KR20110024133A - 트리플 옵셋 버터플라이밸브와 디스크 및 라미네이트시트 가공방법 - Google Patents

트리플 옵셋 버터플라이밸브와 디스크 및 라미네이트시트 가공방법 Download PDF

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김성철
이상엽
최환도
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Abstract

본 발명은 트리플 옵셋 버터플라이밸브와 디스크 및 라미네이트시트 가공방법에 관한 것이다.
본 발명은 디스크가 회전축인 샤프트의 중심선인 B-B'선으로부터 소정거리(a) 이격 편심되고, 상기 샤프트는 밸브의 유로중심선인 A-A'선으로부터 소정거리(b) 이격 편심되며, 디스크와 바디 사이에는 이들을 긴밀하게 밀폐하는 시트가 구성된 트리플 옵셋 버터플라이밸브에 있어서, 샤프트를 중심으로 디스크 일측과 바디의 실링 접촉면 연장선과 디스크 타측과 바디가 형성하는 바디의 실링 접촉면 연장선이 형성하는 교차점을 꼭지점(T)으로 하는 원뿔 형상의 기준축선(C-C')이 유로중심선 A-A'로부터 소정각도 "a" 만큼 회전 이격되되, 상기 꼭지점(T)는 디스크의 직경범위 내에 위치하도록 기준축선이 "a" 각도만큼 회전 이격되도록 구성된다.
버터플라이밸브, 옵셋밸브, 트리플옵셋, 메탈시트

Description

트리플 옵셋 버터플라이밸브와 디스크 및 라미네이트시트 가공방법 {Triple offset butterfly valve and disc, laminate seat manufacturing method}
본 발명은 트리플 옵셋 버터플라이밸브와 디스크 및 라미테이트시트 가공방법에 관한 것이다.
일반적으로 버터플라이밸브는 관로에 연결되는 밸브 몸체의 내부에 디스크를 회전 가능하게 설치하고, 디스크 샤프트에 연결된 구동장치로 샤프트를 회전시킴으로써 디스크가 회전하여 유로가 개폐되는 구조의 밸브이다.
버터플라이밸브는 컨센트릭(concentric) 타입과, 싱글옵셋(Single offset) 타입과, 더블옵셋(Double offset)타입과, 트리플옵셋(Triple offset)타입으로 분류된다.
컨센트릭 타입 버터플라이밸브는 도 1에 도시한 바와 같이, 밸브의 실링면과 바디(10), 디스크(20) 및 샤프트(30)의 중심이 동일선상에 위치하도록 구성된 것으로서, 샤프트(30) 중심축을 중심으로 좌우 대칭이고 바디(10) 중심축을 중심으로 상, 하 대칭인 구조이다. 상기와 같은 컨센트릭타입 버터플라이밸브는 버터플라이밸브 중 저온, 저압의 용도에 가장 널리 사용되고 저압에서 지수율이 좋은 장점이 있으나, 디스크(20)가 지수를 위한 러버시트(11)를 직접 누르면서 실링이 되므로 러버시트(11)의 손상율이 높고, 디스크(20)와 러버시트(11) 간의 마찰이 심해 빈번한 작동 시 지수율이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
싱글옵셋 버터플라이밸브는 도 2에 도시한 바와 같이 밸브의 바디(10) 및 샤프트(30)의 중심은 동일 선상에 위치하지만 디스크(20)의 실링면이 밸브의 중심을 기준으로 "a"만큼 한쪽으로 편심되어 있는 구조로서, 컨센트릭 밸브에 비해 대형크기의 밸브로 제작 사용이 가능하고, 컨센트릭 밸브에 비해 작동 토크가 적게 작용하며, 컨센트릭 밸브에 비해 시트(40)의 손상율이 적고, 교체가 비교적 수월한 장점이 있으나, 밸브의 개폐시 디스크(20)와 시트(40)가 마찰 작동하기 때문에 저 토크 실현에 한계가 있다.
더블옵셋 버터플라이밸브는 도3에서 싱글옵셋 버터플라이와 같이 디스크(20)의 실링면이 밸브의 중심을 기준으로 한 쪽으로 "a"만큼 편심되는 동시에, 밸브의 바디(10) 및 디스크(20)의 외경에 대하여 샤프트(30)의 중심이 한쪽 방향으로 "b"만큼 이동 편심된 구조로서, 컨센트릭 타입 버터플라이밸브에 비해 작동 토크가 현저히 작고, 유지 보수가 용이한 반면에, 밸브의 개폐시 싱글옵셋 타입에 비해 실링 접촉면이 감소하지만, 이로 인해 시트(40)의 떨림 현상이 발생되므로 시트 재질 선택 시 테프론 계열의 재질 또는 고탄성의 재질을 사용하여야 하는 제약이 있고, 반드시 밸브 내부에 스토퍼가 구성되어야 하는 문제점이 있다.
트리플옵셋 버터플라이밸브는 더블 옵셋 버터플라이밸브 구조에 더하여, 도 4에 도시한 바와 같이 샤프트(30)축을 중심으로 일측 실링면의 "a"만큼의 각도를 주어 실링면이 타원 단면을 이루도록 구성한 것으로서, 컨센트릭 밸브 및 더블옵셋 버터플라이밸브에 비해 낮은 작동 토크를 실현할 수 있고, 실링접촉면의 대폭 감소로 인해 밸브수명이 연장되며, 밸브가 개폐될 때 시트(40)의 실링면에서 떨림 현상이 없는 반면에, 타원 형상을 가지는 디스크(20)를 가공하기가 어렵고 매우 고가인 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같이 여러 장점을 가지고 있는 트리플옵셋 버터플라이밸브의 지수율을 향상시키고, 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있는 트리플옵셋 버터플라이밸브를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 트리플옵셋 버터플라이밸브는 도 5에서 디스크가 회전축인 샤프트의 중심선인 B-B'선으로부터 소정거리(a) 이격 편심되고, 상기 샤프트는 밸브의 유로중심선인 A-A'선으로부터 소정거리(b) 이격 편심되며, 디스크와 바디 사이에는 이들을 긴밀하게 밀폐하는 시트가 구성된 트리플 옵셋 버터플라이밸브에 있어서, 샤프트를 중심을 디스크 일측과 바디의 실링 접촉면 연장선과 디스크 타측과 바디가 형성하는 바디의 실링 접촉면 연장선이 형성하는 교차점을 꼭지점(T)으로 하는 원뿔 형상의 기준축선(C-C')이 유로중심선 A-A'로부터 소정각도 "a" 만큼 회전 이격되되, 상기 꼭지점(T)는 디스크의 직경범위 내에 위치하도록 기준축선이 "a" 각도만큼 회전 이격되도록 구성된다.
이때, 상기 시트는 금속시트와 흑연 가스켓을 번갈아가며 적층하여 구성된다.
또한, 상기 시트는 디스크의 외주면에 장착된다.
그리고, 본 발명에 의한 디스크 가공방법은 디스크 일측의 외주면 연장선과 디스크 타측의 외주면 연장선이 교차하는 교차점을 꼭지점으로 하는 원뿔형 디스크의 중심축선이 디스크가 밸브에 설치되었을 때 유로 중심선과 이격된 각도 "a"만큼 지그의 상면과 하부가 각도를 이루도록 구성하고, 상기 지그에 디스크 재료를 고정하여 지그를 회전하며 디스크를 절삭 가공하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 종래의 트리플옵셋 버터플라이밸브에 비하여 지수율이 더욱 향상되고, 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 트리플옵셋 버터플라이밸브의 구조를 도시한 단면도이고, 도 6은 밸브 개폐시 디스크와 시트 접촉면적을 각도별로 도시한 그래프이며, 도 7은 라미네이트 시트가 바디에 설치된 상태를 도시한 도면이며, 도 9는 스프링이 시트와 리테이너 사이에 설치를 도시한 도면이며, 도 12는 본 발명에 의한 디스크 가공 지그를 도시한 도면이다.
본 발명에 의한 트리플옵셋 버터플라이밸브는 디스크(120)가 회전축인 샤프트(130)의 중심선인 B-B'선으로부터 소정거리"a" 이격 편심되고, 상기 샤프트(130)는 밸브의 유로중심선인 A-A'선으로부터 소정거리"b" 이격 편심되며, 디스크(120)와 바디(110) 사이에는 이들을 긴밀하게 밀폐하는 라미네이트시트(140)가 구성된 트리플 옵셋 버터플라이밸브에 있어서, 샤프트(130) 중심을 디스크(120) 일측과 바디(110)의 실링 접촉면 연장선과 디스크(120) 타측과 바디(110)가 형성하는 바디(110)의 실링 접촉면 연장선이 형성하는 교차점을 꼭지점(T)으로 하는 원뿔 형상의 기준축선(C-C')이 유로중심선 A-A'로부터 소정각도 "a" 만큼 회전 이격되어, 상기 꼭지점(T)는 디스크(120)의 직경범위 내에 위치하도록 기준축선이 A-A'에 대해 "a" 각도만큼 회전 이격되도록 구성된다.
본 발명에 의한 트리플옵셋 버터플라이밸브는 도 5에 도시한 바와 같이, 종래의 트리플옵셋 버터플라이밸브의 차이점으로 바디(110)와 접촉하는 디스크(120)의 양측 실링접촉면 연장선이 형성하는 원뿔 형상의 기준축선(C-C')이 유로중심선(A-A')으로부터 "a" 각도만큼 회전됨으로써, 디스크(120) 양측의 실링접촉면이 각각 소정 각도의 실링 접촉각을 형성하는 것이다.
상기 옵셋되는 각도("a")는 밸브의 형상, 크기, 유체의 종류, 디스크(120)에 작용하는 압력 등의 여러 변수에 따라 결정되기 때문에 특정하지 않는다.
상기와 같이 디스크(120) 양측이 소정 각도의 실링 접촉각을 형성하게 되면, 유체의 압력이 전달되는 디스크(120)가 쐐기 역할을 하여 지수율이 더욱 상승되는 효과가 발생되고, 도 6에 도시한 바와 같이 샤프트(130)의 회전에 의해 디스크(120)가 열리는 동시에 디스크(120)가 바디(110)로부터 완전 이탈되어 시트접촉면적(Seal retainability)이 제로가 된다.
즉, 장기간 사용하더라도 디스크(120)와 바디(110) 사이를 밀폐하는 라미네이트시트(140)가 마모되지 않기 때문에 지수율이 일정하게 유지되고, 유지 보수 횟 수가 감소되는 효과가 있다.
도 6에 도시한 바와 같이 싱글옵셋 버터플라이밸브는 디스크를 완전개방(90°)회전하더라도 일부 시트가 바디에 접촉하고 있는 상태이기 때문에 디스크를 회전시키기 위한 대용량 토크가 필요하고, 시트의 마모가 심하다. 또한, 더블옵셋 버터플라이밸브 역시 일정각도(약 20~30°) 회전할 때까지는 시트가 바디와 접촉하고 있는 상태여서 싱글옵셋 버터플라이밸브에 비해 정도차이는 있으나 역시 디스크를 회전시키기 위한 대용량 토크가 필요하고, 시트의 마모가 심하다.
반면에, 본 발명에 의한 트리플옵셋 버터플라이밸브는 디스크(120)가 개폐와 동시에 바디(110)의 라미네이트시트(140)로 부터 완전히 떨어지기 때문에 적은 토크로도 디스크(120)를 회전시킬 수 있고, 라미네이트시트(140)의 마모를 최소화 할 수 있다.
상기와 같은 라미네이트시트(140)는 디스크(120)와 밸브의 바디(110) 사이에 위치하며 유로를 밀폐하는 것으로서 도 7에 도시한 바와 같이 금속시트(141)와 흑연가스켓(142)을 번갈아 적층하여 구성하는 것이 바람직하다. 흑연가스켓(142)은 탄성이 있는 합성수지를 재료로 구성할 수도 있다.
상기와 같이 금속시트(141)와 흑연가스켓(142)을 적층하여 라미네이트 시트(140)를 구성함으로써 고온, 고압의 환경에도 유로를 완전히 밀폐할 수 있다. 즉, 금속시트(141)에 의해 고온 고압의 환경에서도 유로를 밀폐할 수 있고, 금속시트(141) 사이사이에 흑연가스켓(142)이 적층됨으로써 디스크(120)가 닫혔을 때 흑연가스켓(142)의 탄성에 의해 바디(110)와 밀착되어 유로를 밀폐할 수 있는 것이다.
도 7에 도시한 바와 같이 라미네이트시트(140)를 바디(110)의 내주면에 체결하고, 디스크(120)의 외주면에 상기 라미네이트시트(140)와 접하는 솔리드시트(121)를 체결할 수 있다. 그리고 도8에서 도시한 바와 같이 라미네이트시트(140)를 디스크(120) 외주면에 체결하고 바디(110) 내주면에 상기 라미네이트시트(140)와 외주면에 접하는 솔리드시트(121)를 체결할 수 있다.
이때, 도 9에 도시한 바와 같이 라미네이트시트(140)를 바디(110)에 체결하는 리테이너(114)에 스프링(115)를 설치하여 스프링(115)이 라미네이트시트(140)을 압착함으로써 라미네이트시트(140)가 솔리드시트(121)에 밀착되도록 하여 지수율이 향상되도록 한다.
도 9와 같이 디스크(120)의 정방향(Normal direction)으로 가압이 되면 트리플옵셋 버터플라이밸브의 구조상 솔리드시트(121)와 라미네이트시트(140)가 접촉되어 실링이 유지되지만, 디스크(120)의 역방향(Reverse direction)으로 가압이 되면 디스크(120)가 가압되는 방향으로 변위가 발생할 수 있고, 솔리드시트(121)와 라미네이트시트(140)가 분리되면서 실링이 유지되지 않을 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 도 9와 같이 라미네이트시트(140)의 일측에 스프링(115)을 설치하여 상기 스프링(115)이 라미네이트시트(140)를 압착함으로써 가압에 의한 디스크(120)의 변위가 발생하더라도 실링을 유지할 수 있다.
상기 스프링(115)은 라미네이트시트(140)를 고정하는 리테이너(114)에 홈을 형성하고 상기 홈에 스프링(115)을 삽입함으로써 스프링(115)이 고정된 상태에서 라미네이트시트(140)를 압착하도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스프링(115)은 일반적인 코일스프링을 사용할 수 있지만 접시스프링을 적용하였으며 적용된 접시스프링은 단위체적당 축적에너지가 코일스프링에 비해 매우 크기 때문에 작은 공간에서 짧은 스트로크로 큰 부하 능력을 가진다. 하중-변위 특성곡선은 직선형, 비선형 특성을 사용조건에 따라 효과적으로 사용할 수 있으며 접시 스프링의 매수 증감과 직렬, 병렬, 직병렬의 조합에 따라 스프링 특성의 변화가 가능하다. 허용응력 범위내에서 사용하면 긴 수명을 얻을 수 있고 충격의 완화에 강하고 특히 스프링을 겹쳐 사용하면 완충효율이 높은 특성을 지닌다. 그래서 밸브의 사양에 의해 접시 스프링 적용 개수와 설치 위치가 결정 된다.
도 9는 라미네이트시트(140)가 리테이너(114)에 의해 바디(110)에 설치되어 고정된 것을 도시하고 있다.
도 10은 밸브 압력조건에 따른 스프링(115)이 리테이너(114)에 위치설정과 적용개수를 도시한 것이며, 도 11은 스프링(115)이 밸브 압력조건에 따라 조합될수 있는 방법과 조합에 따른 하중-변위 그래프를 도시하고 있다.
본 발명에 의한 트리플옵셋 버터플라이밸브는 디스크(120)의 외주면이 서로 다른 각도를 갖도록 가공되는데, 이러한 독특한 형상 구조로 인해 머시닝센터 등의 고가 장비를 이용하여 가공하기 때문에 생산비용이 높고, 가공시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위하여 본 발명은 도 12와 같이 하부면과 상부면이 평행하지 않은 단면 형상이 사다리꼴인 원뿔형태의 지그(200)를 구성하고 상기 지그(200) 상부에 디스크재료를 체결 고정하여 일반 선반 또는 수직형 선반을 이용하여 디스크(120)와 라미네이트시트(140)를 동일한 방식의 각도로 절삭 가공할 수 있도록 한다. 상기 지그(200)는 상부면이 하부면에 비해 소정각도 "a"만큼 기울어져 구성된다.
상기 기울어진 각도 "a"는 도 5의 디스크(120) 일측의 외주면 연장선과 디스크(120) 타측의 외주면 연장선이 교차하는 교차점(T)을 꼭지점으로 하는 원뿔형 디스크(120)의 중심축선(C-C')이, 디스크(120)가 밸브에 설치되었을 때 유로중심선(A-A')과 회전 이격된 각도 "a"와 동일한 각도이다.
상기와 같은 디스크(120)를 지그(200)의 상부면에 체결 고정한 상태는 도 9와 같이 지그(200)의 하부면을 기준으로 하였을 때 디스크(120) 외주면의 각도가 동일하게 형성되기 때문에 도 12와 같은 상태에서 지그(200)를 선반의 척에 체결 고정하고 회전하며 디스크(120)를 절삭 가공할 수 있다.
도 1은 컨센트릭타입 버터플라이밸브의 구조를 도시한 단면도.
도 2는 싱글옵셋 버터플라이밸브의 구조를 도시한 단면도.
도 3은 더블옵셋 버터플라이밸브의 구조를 도시한 단면도.
도 4는 종래 트리플옵셋 버터플라이밸브의 구조를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 트리플옵셋 버터플라이밸브의 구조를 도시한 단면도.
도 6은 디스크 회전각도별 시트와 비다의 접촉면적을 각 밸브별로 도시한 그래프.
도 7은 라미네이트시트가 바디에 리테이너에 의해 설치된 상태를 도시한 도면.
도 8은 라미네이트시트가 디스크에 설치된 상태를 도시한 도면.
도 9은 스프링이 시트를 밀착시키는 상태를 도시한 도면.
도 10는 밸브 압력조건에 따른 스프링의 개수와 위치를 도시한 도면.
도 11은 밸브 압력조건에 따른 스프링의 조합방법과 변형-하중 그래프를 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 의한 디스크 가공 지그를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 바디
111 : 플랜지
112 : 가스켓
113 : 바디실
114 : 리테이너
115 : 스프링
120 : 디스크
121 : 솔리드시트
130 : 샤프트
140 : 라미네이트시트
141 : 금속시트
142 : 흑연가스켓
200 : 지그

Claims (6)

  1. 디스크(120)가 회전축인 샤프트(130)의 중심선인 B-B'선으로부터 소정거리"a" 이격 편심되고, 상기 샤프트(130)는 밸브의 유로중심선인 A-A'선으로부터 소정거리"b" 이격 편심되며, 디스크(120)와 바디(110) 사이에는 이들을 긴밀하게 밀폐하는 라미네이트시트(140)가 구성된 트리플 옵셋 버터플라이밸브에 있어서,
    디스크(120) 일측과 바디(110)의 실링 접촉면 연장선과, 디스크(120) 타측과 바디(110)가 형성하는 바디(110)의 실링 접촉면 연장선이 형성하는 교차점(T)을 꼭지점으로 하는 원뿔 형상의 기준축선(C-C')이 유로중심선 A-A'로부터 소정각도 "a" 만큼 회전 이격되되, 상기 꼭지점(T)는 디스크(120)의 직경범위 내에 위치하도록 기준축선(C-C')이 "a" 각도만큼 회전 이격되도록 구성된 것을 특징으로 하는 트리플 옵셋 버터플라이밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 라미네이트시트(140)는 금속시트(141)와 흑연가스켓(142)을 번갈아가며 적층하여 구성된 것을 특징으로 하는 트리플 옵셋 버터플라이밸브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 라미네이트시트(140)는 디스크(120)와 접하는 바디(110)의 내주면에 장착된 것을 특징으로 하는 트리플 옵셋 버터플라이밸브.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 라미네이트시트(140)는 디스크(120)의 외주면에 장착된 것을 특징으로 하는 트리플 옵셋 버터플라이밸브.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 라미네이트시트(140)의 일측에는 스프링(115)이 설치됨으로써 상기 스프링이 라미네이트시트(140)를 솔리드시트(121)에 압착하여 밀착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 트리플 옵셋 버터플라이밸브.
  6. 디스크(120) 일측의 외주면 연장선과 디스크(120) 타측의 외주면 연장선이 교차하는 교차점(T)을 꼭지점으로 하는 원뿔형 디스크(120)의 중심축선(C-C')이 디스크(120)가 밸브에 설치되었을 때 유로중심선(A-A')과 이격된 각도 "a"만큼 지그(200) 하부면에 대해 지그(200) 상부면이 각도를 이루도록 구성하고, 상기 지 그(200)에 디스크 재료를 고정하여 지그(200)를 회전하며 디스크(120)를 절삭 가공하는 것을 특징으로 하는 트리플 옵셋 버터플라이밸브의 디스크 및 라미네이트시트 가공방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200476972Y1 (ko) * 2013-11-05 2015-04-21 (주) 유니콘시스템 고온 및 고압용밸브용 밸브시트가 구비된 콘트롤밸브
KR20150117181A (ko) 2014-04-09 2015-10-19 주식회사 시퍼스 파이프 라인 4중 편심구조의 버터플라이 밸브

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