KR20110061485A - 볼 밸브용 금속 시일과 이러한 시일을 포함하는 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 볼(30) 타입의 밸브(10)용 금속 시일(50)은 볼(30)이 표면과의 상대 접촉을 위한 환형 본체(51)와 립(52)을 포함하며, 상기 립(52)에는 반경 방향 삽입 홈(53)이 형성되어 있다.

Description

볼 밸브용 금속 시일과 이러한 시일을 포함하는 볼 밸브{METAL SEAL FOR BALL VALVES AND BALL VALVE COMPRISING SAID SEAL}

본 발명은 볼 밸브용 금속 시일(seal)과 이러한 시일을 포함하는 볼 밸브에 관한 것이다.

파이프 내에서 유체의 이송에 관한 기술 분야에서 2개의 파이프를 연결하고 그것을 통한 유체의 흐름을 허용/방해할 수 있는 밸브를 사용하여 해당 파이프를 차단할 필요성이 존재함이 알려져 있다.

이러한 연결에서 특히 중요한 것은 볼 밸브, 즉 흐름의 통과/차단이 밸브체 내에 안착되고 파이프의 지름과 거의 동일한 지름의 관통구를 가지는 볼에 의해 제어되고, 상기 볼은 관통구가 흐름의 방향과 동축상인 개방 위치와 관통구가 흐름의 방향에 횡단하는 폐쇄 위치 사이에서 회전 동작될 수 있고, 각각의 대향면 사이에 배열되어 상호 접촉되는 환형 시일에 의해 볼과 파이프 사이에 밀봉이 이루어지는 밸브이다.

볼 챔버의 밀봉을 달성하기 위해, 상기 밸브는 밸브체와 볼 사이에 해당 볼에 의해 축 방향으로 압박되도록 축 방향으로 탄성 수단을 통해 동축상으로 배열되어 밀봉 면과 볼 자체 사이의 접촉을 보장하는 링을 가진다. 상기 밀봉 면은 변동적으로 제조 및/또는 처리되거나 링의 특별한 시트 내에 축 방향으로 힘을 받는 적절한 구성의 시일인 링 자체의 금속 표면으로 구성되는 것이 정상이다.

자체의 기능을 수행하더라도 그럼에도 불구하고 이들 시일은 특히 금속 시일이 비록 더 적절할지라도 매우 고가인 경우의 고온 및/또는 고압 적용시 그 사용이 실제 제한되는 단점을 갖는다. 이는 시트로서 작용하는 볼과 링의 접촉 면에 강화 처리가 필요하고 볼과 2개의 밀봉 링의 접촉 면 사이에 완벽한 결합을 만들고 보장하기 위해 기계 가공 작업이 필요하기 때문이다.

전술한 것 이외에도 종래 기술에 관한 도 1-3b에 도시된 바와 같이, 실제 고압 적용시에 상기 볼과 시일이 유체에 의해 가해진 압력의 결과로 변형되려는 경향을 보이고 이들 변형은 볼의 영역과 시일의 영역에서 불규칙하게 일어나는데, 이는 더 이상 볼의 외부 면에 완벽하게 적용될 수 없으므로, 접촉이 없고 그에 따라 누설하는 밸브에 밀봉을 제공하지 않는 영역이 생긴다.

종래 기술의 예가 영국 특허 제2,206,952호에 설명되는데, 상기 특허는 플로팅 방식의 밸브, 즉 고정된 밀봉 링에 접촉 배치되는 볼의 움직임에 의해 제공되는 밀봉 동작을 갖는 밸브를 기술하며, 여기서 설명된 밀봉 링은 볼의 표면에 적합화되도록 스프링처럼 휘어지는 탄성 박판으로 이루어진다.

그 결과 상기 표면이 균일하지 않으면 상대 접촉이 정확하지 않아서 누출이 발생하고; 더욱이 볼과 접촉하는 링의 표면은 환형 원주 립(4A)에 의해 형성되고 링의 변형을 허용하는 절개부(4C)가 밀봉 면에 반대인 표면상에 형성됨이 지시된다.

종래 기술의 추가의 예가 미국 특허 제4,421,895호에 설명되며, 상기 특허에서 제어 디스크는 고정된 밀봉 링에 접촉 회전되고; 이 경우 밀봉 링도 탄성적이고 디스크의 대응 면(28)에 반발하는 밀봉 면(30b)은 후방 면에 형성되어 유지 링(36)과 접촉하는 밀링 영역을 갖지 않는다.

그러므로 제기된 과제는 볼과 밸브체 사이에 밀봉 챔버가 형성된 타입이고, 초고온 및/또는 초저온 및/또는 높은 동작 압력에서 사용될 수 있어서, 차단 밸브에 변형이 존재할 때에도 밸브의 밀봉을 보장할 수 있는 볼 밸브용 금속 시일을 제공하는 것이다.

이 과제와 관련하여 이 밸브가 제조와 조립이 용이하고 저가이어야 하며 이미 존재하지만 특별하게 구성되지 않은 밸브에도 적용될 수 있음이 필요하다.

이들 결과는 본 발명에 따라 청구항 1의 특징적 구성에 따른 금속 시일과 청구항 6의 특징적 구성에 따른 그러한 시일을 포함하는 밸브에 의해 달성된다.

추가의 상세 구성은 첨부 도면을 참조하여 제공되는 본 발명의 주제의 실시예의 비한정적인 예에 대한 하기의 설명으로부터 얻을 수 있다.

도 1a는 폐쇄 위치에 있는 공지 구성의 볼 밸브의 길이방향 수직면을 따른 단면도이고;
도 1b는 변형된 볼을 갖는 도 1a에 도시된 시일의 확대된 비율의 상세도이고;
도 2a는 도 1에 따른 링이 변형된 상태에 있는 볼의 사시도이고;
도 2b는 도 2a에 따른 볼과 링 사이에 접촉이 없는 영역의 확대된 비율의 상세도이고;
도 3은 본 발명에 따른 밀봉 링의 접촉 측면의 사시도이고;
도 4는 도 3에 따른 링의 지름 면을 따른 단면도이고;
도 5는 도 2에 따른 링의 외부 환형 에지의 부분 상세 단면도이고;
도 6은 도 2에 따른 링 상의 반경 방향 홈의 상세를 도시한 부분 확대도이고;
도 7a는 폐쇄 위치에 있는 본 발명에 따른 볼 밸브의 길이방향 수직면을 따른 단면도이고;
도 7b는 변형된 볼을 갖는 도 7a에 따른 시일의 상세 확대도이고;
도 8a는 본 발명에 따른 링이 변형된 상태에 있는 볼의 사시도이고;
도 8b는 본 발명에 따른 볼과 링 사이의 접촉 영역을 도시한 상세 확대도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 그리고 어떤 의미 제한 없이 오직 설명의 편의를 위해 흐름의 방향과 평행한 길이방향(X-X)과 횡방향(Y-Y)의 한 쌍의 기준 축을 가정하면, 예시로써 트러니온(trunnion) 타입의 3-부품 밸브 형태로 도면에 도시된 본 발명에 따른 볼 밸브는 동축상의 원통형 구멍(31)을 가지고 통상의 수단(도시 생략)으로 밸브 폐쇄 위치(도 1)로부터 밸브 개방 위치(도시 생략)로 회전 동작될 수 있는 볼(30)을 수용하는 시트를 갖는 밸브체(10)를 포함한다.

상기 밸브는 볼의 양 측면 상에서 밸브체(10)에 체결되고 파이프(도시 생략)로의 접속을 제공하는 2개의 대향 단부 플랜지(20)를 또한 포함한다.

각각의 플랜지(20)와 볼(30) 사이에는 금속 축 방향 시일(50)이 볼(30)의 외부 면(30a)에 간섭되도록 배열되어, 해당 외부면 과의 접촉에 의해 시일을 형성함으로써 볼 챔버(12)를 형성한다.

종래 기술에 관한 도 1a-2b에 도시된 바와 같이, 통상적인 종류의 밀봉 밸브(50)는 시일(50)과 볼(30) 자체 사이의 상대 접촉의 손실을 가져오는 볼(30)의 불균일한 변형에 기인하여 밀봉 동작을 유지할 수 없는데, 이는 상기 밸브가 상기 변형에 적합화될 수 없기 때문이다.

도 3-6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 금속 축 방향 시일(50)은 길이방향(X-X)으로 큰 두께를 가지고 경질인 링(51)에 의해 형성되며, 볼에 대한 밀봉을 수행하기 위한 상기 링의 에지(51a)는 환형 립(52)을 포함하며, 볼(30)과 접촉하는 해당 환형 립의 전방 면(52a)은 반경 방향으로 연장되는 복수의 반경 방향 삽입 홈(53)을 가진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 반경 방향 삽입 홈(53)은:

-규칙적인 각도 간격으로 서로 이격되며;

-10% 내지 70% 범위의 립(52)의 중실부/중공부 비율을 형성하며;

-1보다 큰 길이-대-폭 크기 비율로 형성된다.

도 7a-8b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시일을 구비한 밸브(10)는 종래의 밸브의 경우 정확하게 동작하지 않아서 누출을 야기하지만, 본 발명에 따른 시일의 경우 볼(30)의 불균일한 변형을 따를 수 있어서 각각의 표면들 사이에 완벽한 상대 접촉을 유지할 수 있는 높은 작동 압력과 초고온 및/또는 초저온에서도 누출 없이 작동 가능하다.

그러므로, 본 발명에 따른 밸브에 의해 거칠 수도 있는 유체와 함께 초고온 및/또는 초저온 및/또는 높은 압력에서 특히 사용되기 적합하며 대구경 밸브에도 적용 가능한 축 방향 밀봉 면과 밀봉된 챔버를 획득하는 것이 어떻게 가능한지가 분명한데, 이는 반경 방향 삽입 홈을 갖는 밀봉 립의 특별한 구성이 립 자체가 반경 방향으로 그리고 링과 볼 사이의 접촉의 평면에 상대적으로 탄성적으로 휘어지는 것을 보장함으로써 밀봉 립 접촉 면의 불균일한 변형에 탄성적으로 적합화되는 사실에 기인하며, 이에 따라 당업계에서 "기포 기밀"로 지칭되는 완벽한 밀봉 작용으로 긴 작동 수명을 가져온다.

더욱이, 시일은 여러 부품에 손상을 주는 동작을 수행하지 않고 용이하게 교환될 수 있어서, 시일과 볼 모두를 교환할 필요없이 변경될 수 있는 시일의 마손의 경우에 용이하고도 신속한 밸브의 유지 보수를 허용하고, 또한 시일의 교환은 특별한 기술의 사용을 요하지 않으므로 밸브를 제작자에게 보내지 않고 최종 사용자의 가택에서도 수행될 수 있다.

10: 밸브체 12: 볼 챔버
20: 단부 플랜지 30: 볼
30a: 외부면 31: 원통형 구멍
50: 시일 51: 링
51a: 링의 잇지 52: 환형 립
52a: 환형 립의 전방 면 53: 반경 방향 삽입 홈

Claims (7)

1. 볼(30) 타입의 밸브(10)용 금속 시일(50)로서,
   길이방향(X-X)으로 큰 두께를 가지고 경질인 환형 본체(51)와 상기 볼(30)의 표면과 상대 접촉을 위한 전방 면(52a)을 갖는 환형 립(52)을 포함하고 있는, 볼(30) 타입의 밸브(10)용 금속 시일(50)이 있어서, 상대 접촉을 위한 상기 전방 면(52a)은 반경 방향 삽입 홈(53)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 볼(30) 타입의 밸브(10)용 금속 시일.
2. 제1항에 있어서, 상기 삽입 홈(53)은 상기 립의 대구경 측에서 반경 방향으고 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 시일.
3. 제1항에 있어서, 상기 반경 방향 삽입 홈(53)은 일정한 각도 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 시일.
4. 제1항에 있어서, 상기 반경 방향 삽입 홈(53)은 10% 내지 70% 범위의 립(52)의 접촉 면의 중실부/중공부 비율을 형성하는 것을 특징으로 하는금속 시일.
5. 제1항에 있어서, 상기 반경 방향 삽입 홈(53)은 1보다 큰 길이:폭의 크기 비율로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 시일.
6. 볼 밸브로서:
   - 동축 관통구(31)를 가지고 밸브 폐쇄 위치로부터 밸브 개방 위치로와 그 반대로 회전 동작될 수 있는 볼(30)을 내장하기 위한 시트를 갖는 밸브체(10)와;
   - 상기 밸브의 밸브체(10)와 상기 볼(30) 사이에 배열되어 볼의 외부 면에 작용하고, 길이방향(X-X)으로 큰 두께를 가지고 경질인 환형 본체(51)와 상기 볼(30)의 표면과 상대 접촉을 위한 전방 면(52a)을 갖는 환형 립(52)을 포함하는 동축 금속 시일(50)을 포함하고 있는 볼 밸브에 있어서, 상기 전방 면(52a)은 복수의 반경 방향 삽입 홈(53)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
7. 제6항에 있어서, 상기 볼(30)은 고정되어 있고, 상기 시일(50)은 길이방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.

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