KR20000058087A - 안전밸브 - Google Patents

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KR20000058087A
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요네자와케이타로
시라카와츠토무
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요네자와 게이타로
가부시키가이샤 코스멕
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
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    • F16K17/105—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with auxiliary valve for fluid operation of the main valve using choking or throttling means to control the fluid operation of the main valve

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Abstract

본 발명의 목적은 안전밸브를 신속하게 움직일 수 있는 콤팩트한 안전밸브를 제공하는 것이다.
주밸브(5)의 제1 밸브시트(11)에 압축 스프링(21)에 의해 실린더 형태의 제1 닫힘부재(14)를 민다. 이 제1 닫힘부재(14)의 실린더형 구멍(14a) 내에 제한로(16)와 폐밸브 작동실(17)을 순서대로 설치한다. 상기 제1 밸브시트(11)의 반경 방향 외측 공간의 압력구(P)와 배출구(R)의 사이에서, 상기 제1 닫힘부재(14)가 닫히는 이동의 말기에 소정의 길이로 감합하는 감합벽(23)을 배치하고, 이 감합벽(23)의 감합부(24)의 내측 공간에 의해 개밸브 유지실(25)이 구성된다. 또, 상기 폐밸브 작동실(17)을 파일럿 밸브(6)의 제2 밸브시트(31)로 연통시켜, 상기 제2 밸브시트(31)로 압력 스프링(37)에 의해, 제2 닫힘부재(34)를 닫히게 접촉시킨다. 상기 제2 밸브시트(31)의 실링 단면적(S)과, 상기 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적(T)과, 상기 폐밸브 작동실(17)의 가압용 단면적(U)과, 상기 개밸브 유지실(25)의 가압용 단면적(V)을, 상기 순서대로 큰 값으로 설정한다.

Description

안전밸브{Safety valve assembly}
본 발명은 파일럿 작동식 안전밸브(pilot-operated safety valve)에 관한 것이다.
이와 같은 종류의 안전밸브는, 종래에는 본 발명자가 이미 출원한 일본국 특공소 54-23474호 공보에 개시된 것이 있다.
상기 종래의 안전밸브는 안전 작동압력을 설정하기 위한 압력 스프링(pushing spring)에 의해 밀리는 파일럿 밸브에 실린더 형태의 주밸브(main valve)와 맞대어지고, 이 주밸브의 인접부에 의해 릴리프 밸브시트(relief valve seat)를 구성한 것이다.
그런데, 이상 압력상승한 유체의 압력을 빠르게 저하시키기 위해서는, 안전작동 시의 최대 방출량을 크게 할 필요가 있다.
그러나 상기 종래 구조의 안전밸브는, 릴리프 밸브가 하나뿐이므로, 최대 방출량을 크게 하려고 하면, 릴리프 밸브의 밸브시트 구멍의 단면적이 크게 되어, 상기 파일럿 밸브체의 밸브를 열기 위한 압력을 받는 면적도 크게 된다. 따라서 상기 압력을 받는 면적에 작용하는 유체 압력에 의해, 상기 압력 스프링의 압력이 결정되므로, 이 압력 스프링에는 강력하고 대형의 것을 이용할 필요가 있다. 그 결과, 안전밸브가 대형화한다.
본 발명의 목적은 안전 작동을 빠르게 할 수 있는 콤팩트한 안전밸브를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내고, 안전밸브의 입면 단면도,
도 2의 (a)는 상기 안전밸브의 닫힌 상태의 모식도,
도 2의 (b)는 상기 안전밸브의 열리기 시작할 때의 상태를 나타내는 모식도,
도 3의 (a)는 상기 안전밸브의 모두 열린 상태의 모식도,
도 3의 (b)는 상기 안전밸브의 닫히는 도중의 상태의 모식도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예를 나타내고, 상기 도 1에 대응하는 도면,
도 5는 본 발명의 제3 실시예를 나타내고, 상기 도 1에 대응하는 도면이다.
* 주요 도면부호의 설명
5: 주밸브 6: 파일럿 밸브
11: 제1 밸브시트 13: 제1 밸브실
14: 제1 닫힘부재 14a: 실린더형 구멍
16: 제한로 17: 폐밸브 작동실
21: 가압수단(압축 스프링) 23: 감합벽
24: 감합부 25: 개밸브 유지실
28: 제한부 31: 제2 밸브시트
34: 제2 닫힘부재 37: 압력 수단(압력 스프링)
P: 압력구 R: 배출구
S: 제2 밸브시트(31)의 실링 단면적
T: 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적
U: 폐밸브 작동실(17)의 가압용 단면적
V: 개밸브 유지실(25)의 가압용 단면적.
상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 제1항의 발명은, 예를 들면 도 1에서 도 3, 또는 도 4나 도 5에 나타낸 바와 같이, 안전밸브를 다음과 같이 구성했다.
파일럿 밸브(6)가 열리는 것에 의해 주밸브(5)가 열리도록 구성한 안전밸브에 있어서,
상기 주밸브(5)는, 압력구(P)와 배출구(R)의 사이에 설치된 제1 밸브시트(11)와, 이 제1 밸브시트(11)에 대해 개폐 이동되는 제1 닫힘부재(14)와, 이 제1 닫힘부재(14)를 상기 제1 밸브시트(11)로 미는 압력수단(21)을 구비하고,
상기 제1 닫힘부재(14) 내에는 상기 제1 밸브시트(11) 내로 연통된 제한로(restricting passage, 16)가 설치되고, 이 제한로(16)의 출구에 상기 제1 닫힘부재(14)를 닫히는 쪽으로 미는 폐밸브 작동실(17)을 연통해서,
상기 제1 밸브시트(11)의 반경 방향 바깥쪽 공간에 상기 압력구(P)와 배출구(R)의 사이에, 상기 제1 닫힘부재(14)가 닫히는 이동의 마지막 시점에 소정의 길이로 감합하는 감합벽(嵌合壁, 23)을 배치하는 동시에, 이 감합벽(23)의 감합부(24)의 안쪽 공간에 의해 개밸브 유지실(valve-opening holding chamber, 25)을 구성하고,
상기 파일럿 밸브(6)는, 상기 폐밸브 작동실(17)로 연통된 제2 밸브시트(31) 내의 압력이 설정 압력을 넘을 때에는, 압력수단(37)에 저항해서 제2 닫힘부재(34)를 상기 제2 밸브시트(31)에서 떨어뜨려, 상기 제2 밸브시트(31) 내의 유체를 외부로 배출하도록 구성하고,
상기 제2 밸브시트(31)의 실링 단면적(sealing sectional area, S)보다도 상기 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적(T)을 큰 값으로 설정하고, 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적(T)보다도 상기 폐밸브 작동실(17)의 가압용 단면적(U)을 큰 값으로 설정하고, 이 폐밸브 작동실(17)의 가압용 단면적(U)보다도 상기 개밸브 유지실(25)의 가압용 단면적(V)을 큰 값으로 설정한 것이다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해, 제2항의 발명은, 예를 들면 상기와 같은 도 1에서 도 3, 또는 도 4나 도 5에 도시된 바와 같이, 안전밸브를 다음과 같이 구성했다.
압력구(P)와 배출구(R)의 사이에 주밸브(5) 및 파일럿 밸브(6)를 배치하고,
상기 압력구(P)를 상기 주밸브(5)의 제1 밸브시트(11)와, 이 제1 밸브시트(11)에 대해 개폐 이동되는 제1 닫힘부재(14) 내의 제한로(restricting passage, 16)와, 이 제1 닫힘부재(14)를 닫히는 쪽으로 가압하는 폐밸브 작동실(17)과, 상기 파일럿 밸브(6)의 제2 밸브시트(31)를 순차적으로 거쳐, 상기 배출구(R)로 연통되는 동시에, 상기 압력구(P)를 상기 제1 밸브시트(11)의 반경 방향의 바깥쪽 공간에 배치한 개밸브 유지실(25)을 거쳐 상기 배출구(R)로 연통시키고,
상기 개밸브 유지실(25)을, 상기 제1 닫힘부재(14)가 닫혀 이동하는 마지막 시점에 소정의 길이로 감합하는 감합벽(23)의 감합부(24)의 안쪽 공간에 의해 구성하고,
상기 제1 밸브시트(11)로 상기 제1 닫힘부재(14)를 가압수단(21)에 의해 가압하는 동시에, 상기 제2 밸브시트(31)로 제2 닫힘부재(34)를 압력수단(37)에 의해 밀고,
상기 제2 밸브시트(31)의 실링 단면적(S)과, 상기 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적(T)과, 상기 폐밸브 작동실(17)의 가압용 단면적(U)과, 상기 폐밸브 유지실(25)의 가압용 단면적(V)을, 차례대로 큰 값으로 설정하고,
상기 제2 밸브시트(31) 내의 압력이 설정 압력을 넘을 때에는, 상기 압력수단(37)에 저항해서, 제2 닫힘부재(34)를 상기 제2 밸브시트(31)에서 떨어뜨려, 상기 제2 밸브시트(31) 내의 유체를 상기 배출구(R)로 배출시키고, 이것에 의해 상기 제1 닫힘부재(14)를 상기 제1 밸브시트(11)에서 떨어뜨려, 상기 제1 밸브시트(11) 내의 유체를 상기 개밸브 유지실(25)을 거쳐 상기 배출구(R)로 배출시키는 것이다.
상기 제1항과 제2항의 각 발명은, 실질적으로 같은 형태로 작용하고, 예를 들면 상기 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 다음과 같이 작용한다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 압력구(P)의 압력이 안전작동을 위해 설정된 압력보다 낮은 통상 압력(P0)의 상태에서는, 압력수단(37)의 밸브를 닫는 힘이 제2 밸브시트(31) 내의 압력 유체에 의한 밸브를 여는 힘보다 우세해서, 제2 닫힘부재(34)를 상기 제2 밸브시트(31)로 닫혀 접하게 하는 동시에, 폐밸브 작동실(17) 내의 압력유체에 의한 밸브를 닫는 힘과 가압수단(21)의 밸브를 닫는 힘의 합력이 제1 밸브시트(11) 내의 압력유체에 의한 밸브를 여는 힘보다 우세해서, 제1 닫힘부재(14)를 상기 제1 밸브시트(11)로 닫혀 접하게 한다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 압력구(P)의 압력유체가 이상 압력(P1)으로 상승하면, 상기 제2 밸브시트(31)에서 제2 닫힘부재(34)가 떨어져서, 상기 압력구(P) 내의 압력유체가 제한로(16)와 제2 밸브시트(31)를 통해 배출구(R)로 배출된다. 그러면, 상기 제한로(16)를 통과하는 압력유체의 유동저항에 의해 상기 폐밸브 작동실(17) 내의 압력이 급속히 저하하고, 상기 폐밸브 작동실(17) 내의 압력유체에 의한 밸브를 닫는 힘과 가압수단(21)의 밸브를 닫는 힘의 합력보다도 상기 제1 밸브시트(11) 내의 압력유체에 의한 밸브를 여는 힘이 크게 된다.
상기 힘의 차이에 의해, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 밸브시트(11)에서 제1 닫힘부재(14)가 떨어져서, 상기 제1 밸브시트(11) 내의 압력유체가 상기 개밸브 유지실(25)을 통해 배출구(R)로 급속히 배출된다.
이 압력유체의 배출에 의해 압력구(P) 내의 압력이 급속히 저하하므로, 상기 제2 밸브시트(31) 내의 압력도 저하한다. 그러면, 우선 제2 닫힘부재(34)가 압력수단(37)의 미는 힘에 의해 제2 밸브시트(31)에 닫혀 접하게 되어서, 폐밸브 작동실(17) 내의 압력이 제1 밸브시트(11) 내의 압력에 가까운 값까지 높아지므로, 상기 폐밸브 동작실(17) 내의 압력유체의 밸브를 닫는 힘에 의해 제1 닫힘부재(14)가 닫히는 방향으로 밀려 간다.
그러나 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 닫힘부재(14)의 선단(先端)이 상기 감합벽(23)의 선단에 감합하기 시작하는 직전이 되면, 상기 개밸브 유지실(25)의 압력이 제1 밸브시트(11) 내의 압력에 가까운 값까지 상승한다. 이 때문에, 상기 개밸브 유지실(25) 내의 가압력에 의해 상기 제1 닫힘부재(14)가 상기 제1 밸브시트(11)에서 떨어진 상태로 유지된다.
그래서, 상기 압력구(P) 내의 압력유체는, 제1 밸브시트(11) 내부와 개밸브 유지실(25)과 상기 떨어진 간극을 차례로 거쳐 배출구(R)로 배출되어 가고, 상기 압력구(P)의 압력이 거의 없게 될 때에 상기 가압수단(21)의 미는 힘에 의해 상기 제1 닫힘부재(14)가 제1 밸브시트(11)에 닫혀 접촉하게 되는 것이다.
상기 제1항 또는 제2항의 각 발명에 있어서는, 제3항의 발명에 나타낸 바와 같이, 다음과 같이 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 예를 들어 상기 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 밸브시트(11)로 향해 개구되는 제1 밸브실(13)에 상기 제1 닫힘부재(14)를 개폐 이동 가능하게 삽입하고, 상기 제1 닫힘부재(14)가 소정량 이상으로 열려 이동한 때에는 상기 제1 밸브시트(13)의 저부(低部)의 유체가 상기 제1 밸브실(13)의 개구부에서 유출하는 것을 제한하는 제한부(28)를 상기 제1 닫힘부재(14)의 외주면에 설치하는 것이다.
상기 제3항의 발명은, 제1 닫힘부재의 열려 이동하는 것의 마지막 시점에 상기 제1 밸브실의 저부의 유체가 외부로 유출하는 것을 상기 제한부로 제한하는 것에 의해, 상기 제1 닫힘부재의 개방 이동하는 것을 완충할 수 있다. 이 때문에 상기 제1 닫힘부재가 필요 이상으로 개방 이동해서 제1 밸브실의 저벽에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 제1 밸브실의 수평 길이를 짧게 하고, 안전밸브를 더욱 콤팩트하게 제작할 수 있다.
도 1에서 도 3은, 본 발명의 제1 실시예를 나타내고, 기계 프레스의 유압식 과부하 방지장치에 본 발명의 안전밸브를 적용한 것을 예시하고 있다.
우선 도 1의 입면시의 단면도에 의해, 상기 안전밸브의 구조를 설명한다.
상기 안전밸브의 하우징(1)은, 하우징 본체(2)와 덮개케이스(3)를 좌우 방향으로 연결해서 구성된다. 상기 하우징 본체(2)의 좌중앙부에 압력구(P)가 형성되는 동시에, 상기 하우징 본체(2)의 하부에 배출구(R)가 형성된다.
또, 도시되어 있지 않으나, 상기 압력구(P)는 기계프레스의 슬라이드 내에 형성된 과부하 흡수용 유압실에 접속되어 있고, 상기 배출구(R)는 오일탱크에 접속되어 있다.
상기 하우징(1) 내의 가로 길이의 빈 공간에 주밸브(5)와 파일럿 밸브(6)가 좌우에 배치된다.
상기 주밸브(5)는 다음과 같이 구성된다.
상기 압력구(P)와 배출구(R)의 사이에 상기 압력구(P)의 오른쪽 단부에 제1 밸브시트(11)가 형성된다. 또한, 상기 하우징 본체(2) 내의 중앙부에 지지 실린더(support cylinder, 12)가 나사 고정되고, 이 지지 실린더(12)의 실린더형 구멍에 의해, 상기 제1 밸브시트(11)로 향해 열린 제1 밸브실(13)이 형성된다. 이 제1 밸브실(13)에는, 제1 닫힘부재(14)가 상기 제1 밸브시트(11)에 대해 개폐 이동 가능하게 삽입된다.
상기 제1 닫힘부재(14)의 실린더형 구멍(14a) 내에는 제한로(16)와 폐밸브 작동실(17)이 직렬로 형성된다.
보다 상세히 말하면, 상기 제1 닫힘부재(14)의 상기 실린더형 구멍(14a)의 왼쪽 지지부에 상기 제한로(16)가 형성되고, 이 제한로(16)가 상기 제1 밸브시트(11) 내로 연통된다. 또한 상기 실린더형 구멍(14a)의 우반부에 슬라이드 실린더(slide cylinder, 18)가 실링부재(19)에 의해 밀폐되어 삽입되고, 이 실링부재(19)의 실링면의 내측 공간에 의해 상기 폐밸브 작동실(17)이 형성된다.
상기 슬라이드 실린더(18)의 왼쪽 부분과 상기 제1 닫힘부재(14)의 사이에는, 가압수단인 압축 스프링(21)이 장착된다. 이 압축 스프링(21)에 의해, 상기 제1 닫힘부재(14)가 상기 제1 밸브시트(11)에 접촉하는 동시에, 상기 슬라이드 실린더(18)의 단부(18a)가 상기 지지 실린더(12)의 축경부(縮徑部, 12a)에 접촉된다.
또한, 상기 제1 밸브시트(11)의 반경 방향의 외측 공간에는 상기 하우징 본체(2)가 상기 제1 밸브시트(11)의 우단면보다도 오른쪽 방향으로 돌출되고, 이 돌출부분에 의해 환상의 감합벽(23)이 형성된다. 이 감합벽(23)에 상기 제1 닫힘부재(14)가 개폐 방향으로 소정의 길이 감합되고, 이 감합벽(23)의 감합부(24)의 내측 공간에 의해 개밸브 유지실(25)이 구성된다. 따라서 상기 압력구(P)는, 상기 제1 밸브시트(11) 내부와 상기 개밸브 유지실(25)과 상기 감합부(24)의 감합 간극과 환상의 출구실(26)을 차례로 거쳐, 상기 배출구(R)로 연통 가능하게 되어 있다.
또, 상기 제1 닫힘부재(14)가 소정 양 이상 열려 이동된 때에, 상기 제1 밸브실(13)의 저부의 유체가 상기 제1 밸브실(13)의 개구부에서 유출하는 것을 제한하는 수단이 설치된다. 이 제한 수단은 여기서는, 상기 제1 닫힘부재(14)의 외주면에 설치된 제한부(28)와 상기 제1 밸브실(13)의 개구단(開口端, 13a)에 의해 구성되어 있다.
상기 파일럿 밸브(6)는 다음과 같이 구성되어 있다.
상기 슬라이드 실린더(18)의 오른쪽 단부에 제2 밸브시트(31)가 설치되고, 상기 하우징(1) 내의 좌우 방향의 중앙부에 제2 밸브실(33)이 형성된다. 이 제2 밸브실(33)에 밀폐되어 삽입한 제2 닫힘부재(34)가 상기 제2 밸브시트(31)에 대해 개폐 이동된다. 상기 덮개 케이스(3)에는 나사 장착된 캡 볼트(cap bolt, 36)와 상기 제2 닫힘부재(34)의 사이에 압력수단인 압력 스프링(37)이 장착된다.
또, 상기 제2 밸브시트(31)의 반경 방향의 외측에 상기 지지 실린더(12)의 오른쪽 단부가 상기 제2 밸브실(33) 내로 돌출된다. 이 환상 돌출부(39)의 외주면에 상기 제2 닫힘부재(34)가 개폐 방향으로 소정의 길이 감합되어, 이 감합부(40)의 내측 공간에 의해 개밸브 가속실(accelerating chamber, 41)이 구성되어 있다.
또, 상기 파일럿 밸브(6)의 작동 상태는, 상기 제2 닫힘부재(34)에 설치된 암(43)의 상부의 이동량을 리미트 스위치 등의 센서(도시되지 않음)로 검출하는 것으로 판단된다.
또한, 상기 주밸브(5) 및 파일럿 밸브(6)에는, 상기한 구성부재의 각 실링 단면적이 다음과 같이 관계지워진다.
즉, 상기 제2 밸브시트(31)의 실링 직경(A)에 대응하는 실링 단면적(S)과, 상기 제1 밸브시트(11)의 실링 직경(B)에 대응하는 실링 단면적(T)과, 상기 폐밸브 작동실(17)의 실링 직경(C)에 대응하는 가압용 단면적(U)과, 상기 감합부(24)의 직경(D)에 대응하는 상기 개밸브 유지실(25)의 가압용 단면적(V)을, 상기 순서로 크게 한다.
또, 상기 제한로(16)의 직경(E)에 대응하는 단면적(W)은, 여기서는 상기 제2 밸브시트(31)의 실링 단면적(S) 이하의 값으로 설정되어 있으나, 상기 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적(T)보다도 작은 값이어도 지장이 없다.
상기 구성의 안전밸브의 작동을 도 2 및 도 3의 모식도에 의해 설명한다.
상기 기계 프레스에 과부하가 작용하지 않는 상태에서, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 압력구(P)의 압력은, 안전작동의 설정 압력(여기서는 230㎏f/㎠(약 23㎫) 정도)보다 낮은 통상압력(P0)(여기서는 100㎏f/㎠(약 10㎫)정도)이고, 상기 파일럿 밸브(6) 및 주밸브(5)가 동시에 닫혀 있다.
즉, 상기 제2 닫힘부재(34)는 제2 밸브시트(31) 내의 압유(pressurized oil)에 의해 오른쪽으로 밀리는 동시에, 상기 압력 스프링(37)의 압력에 의해 상기 제2 밸브시트(31)에 닫혀 접촉된다. 또 상기 제1 닫힘부재(14)는 폐밸브 작동실(17) 내의 압유에 의한 왼쪽 방향의 가압력(및 압축 스프링(21)의 왼쪽으로의 압력)에서 상기 제1 밸브시트(11) 내의 압유에 의한 오른쪽 방향으로의 압력을 뺀 힘에 의해, 상기 제1 밸브시트(11)에 닫혀 접촉된다.
상기 기계 프레스에 과부하가 작용해서, 상기 압력구(P)의 압력이 설정압력을 넘으면, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 파일럿 밸브(6)가 열린다. 즉, 상기 압력구(P) 내부(및 제2 밸브시트(31) 내부)의 압유가 설정압력을 넘는 이상 압력(P1)으로 상승하면, 우선, 제2 밸브시트(31)에서 제2 닫힘부재(34)가 약간 떨어져 있다. 그러면, 상기 압유가 상기 떨어진 간극을 통해, 상기 개밸브 가속실(41)로 유출하고, 이 큰 단면적의 개밸브 가속실(41)에 작용하는 큰 가압력에 의해, 상기 제2 닫힘부재(34)를 오른쪽으로 급속히 열리도록 이동시킨다.
이것에 의해, 상기 압력구(P) 내의 압유가 상기 제한로(16)와, 제2 밸브시트(31)와, 개밸브 가속실(41)과, 제2 밸브실(33)과, 상기 지지 실린더(12)의 연통공(連通孔, 12b)과, 상기 출구실(26)과, 상기 배출구(R)를 순서대로 통해, 오일탱크(도시되지 않음)로 배출되고, 이와 동시에 상기 제한로(16)를 통과하는 압유의 유동저항에 의해 상기 폐밸브 작동실(17) 내의 유압력이 급속히 저하한다.
이 때문에, 이 폐밸브 작동실(17) 내의 낮은 유압에 의한 작은 밸브를 닫는 힘의 가압력과 압축스프링(21)의 밸브를 닫는 힘의 합력보다 상기 제1 밸브시트(11) 내의 높은 유압에 의한 밸브를 여는 힘이 크게 된다. 그래서, 그 차이 힘에 의해, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 밸브시트(11)에서 상기 제1 닫힘부재(14)가 급속히 떨어진다. 이것에 의해, 상기 제1 밸브시트(11) 내의 압유가 상기 개밸브 유지실(25)과, 상기 출구실(26)과, 배출구(R)를 순서대로 통해 오일탱크(도시되지 않음)로 급속히 배출된다.
상기 압유의 배출에 의해, 압력구(P) 내의 압력이 급속히 저하하면, 상기 제2 밸브시트(31) 내의 압력도 저하하므로, 상기 파일럿 밸브(6)와 상기 주밸브(5)는, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 다음과 같이 작동한다.
우선, 제2 닫힘부재(34)가 압력 스프링(37)의 미는 힘에 의해 제2 밸브시트(31)에 닫혀 접촉된다. 그러면, 폐밸브 작동실(17) 내의 압력이 제1 밸브시트(11) 내의 압력에 가까운 값까지 높아지므로, 이 폐밸브 작동실(17) 내의 압유의 폐밸브용 가압력에 의해 제1 닫힘부재(14)가 닫히는 방향으로 밀려 간다.
그러나, 상기 제1 닫힘부재(14)의 외주면의 선단이 상기 감합벽(23)의 내주면의 선단에 감합되기 시작하는 직전이 되면, 이 개밸브 유지실(25)의 압력이 제1 밸브시트(11) 내의 압력에 가까운 값까지 상승하므로, 이 개밸브 유지실(25) 내의 가압력에 의해 상기 제1 닫힘부재(14)가 제1 밸브시트(11)에서 떨어진 상태로 유지된다.
따라서, 상기 압력구(P) 내의 압유는, 제1 밸브시트(11) 내와, 개밸브 유지실(25)과, 감합벽(23)의 선단과 제1 닫힘부재(14)의 선단 사이의 간극과, 출구실(26)을 순서대로 통과해서, 배출구(R)로 배출되어 간다. 따라서, 상기 압력구(P)의 압력이 거의 없게 될 때에는(예를 들면, 0.1㎏f/㎠(약 0.01㎫) 정도의 압력으로 저하한 때에는), 상기 압축스프링(21)의 미는 힘에 의해 상기 제1 닫힘부재(14)가 제1 밸브시트(11)에 닫혀 접촉하게 된다.
또, 상기 도 3의 (a)에 나타낸 제1 닫힘부재(14)의 개방 이동할 때에 있어서, 이 개방 이동하는 초기에서 중기에는, 제1 밸브실(13)의 저부의 압유는 상기 제1 닫힘부재(14)의 외주홈(14b)을 통해, 출구실(26)로 원활하게 유출되어 간다. 이것에 대해, 상기 개방 이동의 말기에는, 상기 제1 폐지밸브(14)의 상기 제한부(28)가 상기 제1 밸브실(13)의 상기 개구단(13a)에 접근하는 것에 의해, 상기 제1 밸브실(13)의 저부의 압유의 유출을 제한할 수 있다. 그래서, 상기 제1 밸브실(13)의 저부 내의 압유의 완충작용에 의해, 상기 제1 닫힘부재(14)가 필요 이상으로 개방 이동해서, 제1 밸브실(13)의 저벽에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
도 4 및 도 5는, 각각 제2 실시예와 제3 실시예를 나타내고, 상기 도 1에 대응하는 도면이다. 이들 각각의 실시예에는, 도 1과 같은 구성의 부재에는 동일한 부호를 붙여져 있다.
제2 실시예를 나타내는 도 4의 안전밸브는, 상기 도 1의 안전밸브보다 대용량화한 것을 예시하고 있고, 상기 도 1의 안전밸브와는 다음의 점에서 상이하다.
상기 하우징(1) 내에 고정된 지지 실린더(12)의 실린더형 구멍에 상기 슬라이드 실린더(18)가 실링부재(19)에 의해 밀폐식으로 삽입된다. 또, 상기 지지 실린더(12)의 외주면에 상기 제1 닫힘부재(14)가 별도의 실링부재(51)에 의해 밀폐식으로 장착된다. 이것에 의해, 제2 밸브시트(31)의 실링 직경(A)을 작은 값으로 유지한 채, 제1 밸브시트(11)의 실링 직경(B) 및 감합부(24)의 직경(D)을 크게 할 수 있다.
이 때문에, 상기 제1 밸브시트(11)의 최대 유출량을 크게 하고, 대용량의 안전밸브를 콤팩트하게 만들 수 있다.
또, 이 제2 실시예에 있어서, 상기 제1 닫힘부재(14)의 소정의 양 이상 개방 이동하는 것을 제한하는 수단을 설치하는 경우에는, 상기 제1 닫힘부재(14)의 외주 공간에 제1 밸브실을 구획 형성하고, 이 제1 밸브실의 주변벽에 대면하는 제한부를 상기 제1 닫힘부재(14)의 외주면에 설치하면 좋다.
제3 실시예를 나타내는 도 5의 안전밸브는, 상기 제1 실시예의 도 1의 안전밸브와 다음의 점에서 상이하다.
상기 하우징(1)의 지지 실린더(12) 내에 상기 실링부재(19)에 의해 상기 슬라이드 실린더(18)을 밀폐식으로 삽입하는 동시에, 상기 슬라이드 실린더(18)의 실린더형 구멍 내에 상기 제1 닫힘부재(14)의 우반부를 별도의 실링부재(51)에 의해 밀폐식으로 삽입해서, 상기 슬라이드 실린더(18)의 실린더형 구멍 내에 상기 폐밸브 작동실(17)을 형성한다. 또 상기 제1 닫힘부재(14) 내에는, 좌우 방향으로 연장하는 제한로(16)를 관통해서 형성한다.
또한, 상기 슬라이드 실린더(18)의 실린더형 구멍 내의 왼쪽 부분에 상기 제1 밸브실(13)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 제1 닫힘부재(14)가 개방 이동한 때에는, 상기 제1 닫힘부재(14)에 설치된 상기 제한부(28)가 상기 제1 밸브실(13)의 개구단에 접근 가능하게 되어 있다.
상기 각 실시예는 다음과 같이 변경 가능하다.
상기 주밸브(5)의 가압수단은, 예시한 스프링(21)에 대신해서, 고무 등의 탄성체를 이용할 수 있다.
상기 감합벽(23)은 상기 제1 닫힘부재(14)가 닫히는 이동의 말기에 감합하는 것이면 바람직하다. 따라서, 상기 감합벽(23)의 오른쪽 단면을 상기 제1 밸브시트(11)의 실링면보다도 돌출시키는 것에 대신해서, 상기 제1 닫힘부재(14)의 왼쪽 면의 외주부분을 중앙부분보다도 왼쪽으로 돌출시켜도 좋다.
또 상기 제1 닫힘부재(14)는 상기 감합벽(23)에 내감(內嵌)하는 것에 대신해서, 외감(外嵌)되어도 좋다.
상기 파일럿 밸브(6)의 압력수단은, 예시한 압력 스프링(37)의 미는 힘을 이용하는 것에 대신해서, 압축공기 등의 유체압력을 이용한 것이어도 좋다.
상기 파일럿 밸브(6)의 제2 밸브시트(31)는 상기 슬라이드 실린더(18)에 설치하는 것에 대신해서, 상기 지지 실린더(12) 등의 고정 부분에 설치해도 좋다.
상기 배출구(R)는 상기 주밸브(5)와 파일럿 밸브(6)의 양자에 겸용하는 것에 대신해서, 상기 양자에 개별적으로 설치되어도 좋은 것은 물론이다.
본 발명의 안전밸브는 기계 프레스의 과부하 방지장치에 적당하나, 유압회로(hydraulic circuit) 또는 압력용기(pressure vessel) 등의 안전장치로 해도 이용 가능하다.
이 안전밸브가 취급하는 유체는, 압유에 대신해서 다른 종류의 액체여도 좋으며, 또한 공기 등의 기체여도 좋다.
상기 제1항과 제2항의 각 발명은, 상기와 같이 구성되고 작용하여서, 다음과 같은 효과를 갖는다.
안전밸브의 안전작동 시에는, 큰 단면적을 갖춘 제1 밸브시트에서 다량의 유체를 배출할 수 있으므로, 최대 배출량을 크게 하는 데에 있어, 제2 밸브시트의 단면적을 크게 할 필요가 없다. 이 때문에 상기 제2 밸브시트에 닫히는 제2 닫힘부재의 개밸브 개시용 압력을 받는 면적이 작게 된다. 그 결과, 상기 제2 닫힘부재의 압력수단을 소형화해서, 안전밸브를 콤팩트하게 만들 수 있다.
게다가 상기 제2 밸브시트에서 제2 닫힘부재가 떨어지는 것에 연동해서, 폐밸브 작동실의 압력이 저하하고, 이것에 의해 제1 밸브시트에서 상기 제1 닫힘부재가 곧바로 떨어지므로, 안전작동을 신속하게 할 수 있다.
또한, 상기 제1 닫힘부재는 일단 열리면, 상기 개밸브 유지실의 유체압력에 의해 열리는 쪽으로 밀리므로, 상기 제2 닫힘부재의 개폐 상태에 좌우되지 않게, 열린 상태로 유지된다. 이 때문에, 상기 압력구의 이상 압력을 헌팅(hunting)이 없이 원활하고 빠르게 배출할 수 있다.

Claims (3)

  1. 파일럿 밸브(pilot valve, 6)가 열리는 것에 의해, 주밸브(main valve, 5)가 열리도록 구성된 안전밸브에 있어서,
    상기 주밸브(5)는, 압력구(P)와 배출구(R)의 사이에 설치된 제1 밸브시트(valve seat, 11)와, 이 제1 밸브시트(11)에 대해 개폐 이동시키는 제1 닫힘부재(14)와, 상기 제1 닫힘부재(14)를 상기 제1 밸브시트(11)로 미는 가압수단(21)을 갖추고;
    상기 제1 닫힘부재(14) 내에는, 상기 제1 밸브시트(11) 내로 연통되는 제한로(restricting passage, 16)를 설치하고, 이 제한로(16)의 출구에는, 상기 제1 닫힘부재(14)를 닫히는 쪽으로 가압하는 폐밸브 작동실(17)을 연통(連通)시키며;
    상기 제1 밸브시트(11)의 반경 방향 외측 공간의 상기 압력구(P)와 배출구(R)의 사이에서, 상기 제1 닫힘부재(14)가 닫혀 이동하는 말기에 소정의 길이로 감합하는 감합벽(嵌合壁, 23)을 배치하는 동시에, 이 감합벽(23)의 감합부(24)의 내측 공간에 의해 개밸브 유지실(25)을 구성하고;
    상기 파일럿 밸브(6)는, 상기 폐밸브 작동실(17)로 연통된 제2 밸브시트(31)의 내부 압력이 설정 압력을 넘은 때에, 압력수단(37)에 저항해서 제2 닫힘부재(34)를 상기 제2 밸브시트(31)에서 떨어뜨려, 상기 제2 밸브시트(31) 내의 유체를 외부로 배출하도록 구성하고;
    상기 제2 밸브시트(31)의 실링 단면적(S)보다도 상기 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적(T)을 큰 값으로 설정하고, 상기 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적(T)보다도 상기 폐밸브 작동실(17)의 가압용 단면적(U)을 큰 값으로 설정하고, 상기 폐밸브 작동실(17)의 가압용 단면적(U)보다도 상기 개밸브 유지실(25)의 가압용 단면적(V)을 큰 값으로 설정한 것을 특징으로 하는 안전밸브.
  2. 압력구(P)와 배출구(R) 사이에 주밸브(5) 및 파일럿 밸브(6)를 설치하고,
    상기 압력구(P)를, 상기 주밸브(5)의 제1 밸브시트(11)와, 이 제1 밸브시트(11)에 대해 개폐 이동되는 제1 닫힘부재(14) 내의 제한로(16)와, 이 제1 닫힘부재(14)를 닫히는 방향으로 가압하는 폐밸브 동작실(17)과, 상기 파일럿 밸브(6)의 제2 밸브시트(31)를 순서대로 거쳐, 상기 배출구(R)로 연통되는 동시에, 상기 압력구(P)를 상기 제1 밸브시트(11)의 반경 방향의 외측 공간에 배치한 개밸브 유지실(25)을 거쳐 상기 배출구(R)로 연통시키고,
    상기 개밸브 유지실(25)이, 상기 제1 닫힘부재(14)가 닫혀 이동하는 말기에 소정의 길이로 감합하는 감합벽(23)의 감합부(24)의 내측 공간에 의해 구성되고,
    상기 제1 밸브시트(11)에 상기 제1 닫힘부재(14)를 가압수단(21)에 의해 가압하는 동시에, 상기 제2 밸브시트(31)에 제2 닫힘부재(34)를 압력수단(37)에 의해 밀고,
    상기 제2 밸브시트(31)의 실링 단면적(S)과, 상기 제1 밸브시트(11)의 실링 단면적(T)과, 상기 폐밸브 작동실(17)의 가압용 단면적(U)과, 상기 개밸브 유지실(25)의 가압용 단면적(V)을 이 순서대로 큰 값으로 설정하고,
    상기 제2 밸브시트(31) 내의 압력이 설정 압력을 초과한 때에는, 상기 압력수단(37)에 저항해서, 상기 제2 닫힘부재(34)를 상기 제2 밸브시트(31)에서 떨어뜨려서, 상기 제2 밸브시트(31) 내의 유체를 상기 배출구(R)로 배출시키고, 이것에 의해 상기 제1 닫힘부재(14)를 상기 제1 밸브시트(11)에서 떨어뜨려서, 상기 제1 밸브시트(11) 내의 유체를 상기 개밸브 유지실(25)을 거쳐 상기 배출구(R)로 배출할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 안전밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 밸브시트(11)로 향해 개구되어 있는 제1 밸브실(13)로 상기 제1 닫힘부재(14)를 개폐이동 가능하게 삽입하고, 이 제1 닫힘부재(14)가 소정의 양 이상으로 열려 이동한 때에는, 상기 제1 밸브실(13)의 저부의 유체가 상기 제1 밸브실(13)의 개구부에서 유출하는 것을 제한하는 제한부(28)를 상기 제1 닫힘부재(14)의 외주면에 설치한 것을 특징으로 하는 안전밸브.
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