KR20030037497A - 일체형 시트를 갖는 나이프게이트 밸브 - Google Patents

Abstract

본 고안은 제지, 에쉬(ASH), 0.3㎛이하의 미세분말, 분체, 슬러지 배관 시스템에 사용되며 밸브 상단부 패킹실에서 유과경 하단부 요홈까지 정방형의 디스크게이트가 삽입되어 이 디스크의 상하운동으로 밸브의 개폐가 이루어지고 디스크게이트의 상단부는 패킹으로 실링(Sealing)되며 하단부에는 금속접촉에 의해 기밀유지시키는 나이프 게이트 밸브(Knife Gate Valve)에 관한 것으로, 밸브 몸체 내부를 내마모성, 내식성, 고탄성을 갖는 폴리우레탄(Polyurethane)을 라이닝(Lining) 함으로써 몸체 상단 부에 위치한 정방형의 디스크 입구 부의 패킹 실에서 몸체 하단부분 요홈 및 밸브 인입구 와 토출구를 거쳐 후렌지 양면까지 폴리우레탄으로 라이닝 된다.

밸브 내부와 정방형의 디스크게이트 사이 모든 틈새에 용융된 폴리우레탄이 침투 응고되어 유격 틈새(유효공간)를 원천적으로 제거하였다. 이로 인해 밸브 상단부위에는 패킹을 설치할 필요가 없고 배관에 장착시에 가스켓을 설치할 필요가 없게 되었다. 요홈에 이물질이 끼일 염려가 없으며 폴리우레탄은 내마모성에도 강하여 제지, 애쉬, 슬러지 라인에 사용해도 밸브의 수명이 타 방식의 밸브보다 수명이 연장된다.

종래의 밸브는 몸체 상단에 위치한 패킹실에 패킹을 4단으로 적층하여 정방형의 철판의 전면을 압착하여 기밀을 유지하였으나 이러한 방법은 패킹이 정방형의 디스크게이트를 감쌀 때 디스크게이트의 모서리가 직각이나 면취한 상태이므로 패킹은 직각으로 꺾이지 않고 반경을 그리며 디스크게이트와 대응되므로 디스크게이트의 모서리 4곳이 취약한 상태로 남게 된다.

배관에 조립될 때는 후렌지와 후렌지 사이에서 폴리우레탄이 압착, 정방형의 디스크게이트 양단면으로 밀리므로 디스크게이트와 폴리우레탄이 완전 밀착되므로 그 밀폐효과는 현재 고안된 어느 밀폐방법보다 탁월한 성능을 발휘한다. 이러한 밀폐방법을 위해서 기존의 제조 방법보다 추가로 소요되는 작업공정이 없고 오히려 패킹 조립 공정이 필요 없는 특징을 갖고 있다.

Description

일체형 시트를 갖는 나이프게이트 밸브{UNI-SEAT KNIFE GATE VALVE}

본 고안은 제지, 애쉬(ASH), 0.3㎛이하의 미세분말, 분체, 슬러지 배관 시스템에 사용되며 밸브 상단부 패킹실에서 유과경 하단부 요홈까지 정방형의 디스크게이트가 삽입되어 이 디스크의 상하운동으로 밸브의 개폐가 이루어지고 디스크의 상단부는 패킹으로 밀폐되며 하단부에는 금속접촉에 의해 기밀유지시키는 나이프 게이트 밸브(Knife Gate Valve)에 관한 것이다.

통상적으로, 나이프 게이트 밸브라는 것은 분체, 제지 , 미세 분말 , 슬러지등의 유량제어 및 이러한 배관시스템의 개폐를 위해 사용되는 밸브이다. 이러한 밸브는 보통 그림 1a 와 1b에서 도시하는 바와 같이 몸체(10)와 지지대(30) 그리고 디스크(20)으로 구성되어 있다. 지지대(30)은 상부에 핸들(120)과 슬리브(70)을 지지하며 스템(41)을 상하로 이송 시켜 디스크(20)를 개폐시킨다.

이때 상하 운동하는 정방형의 디스크는 패킹(60)을 지나 몸체의 시트면(12)을 미끄럼접촉운동을 하면서 요홈(11)까지 이동하여 밸브의 개폐 역할을 담당한다.

이와 같이 구성되는 밸브는 몸체(10)과 디스크(20)사이에 유효공간과요홈(11)이 항상 존재하게 되므로 제지, 에쉬, 분체등의 배관시스템에는 이 요홈(11)에 펄프, 에쉬, 분체가 퇴적 되어 디스크(20)의 완전밀폐를 방해하여 누수가 되거나 디스크(20)와 시트면(12)의 밀착을 방해하여 누수의 원인이 된다. 국내특허공개공보 제 94-701108호 에 게재된 메탈 터치 타입 나이프 게이트 밸브는 몸체(10)의 시트면과 디스크가 직접 접촉하여 밀폐를 이루기 때문에 이 시트면(12)과 디스크(20)의 가공 조도 및 가공오차에 따라 그 밀폐율이 달라진다. 통상적으로 MSS-SP-81 규격에 따르면 나이프 게이트 밸브의 누수율은 40cc/minㆍinch로 규정하고 있다. 또한 이러한 메탈 터치 타입은 일방향에 의해서만 밀폐가 가능하며 시트면(12)의 반대편에서 유입될 경우 압력에 의해 디스크의 밀림현상이 발생하여 시트면과의 공간이 형성되어 밀폐기능의 저하로 밸브의 기능이 상실될 수 밖에 없고 몸체 상단부와 디TM크의 유효 공간(13)에 압력상승으로 인해 패킹실(61) 상부로 유체는 누수 될 수밖에 없는 현재 나이프 게이트 밸브의 상황이다.

또한 국내특허공개공보 1998-025227 에 의하면 상기 기술한 나이프 게이트 밸브의 단점을 사다리꼴 단면 러버시트를 이용하여 몸체의 디스크 게이트(20) 측면의 접촉면을 일주하며 삽입설치함으로써 디스크 게이트를 좌우 중심으로 안내하면서도 적은 힘으로 작동가능케 하며, 유과경 하단부(요홈)에 유체의 적체를 해소하고, 1차로 디스크 게이트와 러버시트의 기밀을 유지함과 아울러, 디스크게이트 앞,뒤 평판면과 몸체 및 파지면에 정밀 가공된 시트면과의 2단계 금속접촉에 의한 기밀유지를 부여함으로서, 양방향압력이 작용하는 설비의 모든 유체에 완벽한 기밀을 보증한다라고 기술되있다. 그러나 이러한 밸브도 결국은 패킹실(61)과 몸체 유과경상단부(유효공간)는 이전 밸브와 상이하지 않다. 그러므로 높은 내마모성이 요구되는 배관시스템에는 러버시트가 적절하지 않으며 밸브는 항상 배관에 수직으로 장착되지 않으므로 디스크가 완전히 열릴 때 수평으로 장착되는 배관시스템에는 유체가 위에서 아래로 이송하는 경우 에쉬나 분체등이 몸체의 내부에 침적 응고되어 디스크의 이동을 방해하여 움직이지 않거나 디스크가 시트면과의 밀착이 이루어지지 않으므로 밸브의 밀폐효과가 떨어지게 된다.

도 2a 및 도 2b는 사다리꼴 단면 러버시트를 갖는 나이프게이트 밸브을 나타낸 것으로, 특히 도 2a는 정면도이고 , 도 2b는 그 측단면도이다.

몸체(10)는 하부에 수평방향으로 유체가 통과하는 통로가 형성되어 있으며, 이와 수직으로 유체가 지나가는 유과경을 개폐하는 디스크게이트(20)가 입설되어 있다, 이 디스크게이트(20)는 몸체(10)의 상단부에 고정된 한쌍의 지지요크(30)에 개재되어 디스크게이트(20)는 숫나선(41)이 외주면에 형성된 가동봉(40)이 그 상단부에 취부되어 있어 지지요크(30)상부에 고정된 슬리브(31)와 나합되어 있다.

이 슬리브(31)는 핸들(50)의 중심상에 고정되어 핸들(50)을 돌림으로써 지지요크(30)에서 회전되도록 되어 있다. 디스크게이트가(20)가 상하이동하면서 몸체(10)의 유과경을 개폐함에 있어서 디스크게이트를 안내하고 몸체(10)와 디스크 게이트(20)의 접촉부 기밀을 유지하여 폐쇄시 유체누출을 방지하기 위해서 디스크게이트(20) 측면부와 대응되는 몸체(10)의 내측면에는 러버시트(80)가 설치되어 있다. 이 러버시트(80)는 몸체(10)상단의 직선내면부를 경유하여 원형의 유과경 하단부를 반원으로 돌며 직선으로 올라가는 U자형으로 몸체(10)의 패킹실 하단부 끼움공 까지 취부되어 있다. 이러한 구조는 기존의 메탈 터치 타입에 양방향성을 부여하고 U자형으로 디스크를 감싸므로 금속과 금속접촉 밀폐효과보다 기밀성이 상당히 우수하지만 메탈터치 타입 및 러버시트를 갖는 나이프 게이트 밸브 모두 패킹실 이하 몸체 상단부의 공간은 여전히 유효공간이 남아 분체 등의 이물질이 퇴적, 응고 되어 밸브의 밀폐성 및 패킹실의 틈새를 통해 상단부로 유체가 누출되는 폐단이 있다.

도 1c 는 도 1a의 A-A 단면도이다. 도시한 바와 같이 메탈 터치 타입과 러버시트를 갖는 나이프 케이트밸브의 몸체 상단부의 모양은 1c 와 같은 형상이다. 몸체(10)과 디스크(20)은 시트면을 제외하고 유효공간(13)이 존재하게 되며 이로인해 상기에서 기술한 바와 같이 이 공간으로 분체, 에쉬, 펄프 등이 퇴적 응고 되어 디스크의 상하운동을 방해하거나 동작불능 상태, 즉 완전한 밀폐가 블가능하게 되는 폐단을 가져온다.

또한 이러한 유효공간(13)을 유체가 침투하여 비록 상단부 패킹실에 패킹을 4단으로 적층하여 정방형의 디스크게이트의 전면을 압착하여 기밀을 유지토록 하였으나 이러한 방법은 패킹이 정방형의 철판을 감쌀 때 정방형 디스크게이트의 모서리가 직각이나 면취한 상태이므로 패킹은 직각으로 꺾이지 않고 반경을 그리며 정방형의 디스크게이트와 대응되므로 이 디스크의 모서리 4곳이 취약한 상태로 남게 되어 이곳으로 누수가 되는 경우도 초래한다.

그러므로, 본 고안의 목적은 상술한 결점들을 해소하고 밸브의 장착에 유익한 이점을 창출한 것으로, 몸체 가공에 있어 그 정밀도와 높은 조도를 필요로 하지 않으며, 이탈방지턱이 없이도 디스크가 이탈을 방지할 수 있도록 하고, 디스크와 몸체사이의 모든 공간을 폴리우레탄으로 메꾸어 밸브가 수평이나 수직 어느방향으로 설치가 된다 하여도 밸브의 완벽한 밀폐성을 유지 시키며, 패킹실에 패킹을 조립할 필요가 없으며, 요홈을 제거하여 이물질이 퇴적 응고되는 것을 방지, 디스크의 작동불능이나 누수를 차단하여 입력강하가 없고, 밸브 장착 시에 따로 후렌지면에 가스켓을 부착하여 배관시스템에 장착 할 필요가 없는 나이프게이트밸브를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 이루기 위해 내마모성이 우수한 폴리우레탄(poly-urethan)을 용해하여 지그(JIG)를 제작하여 디스크를 몸체에 반 조립 상태로 입설 후 몸체 내부에 폴리우레탄을 주입하여 유과경 하단부 요홈을 시작으로 인입구 및 토출구 내경, 후렌지면, 몸체 상부와 디스크 사이의 공간을 통해 패킹실 내부까지 이르는 모든 공간을 폴리우레탄으로 메꾸게 된다. 또한 폴리우레탄에 탄소(C)를 첨가하여 윤활성을 향상시켜 밀폐효과는 극대화하여 작은 힘으로 디스크의 상하운동을 할 수 있도록 하였다.

주입, 응고된 폴리우레탄이 디스크의 전.후면, 양측면 및 유과경의 원주를 따라 대응되므로 금속과 금속 접촉의 밀폐성보다 월등히 우수하며, 0.3㎛이하의 미세분말이 몸체상부로 누출되는 것을 방지한다. 인입구와 토출구 내경에 금형을 삽입하고 폴리우레탄을 주입하므로 후렌지면에 3mm두께의 후렌지면이 코팅되는데 이 면은 배관에 조립될 때는 후렌지와 후렌지 사이에서 폴리우레탄이 압착, 디스크게이트 양단면으로 밀리므로 디스크게이트에 완전 밀착되므로 그 밀폐효과는 현재 고안된 어느 밀폐방법보다 탁월한 성능을 발휘한다. 이러한 밀폐방법을 위해서 기존의 제조 방법보다 추가로 소요되는 작업공정이 없고 패킹 조립 공정이 필요 없게 된다.

도 1a 및 도 1b는 일반적인 나이프게이트 밸브의 구조를 나타내는 정면도 및 그 측단면도,

도 1c와 도 1d 및 도 1e는 각각 상기 도 1a의 A-A 단면도이며 도 1b의 I , Ⅱ의 부분확대 상세도,

도 2a 및 도 2b는 사다리꼴단면 러버시트 나이프게이트 밸브의 정면도 및 그 측단면도,

도 3a 및 도 3b는 본 고안에 적용되는 정면도 및 그 측단면도,

도 4a는 본 고안에 따른 도 3a의 A-A 단면도 이며, 도 4b, 4c는 도 3b의 I, Ⅱ의 부분 확대 상세도.

도 5a는 본 고안에 따른 밸브의 배관장착도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 몸체 11 : 요홈 공간

12 : 몸체 시트면 13 : 유효공간

20 : 디스크게이트 21 : 디스크 연결 볼트

30 : 요크(yoke) 31 : 요크 체결용 볼트

40 : 스템(stem) 41 : 숫나선

50 : 누르개(Gland) 51 : 누르개 체결볼트

60 : 패킹(Packing) 61 : 패킹실

70 : 슬리브(Sleeve) 80 : 스러스트 베어링(Thrust Bearing)

120 : 핸들(Handle)

다음은 유첨된 도면을 이용하여 본 고안의 구성과 특성을 상세히 설명한다.

도 3a와 도 3b는 본 고안에 따른 나이프 게이트 밸브를 나타낸 것으로 도 3a는 정면도이고, 도 3b는 그 측단면도이다.

일반적인 구조는 상술한 일반적인 나이프게이트 밸브와 같이 몸체(10) 하부에 수평방향으로 유체가 통과하는 통로가 형성되어 있으며, 이와 수직으로 유체가 지나가는 유과경을 개폐하는 디스크게이트(20)가 입설되어 있다, 이 디스크게이트(20)는 몸체(10)의 상단부에 고정된 요크(도 1a 30)에 개재되어 디스크게이트(20)는 숫나선(도 1a 41)이 외주면에 형성된 스템(도 1a 40)이 그 상단부에 취부되어 있어 요크(30) 상부에 고정된 슬리브(70)와 나합되어 있다.

이 슬리브(70)는 핸들(도 1b 120)의 중심상에 고정되어 핸들(120)을 돌림으로써 요크(30)에서 회전되도록 되어있다. 이상은 모든 나이프게이트의 공통적인 구조이다.

본 고안에서는 이 공통적인 구조에 폴리우레탄을 디스크게이트(20)가 몸체(10)에 입설된 후 지그를 이용하여 80℃로 용융, 주입하는 방법으로 패킹실(61), 몸체 상단부 유효공간(13), 유과경 내경부, 요홈(11) 및 후렌지부를일체로 하는 시트를 형성하여 몸체의 모든 유효공간을 폴리우레탄으로 채움으로써 밸브의 개폐시에 디스크게이트가 상하 진행방향 외에는 이탈할 수 있는 공간이 없으므로 별도로 이탈 방지턱을 제작할 필요가 없다.

도 4a는 도 3a의 A-A 단면도이고 도 4c는 도 3b Ⅱ의 부분확대 상세도이다. 패킹실(61)내부를 폴리우레탄이 패킹을 대체하여 개재되어 있으며 디스크게이트(20)의 유효공간(13) 없이 미세분말이나 유체가 밸브 상단부로 유출되지 않으며 유효공간에 채워진 폴리우레탄 자체가 디스크게이트의 이동경로의 가이드 역할을 하며 이탈 방지턱 역할을 하게 된다.

도 4a에서와 같이 디스크의 절단면과 몸체 상단부 패킹실 내부에 폴리 우레탄이 용융되어 주입되기 때문에 디스크게이트(20)의 모서리 네곳이 직각이나 면취상태에 관계없이 디스크게이트에 밀착 대응되고 2차로 패킹실 상부에 누르개(도 1a 50)를 몸체(10)와 볼트(51)로 체결하여 조임으로써 디스크게이트와 완전 밀착토록 하여 탁월한 밀폐 성능을 갖는다.

또한 도 4c에서와 같이 모든 유효공간(13)을 채우기 때문에 밸브가 완전 열림 상태에 이 유효공간에 미세 분말, 분체, 애쉬등이 유입되어 디스크게이트의 작동불능 원인을 원천적으로 제거하였다.

디스크가 완전열림 상태에서는 유효공간(13)에 디스크 두께 만큼의 공간이 생기게 되는데 이때에 분체등이 끼어 있다하더라도 디스크가 닫힐 때 이 분체를 모두 밀어 내보내게 된다.

도 3a 에서와 같이 디스크의 이동경로를 제외한 패킹실 상단부에서 유과경하단부 까지 폴리 우레탄이 일체형으로 시트를 형성하며, 이 폴리우레탄 시트는 요홈을 채움으로써 유과경내부를 분체나 슬러지의 퇴적으로부터 발생될 수 있는 밸브의 누수와 디스크 작동불량을 방지한다.

정방형의 디스크게이트를 상단부에서는 일직선으로, 하단부에서는 유과경 원주를 따라 일체형의 폴리우렌탄시트가 형성, 밀착 대응되므로 금속 대 금속 마찰 보다 밀폐성이 우수하다

도 5a 에서와 같이 밸브가 배관시스템에 장착될 때 기존에는 가스켓이나 오링(O-ring)를 사용하여 누수를 차단하였으나 일체형 폴리우레탄시트를 갖는 나이프게이트 밸브에서는 일체형 폴리우레탄시트가 밸브의 후렌지면에도 형성되어 있으므로 따로 가스켓 사용없이 배관시스템에 장착될 수 있어 현장작업자에게 아주 편리하다.

배관시스템에 장착되면 일체형 폴리우레탄 시트는 배관측 후렌지에 의해 도 5a 화살표방향으로 밀려 디스크를 압착하게 되므로 밀폐성에 있어서 더더욱 우수한 성능을 발휘한다. 디스크게이트(20)가 밸브의 폐쇄를 위해 하강할 때 도 4b에서와 같이 디스크게이트는 요홈(11)을 메꾸어 유과경과 일직선을 유지하는 폴리우레탄 시트를 약간의 압력으로 압착하여 밀폐를 유지하며 디스크 게이트가 상승할 때는 폴리우레탄의 탄성 복원력에 의해 원상태로 복원된다. 이러한 일체형 폴리우레탄시트는 밀폐성만을 부여하기 위한 것이 아니라 그 자체가 갖고 있는 내마모성과 내수, 내화학성을 이용하여 마모가 심한 배관시스템에 적용하여 밸브의 수명을 연장시킬 수 있도록 고안 되었다.

이상 본 고안에 대해 살펴본 바와 같이, 일체형 폴리우레탄시트 나이프게이트 밸브는 패킹실 상단부에서 유효공간을 지나 유과경 내부 및 양 후렌지 면까지 폴리우레탄으로 시트면이 형성되므로 밀폐성에서 탁월한 성능을 발휘하여 기존의 나이프게이트 밸브의 취약점인 누수문제를 해결하였다.

상단부에 4단으로 이루어진 패킹을 삽입할 필요가 없으며 디스크의 이동경로를 제외한 모든 유효공간에 폴리우레탄이 용해, 주입되어 분체, 에쉬등의 미세분말이 침적되지 않아 디스크게이트가 작동불능이 발생하는 폐단을 해결하였다.

시트와 디스크게이트와의 공간이 없어 디스크의 개폐시에 힘이 많이 가해질수 있으나 폴리우레탄에 탄소(c)를 첨가하여 윤활성을 부여하여 이와 같은 문제점 역시 해결하여 같은 점으로 작동하며 밀폐성은 배가 시키는 장점을 갖는다. 또한 양쪽 후렌지면에 시트가 형성되므로 밸브를 배관에 장착할 때 가스켓이나 링(O-ring)을 추가로 설치할 필요가 없다.

폴리우레탄의 내마모성, 내수성, 내화학성, 내유성을 이용해 배관시스템에 장착하므로 와류(vortex)의한 몸체 유과경 마모로 인한 밸브 수명단축을 해결하였다.

상기 일체형 시트의 소재는 폴리우레탄만이 아니라 천연고무나 폴리에틸렌, 폴리아미드, MC NYLON , 테프론 등 용융주입이 가능한 모든 플라스틱, 즉 고분자 화합물로도 가능하며 배관시스템에 흐르는 유체가 산성, 알카리성 또는 기타 내화학성등이 요구되는 유체이거나 내열성, 내마모성등 필요에 따라 적절하게 시트의소재를 변경하여 밸브에 적용, 배관시스템에 장착할 수 있다.

위와 같이 한층 강화된 밀폐효과와 내마모성 그리고 편리한 장착성을 갖는 일체형 폴리우레탄시트 나이프게이트 밸브는 기존의 나이프게이트밸브 보다 한 단계 발전한 밸브라 할 수 있다.

Claims (2)

1. 몸체하부에 수평방향으로 유체가 통과하는 통로가 형성되어 있으며, 이와 수직으로 유체가 지나가는 유과경을 개폐하는 디스크게이트가 조립되어 있고, 이 디스크게이트는 물체의 상단부에 고정된 요크에 체결되어 있는 스템에 의해 고정되고 숫나선이 형성된 스템과 슬리브가 나합되어 핸들 중심상에 고정된 핸들을 돌림으로써 개폐를 시키는 나이프게이트 밸브에 있어서,

   상기 몸체 내부의 패킹실 상단부로부터 유효공간을 경유하여 유과경 내경면, 요홈 및 양 후렌지면까지 일체형으로 폴리우레탄시트가 형성되는 나이프게이트 밸브.
2. 제 1항에 있어서, 상기 일체형 시트의 소재는 폴리우렌탄만이 아닌 각종 엔지니어링 플라스틱, 천연고무 등 용융주입이 가능한 고분자 화합물로 이루어진 일체형 시트를 갖는 나이프 게이트 밸브.