KR20090023466A - 동일한 밸브에서 상이한 Ｋｖ―값을 가지면서 조절 특성을 유지하는 조절밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히팅 또는 쿨링 시스템에서 매체의 유동을 조절하도록 설계된 장치에 관련한 것으로 회전가능한 콘(11)에 적용되는 베일(14)에 고정 장착되는 조절 밸브(51)에 관한 것이며, 콘은 기계장치되어 프로파일되며, 완성 밸브는 함수를 달성하는 것은 Kv-값이 동일한 밸브 치수 내에서 변화될수 있으며, 상기 유동의 특징이 변화된 Kv-값에 상관없이 유지되는 것을 의미한다. 상기 밸브의 Kv-값은 변화되거나 조절될 수 있으며, 또한 설비에 있어 밸브의 장착을 수반한다.
밸브 바디, 조절 밸브, 커넥션, 밸브 시트, 스핀들, 콘, 베일, 사전조절툴/휠, 플랭크, 조절 함수

Description

동일한 밸브에서 상이한 Ｋｖ―값을 가지면서 조절 특성을 유지하는 조절밸브{REGULATING VALVE WITH A MAINTAINED REGULATING CHARACTERISTIC AT DIFFERENT KV-VALUES WITHIN ONE AND THE SAME VALVE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 히팅(heating)및 쿨링(cooling) 시스템에서 유량을 조절하도록 설계된 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장치의 설계에 대한 일실시예는 밸브를 통한 유량을 조절하는 것으로서, 실제 작동 상에서, 조절밸브 및 조절밸브의 콘(cone)이 총 상승 높이의 50% 까지 상방으로 상승될 때 효과 또한 최대 효과의 50%가 초래되게끔, 유량이 형성되고 시스템에서 효과가 발생하게 되는 것이다. 이러한 상호연관은 조절밸브를 통하는 모든 유동에서 유효하며, 상승 높이와 효과 사이의 이러한 상호연관을 가지는 조절밸브의 특성을 로가리즘(logarithmic)이라 불린다. 이런 특성을 영국식 용어로는 EQ=등비(equal percentage)라 한다.
또한 이러한 특성은 일정한 변형으로써 발전될 수 있으며, 이런 경우에 EQM-함수(EQM-function)=변형된 등비(equal percentage modified)라고 한다. 본 발명에 따른 장치인 조절밸브는 이러한 기능을 가지며, 또한 히팅 및 수도시설, 위생시설 분야에서의 장인들이 조절밸브의 Kv-값이라고 일컫는 유량, 최대 유량이 변화할 때도, 특성이 유지될 수 있기 때문에, 본 발명은 독창적이다.
따라서, 본 발명은 매우 유익한데, 동일 치수의 동일한 조절밸브에서 상기 Kv-값은 특성을 유지하면서 변화될 수 있다. 자주 활용되는 한가지 특성이 상기 언급된 EQ-함수인데, 그러나 본 발명은 당연하게 리니어(linear) 또는 대안적인 특성을 위해 발전할 수도 있다.
이러한 목적을 위한 이미 공지된 장치는 다양한 결점들을 지니고 있다.
예컨대, EQM-함수를 지닌 조절밸브는 있으나, 이런 경우에는 상기 함수가 고정선택된 Kv-값에 유효하다는 것에 제한이 걸린다.
또한, 가변성의 Kv-값을 지니는 밸브가 있으나, 이러한 변동은, Kv-값이 밸브의 상승 높이에 연계됨으로써, 밸브의 조절 기능에 제한이 따른다는 것과 연계되어 있다. 이는 이런 경우에 대체로 스트로크의 길이가 제한되는 것을 의미하는데, 즉 밸브의 최대 개방 정도가 간단히 제한될 것이고, 그 결과로, 전체 스트로크의 작은 부분만이 조절 작업을 위해 사용되기 위해 남게 되어, 밸브의 유량 조절 능력이 저하된다. 현재 사용되는 조절밸브는 이미 선택된 Kv-값으로 만들어지는 구조적으로 주요한 결점을 지니고 있는데, 이는 상이한 유량에 대비해 다양한 밸브가 만들어져야하는 것을 의미한다. 이러한 유량들 사이에서 표준화된 크기의 비율이 존재하게 되며, 제조사들은 몇 가지 Kv-값을 포함하는 크기가 다른 밸브들을 제조하여 시장에 내놓아야하며, 이는 유량에 대한 요구조건에 맞는 다양한 수요를 맞추 기 위해 필요한 일이다.
이로 인해, 예컨대 컨설턴트들이나 도매상들, 설치 엔지니어들과 같은 모든 직업 전문가들도, 개개의 작동 경우에 대해 적절한 조절 기능을 제공할 수 있도록, 상당한 량의 밸브들을 취급해야 한다. 또한 후속 상황으로 서비스 및 유지보수에 관한 요구조건으로 인해, 이들 직무 전문가들은 상당한 양의 밸브들을 구색을 갖춰 비축하고 취급해야 한다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점을 가능한 한 회피하고 제거하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 이런 기술분야에서 다양한 관점에 있어 기술 상태를 더 발전시키고자 한다. 본 명세서의 서론부에 기술된 형태의 장치에 의하여 본 발명에 따른 목적이 실현되고, 상기 장치는 주로 청구항 1항의 특징부에서 기술된 것으로 특징 지어진다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명되며, 이것은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 실시예를 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따라 기술된 장치는, 본 발명이 적용되는 일 예로의 구조물에 장착된다. 본 발명의 주요부는 시트(seat) 및 베일(veil)과 협동작용하는 특별히 설계된 콘(cone)이다. 베일(veil)은 일반적인 명칭으로, 유량의 제한 및 제어에 관련되는, 예컨대 히팅, 수도설비 및 위생설비 분야에서 일반적으로 사용되며, 스크린 월(screen wall)의 형태를 하고 있다. 본 발명에 따른 베일은 첨부된 도면 및 여기에 기술된 방식으로 설계되어 있다. 따라서, 이들 부품들, 즉 시트, 콘 및 베일은 완성된 밸브를 이루기 위해, 여타의 밸브 하우징 실시예에 장착될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 완성된 밸브(complete valve)의 설계 예이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 완성된 상부 부품(complete top piece)의 외형도이다.
도 3은 본 밸브의 기능을 보여주는 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 콘의 외형 및 단면도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1.밸브 바디(valve body) 2. 공급 커넥션(feed connection)
3.복귀 커넥션(return connection) 4. 밸브 시트(valve seat)
5.커넥션 조인트(connection joint) 6.완성된 상부부품(complete top piece)
7.계측 니플 (measuring nipple) 8.계측 니플(measuring nipple)
9.로킹 너트 (locking nut) 10.유동 개방부(flow opening)
11.콘 (cone) 12.스핀들(spindle)
13.밀봉 에지(sealing edge) 14.베일(veil)
15.하우징(housing) 16.스플라인(splines)
17.홈 (groove) 18.돌출부(projecting portion)
19.하부(lower portion) 20.스프링(spring)
21.O-링(O-ring) 22.O-링(O-ring)
23.O-링(O-ring) 24.경사면(bevelled plane)
25.베일 개방부(opening of veil) 26.상부 측면(upper side)
27.에지(edge) 28.상부 커넥션면(upper connection plane)
29.넥 (neck) 30.평면(plane)
31.스터핑박스 너트(stuffing box nut) 32.오목부(recess)
33.사전조절툴/휠(pre-adjustment tool/wheel)
34.O-링 홈(O-ring groove) 35.상부 부분(upper part)
36.스파이크부(spiked part) 37.링 섹션(ring section) 38.최대한 기계가공된 플랭크(maximally machined flank)
39.개방 에지(opening edge) 40.홀(hole)
41.홈 (groove) 42.경사면(bevelled plane)
43.O-링 홈(O-ring groove) 44.플랭크(flank)
45.에지(edge) 46. Rmin
47. Rmax 48.내부 반경(internal radius)
49.외부 직경(outer diameter) 50.하부(bottom)
51.완성된 밸브(complete valve)
도 1은 본 발명에 따른 밸브 형태의 일례를 도시한다.
물론 상이한 실시예들도 존재할 수 있으며, 여기서 조절 부분에 있어, 중요 부품들인 밸브시트(4), 콘(11)과 베일(14)을 구비한 완성된 상부 부품(6)들이, 예컨대 차동 압력기능(differential pressure function)과 결합될 수 있고, 조절 부분과 연결되어 하나의 유닛(unit)으로 될 수도 있다. 본 발명은, 엘리먼트들과 구조물의 세부사항들이 공동으로 조절 기능을 수행하고, 그리고 이들이 여타의 다른 기능들과 결합하여, 예컨대 차동 압력제어, 또는 차단기능들과 결합하여 해결책이 될 수 있다는 것에 의해 특징지어지는데, 이는 본 기술분야 내의 장인들에게는 명백한 내용이다.
따라서, 도 1에는 밸브 바디(1)를 지닌 완성된 밸브(51)가 도시되어 있는데, 상기 밸브 바디에는 바람직하게 내부나사가 나있는 공급 커넥션(2) 및 상응하는 나사가 나있는 복귀 커넥션(3)이 있는 복귀측이 있다. 또한 밸브 바디(1) 상에는 완성된 상부 부품(6)을 위한 커넥션 조인트(5)가 있다. 상부 부품(6)은 커넥션 조인트(5)에 삽입되어 로킹 너트(9)에 의해 고정된다.
압력 및 온도를 측정하기 위해서는 계측 니플이 장착된 다양한 커넥션들이 사용된다. 고압 레벨의 공급측에는 계측 니플(7)이 사용되고 저압 레벨의 복귀측에는 계측 니플(8)이 사용된다. 계측 니플들(7, 8)은 각각 제조사에 의해 공급되는 표준화된 부품들이며, 이들의 기능 및 구조는 이전 특허문서, 예컨대 SE 465 636에 기술되어 있다.
설치 작업 시에는, 완성된 밸브(51)가 커넥션들(2, 3)을 통해 튜브 시스템에 연결되고, 스핀들(12)의 축방향 운동 및 또한 콘(11) 및 밸브 바디(1) 내의 밸브 시트(4) 및 유동 개방부(10)에 대한 높이위치를 제어하는 어떤 형태의 조절장치(도 1에는 도시되지 않음)가 상부 부품(6)에 추가적으로 보충된다. 상기 콘이 밸브 시트(4)로부터 상방으로 움직이면, 밸브의 공급측으로부터 복귀측으로 유동 개방부(10)가 열린다. 도 1에서는 콘(11)이 폐쇄 위치로부터 상방으로 이동된 상태이다. 상기 콘이 폐쇄된 위치에서는, 상기 콘이 콘 전체 주위에 이어지는 밀봉 에지(13)로 밸브 시트(4)를 밀봉하게 된다. 또한, 상기 콘은 종방향 축을 중심으로 회전될수 있어서, 콘과 협동작용하는 베일(14)에 대해 다양한 위치를 취할 수 있다. 콘을 회전시키거나 조절할 때에는, 상부 부품(6) 상에 장착된 사전-조절툴 상의 휠(33)에 의해 콘의 회전이 이루어진다. 상기 휠에 대해선 하기에서 상세히 기술될 것이다. 상기 콘은 하우징(15)을 통해서 회전되는데, 상기 하우징(15) 내에는, 상호협동작용하는 스플라인(spline)(16) 또는 동등의 회전고정수단(rotational locking means)에 의해, 스핀들(12)이 회전적으로 고정되게 장착된다. 바람직하게는 상기 스플라인들이 스핀들(12)의 외주(periphery) 상에 위치하여, 상기 하우징의 내경에 배치된 스플라인들과 서로 협동작용하는 것이다. 그러나 상기 스핀들(12)은 하우징(15)에 대해 축 방향으로는 이동될 수 있다. 베일(14)은 커넥션 조인트(5) 내의 확정된 위치에서 둥글게 장착되어 지는데, 하우징(15)은 상기 베일에 대해 회전할 수가 있다. 그런데 하우징은 커넥션 조인트(5)에 대해 한가지 위치에 서만 장착될 수 있으며, 이는 또한 스핀들(12) 및 콘(11)이 커넥션 조인트(5)에 대해 지정된 위치를 가지게 되는 것을 의미한다.
스핀들(12), 콘(11), 하우징(15) 및 베일(14) 사이의 상호 연결위치를 통해서, 조건들이 형성되며, 콘이 베일에 대해 회전된 상태를 항상 알 수 있게 된다. 이것은, 베일(14)에 있는 개방부(25)에 대한 콘의 회전 위치 또는 조절위치를 알고 있는 상태에서, 밸브를 공급하고 설치할 수 있게 하는 조건 중의 하나이다.
실제의 회전 위치를 다양한 방식으로 순전히 외관상으로 볼 수 있는데, 예컨대 휠(33)을 하우징(15)의 상부 부분(35)에 장착할 수 있다. 바람직하게는, 상기 휠 또는 사전-조절툴(33)의 하부에, 하우징(15)의 상부 부분(36)과 협동작용하는 연결부분이 제공되는 것이며, 상기 하우징의 상부 부분(36)에 스플라인 또는 유사한 대안의 설계가 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 상부 부분(36)의 외주 부분에는 경사면(bevelled plane)(42)이 있고, 바람직하게는 휠(33)이 하우징(15)에 대해 회전 조정되게끔 상기 휠에 상응하는 설계가 제공되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 휠의 외주(outer periphery) 상에 일정 형태의 수치표시가 제공되고, 휠의 회전위치가 하우징(15)에 대해 고정되어 알려지므로, 콘에 대한 회전위치도 고정되어 알려지게 된다.
그 결과 휠의 회전은 베일에 대한 콘의 위치를 변화시킨다. 수치표시가 나있는 휠(33)은 밸브 바디 상의 일정형태의 인덱스(index) 위치로 조절될 수 있다. 따라서, 예컨대 에지(27) 또는 계측 니플(8) 상의 상부 커넥션면(28)의 테두리(tongue)가 인덱스 위치가 될 수 있다. 따라서, 상기 에지(27) 또는 테두리는 완 성된 상부 부품(6)에 대해 확정된 장착위치에 제공된다. 상기 휠(33)은 단지 사전-조절툴이며, 상기 완성된 밸브를 설치하고 작동시키는 상태에서, 콘을 축방향으로 움직이게 하기 위해서, 완성된 밸브에는 제어할 수 있는 일정형태의 조절장치가 제공되어야 한다.
상기 완성된 밸브를 설치하고 작동시키는 상태에서, 콘을 축방향으로 움직이게 하기 위해서, 완성된 밸브에는 콘의 이동을 제어할 수 있는 일정형태의 조절장치가 제공되어야 한다. 이 조절장치에 대해선 본 문건에서 상세히 기술되지 않았는데, 다수의 조절 장치들이 본 발명에 따른 밸브 상에 장착되어 이용될 수 있다.
상기 완성된 상부 부품(6)은 다음과 같은 방식으로 구성된다 :
상기 콘(11)은 스핀들(12) 상의 확정된 회전위치에 장착된다. 스핀들에는 경사면(beveled plane)(24)이 구비되어 있으며(도 2b 참조), 또는 콘의 대응하는 면과 협동작용하는 이와 동등한 것이 구비되어 있어서, 상기 콘의 위치가 정해지게 된다. 다음에는, 스핀들(12)이 스플라인(16)을 통해 하우징(15)에 끼워진다. 또한, 상기 스핀들의 외주 상에는 경사진 영역(beveled area) 또는 동등한 방식의 특수 형태의 영역이 있고, 상기 스플라인(16)도 경사져 있어서, 이 부분이 하우징의 상응하는 부분과 협동작용하게 된다. 따라서, 스핀들(12)은 하우징(15)에 대해 단지 한 위치에만 장착될 수 있다. 이는 또한, 콘(11) 및 하우징(15)의 위치가 상호 확정됨을 의미한다. 완성된 상부 부품(6)이 커넥션 조인트(5)에 장착될 때, 베일(14)도 또한 회전에 있어서는 고정되어 진다. 왜냐하면, 베일에는 돌출부(projecting portion)(18)(도 2b 참조)가 제공되어, 상기 돌출부가 커넥션 조인트(15) 내의 대 응하는 홈(groove)(17)에 끼워지기 때문이다. 이리하여, 상기 베일은 커넥션 조인트에 고정되게 장착된다. 상기 베일(14)에는, 밸브 시트(4)에 접하면서 또한 스프링(20)의 탄성력(spring force)에 의해 압력을 받는 하부 부분(19)이 있다. 따라서, 상기 베일은 커넥션 조인트(5)에 대해 회전할 수도 없고, 축방향으로 이동할 수도 없다.
본 발명에 따른 밸브의 어떤 적용분야에서는, 전후 운동을 제어하는 조절장치와 결합될 수 있는데, 이런 경우 스프링(20)이 필요하지 않게 된다. 그러나 이런 경우에, 밸브 시트(4)에 대한 베일의 위치를 보장하기 위해서, 하우징(15) 및 베일(14) 사이에 어떤 형태의 스프링 엘리먼트가 배치될 수 있다.
상기 완성된 상부 부품을 장착하는 동안의 바람직한 작업절차는 다음과 같다:
첫째로, 스핀들(12)을 하우징(15)에 장착한다. 그 다음에, O-링(21) 및 O-링(22)을 제각기 장착한다. O-링(23)은 콘에 장착한다. 스프링(20)은 하우징(15) 및 베일(14) 사이에 위치시키고, 콘(11)을 장착하기 위해서 상기 스프링을 압축시킨다. 상기 콘은, 압착되거나 유사한 형태로 스핀들(12)에 장착된다.
상부 부품(top piece)은 커넥션 조인트(5)에 하방으로 밀어 넣어져서 로킹 너트(locking nut)(9)에 의해 축방향으로 고정되며, 상기 로킹 너트는 커넥션 조인트(5) 상의 넥(neck)(29) 상의 나사산(thread)에 끼워진다. 상기 로킹 너트(9)는 하우징(15) 상의 평면(30)을 압착하며, 이는 차례로 베일의 하부 부분(19)을 밸브 시트(4)를 향해 하방으로 압축하게 되며, 상기 밸브 시트에 의해 상부 부품(6)이 정지하게 된다.
상기 스프링(20)의 기능은 스핀들을 상부 위치로 밀어주는 것으로, 즉 적절한 조절장치가 콘이 개방되는 것을 허용되는 한, 항상 콘이 개방되게끔 하는 것이다.
외부로의 누출 가능성에 대비하여, 스핀들을 밀봉할 수 있도록 O-링(21)이 사용되는데, 상기 O-링은 스터핑박스 너트(stuffing box nut)(31)에 의해 고정된다. 상기 너트(31)에는, 너트(31)의 장착을 위해 설계된 몇 개의, 바람직하게는 2개의 오목부들(recesses)(32)이 제공된다.
상부 부품(6) 및 커넥션 조인트(5) 사이의 누출을 방지하기 위해 O-링(22)이 사용되는데, 상기 O-링은 하우징(15) 상의 O-링 홈(34)에 장착된다.
밸브가 차단될 때 발생하는 정적인 힘(static forces)을 균형되게 하기 위해, 콘(11)이 감압 되는데, 정적압력(static pressure)이 스핀들(12) 내의 홀(40)을 통해서 콘의 하부 측으로부터 상부 측까지 이르게 된다. 이러한 방식에 의해, 콘의 하부에서 작용하는 힘과 콘의 상부에서 작용하는 각각의 힘들 사이에 균형이 이루어지며, 이로 인해, 만일 콘이 감압되지 않고 밸브가 차단되면, 조절을 위해 큰 힘이 필요하게 되는 것을 피할 수 있다.
도 2a는 완성된 상부 부품(6)의 주요한 외형도를 나타낸다.
상기 도면에는, 하우징(15)이 스파이크부(spiked part)(36)가 구비된 상부 부분(35)을 지닌 것이 도시되어 있다. 상기 스파이크부에는 경사면(beveled plane)(42)이 있으며, 휠(33)에는 상기 경사면(42)에 대해 대응하는 경사부가 있 다. 이런 방식으로, 하우징(15)에 대한 휠(33)의 장착위치가 명백해진다. 바람직하게는, 상기 휠의 외주에 다수의 수치가 표시되어, 회전위치를 조절함에 따라, 계측 니플(8)용 커넥션면에 있는 에지(27)의 정면 및 그의 상부 커넥션면(28)에서 읽혀질 수 있는 수치가 표시되는 것이다. 상기 수치는, 상기 콘이 최초값에 대해 실행한 회전의 정도를 표시해준다. 도 2a에는 개방부(25)를 지닌 베일(14)이 도시되어 있다. 상기 개방부는 베일의 외주를 따라 연장되며, 콘(11) 및 그의 형태와 협동작용할 때, 밸브의 공급측(feed side)으로부터 복귀측(return side) 방향으로의 유량을 변화시킬 수 있도록 선택된 높이를 지니고 있으며, 이러한 방식이, 예컨대 EQ-함수를 지니는 조절밸브의 특성이 된다. 도 2a에는 또한 주요한 밸브시트(4)가 링 섹션(ring section)(37)을 지니고 있는 것이 도시되어 있다. 상기 링 섹션은 단순화 및 명확성을 증진시키기 위해 도시되었다. 물론, 상기 밸브시트는 실제로 밸브 바디(1)의 일부분이며, 이는 도 1에 도시되어 있다.
도 2a에는 콘(11)이 밸브시트에 대해 개방된 위치에 있는 것이 도시되어 있다.
도 2b는 완성된 상부 부품(6)을 하부에서 비스듬하게 바라본 것을 나타낸다.본 도면에서, 콘은 유동 개방부의 최대 개방을 허용하는 위치에 놓여있다. 콘(11)이 회전하여, 콘의 최대한 기계가공된 플랭크(maximally machined flank)(38)가 베일 상의 개방 에지(39) 정면에 일직선으로 위치하고, 동시에 상기 콘이 축방향으로 최고의 개방 위치, 즉 밸브시트(4)에 대해 제일 높은 위치에 있을 때, 최대 개방이 이루어진다. 따라서, 베일 및 시트에 대한 콘의 상기 위치로 인하여 최대 개방이 이루어지며, 그 결과로 조절밸브를 통하는 유량이 최대가 될 수 있다. 이러한 최대 유량을 장인들은 밸브의 Kv-값이라 일컫는다.
상기에 기술된 조절방법(adjustment)에 의해, 상기 밸브가 최대 유량으로 조절되어 있는지, 즉 Kv-값에 대해 알기 위해서, 사전-조절툴 또는 휠(33)이 활용된다. 상기 사전-조절툴 또는 휠에 의해, 하우징(15)이 일정한 수치, 예컨대 10으로 회전되면, 또한 스핀들(12) 및 콘(11)도 회전되어 최대 개방 위치에 상응하게 되며, 여기서 상기 수치 10은 계측 니플(8)의 커넥션면(28)에 있는 에지(27) 정면에 위치하게 될 것이다.
도 2c는 베일(14)에 대한 콘(11)의 다른 위치를 나타낸다.
이 작동 경우에는, 콘이 큰 각도로 회전하여, 결과적으로 이 위치에서의 베일은 최대한 기계가공된 플랭크(38)를 포함하는 콘의 부분을 막게 된다. 이 경우 베일의 개방부(25)에 적용되는 콘의 부분은 다른 형태를 지니고 있어, 상기 콘, 시트 및 베일 사이의 유동 개방부(10)는 도 2b에 따른 경우만큼 크지 않게 된다.
이 경우, 새로운 밸브의 Kv-값이 얻어지며, 콘이 회전하고 하우징(15)도 동일한 정도로 회전하므로, 사전 조절툴 또는 휠(33)에 의해서 계측 니플(8)의 커넥션면(28)에 있는 에지(27) 정면에 일치되는 신규의 작은 수치를 읽을 수 있다.
한편, 하우징/콘을 추가적으로 회전시킴으로써, 밸브의 새로운 Kv-값을 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 전체적인 새로운 특징은, 동일한 밸브의 상이한 Kv-값에도 불구하고, 밸브가 이들 모든 작동 경우에서 한 예로써 EQ-함수에 대응하는 특징을 지닌다 는 것에 있다.
본 발명으로 인해, 특이한 상황이 가능해지는데, 즉 하나의 동일한 밸브에서 다수의 Kv-값을 선택할 수 있고, 이러한 융통성(flexibility)에도 불구하고, 선택된 Kv-값에 관계없이 동일한 조절 특성이 얻어질 수 있다. 또한, 상기 밸브는 항상 콘/밸브의 전체 상승 높이를 갖고 수행하므로, 최대의 조절 정확도가 얻어진다.
본 발명에 따른 구조는, 하나의 설치상태에서 다른 설치상태로 유량 조건, Kv 조건이 변하는 경우에도 하나의 동일한 밸브가 사용될 수 있게 한다. 장점의 일 예로서, 밸브의 크기를 공급라인(feed line) 및 복귀라인(return line)의 크기에 일치시킬 수 있다는 것이다. 근래 사용되는 구조에서는 요구되어 지는, 상이한 치수 사이의 변환피스(transitional piece)가 필요치 않게 된다. 밸브가 수행해야 하는 스팬(span)의 크기, 예컨대 밸브가 상응하는 많은 표준화된 Kv-값은 변할 수 있는데, 제조사는 이것을 결정할 수 있을 것이다. 이것을 컨트롤하는 또 다른 요인으로는, 콘이 360°에서 개방부(25)의 폭을 뺀것 보다 더 많이 회전할 수 없으므로, 다수의 Kv-값이 베일 개방부(25)의 폭에 대한 제한을 초래한다는 것이다.
물론, 밸브는 다수의 Kv-값을 포함하고 있으므로, 다양한 사용자를 위한 제작 및 또한 후속의 저장이 보다 더 간편해질 수 있으며, 비용에 대한 효율도 더 높아질 것이다. 실제의 작동상태는 아마도 계산된 것과 완전히 일치하지 않게 되므로, 밸브를 설치한 후에 Kv-값을 변화시킬 수 있다는 것이 본 발명의 또 다른 큰 장점이다. 밸브가 연속적 방식(stepless way)으로 사전-조절될 수 있으므로, 당연히 Kv-값은 완전히 자유롭게 선택될 수 있고, 반드시 표준값과 연관될 필요는 없 다.
도 3은 본 발명에 의한 밸브 콘의 상승 높이와 유량 사이의 함수 관계의 일 예를 보여주고 있다. 본 그래프는 밸브에 걸치는 일정한 차동 압력(differential pressure)에 대해 얻어진다. 만약 밸브가 유량을 조절하여 열을 방출하는 기구가, 유량이 규정된(prescribed) 유량의 20%일 때, 규정된 효과의 50%를 방출한다고 가정하면, 이 경우 밸브가 50% 개방되면 상기 밸브는 20%의 유량을 발생시키는 것이다. 이는 밸브가 50% 개방되면 효율 또한 50%가 됨을 의미한다. 이러한 관계가 모든 유동에서 유효할 때, 상기 밸브는 로가리즘 함수(logarithmic function) 또는 변형된 로가리즘 특성(modified logarithmic characteristic)(EQM-함수)을 가진다.
본 발명은, 콘에 대한 설계 덕택으로, 특이한 특성을 지니게 되는데, 만약 100% 상승높이에 대한 유량이 다른 경우, 즉 하나의 같은 크기의 밸브에 대한 Kv-값이 상이한 경우에도, 상승높이(lift height)와 유량(flow)과 효과(effect) 사이의 이러한 관계가 유지되는 것이다.
콘에 대한 설계는 도 4에 도시되어 있다:
상기 콘은, 유동 매체에 의해 야기되는 마모에 견디고, 보통은 약 150℃ 이하의 사용 온도 수준에 견딜 수 있는 플라스틱 재료로 캐스팅에 의해 제조되는 것이 바람직하다.
도 4a에는 콘(11)의 단면도가 도시되어 있고, 또한 홀(40)을 지닌 스핀들(12)이 도시되어 있다. 상기 콘은 압착 끼움(press fit)에 의해 또는 다른 영구적인 장착 방법에 의해 스핀들 상에 장착된다. 밀봉 에지(13)는 콘이 폐쇄될 때 밸 브 시트(4)에 접하는 면을 구성한다. 베일(14)에 대해 콘을 밀봉하고 안내하기 위해서, O-링(23)이 O-링 홈(43)에 장착된다.
도 4b에는 스핀들(12)의 대응 면과 협동작용하는 경사진 홈(beveled groove)(41)을 가진 콘이 도시되어 있는데, 이것은 스핀들과 콘이 일정한 위치에서 회전적으로는 서로 고정되게 한다. 도 4a 및 도 4b에는 콘 상의 플랭크(44)가 콘의 외주를 따라서 어떻게 변하는지를 개략적으로 도시되어 있다. 로가리즘 함수를 가진 밸브의 콘이 있는 본 예에서, 콘의 플랭크는 나선형으로 기계가공되어 있으며, 그 형상은 최소 반경(46,Rmin)에서 360 °후 최대 반경(47,Rmax)까지 외측으로 연속적으로 증가하고, 최대 반경 Rmax는 밀봉 에지(13) 바로 아래의 콘의 반경과 동일하다. 상기 두 개의 반경들(46,47) 사이의 전환은 수직한 에지(45)에서 이루어진다.
또한 콘의 윤곽이 수직적으로 나타나 있는데, 상기 윤곽은, 하부(bottom)(50)에 있는 하부 에지인, 에지(45)에서 반경 Rmin(46)으로 시작되어, 최상부에서 반경 Rmax(47)으로 이어진다. 에지(45) 및 그의 하부 내측 에지에서, 상기 플랭크는 최대의 벤딩부 또는 최대의 기계가공부(38)을 지닌다.
따라서, 에지(45)에 대해 180°회전된 가상의 절단면에서, 상기 윤곽은 하부(50)에서 (Rmin+Rmax)/2의 반경을 지니고 시작하여, 또한 이 경우에 상부에서 반경 Rmax으로 이어질 것이다. 도 2b에서 도시된 바와 같이, 이 경우에 에지(45)는 베일의 개방부 에지(39)와 일치하게 되며, 여기서 최대의 Kv-값은 밸브 변형에 대해 바 람직하게 조절된 Kv-값이다. 콘(11)이 이런 위치로 회전하게 되면, 콘(11) 및 베일(14) 사이에서 최대의 방출 활동이 일어나게 된다. 플랭크(44)는 전체 주변에 걸쳐 수직적으로는 같은 사이즈(size)를 가지고 있으며, 또한 플랭크의 상부 부분은 전반에 걸쳐 동일한 직경을 가지고, 그곳에서 플랭크(44)는 밀봉 에지(13)와 만난다. 상기 밀봉 에지는 플랭크(44)를 향해 수직 방향으로 연장되며 콘의 외부 직경(49)을 향해 외부쪽으로 연장된다. 플랭크(44)는 Rmin(46)으로부터 Rmax(47)로 연속적으로 증가하는 베이스 반경(base radius),즉 콘의 하부(50)에서의 반경을 가지고 있으므로, 콘이 새로운 위치 내로 회전하면, 플랭크(44) 및 베일의 내부 반경(48) 사이에 형성된 갭(gap)은 연속적으로 줄어들 것이다. 상기 갭 및 그의 연속적인 변화로 인해, 상기 밸브 구조에는 유동 개방부(10)를 변화시키는 특이한 성능이 부여되어, 바람직한 밸브 통과 유량이 밸브 개방 정도와 관련하여 바람직한 양에 항상 상응하게 된다. 밸브가 상향 개방되면 콘도 또한 축 방향으로 이동하므로, 이러한 축 방향 이동으로 인하여, 콘 및 베일의 내부 직경 사이의 갭(gap)은 계속적으로 증가할 것이다. 왜냐하면, 베일의 개방부(25)는 콘의 하부(50)을 향해 더 하향으로 위치하게 되고, 따라서 플랭크(44)로부터 더 멀어지면서 하향으로 위치하게 되어, 이 결과로, 콘이 밸브 시트(4)로부터 상향으로 축 방향 이동이 증가함에 따라, 플랭크(44) 및 베일의 개방부(25) 사이의 개방면(opening surface) 또는 공간(space)이 증가할 것이다. 이를 수학적으로 기술하면, 플랭크(44) 및 베일의 개방부(25) 사이의 면 A는, A = f(x) * f(y)가 되며, 여기서 x는 콘의 회전 함수이며, y는 축 방향 이동 함수이다.

Claims (10)

  1. 히팅(heating) 또는 쿨링(cooling) 시스템에서 매체의 흐름을 조절하도록 설계된 장치로서,
    상기 장치는 밸브 바디(valve body)(1)를 지닌 완성된 조절 밸브(complete regulating valve)(51)이며, 상기 조절 밸브는 공급 커넥션(feed connection)(2)과 복귀 커넥션(return connection)(3) 및 밸브 시트(valve seat)(4)를 포함하며, 또한, 상기 완성된 조절 밸브는, 각각 압력 또는 온도 수준을 측정하기 위한 계측 니플(measuring nipple)(7, 8)을 포함하고, 뿐만 아니라 밸브 시트(4) 및 장착된 완성된 상부 부품(complete top piece)(6)이 연결되는 커넥션 조인트(5)를 포함하고 있으며, 상기 완성된 상부 부품(6)은 스핀들(spindle)(12) 상에 장착되는 콘(cone)(11)을 포함하고, 상기 스핀들은 하우징(housing)(15) 내에 회전에 대해서는 고정되게 장착되어 있으나, 밸브의 용도/설치와 관련하여, 상기 하우징(15)의 상부 부분(upper part)(36)에 장착된 조절장치에 의해 상기 하우징 내에서 축 방향으로는 이동가능하며, 상기 하우징은 사전조절 툴(pre-adjustment tool) 또는 휠(wheel)(33)과 협동작동되도록 설계되어, 상기 사전조절 툴 또는 휠(33)에 의해 상기 하우징(15) 및 그리고 상기 콘(11)이 베일(veil)(14)에 대해 필요한 위치로 회전될 수 있으며, 상기 베일(14)에는 상기 콘(11)이 협동작용하게 되는 개방부(25)가 있어, 커넥션 조인트(5)에 고정되게 장착되는 상기 베일(14)에 대한 상기 콘(11)의 회전 위치 및 높이에 따라 상기 개방부의 크기가 변화되는 상기 장치에 있어서,
    상기 콘/스핀들이 상기 조절 장치에 의해 계속적으로 개방/상승되면, 상기 콘(11)이 상기 베일(14)에 있는 개방부(25)에 대해 회전가능하며 또한 축방향으로 움직일 수 있어 상기 개방부(25)의 개방 정도를 증가시킴으로 인해, 상기 완성된 조절 밸브(51)를 통하는 최대 유량이, 선택된 최대 유량 및 선택된 Kv-값에 관계없이 연속적으로 감소하고, 유동의 특성을 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 완성된 조절 밸브(51)는 또한 선택된 Kv-값이 변화하면, 로가리즘 함수(logarithmic function) 또는 변형된 로가리즘 특성(modified logarithmic characteristic) - EQM 함수 - 에 따라, 선택적으로는 리니어 또는 등가 함수(linear or equivalent function)에 따라, 유량을 조절하며, 상기 콘(11)에는 기계가공된 플랭크(flank)(44)가 있으며, 상기 플랭크는 하부면(bottom plane)(50)에서 최소 반경 Rmin(46)으로부터 외측으로 최대 반경 Rmax(47)까지 연속적으로 증가하게끔 설계되어 있으며, 또한 상기 콘은 하부면(50)에서의 Rmin(46)으로부터 밀봉 에지(13)를 따른 상부에서의 Rmax(47)으로 증가하는 수직적 윤곽을 지니고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    조절 함수(regulating function)는 상기 콘(11)에 의해서 결정되며, 상기 콘(11)은 스핀들(12)에 대해 고정된 위치에 장착되어 있고, 상기 스핀들은 상기 하우징(15) 내에 회전에 대해서는 고정되어 있고, 상기 하우징은 상기 완성된 상부 부품(6) 내에 회전가능하게 장착되어 있고, 상기 완성된 상부 부품은, 상기 계측 니플(8)용 커넥션 면(28)상의 에지(27) 인덱스(index)에 대해 고정되게 상기 커넥션 조인트(5)에 고정 장착되어 있어서, 이러한 방식에 의해, 상기 콘(11)이 상기 에지(27)에 대해 회전된 위치를 알 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 콘(11)은 하우징(15)과 함께 회전하며, 상기 하우징에는 상부 부분(upper part)(35)이 있어, 상기 상부 부분에는 사전조절 툴(pre-adjustment tool) 또는 휠(33)이 회전에 대해 확실하게 고정되어 있고, 바람직하게는 상기 휠(33)의 주변에 다수의 수치가 제공되어, 위치를 회전 조절함에 따라 상기 에지(27)의 정면에서 읽혀지는 수치의 값이 지시되며, 상기 콘이 기지(旣知)의 개시위치/장착위치에 대해 회전함에 따라 상기 수치의 값이 달라지는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 완성된 상부 부품(6)에는 베일(veil)(14)이 있으며, 상기 베일은 상기 커넥션 조인트(5)에 대해 일정한 회전면 위치에 고정적으로 장착되어 있어서, 이러한 방식에 의해, 상기 베일의 주변에 있는 개방부(opening)의 상기 콘(11)에 대한 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 콘(14)은 기계가공된 플랭크(flank)(44)를 지니며, 상기 플랭크의 높이는 전체 콘의 외주를 따라서 동일한 크기를 하고, 콘의 하부(bottom)(50)로부터 밀봉 에지(sealing edge)(13)를 향해 상향으로 연장되며, 이와 수직적으로는 플래크(44)에서 외측으로 연장되는데, 상기 플랭크(44)는 하부(50)에서는 최소 반경 Rmin(46)을 지니고, 상기 밀봉 에지(13)가 콘의 외주에 연결되는 지점에서는 최대 반경 Rmax(47)을 지니는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 두 가지 반경 Rmin(46) 및 Rmax(47) 사이의 전환(transition)은, 플랭 크(44)에서 콘의 외주에 수직한 에지(45)에서 이루어지며, 따라서 플랭크(44)가 360°회전하면, 최소 반경으로부터 최대 반경으로의 전환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항 및 제 6항에 있어서,
    상기 플랭크(44)는, 하부 부분(lower part)의 에지(edge)(45)에서 반경 Rmin(46)으로 시작하여 상부에서 Rmax으로 연결되는 수직적인 프로파일을 지니며, 상기 플랭크 프로파일은 360°후의 위치에서, 하부(bottom)(50) 및 상향으로 향하는 밀봉 에지(13) 사이에 직선의 플랭크/라인을 구성하기 위해, 계속적으로 만곡 형태(bent shape)가 감소하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 베일 및 상기 베일의 개방부(25)에 대해 상기 콘이 회전하게 되면, 상기 플랭크(44)와 상기 베일의 내부 반경(48) 사이의 갭(gap)이 연속적으로 감소하거나 증가하며, 또한 상기 갭은 상기 콘이 반경방향의 운동을 하는 동안에도 변화하며, 상기 베일 및 상기 베일의 개방부(25)에 대한 상기 콘(11)의 위치가 변화됨으로 인해, 유동 개방부(flow opening)(10)의 연속적인 변화가 초래되어, 상기 완 성된 밸브(51)를 통과하는 요구되는 유량이, 개방의 정도와 관련하여 - 즉 상승 높이 및 회전 위치와 관련하여 - 요구되는 유량과 항상 상응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 콘(11)이 회전하게 되면, 상기 완성 밸브(51)가 유량에 대해서 선택적인 Kv-값을 갖도록, 연속적인 방식으로 사전-조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
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