KR102643440B1 - 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조 - Google Patents

동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 중심선(L1)과 밸브의 스템(Stem, 20)의 회전중심(P2)이 일치하는 동심형 구조에, 편심형 시트(seat, 30)를 적용하여, 세그먼트 볼 형상의 밸브체(40)의 시팅 라인의 중심선(L3)과 스템의 회전중심(P2)이 제1 거리 만큼 어긋나게 하여 편심형 밸브 구조를 구성하는 것을 특징으로 하는 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 관한 것이다.

Description

동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조 {Eccentric valve seat with concentric body in segment ball valve }
본 발명은 동심형 몸체구조를 갖음으로 동심형 반볼 뿐 아니라 편심형 반볼을 모두 적용할 수 있으며, 밸브 작동(회전)시 닫힘위치 이외의 구간에서 Ball과 Seat를 비접촉 회전운동케하여 마찰력의 영향을 받지않고 작은 신호 변동에 대하여도 미세조정이 가능하다는 편심형 반볼 밸브에서 장점을 동시에 갖는 동심형 몸체에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 관한 것이다.
등록실용 제20-0334648호는, 밸브 본체에 관로를 개폐시키기 위한 세그먼트 플러그형 밸브체가 회전 지지수단에 지지되어 개폐 가능하게 설치되고, 상기 세그먼트 플러그형 밸브체는 디스크와 축 체결부가 세그먼트 플레이트로 일체로 이어진 형태로 형성되며, 상기 회전 지지수단은 상기 밸브 본체의 주벽 양측부에 형성된 축지지부에 축이 회전 및 누수 방지 가능하게 결합되고, 밸브체의 디스크가 밸브 본체의 중심을 기준으로 하여 밸브체의 가상의 중심선 상에서 편심거리 만큼 편심되도록 배치되고, 상기 밸브체의 중심이 밸브 본체의 중심으로부터 편심거리 만큼 편심되도록 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 세그먼트 플러그형 이중편심 메탈시트 볼밸브를 개시한다.
볼(Ball) 형태의 플러그(Plug) 구조를 갖는 밸브는 보통
1) 볼(Ball)의 형태에 따라
1-1) 일반 볼밸브(Ball valve or Full ball valve) : 볼의 형체가 360° 둥근 볼밸브
-. 볼과 씨트(Seat)가 접촉하는 면이 많아 마찰력이 크게 발생한다.
-. 따라서, 밸브를 구동시키는데 필요한 힘이 크게 필요하다.
-. 주로 기밀성을 요구하는 차단용으로 사용(On-off 제어용)
1-2) 반볼밸브(Segment ball valve) : 볼의 형체가 1/2정도 부분만 있는 볼밸브
-. 볼과 씨트(Seat)가 접촉하는 면이 적어 마찰력이 크지 않다.
-. 따라서, 밸브를 구동시키는데 필요한 힘이 비교적 작게 필요하다.
-. 주로 정밀제어를 요구하는 구간제어용으로 사용(Modulating 제어용)
-. 반볼밸브에는 동심형과 편심형이 있다.
여기서는 위의 분류 중, 반볼밸브(Segment ball valve)에 대해서만 적용한다.
2) 몸체(Body)의 형태에 따라
2-1) 동심형 반볼밸브(Segment type concentric ball valve) : 몸체의 중심선과 밸브대(Valve stem)의 중심이 동심이어서, 볼과 씨트가 동심으로 만나는 구조
-. 이 경우, 항상 동심형 둥근 볼밸브 구조를 갖게되며, 그 특성도 일반 볼밸브의 특성과 같다.
-. 볼과 씨트가 항상 접촉한 상태에서 회전하므로, 편심형에 비해 마찰력이 많이 걸리나, 기밀성 유지에는 양호하다.
2-2) 편심형 볼밸브(Eccentric ball valve) : Body의 중심선과 밸브대(Valve stem)의 중심이 편심이어서, 볼과 씨트가 최종 닫힘 점 외에는 만나지 않는 구조, Ball과 Seat가 최종 닫힘점 외에는 비접촉 상태에서 회전하므로, 구간정밀제어용(Modulating)으로 사용, 동심형에 비해 마찰력이 현저히 적게 걸리나, 기밀성 유지에는 동심형보다 떨어진다.
<문제점>
1) 동심형 반볼밸브는 Seat와 Ball의 표면이 접촉한 상태에서 동심회전하므로, Seating Torque(변좌 마찰력)이 크게 발생하여, 고차압, 고점도, 이물질 유체조건에서 밸브의 동작이 원활하지 않아, 고장의 원인이 될 수 있다.
2) 편심형 반볼밸브는 Seat와 Ball의 표면이 비접촉한 상태에서 편심회전하므로,
Seating Torque(변좌 마찰력)이 훨씬 작게 발생하여, 고차압, 고점도, 이물질 유체조건에 서도 밸브의 동작이 원활하지만 ① Body의 중심(선)과 Stem부의 중심선을 편심으로 제작(가공)해야 하므로, 제작공정(금형제작, 주조, 가공, 조립 등)이 까다롭고(Body는 주조품으로 외부형상이 일정치 않아, 편심가 공 난해), 생산 원가의 상승을 초래한다. ② 편심형으로 제작된 금형 및 주조품, 가공품은 동심형으로 사용할 수 없다.
본 발명은 동심형 몸체구조를 갖음으로 동심형 반볼 뿐 아니라 편심형 반볼을 모두 적용할 수 있으며, 밸브 작동(회전)시 닫힘위치 이외의 구간에서 Ball과 Seat를 비접촉 회전운동케하여 마찰력의 영향을 받지않고 작은 신호 변동에 대하여도 미세조정이 가능하다는 편심형 반볼 밸브에서 장점을 동시에 갖는 동심형 몸체에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조는, 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 중심선(L1)과 밸브의 스템(Stem, 20)의 회전중심(P2)이 일치하는 동심형 구조에, 편심형 시트(seat, 30)를 적용하여, 세그먼트 볼 형상의 밸브체(40)의 시팅 라인의 중심선(L3)과 스템의 회전중심(P2)이 제1 거리 만큼 어긋나게 하여 편심형 밸브 구조를 구성하는 것을 특징으로 한다.
편심형 시트(seat, 30)는, 개구부(10a)가 형성된 밸브의 보디(Body, 10)의 일측에 결합하는 시트 몸체부(31)와, 시트 몸체부(31)와 일체로 형성되어 일측단에 상기 밸브체(40)의 작동면(41)이 접면되는 시트부(35)로 구성되되, 시트 몸체부(31)의 제1 내실(31a), 시트 몸체부(31)의 외주부 형상, 또는 편심형 시트(seat, 30) 전체의 외주부 형상은 상기 밸브의 보디(Body, 10)의 개구부(11)와 동심(concentric)이고, 시트 몸체부(31)와 시트부(35)는 상호 편심(Eccentric)되어, 상기 시트 몸체부(31)의 중심선(L4)과 상기 시트부(35)의 제2 내실(35a)의 중심선(L5)이 어긋나게 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 밸브체(40)는 세그먼트 볼 형상이고, 밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 중심선(L1)과 밸브의 스템(Stem, 20, 밸브대)의 회전중심(P2)이 일치하고, 세그먼트 볼 형상의 밸브체(40)의 시팅 라인의 중심선(L3)과 스템의 회전중심(P2)이 제1 거리(D1) 만큼 어긋나되, 편심량인 상기 제1 거리(D1)는, 밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 직경의 0.03 ~ 0.09배 인 것이 바람직하다.
본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 형 시트(seat, 30)의 시트 몸체부(31)의 타측에 고정용 핀홀(32)이 적어도 2개 형성되고, 밸브의 보디(Body, 10)의 상응하는 위치에 핀 결합홀(12)이 형성되어 편심형 시트(seat, 30)가 상기 밸브의 보디(Body, 10)에 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명은 밸브의 보디(Body) 개구부의 중심선과 밸브의 스템(Stem)의 회전중심이 일치하는 동심형 구조에, 편심형 시트(seat, 몸체부와 시팅부가 편심)를 적용하여, 세그먼트 볼 형상의 밸브체의 중심선(시팅 중심 라인)과 스템의 회전중심이 어긋나게 하여 편심형 밸브 구조를 구현하여, 동심형 밸브 구조와 부품의 호환성을 도모하면서, 편심 세그먼트 밸브의 장점인 밸브 작동(회전)시 닫힘위치 이외의 구간에서 Ball과 Seat를 비접촉 회전운동케하여 마찰력의 영향을 받지않고 작은 신호 변동에 대하여도 미세조정이 가능하다는 편심형 반볼 밸브에서 장점을 동시에 갖는 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조를 제공하기 위한 것이다.
부연하면, 기존 편심형 반볼(일부 볼, 세그먼트 볼) 밸브에서는 편심의 효과를 Body와 축(Stem) 회전부의 중심을 Body 내부에서 구현함으로써 편심Body 제작비용 (금형제작, 주조, 가공, 조립 등)의 증가와 동심형 내부품을 겸용 사용할 수 없어 2중투자와 관리가 필요했다. 본 발명은 오직 Seat Ring과 Ball만을 달리 제작, 관리하면 기존의 동심제품과 모든 부품을 공유하면서도, 편심형 반볼밸브가 갖는 특성을 구현할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 볼 밸브 구조 중 밸브 보디 구성도.
도 3은 본 발명의 편심형 시트 상세 구성도.
도 4는 본 발명의 세그먼트 볼 밸브 상세 구성도.
이하에서 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조 전체 구성도, 도 2는 본 발명의 볼 밸브 구조 중 밸브 보디 구성도, 도 3은 본 발명의 편심형 시트 상세 구성도이고, 도 4는 본 발명의 세그먼트 볼 밸브 상세 구성도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조는, 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 중심선(L1)과 밸브의 스템(Stem, 20)의 회전중심(P2)이 일치하는 동심형 구조에, 편심형 시트(seat, 30)를 적용하여, 세그먼트 볼 형상의 밸브체(40)의 시팅 라인의 중심선(L3)과 스템의 회전중심(P2)이 제1 거리 만큼 어긋나게 하여 편심형 밸브 구조를 구성한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 편심형 시트(seat, 30)는, 개구부(11)가 형성된 밸브의 보디(Body, 10)의 일측에 결합하는 시트 몸체부(31)와, 시트 몸체부(31)와 일체로 형성되어 일측단에 상기 밸브체(40)의 작동면(41)이 접면되는 시트부(35)로 구성된다. 시트 몸체부(31)의 제1 내실(31a), 시트 몸체부(31)의 외주부 형상, 또는 편심형 시트(seat, 30) 전체의 외주부 형상은 상기 밸브의 보디(Body, 10)의 개구부(11)와 동심(concentric)이고, 시트 몸체부(31)와 시트부(35)는 상호 편심(Eccentric)되어, 상기 시트 몸체부(31)의 중심선(L4)과 상기 시트부(35)의 제2 내실(35a)의 중심선(L5)이 어긋나게 구성된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 밸브체(40)는 세그먼트 볼 형상이고, 밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 중심선(L1)과 밸브의 스템(Stem, 20, 밸브대)의 회전중심(P2)이 일치하고, 세그먼트 볼 형상의 밸브체(40)의 시팅 라인의 중심선(L3)과 스템의 회전중심(P2)이 제1 거리(D1) 만큼 어긋난다. 편심량인 상기 제1 거리(D1)는, 밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 직경의 0.03 ~ 0.09배 인 것이 바람직하다. 0.03 이상의 편심도가 회전 시, Ball과 Seat의 간섭 및 마찰을 피하기에 유효하며, 0.09배 이상에서 치수의 지나친 확장으로 외형치수가 커지는 문재점이 있다. 0.06배 측 밸브 규격의 6% 정도가 가장 적합함을 알 수 있었다.
도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 편심형 시트(seat, 30)의 시트 몸체부(31)의 타측에 고정용 핀홀(32)이 적어도 2개 형성되고, 밸브의 보디(Body, 10)의 상응하는 위치에 핀 결합홀(12)이 형성되어 편심형 시트(seat, 30)가 상기 밸브의 보디(Body, 10)에 결합된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서, 시트 몸체부(31)의 제1 내실(31a) 형상은 심부를 중심으로 360도 전부 반경방향으로 대칭되게 형성되고, 편심형 시트(seat, 30) 전체의 외주부 형상은 심부를 중심으로 360도 전부 반경방향으로 대칭되게 형성되고, 시트 몸체부(31)와 시트부(35)는 반경방향으로 비대칭되게 형성되고, 상측벽(35c)의 두께와 하측벽(35b)의 두께가 서로 다르게 형성된다.
이하에서 본 발명의 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조에 대하여 부연설명한다. 동심몸체와 편심구조를 갖는 밸브씨트를 이용하여, 동심형 몸체구조를 갖음으로, 동심형 반볼, 편심형 반볼을 모두 적용할 수 있다. 반볼형태의 밸브에서 편심형을 채택하는 이유는 밸브 작동(회전) 시, 닫힘위치 이외의 구간에서 Ball과 Seat를 비접촉 회전운동케하여, 마찰력의 영향을 받지않고, 작은 신호 변동에 대하여도, 미세조정이 가능하게 하고자 함이다.
일 실시예에서 Body의 가공은 모든 치수가 동심가공이다. ① Seat 고정용 Pin자리 : <도2>와 같이 Seat가 고정될 수 있도록 2개의 Seat 고정용 Pin자리를 가공한다. ② Seat(Ring)에도 <도3>과 같이 2개의 고정용 Pin자리를 가공한다. ③ Seat(Ring) 본체의 중심선은 Body의 중심선과 일치시킨다<도3-2>. ④ Seat와 Ball이 만나는 Seating line의 중심선을 Body의 중심선상에서 밸브 규격별 약 0.6%(예: 50mm 밸브일 경우, 편심도= 3mm) 편심시킨다<도3> 편심도 0.6%(밸브 규격에 대하여) : 이 정도의 편심도가 회전 시, Ball과 Seat의 간섭 및 마찰을 피하며, 또한 치수의 지나친 확장으로 외형치수가 커짐을 방지할 수 있는 최소치 임을 설계를 통하여 확인 하였다. ⑤ Ball의 회전 중심점은 Body의 중심점과 동심으로 한다<도4-1> ⑥ Ball이 Seat와 만나는 Seating line의 중심선을 ③항과 같은 이유로, Body의 중심선 상에서 밸브 규격별 약 0.6% 편심시킨다<도4-2>
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
10 : 밸브의 보디
11 : 개구부
12 : 핀 결합홀
20 : 밸브의 스템
30 : 밸브 시트
31 : 시트 몸체부
32 : 고정용 핀홀
35 : 시트부
40 : 밸브체
L1 : 밸브 개구부 중심선
P2 : 스템의 회전중심
L3 : 시팅 라인의 중심선
L4 : 시트 몸체부 중심선
L5 : 시트부 제2 내실 중심선

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 세그먼트 볼 밸브 구조에 있어서,
    밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 중심선(L1)과 밸브의 스템(Stem, 20)의 회전중심(P2)이 일치하는 동심형 구조에, 편심형 시트(seat, 30)를 적용하여, 세그먼트 볼 형상의 밸브체(40)의 시팅 라인의 중심선(L3)과 스템의 회전중심(P2)이 제1 거리 만큼 어긋나게 하고,

    상기 편심형 시트(seat, 30)는,
    개구부(11)가 형성된 밸브의 보디(Body, 10)의 일측에 결합하는 시트 몸체부(31)와,
    상기 시트 몸체부(31)와 일체로 형성되어 일측단에 상기 밸브체(40)의 작동면(41)이 접면되는 시트부(35)로 구성되되,

    상기 시트 몸체부(31)의 제1 내실(31a), 시트 몸체부(31)의 외주부 형상, 또는 편심형 시트(seat, 30) 전체의 외주부 형상은 상기 밸브의 보디(Body, 10)의 개구부(11)와 동심(concentric)이고,
    상기 시트 몸체부(31)와 시트부(35)는 상호 편심(Eccentric)되어, 상기 시트 몸체부(31)의 중심선(L4)과 상기 시트부(35)의 제2 내실(35a)의 중심선(L5)이 어긋나게 구성되고,

    상기 밸브체(40)는 세그먼트 볼 형상이고,
    밸브의 보디(Body, 10) 개구부(11)의 중심선(L1)과 밸브의 스템(Stem, 20, 밸브대)의 회전중심(P2)이 일치하고,
    상기 세그먼트 볼 형상의 밸브체(40)의 시팅 라인의 중심선(L3)과 스템의 회전중심(P2)이 제1 거리(D1) 만큼 어긋나고,

    상기 시트 몸체부(31)의 제1 내실(31a) 형상은 심부를 중심으로 360도 전부 반경방향으로 대칭되게 형성되고,
    상기 편심형 시트(seat, 30) 전체의 외주부 형상은 심부를 중심으로 360도 전부 반경방향으로 대칭되게 형성되고,
    상기 시트 몸체부(31)와 시트부(35)는 반경방향으로 비대칭되게 형성되고, 상측벽(35c)의 두께와 하측벽(35b)의 두께가 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 동심형 구조에 편심형 시트가 적용된 세그먼트 볼 밸브 구조.
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