KR20130017235A - 볼 밸브 및 이를 갖는 볼 밸브 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 볼 밸브는, 볼 하우징, 볼 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고 볼 하우징의 유로를 따라 유동하는 유체가 통과할 수 있는 통로를 갖는 볼, 볼 하우징의 내면에 지지되어 볼을 회전 가능하게 지지하는 지지축, 볼을 사이에 두고 서로 마주하도록 볼 하우징 내부에 배치되고 볼의 외주면에 접하는 경사진 가이드 면을 갖는 링 형상의 제 1 밸브시트부재 및 제 2 밸브시트부재, 볼의 외주면에 결합되어 볼을 지지축을 회전 중심으로 하여 회전시키는 작동부재를 포함한다. 본 발명에 의한 볼 밸브는 볼이 작동부재 및 지지축에 의해 그 상하 양단이 지지된 상태로 회전함으로써, 고압의 유체가 볼이 설치된 유로를 따라 유동하더라도 볼이 안정적으로 회전할 수 있고, 장시간 사용시 볼의 설치 위치가 어긋나거나 볼에 결합된 작동부재가 변형 또는 파손되는 위험을 크게 줄일 수 있다.

Description

볼 밸브 및 이를 갖는 볼 밸브 조립체{Ball valve and ball valve assembly having the same}
본 발명은 볼 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조 개선을 통해 작동 안정성을 향상시킨 볼 밸브 및 이를 갖는 볼 밸브 조립체에 관한 것이다.
밸브는 유체 라인에 설치되어 다양한 유체의 유량을 제어하는데 사용된다. 밸브의 종류로는 볼 밸브, 글로브 밸브, 플러그 밸브, 게이트 밸브, 체크 밸브, 니들 밸브, 후로트 밸브 등이 있다.
볼 밸브(ball valve)는 밸브의 볼 하우징 내에 내부가 관통된 볼이 삽입된 것으로, 핸들의 조작에 의해 볼이 회전함으로써 유로를 개폐하는 구조로 이루어진다. 글로브 밸브(globe valve)는 핸들의 작동에 의해 스핀들이 상하로 작동하여 시트가 노즐을 막아 유로를 차단하는 형식의 밸브이다. 글로브 밸브는 유체의 차단을 확실하게 할 수 있고 유량 조절이 용이한 특징이 있다.
플러그 밸브(plug valve)는 콕(cock)과 같은 형태로 원추형의 플러그를 축 주위에서 90°회전시켜 유로를 개폐한다. 게이트 밸브(gate valve)는 핸들의 조작에 따라 유로의 직각방향에 설치된 밸브판이 시트를 폐쇄시켜 직선 운동을 하는 형태의 밸브이다. 이 밖에, 버터플라이 밸브(butterfly valve)는 원판상의 폐자(閉子)를 회전시킴에 따라 유로를 개폐하는 것으로, 유량을 가감할 수 있는 가장 간단한 구조의 밸브이다.
이러한 다양한 밸브 중에서 볼 밸브는 유체의 흐름 방향과 유로 방향이 동일하고 밸브 내부의 볼의 관통부의 구경이 관경과 거의 같아 압력 손실이 거의 없고, 개폐가 90°에서 이루어지므로 개폐가 신속한 장점이 있다. 이러한 볼 밸브는 중·고압배관의 차단용으로 적합하다.
그런데 종래 볼 밸브는 볼에 회전력을 가하기 위해 볼의 외면 일측에 결합된 작동부재를 회전축으로 하여 회전하므로 고압 유체의 유동을 단속하는 경우 작동부재가 커다란 하중을 받게 된다. 따라서 장시간 사용시 작동부재가 변형되거나 파손될 수 있으며, 볼의 위치가 어긋나 유로 개폐 동작이 불안해질 수 있다.
또한 종래 볼 밸브는 볼에 과도한 회전력이 가해질 때 이를 적절히 차단할 수단을 갖지 못하여 과도한 회전력 인가에 의한 부품의 손상 및 파손의 위험이 이다. 즉, 사용자의 부주의나 구동력을 제공하는 구동력 제공장치의 오작동으로 개방 위치나 폐쇄 위치에 도달한 볼에 지속적인 회전력이 가해질 수 있으며, 이 경우 볼이나 볼과 연결된 부품에 큰 부하가 걸려 부품이 파손될 수 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 볼의 결합구조를 비롯한 전체적인 구조를 개선함으로써 작동 안정성을 향상시킨 볼 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 볼에 과도한 회전력이 가해질 때 이를 적절히 차단하여 볼이나 볼에 연결된 부품에 과도한 하중이 가해지는 것을 막아 부품 파손의 위험을 줄일 수 있는 볼 밸브 조립체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 볼 밸브는, 유입구와 유출구 및 상기 유입구와 상기 유출구를 연결하는 유로를 갖는 볼 하우징, 상기 볼 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고 상기 유로를 따라 유동하는 유체가 통과할 수 있는 통로를 갖는 볼, 상기 볼 하우징의 내면에 지지되어 상기 볼을 회전 가능하게 지지하는 지지축, 상기 볼을 사이에 두고 서로 마주하도록 상기 볼 하우징 내부에 배치되고 상기 볼의 외주면에 접하는 경사진 가이드 면을 갖는 링 형상의 제 1 밸브시트부재 및 제 2 밸브시트부재, 상기 볼 하우징의 상기 지지축과 동축 상에 위치하도록 형성된 삽입구멍에 삽입되고 상기 볼의 외주면에 결합되어 상기 볼을 상기 지지축을 회전 중심으로 하여 회전시키는 작동부재를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 볼 밸브는 상기 볼을 사이에 두고 상기 삽입구멍과 마주하도록 상기 볼 하우징의 내면에 결합되는 볼 지지부재를 더 포함하고, 상기 지지축은 상기 볼 지지부재에 결합될 수 있다.
상기 볼 지지부재는 평평한 안착면을 구비하고, 상기 볼은 상기 안착면에 접하는 평평한 접촉면을 구비할 수 있다.
상기 볼 하우징은 상기 볼을 수용하는 중공형의 하우징 바디, 파이프가 결합될 수 있도록 상기 하우징 바디의 양쪽 끝단에 각각 결합되는 제 1 파이프 연결부재 및 제 2 파이프 연결부재를 포함하고, 상기 제 1 밸브시트부재는 상기 제 1 파이프 연결부재의 일면에 형성된 제 1 설치홈에 장착되고, 상기 제 2 밸브시트부재는 상기 제 2 파이프 연결부재의 일면에 형성된 제 2 설치홈에 장착될 수 있다.
상기 제 1 밸브시트부재 및 상기 제 2 밸브시트부재는 상기 볼에 의해 가압될 때 변형될 수 있는 탄성 변형 가능한 소재로 이루어지고, 상기 각 밸브시트부재의 일면에는 상기 각 밸브시트부재의 두께 방향 변형이 원활하게 일어날 수 있도록 상기 각 밸브시트부재의 단면적을 줄이기 위한 살빼기홈이 형성될 수 있다.
상기 제 1 밸브시트부재 및 상기 제 2 밸브시트부재 각각의 내부에는 강도 보강을 위한 링 형상의 보강코어가 배치될 수 있다.
상기 제 1 밸브시트부재의 제 1 가이드 면에는 상기 볼의 외주면에 접하여 상기 유로를 따라 유동하는 유체에 함유된 이물질이 상기 볼과 상기 제 1 가이드 면 사이로 유입되지 못하도록 막는 제 1 날개부가 마련되고, 상기 제 2 밸브시트부재의 제 2 가이드 면에는 상기 볼의 외주면에 접하여 상기 유로를 따라 유동하는 유체에 함유된 이물질이 상기 볼과 상기 제 2 가이드 면 사이로 유입되지 못하도록 막는 제 2 날개부가 마련될 수 있다.
상기 제 1 날개부는 상부에서 하부 쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하는 반원 형상으로 이루어져 상기 제 1 가이드 면의 하부 쪽 반원부에 배치되고, 상기 제 2 날개부는 상부에서 하부 쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하는 반원 형상으로 이루어져 상기 제 2 가이드 면의 하부 쪽 반원부에 배치될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 볼 밸브 조립체는, 유입구와 유출구 및 상기 유입구와 상기 유출구를 연결하는 유로를 갖는 볼 하우징, 상기 볼 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고 상기 유로를 따라 유동하는 유체가 통과할 수 있는 통로를 갖는 볼, 상기 볼 하우징의 내면에 지지되어 상기 볼을 회전 가능하게 지지하는 지지축, 상기 볼을 사이에 두고 서로 마주하도록 상기 볼 하우징 내부에 배치되고 상기 볼의 외주면에 접하는 경사진 가이드 면을 갖는 링 형상의 제 1 밸브시트부재 및 제 2 밸브시트부재, 상기 볼 하우징의 상기 지지축과 동축 상에 위치하도록 형성된 삽입구멍에 삽입되고 상기 볼의 외주면에 결합되어 상기 볼을 상기 지지축을 회전 중심으로 하여 회전시키는 작동부재, 상기 작동부재에 구동력을 전달하기 위해 상기 작동부재와 연결되는 구동축, 상기 볼 하우징의 외면에 결합되어 상기 구동축을 회전 가능하게 지지하는 보호 케이스를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 볼 밸브 조립체는, 상기 구동축과 상기 작동부재 중 어느 하나에 연결되고 복수의 기어이를 갖는 동력전달기어, 상기 구동축과 상기 작동부재 중 나머지 다른 하나에 연결되고 상기 동력전달기어의 기어이에 걸릴 수 있는 복수의 걸림돌기를 갖는 클러치 부재를 더 포함하고, 상기 복수의 걸림돌기가 상기 복수의 기어이에 걸림으로써 상기 구동축의 구동력이 상기 동력전달기어와 상기 클러치 부재를 통해 상기 작동부재에 전달되어 상기 볼이 회전하고, 상기 볼에 일정 크기 이상의 부하가 걸리면 상기 복수의 걸림돌기가 상기 복수의 기어이를 타고 넘어가면서 상기 볼에 제공되던 구동력이 차단될 수 있다.
상기 클러치 부재는 원형의 바디부 및 상기 바디부의 가장자리에서 반경 방향으로 연장되고 상기 걸림돌기가 마련된 복수의 암부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 볼 밸브는 볼이 작동부재 및 지지축에 의해 그 상하 양단이 지지된 상태로 회전함으로써, 고압의 유체가 볼이 설치된 유로를 따라 유동하더라도 볼이 안정적으로 회전할 수 있고, 장시간 사용시 볼의 설치 위치가 어긋나거나 볼에 결합된 작동부재가 변형 또는 파손되는 위험을 크게 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 의한 볼 밸브는 볼이 제 1 밸브시트부재 및 제 2 밸브시트부재의 각 가이드 면에 안정적으로 밀착되어 원활하게 회전할 수 있어 유로 개폐 동작이 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명에 의한 볼 밸브는 제 1 밸브시트부재 및 제 2 밸브시트부재에 구비된 날개부가 볼의 외주면에 밀착되어 유로를 따라 유동하는 유체에 함유된 이물질이 볼과 가이드 면 사이로 유입되는 것을 막는다. 따라서 유체에 함유된 이물질이 볼과 가이드 면 사이로 유입되어 볼과 밸브시트부재 사이의 마찰력이 커지거나, 볼의 외주면이나 밸브시트부재의 가이드 면이 손상되는 문제를 크게 줄일 수 있다.
또한 볼 발명에 의한 볼 밸브 조립체는 볼이 완전 열림 위치 또는 완전 닫힘 위치에 도달하여 볼이 스토퍼에 의해 정지된 상태에서 사용자의 부주의나 구동력 제공장치의 오작동 등으로 인해 구동축에 구동력이 지속적으로 인가되는 경우, 구동축과 작동부재 사이에 배치되는 동력전달기어과 클러치 부재 사이에 슬립이 발생하여 볼에 가해지는 회전력을 차단한다. 따라서 볼이나 볼 하우징, 볼과 연결된 부품 등에 과도한 하중이 가해지는 것을 막을 수 있어 부품의 손상이나 파손의 위험을 크게 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체를 분해하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체를 나타낸 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체의 밸브시트부재를 나타낸 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체의 밸브시트부재를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체의 동력전달기어를 나타낸 저면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체의 클러치 부재를 나타낸 평면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 볼 밸브 및 이를 갖는 볼 밸브 조립체에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체를 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체를 분해하여 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체를 나타낸 측단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체(100)는 유로 개폐를 위한 볼(140)을 갖는 볼 밸브(102)와 볼 밸브(102)의 볼(140)을 회전시키기 위한 구동기구(104)를 포함한다. 도면에 도시되지는 않았으나, 구동기구(104)는 모터 등의 구동력 제공장치를 더 포함할 수 있다.
볼 밸브(102)는 볼 하우징(110), 볼 하우징(110) 내부에 회전 가능하게 설치되는 볼(140), 볼 하우징(110)의 내부에 볼(140)을 사이에 두고 서로 마주하도록 배치되는 제 1 밸브시트부재(150) 및 제 2 밸브시트부재(156), 구동기구(104)의 구동력을 볼(140)에 전달하기 위해 볼(140)에 결합되는 작동부재(147)를 포함한다. 볼 하우징(110)의 내부에는 볼(140)을 회전 가능하게 지지하기 위한 지지축(125) 및 볼 지지부재(119)가 배치된다.
볼 하우징(110)은 유체의 유입을 위한 유입구(111), 유체의 배출을 위한 유출구(112) 및 유입구(111)와 유출구(112)를 연결하는 유로(113)를 갖는다. 볼 하우징(110)은 중공형의 하우징 바디(114)와 제 1 파이프 연결부재(127) 및 제 2 파이프 연결부재(133)가 결합되어 이루어진다. 제 1 파이프 연결부재(127)와 제 2 파이프 연결부재(133)는 융착, 용접, 접착제에 의한 접착, 고정수단에 의한 기계적 결합 등 다양한 방법으로 하우징 바디(114)의 양쪽 끝단에 각각 결합된다.
하우징 바디(114)의 일측에는 구동기구(104)의 결합을 위한 설치부(115)가 구비되고, 설치부(115)의 중앙에는 삽입구멍(116)이 마련된다. 삽입구멍(116)에는 작동부재(147)가 삽입되어 하우징 바디(114)의 내부에 배치되는 볼(140)과 하우징 바디(114)의 외부에 배치되는 구동기구(104)를 연결한다. 삽입구멍(116)과 마주하는 하우징 바디(114) 내면의 일측에는 고정홈(117)이 형성된다. 고정홈(117)은 볼 지지부재(119)의 고정을 위한 것으로, 볼 지지부재(119)의 고정부(122)가 고정홈(117)에 삽입됨으로써 볼 지지부재(119)는 하우징 바디(114) 내면에 고정될 수 있다.
볼 지지부재(119)는 평평한 안착면(121)을 갖는 바디부(120)와 바디부(120)의 하면에 돌출 구비되는 고정부(122)를 포함한다. 안착면(121)에는 지지축(125)이 삽입되는 축 결합홈(123)이 마련된다. 고정부(122)는 고정홈(117) 형상에 대응하는 형상으로 이루어져 고정홈(117)에 결합된다. 도면에는 고정홈(117)이 유로(113) 방향으로 연장된 장홈 형상으로 이루어지고 고정부(122)가 이러한 고정홈(117) 형상에 대응하는 형상으로 이루어진 것으로 나타나 있으나, 고정홈(117) 및 고정부(122)는 상호 끼워맞춤될 수 있는 다양한 형상으로 변경될 수 있다. 또한 하우징 바디(114)의 내면에 돌출된 고정부가 마련되고 볼(140)에 이에 대응하는 고정홈이 마련될 수도 있다.
제 1 파이프 연결부재(127) 및 제 2 파이프 연결부재(133)는 각각 파이프의 결합을 위한 파이프 결합부(128)(134)와 각 파이프 결합부(128)(134)의 끝단에 배치되는 플랜지부(129)(135)를 포함한다. 플랜지부(129)(135)는 그 전면이 하우징 바디(114)의 끝단에 결합된다. 플랜지부(129)(135)의 후면에는 복수의 보강부(130)(136)가 원주 방향으로 일정한 간격으로 배치된다. 또한 플랜지부(129)(135)의 전면에는 밸브시트부재(150)(156)를 수용하기 위한 링 형상의 설치홈(131)(137)이 각각 마련된다.
도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 볼(140)은 볼 하우징(110) 내부에 회전 가능하게 설치되며 볼 하우징(110)의 유로(113)를 따라 유동하는 유체가 통과할 수 있는 통로(141)를 갖는다. 통로(141)는 그 양쪽 개방부가 동일 선 상에 놓이도록 직선으로 형성된다. 통로(141)가 볼 하우징(110)의 유로(113)와 연결될 때 볼 하우징(110)의 유입구(111)로 유입된 유체는 유체는 볼(140)의 통로(141)를 통과하여 유출구(112)로 유동할 수 있고, 통로(141)가 유로(113)에서 벗어나면 유로(113)는 차단된다. 따라서 볼(140)의 회전에 의해 유로(113)가 개폐되거나 유로(113)의 개도량이 조절될 수 있다.
즉, 통로(141)가 유로(113)와 평행하게 배치될 때 유로(113)의 개도량은 최대가 되고, 통로(141)와 유로(113) 사이의 각도가 0°에서 증가할수록 유로(113)의 개도량은 점진적으로 감소하다가 그 각도가 90°에 이르면 유로(113)는 완전히 차단된다. 도면에는 자세히 나타내지 않았으나, 볼 하우징(110)이나 볼(140), 또는 볼(140)과 함께 회전하는 작동부재(147)에는 볼(140)의 회전 각도를 제한하기 위한 스토퍼가 구비될 수 있다. 스토퍼는 볼(140)이 열림 방향으로 회전하여 통로(141)와 유로(113) 사이의 각도가 0°가 될 때 볼(140)을 정지시키고, 볼(140)이 닫힘 방향으로 회전하여 통로(141)와 유로(113) 사이의 각도가 90°가 될 때 볼(140)을 정지시킨다.
볼(140)의 상부에는 평평한 상면(142)과 작동부재 고정부(143)가 마련되고, 볼(140)의 하부에는 평평한 접촉면(144)이 구비된다. 작동부재 고정부(143)에는 작동부재(147)가 결합되는 작동부재 결합홈(145)이 형성된다. 작동부재(147)는 제 1 결합부(148)와 제 2 결합부(149)를 구비하며, 제 1 결합부(148)가 작동부재 결합홈(145)에 끼워맞춤 됨으로써 볼(140)에 고정된다. 접촉면(144)의 중앙에는 볼(140)의 하부를 관통하여 통로(141)까지 연장된 축 결합구멍(146)이 마련된다. 축 결합구멍(146)에는 지지축(125)이 삽입되며, 축 결합구멍(146)에 삽입되는 지지축(125)은 접촉면(144)으로부터 돌출되어 볼 지지부재(119)의 축 결합홈(123)에 삽입된다. 따라서 볼(140)은 그 접촉면(144)이 볼 지지부재(119)의 안착면(121)에 접촉한 상태에서 지지축(125)을 회전 중심으로 하여 회전할 수 있다.
제 1 밸브시트부재(150) 및 제 2 밸브시트부재(156)는 링 형상으로 이루어지고 제 1 파이프 연결부재(127)의 설치홈(131) 및 제 2 파이프 연결부재(133)의 설치홈(137)에 각각 결합되어 볼(140)을 사이에 두고 서로 마주하도록 배치된다. 이들 밸브시트부재(150)(156)는 볼(140)과 접하여 볼(140)과 볼 하우징(110) 사이를 밀폐하는 것으로, 볼(140)의 외주면에 압착될 수 있도록 탄성 변형 가능한 소재로 이루어지는 것이 좋다.
제 1 밸브시트부재(150) 및 제 2 밸브시트부재(156)는 동일한 구조로 이루어진다. 이하에서는, 제 1 밸브시트부재(150)를 대표로 하여 밸브시트부재(150)(156)의 구체적인 구조에 대해 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 제 1 밸브시트부재(150)의 일면 내측 둘레에는 볼(140)의 외주면에 접할 수 있도록 경사진 가이드 면(151)이 구비된다. 볼(140)의 외주면이 경사진 가이드 면(151)에 접함으로써 볼(140)은 제 1 밸브시트부재(150)와 안정적인 밀착 상태를 유지하면서 원활하게 회전할 수 있다.
그리고 제 1 밸브시트부재(150)의 다른 일면 중간에는 원주 방향으로 살빼기홈(152)이 형성되고, 제 1 밸브시트부재(150)의 내부에는 링 형상의 보강코어(153)가 배치된다. 살빼기홈(152)은 제 1 밸브시트부재(150)의 횡방향 단면적을 줄여주어 제 1 밸브시트부재(150)의 두께 방향 변형이 원활하게 일어날 수 있도록 한다. 따라서 볼(140)이 제 1 밸브시트부재(150)에 접할 때 제 1 밸브시트부재(150)가 원활하게 탄성 변형되어 볼(140)과 제 1 밸브시트부재(150)가 더욱 안정적인 밀착 상태를 유지할 수 있다. 보강코어(153)는 제 1 밸브시트부재(150)보다 강도가 큰 소재로 이루어지며, 제 1 밸브시트부재(150)의 변형을 막고 내구성을 높여준다.
가이드 면(151)에는 날개부(154)가 구비된다. 날개부(154)는 탄성 변형되어 볼(140)의 외주면에 밀착됨으로써 볼 하우징(110)의 유로(113)를 따라 유동하는 유체에 함유된 이물질이 볼(140)과 가이드 면(151) 사이로 유입되지 못하도록 막아준다. 유체에 함유된 이물질이 볼(140)과 가이드 면(151) 사이에 끼이면 볼(140)과 제 1 밸브시트부재(150) 사이의 마찰력이 커져 볼(140)의 회전이 원활하게 이루어지지 못하고, 볼(140)의 외주면이나 제 1 밸브시트부재(150)가 손상될 수 있다.
흙이나 모래 등의 이물질은 유체에 가라앉은 상태로 유동하기 쉬우므로 볼(140)의 하부 쪽에 집중될 가능성이 높다. 이러한 점을 고려하여 날개부(154)는 도시된 것과 같이 가이드 면(151)의 하부 쪽 반원부에 배치되고, 상부에서 하부 쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하는 반원 형상으로 이루어지는 것이 좋다. 물론, 날개부(154)의 형상이나 배치 구조는 다양하게 변경될 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 구동기구(104)는 구동축(160), 볼 하우징(110)의 외면에 결합되어 구동축(160)을 회전 가능하게 지지하는 보호 케이스(163), 구동축(160)의 하부 끝단에 배치되는 동력전달기어(166), 동력전달기어(166)의 구동력을 작동부재(147)에 전달하기 위한 클러치 부재(170), 작동부재(147)와 클러치 부재(170) 사이에 배치되는 연결부재(177)를 포함한다. 구동축(160)의 상부 끝단에는 구동력 인가부(161)가 마련되고, 이 구동력 인가부(161)는 보호 케이스(163)의 상단에 마련된 관통구멍(164)을 통해 외부로 돌출된다. 사용자는 구동력 인가부(161)를 작업 도구로 돌리거나, 모터 등의 구동력 제공장치를 구동력 인가부(161)에 연결하여 구동력을 제공함으로써 구동축(160)을 회전시킬 수 있다.
동력전달기어(166)는 구동축(160)의 하부 끝단에 결합되어 구동축(160)과 함께 회전한다. 도 2, 도 3 및 도 6에 도시된 것과 같이, 동력전달기어(166)의 하면에는 복수의 기어이(167)가 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치된다. 동력전달기어(166)의 회전력은 클러치 부재(170) 및 연결부재(177)를 통해 작동부재(147)에 전달된다. 연결부재(177)가 작동부재(147)의 제 2 결합부(149)에 결합되고 클러치 부재(170)가 연결부재(177)에 결합됨으로써, 동력전달기어(166)가 클러치 부재(170)를 회전시키면 작동부재(147)가 회전하게 된다.
도 2, 도 3 및 도 7에 도시된 것과 같이, 클러치 부재(170)는 연결부재(177)에 결합되는 원형의 바디부(171), 바디부(171)의 가장자리에서 반경 방향으로 연장된 복수의 암부(172), 각 암부(172)의 상부 끝단에 돌출 구비된 복수의 걸림돌기(173)를 포함한다. 바디부(171)에는 연결부재(177)에 구비된 고정돌기(178)에 대응하는 고정홈(174)이 마련된다. 이 고정홈(174)에 연결부재(177)의 고정돌기(178)가 삽입됨으로써 클러치 부재(170)는 연결부재(177)에 고정된다. 복수의 암부(172)는 일정한 각도로 이격 배치되고, 각 암부(172)에는 암부(172)의 강도를 높여 변형을 막기 위한 보강리브(175)가 구비된다.
클러치 부재(170)는 동력전달기어(166)와 마주하도록 배치되어 이에 구비된 복수의 걸림돌기(173)가 복수의 기어이(167)와 맞닿는다. 복수의 걸림돌기(173)와 복수의 기어이(167)는 완전히 치합되지 않고 서로의 끝단이 원주 방향으로 걸리는 구조를 취한다. 복수의 걸림돌기(173)가 복수의 기어이(167)에 걸림으로써 동력전달기어(166)의 구동력은 클러치 부재(170)를 통해 작동부재(147)에 전달될 수 있다. 그러나 복수의 걸림돌기(173)와 복수의 기어이(167) 사이에 이들 사이의 마찰력보다 큰 반력이 원주 방향의 발생하면 복수의 걸림돌기(173)는 복수의 기어이(167)를 타고 넘어가면서 동력전달기어(166)의 구동력은 작동부재(147)에 전달되지 못한다. 이러한 동력전달기어(166)와 클러치 부재(170)의 작용은 볼(140) 및 볼(140)과 연결된 부품들을 보호하는 역할을 한다.
작동부재(147)에 의해 볼(140)이 열림 방향 또는 닫힘 방향으로 회전하여 볼(140)이 완전 열림 위치 또는 완전 닫힘 위치에 도달하면 볼(140)이 스토퍼에 의해 정지하게 된다. 이렇게 볼(140)이 정지한 이후에도 볼(140)에 열림 방향 또는 닫힘 방향으로 회전력이 가해지면 볼(140)이나 볼 하우징(110) 또는 볼(140)과 연결된 부품에 과도한 부하가 걸려 부품이 손상될 위험이 있다. 그러나 상술한 것과 같이, 복수의 걸림돌기(173)와 복수의 기어이(167)가 완전히 치합되지 않고 서로의 끝단이 원주 방향으로 걸리는 구조로 되어 있으면, 복수의 걸림돌기(173)와 복수의 기어이(167) 사이에 이들 사이의 마찰력보다 큰 반력이 원주 방향의 발생할 때 동력전달기어(166)와 클러치 부재(170) 사이에 슬립이 발생하여 작동부재(147) 및 볼(140)에 전달되는 구동력이 차단된다. 따라서 볼(140)이나 볼 하우징(110) 또는 볼(140)과 연결된 부품을 보호할 수 있는 것이다.
도면에는 구동축(160)에 동력전달기어(166)가 연결되고, 작동부재(147)에 클러치 부재(170)가 연결되는 것으로 나타나 있으나, 이들의 설치 위치는 바뀔 수 있다. 즉 구동축(160)에 클러치 부재(170)가 연결되고 작동부재(147)에 동력전달기어(166)가 연결될 수 있다. 또한 동력전달기어(166) 및 클러치 부재(170)는 도시된 것과 같이 각각의 일면이 서로 맞닿는 구조로 한정되지 않고, 내주면과 외주면이 맞닿는 구조로 변경될 수 있다. 이 경우, 동력전달기어(166)와 클러치 부재(170) 중 어느 하나는 링 형상 구조를 취하여 그 내주면에 기어이(167) 또는 걸림돌기(173)가 마련되고, 나머지 다른 하나의 외주면에 이와 원주 방향으로 걸리는 걸림돌기(173) 또는 기어이(167)가 마련될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 볼 밸브 조립체(100)의 작용에 대하여 설명한다.
구동축(160)의 구동력 인가부(161)에 구동력이 제공되면 구동축(160)이 회전하게 된다. 이때, 구동축(160)의 회전력은 동력전달기어(166), 클러치 부재(170), 연결부재(177) 및 작동부재(147)를 통해 볼(140)에 전달된다. 볼(140)에 회전력이 전달되면 볼(140)은 지지축(125)과 작동부재(147)를 회전 중심으로 하여 열림 방향 또는 닫힘 방향으로 회전하게 된다. 이렇게 볼(140)이 그 상하 양단이 지지된 상태로 회전함으로써, 고압의 유체가 볼 하우징(110)의 유로를 통과하더라도 볼(140)이 안정적으로 회전할 수 있다. 볼(140)의 회전시 볼(140)은 그 외주면이 제 1 밸브시트부재(150) 및 제 2 밸브시트부재(156)의 각 가이드 면(151)에 안정적으로 밀착된 상태를 유지하며 원활하게 회전할 수 있다.
또한 볼(140)의 외주면에는 제 1 밸브시트부재(150) 및 제 2 밸브시트부재(156)의 각 날개부(154)가 밀착되어 있어서 볼(140)의 회전시 볼 하우징(110)의 유로(113)를 따라 유동하는 유체에 함유된 이물질이 볼(140)과 가이드 면(151) 사이로 유입되지 못한다. 따라서 유체에 함유된 이물질이 볼(140)과 가이드 면(151) 사이로 유입되어 볼(140)과 밸브시트부재(150)(156) 사이의 마찰력이 커지거나, 볼(140)의 외주면이나 밸브시트부재(150)(156)의 가이드 면(151)이 손상되는 문제를 줄일 수 있다.
한편, 볼(140)이 완전 열림 위치 또는 완전 닫힘 위치에 도달하여 볼(140)이 스토퍼에 의해 정지된 후, 사용자의 부주의나 구동력 제공장치의 오작동 등으로 인해 구동축(160)에 구동력이 지속적으로 인가되는 경우, 동력전달기어(166)의 기어이(167)와 클러치 부재(170)의 걸림돌기(173) 사이에 이들 사이의 마찰력보다 큰 반력이 원주 방향의 발생하게 된다. 이때, 기어이(167)는 걸림돌기(173)를 타고 넘어가면서 작동부재(147) 및 볼(140)에 가해지던 구동력이 차단된다. 따라서 볼(140)이나 볼 하우징(110), 볼(140)과 연결된 부품에 과도한 하중이 가해지는 것을 막아 부품의 손상이나 파손을 방지할 수 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량하거나 변경하는 것이 가능하며, 이러한 개량 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100 : 볼 밸브 조립체 102 : 볼 밸브
104 : 구동기구 110 : 볼 하우징
113 : 유로 114 : 하우징 바디
116 : 삽입구멍 117 : 고정홈
119 : 볼 지지부재 123 : 축 결합홈
125 : 지지축 127, 133 : 제 1, 2 파이프 연결부재
128, 134 : 파이프 결합부 129, 135 : 플랜지부
131, 137 : 설치홈 140 : 볼
141 : 통로 144 : 접촉면
145 : 작동부재 고정홈 146 : 축 결합구멍
147 : 작동부재 150, 156 : 제 1, 2 밸브시트부재
151 : 가이드 면 152 : 살빼기홈
153 : 보강코어 154 : 날개부
160 : 구동축 163 : 보호 케이스
166 : 동력전달기어 167 : 기어이
170 : 클러치 부재 171 : 바디부
172 : 암부 173 : 걸림돌기
177 : 연결부재

Claims (11)

  1. 유입구, 유출구 및 상기 유입구와 상기 유출구를 연결하는 유로를 갖는 볼 하우징;
    상기 볼 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 유로를 따라 유동하는 유체가 통과할 수 있는 통로를 갖는 볼;
    상기 볼 하우징의 내면에 지지되어 상기 볼을 회전 가능하게 지지하는 지지축;
    상기 볼을 사이에 두고 서로 마주하도록 상기 볼 하우징 내부에 배치되고, 상기 볼의 외주면에 접하는 경사진 가이드 면을 갖는 링 형상의 제 1 밸브시트부재 및 제 2 밸브시트부재; 및
    상기 볼 하우징의 상기 지지축과 동축 상에 위치하도록 형성된 삽입구멍에 삽입되고, 상기 볼의 외주면에 결합되어 상기 볼을 상기 지지축을 회전 중심으로 하여 회전시키는 작동부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼을 사이에 두고 상기 삽입구멍과 마주하도록 상기 볼 하우징의 내면에 결합되는 볼 지지부재를 더 포함하고,
    상기 지지축은 상기 볼 지지부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 볼 지지부재는 평평한 안착면을 구비하고, 상기 볼은 상기 안착면에 접하는 평평한 접촉면을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼 하우징은 상기 볼을 수용하는 중공형의 하우징 바디, 파이프가 결합될 수 있도록 상기 하우징 바디의 양쪽 끝단에 각각 결합되는 제 1 파이프 연결부재 및 제 2 파이프 연결부재를 포함하고,
    상기 제 1 밸브시트부재는 상기 제 1 파이프 연결부재의 일면에 형성된 제 1 설치홈에 장착되고, 상기 제 2 밸브시트부재는 상기 제 2 파이프 연결부재의 일면에 형성된 제 2 설치홈에 장착되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브시트부재 및 상기 제 2 밸브시트부재는 상기 볼에 의해 가압될 때 변형될 수 있는 탄성 변형 가능한 소재로 이루어지고,
    상기 각 밸브시트부재의 일면에는 상기 각 밸브시트부재의 두께 방향 변형이 원활하게 일어날 수 있도록 상기 각 밸브시트부재의 단면적을 줄이기 위한 살빼기홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브시트부재 및 상기 제 2 밸브시트부재 각각의 내부에는 강도 보강을 위한 링 형상의 보강코어가 배치되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브시트부재의 제 1 가이드 면에는 상기 볼의 외주면에 접하여 상기 유로를 따라 유동하는 유체에 함유된 이물질이 상기 볼과 상기 제 1 가이드 면 사이로 유입되지 못하도록 막는 제 1 날개부가 마련되고,
    상기 제 2 밸브시트부재의 제 2 가이드 면에는 상기 볼의 외주면에 접하여 상기 유로를 따라 유동하는 유체에 함유된 이물질이 상기 볼과 상기 제 2 가이드 면 사이로 유입되지 못하도록 막는 제 2 날개부가 마련되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 날개부는 상부에서 하부 쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하는 반원 형상으로 이루어져 상기 제 1 가이드 면의 하부 쪽 반원부에 배치되고, 상기 제 2 날개부는 상부에서 하부 쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하는 반원 형상으로 이루어져 상기 제 2 가이드 면의 하부 쪽 반원부에 배치되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
  9. 유입구, 유출구 및 상기 유입구와 상기 유출구를 연결하는 유로를 갖는 볼 하우징;
    상기 볼 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 유로를 따라 유동하는 유체가 통과할 수 있는 통로를 갖는 볼;
    상기 볼 하우징의 내면에 지지되어 상기 볼을 회전 가능하게 지지하는 지지축;
    상기 볼을 사이에 두고 서로 마주하도록 상기 볼 하우징 내부에 배치되고, 상기 볼의 외주면에 접하는 경사진 가이드 면을 갖는 링 형상의 제 1 밸브시트부재 및 제 2 밸브시트부재; 및
    상기 볼 하우징의 상기 지지축과 동축 상에 위치하도록 형성된 삽입구멍에 삽입되고, 상기 볼의 외주면에 결합되어 상기 볼을 상기 지지축을 회전 중심으로 하여 회전시키는 작동부재;
    상기 작동부재에 구동력을 전달하기 위해 상기 작동부재와 연결되는 구동축; 및
    상기 볼 하우징의 외면에 결합되어 상기 구동축을 회전 가능하게 지지하는 보호 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동축과 상기 작동부재 중 어느 하나에 연결되고, 복수의 기어이를 갖는 동력전달기어; 및
    상기 구동축과 상기 작동부재 중 나머지 다른 하나에 연결되고, 상기 동력전달기어의 기어이에 걸릴 수 있는 복수의 걸림돌기를 갖는 클러치 부재;를 더 포함하고,
    상기 복수의 걸림돌기가 상기 복수의 기어이에 걸림으로써 상기 구동축의 구동력이 상기 동력전달기어와 상기 클러치 부재를 통해 상기 작동부재에 전달되어 상기 볼이 회전하고, 상기 볼에 일정 크기 이상의 부하가 걸리면 상기 복수의 걸림돌기가 상기 복수의 기어이를 타고 넘어가면서 상기 볼에 제공되던 구동력이 차단되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 클러치 부재는 원형의 바디부 및 상기 바디부의 가장자리에서 반경 방향으로 연장되고 상기 걸림돌기가 마련된 복수의 암부를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브 조립체.
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