KR20080085701A - 축방향 시일을 유지하는 제거가능한 수단을 갖춘 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 볼 밸브는 폐쇄 밸브 위치로부터 개방 밸브 위치로 회전가능하게 작동될 수 있고, 반대로 개방 밸브 위치로부터 폐쇄 밸브 위치로 회전가능하게 작동될 수 있으며 동축의 관통 개구(31)가 제공되어있는 볼(30)을 수용하기 위한 시트(11)를 갖춘 밸브 보디(10); 볼의 양측에서 밸브 보디(10)에 대해 구속되어있고, 각각 동축의 내부 홀(21)이 구비되어있고, 각 파이프의 접합부분에 연결될 수 있는 두 개의 대향 단부 플랜지(20); 밸브 보디(10)와 볼(30) 사이에 배열되어있고, 관련 축방향 시트(45) 내에 수용되고 길이방향 축(X-X)과 동축인 축방향 시일(50)을 가지고 있는 환형 부재(41)를 포함하고 있는 시일 수단(40)으로 구성되어있고, 상기 축방향 시일(50)은 볼(30)의 외면(30a)에 접촉하기 위하여 상기 축방향 시트 내에 부분적으로 삽입되어있는 볼 밸브에 있어서, 상기 시일 보유 환형 부재(41)에 대해 축방향으로 구속되어있고 상기 축방향 시일(50)을 축방향에서 유지하기 위하여 시일(50)의 전방면 부분에 횡방향(Y-Y)에서 접촉하는 동축의 링(42)을 포함하고 있다.

볼 밸브, 시트, 플랜지, 시일, 링, 그래파이트

Description

축방향 시일을 유지하는 제거가능한 수단을 갖춘 볼 밸브{BALL VALVE WITH REMOVABLE MEANS FOR RETAINING THE AXIAL SEAL}

본 발명은 밸브의 축방향 시일을 축방향에서 유지하기 위한 제거가능한 수단이 제공되어있는 볼 밸브에 관한 것이다.

두 파이프의 접합부분을 서로 연결하여 파이프를 통한 유체의 흐름을 허용하거나 차단할 수 있는 밸브를 사용하여, 유체를 차단할 필요가 있는 파이프의 내부에서 유체를 이송시키는 것에 관한 기술 분야에서 볼 밸브가 널리 알려져 있다.

이와 관련한 볼 밸브에 있어서, 상세하게는 밸브 보디 내에 수용되고 파이프의 내경과 실질적으로 동일한 직경의 관통 홀을 구비하고 있는 볼이 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 회전가능하게 작동될 수 있음으로써 유체의 흐름이 통하거나 차단되고, 이 개방 위치에서 관통 홀의 축선이 유체의 흐름 방향과 동일하고, 이 폐쇄 위치에서 관통 홀이 유체의 흐름 방향을 가로지르고 볼과 파이프 사이에서 서로 접촉할 각각의 대향면 사이에 배열되어있는 환형 시일에 의해 시일이 제공된다.

일반적으로 사용되는 여러 형태의 볼 밸브 중에서, 시일 부품을 포함하는 두 시트 사이에서 밀폐된 챔버를 가지고 있는 (사용되는 조립 방법에 따른)소위 "트러 니언(trunnion)" 또는 "상부 삽입(top entry)" 형태의 밸브가 또한 널리 알려져 있고, 상기 챔버는 볼의 상류 및/또는 하류에 압력이 있을 때에도 어느 정도의 유체 손실분의 배출을 허용하는 "볼 챔버"라고도 불린다.

볼 챔버를 시일링하기 위하여, 이들 밸브는 밸브 보디와 볼 사이에서 동축상으로 배열되어있는 링을 포함할 수 있고, 이 링은 링의 시일 면과 볼 자체가 접촉하기 위하여, 탄성 수단에 의해 볼에 대해 축방향으로 가압되고, 보통 상기 시일 면은 볼에 맞도록 형성되거나 처리된 링의 금속 면 또는 링의 전용 시트 내로 축방향으로 가압되는 적절한 형상의 시일로 구성된다.

이러한 시일은 그 기능들을 달성할지라도, 볼과 링의 사이에서 시트 역할을 하는 접촉면을 경화 처리할 필요가 있고 또한 볼과 두 시일 링 사이의 접촉면들을 정확하게 결합시키기 위해 필요한 조정(adaptation) 때문에, 금속 시일이 매우 값비싸다는 점에서 시일의 실제의 사용을 제한하는 단점을 가지고 있고, 이러한 경화 처리는 이 구성요소 중 단 하나만이 손상되더라도 세 개의 모든 부품(볼과 두 시일 링)들이 교체되어야만 하는 결합 수단을 보장하는 것이 요구되었다. 또한 이 단점에 있어서, 공정 유체 내에 부유할 수 있는 고체 미립자의 존재가 서로 접촉하고 있는 금속 시일면을 매우 쉽게 손상시켜, 시일면에 스크래치를 내고 밸브의 완전한 시일의 초과 지속기간을 감소시킨다는 점이 추가되어야한다.

유사하게는, 그래파이트와 유리 섬유 또는 플라스틱의 혼합체와 같은 재료로 제조된 연성 시일에 의해 제공되는 시일 효과는 작동 압력으로부터 야기된 추력으로 이 재료에 가해지는 로드에 의해서는 물론, 흐르는 유체에 의해서도 생기는 마 모로 인하여 약하게 된다.

이러한 결점은 고온 및/또는 고압 상태의 적용용처의 경우에서 좀더 치명적이게 되고, 이 조건은 고온 및/또는 특정의 고압 상태와 상기 재료가 양립할 수 없기 때문에 플라스틱으로 만들어진 시일의 사용을 제한한다.

그러므로, 내포된 기술적인 문제는 밸브를 통과하는 유체 내에 부유하는 미립자의 작용 및/또는 압력 하에서 유체의 추력에 의해 가해지는 로드의 작용으로 손상되지않고, 만일 시일 면이 마모되거나 손상된 경우에 시일 면 중 단 하나라도 쉽게 교체시킬 수 있는, 밀폐된 챔버가 볼과 밸브 보디 사이에 형성된 형태의 볼 밸브를 제공하는 것이다.

이 문제와 함께, 또한 고온 및/또는 높은 작동압력 상태에서 사용될 수 있고, 제조하고 조립하기가 용이하고 비용이 저렴할 수 있는 밸브를 필요로 하는 것이다.

- 폐쇄 밸브 위치로부터 개방 밸브 위치로 회전가능하게 작동될 수 있고, 반대로 개방 밸브 위치로부터 폐쇄 밸브 위치로 회전가능하게 작동될 수 있으며 동축의 관통 개구(31)가 제공되어있는 볼(30)을 수용하기 위한 시트(11)를 갖춘 밸브 보디(10);

- 볼의 양측에서 밸브 보디(10)에 대해 구속(constrained)되어있고, 각각 동축의 내부 홀(21)이 구비되어있고, 각 파이프의 접합부분에 연결될 수 있는 두 개의 대향 단부 플랜지(20);

- 밸브 보디(10)와 볼(30) 사이에 배열되어있고, 관련 축방향 시트(45) 내에 수용되고 길이방향 축(X-X)과 동축인 환형 부재(41)를 포함하고 있는 시일 수 단(40)으로 구성되어있고, 상기 축방향 시일(50)은 볼(30)의 외면(30a)과 접촉(interfere)하기 위하여 관련 축방향 시트(45) 내에 부분적으로 삽입되어있는 볼 밸브에 있어서,

상기 시일 보유 환형 부재(41)에 대해 축방향으로 구속되어있고 상기 축방향 시일(50)을 축방향에서 유지하기 위하여 시일(50)의 전방면 부분에 횡방향(Y-Y)에서 접촉하는 동축의 링(42)을 포함하고 있는 볼 밸브에 의해 상기의 문제들이 본 발명에 따라 해결될 수 있다.

본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 설명될 것이고, 이는 단지 예시일 뿐 한정되는 것은 아니다.

도 1에 도시된 바와 같이, 의미를 한정하지 않고 단지 설명의 편의상 흐름 방향과 평행한 길이방향(X-X)과 횡방향(Y-Y)의 기준 축의 한 쌍을 가정하고, 본 발명에 따른 볼 밸브는 세 부품으로 구성된 트러니언형 밸브로서 도면에 예로 도시되어있고, 이 밸브는 본질적으로 동축의 실린더형 개구(31)를 가진 볼(30), 시트(11)가 제공되어 볼을 내부에 수납하는 밸브 보디(10) 및 볼을 폐쇄 밸브 위치(도 1)로부터 개방 밸브 위치(도 3)로 회전가능하게 작동시킬 수 있는 개략적으로 참조부호 100으로 표시된 종래의 수단을 포함하고 있다.

밸브는 볼의 양측에서 밸브 보디(10)에 대해 구속되어있고 각각의 동축 내부 홀(21)에 의해 파이프(미도시)에 연결될 수 있는 두 개의 대향 단부 플랜지(20)를 더 포함하고 있다.

각각의 플랜지(20)와 볼(30) 사이에 배열되어있는 시일 수단(40)은 길이방향 축(X-X)과 동축인 환형 부재(41)를 포함하고 있고, 이 환형 부재는 단부 플랜지(20)에 접촉할 수 있는, 즉 일반적으로 상기 환형 부재의 하우징의 표면에 접촉할 수 있는 반경방향 시일(41a) 및 대항하여 시일을 형성하는 볼의 외면(30a)에 접촉할 수 있는 축방향 시일(50)을 가지고 있어서, 밀폐된 볼 챔버(12)를 형성한다.

시일 보유 환형 부재(41)는 탄성 수단(44)에 의해 볼(30)의 외면(30a)을 향하여 가압되고, 이 탄성 수단은 스프링이 반발하는 대응하는 단부 플랜지(20)의 시트(44a) 내부에 축방향으로 수납되어있다.

한 부품 또는 두 부품으로 이루어진 밸브에서 이러한 시트는 밸브 보디 자체에 형성될 수 있다.

본 발명에 따라, 상기 축방향 시일(50)은 관련된 축방향 시트(45) 내에 수납되어있되, 시트 내부에 부분적으로 삽입되어있고, 이 축방향 시일을 축방향에서 유지하기 위하여, 횡방향(Y-Y)에서 시일(50)의 전방면 부분에 접촉하는 동축의 링(42)에 의해 부분적으로 유지되어있다. 상기 유지 링(42)은 나사(43)에 의해 시일 보유 환형 부재(41)에 대해 축방향으로 구속되어있고, 바람직하게는 이 나사는 환형 부재 내에 조여진다.

바람직한 실시예에 따라, 상기 시일 보유 환형 부재(41)는 시일(50)에 접촉하는 볼(30)의 외면(30a)의 직경보다 큰 내경을 가진 반경방향 연장부(41b)를 가지고 있고, 나사의 헤드가 볼 챔버(12)의 내부 및 볼(30)의 시일 면(30a)의 범위의 바깥쪽에 위치되도록 축방향 유지 링(42)을 고정하기 위한 나사(43)가 연장부 내에 조여진다.

이러한 방식으로 시일(50)은 볼의 외면과 환형 부재(41)의 시트(45)의 횡방향(Y-Y)에 평행한 단부 벽의 모두에 접촉함으로써, 축방향의 유체밀폐 시일 및 환형 부재의 상기 시트(45)의 동축의 환형 면을 따른 실린더형의 원형 시일을 생성할 수 있다.

이어서 축방향 시일(50)을 유지하기 위한 링(42)은 환형 보디(42a) 및 바깥쪽으로 경사진 언더컷부(42b)를 가지고 있고, 이 언더컷부는 언더컷부에 대향하는 볼의 외면(30a)의 기울기(tangent)에 실질적으로 일치하도록 배열될 수 있다.

바람직한 실시예에 따라, 시일(50)은 스테인리스 강 스트립(52)으로 보강된 순 그래파이트 시트로 만들어진 연속의 시트 층(51)으로 형성되어있고, 이 스트립의 두께는 시일에 가해지는 추력에 따라 수백 밀리미터 내지 수십 밀리미터 사이이다.

각 시일의 보강용 스테인리스 강 스트립은 니켈, 즉 공정 유체와 적합한 다른 재료로 만들어진 스트립으로 대체될 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따른 밸브에 있어서, 여러 부품에 피해를 주는 조작 없이 시일이 용이하게 교체될 수 있고, 그에 따라 만일 시일에 마모가 생긴 경우에 밸브가 용이하고 신속하게 보수관리되게 하고, 시일과 볼 모두를 교체할 필요없이 단독으로 바꿀 수 있는 시일을 사용하여 밀폐된 챔버를 얻을 수 있다. 또한, 시일의 교체는 특별한 기술을 사용할 필요가 없으므로 밸브를 제작자에게 발송하지않고 사용자에 의해 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 축방향으로 유지되어있는 밸브는 특히 고온 및/또는 고압 상태에서 사용하기에 적절하며, 연마 성질을 가진 유체에 대하여서도 적절하고, 또한 트러스트 면의 넓은 면적으로 인하여 시일 부품의 트러스트 압력이 극도로 높아지는 큰 직경의 밸브에도 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 밸브에 있어서, 그 분야의 기술 전문어로 "기체 밀폐형(bubble-tight)" 시일로 불리는 완벽한 시일을 사용하여 긴 작업 수명을 얻을 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐쇄 위치의 볼 밸브를 길이방향의 수직평면을 따라 절단한 것으로 도시한 단면도;

도 2는 도 1에 따른 시일의 배열구성을 확대하여 도시한 상세도; 및

도 3은 도 1과 유사한 개방 위치의 볼 밸브의 단면도.

Claims (12)

1. - 폐쇄 밸브 위치로부터 개방 밸브 위치로 회전가능하게 작동될 수 있고, 반대로 개방 밸브 위치로부터 폐쇄 밸브 위치로 회전가능하게 작동될 수 있으며 동축의 관통 개구(31)가 제공되어있는 볼(30)을 수용하기 위한 시트(11)를 갖춘 밸브 보디(10);

   - 상기 볼의 양측에서 밸브 보디(10)에 대해 구속되어있고, 각각 동축의 내부 홀(21)이 구비되어있고, 각 파이프의 접합부분에 연결될 수 있는 두 개의 대향 단부 플랜지(20);

   - 상기 밸브 보디(10)와 볼(30) 사이에 배열되어있고, 관련 축방향 시트(45) 내에 수용되고 길이방향 축(X-X)과 동축인 축방향 시일(50)을 가지고 있는 환형 부재(41)를 포함하고 있는 시일 수단(40)으로 구성되어있고, 상기 축방향 시일(50)은 볼(30)의 외면(30a)에 접촉하기 위하여 상기 축방향 시트(45) 내에 부분적으로 삽입되는 볼 밸브에 있어서,

   상기 시일 보유 환형 부재(41)에 대해 축방향으로 구속되어있고, 상기 축방향 시일(50)을 축방향에서 유지하기 위하여 시일(50)의 전방면 부분에 횡방향(Y-Y)에서 접촉하는 동축의 링(42)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 축방향 유지 링(42)은 제거가능한 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 축방향 유지 링(42)은 나사(43)에 의해 상기 시일 보유 환형 부재(41)에 대해 구속되고, 이 나사(43)는 축방향으로 조여지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 시일 보유 환형 부재(41)는 축방향 시일(50)에 접촉하는 볼(30)의 외면(30a)의 직경보다 큰 내경을 가진 반경방향 연장부(41b)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 시일(50)을 축방향에서 유지하는 링(42)을 고정하기 위한 나사(43)는 상기 반경방향 연장부(41b) 내로 조여지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 축방향 시일(50)을 유지하기 위한 링(42)은 시일 보유 환형 부재(41)의 반경방향 연장부의 직경에 상응하는 직경을 가진 환형 보디(42a) 및 대향하는 볼(30)의 외면(30a)의 기울기와 실질적으로 일치하도록 배열될 수 있는 바깥쪽으로 경사진 언더컷부(42b)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 축방향 시일(50)은 금속 스트립(52)으로 보강된 순 그래파이트 시트로 이루어진 다수의 시트 층(51)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 보강 스트립은 스테인리스 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 보강 스트립의 두께는 수백 밀리미터 내지 수십 밀리미터인 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 축방향 시일(50)은 시일 보유 환형 부재(41)의 대응하는 축방향의 시트(45)의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 시일(50)은 볼의 외면과 환형 부재(41)의 시트(45) 의 횡방향(Y-Y)에 평행한 단부 벽의 모두에 접촉함으로써, 축방향의 유체밀폐 시일 및 환형 부재의 상기 시트(45)의 동축의 환형 면을 따른 실린더형의 원형 시일을 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 대향 단부 플랜지(20) 또는 밸브 보디(10)에 접촉할 수 있는 반경방향 시일(41a)이 상기 시일 보유 환형 부재(41)에 결합되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.

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