KR200355269Y1 - 이중 안전위치핀 내장 솔리이드 메탈 시트 버터플라이밸브 - Google Patents

Abstract

본 고안은 버터플라이밸브에 있어서 밸브 디스크를 회전 시키는 축을 이중으로 구성하고 내축의 중심부에 요동캠을 삽입 요동캠의 회전운동시 3포인트 접점으로 구동하면 디스크의 직선 수평운동시 흔들림이 전혀 없이 전진, 후진시키므로 밸브 폐쇄시 디스크의 한쪽 솔림 현상과 밸브 폐쇄시에 디스크가 유체나 기체의 유속 등으로 인하여 떨림 현상, 이상소음 등을 완전해소하며 밸브 본체 메탈시트에 디스크 메탈시트가 매끄럽게 완착하여 압착을 가해 누수, 누기를 완전히 차단하는 고안이며, 밸브 본체의 메탈시트 접촉에 디스크를 메탈시트와 테프론시트를 이중구조로 처리하면 진공누기를 완전히 차단시키는 이중안전핀내장 솔리이드 메탈시트 버터플라이밸브를 제안한다.

Description

이중 안전위치핀 내장 솔리이드 메탈 시트 버터플라이밸브{DOUBLE SEFETY POSITION PIN INSERT SOLIDE METAL SEAT BUTTERFLY VALVE}

본 고안은 버터플라이밸브의 안전장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 밸브 폐쇄시 밸브 몸체 기어박스 상부커버에 안전위치핀이 결합되어 항상 일정한 힘으로 밸브를 폐쇄되게 되어있고, 밸브 몸체메탈시트면과 디스크메탈시트면이 금속과 금속 및 테프론을 이중으로 직접 접촉 압착되어 기밀, 수밀 유지로서 누기, 누수를 방지할 수 있도록 되어있는 구조의 이중안전위치핀 내장 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브에 관한 것이다.

종래의 메탈시트버터플라이밸브는 밸브의 개방, 폐쇄 시 밸브 본체의 내측 외주면에 컵형의 박판 메탈시트에 디스크시트가 접촉되어 누수를 차단하게 되어 있으므로 밸브 본체 박판 메탈시트의 변형 등으로 인하여 누수가 많이 발생하고 유체 및 기체의 압력이 높을수록 누수량이 증가하며, 역압이 걸리면 종래의 메탈시트 버터플라이밸브는 초저압에서도 치명적으로 누수 및 누기가 발생하므로 석유화학, 선박, 공장플랜트의 스팀과 같은 기체가 상온이 아닌 고온 등에는 적용할 수 없고 종래의 컵형의 박판 메탈시트는 초정밀을 요하는 제작공정과 높은 불량률로 인하여 제조원가가 높으며 기존 메탈시트 버터플라이 밸브는 완전한 폐쇄시(닫을시) 완전한 밀폐 확인을 위한 장치구가 없어 레버 또는 웜기어를 무리하게 작동하는 폐단으로 웜기어 또는 작동부가 파손되는 경우가 있어 일반적인 배관라인에는 적용하기 어려운 폐단이 있었으며, 버터플라이밸브는 대부분 밸브의 개폐를 위한 최종수단으로서 밸브디스크를 열고, 닫고자 하는 것이며 밸브의 수밀, 기밀을 결정하는 시트가 고무제품이 대부분이고, 시트가 메탈인 경우에는 한쪽 면 메탈시트가 박판의 플랜지형상으로 제작난이도가 높고 수밀, 기밀에도 적하지 못한 관계로 특수유체, 기체의 통제하기위한 밸브로는 적당하지 못한 것으로 판명되어 왔다.

그리고 버터플라이밸브에는 밸브의 개폐를 위한 안전장치가 없어 밸브를 폐쇄 시킬 때 완전히 폐쇄되었는지를 모르고 무리하게 밸브를 닫을 경우 웜기어 등 다른 회전 전달장치구의 파손이 우려되고 있다.

또한 이러한 특수 유체, 기체, 고온, 저온 용 밸브에는 대부분 볼밸브, 글로브 밸브가 사용되고 있으나 이러한 밸브의 단점은 작동력이 많이 들고, 관로내의 압력을 저하시키며 중량도 많이 나가며 설치 방법의 한계성이 있어 배관라인에 애로사항이 많은 단점이 있으며,

그리고 밸브를 닫고 난 후 배관라인의 한쪽에 배압이 걸리는 경우가 많으며 그 상태는 진공상태로 되는 경우가 있으며 기존의 메탈시트 밸브는 배압진공상태의 대안이 없으며 리크가 발생되고 있어 고기능의 밸브로는 적합하지 못하며,

그 외 메탈시트 버터플라이 밸브에는 안전스토퍼 및 안전위치핀이 없어 밸브를 닫을 경우 감각에 의존해 무리한 힘을 가함으로 스토퍼 및 웜기어등의 파손이 많이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 밸브 폐쇄시 밸브 몸체기어박스 상부커버에 안전위치핀이 결합되어 항상 일정한 힘으로 밸브를 폐쇄되게 구성한 이중안전위치핀 내장 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은, 밸브 몸체메탈시트면과 디스크메탈시트면에 금속과 금속 및 테프론을 이중으로 직접 접촉 압착되게 하여 기밀, 수밀 유지로서 누기, 누수를 방지할 수 있도록 되어있는 구조의 이중안전위치핀 내장 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브를 제공함에 있다

도 1은 본 고안의 전체 단면도

도 2a, 2b,2c는 본 고안의 안전스토퍼 및 안전위치핀이 표현된 도면

도 3a, 3b는 본 고안의 기어부 정면,평면 부분 단면도

도4a, 4b는 본 고안의 디스크 중심부 반 단면도 및 밸브 완전개방의 단면도

도 5는 본 고안의 밸브 메탈시트 및 테프론시트의 단면도

도 6은 본 고안의 요동캠 단면도

도 7은 본 고안의 밸브 작동에 따른 그래프

＜도면의 주요 부분에 대한부호의 설명＞

1 : 밸브본체 2 : 디스크

7 : 어드자스트볼트 22 : 안전스토퍼핀

22a: 경사 홈 24 : 안전위치핀

23,25 : 스프링 26 : 안전위치핀하우징

38: 테프론시트고정후렌지 39 : 테프론시트

이하에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 하기에서 설명되는 본 고안의 바람직한 실시 예는 본 고안의 기술적 범위를 한정하려는 것은 아니며, 본 고안이 속한 기술 분야에서 통상의 기술을 가진자에게 본 고안을 보다 명확하고 용이하게 설명하려는 것이다. 도면상에서 동일한 도면부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

우선 본 고안에서 제안하고자 하는 이중안전위치핀 내장 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브의 개념을 살펴보면;

밸브의 폐쇄 시 밸브 몸체 기어박스 상부커버에 안전 위치핀이 결합되어 항상 일정한 힘으로 밸브를 폐쇄되게 되어있고, 밸브 몸체시트 면과 디스크시트 면이 금속과 금속 및 테프론을 이중으로 직접 접촉 압착되어 기밀, 수밀 유지로서 누기, 누수를 방지할수 있도록 구성된 이중안전위치핀 내장 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브를 제안하고자 하는 것이다.

버터플라이 밸브를 개폐시키기 위해서는 밸브 몸체 속내에 있는 디스크가 열렸다, 다쳤다 하는 것이 밸브를 개폐하는 기본이 되며, 본 고안은 밸브가 완전 개방 되어 있는 상태에서 폐쇄 될 때까지 일어나는 구조를 상술하며, 그리고 버터플라이밸브를 개폐시키기 위해서 수동과 자동이 있으며, 수동에는 웜기어(19)타입과 레버타입이 있고 자동에는 웜기어축(19)에 엑츄에이터를 부착하여 개, 폐를 전기, 유, 공압으로 자동화 할 수 있다.

한편 본 고안의 설명에서는 수동의 웜기어 타입의 이중 안전위치핀 내장 솔리드 메탈시트버터플라이 밸브에 관한 기술적 구성을 설명 할 것이다.

이하, 본 고안의 실시 예에 따라 앞에서 제안한 이중안전위치핀 내장 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브의 구성과 작동을 설명한다.

도 1에 의하면 밸브 작동에 대한 안전위치핀의 작동구조는 웜기어 하우징(14) 상부의 커버(20)를 보면 커버(20)의 중심부에는 인디케이트를 조립 할 수 있는 구멍이 있고 그 구멍의 좌,우 측은 외축(3)내부의 패킹(33)을 조임 하는 패킹커버(17)를 볼트 체결할 수 있게 하고, 커버(20) 내부에는 안전스토퍼(18a)와 안전위치핀 (24), 스프링(25), 안전스토퍼핀(22)이 구성되며, 웜기어휠(18)의 상단부에 안전스토퍼 (18a), 어드자스트볼트(7)가 내설되어 밸브를 닫을 경우 핸들(27)에 의해 웜기어 (19)가 작동되며 이에 웜기어휠(18)이 회전운동하고 이때 외축(3)과 내축(4)이 동시에 회전을 하며 디스크(2)가 90도 회전이 종료되면 외축(3)은 고정되어 디스크(2)가 전진 슬라이딩 위치에 결정되어 있으며, 이때 도 7의 그래프를 보면 디스크(2)의 개도선도 좌표는 α,a에 있고 디스크(2)가 요동캠(10) 좌표b에 도달하면 안전위치핀(24)의 좌표 b'에 이르고 계속 디스크가(2)가 전진하여 좌표 c에 다다르면 디스크(2)는 전진완료 되며, 이에 안전위치핀(24)의 좌표 c'에 도달되어 안전위치핀(24)이 완전 돌출 완료되며 작업자는 밸브의 완전 폐쇄 완료가 눈으로 확인되어 핸들(27)을 더 이상 작동하지 아니한다.

안전위치핀(24)의 작동구조는 우선 디스크(2)가 90도 회전 종료후 전진 시작점 a에 이르면 웜기어휠(18) 상단의 어드자스트볼트(7)가 안전스토퍼 핀(22)과 밀착되어지며 웜기어휠(18)이 계속 회전하면 안전 스토퍼핀(22)는 스프링 (23)를 압축하여 후진을 하고 안전스토퍼핀(22) 중심의 경사 홈(22a)에 안전위치핀 (24)의 하단면이 슬라이딩 구조로 밀착되어 안전위치핀(24)이 상승하며 스프링(25)을 압축하면서 상부의 워엄기어하우징 커버(20)의 안전위치핀하우징(26)내의 하단(b)에서 상단(a)으로 올라오며 말미에는 안전위치핀(24)이 상단(a) 끝단과 동일 선상이 되면 디스크(2)는 전진 완료가 되어 진다.

이때 어드자스트볼트(7)와 안전스토퍼핀(22) 사이에는 소정의 안전 틈새가 있으며 이 틈새는 디스크(2)의 메탈시트 마모 등 안전 가압량이 되어 있다.

그리고 본 고안 메탈시트 버터플라이 밸브는 현장의 설치에서 밸브 핸들위치가 배관라인에 간섭 또는 핸들위치변경을 하여야할 경우가 자주 일어나는데 본 고안의 밸브핸들 위치변경은 아주 자유로우며 용이하고 핸들(27)을 위치 변경하고자할 경우 핸들(27)과 웜기어(19)의 위치는 360도 어떤 위치에서도 조립이 가능하며 안전 스토퍼위치가 변하지 아니하는 특징이 있다.

또한 밸브를 개도(열때)는 작동 순서의 역순으로 하면 밸브 디스크(2)는 완전개도 되며 안전위치핀(24)는 디스크(2)의 후진 완료 전에 안전위치핀(24) 내부의스프링(25)에 의하여 아래로 후진되면 이에 안전스토퍼핀(22)도 스프링에 의해 후진되어지며 이미 디스크(2)는 후진완료에 다다르며 계속해서 밸브핸들(27)을 좌측으로 돌리면 내축(4), 외축(3)이 동시에 90도 역회전하여 완전한 개도(열림)이 완료되어지는 구조로서 구성된다.

그리고 도 7을 참조하면 가이드플레이트(15)는 디스크가 완전 개도된 상태에서 항상 소정의 f점, l점 구간만 정, 역회전하며 f점 회전완료 시점에서 가이드후랜지(13)의 소정의 경사 홈으로 미끄러져 g점까지 회전하면 가이드플레이트(15)는 가이드후랜지(13)의 경사 홈에 완착 끼어있어 외축(3)은 g∼h점까지 고정된 상태를 유지한다.

웜기어휠가이드부(l8b)가 96˚회전을 지나는 시점에서 가이드플레이트(15)는 웜기어휠가이드부(18b)하부 턱 홈에서 이탈하고 하부 슬라이드 면을 따라 웜기어휠(18)이 계속 회전을 하여 디스크를 수평 이동 시키며 이에 디스크(2)가 α점까지 회전된 상태에서 보면 디스크메탈시트(y), 테프론시트(39)와 본체메탈시트(t)는 소정의 간격이 유지된 상태로 되어있고 점진적으로 디스크(2)가 수평이동하여 압축을 가하며 1차적으로 테프론시트(39)가 먼저 본체메탈시트(t)에 밀착되어지고 연이어 디스크메탈시트(y)가 밸브 본체메탈시트(t)에 완착 하는 밸브 구조이다.

디스크(2)가 수평운동하기 위해서는 외축(3)의 디스크쪽 끝단부에 슬라이드 홈이 있으며 이 홈과 요동캠 슬라이딩플레이트(11)가 일정한 간격으로 슬라이딩 조립되어있고 그 내측에 내축(4)과 요동캠(10)이 키이로 결합되며 요동캠(10)은 요동캠슬라이드플레이트(11)에 일정한 간격으로 내설 조립되어 있다.

이에 디스크(2)가 수평운동이 개시하는 시점은 도 7의 a점에 디스크가 도달하면 외축(3)은 고정되고 내축(4)은 계속해서 회전을 하며 요동캠(10)은 a점에서 c점까지 회전하여 다다르면 디스크(2)는 수평이동이 완료되는 구조의 밸브이다.

밸브가 중형이상 큰 사이즈일 경우 디스크(2)가 수평운동 할 때 외축(3)과 내축(4)의 안내역할하는 축으로 디스크(2)가 90˚회전할 경우에는 외축(3)은 동시에 디스크(2)와 회전하고 디스크가 수평운동 할 때에는 외축(3)은 고정되어 요동캠(10)의 캠 운동으로 디스크(2)를 강제로 수평운동시 흔들림, 떨림을 방지 하도록 외축(3)의 양단 홈으로 요동캠 슬라이드플레이트(11)의 양단 홈이 안내되어 슬라이딩 하면서 전진운동을 한다.

외축(3)은 밸브 본체 하단부에 스템 구멍으로 슬라이딩 조립되고 외축과 밸브본체(1)의 스템 구멍에 회전을 용이하게 하기 위해 부시(8)를 삽입하고, 외축을 디스크(2)의 센터링이 잘되도록 외축(45)의 끝단 한쪽면에 단을 주어 턱이 걸리도록 되고 그 밑에 회전마찰 감소시키기 위해 스러스트 와셔(6)를 조합하고 내축(4)의 일정한 간격의 고정을 위해 로크너트(35)를 삽입하여 내축(4)을 고정하며 최종 누수, 누기를 차단하기 위해 개스킷을 조합하고 그 위에 엔드커버(5)를 밸브 본체(1)에 체결 되도록 밸브 본체(1)의 하단부 최종 누수, 누기를 차단하는 구조이다.

도4a는 디스크(2)가 밸브본체(1) 내에서 완전한 개방된 최초의 상태로 요동캠(10)의 위치를 도시하며, 도4b는 디스크(2)가 수평이동 완료한 구조를 도시한 것이다.

도5에 의하면 디스크(2)의 끝단에 디스크메탈시트(y)를 스텔라이트용접 또는 용사를 하여 배관내의 유속, 기속에 따라 이물질 등이 디스크(2)가 완전 개방된 상태에서는 충격, 마찰에 의한 마모가 심하게 발생할 수 있으므로 내마모성이 우수한 재질의 선정이 필요하고, 또한 잦은 개방, 폐쇄로 인하여 디스크메탈시트(y)의 마모를 극소화하며, 밸브본체(1) 내부 외주면 본체메탈시트(t)를 스테인레스용접 또는 용사를 하여 메탈과 메탈이 압착할 때 완전한 밀착을 위해 금속의 경도차가 소정의 차이로 되어야 함으로써 기밀, 수밀을 완벽하게 유지 할 수 있고, 밸브의 한쪽 라인에 진공 배압이 발생하는 밸브에는 메탈시트만으로는 진공상태를 유지할 수 없기 때문에 디스크메탈시트(y)와 본체메탈시트(t)의 닿는 부분의 디스크(2)면에 테프론시트(39)를 삽입하고 그 위에 시트 고정용후렌지(38)를 조립하여 진공상태 유지를 완벽하게 할 수 있도록 한 구조의 밸브이다.

도 7은 밸브의 개도 및 폐도에 관한 그래프이며, 요동캠선도, 가이드플레이트선도, 안전위치핀 작동선도, 밸브의 개도량선도, 디스크의 개도량선도, 웜휠회전각선도 등 밸브가 완전 개방에서 완전폐쇄까지 나타나는 그래프이다.

상기한 바와 같이 본 고안의 밸브 폐도에 관한 작동 설명은 상기 기술한 설명 내용을 역순으로 재현하면 완전폐도에서 완전개도까지 수행되며 밸브의 최초 상태인 밸브 디스크의 메탈시트(y)와, 테프론시트(39)가 밸브 본체의 메탈시트(t)에 완전 밀착되어 완벽한 수밀, 기밀을 유지하도록 되어있는 이중안전위치핀 내장형 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브에 관한 것이다.

본 고안의 메탈시트 버터플라이밸브는 스팀, 석유화학공업에 그 쓰임이 중시되며 특히, 선박의 경우 선박크기에 결정하는 선박 전체 중량이므로 본 고안을 사용하면 기존의 볼밸브, 글로브 밸브, 게이트 밸브의 메탈시트가 필수적으로 요구되는 곳을 교체 한다면 기존의 선박 중량에 배관자재의 중량 ½이하로 줄 일수 있으며,

유체, 기체 등 차단 시 밸브를 닫을 경우 완전 닫쳤음을 감지하는 것에는 기존 밸브는 감각적으로 차단종료를 하며 이에 무리한 힘을 가해 밸브의 작동 부위가 파손되는 경우가 많으나 본 고안은 밸브를 닫을 경우 안전위치핀의 위치를 눈으로 확인하며 밸브를 닫도록 되어 있는 구조의 밸브이며, 배관 라인의 설계도 아주 용이하고 비용 절감에 상당한 효과가 있다.

그리고 비교적 온도범위가 높은 스팀(230℃), 압력(20kg/㎠), 진공상태 등 범위 내의 조건에서 완벽한 기밀을 유지하는 밸브를 글로브 밸브 외는 없는 것으로 보고 된다. 그러나 글로브 밸브는 압력손실이 30％이상 되므로 현재에는 기밀유지를 위해 글로브 밸브를 사용하고 최초의 스팀압력 발생을 상용압력 3배 크게 생산하며 라인 내 투입한다.

그리고 담수화 프로젝트 등에는 해수와 관련 고무시트 버터플라이 밸브를 사용하나, 이는 몇 개월 못쓰고 고무 탄성을 잃어 지수가 되지 아니하며 상하수도 밸브에는 기존의 고무시트 버터플라이밸브를 많이 사용하고 있으나, 이는 물 손실, 고무의 탈탄화 현상, 파손 등은 환경 문제로 얘기되고 있는 실정이나, 이러한 모든문제점을 해결할 수 있는 환경 친화적인 메탈시트 버터플라이 밸브이며, 차세대 전천후 밸브로도 손색이 없으며, 수출 등에 상당한 효과가 있으리라 사료된다.

또한 밸브를 닫고 난 후 배관라인 중에 한쪽라인에 진공 배압이 걸릴 경우 기존 메탈시트 버터플라이 밸브는 진공배압을 외부대기압 차단 및 진공유지가 불가하나, 본 고안은 디스크에 메탈시트 및 테프론시트를 이중으로 되어있어 완전한 진공을 차단 또는 유지할 수 있는 고기능 메탈시트 버터플라이밸브라고 할 수 있다.

Claims (2)

1. 밸브의 개폐를 결정하는 원통형 디스크중심부 한쪽면에 요동 편심캠을 내설하며, 요동편심캠은 밸브 몸통 양단에 이중축으로 분리 내설되어 내축이 의미의 회전각은 디스크가 전진, 후진하도록 직접 힘을 전달하며 이에 외축은 밸브 양측의 디스크 쪽 끝단에 요철 홈을파고 여기에 디스크 중심부 요동편심캠 우짐뭉치 양면 의 슬라이드플레이트가 요철홈에 결합되어 슬라이딩 하며, 전진 후 결정하는 요동캠의 구조는 편심 반경의 상 , 하부 곡선 선도 차이가 나며 그 곡선 선도의 요동캠 편심 중심에서 상. 하수 직선거리는 어떤 각도에서도 그 합한 수치가 동일하게 되며 요동캠의 직접 마찰부에는 상, 하부에 열처리된 슬라이드판이 결합된 구조의 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브에 있어서;

   밸브의 개폐시 폐쇄완료 확인 결정하는 안전스토퍼(18a)와, 안전위치핀(24), 안전위치핀하우징(26)이 웜기어하우징커버(20)에 내설되고, 상기 안전스토퍼(18a)와 어드자스트볼트(7)가 웜기어휠(18) 상부에 내설되어 밸브를 닫을시 디스크(2)가 전진완료 말미에 안전위치핀(24)이 안전위치핀하우징(26)의 상부면과 동일선상에 올라오게 결합된 구조로서 구성됨을 특징으로 하는 이중안전위치핀 내장형 솔리드 메탈시트 버터플라이밸브.
2. 제 1항에 있어서;

   디스크(2)의 디스크메탈시트(y) 끝면에 부착시킨 테프론시트(39)와, 상기 테프론시트(39)를 고정하는 고정용후렌지(38)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이중안전위치핀내장형 솔리드 메탈시트 버터플라이 밸브.