KR20010091920A - 고압 볼-포핏 제어밸브 - Google Patents

고압 볼-포핏 제어밸브 Download PDF

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KR20010091920A
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KR1020010010923A
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찰스에이.주니어. 웨일러
Original Assignee
로스 오프레이팅 벨브 캄파니
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Abstract

본 발명은 유체-구동 장치를 작동시키기 위한 고압 유체 제어 밸브에 대하여 개시한다. 바람직하게는 실질적인 선형 접촉에 적용되는 절두원추형 밸브 시트와 볼-포핏에는 밸브 시트의 실질적인 밀폐면에 음파 흐름 손상을 줄이기 위하여 상류에 제한된 흐름 영역이 제공된다. 바람직하게는 볼-포핏은 밸브 시트에 대해서 자기 중심을 실질적으로 잡을 수 있도록 하기 위하여 유동이 가능한 포핏 가이드 내에서 움직일 수 있다. 또한, 크로스-오버 누출은 바람직하게는 공급 볼-포핏을 개방하기 전에 바로 배출-포핏을 폐쇄하여 막을 수 있다.

Description

고압 볼-포핏 제어밸브{High-pressure ball-poppet control valve}
본 발명은 일반적으로는 유체-구동 장치를 작동시키기 위하여 유체 제어 밸브에 대한 것으로서 더욱 상세하게는, 하나 이상의 볼-포핏을 채용하는 상기 밸브에 대한 것이다. 본 발명의 원리는 압축 공기 및 유체 제어 밸브 모두에 적용 가능한 것이지만, 특히 고압 공기식 제어 밸브에 적용 가능한 것이다.
다양한 제어밸브, 특히 공기압력의 성질을 가진 밸브는 중공성형(blow-molding) 플라스틱 용기 혹은 기타 다른 용기 제조 공정에 사용되는 것들을 포함하여 여러 가지 고압 적용에 제공된다. 상기 제어밸브는 일반적으로 적용되는 제조 공정에 만족하게 기능을 하지만 개재되는 고압 작동유에 의해 과도한 마모를 받기 쉬워서 비교적 짧은 수명을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한, 부분적으로는 작동유의 고압 때문에, 상기 이전에 제공되는 유체 제어밸브는 작동유를 유체 구동 장치에 전달하기 위해서 밸브의 공급부를 열거나 밸브의 배출부를 닫을 때 발생하는 교차(cross-over) 누출과 같은, 내부 작동유의 누출이 받아들일 수 없는 수준이 되기 쉬웠다. 그 결과, 종래 유체 밸브가 사용되는 시스템에서 상기 두 가지 요인은 모두 높은 운전비용과 시스템의 유지 보수 비용을 일으키는 원인이 되었다.
그러므로, 본 발명은 마모에 취약하지 않고 내부의 작동유 누출을 실질적으로 방지할 수 있음으로써 제어밸브의 수명에 기여하며 운전비용과 유지보수 비용을 동시에 절감할 수 있는 개선된 고압 유체 제어밸브를 제공하고자 하는 것이다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체 제어 밸브의 단면도이다.
도2는 도1에 도시된 유체 제어 밸브의 측면도이다.
도3은 상부 커버 혹은 캡이 제거된 상태의 도1 및 도2의 유체 제어 밸브의 평면도이다.
도4는 도1의 제어 밸브의 공급 볼-포핏과 배출 볼-포핏 양쪽이나 어느 한 쪽에 사용되는 볼-포핏 가이드의 평면도이다.
도5는 도4의 포핏 가이드의 측면도이다.
도6은 공급 볼-포핏이 폐쇄 위치에 있는 도1의 제어 밸브의 공급 밸브부의 확대 상세도이다.
도7은 도6과 유사하지만 공급 볼-포핏이 초기 개방 위치에 있는 상태를 도시하는 확대 상세도이다.
도8은 배출 볼-포핏이 폐쇄 위치에 있는, 도1의 제어 밸브의 배출 밸브부의 확대 상세도이다.
도9는 도8과 유사하지만 배출 볼-포핏이 초기 개방 위치에 있는 상태를 도시하는 확대 상세도이다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 제어 밸브 12 : 몸체
14 : 파일럿 캡 16 : 매니폴드
20 : 인입 포트 22 : 부하포트
24 : 배출 포트 28 : 유체 공급 통로
30 : 배출 통로 36 : 공급 밸브 시트
37 : 밸브 시트각 38 : 작은 직경 단부
40 : 큰 직경 단부 42 : 공급 볼-포핏
43 : 환상공간 44 : 선접촉
46 : 배출 밸브 시트 48 : 작은 직경 단부
50 : 큰 직경 단부 52 : 배출 볼-포핏
57 : 중심선 58 : 복귀 스프링
59 : 접선각 60 : 공급 구멍
61 : 탄성링 62 : 공급 포핏 가이드
63 : 핀 확장부 64 : 가이드 구멍
66 : 가이드 핀 70 : 배출공
74 : 배출 가이드 구멍 76 : 배출 가이드 핀
80 : 공급 파일럿 액추에이터 90 : 배출 파일럿 액추에이터
본 발명에 따르면, 유체-구동 장치를 작동하는 밸브는 고압 작동 유체원과유체 전달되는 인입구, 유체-구동 장치와 유체 전달되는 배출구 및 상기 인입구에서 배출구로 향하는 작동 유체의 유체 전달을 제공하는 유체 공급 통로를 가지고 있다. 상기 제어 밸브는 바람직하게는 유체 공급 통로 내에 대체로 절두원추형(frusto-conical) 공급 밸브 시트를 포함하며 상기 공급 밸브 시트는 보다 작은 직경의 하류 단부 및 보다 큰 직경의 상류 단부를 가진다. 대체로 구형 공급 포핏은 공급 폐쇄 위치와 공급 개방 위치 사이에서 각각 선택적으로 이동가능하고 보다 작은 직경의 공급 밸브 시트로 밀봉하기 위해서 실질적으로 선-접촉(line-contact)으로 이동하거나 벗어나게 된다. 구형 공급 포핏은 밸브 시트의 큰 직경의 상류 단부 보다 작은 밸브 시트의 작아서 직경의 하류 단부와 선-접촉하도록 하는 현 치수(chord dimension)를 가진다.
바람직한 절두 원추형 공급 밸브 시트는 공급 밸브의 시트 중심선에 대하여 공급 시트 각을 가지는데, 공급 포핏이 폐쇄 위치에 있을 때 공급 밸브 시트의 중심선과 상기 언급된 실질적인 선-접촉시 공급 포핏에 대한 접선에 의해 형성되는 각보다 크다. 이것은 공급 밸브 시트와 구형 공급 포핏 사이에 형성되는 고리 모양의 공간을 이루게 되며, 공급 포핏이 초기에 개방 위치로 움직이고, 고속 및 고압 작동유가 초기에 하류로 흘러 밸브 시트의 작은 직경 단부를 거쳐서 공급 포핏을 통과할 때 상기 공간은 상기 언급된 실질적인 선-접촉의 상류로 제한된 공급흐름 영역을 정의한다. 이것은 매우 유리한 것인데, 고속 및 고압의 작동유가 환상의 제한된 공급 흐름 영역을 통과하는 초기의 흐름에 의해서 야기되는 음파 흐름 침식(sonic flow erosion)이 거의 즉시 상기 환상 제한 공급 흐름 영역에 근접한공급 밸브 시트의 상류 표면으로 이동되기 때문이다. 더욱 중요한 것은, 공급 밸브 시트의 상기 상류 표면은 공급 포핏과 밀폐되지 않고 접촉되어 있는 영역이다. 그러므로, 음파 손상에 민감한 영역의 상기 즉각적인 이동은 공급 포핏에 의한 실질적인 선-접촉되어 있는 공급 밸브의 직경이 작은 하류 단부의 나이프-에지(knife-edge)의 음파 침식을 줄이게 한다. 공급 밸브와 배출 밸브의 기능을 모두 갖는 본 발명에 따른 제어 밸브에서, 유사한 배열이 부하 배출구와 배출 출구 사이의 유체 배출을 위한 유체 연결에서 배출 통로에 제공된다.
또한, 본 발명은 바람직하게는 공급 및/또는 배출 밸브 시트의 큰 직경의 상류 단부의 바로 상류에 대체로 원통형의 공동을 포함하며, 상기 공동은 각각의 밸브 시트의 큰 직경의 상류 단부보다 더 큰 직경을 가진다. 원통형 포핏 가이드는 유체 통로의 상기 확대된 직경의 공동에 위치되어 있고, 상기 포핏 가이드는 축방향으로 연장되어 있는 중앙의 가이드 구멍을 가진다. 원주상으로 이격되어 축상으로 연장되어 있는 가이드 핀은 상기 가이드 구멍에 방사상으로 내부로 돌출하고, 포핏은 개방 위치와 폐쇄위치 사이에서 가이드 핀의 방사상 내부 가장자리 안으로 축방향 운동을 위한 가이드 구멍 내에 수용된다. 포핏 가이드와 포핏이 공동 내부에서 약간 방사상으로 떠 있도록 상기 언급된 공동의 내부 직경은 바람직하게는 포핏 가이드의 외부 직경보다는 약간 크게 하는 것이 바람직하다. 이로써 대체로 구형인 포핏이 각각의 공급 또는 배출 밸브의 작은 직경 단부와 밀폐 선-접촉하기 위하여 실질적으로 자기-중앙 집중이 가능해진다. 상기 원주상에 이격된 가이드 핀은 그 사이에 고압 작동유가 흐를 수 있도록 하고, 만일 그렇지 않다면 고속 유체 흐름에서 덜컹거리거나 방사상으로 움직이게 될 때 나타날 수 있는 볼-포핏 및/또는 밸브 상의 마모를 줄여준다.
마지막으로, 본 발명은 배출 포핏 액추에이터에 동력을 줌으로써 공급 밸브와 배출 밸브 기능을 동시에 갖는 고압 유체 제어밸브에서 크로스 오버(cross-over) 누출을 실질적으로 방지하고, 이로써 공급 포핏 액추에이터에 동력을 주기 바로 전에 제어 밸브의 배기측을 폐쇄시키고 그 다음 출구측을 개방시키고 부하 포트로 공급 흐름을 시작한다.
상기 볼-포핏은 바람직하게는 예를 들면, 스테인리스강과 같은 금속재료로 구성되고 상기 포핏 가이드는 바람직하게는 예를 들면, 나일론과 합성 재료로 구성된다. 사용되는 특정한 작동유(공기 또는 액체)에 따라, 혹은 특정한 작동유 압력에 따라, 또는 본 발명의 유체 제어 밸브가 채용되는 특정한 적용예에 따라 당업자는 기타 다른 금속, 합성재료 혹은 비-합성 재료도 역시 볼-포핏 및/또는 포핏 가이드에 사용될 수 있음을 쉽게 알 수 있다.
본 발명의 기타 목적, 장점 및 특징은 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 분명해질 것이다.
도1에서부터 도9는 본 발명에 따른 고압 공기식 제어 밸브(10)의 일실시예를 나타낸다. 도면은 예시적인 공기식 유체 제어 밸브를 묘사하지만, 당업자는 본 발명의 원리가 공기식 또는 액체 작동 유체에 사용되는 유체 제어 밸브뿐만 아니라 유체 제어 밸브의 다른 형태에 동일하게 적용 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도1에서, 유체 제어 밸브(10)는 몸체(12), 파일럿 캡(14)을 포함하며, 이것들은 모두 여러 개의 볼트(18)에 의해서 매니폴드(16)에 고정되며 상기 매니폴드(16)를 사용하지 않고서도 유체 배관에 의해서 달리 서로 연결이 가능하다.
예시된 제어밸브(10)는 인입포트(20), 출구 또는 부하 포트(22) 및 배출 포트(24)를 포함한다. 작동 유체 공급 통로(28)는 인입 포트(20)에서 출구 포트(22)로 작동 유체 전달을 제공하며, 유체-구동되는 장치에 매니폴드(16)에 의해서 연결된다. 유사하게, 배출 통로(30)는 부하 포트(22)와 배출 출구(24) 사이에서 배출 유체 전달을 제공한다.
예시된 제어 밸브(10)에서, 공급 및 배출 통로(28, 30)는 각각 절두 원추형 공급 밸브 시트(36) 및 절두 원추형 배출 밸브 시트(46)를 포함한다. 공급 밸브 시트(36)는 작은 직경 단부(38)와 큰 직경 단부(40)를 포함한다. 유사하게 배출 밸브 시트(46)는 작은 직경 단부(48)와 큰 직경 단부(50)를 포함한다. 대체로 구형 공급 볼-포핏(42)과 이와 유사한 대체로 구형 배출 볼-포핏(52)은 각각의 절두 원추형 공급 및 배출 밸브 시트(36, 46)에 대하여 개방 운동과 폐쇄 운동을 위하여 제공된다.
공급 볼-포핏(42)은 바람직하게는 공급 파일럿 액추에이터(80)에 의하여 가동되도록 작동되며, 상기 액추에이터(80)는 파일럿 공기 통로(97)에서부터 공기를 받고, 파일럿 공기 인입구(96)와 유체 전달되면서 연결된다. 공급 파일럿 액추에이터(80)가 에너지를 받으면, 공급 푸시 로드(82)에 의해서 공급 피스톤(80)에 공급파일럿 공기의 힘을 전달하고 공급 밸브 시트(36)에서 공급 볼-포핏(42)이 멀어지도록 하여 제어 밸브(10)의 공급 밸브 부분을 개방한다. 공급 파일럿 액추에이터(80)에서 동력을 제거하면, 볼-포핏(42)은 인입 유체 압력과 복귀 스프링(58)의 영향 하에 폐쇄 위치로 복귀된다.
유사하게, 배출 볼-포핏(52)은 배출 파일럿 액추에이터(90)의 동력에 의하여 배출 밸브 시트(46)에 대해서 폐쇄 위치로 가게 되고, 상기 액추에이터(90)는 배출 푸시 포드(92)에 의해서, 배출 볼-포핏(52)에까지 배출 피스톤(91)상에 파일럿 공기의 힘이 가해지도록 작동한다. 배출 파일럿 액추에이터(90)의 동력이 제거됨에 따라, 배출 볼-포핏(52)은 배출 통로(30) 안의 고압 작동 유체의 영향 하에 개방 위치로 복귀되도록 한다.
제어 밸브 기술에 관한 당업자라면 예시된 전기-공기압 공급 파일럿 액추에이터(80)와 전기-공기압 배출 파일럿 액추에이터(90)와는 다른 액추에이터도 이용될 수 있음을 용이하게 알 수 있을 것이다. 상기 액추에이터 장치는 전기-기계적 솔레노이드, 로컬 또는 원격, 기계적 운동 전달 장치, 혹은 상기 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 다양한 다른 구동 장치를 포함할 수 있다.
도6과 도7을 주로 참조하면, 도면에 도시된 예시적인 고압 유체 제어 밸브(10)는 공급 밸브 시트(36)의 큰 직경 상류 단부(40)의 바로 상류에 원통형 공급 구멍(60)을 포함하고 있다. 도4에서부터 도6에 도시된 바와 같이, 대체로 원통형 공급 포핏 가이드(62)는 바람직한 직경-확대된 원통형 공급 공동(60) 내부의 상류에 제공된다. 공급 포핏 가이드(62)는 방사상으로 뻗어있는 대체로 원통형 중앙공급 가이드 구멍(64)을 포함하며 여러 개의 원주 상에 이격되고 축상으로 연장하는 공급 가이드 핀(66)이 방사상으로 상기 공급 가이드 구멍(64) 내부로 돌출된다. 공급 볼-포핏(42)은 공급 밸브 시트(36)에 대해서 개방 위치와 폐쇄 위치사이에서 공급 가이드 핀(66) 내부의 방사상 내부 가장자리 안에서 축상 운동을 위해 공급 가이드 구멍(64) 내에 수용된다. 도6과 도7에서 가장 잘 도시되고 있는 바와 같이, 공급 공동(60)의 내부 직경은 볼-포핏 가이드(62)의 외부 직경보다 약간 더 크므로, 포핏 가이드(62)와 볼-포핏(42)이 공급 공동(60) 내부에서 방사방향으로 유동하고, 대체로 구형 공급 볼-포핏(42)이 공급 밸브 시트(36)의 작은 직경 단부(38)와 실질적으로 선-접촉(44) 밀폐되도록 자체-중심을 잡도록 한다.
또한, 공급 가이드 핀(66)은 바람직하게는 축방향으로 하류로 연장되어 공급 포핏 가이드(62)의 하나의 단부 상에 공급 가이드 핀 확장부(63)를 형성한다. Ｏ－링과 같은 탄성링(61)이, 공급 공동(60)의 바닥(floor)과 공급 볼-포핏 가이드(62) 사이에서 압축되는 탄성링(61)에 의하여 공급 공동(60)의 반대쪽 상류 단부를 향하여 포핏 가이드(62)가 탄력적으로 움직이도록 하기 위하여 연장부(63)를 감싼다.
도4에서 도7까지, 상기 배열은 절두 원추형 배출 밸브 시트(46)에 대하여 전형적인 것으로, 대체로 구형 배출 포핏(52)에 의해서 작은 직경 단부(48)의 실질적인 선-접촉을 위하여 작은 직경 상류 단부(48)와 큰 직경 하류 단부(50)가 구비되며, 이것들은 모두 도1에 도시되어 있다. 유사하게, 도4와 도5에 도시된 공급 포핏 가이드(62)는 배출 포핏 가이드(72)에 대해서 실질적으로 전형적인 것이며, 직경-확대된 대체로 원통형 배출공(70)내에 수용되며, 유사한 중앙 배출 가이드구멍(74)과 유사한 배출 가이드 핀(76)을 가지고 있으며, 도1, 8 및 9에서 역시 볼 수 있다.
도6 및 도7을 참고하면, 제어 밸브의 공급 밸브 부분의 확대상세도가 도시되어 있으며, 볼 포핏(42)은 도6에서 폐쇄 상태로 도시되어 있다. 상기 위치에서, 볼-포핏(42)은 밸브 시트(36)의 보다 작은 직경 단부(38)의 가장자리와 실질적인 선-접촉(44)을 하며 밀폐되어 결합되어 있다. 유사하게, 볼-포핏(42)은 부분적으로 개방되어 도시되어 있으며 따라서 도7에서 상기 실질적인 선-접촉(44)에서 벗어나 움직이고 있다. 절두-원추형 공급 밸브 시트(36)는 바람직하게는, 볼-포핏(42)이 도6에 도시된 것처럼 실질적인 선-접촉(44) 상태로 있을 때 볼-포핏(42)에 접하는 (중심선(57)에 대하여) 접선(56)의 접선각(59)보다 다소 큰 (밸브 시트(36)의 중심선(57)에 대하여) 밸브 시트 각(37)을 갖는다.
작동유체가 초기에 볼-포핏(42)을 지나 공급 밸브 시트(36)의 작은 직경 단부(38)를 거쳐서 흐를 때 공급 볼-포핏(42)은 초기에 도7에 도시된 개방 위치로 상기 선-접촉(44)을 벗어나 움직이면 상기 배치는 공급 선-접촉(44) 바로 상류에 제한된 공급 흐름 지역을 만들어 내는 환상 공간(43)을 이루게 된다. 이로써 실질적으로 바로 공급 밸브 시트(36)의 상류로 이동될 고압 작동유체의 초기 이동에 의해 야기되는 음파 흐름 침식(sonic flow erosion) 피해를 일으키는 결과가 된다. 환상 공간(43)에 인접하고 볼-포핏(42)과 밀폐 접촉이 절대로 되지 않는 공급 밸브 시트(36)의 영역으로 상기 음파 흐름 침식에 의하여 야기되는 상기 마모 또는 피해를 이동시킨다는 점에서 이것은 매우 유리한 것이다. 이로써 실질적으로 밸브 시트영역만이고 볼-포핏(42)에 실질적으로 선-접촉(44) 하는 밸브 시트(36)의 작은-직경 단부 하류 밀폐 단부(38)에 음파 피해를 최소화한다. 결과적으로, 볼-포핏(42) 상의 밸브 시트(36)의 실제 밀폐표면에 대한 손상 및 마모는 크게 감소시킬수 있고 실시예의 제어 밸브(10)의 수명은 그에 따라 크게 늘어난다. 이로써 본 발명에 따른 제어 밸브(10)를 채용한 시스템의 고장 시간과 유지비용을 크게 줄일 수 있다.
당업자에게 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 도6과 도7에 도시된 공급 밸브 시트(36)에 대하여 볼-포핏(42)의 상술한 기능은 유사한 작은 직경 단부(48)와 큰 직경 단부(50)를 가진 배출 밸브 시트(46)에 대해서 배출 볼-포핏(52)의 기능과 관계와 유사하다.
도8과 도9를 주로 참고하면, 도면에 도시된 실시예의 고압 유체 제어 밸브(10)는 배출 밸브 시트(46)의 큰 직경 하류 단부(50)의 바로 하류 쪽에 대체로 원통형 배출공(70)을 또한 포함하고 있다. 대체로 원통형 배출 포핏 가이드(72)(도6과 도7의 공급 포핏 가이드(62)와 유사한)는 바람직하게는 직경방향으로 확대된 원통형 배출공(70) 내의 하류에 제공된다. 배출 포핏 가이드(72)는 방사상으로 연장되는 대체로 원통형 중앙 배출 가이드 구멍(74)을 포함하며, 다수의 원주상에 이격되며 축상으로 연장하는 배출 가이드 구멍(74) 내부로 방사상으로 돌출하는 배출 가이드 핀(76)을 가진다. 배출 볼-포핏(52)은 배출 밸브 시트(46)에 대하여 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 배출 가이드 핀(76)의 방사상의 내부 가장자리 안에서 축방향 운동을 위해 배출 가이드 구멍(74) 내에 수용된다. 배출공(70)의 내부 직경은 배출 볼-포핏 가이드(72)의 외부 직경보다 다소 크므로, 포핏 가이드(72)와 배출 볼-포핏(52)은 배출공(70) 내부에 방사 방향으로 유동할 수 있고, 배출 밸브 시트(46)의 작은 직경 단부(48)와 실질적으로 선-접촉하며 밀폐되도록 대체로 구형 볼-포핏(52)은 자체 중심을 잡도록 해준다.
배출 가이드 핀(76)은 바람직하게는 축방향으로 상류로 연장되어 배출 포핏 가이드(72) 상에 배출 가이드 핀 확장부(73)을 형성한다. O-링과 같은 탄성링(71)이 배출공(70)의 반대쪽, 하류 단부 쪽으로 포핏 가이드(72)를 향하도록 하기 위하여 확장부(73)를 둘러싸며, 배출공(70)의 바닥과 배출 볼-포핏 가이드(72)의 잔여부분 사이에서 상기 확장부(73)는 탄성링(71)에 의하여 압축되는 상태가 된다.
도8과 도9를 참고하면, 제어밸브(10)의 배출 밸브부의 확대상세도가 도시되어 있으며, 배출 볼-포핏(52)은 도8에서 폐쇄 상태로 도시되어 있다. 상기 상태에서, 볼-포핏(52)은 배출 밸브 시트(46)의 작은 직경 단부(48)의 가장자리와 실질적으로 선-접촉(54)되어 밀폐되어 있다. 유사하게, 볼-포핏(52)은 부분적으로 개방되고 상기 실질적인 선-접촉에서 벗어나 움직인 상태가 도9에 도시되어 있다. 볼-포핏(52)이 도8에 도시된 실질적인 선-접촉 상태에 있을 때, 절두원추형 배출 밸브 시트(46)는 바람직하게는 (중심선(67)에 대하여) 배출 볼-포핏(52)에 접하는 배출 접선(65)의 배출 접선각(69) 보다 다소 큰 (밸브 시트(46)의 배출 중심선(67)에 대하여) 배출 밸브 시트각(47)을 가진다.
상기 배치로 인하여 배출 유체가 초기에 배출 밸브 시트(46)의 작은 직경 단부(48)를 통하여 볼-포핏(54)를 지나 하류로 흐를 때 배출 볼-포핏은 도9에 도시된 것처럼 개방 위치로 상기 선-접촉(54)에서 벗어나 움직이므로 배출 선-접촉(54)과작은 직경 단부(48)의 바로 하류에 제한된 배출 흐름을 만드는 환상 공간(53)이 생기게 된다. 상기한 바에 따라 배출 밸브 시트(46)에 인접하는 실질적으로 직접적인 상류 영역으로 이동될 고압 배출 유체의 초기 흐름에 의해 야기되는 음파 흐름 침식이 일어난다. 이것은 볼-포핏(52)에 결코 밀폐 접촉되지 않는 영역으로 상기 음파 흐름 침식에 의해 야기되는 마모나 손상을 전달한다는 점에서 매우 유리한 것이다. 이로써 볼-포핏(52)과 실질적인 선-접촉(54)되는 밸브 시트 영역만인 배출 밸브 시트(46)의 작은 직경 밀폐 단부(48)에 대한 음파 손상을 상당히 감소시킨다. 결과적으로, 볼-포핏(52) 상의 밸브 시트(46)의 실제적인 밀폐 표면의 마모와 손상은 크게 감소되고 실시예의 제어 밸브(10)의 수명이 상당히 증가된다. 또한, 이로써 본 발명에 따른 제어 밸브(10)를 채용하는 시스템의 고장 시간 및 보수유지 비용을 크게 줄여준다.
도1을 참고하면, 유체-구동 장치를 구동시키기 위하여 고압 작동 유체가 출구 또는 부하 포트(22)에 들어오게 될 때 볼-포핏(42)을 개방시키기 위하여 공급 파일럿 액추에이터(80)에 에너지를 가하기 바로 전에 배출 파일럿 액추에이터(90)에 에너지를 가하여 배출 볼-포핏(52)을 폐쇄시킴으로써 도면에 도시된 유체 제어 밸브(10)의 크로스-오버 누출은 실질적으로 감소시킬 수 있다. 작동 유체를 그와 같은 고압 상태로 끌어올리기 위하여 필요한 에너지와 장비 덕택에, 이것은 고압 작동유의 과도한 낭비나 배출에서 나타나는 운전비용을 크게 낮춰준다. 공기압 혹은 유압이 될 수 있는 상기 고압 작동유체는, 공기압이 바람직하지만, 종종 300psig에서 900psig의 범위이고, 상기 언급된 블로-몰딩 공정에서는 전형적으로대략 600psig이다.
마지막으로, 볼-포핏(42, 52)의 어느 하나 또는 양자는 바람직하게는 스테인리스강과 같은 금속재료 혹은 기타 금속재료, 혹은 상기 응용에 대한 당업자에게 유리한 비금속 재료로 구성된다. 유사하게, 공급 포핏 가이드(62) 혹은 배출 포핏 가이드(72) 어느 하나 또는 양자는 바람직하게는 나일론과 같은 합성재료가 바람직하지만, 스테인리스강과 같은 금속 재료, 당업자에게 알려진 기타 적절한 재료로 구성된다.
본 발명에 따른 볼-포핏 제어 밸브 시스템은 마모에 취약하지 않고 내부의 작동유 누출을 실질적으로 방지할 수 있음으로써 제어밸브의 수명에 기여하며 운전비용과 유지보수 비용을 동시에 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예만을 기술하였으나. 본 발명은 첨가된 청구범위의 적절한 범위와 의미에서 벗어나지 않으면서 수정, 변형 및 변경이 가능한 것이다.

Claims (55)

  1. 유체-구동 장치를 작동하기 위한 제어 밸브에 있어서,
    상기 제어 밸브는 고압 작동 유체원과 유체 전달(fluid communication)되는 인입구, 상기 유체-구동 장치와 유체 전달되는 부하 배출구, 상기 인입구에서 상기 배출구로 향하는 작동 유체에 대하여 유체 전달을 제공하는 유체 공급 통로를 가지며, 상기 제어 밸브는 상기 유체 공급 통로 내에 위치된 대체로 절두원추형(frusto-conical) 공급 밸브 시트를 더 포함하며, 상기 공급 밸브 시트는 보다 작은 직경의 하류 단부와 보다 큰 직경의 상류 단부를 가지며, 상기 제어 밸브는 대체로 구형 공급 포핏을 또한 포함하며 상기 구형 공급 포핏은 상기 공급 밸브 시트의 작은 직경 단부와 밀폐하기 위해서 실질적으로 선-접촉(line-contact)으로 이동하거나 벗어나면서 공급 폐쇄 위치와 공급 개방 위치 사이에서 각각 선택적으로 이동가능하고, 상기 대체로 구형 공급 포핏은 상기 공급 밸브 시트의 상기 큰 직경의 상류 단부 보다 작은 상기 밸브 시트의 작은 직경의 하류 단부와 선-접촉하도록 하는 현 치수(chord dimension)를 가지며, 상기 대체로 절두원추형 공급 밸브 시트는 상기 공급 포핏이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 공급 포핏 선-접촉에서 상기 구형 공급 포핏에 대한 접선과 상기 공급 밸브 시트의 중심선에 의해 형성되는 각보다 큰 상기 공급 밸브 시트의 중심선에 대한 공급 시트 각을 가지며, 상기 구형 공급 포핏이 초기에 상기 공급 개방 위치에 대한 선-접촉에서 벗어나 움직일 때와 상기 작동 유체가 초기에 상기 공급 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부를거쳐 상기 공급 포핏을 지나 하류로 흐를 때 상기 구형 공급 포핏과 상기 공급 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부 사이에 상기 공급 포핏 선-접촉의 제한된 공급 흐름 영역을 정의하는 상기 공급 밸브 시트와 상기 구형 공급 포핏사이에 환상 공간이 형성되며, 상기 제한된 공급 흐름 영역에 인접하며 상기 구형 공급 포핏에 의해 밀폐 접촉되지 않는 상기 공급 밸브 시트의 상류 지역에 직접적으로 이동되는 음파 흐름 침식이 상기 초기 작동 유체 흐름에 의해 발생되어 상기 공급 밸브 시트의 작은 직경 하류 단부에 음파 손상을 크게 줄이는 것을 특징으로 하는 유체-구동 장치를 작동하기 위한 제어 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 공급 통로는 상기 공급 밸브 시트의 상기 큰 직경 상류 단부의 바로 상류에 대체로 원통형인 공급 공동을 포함하고, 상기 공급 공동은 상기 큰 직경 상류 단부보다 직경이 더 크고, 상기 제어 밸브는 상기 유체 공급 통로의 상기 공급 공동 내에 위치된 대체로 원통형 공급 포핏 가이드를 더 포함하고, 상기 공급 포핏 가이드는 축방향으로 연장하는 중앙 공급 가이드 구멍을 가지며, 상기 공급 포핏 가이드는 상기 공급 가이드 구멍 내부로 방사상으로 돌출하며 원주 상에 이격되어 축방향으로 연장하는 다수의 공급 가이드 핀을 가지며, 상기 공급 포핏은 상기 공급 개방 위치와 상기 공급 폐쇄 위치 사이에서 상기 공급 가이드 핀의 방사방향의 내부 가장자리 안으로 축방향 운동을 위하여 상기 공급 가이드 구멍 내부로 수납되며, 상기 공급 공동의 내부 직경은 상기 공급 포핏 가이드가 상기 공급 공동내부에서 방사방향으로 유동하고 상기 구형 공급 포핏이 실질적으로 상기 절두 원추형 공급 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부와 밀폐하여 선-접촉하기 위하여 자기-중심을 잡을 수 있도록 상기 공급 포핏 가이드의 외부 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 가이드 핀의 축방향 길이는 상기 공급 포핏 가이드의 나머지 부분의 축방향 길이보다 더 크며, 축방향으로 상기 공급 밸브 시트를 향하여 하류 방향으로 돌출하여 상기 공급 포핏 가이드의 공급 가이드 핀 확장부를 형성하며, 상기 제어 밸브는 상기 공급 가이드 핀 확장부를 둘러싸서 상기 공급 포핏 가이드를 탄력적으로 축방향 상류 쪽으로 상기 공급 공동 부분 안으로 향하도록 하는 탄성링을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 밸브는 배출구, 상기 부하출구와 상기 배출구 사이에서 배출 유체가 유체전달(fluid communication)하는 유체 배출 통로, 상기 유체 배출 통로에 위치된 대체로 절두원추형 배출 밸브 시트를 더 포함하며, 상기 배출 밸브 시트는 작은 직경 단부와 큰 직경 단부를 가지며, 상기 제어 밸브는 또한 대체로 구형인 배출 포핏을 포함하며, 상기 대체로 구형인 배출 포핏은 상기 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부와 밀폐하기 위하여 배출 포핏 선-접촉으로 향하거나 벗어나는배출 폐쇄 및 배출 개방 위치 각각의 사이에 선택적으로 움직일 수 있으며, 상기 대체로 구형인 배출 포핏은 상기 배출 밸브 시트의 상기 큰 직경의 단부 보다 작은 상기 작은 직경의 단부와 상기 선-접촉에서 현 치수(chord dimension)를 가지며, 상기 대체로 절두원추형 배출 밸브 시트는 상기 배출 포핏이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 배출 포핏 선-접촉에서 상기 구형 배출 포핏에 대한 접선과 상기 배출 밸브 시트의 중심선에 의해 형성되는 각보다 큰 상기 배출 밸브 시트의 중심선에 대한 배출 시트각을 가지며, 상기 구형 배출 포핏이 초기에 상기 배출 개방 위치에 대한 상기 선-접촉에서 벗어나 움직일 때와 상기 배출 유체가 초기에 상기 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부를 거쳐 상기 배출 포핏을 지나 흐를 때 상기 구형 배출 포핏과 상기 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부 사이에 상기 배출 포핏 선-접촉에 인접한 제한된 배출 흐름 영역을 정의하는 상기 배출 밸브 시트와 상기 구형 배출 포핏 사이에 환상 공간이 형성되며, 상기 볼-포핏 선 접촉에 인접하며 상기 구형 배출 포핏에 의해 밀폐 접촉되지 않는 흐름 지역에 직접적으로 이동되는 음파 흐름 침식이 상기 초기 배출 흐름에 의해 발생되어 상기 배출 밸브 시트의 작은 직경 단부에 음파 손상을 크게 줄이는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유체 배출 통로는 상기 배출 밸브 시트의 상기 큰 직경 하류 단부의 바로 하류에 대체로 원통형인 배출 공동을 포함하고, 상기 배출 공동은 상기 큰 직경 상류 단부보다 직경이 더 크고, 상기 제어 밸브는 상기 유체 배출 통로의 상기 배출 공동 내에 위치된 대체로 원통형 배출 포핏 가이드를 더 포함하고, 상기 배출 포핏 가이드는 축방향으로 연장하는 중앙 배출 가이드 구멍을 가지며, 상기 배출 포핏 가이드는 상기 배출 가이드 구멍 내부로 방사상으로 돌출하며 원주 상에 이격되어 축방향으로 연장하는 다수의 배출 가이드 핀을 가지며, 상기 배출 포핏은 상기 배출 개방 위치와 상기 배출 폐쇄 위치 사이에서 상기 배출 가이드 핀의 방사방향의 내부 가장자리 안으로 축방향 운동을 위하여 상기 배출 가이드 구멍 내부로 수납되며, 상기 배출 공동의 내부 직경은 상기 배출 포핏 가이드가 상기 배출 공동 내부에서 방사방향으로 유동하고 상기 구형 배출 포핏이 실질적으로 상기 절두 원추형 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부와 밀폐하여 선-접촉하기 위하여 자기-중심을 잡을 수 있도록 상기 배출 포핏 가이드의 외부 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 밸브는 공급 파일럿 액추에이터와 배출 파일럿 액추에이터를 더 포함하고, 상기 공급 파일럿 액추에이터는 상기 공급 밸브 시트에서 상기 공급 개방 위치로 상기 공급 포핏을 움직이도록 선택적으로 동작할 수 있으며, 상기 배출 파일럿 액추에이터는 상기 배출 포핏을 상기 배출 밸브 시트를 향하여 상기 배출 폐쇄 위치로 움직이도록 선택적으로 동작할 수 있으며, 상기 배출 파일럿 오퍼레이터는 상기 작동유체가 상기 배출구로 들어올 때 실질적으로 내부 크로스-오버(cross-over) 누출을 막을 수 있도록 상기 공급 파일럿 액추에이터 이전에 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 유체는 고압 공기 작동 유체인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 공기 작동 유체는 300psig에서 900psig까지의 압력 범위에 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 공기 작동 유체는 대략 600psig의 압력인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 유체는 고압 액체 작동 유체인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 공급 포핏은 금속 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 금속제 재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 공급 포핏은 합성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  14. 제 4 항에 있어서, 상기 공급 포핏과 상기 배출 포핏은 금속재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 금속재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  16. 제 4 항에 있어서, 상기 공급 포핏과 상기 배출 포핏은 합성재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  17. 제 4 항에 있어서, 상기 공급 포핏은 금속재료인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 금속재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  19. 제 4 항에 있어서, 상기 배출 포핏은 금속 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 금속재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  21. 유체-구동 장치를 작동하기 위한 제어 밸브에 있어서,
    상기 제어 밸브는 고압 작동 유체원과 유체 전달하는 인입구, 상기 유체-구동 장치와 유체 전달하는 부하 배출구를 가지고, 상기 제어 밸브는 밸브 시트 및 상기 밸브 시트와 밀폐하기 위한 실질적인 선-접촉으로 또는 선-접촉에서 벗어나는 폐쇄 위치와 개방 위치 각각의 사이에서 선택적으로 움직일 수 있는 대체로 구형인 포핏을 더 포함하며, 상기 제어 밸브는 상기 밸브 시트에 직접 인접한 대체로 구형인 원통형 공동 및 상기 공동 내에 위치한 대체로 원통형 포핏 가이드를 더 포함하며, 상기 포핏 가이드는 축방향으로 연장하는 중앙 가이드 구멍과 상기 가이드 구멍 내부로 방사방향으로 돌출하는 원주상 이격된 축방향으로 연장하는 다수의 가이드 핀을 가지며, 상기 포핏은 상기 개방 위치와 폐쇄 위치 사이의 상기 가이드 핀의 방사 방향 내부 가장자리 안에서 축방향 운동을 위하여 상기 가이드 구멍 내에 수납되며, 상기 공동의 내부 직경은 상기 포핏 가이드가 상기 공동 내에서 유동할 수 있도록 하고 상기 구형 포핏이 상기 밸브 시트와 밀폐 선-접촉하기 위하여 실질적으로 자기-중심을 잡을 수 있도록 하기 위하여 상기 포핏 가이드의 외부 직경보다는 큰 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 가이드 핀의 축방향 길이는 상기 포핏 가이드의 나머지 축방향 길이보다 더 크고 상기 밸브 시트를 향하여 방사방향으로 돌출하여 상기 포핏 가이드의 가이드 핀 확장부를 형성하며, 상기 제어 밸브는 상기 가이드 핀 확장부를 둘러싸는 탄성링을 포함하여 상기 포핏 가이드가 상기 밸브 시트에서 떨어져 축방향으로 탄력적으로 상기 포핏 가이드를 향하게 하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 포핏 가이드는 합성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 합성재료는 나일론을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 포핏 가이드는 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 금속 재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  27. 유체-구동 장치를 작동하기 위한 제어 밸브에 있어서,
    상기 제어 밸브는 고압 작동 유체원과 유체 전달하는 인입구, 상기 유체-구동 장치와 유체 전달하는 부하 배출구, 상기 인입구에서 상기 배출구로 상기 작동유에 대해 유체 전달을 제공하는 유체 공급 통로를 가지고, 상기 제어 밸브는 상기 유체 공급 통로 내에 위치된 공급 밸브 시트와 상기 공급 밸브 시트와 밀폐 접촉하거나 벗어나는 각각의 공급 폐쇄 위치와 공급 개방 위치 사이에서 선택적으로 움직일 수 있는 대체로 구형인 공급 포핏을 더 포함하며, 상기 제어 밸브는 배출 출구, 상기 부하 출구 및 배출 출구 사이에 배출 유체에 대한 유체 전달의 유체 배출 통로, 상기 유체 배출 통로에 위치된 배출 시트와 상기 밸브 시트와 밀폐 접촉하거나 벗어나는 각각의 배출 폐쇄 위치와 배출 개방 위치 사이에서 선택적으로 이동할 수 있는 대체로 구형인 배출 포핏을 또한 포함하고, 상기 제어 밸브는 공급 파일럿 액추에이터와 배출 파일럿 액추에이터를 더 포함하며, 상기 공급 파일럿 액추에이터는 상기 공급 밸브 시트에서 상기 공급 개방 위치로 상기 공급 포핏이 이동하도록 선택적으로 작동 가능하고, 상기 배출 파일럿 액추에이터는 상기 배출 밸브 시트로 향하여 상기 배출 폐쇄 위치로 상기 배출 포핏이 이동하도록 선택적으로 작동 가능하고, 상기 배출 파일럿 오퍼레이터는 상기 작동 유체가 상기 출구로 들어올 때 내부 크로스-오버 누출을 실질적으로 막기 위하여 상기 공급 파일럿 액추에이터 보다 이전에 작동되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 작동 유체는 고압 공기 작동 유체인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 공기 작동 유체는 300psig에서 900psig의 압력범위에 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 공기 작동 유체는 대략 600psig의 압력인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  31. 제 27 항에 있어서, 상기 작동 유체는 고압 액체 작동 유체인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  32. 제 27 항에 있어서, 상기 공급 포핏은 금속 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 금속 재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  34. 제 27 항에 있어서, 상기 공급 포핏은 합성 재료로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  35. 제 27 항에 있어서, 상기 공급 포핏과 상기 배출 포핏은 금속 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 금속 재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  37. 제 27 항에 있어서, 상기 공급 포핏과 상기 배출 포핏은 합성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  38. 제 27 항에 있어서, 상기 배출 포핏은 금속 재료로 이루어 진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 금속 재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  40. 유체-구동 장치를 작동하기 위한 제어 밸브에 있어서,
    상기 제어 밸브는 고압 작동 유체원과 유체 전달되는 인입구, 상기 유체-구동 장치와 유체 전달되는 부하 배출구, 상기 인입구에서 상기 배출구로 향하는 작동 유체에 대하여 유체 전달을 제공하는 유체 공급 통로를 가지며, 상기 제어 밸브는 상기 유체 공급 통로 내에 위치된 대체로 절두원추형(frusto-conical) 공급 밸브 시트를 더 포함하며, 상기 공급 밸브 시트는 보다 작은 직경의 하류 단부와 보다 큰 직경의 상류 단부를 가지며, 상기 제어 밸브는 또한 대체로 구형 공급 포핏을 포함하며, 상기 대체로 구형인 공급 포핏은 상기 공급 밸브 시트의 작은 직경 단부와 밀폐하기 위해서 실질적으로 공급 포핏 선-접촉(line-contact)으로 이동하거나 벗어나면서 공급 폐쇄 위치와 공급 개방 위치 사이에서 각각 선택적으로 이동가능하고, 상기 대체로 구형인 공급 포핏은 상기 공급 밸브 시트의 상기 큰 직경의 상류 단부보다 작은 상기 공급 밸브 시트의 작은 직경의 하류 단부와 선-접촉되는 현 치수(chord dimension)를 가지며, 상기 대체로 절두원추형 공급 밸브 시트는 상기 공급 포핏이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 공급 포핏 선-접촉에서 상기 구형 공급 포핏에 대한 접선과 상기 공급 밸브 시트의 중심선에 의해 형성되는 각보다 큰 상기 공급 밸브 시트의 중심선에 대한 공급 시트 각을 가지며, 상기 구형 공급 포핏이 초기에 상기 공급 개방 위치에 대한 상기 선-접촉에서 벗어나 움직일 때와 상기 작동 유체가 초기에 상기 공급 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부를 거쳐 상기 공급 포핏을 지나 하류로 흐를 때 상기 구형 공급 포핏과 상기 공급 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부 사이에 상기 공급 포핏 선-접촉의 상류에 제한된 공급 흐름 영역을 정의하는 상기 공급 밸브 시트와 상기 구형 공급 포핏 사이의 환상 공간이 형성되며, 상기 제한된 공급 흐름 영역에 인접하며 상기 구형 공급 포핏에 의해 밀폐 접촉되지 않는 상기 공급 밸브 시트의 상류 지역으로 직접적으로 이동되는 음파 흐름 침식이 상기 초기 작동 유체 흐름에 의해 발생되어 상기 공급 밸브 시트의 작은 직경 하류 단부에 음파 손상을 크게 줄이며, 상기 제어 밸브는 배출구, 상기 부하출구와 상기 배출구 사이에서 배출 유체가 유체전달(fluid communication)하는유체 배출 통로, 상기 유체 배출 통로에 위치된 대체로 절두원추형 배출 밸브 시트를 더 포함하며, 상기 배출 밸브 시트는 보다 작은 직경 단부와 보다 큰 직경 단부를 가지며, 상기 제어 밸브는 또한 대체로 구형인 배출 포핏을 포함하며, 상기 대체로 구형인 배출 포핏은 상기 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부와 밀폐하기 위하여 배출 포핏 선-접촉으로 향하거나 벗어나는 배출 폐쇄 및 배출 개방 위치 각각의 사이에 선택적으로 움직일 수 있으며, 상기 대체로 구형인 배출 포핏은 상기 배출 밸브 시트의 상기 큰 직경의 단부보다 작은 현 치수(chord dimension)를 상기 작은 직경의 단부와 상기 선-접촉에서 가지며, 상기 대체로 절두원추형 배출 밸브 시트는 상기 배출 포핏이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 배출 포핏 선-접촉에서 상기 구형 배출 포핏에 대한 접선과 상기 배출 밸브 시트의 중심선에 의해 형성되는 각보다 큰 상기 배출 밸브 시트의 중심선에 대한 배출 시트각을 가지며, 상기 구형 배출 포핏이 초기에 상기 배출 개방 위치에 대한 상기 선-접촉에서 벗어나 움직일 때와 상기 배출 유체가 초기에 상기 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부를 거쳐 상기 배출 포핏을 지나 흐를 때 상기 구형 배출 포핏과 상기 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부 사이에 상기 배출 포핏 선-접촉에 인접한 제한된 배출 흐름 영역을 정의하는 상기 배출 밸브 시트와 상기 구형 배출 포핏 사이에 환상 공간이 형성되며, 상기 볼-포핏 선 접촉에 인접하며 상기 구형 배출 포핏에 의해 밀폐 접촉되지 않는 흐름 지역에 직접적으로 이동되는 음파 흐름 공동 현상(cavitation)이 상기 초기 배출 흐름에 의해 발생되어 상기 배출 밸브 시트의 작은 직경 단부에 음파 손상을 크게 줄이며, 상기 유체 공급 통로는 상기 공급 밸브 시트의 상기 큰 직경 상류 단부의 바로 상류에 대체로 원통형인 공급 공동을 포함하고, 상기 공급 공동은 상기 큰 직경 상류 단부보다 직경이 더 크고, 상기 제어 밸브는 상기 유체 공급 통로의 상기 공급 공동 내에 위치된 대체로 원통형 공급 포핏 가이드를 더 포함하고, 상기 공급 포핏 가이드는 축방향으로 연장하는 중앙 공급 가이드 구멍을 가지며, 상기 공급 포핏 가이드는 상기 공급 가이드 구멍 내부로 방사상으로 돌출하며 원주 상에 이격되어 축방향으로 연장하는 다수의 공급 가이드 핀을 가지며, 상기 공급 포핏은 상기 공급 개방 위치와 상기 공급 폐쇄 위치 사이에서 상기 공급 가이드 핀의 방사방향의 내부 가장자리 안으로 축방향 운동을 위하여 상기 공급 가이드 구멍 내부로 수납되며, 상기 공급 공동의 내부 직경은 상기 공급 포핏 가이드가 상기 공급 공동 내부에서 방사방향으로 유동하고 상기 구형 공급 포핏이 실질적으로 상기 절두 원추형 공급 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부와 밀폐하여 선-접촉하기 위하여 자기-중심을 잡을 수 있도록 상기 공급 포핏 가이드의 외부 직경보다 크며, 상기 유체 배출 통로는 상기 배출 밸브 시트의 상기 큰 직경 하류 단부의 바로 하류에 대체로 원통형인 배출 공동을 포함하고, 상기 배출 공동은 상기 큰 직경 상류 단부 보다 직경이 더 크고, 상기 제어 밸브는 상기 유체 배출 통로의 상기 배출 공동 내에 위치된 대체로 원통형 배출 포핏 가이드를 더 포함하고, 상기 배출 포핏 가이드는 축방향으로 연장하는 중앙 배출 가이드 구멍을 가지며, 상기 배출 포핏 가이드는 상기 배출 가이드 구멍 내부로 방사상으로 돌출하며 원주 상에 이격되어 축방향으로 연장하는 다수의 배출 가이드 핀을 가지며, 상기 배출 포핏은 상기 배출 개방 위치와 상기 배출 폐쇄 위치 사이에서 상기 배출가이드 핀의 방사방향의 내부 가장자리 안으로 축방향 운동을 위하여 상기 배출 가이드 구멍 내부로 수납되며, 상기 배출 공동의 내부 직경은 상기 배출 포핏 가이드가 상기 배출 공동 내부에서 방사방향으로 유동하고 상기 구형 배출 포핏이 실질적으로 상기 절두 원추형 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부와 밀폐하여 선-접촉하기 위하여 자기-중심을 잡을 수 있도록 상기 배출 포핏 가이드의 외부 직경보다 크며, 상기 제어 밸브는 공급 파일럿 액추에이터와 배출 파일럿 액추에이터를 더 포함하고, 상기 공급 파일럿 액추에이터는 상기 공급 밸브 시트에서 상기 공급 개방 위치로 상기 공급 포핏을 움직이도록 선택적으로 동작할 수 있으며, 상기 배출 파일럿 액추에이터는 상기 배출 포핏을 상기 배출 밸브 시트를 향하여 상기 배출 폐쇄 위치로 움직이도록 선택적으로 작동할 수 있으며, 상기 배출 파일럿 오퍼레이터는 상기 작동 유체가 상기 배출구로 들어올 때 실질적으로 크로스-오버(cross-over) 누출을 막을 수 있도록 상기 공급 파일럿 액추에이터 이전에 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 공급 가이드 핀의 축방향 길이는 상기 공급 포핏 가이드의 나머지 부분의 축방향 길이보다 더 크며, 축방향으로 상기 공급 밸브 시트를 향하여 하류 방향으로 돌출하여 상기 공급 포핏 가이드의 공급 가이드 핀 확장부를 형성하며, 상기 제어 밸브는 상기 공급 가이드 핀 확장부를 둘러싸는 탄성링을 포함하여 상기 공급 포핏 가이드를 탄력적으로 축방향 상류 쪽으로 상기 공급 공동 부분 안으로 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 배출 가이드 핀의 축방향 길이는 상기 배출 포핏 가이드의 나머지 부분의 축방향 길이보다 더 크며, 축방향으로 상기 배출 밸브 시트를 향하여 상류 방향으로 돌출하여 상기 배출 포핏 가이드의 배출 가이드 핀 확장부를 형성하며, 상기 제어 밸브는 상기 배출 가이드 핀 확장부를 둘러싸는 탄성링을 포함하여 상기 배출 포핏 가이드를 탄력적으로 축방향 하류 쪽으로 상기 배출 공동 부분 안으로 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  43. 제 40 항에 있어서, 상기 공급 포핏은 금속 재료로 이루어 진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 금속 재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  45. 제 40 항에 있어서, 상기 공급 포핏은 합성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  46. 제 40 항에 있어서, 상기 공급 포핏과 상기 배출 포핏은 금속 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 금속 재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  48. 제 40 항에 있어서, 상기 공급 포핏 및 상기 배출 포핏은 합성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  49. 제 40 항에 있어서, 상기 배출 포핏은 금속 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 금속 재료는 스테인리스강을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  51. 제 40 항에 있어서, 상기 작동 유체는 고압 공기 작동 유체인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  52. 제 40 항에 있어서, 상기 공기 작동 유체는 300psig에서 900psig까지의 압력 범위인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 공기 작동 유체는 대략 600psig의 압력인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  54. 제 40 항에 있어서, 상기 작동 유체는 고압 액체 작동 유체인 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
  55. 유체-구동 장치를 작동하기 위한 제어 밸브에 있어서,
    상기 제어 밸브는 고압 작동 유체원과 유체 전달되는 인입구, 상기 유체-구동 장치와 유체 전달되는 부하 배출구, 상기 인입구에서 상기 배출구로 향하는 상기 작동 유체에 대하여 유체 전달을 제공하는 유체 공급 통로, 배출 출구, 상기 부하출구와 상기 배출 출구 사이에서 배출 유체가 유체전달(fluid communication)하는 유체 배출 통로를 가지며, 상기 제어 밸브는 상기 유체 배출 통로 내에 위치된 대체로 절두원추형(frusto-conical) 배출 밸브 시트를 더 포함하며, 상기 배출 밸브 시트는 보다 작은 직경의 단부와 보다 큰 직경의 단부를 가지며, 상기 제어 밸브는 대체로 구형 배출 포핏을 또한 포함하며 상기 구형 배출 포핏은 상기 배출 밸브 시트의 작은 직경 단부와 밀폐하기 위해서 실질적으로 배출 포핏 선-접촉(line-contact)으로 이동하거나 벗어나면서 배출 폐쇄 위치와 배출 개방 위치 사이에서 각각 선택적으로 이동가능하고, 상기 대체로 구형 배출 포핏은 상기 배출 밸브 시트의 상기 큰 직경의 단부 보다 작은 상기 작은 직경의 단부와 상기 선-접촉하는 현 치수(chord dimension)를 가지며, 상기 대체로 절두원추형 배출 밸브 시트는 상기 배출 포핏이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 배출 포핏 선-접촉에서 상기 구형 배출 포핏에 대한 접선과 상기 배출 밸브 시트의 중심선에 의해 형성되는 각보다 큰 상기 배출 밸브 시트의 중심선에 대한 배출 시트각을 가지며, 상기 구형 배출 포핏이 초기에 상기 배출 개방 위치에 대한 상기 선-접촉에서 벗어나 움직일 때와 상기 배출 유체가 초기에 상기 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부를 거쳐 상기 배출 포핏을 지나 흐를 때 상기 구형 배출 포핏과 상기 배출 밸브 시트의 상기 작은 직경 단부 사이에 상기 배출 포핏 선-접촉에 인접한 제한된 배출 흐름 영역을 정의하는 상기 배출 밸브 시트와 상기 구형 배출 포핏 사이에 환상 공간이 형성되며, 상기 볼-포핏 선 접촉에 인접하며 상기 구형 배출 포핏에 의해 밀폐 접촉되지 않는 흐름 영역에 직접적으로 이동되는 음파 흐름 침식이 상기 초기 작동 유체 흐름에 의해 발생되어 상기 배출 밸브 시트의 작은 직경 단부에 대한 음파 손상을 크게 줄이는 것을 특징으로 하는 유체-구동 장치를 작동하기 위한 제어 밸브.
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