KR20040071040A - 버터플라이 밸브의 밸브체 - Google Patents

Abstract

(과제)밸브 완전개방시의 유량계수를 감소시키는 일없이, 완전개방 및 중간 개도에 있어서의 유체저항을 감소시킬 수 있음과 아울러, 밸브체의 경량화를 도모할 수 있도록 한 것을 과제로 한다.

(해결수단)원판상의 밸브체의 Y축방향 상하로 밸브봉구멍용 보스부를 바깥쪽으로 팽창시켜 설치하고, 상기 밸브체의 노즐측 표면과 오리피스측 이면에 X축방향으로 연장되는 소정높이의 복수의 횡리브를 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

버터플라이 밸브의 밸브체{BUTTERFLY VALVE DISK}

본 발명은, 유체가 흘러 통과하는 관로를 개폐하는 버터플라이 밸브의 밸브체에 관한 것이다.

종래, 여러가지 유체가 흘러 통과하고 있는 관로를 개폐, 제어하기 위한 버터플라이 밸브는 넓리 알려져 있다. 버터플라이 밸브는 원통상의 밸브 본체 내에 원판상의 밸브체를 회동 가능하게 축지지하고, 상기 밸브체의 회동축을 밸브 본체 외로 연장시켜 액추에이터에 연결해서 구동회전하도록 되어 있다. 밸브체는, 완전개방 상태에서 밸브 본체의 중앙부에 관로 방향과 평행하게 위치하여, 유로면적을 감소시키는 요인임과 아울러 유체에의 저항이 되고 있다. 유체에 작용하는 밸브체의 저항인자로서는, 밸브체의 두께에 의한 유로면적의 감소 외에, 밸브체의 원주끝면부 및 보스부에 의해 형성되는 단차부에 발생하는 카르만 소용돌이에 의한 유체저항이 고려된다.

밸브체의 형상으로서는, 도 7∼9에 나타낸 바와 같이, 밸브체(1)는 평판을 베이스형상으로 하여 그 외표면에 강도향상을 위한 패딩부(2)를 가지며, 보스부(3)를 굵게 한 것이 알려져 있다. 유체저항을 절감할 목적으로 하면 평판의 두께는 얇을 수록 유리하지만, 압력유체를 폐지할 때에 작용하는 유체의 추력에 저항하여 그 변형을 방지하기 위해서는, 소정의 두께를 필요로 한다. 그래서, 이러한 도 7의 밸브체의 강도보강을 도모하기 위해서, 보스부에 보강판을 부착한 구조가 실용신안등록 제2523948호 공보에 개시되어 있다. 유체압력은 밸브체의 수압 면적 전체에 작용하고, 그 추력은 밸브체 중앙부에서는 X축, Y축방향으로 등분하여 작용하지만, 이 공지의 밸브체에서는 X축 상에 작용하는 응력에 대한 보강에 지나지 않고, 실제로 작용하는 Y축방향의 힘에 대해서는 아무런 효과를 발휘하지 않는 문제가 있다.

또, 밸브체의 바깥원 둘레부의 형상을 연구하여, 밸브체 바깥원 둘레부가 시트링에 접촉할 때, 소정 개도(開度) 이하에서는 밸브체와 시트링이 동시에 접촉하도록 한 구조가, 실용신안공개 평4-29164호 공보에 개시되어 있다. 그러나, 이 구조에서는, 밸브체 바깥원 둘레부가 후막으로 되어 중량이 증가함과 아울러, 밸브체 중앙부의 강도가 불충분하게 될 우려가 있었다.

(특허문헌 1)

실용신안등록 제2523948호 공보

(특허문헌 2)

실용신안공개 평4-29164호 공보

본 발명은, 밸브 완전개방시의 유량계수를 줄이는 일없이, 완전개방 및 중간 개도에 있어서의 유체저항을 줄일 수 있음과 아울러, 밸브체의 경량화를 도모할 수 있도록 한 것을 과제로 한다.

도 1은 본 발명에 관한 밸브체의 사시도.

도 2는 동정면도.

도 3은 동측면도.

도 4는 도 2의 IV-IV선 단면도.

도 5는 밸브체의 평면도.

도 6은 도 2의 VI-VI선 단면도.

도 7은 종래 공지의 밸브체의 정면도.

도 8은 동중앙 종단면도.

도 9는 동평면도.

도 10은 본 발명에 관한 밸브체와 종래의 밸브체의 차압을 대비한 그래프.

도 11은 본 발명에 관한 밸브체와 종래의 밸브체의 유량을 대비한 그래프.

도 12는 본 발명에 관한 밸브체와 종래의 밸브체의 Cv값을 대비한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 밸브체 11 상부 밸브봉구멍

12 하부 밸브봉구멍 13 상부 밸브봉구멍용 보스부

14 하부 밸브봉구멍용 보스부 15 종리브

16, 17 횡리브

상기 과제를 해결하기 위해서 이 발명이 채택한 수단은, 원판상의 밸브체의Y축방향 상하에 밸브봉구멍용 보스부를 바깥쪽으로 팽창시켜 설치하고, 상기 밸브체의 노즐측 표면과 오리피스측 이면에 X축방향으로 연장되는 소정 높이의 복수의 횡리브를 형성한 것을 특징으로 한다.

상하의 밸브봉구멍용 보스부를 종리브로 연결하고, 상기 종리브를 기점으로 하여 횡리브를 형성한 것을 특징으로 하고, 복수의 횡리브 중, 중앙에 위치하는 횡리브를 X축과 평행하게 설치하고, 상기 중앙에 위치하는 횡리브의 상하에 위치하는 횡리브를 중앙의 횡리브방향으로 각도θ로 경사시켜서 설치한 것을 특징으로 한다.

횡리브의 높이를, 밸브체 둘레가장자리를 향해서 각도β로 감소하는 구배로 한 것을 특징으로 하고, 밸브체의 표면에, Y축을 정점으로 하여 Z축에 대하여 경사각α의 경사를 부여한 것을 특징으로 한다.

(실시의 형태)

본 발명의 바람직한 실시의 형태를 이하에 상세하게 설명한다. 본 발명은, 밸브체의 밸브축방향인 Y축방향 상하에 밸브봉구멍용 보스부를 바깥쪽으로 팽창시켜 설치하고, 밸브체의 노즐측 표면에 보스부로부터 ２차측 방향으로 연장되는 복수의 횡리브와, 또 밸브체의 오리피스측 이면에 Y축을 중심으로 180°회전시킨 보스부로부터 일차측 방향으로 연장되는 복수의 횡리브를 각각 설치하고, 리브에 의해 밸브체의 강도를 향상시켜 밸브체의 두께를 저감하여 경량화를 도모할 수 있도록 함과 아울러, 유체저항을 감소시켜 유량의 증가를 불러올 수 있도록 하고, 또한 노즐측과 오리피스측의 유속차를 감소시켜 밸브체에 부하되는 언밸런스 토크를 억제하도록 한 것을 특징으로 한다.

Y축방향 상하에 배치된 보스부는 종리브와 연결됨과 아울러, 노즐측 표면 및 오리피스측 이면의 횡리브는, 종리브를 기점으로 하여 중앙부의 횡리브는 X축방향으로, 그 상하에 위치하는 횡리브는 중앙부의 횡리브에 평행 또는 θ의 각도로 근접하도록 설치된다. 또한, 횡리브는 바람직하게는 밸브체의 두께 방향의 중심평면에 대하여 각도β의 경사각을 부여한다. 또한, 밸브체를 구성하는 원형판은 그 표면이 Y축을 정점으로 하여 Z축에 대하여 경사각α의 경사면으로 형성되어 있고, Y 축 상에 밸브봉구멍용 보스부 및 횡리브가 설치되어 있다.

(실시예)

도 1∼6을 참조하여, 도면부호 1O은 중심형 버터플라이 밸브의 밸브체이며, 원판형상을 베이스로 하여, 도 6에 나타내는 바와 같이 Y축을 중심으로 Z축에 대하여 각도α의 경사 표면을 갖고 있다. Y축 상의 상하에 상하 밸브봉구멍(11, 12)을 형성하기 위한 상하 밸브봉구멍용 보스부(13, 14)가 설치되고, 양 보스부는 종리브(15)로 연결된다. 또, 본 명세서에 있어서 Y축은 밸브체의 회전 중심축인 밸브축을 말하며, X축은 밸브체의 중심에 있어서 Y축과 직교하는 축을 말하고, Z축은 X축과 직교하여 Y축과 평행한 밸브체의 평면중심을 통과하는 축을 말한다.

밸브체(10)의 노즐측 표면에, 복수의 횡리브(16a, 16b, 16c)가 형성된다. 횡리브는 밸브체표면으로부터 일정한 높이를 갖고, 상기 종리브(15)를 기점으로 하여 ２차측방향으로 X축과 대략 평행하게 연장되어 있고, 밸브체표면 근방을 흐르는 유체는 횡리브로 그 방향이 제어된다. 도시의 실시예에 있어서 횡리브는 3개 형성되고, 중앙의 횡리브(16b)는 X축을 따라 연장되어 었고, 그 상하의 횡리브(16a, 16c)는 X축에 대하여 각도θ로 중앙의 횡리브(16b)에 서서히 근접하도록 경사져 있다. 또한, 각 횡리브의 표면은 Z축에 대하여 각도β의 경사각을 갖고 ２차측을 향해서 높이가 낮아지도록 형성되어 있다.

또, 밸브체의 오리피스측 이면에, 밸브축(Y)을 중심으로 180°회전시킨 상태로 상기 노즐측 표면과 마찬가지로, 종리브(15)를 기점으로 하여 일차측방향으로 연장되는 복수의 횡리브(17a, 17b, 17c)가 형성되어 있다. 횡리브(17)는 도시의 실시예에서는 3개 형성되어 있다. 오리피스측 이면의 횡리브(17)는 노즐측 표면의 횡리브와 마찬가지로 횡리브의 높이를 각도θ의 경사로 점점 감소시킴과 아울러, 상하의 횡리브(17a, 17c)를 각도β로 중앙의 횡리브에 근접시키도록 설치되어 있다.

또, 밸브체의 표면, 이면은 밸브폐쇄시에 일차측에 대면하고 있는 면을 표면, ２차측에 대면하고 있는 면을 이면으로 하고, 노즐측이란 밸브체의 밸브개방시에 ２차측으로 회동하는 밸브체의 절반부분(도 1에 있어서 우측절반)을 말하고, 오리피스측이란 일차측방향으로 회동하는 밸브체의 절반부분(도 1에 있어서 좌측절반)을 말한다.

노즐측 표면의 3개의 횡리브(16)는 일정한 높이를 갖고 있음으로써, 밸브체 표면 근방을 흐르는 유체는 이들 횡리브(16)에 의해 방향이 제어된다. 중앙의 횡리브(16b)는 관내의 최대유속부분에 위치하여 최대유속을 둘로 나누고, 또한 그 유속을 가속시킨다. 중앙의 횡리브(16b)의 상하에 배치된 횡리브(16a, 16c)는 중앙의 횡리브(16b)를 향하도록 경사져 있기 때문에, 관벽근방의 저속영역의 유체를 중앙의 횡리브(16b)를 향하게 하고, 상기 횡리브(16b)에 의해 가속된 유속으로 끌려 들어가는 상태로 그 속도를 증가시킨다. 유체에 대해서는, 상하 밸브봉구멍용 보스부(13, 14)가 유로저항이 되고, 보스부에 충돌한 유체는 보스의 ２차측에서 소용돌이를 발생시켜, 유체저항을 더욱 증가시킨다. 이에 대하여, 3개의 횡리브(16)는 보스부의 ２차측에 발생하는 소용돌이에 대하여 정류효과를 발휘하고, 소용돌이의 발생을 저감시킨다. 결과적으로, 본 발명의 횡리브는 관내유속을 밸브체 근방에서 분단하고, 정류하여, 관벽의 유체저항, 밸브체 표면의 유체저항을 리브부가 가지는 흐름방향제어에 의해 보완하고, 밸브 전체의 유체저항을 감소시키는 효과를 갖는다.

밸브체를 평판만으로 구성한 경우, 필요한 두께는 계산으로 구하는 것이 가능하며, 밸브체 중심부가 가장 발생응력이 높고, 그 응력에 상응하는 두께가 필요하게 된다. 본 발명에서는, 상하 밸브봉구멍용 보스부(13, 14)를 가능한 한 길게 함으로써, 보스부의 단면계수를 증가시키고, 밸브체 중앙부의 두께를 감소시키는 작용을 한다. 종리브(15)의 존재는 이러한 보스부의 작용을 조장할 수 있다. 또, 밸브체의 표리면의 3개의 횡리브는 Y축방향에서의 강도보증으로서 기능시킬 수 있고, 평판의 두께를 감소시키는 작용을 한다. 이렇게 하여, 상하 밸브봉구멍용 보스부(13, 14), 종리브(15), 횡리브(16, 17)를 배치함으로써, 고강도로 최경량의 밸브체를 실현할 수 있었다.

리브를 설치함으로써, 버터플라이 밸브 완전개방시의 유로면적은 감소한다. 이것은, 밸브체 자신의 유체저항이 증가하는 것을 의미하고 있으며, 결과적으로 완전개방시의 밸브저항을 증가시키고 있다. 그러나, 밸브 완전개방시의 유체저항은밸브체의 투영 면적뿐만아니라, 밸브체에 설치된 보스부 및 원판의 외주선단부에 있는 단차의 후류부에 발생하는 카르만 소용돌이에 의해, 투영 면적 이상의 유체저항이 생긴다. 본 발명의 밸브체는, 횡리브 등의 존재에 의해 투영 면적 자체는 리브가 없는 밸브체에 비해 증가하고 있지만, 보스부에 설치한 횡리브가 전술한 바와 같은 정류효과를 발휘하고, 관중앙부의 유량을 증가시키기 때문에, 결과적으로 리브에 의한 투영 면적의 증가에 의한 악영향을 상쇄할 수 있다.

버터플라이 밸브는 일반적으로 오른쪽으로 돌려 잠그고, 배관에 설치되는 유체가 흐르고 있는 경우, 밸브축측(Y축상)에서 볼때, 도 1에 있어서 좌측이 1차측, 우측이 ２차측에 위치한다. 유속이 증가함에 따라서, 밸브체 좌측이 일차측으로 밀리고 있기 때문에, 유로저항이 크고, 이 부분의 유속은 저하한다(오리피스효과). 반대로, 밸브체의 우측은 ２차측에 있기 때문에 일차측에는 저항이 없고 밸브체 자신의 경사(개도)로 유속이 가속된다(노즐효과). 이 결과, 오리피스측과 노즐측에서는 유속이 다르고, 밸브체 오리피스측의 ２차측에는 진공영역이 발생하고, 언밸런스 토크의 원인이 된다. 본 발명에 있어서는, 밸브체 우측은 오리피스측에서는 ２차측에, 노즐측에서는 일차측에 배치되어 있기 때문에, 오리피스측의 후류는 횡리브에 의해 관중앙방향으로 정류되고, 노즐측에서는 횡리브가 저항으로서 작용하여 그 유입 유속을 감소시킨다. 이 결과, 리브가 없는 밸브체에 비해서 본 발명의 밸브체는, 오리피스측과 노즐측의 유속차이를 감소시키는 작용을 하고, 언밸런스 토크를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 관한 밸브체와 종래의 밸브체의 차압, 유량 및 Cv값을 대비한 결과를 표 1 및 도 10, 11, 12에 나타낸다. 또, 종래의 밸브체는, 도 7∼9에 나타내는 것이다.

(표 1)

본 발명에 따르면, 밸브체의 베이스원판의 두께를 극한까지 얇게 할 수 있고, 밸브체 전체의 중량을 경감시켜 경량화를 도모할 수 있게 된다. 또한, 관내의 유속분포는 관중앙부가 최고속이고, 관벽에 가까워짐에 따라서 관벽과의 마찰에 의해 저하되지만, 횡리브와 각도θ의 경사에 의해, 관벽부분의 저속유체를 관중앙부의 고속유체에 흡인시켜 가속시키고, 전체의 유체저항을 감소시켜, 유량의 증가를 도모할 수 있다. 또, 언밸런스 토크의 발생을 억제할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 원판상의 밸브체의 Y축방향 상하에 밸브봉구멍용 보스부를 바깥쪽으로 돌출시켜 설치하고, 상기 밸브체의 노즐측 표면과 오리피스측 이면에 X축방향으로 연장되는 소정 높이의 복수의 횡리브를 형성한 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브의 밸브체.
2. 제 1항에 있어서, 상하의 밸브봉구멍용 보스부를 종리브로 연결하고, 상기 종리브를 기점으로 하여 횡리브를 형성한 것을 특징으로 하는 밸브체.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 복수의 횡리브 중, 중앙에 위치하는 횡리브를 X축과 평행하게 설치하고, 상기 중앙에 위치하는 횡리브의 상하에 위치하는 횡리브를 중앙의 횡리브방향으로 각도θ로 경사시켜 설치한 것을 특징으로 하는 밸브체.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 횡리브의 높이가, 밸브체 둘레가장자리를 향해서 각도β로 감소하는 구배로 되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브체.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브체의 표면에, Y축을 정점으로 하여 Z축에 대하여 경사각α의 경사를 부여한 것을 특징으로 하는 밸브체.