KR20080083284A

KR20080083284A - 워터 해머리스 밸브

Info

Publication number: KR20080083284A
Application number: KR1020087015010A
Authority: KR
Inventors: 히데유키 미야가와; 유키 시미즈; 미키오 이노우에
Original assignee: 가부시끼가이샤후지킨
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-09-17
Also published as: JP4171021B2; JP2007170542A; US8210493B2; US20090065718A1; TWI306494B; KR101190308B1; CN101341359B; CN101341359A; IL192120A0; TW200724810A; CA2632282A1; WO2007072602A1; EP1965115A1

Abstract

공압작동식 밸브에 있어서, 워터 해머 발생시의 스템 상승을 자동적으로 방지하여 유로의 개방을 억제하는 워터 해머리스 밸브에 관한 것이다. 공압식 액츄에이터의 작동에 의해 밸브 본체를 상하로 움직여 유로를 개폐하는 공압작동식 밸브와, 워터 해머 발생시에 밸브 본체 상승을 억제하는 억제 기구로 이루어지고, 억제 기구는 회전축을 액츄에이터 상방에 고정시킨 스테핑모터와, 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축의 일방향 회전에 따라서 상승하고, 역방향 회전에 따라서 하강하는 상하운동부재와, 상하운동부재가 하강하여 스템 상단부에 접촉했을 때에 이것을 검지하는 하단 검지부재와, 액츄에이터로의 에어 공급 개시시에 스테핑모터를 일방향으로 회전시켜, 에어 공급 정지시에 스테핑모터를 역방향으로 회전시켜 하단 검지 부재의 검지시에 스테핑 모터에 정지 신호를 송신하는 제어장치를 포함하여 구성되는 워터 해머리스 밸브에 관한 것이다.

워터 해머, 밸브

Description

워터 해머리스 밸브{WATER HAMMER-LESS VALVE}

본 발명은, 공압식 액츄에이터의 작동에 의해 유로를 개폐하는 공압작동식 밸브에 관한 것으로서, 워터 해머의 발생에 의한 유로의 개방을 억제할 수 있는 워터 해머리스 밸브에 관한 것이다.

물 등의 유체가 유통하는 배관에 있어서 밸브를 급격하게 폐쇄하면 폐쇄 지점으로부터 상류측의 압력이 급격하게 상승하고, 그 때에 발생하는 압력파가 배관내를 일정한 속도로 전해져 배관을 진동시키거나 소음을 일으키거나 하는 소위 워터 해머(water hammer)가 발생하는 것은 잘 알려져 있다.

공압(空壓)식 액츄에이터의 작동에 의해 유로를 개폐하는 공압작동식 밸브를 이용한 배관에 있어서 워터 해머가 발생하면, 워터 해머의 압력에 의해서 액츄에이터 내부에 수용된 스프링이 수축하여 스템(stem, 굴대)이 상승하고, 그 결과 유로가 근소하게 열려져 유체가 역류해 버리는 경우가 있었다.

이러한 워터 해머의 압력에 의한 유로의 개방을 방지하기 위한 방법으로서는, 스템을 상방으로부터 강제적으로 누름으로써 밸브의 개방을 제한하는 방법이 고안되었다.

이러한 종류의 종래 기술로서는, 예를 들면 하기와 같은 특허 문헌 1의 개시 된 기술이 공지되었다.

특허 문헌 1의 개시 기술은, 스템의 상부에 암나사를 가지는 통(筒)형상부를 부착하고 상기 통 형상부에 볼트를 결합하고 상기 볼트에 의하여 스템의 상단부를 누르도록 구성되어 있는 것이다.

그러나, 특허 문헌 1 의 개시 기술은 볼트를 수동으로 결합하는 것에 의하여 스템을 누르는 것이기 때문에, 작업자가 현장에 출동하여 조작할 필요가 있어 조작이 번거로울 뿐만 아니라 긴급시에 신속한 대응을 행하는 것이 곤란하였다.

한편, 하기 특허 문헌 2 는 밸브 디스크의 개구를 일정하게 제한하는 스토퍼(stopper)부와 이 스토퍼부를 작동시키는 스토퍼 조작부와 이 스토퍼 조작부에 원격 신호를 보내는 원격 제어수단으로 이루어지고, 스토퍼부에 의해 스템의 상단부를 누르도록 구성된 밸브가 개시되어 있다.

특허 문헌 2 의 개시 기술은, 원격 조작이 가능한 점에 대해서는 특허 문헌 1 의 개시 기술에 비교하여 우수하다고 할 수 있지만, 평소시의 밸브 개구를 일정량으로 제한하기 위한 기술이며, 밸브 폐쇄시에 있어서의 워터 해머의 압력에 의한 유로의 개방을 방지할 수 있는 기술은 아니었다.

특허 문헌 1: 일본 실용신안 출원 소 58-4879 호 (일본 실용신안 공개 소 59-152255 호)

특허 문헌 2: 일본 실용신안 출원 소 63-135498 호 (일본 실용신안 공개 평2-56984 호)

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있도록 이루어진 것이며, 공압식 액츄에이터의 작동에 의해 유로를 개폐하는 공압작동식 밸브에 관한 것이고, 워터 해머 발생시에 있어서의 스템의 상승을 자동적으로 방지하여 유로의 개방을 억제할 수 있는 워터 해머리스 밸브를 제공한다.

청구항 1 항에 관한 발명은, 공압식 액츄에이터의 작동에 의해 밸브 본체를 상하로 움직여 유로를 개폐하는 공압작동식 밸브와, 워터 해머 발생시에 상기 밸브 본체의 상승을 억제하는 억제 기구를 포함하고, 상기 억제 기구는, 회전축이 하방을 향하고 상기 액츄에이터의 상방에 고정된 스테핑모터와, 상기 스테핑모터의 회전축에 연결되어 상기 회전축의 일방향 회전에 따라서상승하고, 역방향 회전에 따라서 하강하는 상하운동부재와, 상기 상하운동부재가 하강하여 상기 밸브 본체와 연결된 스템 상단부에 접촉했을 때에 이것을 검지하는 하단 검지부재와, 상기 액츄에이터로의 에어 공급 개시시에 상기 스테핑모터를 일방향으로 회전시키고, 에어 공급 정지시에 상기 스테핑모터를 역방향으로 회전시킴과 동시에 상기 하단 검지부재가 상기 검지를 하였을 때 상기 스테핑모터에 정지 신호를 송신하는 제어장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 밸브에 관한 것이다.

청구항 2 항에 관한 발명은, 상기 상하운동부재가 상승하여 그 하단부가 상기 스템 상단부의 최상승위치보다 높은 소정 위치에 이르렀을 때에 이것을 검지하는 상단 검지부재를 구비하고, 상기 제어장치가 상기 상단 검지부재가 전기 검지를 하였을 때 상기 스테핑모터에 정지 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 밸브에 관한 것이다.

청구항 3 항에 관한 발명은, 상기 스테핑모터의 회전축의 하단부에 숫나사부재가 고정되고, 상기 상하운동부재가 상기 숫나사부재에 나사 결합하는 암나사부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 밸브에 관한 것이다.

청구항 1 항에 관한 발명에 의하면, 액츄에이터로의 에어(air)가 정지하면 액츄에이터의 스템이 하강함과 동시에 스테핑 모터의 회전축이 역방향으로 회전하여 상하운동부재가 하강하고, 액츄에이터의 스템 상단부에 접촉했을 때 스테핑 모터가 정지한다. 이것으로 인하여 유로의 폐쇄시에 있어서 액츄에이터의 스템이 상방으로부터 눌러진 상태로 정지하게 되어, 워터 해머 발생시에 있어서 스템의 상승을 방지하여 유로의 개방을 억제할 수 있다. 또한, 액츄에이터에 에어가 들어가면 스템이 상승함과 동시에 스테핑 모터의 회전축이 일방향으로 회전하여 상하운동부재가 상승하기 때문에, 유로의 개방 동작이 상하운동부재에 의해서 저해되지 않는다.

청구항 2 항에 관한 발명에 의하면, 상하운동부재가 상승하여 그 하단부가 스템 상단부의 최상층 위치보다도 높은 소정 위치에 이르렀을 때에 스테핑 모터를 정지시킬수 있으므로, 상하운동부재를 스템 상단부가 접촉하지 않는 소정 위치로 자동적으로 정지시키는 것이 가능해진다.

청구항 3 항에 관한 발명에 의하면, 스테핑 모터의 회전축과 상하운동부재가 나사 구조에 의해서 접속되고 있는 것에 의하여, 스템에 상방향의 큰 압력이 더해져도 스템이 상승하는 것을 방지하여 유로의 개방을 확실히 억제하는 것이 가능해진다.

도 1 은 본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브의 전체 구성을 나타낸 개요도이고, 밸브 폐쇄 상태를 나타낸다.

도 2 는 본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브의 전체 구성을 나타낸 개요도이고, 밸브 개방 상태를 나타낸다.

도 3 은 본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브의 전체 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 4 는 도 1 의 억제기구를 추출하여 나타낸 확대도로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다.

도 5 는 본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브의 동작을 나타낸 플로우챠트이고, 밸브 개방시의 동작을 나타낸다.

도 6 은 본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브의 동작을 나타낸 플로우챠트이고, 밸브 폐쇄시의 동작을 나타낸다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1; 공압작동식 밸브

11; 스템

12; 밸브 디스크

2; 억제기구

20; 스테핑 모터

20a; 회전축

21; 상하 운동부재

22; 하단 검지부재

23; 상단 검지부재

24; 제어장치

4; 숫나사부재

이하, 본 발명 워터 해머리스 밸브의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2 는 본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브의 전체 구성을 나타낸 개요도로서, 도 1 은 밸브 폐쇄 상태, 도 2 는 밸브 개방 상태를 나타낸다.

본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브는 밸브 디스크의 상부에 설치되는 공압식 액츄에이터의 작동에 의해 유로를 개폐하는 공압작동식 밸브(1)와, 워터 해머 발생시에 있어서 상기 공압작동식 밸브의 밸브 디스크의 상승을 억제하는 억제기구(2)로 구성되어 있다.

공압작동식 밸브(1)는 밸브 몸체(10), 스템(11), 밸브 디스크(12), 덮게(13), 압축구(14)로 이루어진 밸브 본체와, 상기 밸브 본체의 상부에 설치된 스프링(15) 및 캡(16,cap)으로 이루어진 공압식 액츄에이터로 구성된 공지의 구조의 것이며, 밸브 몸체(10)에는 유로(10a)와 밸브 좌대(10b)가 설치되고, 캡(16)에는 에어(압축 공기)를 도입하기 위한 유입구(17)와 상기 유입구(17)로부터 공급된 에어를 스프링(15)의 하방으로 유입하는 에어 통로(18)가 설치되어 있다.

이와 같은 구조의 공압작동식 밸브(1)는, 유입구(17)로부터 에어가 캡(16) 내에 공급되면, 에어 통로(18)에 유입된 에어의 압력에 의해 스프링(15)이 수축하고, 이것에 의해서 스프링(15)에 의해 하부에 눌러져 있던 스템(11) 및 압축구(14) 가 상승하여 밸브 디스크(12)가 밸브 좌대(10b)로부터 이격되어 유로(10a)가 개방된다.

한편, 유입구(17)로부터의 에어 공급이 정지되면, 에어 통로(18)에 유입된 에어의 압력이 저하해 스프링(15)이 신장하고, 이것에 의해 스템(11) 및 압축구(14)가 하강하여 밸브 디스크(12)가 밸브 좌대(10b)와 접하게 되어 유로(10a)가 폐쇄된다.

공압작동식 밸브(1)의 공압식 액츄에이터로의 에어의 공급과 정지의 변환은 전자기 밸브(도 3 에 도시됨)에 의하여 행하여진다.

도 3 은 본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브의 전체 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 4 는 도 1 의 억제기구를 추출하여 나타낸 확대도로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다.

억제기구(2)는 공압식 액츄에이터의 상방에 고정된 스테핑 모터(20)와, 스테핑 모터(20)의 회전축에 취부된 상하운동부재(21)와, 상하운동부재(21)가 하단부에 이르렀을 때에 이것을 검지하는 하단 검지부재(22)와, 상하운동부재(21)가 상단부에 이르렀을 때에 이것을 검지하는 상단 검지부재(23)와, 이들 하단 검지부재(22) 와 상단 검지부재(23) 및 상기 전자기 밸브로부터의 신호에 기초하여 스테핑 모터(20)의 구동을 제어하는 제어장치(24)로 구성되어 있다.

스테핑 모터(20)는 공압식 엑츄에이터의 캡(16) 상면에 얹혀져 고정된 베이스(3)의 상부에 고정되고, 그 회전축(20a)은 하방으로 향하되 밸브 본체의 스템(11)과 동일축선상에 배치되어 있다.

스테핑 모터(20)의 회전축(20a)의 하단부에는, 숫나사부재(4)가 회전축(20a)과 동축으로 고정되고, 이 숫나사부재(4)는 스테핑 모터(20)의 회전축(20a)과 함께 회전한다.

숫나사부재(4)는 윗부분은 회전축(20a)의 하단부가 끼워져 고정되는 구멍을 가지는 부착부(4a)와, 아랫 부분은 외주면에 숫나사가 형성된 숫나사부(4b)로 이루어진다.

상하운동부재(21)는 내주면에 암나사가 형성되고 바닥면을 가진 원통체(21a)와, 상기 원통체(21a)의 외주면 동일 높이의 위치로부터 좌우 양방향으로 수평하게 연장된 봉체(21b)로 구성되어 있다.

원통체(21a)의 암나사부는 숫나사부재(4)의 숫나사부(4b)가 상방향으로부터 나사 결합되어 있고, 좌우의 봉체(21b)의 앞 끝부분은 베이스(3)의 측면에 형성된 슬릿(31)을 통하여 측방으로 돌출되어 있다.

베이스(3)에 형성된 슬릿(31)은 상하 방향으로 연장되어 있고, 그 폭은 봉체(21b)의 직경과 거의 같게 설정되어 있다. 이로 인하여, 봉체(21b)는 슬릿(31)을 따라서 상하 방향의 이동만이 허용되고, 봉체(21b)와 일체로 된 원통체(21a)도 상 하 방향의 이동만이 허용되며 회전은 허용되지 않는다.

상술한 구성에 의하여 스테핑 모터(20)의 회전축(20a)이 일방향으로 회전하면, 숫나사부재(4)도 일방향으로 회전하고, 이에 수반하여 숫나사부재(4)에 나사 결합된 원통체(21a)가 봉체(21b)와 함께 상승한다. 반면, 스테핑 모터(20)의 회전축(20a)이 역방향으로 회전하면, 숫나사부재(4)도 역방향으로 회전하고, 이에 수반하여 숫나사부재(4)에 나사 결합된 원통체(21a)가 봉체(21b)와 함께 하강한다.

하단 검지부재(22)는 상하운동부재(21)의 하단부에 취부된 접촉 센서로 이루어진 것으로, 상하운동부재(21)의 하단부가 스템(11)의 상단부에 접촉했을 때(도 1 참조) 이것을 검지하여 제어장치(24)로 검지 신호를 전달한다.

상단 검지부재(23)는 베이스(3)의 측면의 슬릿(31) 상방에 취부된 리미트 스위치(limit switch)로 이루어진 것으로, 상기 상하운동부재(21)가 상승하여 봉체(21b)가 리미트 스윗치에 접촉했을 때 이것을 검지하여 제어장치(24)로 검지 신호를 전달한다.

봉체(21b)가 리미트 스위치에 접촉할 때의 상하운동부재(21)의 하단부의 높이(상한(上限)높이)는 스템(11) 상단부의 최상승 위치보다도 높게 설정된다. 즉, 상하운동부재(21)는 스템(11)이 가장 상승한 상태(유로가 완전하게 개방된 상태)에 있어서도 하단 검지부재(22)가 스템의 상단부에 접촉하지 않는 위치를 상한 높이로 하여 상승한다.

제어장치(24)는 하단 검지부재(22)로부터 검지 신호를 수신했을 경우 및 상단 검지부재(23)로부터 검지 신호를 수신했을 경우에 스테핑 모터(20)를 정지하기 위한 제어 신호를 보낸다.

이것에 의하여 스테핑 모터(20)의 회전축(20a)의 회전이 정지하고, 상하운동부재(21)의 상하 방향으로의 이동이 정지한다.

제어장치(24)는 재차 전자기밸브(5)로부터의 신호에 기초하여 스테핑 모터(20)의 구동을 제어한다.

구체적으로는, 공압식 액츄에이터로의 에어 공급을 개시하기 위하여 전자기밸브(5)가 ON 되면, 상기 ON 신호를 수신하여 스테핑 모터(20)의 회전축(20a)을 일방향으로 회전시키기 위한 제어 신호를 보낸다. 그리고, 공압식 액츄에이터로의 에어 공급을 정지하기 위하여 전자기밸브(5)가 OFF 되면, 상기 OFF 신호를 수신하여 스테핑 모터(20)의 회전축(20a)을 역방향으로 회전시키기 위한 제어 신호를 보낸다.

도 5 및 도 6 은 본 발명에 관한 워터 해머리스 밸브의 동작을 나타내는 플로우챠트이다.

우선, 도 5 에 기초하여 밸브 개방시의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 밸브가 폐쇄되어 있는 초기 상태(도 1 참조)에서 전자기 밸브가 ON 이 되면, 전자기 밸브로부터 신호를 수신한 제어장치(24)로부터 스테핑모터(20)로 제어 신호가 전달된다. 이것에 의하여 스테핑모터(20)의 회전축(20a)이 일방향으로 회전을 개시하고, 이것에 의하여 상하운동부재(21)의 하단부가 스템의 상단부로부터 이격되어 상승을 개시한다.

스테핑모터(20)의 동작으로부터 약간 지연되어, 공압식 액츄에이터로의 에어 의 공급이 개시되어 스템(11)이 상승을 개시하고 스템(11)의 상승에 수반하여 밸브 디스크(12)가 밸브 좌대(10b)로부터 이격되어 유로(10a)가 개방된다.

스템(11)이 상승하고 있는 동안에 상하운동부재(21)는 상승을 계속한다.

그리고, 상하운동부재(21)가 상단에 도달하여 상단 검지부재(23)에 검지되면, 상단 검지부재(23)로부터 제어장치(24)로 검지 신호가 전달되고, 제어장치(24)는 이 검지 신호를 수신하여 스테핑모터(20)로 정지 신호를 송신한다. 이것에 의하여 스테핑모터(20)의 회전축(20a)의 회전이 정지하고, 상하운동부재(21)의 상승이 정지한다.

그 후, 유로(10a)의 개방을 완료한 시점에서 스템(11)의 상승이 정지하여 밸브 개방 동작을 종료한다. 이 종료 상태에서는 상하운동부재(21)의 하단부는 스템(11)의 상단부로부터 이격되어 있다(도 2 참조).

다음으로 도 6 에 기초하여 밸브 폐쇄시의 동작에 대하여 설명한다.

밸브가 개방되어 있는 초기 상태(도 2 참조)에서 전자기 밸브가 OFF 되면, 공압식 액츄에이터로의 에어의 공급이 정지되어 스템(11)이 하강을 개시한다.

이어서, 전자기 밸브로부터의 신호를 수신한 제어장치(24)로부터 스테핑모터(20)로 제어 신호가 보내져 스테핑모터(20)의 회전축(20a)이 역방향으로 회전을 개시한다. 이것에 의하여 상하운동부재(21)의 하단부는 스템의 상단부로부터 이격된 상태를 유지한 채 하강한다.

스템(11)은 하강을 계속하고, 밸브 디스크(12)가 밸브 좌대(10b)에 접하여 유로(10a)가 폐쇄된다(도 1 참조).

상하운동부재(21)는 스템(11)의 동작후에 하강을 계속하고, 그 하단부가 스템 상단에 접촉하여 하단 검지부재(22)에 검지되면, 하단 검지부재(22)로부터 제어장치(24)에 검지 신호가 보내지고, 제어장치(24)는 이 검지 신호를 수신하여 스테핑모터(20)에 정지 신호를 송신한다. 이것에 의하여 스테핑모터(20)의 회전축(20a)의 회전이 정지하여 상하운동부재(21)의 하강이 정지한다.

이 상태에서는, 상하운동부재(21)의 하단부가 스템(11)의 상단부에 접하고 있게 되므로(도 1 참조), 워터 해머가 발생한 경우에 있어서도 스템의 상승이 방지되어 유로의 개방을 억제할 수 있다.

본 발명은 공압식 엑츄에이터의 작동에 의해 유로를 개폐하는 공압작동식 밸브에 있어서, 워터 해머의 발생에 의한 유로의 개방을 억제하기 위한 기술로서 이용된다.

Claims

공압식 액츄에이터의 작동에 의해 밸브 본체를 상하로 움직여 유로를 개폐하는 공압작동식 밸브와, 워터 해머 발생시에 상기 밸브 본체의 상승을 억제하는 억제 기구를 포함하고,

상기 억제 기구는,

회전축이 하방을 향하고 상기 액츄에이터의 상방에 고정된 스테핑모터와,

상기 스테핑모터의 회전축에 연결되어 상기 회전축의 일방향 회전에 따라서상승하고, 역방향 회전에 따라서 하강하는 상하운동부재와,

상기 상하운동부재가 하강하여 상기 밸브 본체와 연결된 스템 상단부에 접촉했을 때에 이것을 검지하는 하단 검지부재와,

상기 액츄에이터로의 에어 공급 개시시에 상기 스테핑모터를 일방향으로 회전시키고, 에어 공급 정지시에 상기 스테핑모터를 역방향으로 회전시킴과 동시에 상기 하단 검지부재가 상기 검지를 하였을 때 상기 스테핑모터에 정지 신호를 송신하는 제어장치,

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 상하운동부재가 상승하여 그 하단부가 상기 스템 상단부의 최상승위치 보다 높은 소정 위치에 이르렀을 때에 이것을 검지하는 상단 검지부재를 구비하고,

상기 제어장치가 상기 상단 검지부재가 전기 검지를 하였을 때 상기 스테핑모터에 정지 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 스테핑모터의 회전축의 하단부에 숫나사부재가 고정되고,

상기 상하운동부재가 상기 숫나사부재에 나사 결합하는 암나사부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 밸브.