KR102554382B1 - 플러그 밸브 - Google Patents

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KR102554382B1
KR102554382B1 KR1020220147815A KR20220147815A KR102554382B1 KR 102554382 B1 KR102554382 B1 KR 102554382B1 KR 1020220147815 A KR1020220147815 A KR 1020220147815A KR 20220147815 A KR20220147815 A KR 20220147815A KR 102554382 B1 KR102554382 B1 KR 102554382B1
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이윤근
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주식회사 민선
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Abstract

본 발명은 유체의 기밀을 유지할 수 있는 플러그 밸브에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 하향으로 직경이 작아지는 원추형의 밸브시트 및 유로를 갖는 밸브바디, 상기 밸브바디의 유로를 따라 흐르는 유체의 흐름을 단속하도록 상기 밸브시트에 개폐 가능하게 결합된 원추형의 밸브플러그, 상기 밸브플러그를 작동시키도록 연결된 밸브스템, 상기 밸브스템으로 유체의 누출을 방지하도록 상기 밸브바디에 결합되는 글랜드로 이루어진 플러그 밸브에 있어서, 상기 밸브시트와 상기 밸브플러그에 밀착되도록 형성된 원추형의 내외면 및 상기 유로에 연통되도록 형성된 연통공을 구비하여 유로를 따라 흐르는 유체의 누출을 방지하는 플러그실링; 및 상기 밸브플러그와 상기 글랜드 사이에 설치되어 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 상기 밸브플러그를 탄성적으로 가압하는 탄성부재;를 포함하는 것을 기술사상으로 한다.
따라서, 본 발명은 탄성부재가 밸브플러그를 상시 탄성적으로 가압함에 따라 플러그실링의 기밀성이 유지되므로 유체의 누출을 방지할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Description

플러그 밸브{PLUG VALVE}
본 발명은 플러그 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체의 기밀을 유지할 수 있는 플러그 밸브에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 밸브는 유체의 양이나 압력을 제어하는 장치이다.
밸브는 구조와 형식 등에 따라, 실린더와 거의 같은 구경의 내부가 관통된 볼(Ball)을 삽입하여 핸들의 조작에 따라 관로를 개폐하는 볼 밸브(Ball Valve)와, 핸들의 작동에 의해 스핀들이 상하로 작동하여 시트가 노즐을 개폐하는 글로브 밸브(Globe Valve)와, 콕(Cock)과 같은 형태로 원추형의 플러그를 보디 내부에서 90° 회전시켜 관로를 개폐하는 플러그밸브(Plug Valve)와, 핸들의 조작에 따라 유로의 직각 방향에 설치된 밸브판 직선 운동하여 시트를 개폐시키는 게이트 밸브(Gate Valve)와, 원판상의 폐자(閉子)를 회전시킴에 따라 유로를 개폐하는 버터플라이 밸브(Butterfly Valve) 등으로 분류된다.
한펴, 기술과 산업이 날로 발전함에 따라서 유체의 유량이나 압력 등을 이용하는 각종 기계장치들의 사용이 증가하면서 유체를 안전하고 정밀하게 제어하기 위한 밸브의 중요성이 날로 부각되고 있다.
특히, 석유나 천연가스 등의 시추 시설에서는 매우 높은 압력과 화학적 성분을 함께 가진 유체를 고압으로 분사하여 지층에 구멍을 뚫으면서 시추 작업을 수행하기 때문에, 높은 압력과 화학적 성분을 함께 가진 유체의 유량이나 압력의 제어를 위해서 높은 기밀성을 유지하면서 밸브의 개폐가 용이한 플러그밸브(Plug Valve)를 사용하고 있다.
이러한 플러그 밸브는 원통형 또는 원추형의 폐쇄 기구, 즉 플러그를 갖는 밸브를 일컫는다.
종래의 플러그 밸브는 밸브스템과 밸브 사이로 유체의 유출을 방지하기 위해 실링을 사용한다.
그러나 플러그 밸브에서 사용하는 실링은 밸브스템의 작동으로 인한 마찰과 시간의 경과에 따라 내구성 및 기밀성이 저하되어 유체의 유출로 이어지게 되는 문제점이 있었다.
(0001) 대한민국 공개특허 제10-1987-0014078호(공개일자 1987년10월02일) (0002) 대한민국 공개특허 제10-2015-0000506호(공개일자 2015년01월02일) (0003) 대한민국 등록특허 제10-0294111호(등록일자 2001년04월11일) (0004) 대한민국 공개특허 제10-1994-0011792호(공개일자 1993년11월23일)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 실링의 내구성 및 기밀성의 저하에 따른 유체의 유출을 방지할 수 있는 플러그밸브를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 하향으로 직경이 작아지는 원추형의 밸브시트 및 유로를 갖는 밸브바디, 상기 밸브바디의 유로를 따라 흐르는 유체의 흐름을 단속하도록 상기 밸브시트에 개폐 가능하게 결합된 원추형의 밸브플러그, 상기 밸브플러그를 작동시키도록 연결된 밸브스템, 상기 밸브스템으로 유체의 누출을 방지하도록 상기 밸브바디에 결합되는 글랜드로 이루어진 플러그 밸브에 있어서, 상기 밸브시트와 상기 밸브플러그에 밀착되도록 형성된 원추형의 내외면 및 상기 유로에 연통되도록 형성된 연통공을 구비하여 유로를 따라 흐르는 유체의 누출을 방지하는 플러그실링; 및 상기 밸브플러그와 상기 글랜드 사이에 설치되어 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 상기 밸브플러그를 탄성적으로 가압하는 탄성부재;를 포함하는 것을 기술사상으로 한다.
상기 탄성부재는, 상기 밸브플러그의 상면과 상기 글랜드의 저면 사이에 설치되어 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 상기 밸브플러그를 탄성적으로 가압하는 접시스프링으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 접시스프링의 내경은 상기 밸브스템을 관통하되, 상기 접시스프링의 상하부는 상기 밸브스템에 소정 간격으로 배치된 두 개의 와셔에 의해 지지될 수 있다.
이때, 상기 접시스프링의 하부를 지지하는 와셔의 저면은 상기 밸브플러그의 상면 가장자리를 따라 소정 간격으로 구름 운동 가능하게 구비된 베어링볼에 마찰되어 상기 밸브스템의 회전 토크를 낮출 수 있다.
상기 탄성부재는, 상기 밸브플러그의 상면과 상기 글랜드의 저면 사이에 설치되어 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 상기 밸브플러그를 탄성적으로 가압하는 코일스프링으로 이루어질 수 있다.
상기 플러그실링의 외면에는 밸브시트에 형성된 키홈에 키결합되도록 결합키가 구비될 수 있다.
상기 플러그실링은 분해 가능하게 조립되는 복수의 조각으로 이루어질 수 있다.
상기 밸브시트에는 상기 유로를 따라 흐르는 유체의 압력에 의해 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 가압홈이 형성될 수 있다.
상술한 해결 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 탄성부재가 밸브플러그를 상시 탄성적으로 가압함에 따라 플러그실링의 기밀성이 유지되므로 유체의 누출을 방지할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
또한, 상술한 해결 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 플러그실링은 밸브시트에 키결합되므로 정확한 위치에 결합할 수 있을 뿐만 아니라 회전을 방지할 수 있고, 베어링볼에 의해 밸브스템의 회전 토크를 낮춰서 밸브플러그의 개폐를 부드럽게 유도할 수 있으며, 밸브시트에 형성된 가압홈으로 유체의 압력이 상시 작용하여서 플러그실링이 밸브시트에 밀착되므로 유체의 누출을 방지할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 분해 사시도.
도 2는 도 1의 다른 방향을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 요부를 부분 절개한 사시도.
도 4는 도 3의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 밸브플러그와 밸브스템의 단면을 나타낸 사시도.
도 6는 도 5의 단면을 나타낸 입면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 밸브플러그의 입면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플러그실링의 평면도.
이하에서는 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공한다.
이에 따라, 도면에서 표현한 구성요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현할 수 있으며, 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다.
또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 플러그 밸브(100)는, 하향으로 직경이 작아지는 원추형의 밸브시트(112) 및 유로(111)를 갖는 밸브바디(110), 밸브바디(110)의 유로(111)를 따라 흐르는 유체의 흐름을 단속하도록 밸브시트(112)에 개폐 가능하게 결합된 원추형의 밸브플러그(120), 밸브플러그(120)를 작동시키도록 연결된 밸브스템(140), 밸브스템(140)으로 유체의 누출을 방지하도록 상기 밸브바디(110)에 결합되는 글랜드(150), 밸브시트(112)와 밸브플러그(120)에 밀착되도록 형성된 원추형의 내외면 및 유로(111)에 연통되도록 형성된 연통공(161)을 구비하여 유로(111)를 따라 흐르는 유체의 누출을 방지하는 플러그실링(160), 밸브플러그(120)와 글랜드(150) 사이에 설치되어 플러그실링(160)이 밸브시트(112)에 기밀히 밀착되도록 밸브플러그(120)를 탄성적으로 가압하는 탄성부재를 포함한다.
밸브바디(110)는 본 발명의 골조를 이루는 구성이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 다른 방향을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 밸브바디(110)의 좌우 양 측면과 전면에는 세 방향으로 유체가 흐르는 이른바 3-way 유로(111)가 형성된다.
선택적으로, 밸브바디(110)에는 2-way, 4-way 또는 그 이상의 유로(111)가 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 요부를 부분 절개한 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 밸브바디(110)에는 복수의 유로(111)가 교차하는 지점에 밸브시트(112)가 형성된다.
밸브시트(112)는 하향으로 직경이 작아지는 원추형으로 형성된다.
밸브시트(112)의 상부는 개방되어 밸브스템(140)이 관통한다.
밸브시트(112)에는 상하로 길게 키홈(113)이 형성되어 플러그실링(160)에 구비된 결합키(162)가 키결합된다.
선택적으로, 밸브시트(112)에는 유체의 압력에 의해 플러그실링(160)이 밸브시트(112)에 기밀히 밀착되도록, 도 3의 이점쇄선으로 도시한 바와 같이 가압홈(114)이 형성될 수 있다.
밸브시트(112)의 개방된 상단 가장자리에 해당하는 밸브바디(110)의 상면에는 링그루브(115)가 형성되어 오링(OR)이 결합된다.
밸브바디(110)의 상면에는 복수의 탭홀(116)이 형성되어 글랜드(150)를 고정시키는 볼트가 나사결합된다.
밸브플러그(120)는 밸브시트(112)에 결합되어 유로(111)를 따라 흐르는 유체의 흐름을 단속하는 기능을 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 밸브플러그(120)는 원추형으로 형성되어 유체의 흐름을 단속하도록 밸브시트(112)에 개폐가능하게 결합된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 밸브플러그(120)에는 복수의 유로(111)에 연이어져 통하도록 복수의 관통공(121)이 형성된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 밸브플러그(120)와 밸브스템(140)의 단면을 나타낸 사시도이고, 도 6는 도 5의 단면을 나타낸 입면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 밸브플러그(120)의 상면에는 가장자리를 따라 복수의 볼리세스(122)가 형성되어 베어링볼(130)이 구름 운동 가능하게 결합된다.
밸브플러그(120)의 외경 하단에는 서포트림(123)이 돌출되게 구비되어 플러그실링(160)의 하단을 받쳐서 결합위치를 안내한다.
밸브스템(140)은 밸브플러그(120)의 상부 중심에 연결되어 밸브시트(112)를 열거나 닫도록 작동하는 기능을 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 밸브스템(140)은 글랜드(150)에 형성된 스템홀(151)을 관통한다.
스템홀(151)을 관통하는 부분에 해당하는 밸브스템(140)의 외경 중앙에는 소정 간격으로 두 개의 링그루브(141)가 형성되고, 두 개의 링그루브(141)에는 오링(OR)이 각각 결합되어 유체의 누출을 방지한다.
글랜드(150)는 밸브바디(110)의 개방된 상면에 덮도록 결합되어 밸브스템(140)으로 유체의 누출을 방지하는 기능을 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 글랜드(150)는 밸브바디(110)의 탭홀(116)로 나사결합하는 볼트에 의해 밸브바디(110)에 견고히 결합된다.
플러그실링(160)은 밸브시트(112)와 밸브플러그(120) 사이에서 유로(111)를 따라 흐르는 유체의 누출을 방지하는 기능을 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 플러그실링(160)은 밸브시트(112)에 밀착되는 외면과 밸브플러그(120)에 밀착되는 내면을 갖도록 원추형의 관 모양으로 형성된다.
플러그실링(160)에는 밸브플러그(120)의 관통공(121)과 유로(111)에 연이어져 통하도록 복수의 연통공(161)이 형성된다.
플러그실링(160)의 외면에는 밸브시트(112)의 키홈(113)에 키결합되도록 결합키(162)가 구비된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 플러그실링(160)은 좌우 양측으로 분해 가능하게 조립되는 한 쌍(160a)(160b)으로 이루어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 플러그실링(160)에는 연접하는 단부에 결합키(162)가 구비되어 밸브시트(112)의 키홈(113)에 키결합되는 것이 바람직하다.
탄성부재는 밸브플러그(120)를 탄성적으로 가압하여 플러그실링(160)을 밸브시트(112)에 기밀히 밀착시키는 기능을 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 탄성부재는 밸브플러그(120)의 상면과 글랜드(150)의 저면 사이에 설치되어 플러그실링(160)이 밸브시트(112)에 기밀히 밀착되도록 밸브플러그(120)를 탄성적으로 가압하는 접시스프링(170)으로 구현된다.
이때, 접시스프링(170)의 내경(171)은 밸브스템(140)을 관통하여 접시스프링(170)의 상하부에 배치된 두 개의 와셔(180)에 의해 지지된다.
이러한 접시스프링(170)은 단위 체적 당 축척 에너지가 코일스프링에 비해 매우 크기 때문에 작은 공간에서 짧은 스트로크로 큰 부하 능력을 발휘한다.
여기서, 접시스프링(170)의 하부를 지지하는 와셔(180)의 저면은 베어링볼(130)에 구름 운동 가능하게 마찰되어 밸브스템(140)의 회전 토크를 낮출 수 있다.
부연하면, 탄성부재는 밸브플러그(120)를 탄성적으로 가압하여 플러그실링(160)이 밸브시트(112)와 밸브플러그(120) 사이에서 기밀히 밀착 상태를 유지하므로, 밸브스템(140)의 작동으로 인한 마찰 및 시간의 경과에 따라 플러그실링(160)의 내구성이 저하되어도 유체의 누출을 방지하는 기밀성을 유지할 수 있다.
선택적으로, 탄성부재는 밸브플러그(120)의 상면과 글랜드(150)의 저면 사이에 설치되어 플러그실링(160)이 밸브시트(112)에 기밀히 밀착되도록 밸브플러그(120)를 탄성적으로 가압하는 코일스프링으로 구현될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 탄성부재가 밸브플러그(120)를 상시 탄성적으로 가압함에 따라 플러그실링(160)의 기밀성이 유지되므로 유체의 누출을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 플러그실링(160)은 밸브시트(112)에 키결합되므로 정확한 위치에 결합할 수 있을 뿐만 아니라 회전을 방지할 수 있고, 베어링볼(130)에 의해 밸브스템(140)의 회전 토크를 낮춰서 밸브플러그(120)의 개폐를 부드럽게 유도할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 밸브시트(112)에 형성된 가압홈(114)으로 유체의 압력이 상시 작용하여서 플러그실링(160)이 밸브시트(112)에 밀착되므로 유체의 누출을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 밸브플러그(120)의 입면을 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 밸브플러그(120)는 복수의 유로(111)에 연이어져 통하도록 형성된 복수의 관통공(121)을 갖는다.
도 7의 (a)는 밸브플러그(120)의 상부와 하부에 복수의 관통공(121)이 형성된 상태를 나타내었고, (b)는 밸브플러그(120)의 상부와 하부에 교호로 어긋나도록 복수의 관통공(121)이 형성된 상태를 나타내었으며, (c)는 밸브플러그(120)의 상부와 하부에 교차되도록 복수의 관통공(121)이 형성된 상태를 나타내었다.
다른 한편, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플러그실링(160)의 평면을 나타낸 평면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플러그실링(160)은 분해 가능하게 조립되도록 등분되는 네 개의 조각(160c)(160d)(160e)(160f)으로 이루어질 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플러그실링(160)은 분해 가능하게 조립되도록 등분되는 세 개 또는 그 이상의 조각으로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 기술사상과 그 범위 내에 있는 모든 변형물, 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 플러그 밸브 110 : 밸브바디
111 : 유로 112 : 밸브시트
113 : 키홈 120 : 밸브플러그
121 : 관통공 122 : 볼리세스
123 : 서포트림 130 : 베어링볼
140 : 밸브스템 150 : 글랜드
151 : 스템홀 160 : 플러그실링
161 : 연통공 162 : 결합키
170 : 접시스프링 180 : 와셔
BT : 볼트 OR : 오링

Claims (8)

  1. 하향으로 직경이 작아지는 원추형의 밸브시트 및 유로를 갖는 밸브바디, 상기 밸브바디의 유로를 따라 흐르는 유체의 흐름을 단속하도록 상기 밸브시트에 개폐 가능하게 결합된 원추형의 밸브플러그, 상기 밸브플러그를 작동시키도록 연결된 밸브스템, 상기 밸브스템으로 유체의 누출을 방지하도록 상기 밸브바디에 결합되는 글랜드로 이루어진 플러그 밸브에 있어서,
    상기 밸브시트와 상기 밸브플러그에 밀착되도록 형성된 원추형의 내외면 및 상기 유로에 연통되도록 형성된 연통공을 구비하여 유로를 따라 흐르는 유체의 누출을 방지하는 플러그실링; 및
    상기 밸브플러그와 상기 글랜드 사이에 설치되어 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 상기 밸브플러그를 탄성적으로 가압하는 탄성부재;
    를 포함하며,
    상기 밸브플러그의 외경 하단에는 상기 플러그실링의 하단을 받쳐서 결합위치를 안내하는 서포트림이 돌출되게 구비되며,
    상기 플러그실링의 외면에는 밸브시트에 형성된 키홈에 키결합되도록 결합키가 구비되고,
    상기 밸브시트에는 상기 유로를 따라 흐르는 유체의 압력에 의해 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 가압홈이 형성된 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성부재는,
    상기 밸브플러그의 상면과 상기 글랜드의 저면 사이에 설치되어 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 상기 밸브플러그를 탄성적으로 가압하는 접시스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 접시스프링의 내경은 상기 밸브스템을 관통하되,
    상기 접시스프링의 상하부는 상기 밸브스템에 소정 간격으로 배치된 두 개의 와셔에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 접시스프링의 하부를 지지하는 와셔의 저면은 상기 밸브플러그의 상면 가장자리를 따라 소정 간격으로 구름 운동 가능하게 구비된 베어링볼에 마찰되어 상기 밸브스템의 회전 토크를 낮추는 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성부재는,
    상기 밸브플러그의 상면과 상기 글랜드의 저면 사이에 설치되어 상기 플러그실링이 상기 밸브시트에 기밀히 밀착되도록 상기 밸브플러그를 탄성적으로 가압하는 코일스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 플러그실링은 분해 가능하게 조립되는 복수의 조각으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.
  8. 삭제
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