KR20120009136A - 볼(ball)의 유출구 및 양방향 시트 구조를 갖는 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 밸브 내에 장치되는 볼(ball)과 시트(seat) 및 시트링(seatring) 구조 방법에 관한 것으로 먼저 볼의 유로 구경에 대하여 볼이 90°각도 범위 내에서 개폐작용이 반복 되는 회전력에 따라 그에 상응한 유량 조절이 가능하도록 된 볼과 유량이 관통 되도록 형성 되어 있는 볼의 입,출구 주변 양쪽 위치에 상기 볼을 떠받쳐 주고 밀폐 작용을 하는 시트부를 구성하여 두고 밸브 본체에 장치되는 시트부 내에 탄발성을 갖는 시트링을 장착하여 사용되게 한 볼밸브에 관한 것으로 상기 볼에 형성되어 있는 입,출구 형성 과정에 있어 원형으로 구성되어 있는 상류 유입구와 하류 유출구 형상을 만곡 상태의 등변 곡선으로 이루어진 유출구를 형성 되도록 한 단계와 몰리브덴 합금으로 성형되고 계단식 환형으로 구성되어 있는 양방향 시트부 형성 단계와 망간강 소재의 편차 절곡으로 이루어진 환형의 시트링을 구성되게 한 단계 등으로 구분 되어 진다.
상기 단계 별로 구성 된 구조물들이 장치되어 질 때 나타나는 작용 효과는 유량 조절에 대한 미량제어 방식이 허용되어 지며 유량 압력에 의해 발생되는 내부 손상이나 소음이 일어나지 않게 되며 유량 누출에 대한 높은 밀폐력을 갖는 특징이 주어지게 된다.

Description

볼(ball)의 유출구 및 양방향 시트 구조를 갖는 볼 밸브{omitted}

본 발명은 볼 밸브 내부에 장치되는 볼과 시트에 관한 것으로 볼의 유량 유출구 구조와 메탈시트 구조 등에 있어 원활한 유량 공급을 제공하기 위한 방법으로서 볼 자체 내에 형성 되어 지는 토출 유로 구경 (이하 하류 유출구라 칭함)을 유량 압력 제어에 적합하도록 만곡 된 곡부 형상으로 하부 유출구를 구성 되게 하는 방법과 볼과 밀착되어 유체 누출을 차단시키는 작용을 하게 되는 시트에 있어 합금 메탈 재질로 형성되게 한 시트와 탄성재 시트링을 구성하여 각 각, 볼의 유체 유입구(이하 상류 유입구라 칭함) 및 하류 유출구에 장치하여 유체 밀폐력을 증대시키고자 한 발명에 관한 것이다.

통상적인 볼밸브는 특성상 90°회전시켜 밸브의 개폐가 가능하도록 구성되어져 있고 볼의 유로 통과 현상이 원형모양으로 이루어진 입, 출구를 이용하여 유량 공급이 이루어 질 수 있게 하거나 하류 유출구에 대하여 유량 공급을 제한적 한도 내에서 유출되도록 한 이등변 삼각 형상의 유로구를 형성되게 하여 점진적 용량 제어 능력을 갖는 밸브들로 구성되어 있다.

상기 전술된 바와 같은 볼 밸브들의 가장 큰 특징은 지지축이 하나이고 입구 압력에 의한 볼의 움직임을 이용한 구조로 되어 있고 상기 볼 밸브는 압력 등급상의 저압과 고압용의 경우 비교적 중형과 소형의 사이즈 밸브에 많이 사용되기도 한다.

또한 이러한 볼 밸브는 유동성이 있는 볼로서 하류 유출구 주변에 장착 되어있는 시트 및 시트링에 의해 볼의 경면과 밀착되어 밀폐력을 향상시키는 역할을 하게 되지만 밸브 작동 시 스탬(stem)은 하류 유출부에 장착된 시트부에 접촉되어 있는 볼과의 마찰 부하로 인해 비틀림 현상이 나타나게 되고 밸브의 특성상 회전 각도에 따라 유량 변동이 심하므로 유량유입에 따라 발생되는 압력을 제어하는데 어려움이 뒤따르게 되고 이는 볼의 회전 반경에 따라 열리고 닫히는 속도를 수시로 조절해 주지 않으면 역동적 유체의 힘이 가해져 닫힘 상태로 움직이려는 힘이 작용하게 되어 자칫 와류 현상이나 소음 유발 현상을 가져오게 된다.

또한 상기 V형 이등변 삼각현상의 유출구를 갖는 볼 밸브에 있어 볼과 스템(stem)과의 회전 작동 부분이 분리된 상태로 장치되어 있고 엑츄에이터(actuator) 구동부에 의해 파생되는 동력전달이 볼(ball)과 시트(seat)가 밀착 되어 있는 미세한 단면부분에 까지 전달되어지게 하여 누수 현상을 없게 하고 차폐영역을 보완하기 위한 방법 등으로 제품화 되어 있으며 특히 펄프혼합물 (pulp mixtures) 또는 펄프 원료(pulp stock), 광석분말(ore dust),석회석(Limestone Dust), 기타 분체물과 액체물질등의 예정량 공급 및 소량 유체 공급을 목적으로 상기 V형 볼밸가 이용되어지고 있다.

이러한 밸브는 유체의 공급량 조절이 원활하게 이루어 짐으로 소량 공급에서부터 대량공급으로 극대화하여 사용 될 수는 있으나 밸브자체로서 한계성에 도달하게 되면 예상치 못 한 이상 징후가 나타나게 되는데 이러한 한계성은 시트재질의 변형으로 인해 표출 되는 것과 시트와 시트링 사이의 변형에 의해서 발생되는 경우가 많다.

또한 상기 시트재질로 사용되어지고 있는 재질을 구분하여 볼 것 같으면 고무 탄성체를 나타내는 고분자 물질인 엘라스토머(elastomer)를 이용한다거나 테프론(tefron) 재료 및 그것과 합성체로 구성된 몰리브덴(molybdenum)등을 이용하여 시트를 제작, 사용한다거나 금속(metal)재 시트를 제작하여 사용하기도 한다.

이러한 시트 종류는 그 특이성에 따라 용도 별로 구분되어져 있으며 복원력이 강한 상기 비금속 재료에 있어서 유체 누출에 대한 밀폐력이 우수하나 높은 온도에서 사용하는데 한계 점이 있으며 상기 금속 재질로 형성된 시트는 고온에서 사용하기에 적합하나 잦은 누수비를 갖는 단점이 있고 상기 금속 시트 누수비는 밀폐력이 부족한 볼과 시트 사이에 형성되어 있는 밸브내의 캐비티(cavity)부에서 발생되는 액봉(液封) 작용에 의해서도 누수비 현상이 부가 된다.

상기 서술된 바와 같은 볼밸브에 있어 좀 더 안정되고 효율성이 높은 유량 공급과 유량 조절을 위하여 새로운 구조 방법을 제시하여 이를 해결 하고자 한다.

본 발명은 밸브 본체내에 장치되는 볼(ball)과 시트(seat)에 있어 먼저 회전력을 갖는 볼의 유로 구경에 대하여 하류 유출부 방향으로 관통되어 있는 삼각형상의 유출구를 좀 더 다른 각도에서 구성방법을 제시하여 유체에 관한 제어 공급이 원활하게 이루어질 수 있게 하는 것과 몰리브덴(molybdenum)금속 성분 율이 높게 함유되고 합급(Ni,Cu,Mo-alloy)되어 있는 재질을 이용하여 시트를 구성되게 하고 시트링 소재로서는 오스테 나이트 - 망간 강(austenite - manganese steel) 또는 마덴자이트 강(martensite - steel)류의 재질을 이용 제품을 완성시켜 밸브 작용 요소 중에서 가장 중요한 부분으로 지적되어 온 누출 방지를 목적으로 한 밀폐력 증대 및 더는 나아가 밸브 수명을 연장 시켜 줄 수 있는 볼의 유체 유출구를 개량하여 유량압력 저항에 의해 마모 현상이 발생되는 것을 미리 방지하고자 한 볼 밸브에 관한 것이다.

본 발명 볼 밸브에 있어 V형 볼에 관통되어 있는 유출구 주연부가 곡선 변형체 구경으로 구성되어 지게 하고 특수 합금(Ni,Cu,Mo-alloy)으로 성형되고 가공된 시트(seat)부 및 망간강(austenite - manganese steel)으로 가공되어 있는 시트링(Seatring)에 있어서 상기 V형 볼(ball)에 형성되어 있는 하류 유출구의 구조적 결함에 의해 발생되어 지고 유량 유입 시 압력에 따라 발생되는 유출구 주변의 마모 현상 방지 및 유량 제어에 의한 적정 유량 공급 해결 수단과 상기 하류 유출부쪽 방향으로만 내설 되어져 있는 시트(seat)부를 상류 유입부 쪽 방향에 내설하여 양방향 시트부로 조성되게 한 방법과 상기 시트링(seatring)을 이용 가능한 형태로 구성하여 저 차압에서 필요로 한 초기 밀폐력 향상을 위해 시트가 볼에 밀착되도록 작용하게 하고 또한 고차압 하중에 따라 수축과 팽창이 반복 작용 될 수 있게 하여 시트와 볼의 마찰력을 최소화 시킬 수 있는 방법과 상기 방법들에 대한 내용은 순차적 유량 제어 공급 및 신속한 누수 차단력 확보와 볼과 밸브 본체 내부에 형성되어 있는 캐비터 (cavity)내의 공동현상 조절을 위해 양방향 시트부에 완벽한 밀폐력과 누수 차단력이 확보되어지게 하고 이러한 작용 효과는 결국 차압(差壓)에 관계없이 볼의 회전력 저하를 상쇄시킬 수 있는 특징이 주어져야 하며 아울러 누출 현상을 원천적으로 봉쇄 할 수 있는 방법이 제안되어져야 한다.

본 발명은 밸브의 볼에 있어 하류 유출구 주연의 상,하 등변이 똑같은 만곡된 곡부로 형성되어 있는 유로구를 조성하여 유량 조절이 다단계 형식으로 제어 될 수 있게 하고 순차적 유체 이송 조절에 의하여 밸브의 부드러운 닫힘 작용에 의해 미세한 유체 즉, 펄프 원료와 같은 화이버(fiber)재질 또는 분철, 석회석분말이나 그 외에 액화되어 있는 재질을 수용, 제어 공급하는데 탁월한 기능이 주어지게 된다.

또한 밸브가 닫힐 때 하류 유출구 주연부의 날카로운 가장자리가 시트부와 밀착, 가로지르는 교차 접촉 상태의 교차점에서 밸브 회전력에 의해 절단 작용이 이루어지게 되고 이는 종이 펄프(paper pulp)와 같은 용해액을 다루는데 따라 적합하게 작용되어진다.

또한 본 발명의 합금으로 성형된 시트(seat)부는 볼(ball)움직임 전체를 양쪽 방향에서 지탱하도록 하여 볼의 회전력을 안정되게 하고 역류 현상과 누수를 사전에 차단할 수 있는 작용도 하게 된다.

이러한 밀폐력을 갖는 양 방향 시트는 상류 유출부 쪽에 전해치는 유량 공급 압력으로 하여금 시트와 볼의 밀착 부분에서 재 발생되는 추력(推力)에 의해 밸브자체의 회전력 증가함 없이 열리게 되는 부가적 작용효과를 낳게 되고 유체의 흐르는 방향에 따라 차압(差壓)에 의해 영향을 전달 받는 볼과 시트가 좀 더 섬세한 밀착력을 갖추어 작동하게 된다.

도 1은 본 발명이 구성된 일부가 절개되어 있는 분해 사시도.
도 2는 본 발명 조립상태를 나타낸 단면도.
도 3과 4는 본 발명 볼과 시트부의 조립상태 및 밀착 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명 볼의 일부가 절개된 상태의 사시도.
도 6은 본 발명 시트부 사시도 및 단면도.
도 7은 또 다른 시트링 구조의 예시도.
도 8A는 본 발명 볼에 대한 사시도 및 유입구 배면도.
도 8B는 본 발명 볼 밸브의 유량율 변화를 나타낸 그래프.
도 9는 일반적 유출구 및 유량율 변화를 나타낸 그래프.

본 발명에 대한 구성 요소는 다음과 같다

밸브 본체(21) 내부에 장치되어지는 볼(ball)(22)과 이를 떠 받쳐 주는 시트(Seat)(25)부 및 시트링(seatring)(26)으로 구성되고 장치되어져 있는 볼 밸브 내에 유량 공급이 원활하게 이루어 질 수 있게 한 볼 밸브에 관한 것으로 상기 원구형체로 형성되어 있는 볼의(22)의 내부에 원형으로 뚫리고 공급유량이 처음 유입되어지는 상류유입구(24)와 유입되려는 유체 공급량 조절을 위해 경면 외주연부로 부터 적당한 깊이로 만곡된 형상으로 활곡 형성되어 있는 하류유출구(25)를 관통 구성되어져 있게 한다

또한 상기 시트(25)부는 몰리브덴(molybdenum - Mo) 금속재 합금 비중이 비교적 높은 합금(Fe,Ni,Mo - 그 외)으로 주형되어 있는 소재를 이용하여 도 3내지 도 5에 도시된 바와 같은 계단식 환형의 구조로 구성되게 하고 상기 볼(22)의 경면에 밀착, 떠받쳐 주는 역활을 하게 되는 끝 단부 내면 주위로 볼(22) 경면 곡선각도와 꼭 맞은 수용부(34)를 형성되어져 있게 한다.

이러한 합금소재를 이용하여 제작되는 시트(25)부의 특성은 볼(22)의 반복되는 회전력 마찰에 의해 발생되는 밀착면 마모 및 그로 인한 회전 저항이 발생되는 것을 미리 방지하기 위한 수단으로서 활용되며 특히 몰리브덴(Mo) 금속성분 자체가 갖는 윤활성 작용에 의해 접촉면으로 하여금 마찰로 인해 발생되는 손상을 미리 방지해 주는 역활을 하게 된다.

또한 상기 시트링(26)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 밸브 본체(21)와 시트부(25)가 계단식으로 조립되어지고 소정의 빈공간부로 형성되어 있는 격간 사이로 약간의 S형 모양의 편차 절곡으로 이루어져 있고 환형 판재 구조로 이루어진 시트링(26)을 내설하여 상기 시트부(25,25")가 볼(22)과 접촉되어지는 범위 내에서 탄발 작용에 의한 밀착력을 갖게 하고 아울러 볼(22)을 양방향에서 받쳐 줄 수 있는 부가된 기능을 갖게 한다.

이러한 구조로 형성된 상기 시트링(26)은 도시되어 있지 않으나 환형 금속 판재의 면적 범위 내에 소정의 간격을 두고 수개의 천공 된 구멍을 형성되게 하여 시트링(26)으로 하여금 자체 탄발 작용력이 증대될 수 있는 작용 효과가 주어지게 한다.

이와 같이 구성되고 장치되어지는 시트링(26)은 상기 시트부(25,25")가 회전 운전에 따라 90° 범위 내에서 왕복회전 되는 볼(22)과 접촉 상태 하에 밀착력을 갖도록 작용되어게 될 뿐만 아니라 유입되는 유체 온도영향에 따라 수축과 팽창이 반복되어 지므로 볼(22)과 양 시트부(25,25")와의 사이에 발생되는 마찰을 극소화 시키는 작용도 아울러 갖게 된다.

도 7은 또 다른 시트링(26) 구조의 예시도이며 좀 더 무거운 볼이 장치되어지고 밀폐력이 요구되어지는 볼 밸브 내부에 사용될 시트링 구조에 대한 예시도이다.

상기된 바와 같은 구성물들로 장치되어지는 볼 밸브는 하류유출구(23)가 곡부형상으로 구성되어 있는 볼(22)과 계단 형상 층 구조로 이루어진 환형의 시트부(25) 및 편차 곡선 형태의 환형 시트링(26)을 각각 독립체로 구성하여 조립되도록 하고 이와 같은 조립 상태에 놓여 있는 상기 볼 밸브는 상류 유입구(24)에서 하류 유출구(23)로 통과되려는 유체공급량을 제어하게 되고 시트부(25) 및 시트링(26)에 의한 내부 밀착력에 의해 유체 누출 현상을 없애주는 밀폐성 작용을 하게 되며 이는 양 방향 시트부(25) 내에 장치되어 있는 스프링 작용력을 갖는 시트링(26)의 외력 작용에 의해서 생기게 되며 그것은 결과적으로 액체유량에 대한 누출 방지 역활을 하게 된다.

도 8A에 도시되어 있는 도면은 본 발명 볼(22)에 대한 하류 유출구(23) 구조를 나타낸 것이며 도 8B는 90'회전각도 즉 열림과 닫힘이 반복되어지는 과정으로서 개도행정(開度行定)작용에 의해 유체공급량 조절이 포물선 형태로서 이루어지게 됨을 나타낸 것이며 유량제어 시스템이 저항력 없이 순조롭게 진행되는 실험 과정을 도표화 한 것이다.

또한 도 9는 일반적으로 사용되고 있는 볼의 구조와 실험 과정을 나타낸 것이다.

Claims (1)

1. 볼 밸브의 유량 공급제어 및 볼(ball)과 시트(seat)부 그리고 시트링(seat ring) 밀착작용에 의해 유량 누출 방지를 할 수 있는 밸브 구성물에 있어서 상기 볼 내부에 연계된 상태의 관통 되어 있는 하류 유출구에 대한 구조를 상,하 등변이 같은 곡부로 구성되어 있게 한 구조단계,
   상기 층상 구조로 형성 되어 있는 시트부를 볼의 양방향에 밀착 장치하여 구성되도록 한 구조단계,
   상기 환형의 판재로 구성되고 편차곡선으로 형성되어 있는 시트링을 상기 시트부 내측에 장치하여 볼과 밀착력이 증대 되도록 하는 것을 특징으로 한 볼의 유출구 및 양방향 시트부를 갖는 볼 밸브.

Images