KR20110068080A - 과도유량 방지밸브 및 이를 포함하는 유공압시스템 - Google Patents

과도유량 방지밸브 및 이를 포함하는 유공압시스템 Download PDF

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한상엽
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Abstract

본 발명은 내부에 유체가 흘러가는 유로가 형성되어 있으며, 내측으로 돌출턱이 형성되어 있는 몸체, 상기 몸체 내부에 형성된 유로의 중간에 결합되는 스프링 지지대, 상기 스프링 지지대의 일측에 결합되며, 상기 유로의 차압에 따라 인장 또는 압축하는 스프링, 상기 스프링의 일단에 결합되며, 상기 유로에서 설계차압을 초과하는 차압이 발생하면 상기 돌출턱과 접촉하여 유로를 차단하는 오리피스를 포함하는 과도유량 방지밸브 및 이를 포함하는 유공압시스템을 제공한다.
유체, 밸브, 수격, 방지

Description

과도유량 방지밸브 및 이를 포함하는 유공압시스템{Valve for controling overflow and hydraulic system including the same}
본 발명은 과도유량 방지밸브 및 이를 포함하는 유공압시스템에 관한 것으로서, 고압으로 유체가 흐르는 유공압시스템에서 발생하는 수격현상을 제거하는 과도유량 방지밸브 및 이를 포함하는 유공압시스템에 관한 것이다.
수격현상이란 유로 내의 유속이 급격하게 변화하면 그에 따라 유로 압력의 상승 또는 강하하는 현상이다. 이러한 수격현상은 공급밸브를 급히 닫거나 열 때 발생한다. 이러한 수격현상은 관로 또는 유공압시스템을 이루는 부품의 파손을 가져온다.
일반적인 액체로켓 개발을 위한 설비 등에서는 고압의 저장탱크에 가스를 저장한 후 이를 유공압시스템에서 필요 압력으로 감압하여 사용하게 된다. 그러나, 공압구동밸브를 원격제어하여 개방하게 되면 급격한 압력의 상승으로 수격현상이 발생하고 이러한 수격현상은 공압구동밸브 후단의 배관이나 부품에 손상을 입히는 문제가 있었다.
종래 유공압시스템은 상술한 수격현상을 방지하기 위해 별도의 바이패스 시 스템을 구비하였다. 도 1은 종래기술에 따른 유공압시스템(1)을 나타낸 개략도이다. 종래 유공압시스템(1)은, 주 유로에 설치된 주공압구동밸브(10)를 개방하였을 때 발생하는 수격현상을 방지하기 위해, 바이패스 시스템(30)에 구비된 보조 공압구동밸브(31)를 먼저 개방하고 오리피스(32)를 통해 소량의 유체를 먼저 공급하였다. 따라서, 감압 레귤레이터에서 발생하는 급격한 압력의 상승을 방지하였다. 그러나, 이러한 종래 유공압시스템(1)은 최초 저장탱크에서 유로로 유체를 공급할 경우에는 소정의 효과가 있었다. 그러나, 예기치 못한 상황에 따른 유로의 압력상승(동력의 차단 또는 펌프의 오동작)으로 수격현상이 발생하는 것을 막지는 못하였다. 또한, 상기 수격현상이 발생하여 공압구동밸브(10)의 후단의 배관이나 부품이 파손되는 경우, 대량의 유체가 공급되어 대형사고가 발생할 소지가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 유로 내의 차압에 따라 인장 또는 압축되는 스프링을 구비하여 유공압시스템에서 발생하는 수격현상을 방지하는 과도유량 방지밸브 및 이를 포함하는 유공압시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 별도의 바이패스 시스템을 구비하지 않고도 수격현상을 방지함으로써 간단의 구조의 유공압시스템을 제공하고, 유공압시스템의 구축에 소비되는 비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내부에 유체가 흘러가는 유로가 형성되어 있으며, 내측으로 돌출턱이 형성되어 있는 몸체, 상기 몸체 내부에 형성된 유로의 중간에 결합되는 스프링 지지대, 상기 스프링 지지대의 일측에 결합되며, 상기 유로의 차압에 따라 인장 또는 압축하는 스프링, 상기 스프링의 일단에 결합되며, 상기 유로에서 설계차압을 초과하는 차압이 발생하면 상기 돌출턱과 접촉하여 유로를 차단하는 오리피스를 포함하는 과도유량 방지밸브 및 이를 포함하는 유공압시스템을 제공한다.
상기 스프링은 상기 스프링 지지대의 전방 일측에 결합되며, 상기 유로에서 설계차압을 초과하는 차압이 발생하면, 상기 스프링이 압축함으로써 상기 오리피스가 상기 돌출턱과 접촉하여 유로를 차단할 수 있다.
상기 스프링은 상기 스프링 지지대의 후방 일측에 결합되며, 상기 유로에서 설계차압을 초과하는 차압이 발생하면, 상기 스프링이 인장함으로써 상기 오리피스가 상기 돌출턱과 접촉하여 유로를 차단할 수 있다.
상기 스프링 지지대는 상기 돌출턱에 사이에 결합될 수 있다.
본 발명은 유로 내의 차압에 따라 인장 또는 압축되는 스프링을 구비한 과도유량 방지밸브를 사용하여 유공압시스템에서 발생하는 수격현상을 방지하는 효과가 있다.
또한, 별도의 바이패스 시스템을 구비하지 않고도 수격현상을 방지함으로써 간단의 구조의 유공압시스템을 제공하고, 유공압시스템의 구축에 소비되는 비용을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예 따른 과도유량 방지밸브(120)를 포함하는 유공압시스템(100)의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 과도유량 방지밸브(120)의 단면도이며, 도 4는 도 3의 A-A의 단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 과도유량 방지밸브(120)는 내부에 유체가 흘러가는 유로(129)가 형성되어 있으며, 내측으로 돌출턱(121a,121b)이 형성되어 있는 몸체(121), 상기 유로(129)의 중간에 결합되는 스프링 지지대(122), 상기 스프링 지지대(122)의 일측에 결합되는 스프링(123), 상기 스프링(123)의 일단에 결합되는 오리피스(124)를 포함하여 구성된다.
몸체(121)는 내부에는 유체가 흘러가는 유로(129)가 형성되어 있다. 상기 몸체(121)는 실린더 형상의 관이다. 또한, 상기 몸체(121)의 내측으로 돌출턱(121a,121b)이 형성되어 있다. 상기 돌출턱(121a,121b)은 상기 스프링(123)이 압축하면 상기 스프링(123)에 결합된 오리피스(124)와 맞닿는다. 따라서, 상기 유로(129) 내를 흘러가는 유체의 흐름을 제한한다.
스프링 지지대(122)는 상기 스프링(123)을 고정시키는 부재로서 상기 몸 체(121)의 내부에 형성된 유로(129)의 중간에 설치된다. 상기 스프링 지지대(122)는 상기 돌출턱(121a,121b) 사이에 결합될 수 있다. 상기 스프링 지지대(122)는 유로(129)를 따라 흐르는 유체의 흐름을 방해하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 스프링 지지대(122)는 유체가 흘러갈 수 있도록 내부에 공간이 형성되어 있다.
스프링(123)은 상기 오리피스(124)의 전단과 후단의 차압(△P=P1-P2)에 따라 인장 또는 압축하여 유로(129) 내의 유체 흐름을 조절한다. 상기 스프링(123)의 일단은 상기 스프링 지지대(122)의 일측에 결합되되, 전방에 결합된다. 상기 스프링(123)은 코일 스프링인 것이 바람직하다. 한편, 상기 스프링(123)의 타단에는 오리피스(124)가 결합된다. 상기 오리피스(124)는 상기 몸체(121)에 형성된 유로(129)의 내경보다 작은 내경을 가지며, 그 단면은 상기 유로(129)의 단면과 동일하다. 상기 오리피스(124)가 상기 돌출턱(121a,121b)과 이격되어 있을 경우, 상기 오리피스(124)의 외주와 상기 몸체 사이로 유체가 흐르게 되며, 상기 오리피스(124)가 상기 돌출턱(121a,121b)와 맞닿아 있을 경우에는 상기 유로(129)를 따라 유체가 흐르지 않게 된다.
이하 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 과도유량 방지밸브(120)의 작동원리에 대해 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 최초 저장탱크(미도시)에 고압의 유체가 저장되어 있는 상태에서 공압구동밸브(110)를 개방한다. 따라서, 고압의 유체는 상기 공압구동밸 브(110)를 거쳐 과도유량 방지밸브(120)를 통과하며, 이후 감압 레귤레이터(130)를 거치게 된다. 상기 공압구동밸브(110)가 개방되면 과도유량 방지밸브(120)의 전단은 압력이 급격히 상승하고 상기 과도유량 방지밸브(120)의 유로(129)에 과량의 유체가 공급된다. 이때 상기 과도유량 방지밸브(120)가 작동하여 상기 과도유량 방지밸브(120)의 전단과 후단의 차압(△P)을 감소시키고 과공급된 유량을 조절하게 된다.
도 1을 참조하면, 종래의 유공압시스템(1)에서는 주공압구동밸브(10)가 최초 개방되면서 과도한 유량이 공급되어 발생하는 수격현상을 별도의 바이패스 시스템(30)을 사용하여 해결하였다. 구체적으로, 오리피스(32)와 보조 공압구동밸브(31)를 포함하는 별도의 바이패스 시스템(30)을 구비하여, 상기 바이패스 시스템(30)의 보조 공압구동밸브(31)를 먼저 개방한다. 이후 오리피스(32)를 통해 소량의 유체를 공급하여 감압 레귤레이터(20)의 급격한 압력 상승을 방지하였다.
그러나, 본 발명의 제1실시예에 따른 과도유량 방지밸브(120)를 포함하는 유공압시스템(100)은 상기 스프링(123)을 구비한 과도유량 방지밸브(120)를 이용하여 과도유량 방지밸브(120) 전후단 사이의 차압(△P)을 천천히 감소시킴으로써 수격현상을 방지한다. 따라서, 종래 수격현상을 제거하기 위해 별도의 바이패스 시스템을 구비하지 않아도 되는 이점이 있다.
도 3을 참조하여 좀 더 자세히 설명하면, 상기 공압구동밸브(110)가 개방되면 저장탱크에 있던 유체가 유로로 공급된다. 상기 유체는 공압구동밸브(110)를 거 쳐 상기 과도유량 방지밸브(120)에 도달한다. 이때 상기 오리피스(124) 전단의 압력(P1)은 급격히 상승한다. 즉, 오리피스(124)의 전단 압력(P1)이 후단 압력(P2)에 비해 월등히 높은 상태가 되고, 상기 오리피스(124)의 전단과 후단의 차압(△P=P1-P2)은 급격히 상승한다. 상기 차압(△P)은 상기 오리피스(124)에 후방으로 힘을 가하게 된다. 상기 차압(△P)에 의해 상기 오리피스(124)에 가해진 힘은 상기 스프링(123)을 압축시킨다. 따라서, 상기 오리피스(124)는, 상기 돌출턱(121a,121b)과 이격된 상태에서 상기 돌출턱(121a,121b)과 맞닿게 되고, 유체는 상기 유로(129)를 따라 흐르지 않게 된다. 그러나, 상기 스프링(123)의 복원력에 의해 스프링(123)은 인장되고 상기 오리피스(124)는 상기 돌출턱(121a,121b)과 다시 이격된다. 따라서, 상기 오리피스(124)와 상기 몸체(121) 사이로 소정의 유체가 흘러가게 되며 상기 오리피스(124)의 전단과 후단의 차압(△P)은 감소하게 된다. 이후 다시 상기 오리피스(124)의 전단 압력이 높아지게 되면 상기 스프링(123)은 다시 압축하게 되며, 상기 스프링(123)의 복원력에 의해 상기 오리피스(124)는 상기 돌출턱(121a,121b)과 이격된다. 상술한 과정, 즉 과도응답과정을 거치면서 일정시간 지나면 상기 오리피스(124)의 전단과 후단의 차압(△P)은 일정한 정상상태가 된다. 이후 유량의 증가 또는 감소에 의해 상기 오리피스(124)의 전단과 후단의 차압(△P)이 변화하면 상술한 과정을 반복하면서 상기 오리피스(124)의 전후단 사이의 차압(△P)은 정상상태가 된다.
상기 스프링(123)의 스프링 상수는 상기 과도유량 방지밸브(120)가 사용되는 환경에 따라 조절될 수 있다. 즉, 유공압시스템의 사용환경에 따라 설계차압(△ Pdesign) 정하고, 상기 설계차압(△Pdesign) 이상에서 상기 스프링(123)이 압축되도록 상기 스프링 상수를 정할 수 있다.
상기 과도유량 방지밸브(120)의 작동을 상기 오리피스(124)의 전단과 후단의 차압(△P)에 따라 설명하면, ⅰ) 상기 오리피스(124)의 전단과 후단의 차압(△P)이 설계차압(△Pdesign) 미만인 경우에는 정상 유량이 공급되며, ⅱ) 상기 차압(△P)이 설계차압(△Pdesign)을 초과하는 경우 소량의 유량이 공급되며, ⅲ) 상기 차압(△P)이 설계차압(△Pdesign)을 월등히 초과하는 경우에는 유량의 공급을 제한한다. 즉, ⅰ)의 경우 상기 스프링(123)은 압축되지 않은 상태이며, ⅱ)의 경우 상기 스프링(123)은 소정의 길이만큼 압축된 상태이며, ⅲ)의 경우 상기 스프링(123)은 압축하여 상기 오리피스(124)가 상기 돌출턱(121a,121b)과 맞닿아 있는 상태이다. 이를 간단히 표현하면 다음과 같다.
ⅰ)
Figure 112009077541906-PAT00001
: 정상유량 공급
ⅱ)
Figure 112009077541906-PAT00002
: 소량의 유량 공급
ⅲ)
Figure 112009077541906-PAT00003
: 유량 공급 제한
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 과도유량 방지밸브(120)의 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 과도유량 방지밸브(120)는, 내측으로 돌출턱(121a,121b)이 형성되어 있는 몸체(121), 유로(129)의 중간에 결합되는 스프링 지지대(122), 상기 스프링 지지대(122)의 후방 일측에 결합되는 스프링(123), 상기 스프링(123)의 일단에 결합되는 오피리스(124)를 포함하여 구성된다.
이하 상기 제1실시예와 동일한 구성 및 작용에 대해서는 설명을 생략한다.
본 발명의 제2실시예가 상기 제2실시예와 다른 점은 스프링(123) 및 오리피스(124)가 스프링 지지대(122)의 후방 측면에 결합되어 있다는 점이다. 즉, 전방에서 후방으로 스프링 지지대(122), 스프링(123), 오리피스(124)가 위치하며 상기 오리피스(124)의 후방에 돌출턱(121a,121b)이 형성되어 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 과도유량 방지밸브(120)는 오리피스(124)의 전단과 후단의 차압(△P)이 설계차압(△Pdesign)을 초과하는 경우, 상기 오리피스(124)에 가해진 압력에 의해 상기 스프링(123)이 인장하여 유로(129)를 차단한다. 즉, 공압구동밸브가 개방되고 상기 오리피스(123)의 전후단 사이 차압(△P)이 설계차압(△Pdesign)을 초과할 경우, 상기 스프링(123)이 인장하고 상기 오리피스(124)가 상기 돌출턱(121a,121b)에 맞닿게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래 기술에 따른 유공압시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예 따른 과도유량 방지밸브를 포함한 유공압시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 과도유량 방지밸브의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 과도유량 방지밸브의 단면도이다.
< 도면의 주요부호 대한 간단한 설명 >
1 종래의 유공압시스템 10 주공압구동밸브
20 감압 레귤레이터 30 바이패스 시스템
31 보조 공압구동밸브 32 오리피스
100 유공압시스템 110 공압구동밸브
120 과도유량 방지밸브 121 몸체
121a,121b 돌출턱 122 스프링 지지대
123 스프링 124 오리피스
130 감압 레귤레이터

Claims (5)

  1. 내부에 유체가 흘러가는 유로가 형성되어 있으며, 내측으로 돌출턱이 형성되어 있는 몸체;
    상기 몸체 내부에 형성된 유로의 중간에 결합되는 스프링 지지대;
    상기 스프링 지지대의 일측에 결합되며, 상기 유로의 차압에 따라 인장 또는 압축하는 스프링;
    상기 스프링의 일단에 결합되며, 상기 유로에서 설계차압을 초과하는 차압이 발생하면 상기 돌출턱과 접촉하여 유로를 차단하는 오리피스;를 포함하는 과도유량 방지밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스프링은 상기 스프링 지지대의 전방 일측에 결합되며,
    상기 유로에서 설계차압을 초과하는 차압이 발생하면, 상기 스프링이 압축함으로써 상기 오리피스가 상기 돌출턱과 접촉하여 유로를 차단하는 것을 특징으로 하는 과도유량 방지밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스프링은 상기 스프링 지지대의 후방 일측에 결합되며,
    상기 유로에서 설계차압을 초과하는 차압이 발생하면, 상기 스프링이 인장함 으로써 상기 오리피스가 상기 돌출턱과 접촉하여 유로를 차단하는 것을 특징으로 하는 과도유랑 방지밸브.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스프링 지지대는 상기 돌출턱에 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 과도유량 방지밸브.
  5. 제1항 내지 제4항에서 선택된 어느 하나의 항에 의한 과도유량 방지밸브를 포함하는 유공압시스템.
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KR20190056570A (ko) * 2017-11-17 2019-05-27 한국항공우주연구원 고압가스 공급 장치

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