 삽입홈; 상기 삽입홈 내부 상단측에 장착되어 상기 고정 시트링과 가변 시트링 사이 공간을 실링하는 제2 실링부재; 상기 고정 시트링의 내주연에 장착되며, 상단이 상기 디스크에 의해 가압되어 하강되고, 유체의 압력에 의해 승강되는 링 형상의 가변 시트링; 상기 가변 시트링의 외주연에 외측 방향으로 돌출 형성되는 날개부; 상기 날개부의 저면에 장착되며, 상기 가변 시트링이 승하강됨에 따라 선택적으로 상기 고정 시트링의 상면과 접촉 및 해제되는 제1 실링부재; 상기 가변 시트링의 외주연에 방사형으로 형성되며, 상기 가변 시트링이 승하강됨에 따라 선택적으로 개폐되어 유체가 유출구측으로 유동하도록 하는 유로 구멍; 상기 가변 시트링의 외주연에 장착되되, 상기 삽입홈에 내입되어 가변 시트링의 승강 정도를 제한하는 위치결정용 링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 삽입홈의 하단에는, 상기 가변 시트링에 탄성 지지력을 제공하기 위한 판 스프링이 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정 시트링의 상면에는, 상기 고정 시트링의 둘레를 따라 상부방향 돌출 형성된 제2 돌출링이 형성되며, 상기 제2 돌출링은 상기 가변 시트링이 승하강됨에 따라 선택적으로 상기 제1 실링부재와 접촉 및 해제되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 저개도(저유량) 구간에서 가변 시트링을 통해 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하고 이후 밸브 디스크를 개방함으로써 밸브의 성능저하 없이 유량을 공급하고 압력을 제어하는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 컨트롤 밸브가 폐쇄된 상태의 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 컨트롤 밸브의 가변 시트링이 개방된 상태의 도면이다.
도 4는 도 3의 B 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 컨트롤 밸브가 개방된 상태의 도면이다.
도 6은 도 5의 C 부분 확대도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일례에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 컨트롤 밸브가 폐쇄된 상태의 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 컨트롤 밸브의 가변 시트링이 개방된 상태의 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 컨트롤 밸브가 개방된 상태의 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브(100)는 밸브본체(120), 바디 시트부(130), 커버부(140), 다이어프램(160), 피스톤부(180)를 포함한다.

먼저, 상기 밸브본체(120)에는 유체가 출입하는 유입구(122) 및 유출구(124)가 형성되되, 상기 유입구(122) 및 유출구(124)는 유체가 공급되는 메인배관에 직렬로 연결된다.

또한, 상기 밸브본체(120)에는 상기 유입구 및 유출구가 연통되는 중앙유로(126)가 형성되며, 상기 중앙유로에는 바디 시트부(130)가 고정결합되어 있다.

이어서, 상기 바디 시트부(130)는 중앙유로에 설치되어 유체의 유동을 조절하는 요소이다.

도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 바디 시트부(130)는, 고정 시트링(132), 판 스프링(134), 가변 시트링(136), 위치결정용 링(138), 실링부재(S)를 포함한다.

상기 고정 시트링(132)은, 링 형상으로 형성되며 상기 중앙유로(126)에 고정 장착되는 요소이다.

상기 고정 시트링(132)은 고정핀(P)에 의해 상기 중앙유로(126)에 고정되며, 상기 중앙유로의 내주연과 고정 시트링 외주연 사이에는 하나 이상의 실링부재(S)가 장착된다.

상기 고정 시트링의 외주연에는 상기 고정 시트링의 외주연을 따라 링 형상으로 함몰 형성된 삽입홈(부호미표시)이 형성되고, 상기 삽입홈에 실링부재(S)가 장착된다.

덧붙여, 상기 고정 시트링의 상단 외주연에는 외측방향으로 제 1 돌출링(32)이 돌출 형성되고, 상면에는 상부방향으로 제2 돌출링(34)이 형성되며, 내주연 중앙부에는 내주연을 따라 삽입홈(36)이 함몰형성된다.

상기 제1 돌출링은 밸브본체(120)의 중앙유로(126)에 고정 시트링이 안정적으로 안착되도록 하기 위한 요소이다.

상기 제1 돌출링은 고정 시트링의 상단 외주연에 외주연을 따라 외측방향으로 돌출되도록 마련되어 상기 고정시트링이 중앙유로와 밀접접촉 되도록 하는 것으로, 상기 제1 돌출링의 저면은 중앙유로가 형성된 밸브본체의 내벽면에 접촉된다.

상기 제2 돌출링은 가변 시트링(136)에 장착된 제1 실링부재(S1)와 접촉되도록 마련되어 고정 시트링과 가변 시트링 사이를 더욱 안정적으로 기밀하는 역할을 한다.

상기 제2 돌출링은, 고정 시트링의 상면에 형성되되, 고정 시트링의 둘레를 따라 링 형상으로 형성되며, 본 발명에서는 한 쌍의 제2 돌출링이 서로 일정간격 이격되게 마련되어 고정 시트링과 가변 시트링 간의 실링 효과가 향상되도록 하였다.

상기 삽입홈(36)은 고정 시트링의 내주연 중앙부에, 고정 시트링의 내주연을 따라 링 형상으로 형성된 홈이며, 상기 삽입홈의 상단에는 제2 실링부재(S2)가 장착되고, 상기 삽입홈의 하단에는 판 스프링(134)이 장착된다.

상기 제2 실링부재(S2)는 고정 시트링과 가변 시트링 간의 실링효과를 위한 요소이며, 상기 판 스프링(134)은 가변 시트링(136)에 탄성복원력을 제공하기 위한 요소이다.

상기 판 스프링은 평소 상기 가변 시트링을 상부로 가압하도록 마련된 압축스프링이다.

본 발명에서는 판 스프링을 모든 도면에 도시하였으나, 상기 가변 시트링은 유입구측을 통해 유입되는 유체의 압력에 의해 승강하고, 디스크의 압력에 의해 하강 가능하므로, 상기 판 스프링은 생략되어도 무방하다.

이어서, 상기 가변 시트링(136)은, 고정 시트링의 내주연에 장착되되, 판스프링에 의해 고정 시트링에 탄성 지지되어 고정 시트링에 대해 승하강 하도록 마련된다.

이때 상기 가변 시트링의 상단은 피스톤(180)에 의해 가압되는 것으로, 상기 가변 시트링은, 판스프링에 의해 탄성 지지되며, 상부에 배치되는 디스크(184)에 의해 가압되어 상기 디스크가 승하강함에 따라 함께 승하강되도록 마련된다.

더욱 상세하게, 상기 가변 시트링은 링 형상이되, 상단 외주연에는 외측방향으로 돌출된 날개부(62)가 형성되고, 상기 날개부의 저면에는 제1 실링부재(S1)가 장착되며, 상기 날개부의 저면에는 제1 실링부재가 안정적으로 장착되기 위한 실링부재 삽입홈이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가변 시트링의 외주연에는 복수 개의 유로 구멍(64)이 형성된다.

상기 유로 구멍은 유입구측을 통해 유입된 유체가 유출구측으로 유동되도록 하는 요소인 것으로, 상기 유로 구멍(64)은 상기 가변 시트링이 승강됨에 따라 개방되고, 하강됨에 따라 폐쇄되도록 마련된다.

상기 날개부(62) 및 제1 실링부재(S1)는 상기 유로 구멍의 안정적인 개폐를 위한 것으로, 상기 제1 실링부재(S1)가 제2 돌출링(34)과 접촉되면 유로 구멍이 폐쇄된다.

상기 유로 구멍의 크기, 개수, 형상 등은 사용자의 필요에 따라 다양한 형태로 마련될 수 있으며 이러한 형상은 본원발명에 한정되지 아니한다.

상기 가변 시트링의 외주연에는 링홈(도면미도시)이 형성되고, 상기 링홈에는 위치결정용 링(138)이 장착된다.

상기 위치결정용 링(138)은 가변 시트링의 승강을 제한하기 위한 것이다.

상기 위치결정용 링은 상기 삽입홈(36)에 내입되어 삽입홈 내부에서 승하강 가능하도록 마련되며, 가변 시트링의 승강 정도를 제한하는 역할을 한다.

상기 위치결정용 링은 삽입홈의 깊이만큼만 승하강되며, 그 이상으로 승강되거나 하강될 경우 삽입홈의 상단 또는 하단에 걸려 움직임이 제한되도록 마련된다.

즉, 상기 가변 시트링은 위치조절용 링(138)에 의해 상기 유로구멍(64)이 형성된 위치까지만 승강되도록 움직임이 제한되는 것이다.

그리고 상기 가변 시트링은 핀이나, 나사 등으로 대체될 수 있으며, 이는 본 발명에 한정되지 아니한다.

또한, 상기 가변 시트링의 하부측 외주연에는 하단으로 갈수록 점진적으로 직경이 작아지는 테이퍼부(66)가 형성되며, 상기 가변 시트링은 상기 테이퍼부에 의해 승하강이 더욱 용이하게 가이드된다.

상기 밸브의 안정적인 개폐작동을 위해, 상기 테이퍼부와 대응되는 유로구멍의 내주연은 테이퍼부와 대응되는 형태로 테이퍼지게 형성될 수도 있다.

다음으로, 상기 커버부(140)는, 상기 벨브본체(120)의 상부에 결합되는 하부커버(142)와 상기 하부커버의 상부에 결합되되, 상부에 보조통공(부호미표시) 및 벤트홀(부호미표시)이 형성된 상부커버(144)를 포함한다.

상기 보조통공에는 별도의 바이패스 배관(도면미도시)에 의해 유출구와 연결되며, 상기 상부챔버의 내부 용적을 조절하는 요소이며, 상기 벤트홀은 비상시 강제로 개방되어 유체의 압력을 조절하는 요소이다.

이어서, 상기 다이어프램(160)은, 상기 하부커버(142)와 상부커버(144) 사이에 끼워지도록 구비되며, 이에 따라 상기 커버부(140)의 내부는 하부챔버와, 상부챔버로 구분되는 것으로, 상기 다이어프램(160)은 상기 하부챔버와 상부챔버의 압력변화에 따라 형상이 변형된다.

다음으로, 상기 피스톤부(180)는, 샤프트(182), 상기 샤프트의 하부에 결합되어 중앙유로를 개폐하는 디스크(184)를 포함한다.

상기 샤프트(182)는, 상기 다이어프램(160)를 관통하여 결합되며, 하부 끝단부에는 중앙유로(126)를 개폐하는 디스크(184)가 결합되는 것으로, 상기 샤프트(182)는 다이어프램의 형상 변형과 연동되어 상기 디스크(184)의 위치를 변경시키는 역할을 한다.

즉, 상기 유출구의 압력이 사전설정압력보다 낮을 경우 사전설정압력으로 맞추기 위해 샤프트 및 디스크가 승강하여 유로가 개방되고, 유출구의 압력이 사전설정압력보다 높을 경우 상기 샤프트 및 디스크는 하강하게 되고 이에 따라 유로가 밀폐된다.

이하에서는 본 발명에 따른 컨트롤 밸브(100)의 개폐동작에 대해 설명하고자 한다.

도 1 내지 도 2는 컨트롤 밸브가 폐쇄된 상태의 도면이다.

상기 컨트롤 밸브가 폐쇄될 경우, 상기 다이어프램은 상기 하부커버의 내측 하단에 위치되며, 상기 디스크는 상기 중앙유로에 밀착되도록 배치된다. 상기 디스크와 상기 중앙유로가 상호 밀착됨에 따라, 상기 유입구와 유출구를 통해 이동하는 유출되는 유체가 차단된다.

이 때, 상기 가변 시트링(136)의 날개부(62)는 고정 시트링(132)의 상면에 접촉되어 있다.

도 3 내지 도 4는 컨트롤 밸브의 가변 시트링이 개방된 상태의 도면이다.

일반적으로 밸브가 개폐될 때, 유체가 이동되는 유로 공간이 감소하면서 유체 저항이 증가되는 저개도 구간에서는 유체의 저항증가로 인해 디스크가 중앙유로에 밀착되었다가 개방되었다가 하는 맥동현상이 발생하게 된다.

본 발명은 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 과정에서 디스크(184)가 소정간격 승강되면, 상기 디스크에 의해 하방향으로 가압되어 있던 가변 시트링(136)이 탄성 복원력에 의해 디스크와 함께 승강한다.

이 때, 상기 가변 시트링은 위치조절용 링(138)에 의해 상기 유로구멍(64)이 형성된 위치까지만 승강되도록 제한되며, 유로구멍이 고정 시트링(132)의 외부로 노출되어 개방되도록 한다.

또한, 이 때, 상기 가변 시트링의 상단과 디스크의 하단은 서로 접촉된 상태이므로 중앙유로(126)는 폐쇄되어 있으므로, 유입구측의 유체는 가변 시트링에 형성된 유로구멍(64)을 통해 유추구를 향해 유동된다.

즉, 본 발명에서는 저개도 구간에서 낮은 개도율로 유로가 개방된 상태를 안정적으로 유지함으로써, 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하게 되는 것이다.

도 5 내지 도 6는 컨트롤밸브가 완전하게 개방된 상태의 도면이다.

하부챔버의 내부 용적이 상기 상부챔버의 내부 용적과 같거나 큰 경우, 상기 컨트롤 밸브가 개방되며, 이 때, 상기 다이어프램은 상부커버의 내측 상단에 위치되고, 상기 디스크는 승강하여 상기 중앙유로에서 일정간격 이격되게 배치된다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 디스크(184)가 완전하게 승강되면, 상기 디스크는 가변 시트링과의 접촉이 해제되며, 중앙유로(126)가 완전하게 개방된다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시례를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시례가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

100: 컨트롤 밸브
120: 밸브본체
122: 유입구
124: 유출구
126: 중앙유로
130: 바디 시트부
132: 고정 시트링
32: 제1 돌출링
34: 제2 돌출링
36: 삽입홈
134: 판스프링
136: 가변 시트링
62: 날개부
64: 유로구멍
66: 테이퍼부
138: 위치결정용 링
140: 커버부
142: 하부커버
144: 상부커버
160: 다이어프램
180: 피스톤부
182: 샤프트
184: 디스크
S: 실링부재
S1: 제1 실링부재
S2: 제2 실링부재
P: 고정핀

Claims (3)

1. 디스크의 승하강 동작에 따라 밸브본체 내부의 중앙유로가 개폐되면서 유체가 제어되는 컨트롤 밸브에 있어서,
   상기 중앙유로에 장착되는 링 형상의 고정 시트링;
   상기 중앙유로의 내주연과 고정 시트링의 외주연 사이에 장착되는 하나 이상의 실링부재;
   상기 고정 시트링의 내주연 중앙부에 내주연을 따라 함몰 형성되는 삽입홈;
   상기 삽입홈 내부 상단측에 장착되어 상기 고정 시트링과 가변 시트링 사이 공간을 실링하는 제2 실링부재;
   상기 고정 시트링의 내주연에 장착되며, 상단이 상기 디스크에 의해 가압되어 하강되고, 유체의 압력에 의해 승강되는 링 형상의 가변 시트링;
   상기 가변 시트링의 외주연에 외측 방향으로 돌출 형성되는 날개부;
   상기 날개부의 저면에 장착되며, 상기 가변 시트링이 승하강됨에 따라 선택적으로 상기 고정 시트링의 상면과 접촉 및 해제되는 제1 실링부재;
   상기 가변 시트링의 외주연에 방사형으로 형성되며, 상기 가변 시트링이 승하강됨에 따라 선택적으로 개폐되어 유체가 유출구측으로 유동하도록 하는 유로 구멍;
   상기 가변 시트링의 외주연에 장착되되, 상기 삽입홈에 내입되어 가변 시트링의 승강 정도를 제한하는 위치결정용 링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 삽입홈의 하단에는,
   상기 가변 시트링에 탄성 지지력을 제공하기 위한 판 스프링이 장착되는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 고정 시트링의 상면에는,
   상기 고정 시트링의 둘레를 따라 상부방향 돌출 형성된 제2 돌출링이 형성되며,
   상기 제2 돌출링은 상기 가변 시트링이 승하강됨에 따라 선택적으로 상기 제1 실링부재와 접촉 및 해제되는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 및 채터링 현상을 방지하는 이중 시트링 구조의 컨트롤 밸브.
   

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