KR102625072B1 - 홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조에 있어서: 유로(11)를 개폐하도록 볼(15)을 수용한 몸체(10); 상기 몸체(10)에서 볼(15)의 일면에 밀착하도록 배치되고, 소경부(21)와 동심으로 요홈부(23)를 구비하는 전방 시트 리테이너(20); 및 상기 몸체(10)에서 전방 시트 리테이너(20)에 대향하도록 배치되고, 자기력으로 요홈부(23)에 슬라이딩 가능하게 수용되는 소경부(31)를 구비하는 후방 시트 리테이너(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 고압이 작용하는 배관에 볼 밸브를 적용함에 있어서, 개폐 과정에서 유체의 압력변동에 관계없이 낮은 토크가 유지되어 조작 편의성을 보장하고, 볼과 시트 리테이너 사이의 부품간 마찰이 줄어 스템 파괴를 배제하는 등 볼밸브의 수명을 늘이는 효과가 있다.

Description

홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조 {Sealing construction for ball valve with holding seat}

본 발명은 볼 밸브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배관으로 연결되는 유로를 선택적으로 개폐하는 것에 의하여 유체의 흐름을 단속하는 홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조에 관한 것이다.

통상적으로 볼밸브는 좌우 클로저 내부에 수밀/기밀을 위해 시트 리테이너라는 부품을 설치하여 스프링력과 유로관을 통과하는 유체의 힘을 이용하여 실링을 수행하도록 제작된다. 이러한 시트 리테이너는 볼에 완벽히 밀착하여 두 부품 사이로 누수/누기를 차단하고 있는데, 밸브 내 유체의 압력이 커질수록 그 유체의 압력에 의하여 볼에 대한 밀착력을 높여 실링을 유지한다.

그러나, 배관의 유체 압력이 높아질수록 시트 리테이너의 밀착력에 의한 마찰력이 커지게 되므로 높은 압력에서는 볼밸브를 개폐하는데 필요한 회전 토크가 크게 증가하고, 이에 따라 운전자의 조작이 어려운 것은 물론 심지어는 볼을 회전시키는 스템이 파괴되거나 볼이 변형 또는 손상되는 매우 위험한 상황이 발생할 가능성이 있다.

이와 같은 문제점의 해결책을 위해 참고할 수 있는 선행기술문헌으로 한국 등록특허공보 제0397759호가 알려져 있다.

이는 에어 공급로를 연통하여 밸브 본체에 환상으로 형성되는 에어 통로를 구비하고, 시트 슬라이드 가이드 및 사이드 커버에 자성체를 구비하여 자력을 이용함으로써 시트를 가변시키는 장치를 제안한다. 이에, 시트의 수명을 늘이고, 밸브의 개폐가 용이해짐은 물론 유체의 흐름이 원활한 효과를 기대한다.

그러나, 에어 통로와 더불어 원주상으로 48개의 영구자석을 탑재하므로 구조적으로 복잡화되어 작동 신뢰성과 내구성 측면에서 불리하다.

또 다른 선행기술문헌으로 한국 공개특허공보 제2017-0052174호가 알려져 있는 바, 이는 볼 부재의 적어도 1면에 밀착을 이루도록 설치되는 밀착시트; 자기력의 작용으로 밀착시트가 볼 부재에 밀착 또는 해제되도록 선택적으로 가압하는 가압시트; 및 가압시트와 밀착시트 사이에 구비되는 오링;을 포함한다.

다만, 볼 밸브를 가동하는 과정에서 밀착시트와 가압시트 간의 요동이 발생하기 쉬워 고압용으로 적용하기 위해서는 개선의 여지를 보인다.

한국 등록특허공보 제0397759호 "볼 밸브의 개폐장치" (공개일자 : 2001.08.11.) 한국 공개특허공보 제2017-0052174호 "홀딩 시트를 갖는 볼 밸브" (공개일자 : 2017.05.12.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 배관으로 연결되는 유로를 선택적으로 개폐하는 것에 의하여 유체의 흐름을 단속함에 밀착시트와 가압시트 간의 요동을 방지하여 고압용으로 적용성을 확장할 수 있는 홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조에 있어서: 유로를 개폐하도록 볼을 수용한 몸체; 상기 몸체에서 볼의 일면에 밀착하도록 배치되고, 소경부와 동심으로 요홈부를 구비하는 전방 시트 리테이너; 및 상기 몸체에서 전방 시트 리테이너에 대향하도록 배치되고, 자기력으로 요홈부에 슬라이딩 가능하게 수용되는 소경부를 구비하는 후방 시트 리테이너;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 전방 시트 리테이너의 요홈부 및 상기 후방 시트 리테이너의 소경부는 동일한 길이로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후방 시트 리테이너는 소경부 상에 수밀을 위한 오링을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후방 시트 리테이너는 오링에 인접하여 이물질 차단을 위한 수지재의 패킹을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후방 시트 리테이너의 패킹은 PEEK(Polyetheretherketone), PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중에서 선택되는 열가소성 수지를 오링의 전후로 배치하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 고압이 작용하는 배관에 볼 밸브를 적용함에 있어서, 개폐 과정에서 유체의 압력변동에 관계없이 낮은 토크가 유지되어 조작 편의성을 보장하고, 볼과 시트 리테이너 사이의 부품간 마찰이 줄어 스템 파괴를 배제하는 등 볼밸브의 수명을 늘이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 볼 밸브의 내부 구조를 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 볼 밸브의 주요부를 분리하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 볼 밸브의 결합 상태를 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 볼 밸브의 작동 상태를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조에 관하여 제안한다. 고압이 작용하는 배관으로 연결되는 유로를 선택적으로 개폐하는 볼 밸브를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 몸체(10)는 유로(11)를 개폐하도록 볼(15)을 수용한 구조이다. 도 1을 참조하면, 볼 밸브의 몸체(10)에 유로(11)가 형성되고, 중간에 또 다른 유로(11)를 지닌 볼(15)이 스템(17)에 의하여 회전되는 상태를 예시한다. 몸체(10)의 일측 유로(11)에는 전방 시트 리테이너(20)와 후방 시트 리테이너(30)가 인접하게 장착된다. 도 3처럼 몸체(10)는 시트 리테이너(20)(30)가 수용되는 부분의 유로(11) 상에 덮개 역할의 클로저(Closure)를 구비하고, 클로저 상에 복수의 단턱(12)(13)을 구비한다.

본 발명에 따르면, 소경부(21)와 동심으로 요홈부(23)를 구비하는 전방 시트 리테이너(20)가 상기 몸체(10)에서 볼(15)의 일면에 밀착하도록 배치되는 구조이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 전방 시트 리테이너(20)는 외면에서 소경부(21)와 대경부(22)로 단차를 이루고, 내면에서 시트링(24)에 인접하여 환상의 영구자석(26)을 구비한다. 소경부(21)와 대경부(22)의 단차는 몸체(10)의 단턱(12)에 대응한다. 시트링(24)은 메탈 타입을 사용하며 전방 시트 리테이너(20)의 일부로 볼(15)과 접촉하는 면을 구면으로 가공하여 형성된다. 요홈부(23)는 소경부(21)의 위치에서 동심으로 내면을 이루도록 형성된다.

본 발명에 따르면, 자기력으로 요홈부(23)에 슬라이딩 가능하게 수용되는 소경부(31)를 구비하는 후방 시트 리테이너(30)가 상기 몸체(10)에서 전방 시트 리테이너(20)에 대향하도록 배치되는 구조이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 후방 시트 리테이너(30)는 외면에서 소경부(31)와 대경부(32)로 단차를 이루고, 소경부(31)와 대경부(32)의 단차는 몸체(10)의 단턱(13)에 대응한다. 후방 시트 리테이너(30)의 소경부(31)는 전방 시트 리테이너(20)의 요홈부(23)에 슬라이딩 가능하게 맞물린다. 긴밀한 슬라이딩을 위한 양자의 치수는 헐거운 끼워맞춤 정도의 공차를 유지하는 것이 바람직하다. 후방 시트 리테이너(30)의 내면에서 일측으로 환상의 영구자석(36)과 타측으로 코일(38)을 구비한다. 코일(38)은 영구자석(36)을 통해 발생되는 자기력의 흐름을 형성하도록 감겨지고, 몸체(10)의 외부에 전선(도시 생략)으로 연결된다.

이에 따라, 전방 시트 리테이너(20)와 후방 시트 리테이너(30)는 각각의 영구자석(26)(36)에 의하여 인력 상태의 자기력을 받으나 코일(38)에 인가되는 전원에 대응하여 인력이나 척력 상태의 자기력 크기가 변동된다. 영구자석의 홀딩 원리를 이용하여 필요시 전방 시트 리테이너(20)와 후방 시트 리테이너(30)를 붙였다 떼었다 함으로써 볼 밸브의 개폐(ON/OFF) 동작 시 토크를 감소시켜 볼(15)과 스템(17)에 무리를 주지 않으며 손쉽게 조작할 수 있다.

좀 더 구체적으로, 도 4를 참조하여 작동의 일예를 설명한다.

도 4(a)는 코일(38)에 전류 인가가 없는 상태로서 외측으로 유출되는 자기흐름을 형성하며, 전방 시트 리테이너(20)와 후방 시트 리테이너(30)는 간극(40)이 최대로 이격된다. 이 상태에서 토크가 감소되므로 볼 밸브의 스템(17)을 이용하여 개폐 작동하기 용이하다. 도 4(b)에서 코일(38)에 0.1초 정도의 DC전류가 인가되어 외부로의 자기 흐름이 파괴되며, 전후방 시트 리테이너(20)(30)가 인력으로 이동한다. 도 4(c)에서 전후방 시트 리테이너(20)(30)가 접촉되면 내부 자기 흐름이 형성되어 코일(38)의 전류를 차단하여도 간극(40)이 없는 상태로 유지되고 볼(15)에 대응한 정상적인 실링이 수행된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 전방 시트 리테이너(20)의 요홈부(23) 및 상기 후방 시트 리테이너(30)의 소경부(31)는 동일한 길이로 형성되는 것을 특징으로 한다. 도 4(c)와 같이 전방 시트 리테이너(20)와 후방 시트 리테이너(30)가 밀착되어 자기 흐름이 형성되는 동안 간극(40)이 소멸된다. 이러한 상태를 구현하기 위해 요홈부(23) 및 소경부(31)는 동일한 길이로 형성하는 것이 좋다. 스템(17)을 이용한 볼 밸브의 유로(11) 개폐 완료 후 홀딩을 해제하여 전후방 시트 리테이너(20)(30)가 영구자석(26)(36)에 의해 붙어 시트링(24)을 통한 볼(15)의 실링 기능을 자연스럽게 수행한다. 이와 같이 필요할 때만 실링력을 증가시키는 방식으로 개폐동작 시 볼 밸브 내 유체의 압력에 관계없이 볼(15)과 시트링(24) 사이의 마찰이 적어지므로 볼 밸브의 수명이 증가하게 된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후방 시트 리테이너(30)는 소경부(31) 상에 수밀을 위한 오링(35)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 오링(35)은 전후방 시트 리테이너(20)(30) 사이의 실링을 보다 확실히 하기 위해 소경부(31)에 삽입되며, 전후방 시트 리테이너(20)(30)의 실링을 위한 슬라이딩운동 직진도를 유지하는데 유리하다. 특히, 소경부(31)와 요홈부(23)의 슬라이딩운동의 직진도 유지는 고압이 작용하는 배관에서 중요한 설계요소의 하나이다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후방 시트 리테이너(30)는 오링(35)에 인접하여 이물질 차단을 위한 수지재의 패킹(34)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 패킹(34)은 오링(35)이 외부 이물질에 손상되지 않는 구조로 장착된다. 패킹(34)도 소경부(31)와 요홈부(23)의 슬라이딩운동의 직진도 유지에 조력한다. 패킹(34)의 수지재는 슬라이딩운동에서 미끄럼 저항이 최소화되는 물성을 요구한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후방 시트 리테이너(30)의 패킹(34)은 PEEK(Polyetheretherketone), PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중에서 선택되는 열가소성 수지를 오링(35)의 전후로 배치하는 것을 특징으로 한다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 후방 시트 리테이너(30)의 소경부(31)에서 오링(35)의 전후 방향으로 패킹(34)이 장착된 상태를 예시한다. 피크(PEEK)는 강도, 내열성, 내약품성 등의 물성을 보유하고, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)은 내열성, 내약품성, 저마찰성 등의 물성을 보유한다. 이외에 폴리페닐렌설파이드(PPS) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱도 사용할 수 있다.

한편, 도시에는 생략하나, 본 발명의 패킹(34)은 전방과 후방에서 서로 다른 물성으로 적용하는 것도 가능하다.

본 발명은 볼 밸브(Ball Valve)에 전후방 시트 리테이너(20)(30)와 오링(35), 패킹(34) 등을 적용하여 쉽고 안전하게 개폐를 조작할 수 있고, 볼 밸브는 물론 배관 전체의 수명이 길어지는 동시에 경제적인 설계가 가능해 진다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 몸체 11: 유로
12, 13: 단턱 15: 볼
17: 스템 20: 전방 시트 리테이너
21: 소경부 22: 대경부
23: 요홈부 24: 시트링
26: 영구자석 30: 후방 시트 리테이너
31: 소경부 32: 대경부
34: 패킹 35: 오링
36: 영구자석 38: 코일
40: 간극

Claims (5)

1. 홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조에 있어서:
   유로(11)를 개폐하도록 볼(15)을 수용한 몸체(10);
   상기 몸체(10)에서 볼(15)의 일면에 밀착하도록 배치되고, 소경부(21)와 동심으로 요홈부(23)를 구비하는 전방 시트 리테이너(20); 및
   상기 몸체(10)에서 전방 시트 리테이너(20)에 대향하도록 배치되고, 자기력으로 요홈부(23)에 슬라이딩 가능하게 수용되는 소경부(31)를 구비하는 후방 시트 리테이너(30);를 포함하되,
   상기 전방 시트 리테이너(20)의 요홈부(23) 및 상기 후방 시트 리테이너(30)의 소경부(31)는 동일한 길이로 형성되어, 전방 시트 리테이너(20)와 후방 시트 리테이너(30)가 밀착되어 자기 흐름이 형성되는 동안 간극(40)이 소멸되도록 하며,
   상기 후방 시트 리테이너(30)는 소경부(31) 상에 수밀을 위한 오링(35)을 구비하며,
   상기 후방 시트 리테이너(30)는 오링(35)에 인접하여 상류측과 하류측으로 이물질 차단을 위한 수지재의 패킹(34)을 구비하고,
   상기 후방 시트 리테이너(30)의 패킹(34)은 PEEK(Polyetheretherketone), PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중에서 선택되는 열가소성 수지를 오링(35)의 전후로 배치하는 것을 특징으로 하는 홀딩 시트를 갖는 볼 밸브 실링 구조.
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