KR200414356Y1 - 볼밸브 하우징 - Google Patents

Abstract

유체가 흐르는 관로를 볼 형태의 부재로 개폐시키는 볼밸브의 하우징이 개시된다.

본 발명에서 개시되는 볼밸브 하우징은 관로 개폐용 볼이 회전가능하게 안착되는 볼수용부와, 배관과의 연결을 위한 플랜지부 및, 볼수용부와 플랜지부를 연결하는 네크부를 구비하고 있으며, 네크부 내부에는 강도 보강을 위한 금속 보강재가 매립되어 구성되되, 네크부에 매립되는 금속보강재의 원통편에는 다수의 홀이 형성되어 있다.

이와 같은 구성의 하우징은, 상대적으로 취약한 부위에 금속 보강재를 심어서 강도를 높여놓았기 때문에, 고압의 유체를 다루는 환경에서도 무난하고 안전하게 사용될 수 있고, 네크부 내부에서 크랙이 발생되는 것이 억제되어 장기간 사용이 가능하다.

볼밸브, 하우징, 보강, 플랜지, 금속, 장공, 크랙

Description

볼밸브 하우징{Ball valve housing}

도 1은 종래의 하우징이 채용된 볼밸브의 외관 사시도,

도 2는 도 1의 분리사시도,

도 3은 종래의 금속보강재의 사시도 및 이를 채용한 네크부의 단면도,

도 4은 본 발명에 따른 하우징이 채용된 볼밸브의 단면 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 금속보강재의 사시도 및 이를 채용한 네크부의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...하우징 101...볼수용부

102...네크부 103...플랜지부

110...볼 120...조작레버

130...금속 보강재 131...원통편

132...연장편 h...홀

본 발명은 유체가 흐르는 관로를 볼 형태의 부재로 개폐시키는 볼밸브의 하우징에 관한 것으로서, 더 상세하게는 구조적인 취약부의 내압 강도를 개선한 볼밸브 하우징에 관한 것이다.

일반적으로 볼밸브는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유체의 관로가 되는 두 배관을 연결하여 그 사이에서 유체의 흐름을 선택적으로 개폐시키는 기구로서, 각 배관과 연결되는 하우징(10)과, 그 하우징(10) 안에 회전가능하게 설치되어 관로를 개폐시키는 볼(11), 그리고 볼(11)에 연결된 조작레버(12) 등을 구비한 구조로 이루어져 있다. 따라서, 조작레버(12)를 돌려서 볼(11)을 회전시키면, 볼(11)에 형성된 관통홀(11a)의 위치에 따라 두 배관을 연결하는 관로가 열리거나 닫히게 되어 유체의 통과량 및 개폐여부가 결정되는 것이다. 이와 같은 SMC 소재 등으로 사출성형을 위한 볼밸브의 구조에 대해서는 대한민국 등록특허공보 제0425788호에도 잘 개시된 바 있다.

그런데, 이와 같은 구조의 볼밸브는 하우징(10)의 네크(neck;10a) 부위가 상당히 취약한 문제를 안고 있다. 왜냐하면, 상기 볼밸브의 하우징(10)은 통상 SMC 등과 같은 합성수지재를 사출 성형하여 만들게 되는데, 사출성형시 상대적으로 소재의 공급 공간 및 두께가 좁아지는 이 네크(10a) 부분에서 기포가 잘 발생한다. 따라서, 성형 후 이 기포발생 부분은 빈 공간으로 남게 되어 구조적으로 가장 취약 한 부위가 되고 만다.

이 상태로 볼밸브를 장기간 사용하게 되면, 특히 고압의 유체를 다루는 곳에서는 이 네크(10a) 부위에서부터 쉽게 균열이 발생하고 터지게 되어 유체 누출 사고로 바로 이어질 수 있기 때문에, 이에 대한 대책이 요구되고 있다.

이와 같이 네크부가 유압에 의해 파손되는 것을 방지하기 위해 일본특개평5-272671호(1993,10,19 공개)는 본체에 심재가 구비되어 있는 플랜지를 제안하였고, 본 고안 우선권주장 출원의 기초가 되는 선출원 역시 네크부에 금속보강재를 배치시키는 것을 제안하였다.

그런데 상기 일본특개평과 선출원 고안의 경우, 일시적으로 네크부에 가해지는 강한 유압에는 매우 견고하나, 장기간 사용되는 경우 오히려 금속심재가 구비되지 않은 볼밸브 하우징보다 빨리 파손되는 일이 종종 발생한다.

이렇게 상기 일본특개평과 선출원 고안의 금속심재가 오히려 볼밸브 하우징의 강도를 약화시키는 것은 금속보강재의 구조에 기인한다.

상기 일본특개평과 선출원 고안에 따른 금속심재의 사시도인 도3의 a)를 보면, 원통편(31)이 일체로 되어 있고 별도의 홀은 형성되어 있지 않다. 즉, 도3의 b)에서 보는 바와 같이 원통편(31)이 네크부(10a)의 좌우를 분리시키고 있다.

통상 네크부(10a)는 합성수지로 이루어지고 금속심재(30)는 금속재질로 이루어지는데, 이들은 서로 견고하게 결속되지 않는 성질을 갖는다. 따라서 초기에는 네크부(10a)의 합성수지가 금속심재(30)에 붙어있으나, 장기간이 지나고 유압이 계 속해서 네크부(10a)에 가해지면 금속심재는 합성수지에서 쉽게 분리된다.

그리고 금속심재가 분리되고 나면 도3의 b)에서 보는 바와 같이 네크부(10a) 내부(좀더 구체적으로는 금속심재의 단부가 위치하는 곳)에서 크랙(crack)이 발생한다. 네크부(10a)에 가해지는 유압은 서서히 증가하고 서서히 감소하는 것이 아니라 순간적으로 강했다 순간적으로 약했다 한다. 즉, 가해지는 유압 크기의 변화율은 상당히 기복이 심하다. 따라서 유압의 변화율이 큰 네크부(10a) 내부에는 크랙(c)이 쉽게 발생하고, 발생된 크랙(c)은 그 진행에 가속도가 붙는다. 그리고 진행이 계속되는 크랙(c)은 마침내 볼밸브 하우징 전체를 파손시킨다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 취약부인 네크부의 강도를 보완하여 고압상태에서도 안전한 조작이 가능하도록 개선된 볼밸브의 하우징을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안인 볼밸브 하우징은,

관로 개폐용 볼이 회전가능하게 안착되는 볼수용부; 배관과의 연결을 위한 플랜지부; 상기 볼수용부와 플랜지부를 연결하는 네크부; 상기 네크부 내부에 배치되는 원통편과, 상기 원통편에서 바깥쪽으로 절곡되고 상기 플랜지부 내부에 배치되는 연장편으로 이루어진 금속보강재;를 포함하여 이루어지되,

상기 원통편에는 이를 기준으로 좌우 양측에 있는 합성수지가 서로 결속되는 장소를 제공하는 다수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 원통편은 상부링과, 상기 연장편이 절곡되어 있는 하부링과, 상기 상부링과 하부링 사이에 배치되는 다수의 중간링, 그리고 상기 상부링, 하부링, 중간링을 연결지지하는 다수의 지지부재를 포함하여 이루어지고, 상기 홀은 링방향의 장공인 것을 특징으로 하고,

상기 원통편의 총면적에 대한 상기 장공의 면적은 35% 내지 45% 중 어느 하나이고, 상기 연장편은 서로 소정거리 이격되어 있는 다수의 날개부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 고안을 상세히 설명하도록 한다.

도4는 본 발명에 따른 하우징(100)이 채용된 볼밸브의 부분절개 사시도를 도시한 것으로 이를 참조하면, 대칭형으로 생긴 한 쌍의 하우징(100) 각각에 배관(미도시)이 연결되고, 그 하우징(100) 안에는 관로를 개폐하기 위한 볼(110)이 회전가능하게 수납되어 있다. 따라서, 조작레버(120)를 돌려서 볼(110)을 회전시키면 관통홀(111)을 경유하는 관로가 조정된다.

여기서, 상기 하우징(100)의 구조를 자세히 살펴보면, 상기 볼(110)이 안착되는 볼수용부(101)와, 배관이 연결되는 플랜지부(103), 그리고 이들 사이를 연결하는 네크부(102)를 포함하고 있는데, 상기 네크부(102)에는 강도를 보강하기 위한 금속 보강재(130)가 매립되어 있다. 즉, 이 네크부(102)가 상대적으로 관로도 좁 아지고 두께도 얇아지는 취약부이기 때문에, 이곳에 금속 보강재(130)를 매립하여 강도를 보강한 것이다.

이와 같은 금속 보강재(130)의 매립 구조는, 사출성형 시 금형 안의 네크부(102) 위치에 금속 보강재(130)를 먼저 삽입한 후, SMS 등의 소재를 충진하여 사출가공함으로써 얻을 수 있다. 즉, 하우징(100) 형상이 마련된 금형 안에 스테인레스 스틸과 같은 금속성의 보강재(130)를 네크부의 내부 위치에 장착하고, 합성수지를 사출하여 그 합성수지가 보강재(130)를 덮으면서 성형이 이루어지게 하는 것이다.

이렇게 만들어진 하우징(100)은 사출성형 시 기포 발생 등으로 가장 취약하다고 지적되는 네크부(102)에 금속 보강재(130)가 들어있기 때문에, 그 강도와 내구성이 상당히 향상된다.

한편, 상기와 같이 하우징(100)을 구성하는 몸체 중 네크부(102)가 가장 취약하기 때문에, 그 네크부(102) 내부에만 보강재(130)가 들어가도록 할 수도 있지만, 보다 안정성 높은 구조를 위해서는 도면과 같이 플랜지부(103) 내부에도 보강재(130)가 매립되도록 구성하는 것이 바람직하다. 플랜지부(103)도 볼수용부(101)에 비해서는 상대적으로 두께가 얇은 곳이기 때문에, 이곳에도 보강재(130)를 심어주면 더욱 강하고 안전한 볼밸브가 얻어진다.

그리고 전술한 바와 같이 원통편(131)이 합성수지로 된 네크부(102)의 좌우를 완전히 분리하는 구조는 네크부 내부에서 크랙이 발생되기 쉬우므로, 이를 방지 하기 위해 원통편(131)에 다수의 홀을 형성하여 좌우의 합성수지가 서로 결속되는 장소를 제공하는 것이 바람직하다.

도5는 이와 같이 원통편(131)에 다수의 홀(h)이 형성되어 있는 금속보강재(130)의 실시례를 도시한 것으로 도5의 (a)는 세로방향(즉, 지지부재 방향)으로 장공(홀)이 형성되어 있고, 도5의 (b)는 가로방방(즉, 링 방향)으로 장공이 형성되어 있고, 도5의 (c)는 세로방향으로 장공이 형성되어 있되 그 모양이 타원형이다. 이러한 홀이 형성되어 있어, 도5의 (d)에서 보는 바와 같이 네크부(102)의 좌우 합성수지가 서로 분리되지 않고 직접 결속된다. 따라서 금속보강재(130)와 네크부(102)가 보다 견고히 결합하고 네크부(102) 내부에서 크랙(c)이 발생되는 것이 방지된다.

도5에 도시되어 있는 금속보강재(130)의 구조를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 원통편(131)은 상부링(131a), 하부링(131b), 다수(도면은 한 개만 도시)의 중간링(131c) 그리고 이들(131a,131b,131c)을 연결지지하는 다수의 지지부재(131d)로 이루어진다.

그리고 연장편(132)은 상기 하부링(131b)에서 바깥쪽으로 절곡되어 있고, 상호 소정거리 이격되어 있는 다수의 날개부재(132a)로 이루어지거나(도5의 (a),(b)참조) 다수의 홀(132b)이 형성되어(도5의 (c)참조) 있다. 다수의 날개부재(132a) 또는 홀(132b)은 원통편의 장공과 같이 플랜지(103)와 보다 견고히 결합하고 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위함이다.

도5의 (a)와 (b)의 차이는 중간링(131b)의 유무에 따른 장공(h)의 방향이 가 로방향이냐 세로방향이냐이다. 원통편에 가해지는 유압은 원통편의 내부면에 수직으로 작용하고, 이러한 유압에 견디는 힘은 도5의 (b)처럼 가로방향으로 장공이 형성되어 있는 것이 보다 효과적이다.

금속보강재(130)의 원통편(131)은 강한 압력에 의해 네크부(102)가 파손되는 것을 방지하기 위한 것이고, 원통편(131)의 홀(h)은 네크부(102) 내부에 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로, 원통편(131)에서 홀이 차지하는 면적은 네크부(102)의 강화와 크랙(c)이 방지라는 양 측면을 모두 고려하여야 한다. 반복된 실험결과 원통편(131)의 총면적에서 홀(장공)(h)이 차지하는 면적이 40%내외(즉, 35%에서 45% 사이)일 때 가장 바람직하였다.

그리고 도면에 도시되어 있지 않지만, 네크부(102) 내부에서 크랙(c)이 발생되는 것을 방지하기 위해서 금속보강재의 모서리들을 라운딩 처리하는 것이 바람직하고, 또한, 홀(h)의 모양도 직사각형 보다는 원형 또는 타원형이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안의 볼밸브 하우징은 강한 유압에도 견딜수 있도록 네크부(102)가 강화되었으며, 동시에 네크부 내부에서 크랙이 발생되는 것이 억제된 안정성 높은 볼밸브이다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 볼밸브 하우징은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상대적으로 취약한 부위에 금속 보강재를 심어서 강도를 높힘으로써, 왠만한 고압의 유체를 다루는 환경에서도 볼밸브를 무난하고 안전하게 사용할 수 있게 해준다.

둘째, 강도가 향상된 만큼 파손될 가능성이 줄어들어 수명이 늘어나게 되고, 따라서 경제적인 손실도 줄어들게 된다.

셋째, 사출성형시 금형에 보강재를 원하는 자리에 먼저 장착해놓기만 하면 사출 후 보강재가 그곳에 매립된 형태로 나오기 때문에, 제작과정도 매우 간단하다.

넷째, 금속보강재에 의해 네크부 내부에서 크랙이 발생되는 것을 최대한 억제시킴으로서 장기간 사용시에도 볼밸브가 파손되지 않는다.

이상에서 본 고안을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 볼밸브 하우징에 대해 설명하였으나 본 고안은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 고안의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 관로 개폐용 볼이 회전가능하게 안착되는 볼수용부;

   배관과의 연결을 위한 플랜지부;

   상기 볼수용부와 플랜지부를 연결하는 네크부;

   상기 네크부 내부에 배치되는 원통편과, 상기 원통편에서 바깥쪽으로 절곡되고 상기 플랜지부 내부에 배치되는 연장편으로 이루어진 금속보강재;를 포함하여 이루어지되,

   상기 원통편에는 이를 기준으로 좌우 양측에 있는 합성수지가 서로 결속되는 장소를 제공하는 다수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 볼밸브 하우징.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 원통편은 상부링과, 상기 연장편이 절곡되어 있는 하부링과, 상기 상부링과 하부링 사이에 배치되는 다수의 중간링, 그리고 상기 상부링, 하부링, 중간링을 연결지지하는 다수의 지지부재를 포함하여 이루어지고,

   상기 홀은 링방향의 장공인 것을 특징으로 하는 볼밸브 하우징.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 원통편의 총면적에 대한 상기 장공의 면적은 35% 내지 45% 중 어느 하나이고,

   상기 연장편은 서로 소정거리 이격되어 있는 다수의 날개부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 볼밸브 하우징.

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